JPH01236834A - 光空間伝送装置における自動サーチ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は光空間伝送装置において、相ＪＬに通信可能
な状態になるようにする自動サーチ装置に関する。

〔発明の概要〕

この発明は受光側でのビーＪ、照射ｉ、■を初期状態で
は拡大しでおき、これを徐々に細くするとともに、受光
側からフィードバックされイ）光ビームと受光部との位
置関係のずれの情報により、出射ビームの方位角を徐々
に通正に制御することによって、相互に通信可能なビー
ム径であって、がっ、光ビームと受光部との位置関係を
合わずことが自動的にできるようにしたものである。

〔従来の技術〕

２地点間において、双方向光空間伝送を行なうとき、互
いに光ビームを受光面に照射させるようにする光軸合わ
せ及び焦点調整をする必要がある。

従来は、これを望遠鏡などを用いて手動で行なっている
。

ところで光空間伝送装置で使われる光ビームは、主信号
情報の送受信をＳ／Ｎ良く行なうためには、受光面にお
いて大変鋭くしぼり込む。このため、２地点相互にビー
ム出射方位角調整を手動で行なうことは非常に田作であ
った。

そこで、この光軸位置を自動的にサーチする手法として
第８図にボずような技術が提案された。

すなわち、こり自動サーチ機構は、第８図に示すように
互いに相手装置の方向を正確には知らない２地点の送受
器（１）　（２１を考え、その一方、例えば送受器（１
１を光ビームの出射側、他方、例えば送受器（２）を受
光側と考えるとき、受光側に相手装置つまり送受器（２
）の受光面を含む２次元平面（Ｘ−Ｙ平面）を考える。

そして、出射側の送受器（１）から光ビームをこの２次
元平面上を、第８図において＃１．＃２．＃３・・・・
というように走査させる。

これを送受器（２）を出射側、送受器＋１）を受光側と
しても行なう。

これにより相互の位置を知り、その後、光軸調整及びフ
ォーカス制御を行なうものである。

〔発明が解決しようとする課題」 ところが、第８図の技術では、送受器Ｔ１）、　（２１
が互いに同時に、互いの位置を見つけ出したときには、
相互に相手を捕捉したことの情報の授受を行なうことが
できるが、その他のときには、出射側のビームを受光側
でとらえたことを受光側から光空間伝送で出射側に知ら
せることができないという不都合がある。

そして、互いに同時に相手側を捕捉するようにすること
は非常に困難であるから、第８図例の自動サーチ機構は
実際的ではない。

この発明はこのような欠点のない自動サーチ装置を提供
することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明による送受器を互いに備える２地点間の双方向
光空間伝送装置の自動サーチ装置においては、光ビーム
の出射側において、受光面でのビーム照射パターンの大
きさを制御する放射角制御手段と、受光側において、受
光した光ビームと受光部六の位置関係のずれを検出し、
このずれに基づくサーボ情報を出射側に送る手段と、出
射側において、受け取ったサーボ情報に基づいて出射光
ビームの出射方位を制御する方位制御手段と、出射側に
おいて、放射角制御手段により上記受光面でのビーム照
射パターンの大きさを徐々に小さく１−制御しつつ、小
さくした光ビームに基づいて受光側で形成されたずれの
情報を受け取り、このプ゛れの情報に基づいて方位制御
手段により光ビームの出射方位を徐々に適正に変更する
制御手段とを備えてなる。

〔作用〕

初期状態においては、それぞれの受光面でのビーム照射
パターンは拡大されているから、この拡大されたビーム
照射パターン内に、それぞれ相手側の送受器の受光部を
持ち来たすことが容易である。

そして、このように、ビーム照射径内にそれぞれ相手側
受光部がはいったならば、制御手段ににリビーム照射パ
ターンを徐々に小さ（しながら、出射ビーム方位角を徐
々に制御する。その結果、２点の送受器間の光軸位置が
合わせ込まれると同時に焦点調整がなされるものである
。

〔実施例〕

第１図はこの発明による自動サーチ装置を備えた光空間
伝送装置の一例のブロック図である。

同図で、Ａ、Ｂはそれぞれ送受器で、これら送受器Ａ、
　Ｂは見通し可能な２地点に配され、後述のようにして
設定される光空間伝送線路（３）を介してこれら送受器
Ａ、Ｂ間で双方向通信がなされる。

ここで、送受５Ａ、Ｂは全く同じ構造を有するものであ
るから、それぞれ同一部分には同一番号に添￥Ａ、Ｂを
付与ターることとして、送受器Ａの構造のみについて説
明する。

