(57)【要約】【課題】高速に広範囲をスパイラル走査可能なレーザービーム走査装置および光アンテナ装置を得る。【解決手段】第１のウェッジプリズム１および第２のウェッジプリズム２と、第１のウェッジプリズム１および第２のウェッジプリズム２をそれぞれ回転させる第１の回転駆動手段および第２の回転駆動手段と、第１のウェッジプリズム１および第２のウェッジプリズム２が異なる回転速度で回転するように第１の回転駆動手段および第２の回転駆動手段を制御する回転速度制御手段とを備え、第１のウェッジプリズム１および第２のウェッジプリズム２は、レーザービームが透過するように配置され、かつ、レーザービームの進行方向に対するそれぞれの回転方向が等しい。このような構成により、空間における任意の面上で所望の渦巻き状の軌跡を描くようにレーザービームを走査することができる。【選択図】図１
2009139692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間を伝搬するレーザービームを屈曲させ、かつ屈曲角度を時間的に変化させることにより、空間における任意の面上で所望の渦巻き状の軌跡を描くように前記レーザービームを走査するレーザービーム走査装置であって、
第１のウェッジプリズムおよび第２のウェッジプリズムと、
前記第１のウェッジプリズムおよび前記第２のウェッジプリズムをそれぞれ回転させる第１の回転駆動手段および第２の回転駆動手段と、
前記第１のウェッジプリズムおよび前記第２のウェッジプリズムが異なる回転速度で回転するように前記第１の回転駆動手段および前記第２の回転駆動手段を制御する回転速度制御手段と
を備え、
前記第１のウェッジプリズムおよび前記第２のウェッジプリズムは、前記レーザービームが透過するように配置され、かつ、前記レーザービームの進行方向に対するそれぞれの回転方向が等しい
ことを特徴とするレーザービーム走査装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザービーム走査装置において、
前記第１の回転駆動手段および前記第２の回転駆動手段は、１つの電気モータと、前記電気モータの回転を前記第１のウェッジプリズムおよび前記第２のウェッジプリズムのそれぞれの回転運動へと動力伝達する第１の平歯車および第２の平歯車とで構成され、
前記回転速度制御手段は、前記第１の平歯車による減速比と前記第２の平歯車による減速比とを異ならせることで構成される
ことを特徴とするレーザービーム走査装置。
【請求項３】
請求項１に記載のレーザービーム走査装置において、
異なる回転速度で回転する前記第１のウェッジプリズムおよび第２のウェッジプリズムのいずれか一方と等しい回転速度で回転する第３のウェッジプリズムをさらに備え、
前記第１のウェッジプリズム、前記第２のウェッジプリズム、および前記第３のウェッジプリズムは、前記レーザービームが透過するように配置され、かつ、前記レーザービームの進行方向に対するそれぞれの回転方向が等しい
ことを特徴とするレーザービーム走査装置。
【請求項４】
請求項１に記載のレーザービーム走査装置において、
前記第１の回転駆動手段および前記第２の回転駆動手段は、それぞれステッピングモータにより構成され、
前記回転速度制御手段は、前記所望の渦巻き状の軌跡を得るように前記ステッピングモータを駆動するための駆動パルス時間変化パターンをあらかじめ記憶する記憶部を有し、前記駆動パルス時間変化パターンに基づいて前記ステッピングモータに駆動パルスを出力する
ことを特徴とするレーザービーム走査装置。
【請求項５】
請求項１に記載のレーザービーム走査装置において、
前記第１のウェッジプリズムおよび前記第２のウェッジプリズムのそれぞれの所定の基準に対する相対角度を出力する第１の相対角度検出器および第２の相対角度検出器をさらに備え、
前記第１の回転駆動手段および第２の回転駆動手段は、それぞれサーボモータにより構成され、
前記回転速度制御手段は、前記所望の渦巻き状の軌跡を得るように前記サーボモータを駆動するための目標回転速度時間変化パターンをあらかじめ記憶する記憶部を有し、前記第１の相対角度検出器および前記第２の相対角度検出器から出力されるそれぞれの相対角度をフィードバックデータとして、それぞれのサーボモータの回転速度をフィードバック制御する
