JP2005229253A - Spatial light transmission apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a spatial light transmission apparatus capable of carrying out light acquisition tracking over a comparatively long distance and a broad ranging region and e.g., easily acquiring initial light before start of communication or the like. <P>SOLUTION: A beacon light forming unit 2 is provided on a light transmission / reception apparatus 1 provided with a housing 18 accommodating: a light transmission / reception optical system 11; a light receiving unit 17; a laser light source 13; a rough tracking position detection section 14; and a precise tracking position detection section 15 so as to permit attitude control by using a gimbal stage 44 or the like. The beacon light forming unit 2 allows a projection optical system 4 to project a plurality of luminous fluxes emitted from a beacon light source section 5 so as to emit a beacon light B having a comparatively wide injection angular range. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は空間光伝送装置に関する。特に広範囲な光追尾領域を有し、長距離の空間光伝送に好適な空間光伝送装置に関する。   The present invention relates to a spatial light transmission apparatus. In particular, the present invention relates to a spatial light transmission apparatus having a wide light tracking region and suitable for long-distance spatial light transmission.

従来、空間光伝送通信では、送光される通信光が受光部から外れて通信がとぎれないようにするため、送光側の通信光を光捕捉追尾している。このような光捕捉追尾では風や振動による装置の方向ずれ、位置ずれはもちろんのこと、装置が移動体に設置されている場合にも対応できる広範囲な追尾領域を備えることが求められている。また、光伝送距離が長くなると、わずかの入射角度ずれでも受光範囲から外れ通信がとぎれることになるが、そのような長距離でも確実に追尾し、通信を再開できるようにすることが強く求められている。
そのため、例えば特許文献１には、追尾領域を広範囲に設定するために、通信光源を拡散光に設定して送信し、相手側が拡散された通信光源を捕捉して初期光軸調整を行った後、送信側でも初期光軸調整を行い、その後、双方の拡散通信光を集束光に変換して通信を行う追尾式光無線通信装置が記載されている。
また、特許文献２には、相手側の距離を距離測定手段で測定し、距離に合わせ送信側通信光の拡散光をビーム拡がり角自動偏向手段で制御し、追尾時の受信側の光量不足や、通信時に振動による通信のとぎれが発生しないような拡がり角に自動設定している光空間伝送装置が記載されている。
特開平６−１１５５９号公報（第４−７頁、図８） 特開２００１−２９２１０５号公報（第３−５頁、図１、３、４） Conventionally, in spatial light transmission communication, communication light on the light transmission side is optically captured and tracked so that the transmitted communication light is disconnected from the light receiving unit and communication is not interrupted. In such light capturing and tracking, it is required to have a wide tracking area that can cope with not only the direction deviation and position deviation of the device due to wind and vibration but also the case where the device is installed on a moving body. In addition, if the optical transmission distance is increased, even a slight deviation in incident angle will cause the communication to be disconnected from the light receiving range. However, there is a strong demand for ensuring that tracking can be resumed even at such a long distance. ing.
Therefore, for example, in Patent Literature 1, after setting the communication light source to diffused light and transmitting it in order to set the tracking area over a wide range, the other side captures the diffused communication light source and performs initial optical axis adjustment. In addition, a tracking optical wireless communication apparatus that performs initial optical axis adjustment on the transmission side and then converts both diffused communication lights into focused light for communication is described.
In Patent Document 2, the distance on the other side is measured by the distance measuring unit, and the diffused light of the transmission side communication light is controlled by the beam divergence angle automatic deflecting unit according to the distance. An optical space transmission device is described in which the spread angle is automatically set so that communication is not interrupted by vibration during communication.
Japanese Patent Laid-Open No. 6-11559 (page 4-7, FIG. 8) JP 2001-292105 A (page 3-5, FIGS. 1, 3, 4)

