(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間伝搬を利用して通信相手局と光通信を行う光通信装置において、
通信相手局と光通信用の光の送受信を行う光送受信手段と、
前記通信相手局を追尾して前記光送受信手段の光の送受信を制御する粗追尾手段と、
前記光送受信手段で受信された光の角度を検出する光角度検出手段と、
前記光の角度に基づいて、前記光送受信手段の入出力光路を制御して前記通信相手局を追尾する精追尾手段と、
前記光送受信手段を介して、前記通信相手局から受信光を受信する受信用光学系と、
前記光送受信手段を介して、前記通信相手局へ送信光を送信する送信用光学系と、
前記受信用光学系で受信した前記受信光を入力する光受信部と、
前記送信用光学系へ送信する前記送信光を出力する光送信部と、
前記受信用光学系で受信された前記受信光を、前記光受信部へ導く第１の光ファイバケーブルと、
前記光送信部から送信された前記送信光を、前記送信用光学系へ導く第２の光ファイバケーブルと
を備え、
前記光受信部は、前記第１の光ファイバケーブルを介して、前記受信用光学系と分離して配置され、前記光送信部は、前記第２の光ファイバケーブルを介して、前記送信用光学系と分離して配置されていることを特徴とする光通信装置。
【請求項２】
前記受信用光学系及び前記第１の光ファイバの一端を対向配置し、前記受信用光学系に対して、前記受信光の強度が最大となるように、前記一端の位置を調整する第１の位置調整手段を、さらに備えることを特徴とする請求項１記載の光通信装置。
【請求項３】
前記通信相手局との光行差を算出する演算手段と、
前記送信用光学系及び前記第２の光ファイバの一端を対向配置し、前記送信用光学系に対して、前記光行差に基づいて、前記一端の位置を調整する第２の位置調整手段とを、さらに備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光通信装置。
【請求項４】
前記第１の位置調整手段および前記第２の位置調整手段の少なくとも一方は、前記一端を３次元に移動制御して位置を調整することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の光通信装置。
【請求項５】
前記光送受信手段を介して、前記通信局相手に向けてビーコン光を送信するビーコン光送信手段を、さらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光通信装置。
【請求項６】
前記ビーコン光送信手段は、
前記ビーコン光を発光するビーコン発光部と、
前記ビーコン光を前記光送受信手段に出力するビーコン光学系と、
前記ビーコン発光部で発光された前記ビーコン光を、前記ビーコン光学系へ送信する第３の光ファイバケーブルとを、さらに備えることを特徴とする請求項５記載の光通信装置。
【請求項７】
前記受信用光学系及び前記送信用光学系は、筐体内に配置され、
前記光受信部及び前記光送信部は、前記筐体とは分離されて配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の光通信装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の光通信装置間で、空間伝搬を利用して光通信が行われることを特徴とする光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば人工衛星、宇宙ステーション、宇宙往還機等の宇宙航行体間において、空間伝搬を利用して光通信を行うのに用いる光通信装置および光通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、光通信システムにおいては、通信局間を光ファイバケーブルでケーブル接続して、この光ファイバケーブルを伝送路として、相互間で光通信を行う光ファイバ方式が採用されている。このような光通信システムにあっては、在来からのＲＦ通信に比して通信容量を飛躍的に増大することが可能となる。
【０００３】
ところで、最近の宇宙開発の分野においては、衛星間通信等の通信の多様化が図られており、通信容量の増大が要請されている。そこで、宇宙開発の分野にあっては、宇宙航行体間に光通信システムを構築して、通信容量の大容量化を図る構想がある。
【０００４】
このような光通信システムとしては、光ファイバケーブルを敷設することなく，空間伝搬を利用して、通信光を相手局に送信して光通信を行う方式が考えられ、研究されている。このような光通信システムとしては、空間を伝搬した光を、光アンテナを用いて送受して、光信号処理系に導かれる。この際、光アンテナは、通信方向に高精度に指向制御される。
【０００５】
