(57)【要約】【課題】安定した通信を確保するための広い角度誤差検出範囲と、通信の高速化を両立した捕捉追尾装置を提供する。【解決手段】到来光２０１と局発光２０２とを光波合成し、受信光の入射角と等しい出射角を有する出射光を複数出力する光ハイブリッド素子３と、光ハイブリッド素子３から出力される複数の出射光からビート信号を取り出し、電気信号に変換する第１から第４の分割型光電変換器４，５，６，７と、第１から第４の分割型光電変換器４，５，６，７が変換した電気信号を光ハイブリッド素子３の出射面に対して広角度に捕捉した粗捕捉誤差信号を生成する第１および第２の粗捕捉追誤差信号生成回路８，１０と、第１から第４の分割型光電変換器４，５，６，７が変換した電気信号を光ハイブリッド素子３の出射方向に高精度に捕捉した精捕捉誤差信号を生成する第１および第２の精捕捉誤差信号生成回路９，１１を有する捕捉追尾センサ１２を備えた。【選択図】図１
2013150302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間伝搬するレーザ光を受信する光アンテナと、
前記光アンテナの受信光と略同一波長を有する局発光を出力する局発光源と、
前記受信光と前記局発光とを光波合成し、前記受信光の入射角と等しい出射角を有する出射光を複数出力する受光素子と、
前記受光素子から出力される複数の出射光からビート信号を取り出し、電気信号に変換する光電変換部と、前記光電変換部が変換した電気信号を前記受光素子の出射面に対して広角度に捕捉した粗捕捉誤差信号を生成する粗捕捉追尾機構と、前記光電変換部が変換した電気信号を前記受光素子の出射方向に高精度に捕捉した精捕捉誤差信号を生成する精捕捉追尾機構とを備えた捕捉追尾センサと、
前記捕捉追尾センサが生成した前記粗捕捉誤差信号を用いて前記粗捕捉追尾機構を駆動する粗捕捉制御信号を生成する粗補正制御信号生成回路と、
前記捕捉追尾センサが生成した前記精捕捉誤差信号を用いて前記精捕捉追尾機構を駆動する精捕捉制御信号を生成する精捕捉制御信号生成回路と、
前記光電変換器が変換した電気信号に基づいて周波数誤差信号を生成し、前記局発光源にフィードバック出力する位相同期制御回路とを備えた捕捉追尾装置。
【請求項２】
前記光電変換部は、前記受信素子の出射面に対して水平方向に２分割された第１および第２の光電変換領域、および前記第１および第２の光電変換領域に接する第３の光電変換領域を有する水平光電変換器と、前記受信素子の出射面に対して垂直方向に２分割された第１および第２の光電変換領域、および前記第１および第２の光電変換領域に接する第３の光電変換領域を有する垂直光電変換器とを複数直交配置して構成し、
前記粗捕捉追尾機構は、前記水平光電変換器の第３の光電変換領域および前記垂直光電変換器の第３の光電変換領域から出力される電気信号に基づいて前記粗捕捉誤差信号を生成し、前記精捕捉追尾機構は、前記水平光電変換器の第１および第２の光電変換領域および前記垂直光電変換器の第１および第２の光電変換領域から出力される電気信号に基づいて前記精捕捉誤差信号を生成することを特徴とする請求項１記載の捕捉追尾装置。
【請求項３】
前記受光素子は、入力される受信光および局発光を位相差９０度ハイブリッドで合波し、位相差０度および位相差１８０度の出射光を出力する２つのＩチャネル出力ポートと、位相差９０度および位相差２７０度の出射光を出力する２つのＱチャネル出力ポートとを備え、
前記光電変換部は、前記２つのＩチャネル出力ポートおよび前記２つのＱチャネル出力ポートのいずれかの出射光を電気信号に変換する２つの水平光電変換器および２つの垂直光電変換器を直交配置したことを特徴とする請求項２記載の捕捉追尾装置。
【請求項４】
前記光電変換部は、前記２つのＩチャネル出力ポートが接続された前記水平光電変換器および前記垂直光電変換器と、前記２つのＱチャネル出力ポートが接続された前記水平光電変換器および前記垂直光電変換器とを直交配置し、
前記粗捕捉追尾機構は、前記Ｑチャネル出力ポートが接続された前記水平光電変換器および前記垂直光電変換器の第１および第２の光電変換領域から出力される電気信号に基づいて前記精捕捉誤差信号を生成することを特徴とする請求項３記載の捕捉追尾装置。
【請求項５】
前記光電変換部は、前記２つのＩチャネル出力ポートが接続された前記水平光電変換器および前記垂直光電変換器と、前記２つのＱチャネル出力ポートが接続された前記水平光電変換器および前記垂直光電変換器とを直交配置し、
前記粗捕捉追尾機構は、前記Ｉチャネル出力ポートが接続された前記水平光電変換器の第１および第２の光電変換領域から出力される電気信号、および前記Ｑチャネル出力ポートが接続された前記垂直光電変換器の第１および第２の光電変換領域から出力される電気信号に基づいて前記精捕捉誤差信号を生成することを特徴とする請求項３記載の捕捉追尾装置。
【請求項６】
前記受光素子は、前記Ｉチャネル出力ポートの出力を、前記Ｑチャネル出力ポートの出力よりも大きくすることを特徴とする請求項４記載の捕捉追尾装置。
【請求項７】
空間伝搬するレーザ光を受信する光アンテナと、
前記アンテナの受信光の広がり角を制御するデフォーカス制御機と、
前記光アンテナの受信光と略同一波長を有する局発光を出力する局発光源と、
前記デフォーカス制御機が広がり角を制御した受信光と前記局発光とを光波合成し、前記受信光の入射角と等しい出射角を有する出射光を複数出力する受光素子と、
前記受光素子から出力される複数の出射光からビート信号を取り出し、電気信号に変換する光電変換部を複数備えた捕捉追尾センサと、
前記光電変換部が変換した電気信号に基づいて追尾制御信号を生成し、前記光アンテナおよび前記デフォーカス制御機にフィードバック出力する追尾制御信号生成回路と、
前記光電変換器が変換した電気信号に基づいて周波数誤差信号を生成し、前記局発光源にフィードバック出力する位相同期制御回路とを備えた捕捉追尾装置。
【請求項８】
前記光電変換部は、前記受光素子の出射面に対して水平方向に２分割された光電領域を有する水平分割型光電変換器と、前記受光素子の出射面に対して垂直方向に２分割された光電領域を有する垂直分割型光電変換器と、前記受光素子からの入射角に対して同一の出射角を有する複数の非分割型光電変換器とを備え、
前記追尾制御信号生成回路は、前記水平分割型光電変換器および前記垂直分割型光電変換器が変換した電気信号に基づいて追尾制御信号を生成し、
前記位相同期制御回路は、前記水平分割型光電変換器、前記垂直分割型光電変換器、および前記複数の非分割型光電変換器が変換した電気信号に基づいて周波数誤差信号を生成することを特徴とする請求項７記載の捕捉追尾装置。
【請求項９】
前記局発光源から出力される局発光に位相変調を与える光位相変調器と、