ことを特徴とするレーザービーム走査装置。
【請求項６】
レーザー信号を空間に送信する光アンテナ装置において、
請求項１ないし５のいずれか１項に記載のレーザービーム走査装置を適用したことを特徴とする光アンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、一方の装置で信号変調されたレーザービームを空間に放出し、他方の装置でそのレーザービームを受光し、信号復調することによって通信を行なう光空間通信に用いられるレーザービーム走査装置および光アンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザー光を用いた人工衛星同士の光通信（光衛星間通信）において、非常に遠距離の相手衛星に対して、収束した送信レーザービームを到達させるためには、相手衛星の方向を光学的に探知する手段が必要である。相手衛星の放出したレーザービームを受信している場合には、そのレーザービームの到来方向を検出するセンサを搭載することで解決できる。しかしながら、そうでない場合には、相手衛星の方向を光学的に探知するための別の手段がさらに必要である。
【０００３】
このような、相手衛星の方向を光学的に探知するための手段として、送信レーザービームの角度を時間的に変化させ、相手衛星の存在可能性のある角度範囲をくまなく走査することで、相手衛星の正確な方向を知らなくても、相手衛星が自衛星の送信レーザービームを必ず受信できるようにするレーザービーム走査装置がある（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
非特許文献１に記載されたレーザービーム走査装置は、レーザービームの角度を屈曲させるために、平面ミラーの傾斜を制御して反射角度を変化させるものであり、また、スパイラルスキャンと呼ばれる渦巻き状の走査パターンを行なうものである。
【０００５】
スパイラルスキャンにおいて、相手衛星が存在し得る空間を見込む（２次元ベクトル）角度範囲は、軌道計算により概ね円形境界の内側に制限できる。さらに、相手衛星の存在確率は、この円形境界の中心をピークとして分布する。従って、レーザービームの走査を円形境界の中心から開始すると、確率的に短時間で目的が達せられるため、このようなスパイラルスキャンがよいとされている。
【０００６】
従って、従来のレーザービーム走査装置は、以上述べたように構成されているため、相手衛星の正確な方向を知らなくても、相手衛星に自衛星の送信レーザービームを到達させることができる。
【０００７】
【非特許文献１】"Beaconless satellite laser acquisition - modeling and feasibility", Military Communications Conference、 2004． MILCOM 2004． IEEE Vol．1、 P41-47  発行日: 31 Oct．-3 Nov． 2004
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
第１に、１回あたりの走査時間を短時間とするためには、レーザービームの角度を屈曲させる平面ミラー傾斜の角速度を高速にする必要がある。しかしながら、角速度の高速化は、駆動機構とミラーの慣性重量に依存する限界がある。従って、１回あたりの走査時間の短縮には、限界があるという課題があった。
【０００９】
また、第２に、平面ミラーは、ミラーの慣性重量を小さくするために、レーザービーム径を変換する望遠鏡の小口径側に置かれるが、一方、傾斜角度範囲は、望遠鏡の倍率分大きい必要がある。例として、１０倍の望遠鏡を使って半径０．２ｄｅｇの範囲を走査するためには、１ｄｅｇの傾斜角度範囲が必要であり、高速性能との両立が困難という課題があった。
【００１０】