例えば、図５に示すように筐体１を図示しない宇宙航行体に粗追尾用ジンバル２を介して追尾自在に配設し、この筐体１には、光アンテナ３が搭載される。そして、筐体１内には、追尾鏡４が、その一方の光入出力路を光アンテナ３のに対応して配設され、この追尾鏡４の他方の光入出力路上には、光受信光学系を構成する第１のビームスプリッタ５が、その入力路を対向させて配設される。
【０００６】
なお、上記ジンバル２は、図示しないセンサからの粗追尾指令に基づいて筐体１を移動制御して、光アンテナ３の指向方向を目標方向に粗追尾する。
上記第１のビームスプリッタ５の一方の出力路には、結像レンズ６が配設され、この結像レンズ６の後段には、ＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ  Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）等の光受信部７が配設される。この光受信部７は、その出力端に受信信号処理部８が接続され、入力した受信光を光電変換して受信信号処理部８に出力する。
【０００７】
また、第１のビームスプリッタ５の他方の出力路には、光角度検出部９が第２のビームスプリッタ１０を介して配設され、この光角度検出部９の出力端には、駆動制御部１１が接続される。光角度検出部９は、第１のビームスプリッタ５からの受信光が第２のビームスプリッタ１０を通って導かれ、該受信光の光角度を検出して、その光角度情報を駆動制御部１１に出力する。駆動制御部１１は、入力した光角度情報に基づいて追尾鏡駆動信号を生成して上記追尾鏡４の追尾角度を制御し、目標を精追尾する。
【０００８】
上記第２のビームスプリッタ１０の入力路には、光行差補正鏡１２を介して結像レンズ１３が配設され、結像レンズ１２の後段には、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）等の光送信部１４が配設される。光送信部１４は、送信信号処理部１５を介して入力される電気信号を光に変換して結像レンズ１３に供給する。この送信光は、光行差補正鏡１２、第２のビームスプリッタ１０、第１のビームスプリッタ５、追尾鏡４を通って光アンテナ３に導かれ、目標方向に送信される。この際、上記光行差補正鏡１２は、目標との光行差補正情報に基づいて角度制御されて送信光の光行差を補正する。この光行差補正情報は、上記光角度検出部９で検出した光角度情報と、第２のビームスプリッタ１０の他方の出力端に配設されるコーナーキューブリフレクタ（ＣＣＲ）１６で検出した送信光の送信情報とに基づいて演算部１７で算出される。
【０００９】
また、筐体１には、ビーコン光学系１８が上記光アンテナ３に対応して配設される。ビーコン光学系１８は、ビーコン発光部１９に接続され、このビーコン発光部１９からビーコン光を目標に向けて送信する。
【００１０】
ところが、上記光通信システムにあっては、通信データのレートが高く、発熱源となる光受信部７及び光送信部１４の使用電流が大電流となるために、その発熱により光学系に熱影響を及ぼさないように、発熱に対する対策を施す必要があるうえ、信号処理部８，１５の変調周波数が高くなるために、電磁干渉に対する対策を施す必要がある。そのため、装置が大形で、重量が重くなるという問題を有する。
【００１１】
また、これによれば、光学系に対して光受信部７及び光送信部１４を高精度に取付配置するのが困難であり、周波数特性の低下を招くという問題を有する。
係る事情は、通信の多様化の要請と共に、小形・軽量化の要請の強い宇宙開発の分野において、今後の重大な課題の一つとなっている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、空間の伝搬を利用した光通信システムにあっては、大形・重量化を招くと共に、電磁干渉により周波数特性の劣化を招き易いという問題を有する。
【００１３】
この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、構成簡易にして、小形・軽量化を図り得、且つ、信頼性の高い高精度な光通信を実現し得るようにした光通信装置および光通信システムを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の光通信装置は、空間伝搬を利用して通信相手局と光通信を行う光通信装置において、通信相手局と光通信用の光の送受信を行う光送受信手段と、前記通信相手局を追尾して前記光送受信手段の光の送受信を制御する粗追尾手段と、前記光送受信手段で受信された光の角度を検出する光角度検出手段と、前記光の角度に基づいて、前記光送受信手段の入出力光路を制御して前記通信相手局を追尾する精追尾手段と、前記光送受信手段を介して、前記通信相手局から受信光を受信する受信用光学系と、前記光送受信手段を介して、前記通信相手局へ送信光を送信する送信用光学系と、前記受信用光学系で受信した前記受信光を入力する光受信部と、前記送信用光学系へ送信する前記送信光を出力する光送信部と、前記受信用光学系で受信された前記受信光を、前記光受信部へ導く第１の光ファイバケーブルと、前記光送信部から送信された前記送信光を、前記送信用光学系へ導く第２の光ファイバケーブルとを備え、前記光受信部は、前記第１の光ファイバケーブルを介して、前記受信用光学系と分離して配置され、前記光送信部は、前記第２の光ファイバケーブルを介して、前記送信用光学系と分離して配置されていることを特徴とする。