＜ＩＯＡ＞は光学系をボし、光ビーム送信部（ＩＩＡ）
と、レンズ糸（１２Δ）と、ビームスプリッタ（１３Ａ
）と、レンズ系（１４Ａ）及び（１５Ａ）と、受光部（
１６Ａ）とを備える。

レンズ系（１２八）（１４Ａ）及び（１５Ａ）は小体あ
るいは複合レンズからなる。

光ビーム送信部（１１Δ）はレーザビームを発生ずるが
、その出力レーザビームはレーザドライブ回路（２５Ａ
　）からの伝送すべき信号によって変調される。この場
合、伝送すべき信号は送信したい主信号情報と、光軸ず
れや焦点ずれの情報からなるサーボ用信号とからなる。

そして、後述するように主信号情報は、例えば１００Ｍ
Ｈｚ±１０Ｍ１ｌｚの帯域を占めるドライブ信号とされ
、また、サーボ用１ｄ′４は例えば４５０〜４７０ｋｌ
Ｌｚ程度の、ずれの種類により異なるキャリア周波数の
ＦＭ変変信信号される。ただし、サーボ用信号は、それ
ぞれ周波数偏移が±１　ｋｌｌｚ程度の変調度の浅いＦ
Ｍ変変信信号される。

第２図にこの伝送すべき１４号の周波数スペクトルを示
す。

そして、光ビーム送信部（ＩＩＡ）からの光ビームはレ
ンズ系（１２／ｌ）−ビームスプリッタ（１３Ａ）−レ
ンズ系（１４Ａ）を介してこの光学系（１０＾）より出
射され、また、この光学系（１０Ａ）に入射した光ビー
ムはレンズ糸（１４Ａ）を介してビームスプリッタ（１
３Ａ）に入射して反射され、レンズ糸（１５Ａ　）を介
して受光部（１６Ａ）に入射する。

この場合、光ビーム送信部（ＩＩＡ　’）は図中矢印Ｚ
で示すように光軸方向（Ｚ軸方向）に移動ｒ＋Ｊ能とさ
れ、Ｚ軸方向ドライブ回路（２１）からのドライブ信号
に応じて光ビーム送信部（ＩＩＡ）のＺ軸方向の位置が
変えられる。光ビーム送信部（ＩＩＡ　）のＺ軸方向の
位置が変わると、この光ビーム送信部（ＩＩＡ　）とレ
ンズ系（１２Ａ　）間の距離が変わりこれにより光学系
（ＩＯＡ）からの出射光ビームの径、つ゛まり放射角が
変わり、受光側の受光面のビーム照射パターンの大きさ
が変わる。

また、この場合、光学系Ｃｌ０Ａ）全体が一点を固定中
心として上下、左右に位置調整可能とされて光軸方向が
調整可能とされており、方位角ドライブ回路（２２）か
らのドライブ信号に応じて光学系＜ｌ０Ａ）の光軸位置
、つまり、出射ビームの方位角が変えられる。

受光部（１６Ａ）は、この例では第３図に示すように４
個のホトダイオードＰ１〜Ｐ４からなる主受光部と、こ
の４＋ＩｌｄのホトダイオードＰ１〜Ｐ４の周囲のこの
例では上下左右の位置に設けられた４個のサブのホトダ
イオードＰ５〜１）８とを備える。

この受光部（ＩＯＡ）のこれら４個のホトダイ第１”　
Ｐ　１〜Ｐ４の出力及びその周辺のサブのホトダイオー
ドの出力はサーボ情報生成回路（２３Ａ　）に供給され
、これにおいて、光軸ずれの情報は主として周辺のサブ
のホトダイオードの出力に基づいて生成される。主受光
部のホトダイオードＰＬ・〜Ｐ４の受光出力を用いてこ
の光軸ずれの情報を生成することもできる。また、焦点
ずれの情報は主受光部のホトダイオードＰ１〜Ｐ４の出
力に基づい′ζ、生成される。この例の場合、光軸ずれ
の情報は上下方向のずれの情報と左右方向のずれの情報
に分けられ、それぞれＦＭ変調される。例えば上下方向
のずれの情報は、キャリア周波数を４５０ｋＨｚとし、
ずれの大きさが最大の場合でキャリア）副液数よりｌ　
ｋＨｚ異なる周波数となるようにして、４５０ｋＨｚ±
１　ｋｌｌｚの４１域を占めるようにされる。