本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、高速に広範囲をスパイラル走査可能なレーザービーム走査装置および光アンテナ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るレーザービーム走査装置は、空間を伝搬するレーザービームを屈曲させ、かつ屈曲角度を時間的に変化させることにより、空間における任意の面上で所望の渦巻き状の軌跡を描くようにレーザービームを走査するレーザービーム走査装置であって、第１のウェッジプリズムおよび第２のウェッジプリズムと、第１のウェッジプリズムおよび第２のウェッジプリズムをそれぞれ回転させる第１の回転駆動手段および第２の回転駆動手段と、第１のウェッジプリズムおよび第２のウェッジプリズムが異なる回転速度で回転するように第１の回転駆動手段および第２の回転駆動手段を制御する回転速度制御手段とを備え、第１のウェッジプリズムおよび第２のウェッジプリズムは、レーザービームが透過するように配置され、かつ、レーザービームの進行方向に対するそれぞれの回転方向が等しいものである。
【００１２】
また、本発明に係る光アンテナ装置は、レーザー信号を空間に送信する光アンテナ装置において、本願発明のレーザービーム走査装置を適用したものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、２つのウェッジプリズムを同一の回転方向で異なる回転速度で回転させることで、空間における任意の面上で所望の渦巻き状の軌跡を描くようにレーザービームを走査することにより、高速に広範囲をスパイラル走査可能なレーザービーム走査装置および光アンテナ装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明のレーザービーム走査装置および光アンテナ装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００１５】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１におけるレーザービーム走査装置の構成図である。図１のレーザービーム走査装置は、頂角の等しいウェッジプリズム１、２、ウェッジプリズム１、２それぞれの回転軸受け３、４、ウェッジプリズム１、２とともに回転する平歯車５ａ、５ｂ、平歯車５ａ、５ｂのそれぞれに駆動力を伝達するピニオンギア６ａ、６ｂ、およびピニオンギア６ａ、６ｂの回転軸に接続された電気モータ７で構成される。このような構成を有するレーザービーム走査装置からは、偏向されたレーザービーム８（すなわち、偏向角９を有するレーザービーム８）が出力される。
【００１６】
次に、本実施の形態１におけるレーザービーム走査装置の動作について説明する。なお、ピニオンギア６ａおよび平歯車５ａの歯数で決まる減速比と、ピニオンギア６ｂおよび平歯車５ｂの歯数で決まる減速比とは、異なるように構成されている。従って、電気モータ７を一定速度で駆動した場合には、ウェッジプリズム１とウェッジプリズム２の回転方向は同一であるが、異なる回転速度で回転することになる。
【００１７】
このウェッジプリズム１、２に対し、レーザービームを透過させると、屈折作用により進行方向が偏向される。さらに、上述した回転運動により、偏向方向が時間的に変化し、空間走査をすることができる。
【００１８】
このような構成においては、平歯車５ａ、５ｂ、ピニオンギア６ａ、６ｂ、および電気モータ７が、回転駆動手段に相当する。また、ピニオンギア６ａおよび平歯車５ａの歯数で決まる減速比と、ピニオンギア６ｂおよび平歯車５ｂの歯数で決まる減速比とを異なるように構成することにより、回転速度制御手段を実現している。
【００１９】
次に、ウェッジプリズム１、２の回転運動による空間走査パターンが、スパイラルスキャンとなる点について説明する。図２は、本発明の実施の形態１におけるレーザービーム走査による偏向角をあらわすパラメータの説明図である。図２においては、先の図１に示したレーザービーム走査装置１０、および走査パターンを視覚的に表すための仮想平面１１が示されている。
【００２０】
ここで、レーザービーム走査による偏向角のスカラー成分θ１と、方位角θ２を図２のように定義する。これらパラメータは、ウェッジプリズム１、２による偏向角のベクトル和で表すことができる。
【００２１】
図３は、本発明の実施の形態１における偏向角のベクトル和の関係を示す説明図である。図３において、偏向角ベクトルを直線矢印で表し、矢印の長さをスカラー成分、方位角を水平線と成す角で表す。