【００１５】
上記構成によれば、本発明の光通信装置は、光受信部は、第１の光ファイバケーブルを介して、受信用光学系と分離して配置され、光送信部は、第２の光ファイバケーブルを介して、送信用光学系と分離して配置されているため、光受信部及び光送信部からの発熱が受信用光学系及び送信用光学系に影響しないようにすることを可能とし、信頼性の高い光通信を行うことを可能とする。
【００１６】
また、本発明の光通信システムは、上記の特徴を有する光通信装置間で、空間伝搬を利用して光通信が行われることを特徴とする。
【００１７】
これによれば、本発明の光通信システムは、そのような特徴を有する光通信装置間で光通信を行うことにより、光受信部及び光送信部からの発熱が受信用光学系及び送信用光学系に影響しないようにすることを可能とし、信頼性の高い光通信を行うことを可能とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施の形態に係る光通信システムを示すもので、光通信用光アンテナ２０は、光学系で構成され、筐体２１に収容配置される。この筐体２１は、粗追尾尾用のジンバル２２を介して宇宙航行体５０に搭載され、光アンテナ２０の光路上には、追尾鏡２３が、その一方の光入出力路を光アンテナ２０に対応して配設される。そして、この追尾鏡２３の他方の光入出力路上には、光受信光学系を構成する第１のビームスプリッタ２４が、その入力路を対向させて配設される。
【００１９】
上記ジンバル２２は、図示しないセンサからの粗追尾指令に基づいて筐体２１を移動制御して、光アンテナ２０の指向方向を、例えば他の宇宙航行体５１に構築される通信相手局５２方向に粗追尾する。
【００２０】
また、上記第１のビームスプリッタ２４の一方の出力路には、結像レンズ２５が配設され、この結像レンズ２５には、光ファイバケーブル２６の一端が対向配置される。この光ファイバケーブル２６は、その一端部が図２に示すように例えば、圧電素子で構成される位置調整部２７を介して結像レンズ２５に対して略直交する３軸方向に３次元的に移動調整自在に配設され、その他端部が上記筐体２１から延出されてＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ  Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）等の光受信部２８に接続される（図１参照）。そして、光受信部２８には、受信信号処理部２９が接続される。
【００２１】
光受信部２８は、光ファイバケーブル２６を介して入力した受信光を光電変換して受信信号処理部２９に出力する。これら光受信部２８及び受信信号処理部２８は、上記筐体２１とは分離されて配置され、光ファイバケーブル２６を介して光学系の結像レンズ２５に光学的に結合される。
【００２２】
上記位置調整部２７には、位置演算部３０が接続され、この位置演算部３０には、その一方の入力端に光強度検出部３１の出力端が接続される。光強度検出部３１は、光ファイバケーブル２６を介して受信される受信光の光強度を検出して位置演算部３０に出力する。
【００２３】
また、第１のビームスプリッタ２４の他方の出力路には、光角度検出部３２が第２のビームスプリッタ３３を介して配設され、この光角度検出部３２の出力端には、駆動制御部３４が接続される。光角度検出部３２は、第１のビームスプリッタ２４からの受信光が第２のビームスプリッタ３３を通って導かれ、該受信光の光角度を検出して、その光角度情報を駆動制御部３４に出力する。駆動制御部３４は、入力した光角度情報に基づいて追尾鏡駆動信号を生成して上記追尾鏡２３の追尾角度を制御し、通信相手となる宇宙航行体５１の通信相手局５２を精追尾する。
【００２４】
上記第２のビームスプリッタ３３の入力路には、結像レンズ３５が配設され、結像レンズ３５には、光ファイバケーブル３６の一端が対向配置される。この光ファイバケーブル３６は、その一端部が図３に示すように例えば、圧電素子で構成される位置調整部３７を介して結像レンズ３５に対して略直交する３軸方向に３次元的に移動調整自在に配設され、その他端部がＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）等の光送信部３８に接続される（図１参照）。そして、光送信部３８には、送信信号処理部３９が接続される。