前記光位相変調器で位相変調が与えられた前記局発光の光軸を制御する角度補正部と、
前記光電変換部が変換した電気信号から前記局発光に重畳した変調信号を抽出し、前記変調信号から前記局発光の伝播角度誤差を検出する周波数弁別回路と、
前記周波数弁別回路が検出した前記伝播角度誤差に基づいて前記局発光の伝播角制御信号を生成し、前記角度補正部にフィードバック出力する伝播角制御信号生成回路とを備えたことを特徴とする請求項７記載の捕捉追尾装置。
【請求項１０】
前記光電変換部は、前記受光素子の出射面に対して水平方向に２分割された光電領域を有する複数の水平分割型光電変換器と、前記受光素子の出射面に対して垂直方向に２分割された光電領域を有する複数の垂直分割型光電変換器とを備え、
前記追尾制御信号生成回路は、前記水平分割型光電変換器および前記垂直分割型光電変換器が変換した電気信号に基づいて追尾制御信号を生成し、
前記位相同期制御回路は、前記複数の水平分割型光電変換器および前記複数の垂直分割型光電変換器が変換した電気信号に基づいて前記周波数誤差信号を生成し、
前記周波数弁別回路は、前記水平分割型光電変換器および前記垂直分割型光電変換器が変換した電気信号から前記変調信号を抽出し、前記伝播角度誤差を検出することを特徴とする請求項８記載の捕捉追尾装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザ光を伝搬させて通信する光通信において、通信を確立および維持するために到来光の伝搬方向を捕捉し、受信光の光路を追尾制御する捕捉追尾装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、通信用受信機とは独立した捕捉追尾装置を設け、受信光の光路の一部を分岐して捕捉追尾装置のフォトダイオード（光電素子）に入力し、捕捉追尾制御を行っていた。しかし、この従来の技術では、通信回路成立に必要となる光パワーに、捕捉追尾用の光パワーを増強して送信させる必要があるという問題があった。
【０００３】
この問題を解決するため、特許文献１に開示された光ビーム追尾装置では、４つの光検出器で構成される追尾検出器を備え、各光検出器で入射される光信号を検出して検出した４つの信号電圧の差に基づいて、受信した光ビームの到来角度を検出する。具体的には、各光検出器で検出された信号電圧は演算回路に入力され、正規化誤差電圧が算出され、該正規化誤差電圧に基づいて追尾検出器の水平方向に対応する方位角と追尾検出器の垂直方向に対応する仰角を推定し、受信光が中心軸に位置するように光偏光器を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−２１６０７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１に開示された技術では、角度検出範囲と応答時間とがトレードオフの関係にあり、高速通信を行うためには受信光の受光面積を小さくする必要があり、安定した通信を確保するための広い角度誤差検出範囲と、通信の高速化を両立することが困難であるという課題があった。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、安定した通信を確保するための広い角度誤差検出範囲と、通信の高速化を両立した捕捉追尾装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る捕捉追尾装置は、空間伝搬するレーザ光を受信する光アンテナと光アンテナの受信光と略同一波長を有する局発光を出力する局発光源と、受信光と局発光とを光波合成し、受信光の入射角と等しい出射角を有する出射光を複数出力する受光素子と、受光素子から出力される複数の出射光からビート信号を取り出し、電気信号に変換する光電変換部と、光電変換部が変換した電気信号を受光素子の出射面に対して広角度に捕捉した粗捕捉誤差信号を生成する粗捕捉追尾機構と、光電変換部が変換した電気信号を受光素子の出射方向に高精度に捕捉した精捕捉誤差信号を生成する精捕捉追尾機構とを備えた捕捉追尾センサと、捕捉追尾センサが生成した粗捕捉誤差信号を用いて粗捕捉追尾機構を駆動する粗捕捉制御信号を生成する粗補正制御信号生成回路と、捕捉追尾センサが生成した精捕捉誤差信号を用いて精捕捉追尾機構を駆動する精捕捉制御信号を生成する精捕捉制御信号生成回路と、光電変換器が変換した電気信号に基づいて周波数誤差信号を生成し、局発光源にフィードバック出力する位相同期制御回路とを備えるものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、広い角度誤差検出範囲を確保し、且つ通信の高速化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１による捕捉追尾装置の構成を示す図である。
【図２】実施の形態１の捕捉追尾装置の光ハイブリッド素子の構成を示す図である。
【図３】実施の形態１による捕捉追尾装置の分割型光電変換器の分割パターンおよび接続を示す図である。
【図４】実施の形態１による捕捉追尾装置において到来光の到来角度がＸ方向にずれた場合の各分割型光電変換器からの信号出力の一例を示す図である。
【図５】実施の形態２による捕捉追尾装置の構成を示す図である。
【図６】実施の形態２による捕捉追尾装置の分割型光電変換器の分割パターンおよび接続を示す図である。
【図７】実施の形態３による捕捉追尾装置の構成を示す図である。
【図８】実施の形態３による捕捉追尾装置の分割型光電変換器の分割パターンおよび接続を示す図である。
【図９】実施の形態４による捕捉追尾装置のデフォーカス制御機の構成例を示す図である。
【図１０】実施の形態４による捕捉追尾装置の広角度検出時と高精度角度検出時の受信イメージを示す図である。
【図１１】実施の形態４による捕捉追尾装置の検出精度およびダイナミックレンジの数値計算結果
【図１２】実施の形態４による捕捉追尾装置の構成を示す図である。
【図１３】実施の形態４による捕捉追尾装置の分割型光電変換器の分割パターンおよび各分割型光電変換器および各光電変換器の接続を示す図である。
【図１４】到来光の到来角度が変化した場合の各分割型光電変換器からの信号出力の一例を示す図である。
【図１５】実施の形態４による捕捉追尾装置の追尾完了までの動作を示すフローチャートである。
【図１６】実施の形態５による捕捉追尾装置の構成を示す図である。
【図１７】実施の形態５による捕捉追尾装置の分割型光電変換器の分割パターンおよび各分割型光電変換器の接続を示す図である。
【図１８】実施の形態５による捕捉追尾装置の周波数弁別回路の構成を示す図である。
【図１９】実施の形態５による捕捉追尾装置の周波数弁別回路の受信スペクトルのイメージを示す図である。