【００２２】
図３においては、３つの偏向角ベクトル２０ａ、２０ｂ、２２が示されている。偏向角ベクトル２０ａは、ウェッジプリズム１による偏向角ベクトルである。また、偏向角ベクトル２０ｂは、ウェッジプリズム２による偏向角ベクトルである。さらに、偏向角ベクトル２２は、偏向角ベクトル２０ａと偏向角ベクトル２０ｂの合成で表されたレーザービーム走査装置１０による偏向角ベクトルである。
【００２３】
また、図３においては、２つの軌跡２１、２３が示されている。軌跡２１は、ウェッジプリズム１を固定し、かつウェッジプリズム２を回転させたときの偏向角ベクトル２２が描く軌跡である。また、軌跡２３は、偏向角ベクトル２０ａと２０ｂとの成す角Δφを固定しつつ、ウェッジプリズム１、２を回転させたときの偏向角ベクトル２２が描く軌跡である。
【００２４】
この図３からも明らかなように、Δφを変化させると、偏向角ベクトル２２のスカラー成分（図２のθ１）を０〜任意値に無段階に変化させることが可能である。さらに、Δφを一定に保ちつつ、ウェッジプリズム１、２を同一方向に回転させた場合には、軌跡２３が示しているように、偏向角ベクトル２２は、円形の走査パターンとなる。
【００２５】
すでに説明したように、ウェッジプリズム１、２は、減速比の異なる歯車列を介して回転駆動されるので、Δφは、時間的に変化することになる。従って、偏向角ベクトル２２が０ベクトルである状態、すなわち、Δφが１８０ｄｅｇの状態から回転駆動を開始すると、方位角θ２が増加するとともに、偏向角ベクトル２２のスカラー成分θ１も時間的に増加していく。この結果、スパイラルスキャンを実現することができる。
【００２６】
また、偏向角ベクトル２２のスカラー成分θ１が最大値に達した時刻、すなわち、Δφが０となった時刻を超えると、外側から内向きのスパイラルスキャンに自動的に切り替わることがわかる。従って、電気モータ７の回転方向が常に一定であっても、恒常的にスパイラルスキャンを行ない続けることが可能となる。上述した減速比および回転速度を適切な値となるように設計することにより、所望の渦巻き状の軌跡を描くように、レーザービームを走査することができる。
【００２７】
以上のように、実施の形態１によれば、上述の構成を備えたレーザービーム走査装置を用いることにより、次の２点の効果を有する。第１点として、平面ミラーを傾動させる従来方式では、ミラーの角度を往復運動させなければならなかった。これに対して、本実施の形態１におけるレーザービーム走査装置は、電気モータを一定の方向に回転するだけでよく、高速で安定した走査を、低コストで実現可能である。
【００２８】
また、第２点として、走査範囲を拡大するためには、平面ミラーを傾動させる従来方式では、ミラー角度の駆動量を大きくする必要があった。これに対して、本実施の形態１におけるレーザービーム走査装置は、屈折率の高いウェッジプリズム、あるいは頂角の大きいウェッジプリズムを用いて、必要に応じて、歯車列の減速比を変更するだけで、走査範囲を拡大することができる。従って、様々な走査範囲を低コストで実現することが可能である。
なお、平歯車５ａ、５ｂ、ピニオンギア６ａ、６ｂの代替として類似の機能をもつ機械要素（減速装置）を用いてもよい。例えば、傘歯車、ウオームギアを用いても良いし、自動車のＣＶＴ（歯車を用いない変速装置）のような機構を用いてもよい。
【００２９】
実施の形態２．
先の実施の形態１では、頂角の等しいウェッジプリズムを２個必要とした。しかしながら、一般に入手できるウェッジプリズムの頂角は、製造公差を含むので、要求精度によっては、使用することができない。そこで、本実施の形態２では、このような製造公差のあるウェッジプリズムを用いて、先の実施の形態１と同等の効果を得る構成について説明する。
【００３０】
本実施の形態２によるレーザービーム走査装置の構成は、ウェッジプリズム２の代わりに、２枚のウェッジプリズムを同じホルダにまとめて固定して用いるだけであり、構成図を省略する。
【００３１】
図４は、本実施の形態２におけるレーザービーム走査装置の偏向角ベクトルの説明図である。この図４において、先の図３と同じ数字、記号は、同等の意味を示し、説明を省略する。本実施の形態２では、ウェッジプリズム２により偏向角ベクトル２０ｂを得る代わりに、２枚のウェッジプリズムの一方による偏向角ベクトル２０ｂ１と、他方による偏向角ベクトル２０ｂ２との合成により、偏向角ベクトル２０ｂを得ている。