【００２５】
光送信部３８は、送信信号処理部３９からの送信制御信号を光電変換して送信光を生成し、送信光を光ファイバケーブル３６に出力する。これら光送信部３８及び送信信号処理部３９は、上記筐体２１とは分離されて配置され、光ファイバケーブル３６を介して光学系の結像レンズ３５に光学的に結合される。
【００２６】
上記位置調整部３７には、位置演算部４０の出力端が接続され、この位置演算部４０の入力端には、後述する演算部４２の出力端が接続される。
上記第２のビームスプリッタ３３の他方の出力端には、コーナーキューブリフレクタ（ＣＣＲ）４３が配設される。ＣＣＲ４３は、第２のビームスプリッタ３３を介して入力される送信光の光情報を光角度検出部３２を介して演算部４２に出力する。
【００２７】
演算部４２には、上記光角度検出部３２が接続され、この光角度検出部３２からの光角度情報が入力される。演算部４２は、入力した光角度情報と光情報に基づいて、宇宙航行体５０と宇宙航行体５１の光行差を算出し、この光行差情報を上記位置演算部４０に出力する。
【００２８】
位置演算部４０は、演算部４２で算出した光行差情報と、上記光角度検出部３２で検出される光角度とに基づいて光ファイバ３６の３軸回りの位置を算出し、この位置情報に基づいて位置調整部３７を駆動制御して、光ファイバケーブル３６の一端を結像レンズ３５に対して３次元的に移動調整して、光学的に結合させる。
【００２９】
さらに、上記筐体２１には、ビーコン光送信手段を構成するビーコン光学系４４が上記光アンテナ２０に対応して配設される。このビーコン光学系４４には、光ファイバケーブル４５の一端が接続され、この光ファイバケーブル４４の他端には、ビーコン発光部４５が接続される。このビーコン発光部４６は、光ファイバケーブル４５を介してビーコン光学系４４と分離して配置され、ビーコン光を光ファイバケーブル４５、ビーコン光学系４４を介して光アンテナ２０に出力する。
【００３０】
上記構成において、送信信号処理部３９からの送信信号が光送信部３８に入力されると、光送信部３８は、送信信号を光電変換して光ファイバケーブル３６に出力し、該光ファイバケーブル３６を介して結像レンズ３５に出力する。送信光は、結像レンズ３５で結像された後、第２のビームスプリッタ３３、第１のビームスプリッタ２４、追尾鏡２３を通って光アンテナ２０に案内され、該光アンテナ２０から通信相手局５２方向に送信される。
【００３１】
この際、ジンバル２２が粗追尾指令に基づいて駆動制御されて光アンテナ２０が筐体２１を介して指向制御され、いわゆる粗追尾されると共に、後述するように追尾鏡２３が光角度検出部３２からの光角度情報に基づいて、いわゆる精追尾されて宇宙航行体５１の通信相手局５２を追尾する。ここで、光アンテナ２０は、ビーコン発光部４６からのビーコン光が光ファイバケーブル４５、ビーコン光学系４４を介して入力され、宇宙航行体５１の通信相手局５２に向かってビーコン光を送信する。
【００３２】
一方、通信相手局５２は、ビーコン光に向かって通信光（受信光）を送信する。すると、光アンテナ２０は、通信相手局５２からの受信光を受信して、追尾鏡２３、第１のビームスプリッタ２４を介して結像レンズ２５に導かれて結像され、光ファイバケーブル２６に入力される。光ファイバケーブル２６に入力された受信光は、光受信部２８に入力されて光電変換された後、受信信号処理部２９に入力され、ここに、通信相手局５２からの通信情報が取得される。
【００３３】
この際、光ファイバケーブル２６に入力された受信光は、その一部が光強度検出部３１に入力される。すると、光強度検出部３１は、受信光の光強度を検出して、その光強度情報を位置演算部３０に出力する。位置演算部３０は、入力した光強度情報に基づいて光ファイバケーブル２６の受信光強度が最大となるように位置調整部２７を駆動制御して光ファイバケーブル２６を３次元的に位置制御し、結像レンズ２５との位置を設定する。
【００３４】
同時に、受信光は、第１のビームスプリッタ２４及び第２のビームスプリッタ３３を通って光角度検出部３２に入力される。光角度検出部３２は、入力した受信光の光角度を検出して駆動制御部３４及び演算部４２に出力する。このうち駆動制御部３４は、この光角度情報に基づいて上記追尾鏡２３を駆動調整して宇宙航行体５１の通信相手局５２の精追尾を実行する。
【００３５】
そして、上記送信光は、第２のビームスプリッタ３３を介してＣＣＲ４３に入力される。ＣＣＲ４３は、入力した送信光の光情報を光角度検出部３２を介して上記演算部４２に出力する。演算部４２は、光角度検出部３２からの光角度情報及びＣＣＲ４３からの光情報に基づいて宇宙航行体５０と宇宙航行体５１の光行差を求めて、この光行差情報を位置演算部４０に出力する。