しかしながら、上記のような従来の空間光伝送装置には、以下のような問題があった。
光捕捉追尾を行う場合においては、入射通信光の光束の入射角度検出を行うために、光束が受光部の光学系の光軸に対して検出可能な所定の入射角度内に入射する必要がある。特に互いに通信を行っていない光捕捉の初期においては、おおよその方向に送受信装置の光軸を向け合うため、受光部に対する入射角度が広い範囲でばらつくことを考慮して、射出する光束の射出範囲、射出角度を大きくしなければならない。
一方、光束の射出範囲、射出角度を大きくすると、単位面積当たりの光強度は距離の２乗に反比例するから、距離が離れるにしたがって受光部の受光光量が急激に減少するものである。
特許文献１に記載の技術では、１つの光源による通信光を捕捉追尾用光と兼用している。そのため、いったん通信光の放射範囲、放射角度を広げて初期追尾した後、光通信を行う。このとき、通信に必要な光量を確保するために、光束の拡がり角を狭め通信用に最適の光束径とするものである。
その結果、通信中に互いの位置が比較的大きく移動したり、外乱により光軸ずれが発生したりするときには、光捕捉追尾できなくなり通信が不能となる可能性があるという問題がある。
また特許文献２に記載の技術では、相手側までの距離を測定し、送信光の広がり角を設定することにより振動などにより通信のとぎれが発生しないようにしているから、相手側の受信部よりかなり大きな光束径とされる。
その結果、長距離になるにしたがって受光部における光量が急激に低下し、空間光通信が不安定になる可能性があるという問題がある。
一方、光源の光量を増大させて受信部での光量を確保することも考えられるが、例えばレーザ安全規格などの光量規制を満足できなくなる可能性があるという問題がある。 However, the conventional spatial light transmission apparatus as described above has the following problems.
When performing light capturing and tracking, in order to detect the incident angle of the light flux of incident communication light, the light flux must be incident within a predetermined incident angle that can be detected with respect to the optical axis of the optical system of the light receiving unit. . Especially in the initial stage of light capture when they are not communicating with each other, the optical axis of the transmitter / receiver is directed in the approximate direction, so that the incident angle with respect to the light receiving unit varies in a wide range, and the emission range of the emitted light beam The injection angle must be increased.
On the other hand, when the emission range and the emission angle of the light beam are increased, the light intensity per unit area is inversely proportional to the square of the distance, so that the amount of light received by the light receiving unit decreases rapidly as the distance increases.
In the technique described in Patent Document 1, communication light from one light source is also used as capture and tracking light. For this reason, optical communication is performed after the initial tracking is performed by once expanding the radiation range and angle of communication light. At this time, in order to secure the amount of light necessary for communication, the divergence angle of the light beam is narrowed to obtain an optimum light beam diameter for communication.
As a result, there is a problem that when the positions of each other move relatively large during communication or the optical axis shift occurs due to disturbance, light capture and tracking cannot be performed and communication may become impossible.
In the technique described in Patent Document 2, since the distance to the other party is measured and the spread angle of the transmission light is set so that no communication interruption occurs due to vibration or the like. The beam diameter is considerably large.
As a result, there is a problem that the amount of light in the light-receiving unit decreases rapidly as the distance increases, and spatial light communication may become unstable.
On the other hand, it is conceivable to increase the amount of light from the light source to secure the amount of light at the receiver, but there is a problem that it may not be possible to satisfy the light amount regulation such as laser safety standards.

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、比較的長距離かつ広範囲の領域で光捕捉追尾することができ、例えば通信開始前などに広範囲の初期光捕捉を容易に行うことができる空間光伝送装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and can capture and track light over a relatively long distance and in a wide area. For example, it can easily capture a wide range of initial light before starting communication. It is an object of the present invention to provide a spatial light transmission device that can be used.