【００３２】
ここで、偏向角ベクトル２０ｂ１、２０ｂ２は、明らかに偏向角ベクトル２０ａと異なっている。しかしながら、偏向角ベクトル２０ｂ１、２０ｂ２の合成ベクトルである偏向角ベクトル２０ｂは、それぞれの偏向角ベクトル２０ｂ１、２０ｂ２の成す角を適切に設定することで、偏向角ベクトル２０ａと等しくすることができる（図４参照）。従って、これら２個のウェッジプリズムをウェッジプリズム２の代用とすることにより、先の実施の形態１によるレーザービーム走査装置と同等の動作が可能である。
【００３３】
以上のように、実施の形態２によれば、上述の構成を備えたレーザービーム走査装置を用いることにより、次の２点の効果を有する。第１点として、先の実施の形態１によるレーザービーム走査装置と同等の効果を得ることができる。また、第２点として、公差の大きいウェッジプリズムを使用可能であることから、先の実施の形態１によるレーザービーム走査装置と比較し、低コスト化が可能である。
【００３４】
なお、上述の実施の形態２では、ウェッジプリズム２の代わりに、２枚のウェッジプリズムを同じホルダにまとめて固定する場合について説明したが、このような構成に限定されるものではない。異なる速度で回転する２つのウェッジプリズム１、２のいずれか一方と等しい回転速度で回転する３つ目のウェッジプリズムを有することにより、同様の効果を得ることができる。
【００３５】
実施の形態３．
先の実施の形態１では、ピニオンギア６ａ、６ｂの回転軸に共通の１台の電気モータ７が接続される回転駆動手段の構成について説明した。これに対して、本実施の形態３では、ピニオンギア６ａ、６ｂの回転軸にそれぞれ個別のモータが接続される回転駆動手段の構成について説明する。
【００３６】
図５は、本発明の実施の形態３におけるレーザービーム走査装置の構成図である。図５において、先の図１と同等の数字、記号は、同等の部位を示し、説明を省略する。先の図１の構成と比較すると、図５の構成においては、電気モータ７の代わりに、ステッピングモータ３０ａ、３０ｂ、ステッピングモータドライバ３１ａ、３１ｂ、およびシーケンス制御装置３２を備えている。
【００３７】
ステッピングモータドライバ３１ａ、３１ｂは、それぞれステッピングモータ３０ａ、３０ｂに駆動パルスを与えるドライバである。また、シーケンス制御装置３２は、ステッピングモータドライバ３１ａ、３１ｂに制御指令を与えるコントローラである。
【００３８】
このような構成においては、平歯車５ａ、５ｂ、ピニオンギア６ａ、６ｂ、およびステッピングモータ３０ａ、３０ｂが、回転駆動手段に相当する。また、ステッピングモータドライバ３１ａ、３１ｂ、およびシーケンス制御装置３２が、回転速度制御手段に相当する。
【００３９】
次に、動作について説明する。ピニオンギア６ａ、６ｂは、それぞれステッピングモータ３０ａ、３０ｂによって駆動される。従って、ウェッジプリズム１、２を任意回転速度で回転させることが可能である。シーケンス制御装置３２は、あらかじめ決定されたプログラムに従い、ウェッジプリズム１、２を回転させるための制御指令を、それぞれのステッピングモータドライバ３１ａ、３１ｂ与える。
【００４０】
換言すると、シーケンス制御装置３２は、所望の渦巻き状の軌跡を得るようにステッピングモータ３０ａ、３０ｂを駆動するための駆動パルス時間変化パターンをあらかじめ記憶部（図示せず）に記憶しておき、駆動パルス時間変化パターンに基づいてステッピングモータドライバ３１ａ、３１ｂに対する制御指令として、駆動パルスを出力する。
【００４１】
以上のように、実施の形態３によれば、上述の構成を備えたレーザービーム走査装置を用いることにより、次の３点の効果を有する。第１点として、先の実施の形態１によるレーザービーム走査装置と同等の効果を得ることができる。
【００４２】
また、第２点として、偏向角のスカラー量θ１の角速度と、方位角θ２の角速度を独立に任意に制御することが可能である。従って、スパイラルスキャン走査パターンの渦巻きのピッチを等間隔に揃えるように制御することが可能である。さらに、第３点として、スパイラルスキャン角度範囲における放射発散度を均一となるように制御することが可能である。