【図２０】実施の形態５による捕捉追尾装置の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による捕捉追尾装置の構成を示す図である。
図１において、捕捉追尾装置は、光アンテナ１、局発光源２、光ハイブリッド素子３、第１、第２、第３および第４の分割型光電変換器（水平光電変換器および垂直光電変換器）４，５，６，７、第１および第２の粗捕捉誤差信号生成回路（粗捕捉追尾機構）８，１０、第１および第２の精捕捉誤差信号生成回路（精捕捉追尾機構）９，１１で構成された捕捉追尾センサ１２、第１の差動増幅回路１３、第２の差動増幅回路１４、コスタスループ回路１５、粗捕捉制御信号生成回路１６および精捕捉制御信号生成回路１７で構成されている。
【００１１】
光アンテナ１は、空間を伝搬して到来する到来光を受信する。局発光源２は、到来光と略同一波長を有する局発光を出力する光源である。光ハイブリッド素子３は、到来光に局発光を合波し、特に入射角と出射角とが１対１の関係を維持する特性を備えている。第１、第２、第３および第４の分割型光電変換器４，５，６，７は、それぞれ、角度検出範囲が小さい、即ち領域が小さく応答時間が早い（高速通信用）光電変換領域と、角度検出範囲が大きい、即ち領域が大きい光電変換領域で構成されている。領域が小さい光電変換領域と、領域が大きい光電変換領域は直交配置される。
【００１２】
第１および第２の粗捕捉誤差信号生成回路８，１０は、第１から第４の分割型光電変換器４，５，６，７から得られる検出信号から所定方向の追尾誤差信号を取得する。同様に、第１および第２の精捕捉誤差信号生成回路９，１１は、各分割型光電変換器４，５，６，７から得られる検出信号から所定方向の追尾誤差信号を取得する。粗捕捉制御信号生成回路１６は、第１および第２の粗捕捉誤差信号生成回路８，１０の出力信号に基づいて、フィードバック信号を生成し、光アンテナ１に出力する。同様に、精捕捉制御信号生成回路１７は、第１および第２の精捕捉誤差信号生成回路９，１１の出力信号に基づいてフィードバック信号を生成し、光アンテナ１に出力する。これらにより、生成されたフィードバック信号が捕捉追尾センサ１２にフィードバックされる。
【００１３】
第１の差動増幅回路１３および第２の差動増幅回路１４は、それぞれ９０度位相のずれた、Ｉ信号（Ｉｎ−ｐｈａｓｅ ｓＩｇｎａｌ）と、Ｑ信号（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−ｐｈａｓｅ ｓＩｇｎａｌ）を出力する。コスタスループ回路１５は、第１の差動増幅回路１３および第２の差動増幅回路１４から出力されたＩ信号とＱ信号の周波数誤差信号を局発光源２に入力する。Ｉ信号およびＱ信号を局発光源２にフィードバックすることにより、到来光と局発光との位相同期を確立する。これら第１の差動増幅回路１３、第２の差動増幅回路１４およびコスタスループ回路１５が、位相同期制御回路を構成する。
【００１４】
次に、図２を参照しながら、光ハイブリッド素子３の詳細について説明する。
図２は、この実施の形態１の捕捉追尾装置の光ハイブリッド素子の構成を示す図である。
光ハイブリッド素子３は、１／２波長板（以下、ＨＷＰと称する）２０３、１／４波長板（以下、ＱＷＰと称する）２０４、１個のビームスプリッタ（以下、ＢＳと称する）２０５、および偏光分離スプリッタ（以下、ＰＢＳと称する）２０６，２０７で構成されている。
１／２波長板２０３は、特定波長の直交する２つの偏光成分の間にλ／２の光路差（１８０度の位相差）を与える。１／４波長板２０４は、特定波長の直交する２つの偏光成分の間にλ／４の光路差（９０度の位相差）を与える。ＢＳ２０５は、入射する光を合波分岐して出射する。ＰＢＳ２０６，２０７は、入射する光に対して２つの直交する偏光成分に分離して出射する。
【００１５】
図２（ａ）は到来光２０１の入射角が変化しない場合を示し、図２（ｂ）は到来光２０１の入射角がΔθ変化した場合を示している。
まず、図２（ａ）を参照しながら説明する。光アンテナ１で受信された到来光（受信光）２０１はＨＷＰ２０３により０、９０、１８０、２７０度ではない直線偏光とされ、局発光源２で発生した局発光２０２は、ＱＷＰ２０４により円偏光とされる。これらの２信号光をＢＳ２０５により同一光路となるように合波分岐される。ＢＳ２０５を透過した信号光は、ＰＢＳ２０６およびＰＢＳ２０７により偏光ごとに分離され、それぞれ位相差９０度が付加された４つの信号２０８，２０９，２１０，２１１が生成され、４つの出力ポート（不図示）から出力される。なお、到来光２０１と局発信光２０２に角度差はない。
【００１６】
出力ポートの出力信号を具体的に定義すると、例えば、第１の出力ポート（Ｉチャネル出力ポート）からは位相差０度が付加（位相付加なし）された信号が出力され、第２の出力ポート（Ｉチャネル出力ポート）からは位相差１８０度が付加された信号が出力され、第３の出力ポート（Ｑチャネル出力ポート）からは位相差９０度が付加された信号が出力され、第４の出力ポート（Ｑチャネル出力ポート）からは位相差２７０度が付加された信号が出力される。なお、以下では第１から第４の出力ポートと付加される位相差との関係は上述した関係を有しているものとして説明するが、各出力ポートと位相差の対応関係が明確であれば、適宜変更可能である。
【００１７】
一方、図２（ｂ）に示すように到来光２０１の入射角がΔθ変化した場合には、出力される４つの信号２０８´，２０９´，２１０´，２１１´は共に局発光２０２に対して到来光２０１が角度Δθを有して出力される。
なお、図２（ａ），（ｂ）において、出力される信号２０８，２０８´および信号２０９，２０９´は同相成分のＩチャネル信号であり、信号２１０，２１０´および信号２１１，２１１´は直交成分のＱチャネル信号である。上述した各出力ポートと関連付けて説明すると、Ｉチャネル信号は第１および第２の出力ポートから出力され、Ｑチャネル信号は第２および第３の出力ポートから出力される。
【００１８】
次に、追尾捕捉センサの第１から第４の分割型光電変換器４，５，６，７の詳細な構成および第１から第４の分割型光電変換器４，５，６，７に接続される各捕捉誤差信号生成回路について説明する。
図３は、実施の形態１による捕捉追尾装置の分割型光電変換器の分割パターンおよび各捕捉誤差信号生成回路の接続を示す図である。また図４は、到来光２０１の到来角度がＸ方向にずれた場合の各分割型光電変換器からの信号出力の一例を示す図である。
【００１９】