同様にして左右方向のずれの１Ｎ報はキャリア周波数を
４６０ｋＨｚとして４６０ｋｌｌｚ±１　ｋｌｌｚの帯
域の信号とされる。さらに、焦点ずれの情報は４７０ｋ
Ｈｚ±ｌ　ｋｌｌｚの帯域の信号とされる。

そして、このサーボ情報生成回路（２３＾〉からの１・
’　Ｍ変調されたずれの情報からなるサーボ情報は加算
回路（２４Ａ）に供給される。

そして、加算回路（２４Ａ　）には伝送用の主信号の変
ｍ信号が供給される。この場合、主信号はＦＭ変調ある
いは４相ＰＳＫ等の＊調が施される。

この場合、主信号の変調キャリア周波数は例えば１００
Ｍ）１ｚで、その帯域幅は例えば１００Ｍ４１ｚ±２゜
ＭＩＩＺ程度とされている。

そして、この加算回路（２４Ａ　）の出力信号がレーザ
ドライブ回路（２５＾）を介して光ビーム送信部（ＩＩ
Ａ　）のレーザ発生部に供給されて、加算回路（２４Ａ
）の出力信号に応じて変調されたレーザビームが発生ず
る。

このように、主信号とサーボ情報とは伝送帯域が異なら
されているので、受光出力から両者を分離することが容
易にできる。

すなわち、受光部（１６Ａ）からの受光出力（主受光部
のみでなくサブのホトダイオードからの出力も含む）は
アンプ（２６＾）を介してバンドパスフィルタ（２７Ａ
、）に供給されて主信号の変調信号がこれより得られ、
これが主信号の復調部へ供給される。

アンプ（２６Ａ）からの受光出力は、また、バンドパス
フィルタ回路（２８Ａ　）に供給される。この回路（２
８Ａ）は前述した３つのずれの情報の帯域にそれぞれ対
応した通過帯域の３（１６１のバンドパスフィルタを備
え、各ずれの情報（ＦＭ変調されている）がそれぞれ取
り出されて制御イ３号形成回路（２０Ａ　）に供給され
る。そして、この制御信号形成回路（２０Ａ）において
、各ずれの情報がＦＭ変調され、その復調出力に応じて
Ｚ軸方向ドライブ信号及び方位角ドライブ信号が形成さ
れ、それぞれＺ軸方向ドライブ回路（２１Ａ）及び方位
角ドライブ回路（２２Ａ）に供給され、光軸調整及び焦
点調整がなされる。

この場合、制御１８号形成手段（２０＾）にはマイクロ
コンピュータが設けられ、２池点に送受器Ａ。

Ｂを設置する初期状態や、何等かの理由により送受器Ａ
、Ｈの光軸が大きくずれてサブのホトダイオードでも受
光できなくなってしまった場合には、次のようにして光
軸合わせ及び焦点合わせが行なわれるようにされている
。

第４図はこの先軸合わせ及び焦点合わせのフローチャー
トである。以下、送受器Ａ側について説明しよう。

すなわち、先ず初期設定する。各送受器Ａ、　Ｂは光学
的な観測手段を備え、この初期設定時に、操作者が相手
側からの出射光ビームが受信部に入射するように位置調
整する。このとき、この人が位置調整するのに先立ち、
送受器Ａ、Ｂ間の距離がこの人により入力される。する
と、制御信、号形成回路（２０Ａ）ではその距離に応じ
て、Ｚ軸方向に光ビーム送信部（ＩＩＡ）が位置制御さ
れ、出射ビーム径が受光側で上記観測手段によって人間
が合わせ得る視界を覆うようなビーム照射パターンの大
きさとなるように設定される。このビーム照射パターン
の大きさは、安定な光空間通信時の絞り込まれた光ビー
ムによる照射パターンに比べ、かなり広がった大きなも
のであるので、相手側からの光ビームを人が観測手段で
捕捉するのは比較的容易である。