【００４３】
実施の形態４．
先の実施の形態３では、ピニオンギア６ａ、６ｂの回転軸にそれぞれ個別のステッピングモータが接続される構成について説明した。これに対して、本実施の形態４では、ピニオンギア６ａ、６ｂの回転軸にそれぞれ個別のＤＣサーボモータが接続される構成について説明する。
【００４４】
図６は、本発明の実施の形態４におけるレーザービーム走査装置の構成図である。図６において、先の図１、図５と同等の数字、記号は、同等の部位を示し、説明を省略する。先の図５の構成においては、電気モータ７の代わりに、ステッピングモータ３０ａ、３０ｂ、ステッピングモータドライバ３１ａ、３１ｂ、およびシーケンス制御装置３２を備えていた。これに対して、図６の構成においては、電気モータ７の代わりに、ＤＣサーボモータ４０ａ、４０ｂ、サーボモータドライバ４１ａ、４１ｂ、フィードバック制御装置４２、およびロータリーエンコーダー４３ａ、４３ｂを備えている。
【００４５】
サーボモータドライバ４１ａ、４１ｂは、サーボモータ４０ａ、４０ｂに駆動電力を供給するドライバである。また、ロータリーエンコーダー４３ａ、４３ｂは、ウェッジプリズム１．２と共に回転するスケールとスケール読み取りセンサとからなり、回転量を読み取る。さらに、フィードバック制御装置４２は、ロータリーエンコーダー４３ａ、４３ｂの読み取り数値を演算し、サーボモータドライバ４１ａ、４１ｂに制御指令値を与えるコントローラである。
【００４６】
このような構成においては、平歯車５ａ、５ｂ、ピニオンギア６ａ、６ｂ、およびサーボモータ４０ａ、４０ｂが、回転駆動手段に相当する。また、サーボモータドライバ４１ａ、４１ｂ、フィードバック制御装置４２、およびロータリーエンコーダー４３ａ、４３ｂが、回転速度制御手段に相当する。
【００４７】
次に、動作について説明する。フィードバック制御装置４２は、ロータリーエンコーダー４３ａ、４３ｂの出力に基づいて、時々刻々のウェッジプリズム１、２の回転速度と、相対方位角Δφの現在値をフィードバック量として演算する。また、フィードバック制御装置４２内には、所望のスパイラル走査パターンを得るための目標値として、時間経過に伴うΔφの値に対するウェッジプリズム１、２の回転速度、および回転加速度が関数、または数値テーブルの形式であらかじめ記憶部（図示せず）に記憶されている。
【００４８】
そして、フィードバック制御装置４２は、フィードバック量と目標値とに基づいてフィードバック制御を行い、サーボモータドライバ４１ａ、４１ｂに対し制御指令を与える。これにより、所望のスパイラル走査パターンを得ることができる。
【００４９】
換言すると、フィードバック制御装置４２は、所望の渦巻き状の軌跡を得るようにサーボモータ４０ａ、４０ｂを駆動するための目標回転速度時間変化パターンをあらかじめ記憶部（図示せず）に記憶しておき、相対角度検出器に相当するロータリーエンコーダー４３ａ、４３ｂの出力値をフィードバックデータとして、それぞれのサーボモータドライバ４１ａ、４１ｂに対し制御指令を与えてフィードバック制御を行う。
【００５０】
以上のように、実施の形態４によれば、上述の構成を備えたレーザービーム走査装置を用いることにより、次の２点の効果を有する。第１点として、先の実施の形態３によるレーザービーム走査装置と同等の効果を得ることができる。また、第２点として、サーボモータの速度、加速度をフィードバック制御することにより、先の実施の形態３で述べたステッピングモータのシーケンス制御と比較して、滑らかで正確な走査パターンを描くことが可能となる。
【００５１】
実施の形態５．
本実施の形態５では、先の実施の形態１〜４で説明したレーザービーム走査装置を、光アンテナ装置に適用する場合について説明する。図７は、本発明の実施の形態５における光アンテナ装置の構成図である。本実施の形態５に示す光アンテナ装置は、光衛星間通信に適用されるものである。
【００５２】
図７の光アンテナ装置は、先の実施の形態１〜４で説明したレーザービーム走査装置１０のいずれかを備えている。また、その他の構成要素として、図７の光アンテナ装置は、レーザービーム送信手段５０、レーザービーム受信手段５１、第１のビームスプリッタ５２、第２のビームスプリッタ５３、チップチルト駆動ミラーであるＦＰＭ５４、望遠鏡５５、２軸ジンバル駆動ミラーであるＣＰＭ５６、レンズ５７、およびＣＣＤデバイスである２次元検出器５８を備えている。