図３に示すように第１から第４の分割型光電変換器４，５，６，７は、それぞれ３つの領域で構成されている。第２の分割型光電変換器５を例に説明すると、第２の分割型光電変換器５は、面積が小さい光電変換領域５ａ，５ｂと、面積が大きい光電変換領域５ｃに分割されている。光電変換領域５ａ，５ｂと、光電変換領域５ｃは直交配置される。面積の小さい光電変換領域は角度検出範囲が小さく、応答時間が早いという特性を有する。一方、面積の大きい光電変換領域は角度検出範囲が広いという特性を有する。第１の分割光電変換器４、第３の分割光電変換器６および第４の分割光電変換器７も同様に３つの領域の光電変換領域で構成される。
【００２０】
各分割光電変換器４，５，６，７を構成する３つの領域は、対応する出力ポート毎に異なる配置パターンを有する。
第１の出力ポートの出力信号が入力される第１の分割型光電変換器４は、小さい領域の光電変換領域４ａ，４ｂをビーム出射面Ａに対して水平方向（以下、Ｘ方向と称する）、大きい領域の光電変換領域４ｃをビーム出射面Ａに対して垂直方向（以下、Ｙ方向）に配置する。同様に、第２の出力ポートの出力信号が入力される第２の分割型光電変換器５は、小さい領域の光電変換領域５ａ，５ｂをＸ方向、大きい領域の光電変換領域５ｃをＹ方向に配置する。一方、第３の出力ポートの出力信号が入力される第３の分割型光電変換器６は、小さい領域の光電変換領域６ａ，６ｂをＹ方向、大きい領域の光電変換領域６ｃをＸ方向に配置し、第４の出力ポートの出力信号が入力される第４の分割型光電変換器７は、小さい領域の光電変換領域７ａ，７ｂをＹ方向、大きい領域の光電変換領域７ｃをＸ方向に配置する。なお、図３において、４ｄ，５ｄ，６ｄ，７ｄは受光スポットを示している。
【００２１】
各分割光電変換器４，５，６，７を図３に示すように直交配置することにより、第１の分割型光電変換器４からＸ成分の精捕捉誤差信号と、Ｙ成分の粗捕捉誤差信号を取得し、第２の分割型光電変換器５からＸ成分の精捕捉誤差信号と、Ｙ成分の粗捕捉誤差信号を取得し、第３の分割型光電変換器６からＹ成分の精捕捉誤差信号と、Ｘ成分の粗捕捉誤差信号を取得し、第４の分割型光電変換器７からＹ成分の精捕捉誤差信号と、Ｘ成分の粗捕捉誤差信号を取得する。
【００２２】
第１の分割型光電変換器４のＸ方向の精捕捉誤差信号は第１の差動増幅回路１３に出力され、Ｙ方向の粗捕捉誤差信号は第１の粗捕捉誤差信号生成回路８を経由して粗捕捉制御信号生成回路１６に出力される。
第２の分割型光電変換器５のＸ方向の精捕捉誤差信号は、第１の差動増幅回路１３に出力されると共に、第１の精捕捉誤差信号生成回路９を経由して精捕捉制御信号生成回路１７に出力される。
第３の分割型光電変換器６のＹ方向の精捕捉誤差信号は第２の差動増幅回路１４に出力され、Ｙ方向の粗捕捉誤差信号は第２の粗捕捉誤差信号生成回路１０を経由して粗捕捉制御信号生成回路１６に出力される。
第４の分割型光電変換器７のＹ方向の精捕捉誤差信号は、第２の差動増幅回路１４に出力されると共に、第２の精捕捉誤差信号生成回路１１を経由して精捕捉制御信号生成回路１７に出力される。
【００２３】
次に、捕捉追尾センサ１２の詳細な処理について説明する。
まず、誤差信号の取得について説明する。
第２の分割型光電変換器５の光電変換領域５ａから得られる検出信号を信号Ｓａ１とし、光電変換領域５ｂから得られる検出信号を信号Ｓａ２として、以下に示す式（１）に基づいてＸ方向追尾誤差を取得する。
Ｘ方向追尾誤差＝（Ｓａ１−Ｓａ２）／（Ｓａ１＋Ｓａ２）    ・・・（１）
同様に、第４の分割型光電変換器７の光電変換領域７ａから得られる検出信号を信号Ｓｂ１とし、光電変換領域７ｂから得られる検出信号を信号Ｓｂ２として、以下に示す式（２）に基づいてＹ方向追尾誤差を取得する。
Ｙ方向追尾誤差＝（Ｓｂ１−Ｓｂ２）／（Ｓｂ１＋Ｓｂ２）    ・・・（２）
【００２４】
また、第３の分割型光電変換器６の光電変換領域６ｃから得られる検出信号を信号Ｓａ３と、第１の分割型光電変換器４の光電変換領域４ｃから得られる検出信号を信号Ｓｂ３は、以下の式（３），（４）に示すように角度検出範囲が大きい粗捕捉誤差に用いる。
Ｘ方向粗捕捉誤差＝Ｓａ３    ・・・（３）
Ｙ方向粗捕捉誤差＝Ｓｂ３    ・・・（４）
【００２５】
次に、通信用信号の取得について説明する。
第１の出力ポートから出力される信号に対して第１の分割型光電変換器４から得られる検出信号は、以下の式（５）に基づいて生成される通信用信号となる。
第１の出力ポート通信用信号（信号位相０［ｄｅｇ．］）
＝Ｓａ１（４ａ）＋Ｓａ２（４ｂ）    ・・・（５）
同様に、第２から第４の出力ポートから出力される信号に対して、第２から第４の分割型光電変換器５，６，７から得られる検出信号は、以下の式（６）、（７）、（８）で示される通信用信号となる。
第２の出力ポート通信用信号（信号位相１８０［ｄｅｇ．］）
＝Ｓａ１（５ａ）＋Ｓａ２（５ｂ）    ・・・（６）
第３の出力ポート通信用信号（信号位相９０［ｄｅｇ．］）
＝Ｓａ１（６ａ）＋Ｓａ２（６ｂ）    ・・・（７）
第４の出力ポート通信用信号（信号位相２７０［ｄｅｇ．］）
＝Ｓａ１（７ａ）＋Ｓａ２（７ｂ）    ・・・（８）
【００２６】
第１の出力ポート通信信号と第２の出力ポート通信信号を第２の差動増幅回路１４に出力し、第３の出力ポート通信信号と第４の出力ポート通信信号を第１の差動増幅回路１３に出力する。これにより局発光源２の光源雑音を除去する。第１の差動増幅回路１３および第２の差動増幅回路１４からはそれぞれ９０度位相のずれたＩチャネル信号とＱチャネル信号が出力される。これらをコスタスループ回路１５に入力し、周波数誤差信号を局発光源２にフィードバックすることにより、到来光２０１と局発光２０２との位相同期が確立される。
【００２７】
一方、第１および第２の粗捕捉誤差信号生成回路８，１０の出力信号は粗捕捉制御信号生成回路１６を介して光アンテナ１、即ち捕捉追尾センサ１２にフィードバックされる。また、第１および第２の精捕捉誤差信号生成回路９，１１の出力信号は精捕捉制御信号生成回路１７を介して光アンテナ１、即ち捕捉追尾センサ１２にフィードバックされる。
【００２８】
以上のように、この実施の形態１によれば、到来光と略同一波長を有する局発光を光波合成し、位相が互いに９０度ずつ異なる出力信号を生成する光ハイブリッド素子３と、空間的に３分割された第１から第４の分割型光電変換器４，５，６，７とを備え、該分割型光電変換器４，５，６，７からの出力信号を用いて演算を行い、演算結果から追尾誤差信号と通信信号を生成するように構成したので、角度検出機能と高速光通信用受信機能の両立が可能となり、捕捉追尾センサ機能と通信用受信機能とを両立させることができる。これにより、到来光を、角度検出用に分岐する必要がなくなり、所要送信光パワーを低減させることができる。さらに捕捉追尾センサを、通信用受信機とは別途に設ける必要がなくなり、装置の小型化を実現することができる。