こうして、第５１ｉ２Ｉにおいて実線で示すように光ビ
ームを広げた状態で互いに相手側からの光ビームを捕捉
したらサーチスタートとする。すると、このとき広げた
状態の光ビームを受光部（１６Ａ）は受光する。この受
光ビーム中には、相手側の受光部にも光ビームが照射さ
れていることから、サーボ用情報の伝送１バ号も必ず含
まれている。しかし、このとき受光ビームは広がってい
るので光のパワー密度は低くなっている。ところが、サ
ーボ情報の伝送信号（４５０〜４７０ｋｌｌｚ±１　ｋ
ｌｌｚ　）は主１６号の伝送信号（１００ＭＩｌｚ±２
０ＭＩ＋２　）よりもバンド幅が十分に狭い。復ｔｌｌ
ｉＩ器に入る雑音電力はバンド幅に比例する。したがっ
て、サーボ情報は生信号に比べ、１　ｋＨｚ　／２０Ｍ
Ｈｚ　＝　５　Ｘ　１Ｏ−５＝　−４３ｄｌｌ低い信号
レベルまで応答が可能になる。これは光のパワー密度に
換算すると−２１，５ｄＢに相当し、光ビーム照射パタ
ーンの直径を、通電使用時の約１０倍に広げてもサーボ
情報を復調することができることになる。サーボ情報の
伝送帯域を史に狭くすることができれば光ビームは更に
拡げることが可能になるのは言うまでもない。

以上のように、拡がった光ビームからもサーボ情報を得
ることができる。しかし、光ビームが拡がっているので
、相手側の送受器Ｂで、光軸ずれについてずれがないと
４０出され、それがサーボ情報として送られてくる。た
だし、フォーカスにっいては焦点は全く合っていないた
め、そのフォーカスエラー情報がサーボ情報としζ送ら
れてくる。

制御信号形成回路（２（ＩＡ）では、これらサーボ情＋
Ｕを受け、Ｚ軸方向を制御する信号を出力し、光ヒーム
送信１１ｆＢ　（ＩＩＡ　）からの出射光ビームを第５
図で破線のように絞る。この光ビームはサーボ情報生成
回路（２３＾）でこのとき生成されたサーボ情くμによ
っ”ζ変−Ｉ（ｉｌされている。

このように光ヒームカｌ交られると、相手の送受器Ｂで
は相対的に光ビームと自装置との位置関係が変化したも
のと認ｘ！１される。第５図の破線のようになった場合
には送受器Ｂの受光部（１６Ｂ）のサブのホトダイオー
ドＰｓ＋　　Ｐｂによっ°Ｃ光軸が上側にずれているこ
とが検出でき、送受器Ｂがら、そのずれの情報がサーボ
情報とし゛ζ送受器人定送られる。送受召人では、この
サーボ情※Ｕを受け、制御信号形成回路（２０Ａ）では
出射方位角を変更する信号を方位角ドライブ回路（２２
Ａ　）に出力し、これによって光ビームの出射方位角を
送受器Ｂに合うよ・）に変更する。

ｌＪｊ　！４４方位角が変更されると再び光軸ずれの情
報としてはずれていないという情報が送られてくるので
、再び制御信号形成回路（２０Ａ）はＺ軸方向を変更す
る信号をＺ軸方向ドライブ回路（２ＬＡ）に出力し、こ
れによって光ビームを史に絞る。すると、再び送受器Ｂ
では光軸ずれが生じたとして検出され、この送受器Ｂよ
りずれの情報が送られてくるので、送受器Ａではこれを
受けて出射方位角を合わせる。

以下、光ビーム絞り込み一光軸ずれの情報受信−出射方
位角制御を、焦点ずれ情報として焦点ずれなし、つまり
合焦位置であるという情ヤＵが送受器Ｂから送られてく
るまでくり返す。

以上の動作は送受器ＡとＢとで同時に＜／）返し行なわ
れ、その結果、第６図に示すように光軸値１βが合致す
るとともに焦点調整も正しくなされた状態で、両送受器
Ａ、Ｂが光ビームによって連結される。したがって、主
信号のＳ／Ｎの良い双方向通信ができる。

第７図は光軸ずれ情報の生成回路の一例のブロック図で
ある。

図は上下方向の光軸ずれ情報の生成回路の例で、サブの
ホトダイオードＰ５及びＰ６の受光出力が−ｒンプ（３
１）及び（３２）をそれぞれ介してバンドパスフィルタ
（３３）及び（３４）に供給される。これらバント゛バ
スフィルタ（３３）及び（３４）はサーボ情報の帯域の
成分のみを得るためのものである。

このバンドパスフィルタ（３３）及び（３４）の出力信
号はレベル検出回路（３５）及び（３６）に供給されて
、受光出力し・ベルが検出され、その検出比ノルジベル
が減算回路（３７）に互いに供給されてその彦（正、負
の符号も倉む）が求められる。この差の出力は相手側の
出射ビームの光軸が上下方向にどちらにどれだけずれて
いるかを示す情報である。