【００３６】
同時に、位置演算部４０には、光角度検出部３２で検出される光の光角度情報が演算部４２を介して入力され、この光角度情報と光行差情報に基づいて位置調整部３７を駆動制御し、光ファイバケーブル３６を３次元的に位置制御して結像レンズ３５との位置を設定する。
【００３７】
このように、上記光通信システムは、光受信部２８及び光送信部３８に接続される光ファイバケーブル２６，３６を、受信光学系及び送信光学系の結像レンズ２５，３５に対してそれぞれ３軸方向に移動調整自在に対向配置し、受信光の光強度に基づいて駆動制御して光ファイバケーブル２６を３次元的に移動調整して結像レンズ２５に光学的に結合させ、且つ、受信光の光角度及び光行差に基づいて光ファイバケーブル３６を３次元的に移動調整して結像レンズ３５に光学的に結合させるように構成した。
【００３８】
これによれば、光学系と、光受信部２８及び光送信部３８とを分離して配置することが可能となることにより、信頼性の高い高精度な光通信を実現したうえで、光受信部２８及び光送信部３８の発熱に対する熱制御対策や電磁干渉対策が不要となり、小形・軽量化の促進が図れる。
【００３９】
また、これによれば、従来のような光行差補正鏡１２（図５参照）を備えることなく、光行差補正が実現されることにより、この点からも小形・軽量化の促進が図れる。
【００４０】
なお、上記実施の形態では、筐体２１をジンバル２２を用いて移動制御して粗追尾を行うように構成した場合で説明したが、これに限ることなく、例えば図４に示すように構成することも可能である。
【００４１】
すなわち、図４の実施の形態は、光アンテナ２０の前方の筐体２１の外部に粗追尾鏡４７を配設して、この粗追尾鏡４７を粗追尾指令に基づいて駆動制御して通信相手局５２を粗追尾することにより、通信相手局５２との光通信を行うように構成したもので、略同様の効果が期待される。
【００４２】
但し、図４において、粗追尾鏡４７以外の他の構成に関しては、前記図１と略同様に構成されることで、同一部分については、同一符号を付して、その説明を省略する。
【００４３】
また、上記実施の形態では、ビーコン光学系４４に対して光ファイバケーブル４５を直接的に接続配線するように構成した場合で説明したが、これに限ることなく、前述した受信光学系及び送信光学系の光ファイバケーブル２６，３６と略同様に、光ファイバケーブル４５をビーコン光学系４４に対して移動調整自在に対向配置して、光ファイバケーブル４５を移動制御して、ビーコン光学系４４に対して光学的に結合させるように構成することも可能である。
【００４４】
さらに、上記実施の形態では、光ファイバケーブル２６，３６の一端を３軸方向に移動調整させて結像レンズ２５，３５に対して光学的に結合するように構成した場合で説明したが、これに限ることなく、光ファイバケーブル２６，３６と結像レンズ２５，３５を含む光学系の双方を、それぞれ独立に移動調整して、相互間を光学的に結合させるように構成することも可能である。
よって、この発明は、上記実施の形態に限ることなく、その他、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることは勿論のことである。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明によれば、構成簡易にして、小形・軽量化を図り得、且つ、信頼性の高い高精度な光通信を実現し得るようにした光通信装置および光通信システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態に係る光通信システムを示した図。
【図２】図１の受信系の詳細を説明するために示した図。
【図３】図１の送信系の詳細を説明するために示した図。
【図４】この発明の他の実施の形態を示した図。
【図５】従来の光通信システムを示し図。
【符号の説明】
２０…光アンテナ。
２１…筐体。
２２…ジンバル。
２３…追尾鏡。
２４…第１のビームスプリッタ。
２５，３５…結像レンズ。
２６，３６，４５…光ファイバケーブル。
２７，３７…位置調整部。
２８…光受信部。
２９…受信信号処理部。
３０，４０…位置演算部。
３１…光強度検出部。
３２…光角度検出部。
３３…第２のビームスプリッタ。
３４…駆動制御部。
３８…光送信部。
３９…送信信号処理部。
４２…演算部。
４３…コーナーキューブリフレクタ。
４４…ビーコン光学系。
４６…ビーコン発光部。
５０，５１…宇宙航行体。
５２…通信相手局。
【図１】
0003859335.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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