【００２９】
また、この実施の形態１によれば、第１から第４の分割型光電変換器第４，５，６，７を、応答時間の早い２つの光電変換領域と、角度検出範囲が大きい１つの光電変換領域で構成したので、広角度範囲の角度検出機能と、高精度の角度検出機能とを併せ持たせることが可能となり、装置の小型化を実現することができる。
【００３０】
また、この実施の形態１によれば、４出力の光ハイブリッド素子３の第１の出力ポートの出力信号を第１の分割型光電変換器４で検出し、第２の出力ポートの出力信号を第２の分割型光電変換器５で検出し、第３の出力ポートの出力信号を第３の分割型光電変換器６で検出し、第４の出力ポートの出力信号を第４の分割型光電変換器７で検出するように構成したので、第１から第４の出力ポートを隣接した配置可能となり、光ハイブリッド素子におけるポート間光路長差、電気長差を短く設定することができ、高速な通信信号に対しても高感度化が可能である。
【００３１】
なお、上述した実施の形態１では、光ハイブリッド素子３に光９０度ハイブリッドを使用し、光ホモダイン通信を行う場合を想定して説明したが、上述した通信方式や光９０度ハイブリッドに限定されることなく、たとえは光ハイブリッド素子３として入射角と出射角が１対１の関係となる配置の光１８０度ハイブリッドの２つの出力ポートを使用した場合にも適用可能である。
【００３２】
実施の形態２．
上述した実施の形態１では、Ｉチャネル信号とＱチャネル信号を用いて精捕捉誤差信号を検出する構成を示したが、この実施の形態２では２つのＱチャネル信号を用いて精捕捉誤差信号を検出する構成を示す。なお以下では、実施の形態１と同様に光ハイブリッド素子３として光９０度ハイブリッドを用いる場合を例に説明する。
図５は、実施の形態２による捕捉追尾装置の構成を示す図である。捕捉追尾装置の各構成要素は実施の形態１と同一であるが、各構成要素の接続を変更している。
第１の分割型光電変換器４は、第２の精捕捉誤差信号生成回路１１および第２の差動増幅回路１４に接続される。第２の分割型光電変換器５は、第１の精捕捉誤差信号生成回路および第２の差動増幅回路１４に接続される。第３の分割型光電変換器６は、第２の粗捕捉誤差信号生成回路１０および第１の差動増幅回路１３に接続される。第４の分割型光電変換器７は、第１の粗捕捉誤差信号生成回路８および第１の差動増幅回路１３に接続される。
【００３３】
図６は、実施の形態２による捕捉追尾装置の分割光電変換器の分割パターンおよび信号演算処理の接続を示す図である。
第１の分割型光電変換器４は、第３の出力ポートから出力されるＱチャネル信号を用いて捕捉誤差信号を検出し、第２の分割型光電変換器５は第４の出力ポートから出力されるＱチャネル信号を用いて捕捉誤差信号を検出する。一方、第３の分割型光電変換器６は、第１の出力ポートから出力されるＩチャネル信号を用いて捕捉誤差信号を検出し、第４の分割型光電変換器７は第２の出力ポートから出力されるＩチャネル信号を用いて捕捉誤差信号を検出する。
【００３４】
第１の分割型光電変換器４は、光電変換領域４ａ，４ｂをＹ方向、光電変換領域４ｃをＸ方向に配置する。第２の分割型光電変換器５は、光電変換領域５ａ，５ｂをＸ方向、光電変換領域５ｃをＹ方向に配置する。第３の分割型光電変換器６は、光電変換領域６ａ，６ｂをＹ方向、光電変換領域６ｃをＸ方向に配置する。第４の分割型光電変換器７は、光電変換領域７ａ，７ｂをＸ方向、光電変換領域７ｃをＹ方向に配置する。
【００３５】
Ｑチャネルポートの出力信号を用いる第１の分割型光電変換器４と第２の分割型光電変換器５では、変換領域４ａ，４ｂと変換領域５ａ，５ｂがＸ、Ｙ方向それぞれで直交するように配置される。またＩチャネルポートの出力信号を用いる第３の分割型光電変換器６と第４の分割型光電変換器７では、変換領域６ｃと変換領域７ｃがＸ、Ｙ方向それぞれで直交するように配置される。
【００３６】
図６に示すように第１から第４の分割型光電変換器４，５，６，７を直交配置することにより、第１の分割型光電変換器４からＹ成分の精捕捉誤差信号とＸ成分の粗捕捉誤差信号を取得する。また、第２の分割型光電変換器５からＸ成分の精捕捉誤差信号とＹ成分の粗捕捉誤差信号を取得し、第３の分割型光電変換器６からＹ成分の精捕捉誤差信号とＸ成分の粗捕捉誤差信号を取得し、第４の分割型光電変換器７からＸ成分の精捕捉誤差信号とＹ成分の粗捕捉誤差信号を取得する。
【００３７】
第１および第２の分割型光電変換器４，５において、Ｑチャネル信号を用いて生成された精捕捉誤差信号が第１および第２の精捕捉誤差信号生成回路９，１１に入力される。一方、第３および第４の分割型光電変換器６，７において、Ｉチャネル信号を用いて生成された粗捕捉誤差信号が第１および第２の粗捕捉誤差信号生成回路８，１０に入力される。
第１から第４の分割型光電変換器４，５，６，７から取得した精捕捉誤差信号および粗捕捉誤差信号に基づいて、誤差信号および通信用信号を取得する構成は実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００３８】
以上のように、この実施の形態２によれば、第１および第２の分割型光電変換器４，５が、Ｑチャネルポートの出力信号を用いてＸ成分の精捕捉誤差信号と、Ｙ成分の精捕捉誤差信号とを取得するように構成したので、Ｑチャネルポートの出力信号を精捕捉追尾誤差検出に用いることにより、通信用として用いるＩチャネルポートの出力信号の劣化を抑制することができる。これにより通信の高感度化を実現することができる。また、広角度範囲の追尾誤差検出機能と、高速通信用受信機能とを両立することができる。
【００３９】
なお、上述した実施の形態１では、光ハイブリッド素子３に光９０度ハイブリッドを使用し、光ホモダイン通信を行う場合を想定して説明したが、上述した通信方式や光９０度ハイブリッドに限定されることなく、たとえは光ハイブリッド素子３として入射角と出射角が１対１の関係となる配置の光１８０度ハイブリッドの２つの出力ポートを使用した場合にも適用可能である。
【００４０】
実施の形態３．
この実施の形態３では、ハイブリッド素子の光９０度ハイブリッドにおいて、到来光２０１の直交偏光角度を４５°以上とすることにより、ＩチャネルとＱチャネルの信号比をＩチャネル＞Ｑチャネルとし、精捕捉誤差信号の検出にＩチャネルポートの出力信号を使用する構成を示す。なお以下では、実施の形態１と同様に光ハイブリッド素子３として光９０度ハイブリッドを用いる場合を例に説明する。
図７は、実施の形態３による捕捉追尾装置の構成を示す図である。捕捉追尾装置の各構成要素は実施の形態１と同一であるが、各構成要素の接続を変更している。