そして、この差の出力がＦＭ変調回路（３８）に供給さ
托てＦＭ変調されて４５０ｋ）ｌｚ±ｌ　ｋｌｌｚの帯
域の信号とされ、これがレーザドライバ（３９）　　（
ドライブ回路（２５Ａ）又は（２５Ｂ）に相当）に供給
されてレーザ光源（４０）がドライブされる。

左右方向の光軸ずれは、第７図においてホトダイオード
Ｐ５の代わりにホトダイオードＰｖ、ホトダイオードＰ
εの代わりにホトダイオードＰ８とすることにより同様
に生成され、伝送される。

なお、サブのホトダイオードＰ−５〜Ｐ８は、第３図に
示すように光ビームが絞り込まれて合焦状態となったと
きにも光ビームが入射するように、光学的にはレンズ糸
（１５Ａ　）　　（１５１１）の周辺に設けられており
、主信号伝送中に光軸ずれが生じた場合には、そのずれ
の情報が光ビームの出射側に伝送されて光軸ｉｌｌ整が
なされるものである。そして、サブのホトダイオードＰ
５〜Ｐ、のいずれにも光ビームが入射しなくなるほどに
光軸がずれた場合には、上述したサーチ動作が行なわれ
る。

また、焦点ずれの情報は、例えば従来のコンパクトディ
スクプレーヤやレーザディスク装置などで使用されてい
る技術を使用して、４個のホトダイオードＰ１〜Ｐ４の
出力から生成することができる。

なお、以上の例では、Ｚ軸方向の位置変更手段は光ビー
ム送信部（ＩＩＡ　）又は（ＩＩＢ　）をＺ軸方間に移
動制御するようにしたが、光ビームの受光側のビーム照
射パターンの大きさを変えるためには、レンズ系（１２
Ａ　）　　（１２Ｂ　）と光ビーム送信部（ＩＩＡ　）
　　（ＩＩＢ　）との距離を変えればよいので、レンズ
系（１２Ａ　）　　（１２Ｂ　）をＺ軸方向に移動制御
するにうにしてもよい。

（発明の効果〕 以上のように、この発明によれば、２池点に置かれ−た
光ビームの送受器の光学的位置合ねせを行なうとき、初
期的には光ビームの受光側でのビーム照射パターンを大
きくしておき、互いの位置の捕捉を容易にし２ておくと
ともに徐々に光ビームを絞ってビーム照射パターンを小
さくしながら光軸位置開整を行なうことにより確実に光
軸合わせ及び焦点合わせを行なうことができる。この場
合に、従来の２次元平面をサーチして相手装置を探す場
合のように、相互に相手装置を同時に発見しなければ、
光軸合わせや焦点合わせができないという不都合は全く
生じない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による自動サーチ装置を備えた光空間
伝送装置の一例のブロック図、第２図はその伝送信号の
周波数スペクトル図、第３図はその受光部の一例の構成
を示す図、第４図はそのサーチ動作の説明のためのフロ
ーチャート、第５図及び第６図はサーチ動作を説明する
ための図、第゛１図は光軸ずれ悄＋Ｕ生成手段の一例の
ブｌ’：Ｉ−／り図、ｆｆ１８図は従来の自動サーチ装
置を説明するための図である。 （ＩＩＡ）　　（ＩＩＢ）は光ビーム送信部、（１６八
）（１６Ｂ）は受光部、（２０Ａ　）　　（２０Ｂ　）
は制御信号形成回路、（２１八）（２１Ｂ）はＺ軸（光
軸）方向ドライブ回路、（２２Ａ　）　　（２２Ｂ　）
は出射ビームの方位角ドライブ回路、（２３Ａ　）　　
（２３１！　）はサーボ情報生成回路である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 送受器を互いに備える２地点間の双方向光空間伝送装置
   において、 光ビームの出射側において、受光面でのビーム照射パタ
   ーンの大きさを制御する放射角制御手段と、 受光側において、受光した光ビームと受光部との位置関
   係のずれを検出し、このずれに基づくサーボ情報を出射
   側に送る手段と、 出射側において、受け取った上記サーボ情報に基づいて
   出射光ビームの出射方位を制御する方位制御手段と、 出射側において、上記放射角制御手段により上記受光面
   でのビーム照射パターンの大きさを徐々に小さく制御し
   つつ、小さくした光ビームに基づいて受光側で形成され
   たサーボ情報を受け取り、このサーボ情報に基づいて上
   記方位制御手段により光ビームの出射方位を徐々に適正
   に変更する手段とを備えてなる光空間伝送装置における
   自動サーチ装置。