【００５３】
次に、動作について説明する。レーザービーム送信手段５０から放出された送信レーザービームは、レーザービーム走査装置１０、ビームスプリッタ５２、ＦＰＭ５４、望遠鏡５５、ＣＰＭ５６を経て筐体外に放出される。ＣＰＭ５６は、図示されない電子計算機による軌道計算によって相手衛星の存在可能性が高い方向へ送信ビームを屈曲する。
【００５４】
レーザービーム走査装置１０は、相手衛星に送信レーザービームを到達させるためにスパイラル走査を実行する。一方、相手衛星が同じシステムによりスパイラル走査を行なっているときには、レーザービーム走査装置１０は、スパイラル走査を停止させる。
【００５５】
そして、相手衛星の送信レーザービームをＣＰＭ５６が受光したとする（以下、受光したレーザービームを受信レーザービームと呼ぶ）。この場合には、受信レーザービームはＣＰＭ５６、望遠鏡５５、ＦＰＭ５４、第１のビームスプリッタ５２、第２のビームスプリッタ５３、レンズ５７を経て、２次元検出器５８に到達する。
【００５６】
２次元検出器５８の集光位置に基づき、図示されない電子計算機によりレーザービーム受信手段５１に入射するレーザービームの角度ずれが演算され、演算結果に基づいてＦＰＭ５４の角度が補正される。
【００５７】
さらに、図示されない電子計算機により、送受レーザービームの光行差を演算し、この光行差を補正するようにレーザービーム走査装置１０の偏向角が制御される。以上により、相手衛星へ送信ビームを到達させることが可能となる。
【００５８】
以上のように、実施の形態５によれば、上述の構成を備えた光アンテナ装置を用いることにより、次の２点の効果を有する。第１点として、先の実施の形態４に示す方式のレーザービーム走査装置１０を用いたことにより、高速なスパイラルスキャンが可能となる。従って、短時間に相手衛星に送信ビームを到達させることが可能となる。また、第２点として、レーザービーム走査装置によって光行差補正を行なうことにより、装置の小型化、低コスト化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施の形態１におけるレーザービーム走査装置の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるレーザービーム走査による偏向角をあらわすパラメータの説明図である。
【図３】本発明の実施の形態１における偏向角のベクトル和の関係を示す説明図である。
【図４】本実施の形態２におけるレーザービーム走査装置の偏向角ベクトルの説明図である。
【図５】本発明の実施の形態３におけるレーザービーム走査装置の構成図である。
【図６】本発明の実施の形態４におけるレーザービーム走査装置の構成図である。
【図７】本発明の実施の形態５における光アンテナ装置の構成図である。
【符号の説明】
【００６０】
１、２  ウェッジプリズム、５ａ、５ｂ  平歯車、６ａ、６ｂ  ピニオンギア、７  電気モータ、１０  レーザービーム走査装置、１１  仮想平面、２０ａ、２０ｂ、２０ｂ１、２０ｂ２、２２  偏向角ベクトル、２１、２３  軌跡、３０ａ、３０ｂ  ステッピングモータ、３１ａ、３１ｂ  ステッピングモータドライバ、３２  シーケンス制御装置、４０ａ、４０ｂ  サーボモータ、４１ａ、４１ｂ  サーボモータドライバ、４２  フィードバック制御装置、４３ａ、４３ｂ  ロータリーエンコーダー、５０  レーザービーム送信手段、５１  レーザービーム受信手段、５２  第１のビームスプリッタ、５３  第２のビームスプリッタ、５４  ＦＰＭ、５５  望遠鏡、５６  ＣＰＭ、５７  レンズ、５８  ２次元検出器。
【図１】
2009139692.tif 000003
【図２】
2009139692.tif 000004
【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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