第１の分割型光電変換器４は、第２の粗捕捉誤差信号生成回路１０および第２の差動増幅回路１４に接続される。第２の分割型光電変換器５は、第１の粗捕捉誤差信号生成回路８および第２の差動増幅回路１４に接続される。第３の分割型光電変換器６は、第２の精捕捉誤差信号生成回路１１および第１の差動増幅回路１３に接続される。第４の分割型光電変換器７は、第１の精捕捉誤差信号生成回路９および第１の差動増幅回路１３に接続される。
【００４１】
また、ハイブリッド素子のＨＷＰ２０３の角度を出力信号比がＩチャネル＞Ｑチャネルとなるように設定する。具体的に説明すると、Ｉチャネル信号を出力する第１および第２の出力ポートの出力を「１０」とし、Ｑチャネル信号を出力する第３および第４の出力ポートの出力を「１」とする素子配置を行う。なお、上述した出力比は一例であり、適宜変更可能である。
【００４２】
図８は、実施の形態３による捕捉追尾装置の分割光電変換器の分割パターンおよび信号演算処理の接続を示す図である。
第１から第４の分割型光電変換器４，５，６，７の各変換領域の配置は実施の形態２と同様であり、第１の分割型光電変換器４は、第３の出力ポートから出力されるＱチャネル信号を用いて捕捉誤差信号を検出し、第２の分割型光電変換器５は第４の出力ポートから出力されるＱチャネル信号を用いて捕捉誤差信号を検出する。Ｑチャネル信号を用いる第１の分割型光電変換器４と第２の分割型光電変換器５は、変換領域４ｃと変換領域５ｃがＸ、Ｙ方向にそれぞれ直交する配置である。
【００４３】
一方、第３の分割型光電変換器６は、第１の出力ポートから出力されるＩチャネル信号を用いて捕捉誤差信号を検出し、第４の分割型光電変換器７は第４の出力ポートから出力されるＩチャネル信号を用いて捕捉誤差信号を検出する。Ｉチャネル信号を用いる第３の分割型光電変換器６と第４の分割型光電変換器７では、変換領域６ａ，６ｂと変換領域７ａ，７ｂがＸ，Ｙ方向にそれぞれ直交する配置である。
【００４４】
図８に示すように第１から第４の分割型光電変換器４，５，６，７を直交配置することにより、第１の分割型光電変換器４からＹ成分の精捕捉誤差信号とＸ成分の粗捕捉誤差信号を取得する。また、第２の分割型光電変換器５からＸ成分の精捕捉誤差信号とＹ成分の粗捕捉誤差信号を取得し、第３の分割型光電変換器６からＹ成分の精捕捉誤差信号とＸ成分の粗捕捉誤差信号を取得し、第４の分割型光電変換器７からＸ成分の精捕捉誤差信号とＹ成分の粗捕捉誤差信号を取得する。
【００４５】
第３および第４の分割光電変換器６，７において、Ｉチャネル信号を用いて生成された精捕捉誤差信号が第１および第２の精捕捉誤差信号生成回路９，１１に入力される。一方、第１および第２の分割型光電変換器４，５において、Ｑチャネル信号を用いて生成された粗捕捉誤差信号が第１および第２の粗捕捉誤差信号生成回路８，１０に入力される。
第１から第４の分割型光電変換器４，５，６，７から取得した精捕捉誤差信号および粗捕捉誤差信号に基づいて、誤差信号および通信用信号を取得する構成は実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００４６】
以上のように、この実施の形態３によれば、光ハイブリッド素子３の分岐比を調整し、Ｉチャネルポート出力を潤沢な信号レベルとするように構成したので、到来光の信号レベルが減衰した場合においても広角範囲の追尾誤差検出と高速通信用受信機能を両立することができる。
【００４７】
実施の形態４．
上述した実施の形態１から実施の形態３では、粗捕捉誤差と精捕捉誤差を検出するため、空間的に３分割した第１から第４の分割型光電変換器４，５，６，７を設ける構成を示したが、この実施の形態４では光ハイブリッド素子３への入力光のデフォーカスを制御する構成を示す。なお以下では、実施の形態１から実施の形態３と同様に、位相が互いに９０度ずつ異なる出力信号を生成する光ハイブリッド素子３を用いる場合を例に説明を行う。
【００４８】
この実施の形態４では、ハイブリッド素子３への入力光のデフォーカスを制御することにより、捕捉追尾センサ１２に入力されるビーム径を制御する。これにより、角度検出される感度、ダイナミックレンジを変化させることができ、広角度検出機能と高精度角度検出機能の両立が可能となる。また、広角度検出機能と高精度角度検出機能を両立させることにより、粗捕捉用の角度検出器が不要となり、装置の小型化が可能となる。
【００４９】
図９は実施の形態４による捕捉追尾装置のデフォーカス制御機の構成例を示す図であり、図１０は実施の形態４による捕捉追尾装置の広角度検出時と高精度角度検出時の受信イメージを示す図である。
図９に示すように、光アンテナ１からの到来光２０１を対物レンズ１８ａで集光した後、リレーレンズ１８ｂを用いてビームサイズの変更を行う。ここでリレーレンズ１８ｂの位置を矢印Ｂ方向に変化させることにより、光ハイブリット素子３への入力光のデフォーカスを制御する。
【００５０】
デフォーカスを制御することにより、図１０に示すように捕捉追尾センサ１２において局発光に対して信号光のビーム径が変化する。図１０（ａ）に示すように広角度検出時には信号光のビーム径を大きく設定し、図１０（ｂ）に示すように高精度角度検出時には信号光のビーム径を小さく設定する。
【００５１】
ここで、到来光２０１の到来ビーム径１０［ｍｍ］、リレーレンズ１８ｂの焦点距離を２５０［ｍｍ］とした場合の検出精度およびダイナミックレンジの数値計算結果を図１１に示す。図１１（ａ）は演算出力例を示し、図１１（ｂ）は算出したダイナミックレンジおよび測定精度を示している。
演算出力には、上述した式（１）および式（２）を用いる。演算出力０．５（線形近似可能範囲）を測定範囲（ダイナミックレンジ）と仮定し、測定精度は演算出力として８ｂｉｔＤＡＱを用いた場合を仮定した。図１１（ｂ）に示すようにデフォーカス値を変化させることにより、ダイナミックレンジおよび測定精度を変化させることができる。
【００５２】
図１２は、実施の形態４による捕捉追尾装置の構成を示す図である。
図１２において、捕捉追尾装置は、光アンテナ１、デフォーカス制御機１８、局発光源２、光ハイブリッド素子３、第５の分割型光電変換器（水平分割型光電変換器）１９、第６の分割型光電変換器（垂直分割型光電変換器）２０、第１の光電変換器（非分割光電変換器）２１および第２の光電変換器（非分割光電変換器）２２で構成された捕捉追尾センサ１２、第１の差動増幅回路１３、第２の差動増幅回路１４、コスタスループ回路１５および追尾制御信号生成回路２３で構成されている。
なお、以下では実施の形態１による捕捉追尾装置の構成要素と同一または相当する部分には実施の形態１で使用した符号と同一の符号を付して説明を省略または簡略化する。また、実施の形態１と同様に光ハイブリッド素子３として光９０度ハイブリッドを用いる場合を例に説明する。
【００５３】
光アンテナ１は、空間を伝搬して到来する到来光を受信する。デフォーカス制御機１８は、受信した到来光２０１のデフォーカスを調整する。光ハイブリッド素子３は、デフォーカスを調整した到来光に局発光２０２を合波し、特に入射角と出射角とが１対１の関係を維持する特性を備える素子である。第５の分割型光電変換器１９および第６の分割型光電変換器２０はＱチャンネルポートとし、非分割型の第１の光電変換器２１および第２の光電変換器２２はＩチャンネルポートとする。
【００５４】
図１３は、実施の形態４による捕捉追尾装置の分割型光電変換器の分割パターンおよび各分割型光電変換器および各光電変換器の接続を示す図である。
図１３に示すように、第５の分割型光電変換器１９は光電変換領域１９ａ，１９ｂをビーム照射面Ａに対してＸ方向（水平方向）に配置し、第６の分割型光電変換器２０は光電変換領域２０ａ，２０ｂをビーム照射面Ａに対してＹ方向（垂直方向）に配置する。なお、図１３において１９ｃ，２０ｃは受光スポットを示している。このように分割型光電変換器を直交配置とした構成とすることにより、第５の分割型光電変換器１９からＸ成分の捕捉誤差信号と、第６の分割型光電変換器２０からＹ成分の捕捉誤差信号を取得する。第５の分割型光電変換器１９および第６の分割型光電変換器２０の捕捉誤差信号は第１の差動増幅回路１３および追尾制御信号生成回路２３に出力される。一方、受光スポット２１ａを備えた第１の光電変換器２１および受光スポット２２ａを備えた第２の光電変換器２２の出力信号は、第２の差動増幅回路１４に出力される。
【００５５】
追尾制御信号生成回路２３は、第５の分割型光電変換器１９および第６の分割型光電変換器２０の補正誤差信号に基づいて光アンテナ制御信号（２１２）およびでデフォーカス制御信号（２１３）を生成し、光アンテナ１およびデフォーカス制御機１８にフィードバック信号として出力される。これらにより、生成されたフィードバック信号が捕捉追尾センサ１２にフィードバックされる。
【００５６】
第１の差動増幅回路１３および第２の差動増幅回路１４は、局発光源２の光源雑音を除去し、それぞれ９０度位相のずれたＩチャンネル信号とＱチャンネル信号が出力される。これらをコスタスループ回路１５に入力し、周波数誤差信号を局発光源２にフィードバックすることにより、到来光２０１と局発光２０２との位相同期が確立される。
【００５７】
次に、信号出力例およびデフォーカス制御機１８の処理動作について説明する。
図１４は、到来光の到来角度が変化した場合の各分割型光電変換器からの信号出力の一例を示す図である。
図１５は、実施の形態４による捕捉追尾装置の追尾完了までの動作を示すフローチャートである。
捕捉追尾装置は、光アンテナ１が到来光を受信すると（ステップＳＴ１）、演算出力が閾値外であるか否か判定を行う（ステップＳＴ２）。ステップＳＴ２の処理は、例えばプログラム上やアナログ回路において実行され、演算出力信号電圧が閾値外であるか判定を行う。
【００５８】
演算出力が閾値外であると判定した場合（ステップＳＴ２；ＹＥＳ）、ステップＳＴ５の処理に進む。一方、演算出力が閾値内であると判定した場合（ステップＳＴ２；ＮＯ）、デフォーカス制御機１８はデフォーカス値が閾値外であるか否か判定を行う（ステップＳＴ３）。デフォーカス値が閾値外であると判定された場合（ステップＳＴ３；ＹＥＳ）、デフォーカス制御機１８はデフォーカス制御を行う（ステップＳＴ４）。その後、ステップＳＴ３の判定処理に戻る。一方、デフォーカス値が閾値内であると判定された場合（ステップＳＴ３；ＮＯ）、例えばアダプティブミラー対などを用いて当該アダプティブミラーの角度を制御することにより伝播する光の角度を制御するポインティング制御を行い（ステップＳＴ５）、処理を終了する。
【００５９】
以上のように、この実施の形態４によれば、到来光のデフォーカスを調整するデフォーカス制御機１８と、位相が互いに９０度ずつ異なる出力信号を生成する光ハイブリッド素子３と、空間的に２分割された第５の分割型光電変換器１９および第６の分割型光電変換器２０と、非分割型の第１の光電変換器２１および第２の光電変換器２２からの出力信号を用いて演算を行うように構成したので、第５および第６の分割型光電変換器１９，２０と、第１および第２の光電変換器２１，２２とそれぞれにおいて光ヘテロダイン検出を行い、広角度範囲の角度検出機能と高精度の角度誤差検出機能とを両立することができる。また、広角度範囲の角度検出と高速通信とを両立することができ、所要送信パワーを低減することができる。また、広角度検出機能と高精度角度検出機能を両立させることにより、粗捕捉用の角度検出器が不要となり、装置の小型化が可能となる。
【００６０】
なお、上述した実施の形態１では、光ハイブリッド素子３に光９０度ハイブリッドを使用し、光ホモダイン通信を行う場合を想定して説明したが、上述した通信方式や光９０度ハイブリッドに限定されることなく、たとえは光ハイブリッド素子３として入射角と出射角が１対１の関係となる配置の光１８０度ハイブリッドの２つの出力ポートを使用した場合にも適用可能である。
【００６１】
実施の形態５．
上述した実施の形態１から実施の形態４では、局発光２０２の伝播角度は安定であると仮定した場合の到来角２０１の角度検出について述べたが、この実施の形態５では局発光２０２に位相変調を与え、局発光２０２の伝播角と信号光の伝播角とを同時に検出可能とする構成を示す。
局発光２０２の伝播角が変化した場合、信号光の到来角が変化していない場合であっても分割型光電変換器の演算出力は変化し、余剰誤差となる。従って、高精度角度検出を行う場合には、局発光２０２の伝播角を検出し、制御する必要がある。
【００６２】
図１６は、実施の形態５による捕捉追尾装置の構成を示す図である。実施の形態４で示した捕捉追尾装置の第１の光電変換器２１および第２の光電変換器２２に換えて、第７の分割型光電変換器（水平分割型光電変換器）３０および第８の分割型光電変換器（垂直分割型光電変換器）３１を設けている。さらに、光位相変調器２６、角度補正部２７、周波数弁別回路２８および伝播角制御信号生成回路２９を追加して設けている。
【００６３】
光位相変調器２６は、局発光源２の後段である局発光路に設けられ、局発光源２から出力された局発光の位相を変調する。角度補正部２７は、例えばアダプティブミラーなどで構成され、位相変調器２６から出力された局発光の伝播角を制御する。周波数弁別回路２８は、受信信号から局発光の信号を弁別して切り出す回路である。さらに切り出した信号を用いて局発光の角度誤差を検出する。伝播角制御信号生成回路２９は、周波数弁別回路２８が検出した局発光の角度誤差に基づいた伝播角制御信号（２１４）を生成する制御回路である。
【００６４】
図１７は、実施の形態５による捕捉追尾装置の分割型光電変換器の分割パターンおよび各分割型光電変換器の接続を示す図である。
第５の分割型光電変換器１９および第６の分割型光電変換器２０はＱチャンネルポートとし、第７の光電変換器３０および第８の光電変換器３１はＩチャンネルポートとする。この実施の形態５では、Ｉチャンネルポートも非分割型ではなく分割型の光電変換器として局発光の角度誤差検出に用いる。
【００６５】
第５の分割型光電変換器１９および第６の分割型光電変換器２０の分割パターンおよび配置方向は実施の形態４と同一である。一方、第７の分割型光電変換器３０は光電変換領域３０ａ，３０ｂをビーム照射面Ａに対してＸ方向（水平方向）に配置し、第８の分割型光電変換器３１は光電変換領域３１ａ，３１ｂをビーム照射面Ａに対してＹ方向（垂直方向）に配置する。なお、１７において３０ｃ，３１ｃは受光スポットを示している。このように、第７の分割型光電変換器３０と第８の分割型光電変換器３１を直交配置として構成とすることにより、第７の分割型光電変換器３０からＸ成分の捕捉誤差信号と、第８の分割型光電変換器３１からＹ成分の捕捉誤差信号を取得する。第７の分割型光電変換器３０および第８の分割型光電変換器３１の捕捉誤差信号は第２の差動増幅回路１４および周波数弁別回路２８に出力される。
【００６６】
周波数弁別回路２８は、局発光路の位相変調器２６に印加する信号と同一信号を用いてダウンコンバートを行い、局発光の角度誤差を検出する。検出した角度誤差信号は、伝播角制御信号生成回路２９に入力されて伝播角制御信号が生成され、角度補正部２７にフィードバックされる。
【００６７】
図１８は実施の形態５による捕捉追尾装置の周波数弁別回路の構成を示す図であり、図１９は周波数弁別回路の受信スペクトルのイメージを示す図である。
通信信号成分（ｆｓ）以外の局発光位相変調（ｆＬ）による信号を電気フィルタであるバンドパスフィルタ２８ａで抽出し、乗算器２８ｂにおいて抽出した信号に局発光位相変調（ｆＬ）による信号を乗算してダウンコンバートする。これにより、局発光の受光量によりＤＣ電流が変化し、局発光の角度誤差を検出することができる。検出した角度誤差信号に基づいて伝播角制御信号生成回路２９が生成した伝播角制御信号が角度補正部２７にフィードバックされることにより、局発光の伝播角を安定化させることができる。
【００６８】
図２０は、実施の形態５による捕捉追尾装置の動作を示すフローチャートである。
まず始めに捕捉追尾装置は、局発光のポインティングの設定を行い（ステップＳＴ１１）、信号光のポインティングおよびデフォーカス値の設定を行う（ステップＳＴ１２）。ここで、ステップＳＴ１１の処理はアダプティブミラーなどを用いて行われ、ステップＳＴ１２の処理は例えばプログラム上やアナログ回路において実行される。その後、光アンテナ１が到来光を受信すると（ステップＳＴ１３）、局発光の演算出力が閾値外であるか否か判定を行う（ステップＳＴ１４）。局発光の演算出力が閾値外であると判定した場合（ステップＳＴ１４；ＹＥＳ）、ステップＳＴ１１の処理に戻り、局発光のポインティングの再設定を行う。一方、局発光の演算出力が閾値内であると判定した場合（ステップＳＴ１４；ＮＯ）、信号光の演算出力が閾値外であるか否か判定を行う（ステップＳＴ１５）。信号光の演算出力が閾値外であると判定した場合（ステップＳ１５；ＹＥＳ）、ステップＳＴ１２の処理に戻り信号光のポインティングの再設定を行う。
【００６９】
一方、信号光の演算出力が閾値内であると判定した場合（ステップＳＴ１５；ＮＯ）、信号光のデフォーカス値が閾値外であるか否か判定を行う（ステップＳＴ１６）。信号光のデフォーカス値が閾値外であると判定した場合（ステップＳＴ１６；ＹＥＳ）、ステップＳＴ１２の処理に戻り、信号光のデフォーカス値の再設定を行う。一方、信号光のデフォーカス値が閾値内であると判定した場合（ステップＳＴ１６；ＮＯ）、処理を終了する。
【００７０】
以上のように、この実施の形態５によれば、到来光のデフォーカスを調整するデフォーカス制御機１８と、位相が互いに９０度ずつ異なる出力信号を生成する光ハイブリッド素子３と、局発光に位相変調を与える光位相変調器２６と、空間的に２分割された第５から第８の分割型光電変換器１９，２０，２１，２２で構成され局発光の光軸を制御する捕捉追尾センサ１２と、光電変換後に局発光の変調信号を抽出する周波数弁別回路２８と、抽出した局発光の変調信号から局発光の伝播角を検出する角度補正部２７とを備えるように構成したので、局発光の角度誤差を検出することにより、局発光の伝播角誤差による信号光の角度検出誤差を低減させることができ、角度検出機構の高精度化を実現することができる。
【００７１】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１  光アンテナ、２  局発光源、３  光ハイブリッド素子、４  第１の分割型光電変換器、４ａ，４ｂ，４ｃ，５ａ，５ｂ、５ｃ、６ａ，６ｂ，６ｃ，７ａ，７ｂ，７ｃ，１９ａ，１９ｂ，２０ａ，２０ｂ，３０ａ，３０ｂ，３１ａ，３１ｂ  光電変換領域、４ｄ，５ｄ，６ｄ，７ｄ，１９ｃ，２０ｃ，２１ａ，２２ａ，３０ｃ，３１ｃ  受光スポット、５  第２の分割型光電変換器、６  第３の分割型光電変換器、７  第４の分割型光電変換器、８  第１の粗捕捉誤差信号生成回路、９  第１の精捕捉誤差信号生成回路、１０  第２の粗捕捉誤差信号生成回路、１１  第２の精捕捉誤差信号生成回路、１２  捕捉追尾センサ、１３  第１の差動増幅回路、１４  第２の差動増幅回路、１５  コスタスループ回路、１６  粗捕捉制御信号生成回路、１７  精捕捉制御信号生成回路、１８  デフォーカス制御機、１８ａ  対物レンズ、１８ｂ  リレーレンズ、１９  第５の分割型光電変換器、２０  第６の分割型光電変換器、２１  第１の光電変換器２１、２２  第２の光電変換器、２３  追尾制御信号生成回路、２６  光位相変調器、２７  局発光角度補正機構、２８  周波数弁別回路、２８ａ  バンドパスフィルタ、２８ｂ  乗算器、２９  局発光伝播角制御信号生成回路、３０  第７の分割型光電変換器、３１  第８の分割型光電変換器、０１  到来光、２０２  局発光、２０３  １／２波長板、２０４  １／４波長板、２０５  ビームスプリッタ、２０６，２０７  偏波分離スプリッタ、２０８，２０９，２１０，２１１，２０８´，２０９´，２１０´，２１１´  出力信号、２１２  光アンテナ制御信号、２１３  デフォーカス制御信号、２１４  伝播角制御信号。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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