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、通信光を外部に送光する送光部と外部からの入射光束を受光する受光部とを有し、略対向する位置に少なくとも一対をなして配置されたときに所定角度内で入射する通信光を互いに受光可能とした空間光伝送装置であって、前記受光部に設けられ、前記所定角度より大きい角度範囲で前記入射光束の入射角度検出が可能とされた入射角度検出手段と、前記送光部の送光方向に向けて、前記所定角度より大きい角度範囲内に光を射出する複数光源を含んだ追尾用光源部と、前記入射角度検出手段により検出された前記外部からの入射光束の入射角度に応じて、前記受光部および送光部の光軸の方向を制御する光軸制御手段とを備える構成とする。
この発明によれば、追尾用光源部から射出される光が、通信光の受光可能な所定角度範囲より大きな角度範囲に射出される。つまり追尾用光源部から送光部の送光方向に向けて射出される光が全体として送光部から射出される通信光の射出角範囲より大きい範囲を覆うことができる。一方、受光時には、外部からそのような所定角度範囲より大きな角度範囲に入射された光の入射角度ずれを入射角度検出手段により検出することが可能である。
したがって、本装置を略対向する位置に配置すれば、通信光が光捕捉されない角度ずれがある場合でも、追尾用光源部から射出された光を光捕捉し、角度ずれを検出することができる。
そして、対向側の追尾用光源部から射出された光の入射角度に応じて光軸制御手段により入射角度ずれが低減するように受光部および送光部の光軸の方向を互いに制御することにより、初期光捕捉追尾を行うことができる。それから光軸制御手段により、追尾用光源部から射出された光の射出角範囲内にある通信光を探査し、通信光を光捕捉追尾することができる。それにより、通信光による高精度な精追尾に移行し、対向方向における送光部、受光部の対向姿勢を維持し、安定して通信光を送受光（送受信）できる。 In order to solve the above-described problem, in the invention described in claim 1, the light transmitting unit that transmits communication light to the outside and the light receiving unit that receives incident light from the outside are provided at substantially opposite positions. A spatial light transmission device capable of receiving communication light incident within a predetermined angle when arranged in at least a pair, the spatial light transmission device being provided in the light receiving unit and having an angle range larger than the predetermined angle. An incident angle detection means capable of detecting an incident angle of the light source, and a tracking light source unit including a plurality of light sources that emit light within an angle range larger than the predetermined angle toward the light transmission direction of the light transmission unit; And an optical axis control means for controlling the directions of the optical axes of the light receiving section and the light transmitting section in accordance with the incident angle of the incident light flux from the outside detected by the incident angle detecting means.
According to this invention, the light emitted from the tracking light source unit is emitted in an angle range larger than the predetermined angle range in which the communication light can be received. That is, it is possible to cover a range in which the light emitted from the tracking light source unit in the light transmission direction of the light transmission unit is larger than the emission angle range of the communication light emitted from the light transmission unit as a whole. On the other hand, at the time of receiving light, it is possible to detect the incident angle deviation of the light incident from the outside in an angle range larger than the predetermined angle range by the incident angle detecting means.
Therefore, if this apparatus is disposed at a substantially opposite position, even when there is an angle shift where the communication light is not captured, the light emitted from the tracking light source unit can be captured and the angle shift detected.
Then, by controlling the directions of the optical axes of the light receiving unit and the light transmitting unit so that the incident angle deviation is reduced by the optical axis control means according to the incident angle of the light emitted from the tracking light source unit on the opposite side Initial light capture and tracking can be performed. Then, the communication light within the emission angle range of the light emitted from the tracking light source unit can be searched by the optical axis control means, and the communication light can be captured and tracked. Thereby, it shifts to high-precision fine tracking by communication light, maintains the opposing posture of the light transmitting unit and the light receiving unit in the opposing direction, and can transmit and receive (transmit / receive) communication light stably.

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の空間光伝送装置において、前記追尾用光源部が、該追尾用光源部から射出する光の広がり角を制御する広がり角制御手段を備える構成とする。
この発明によれば、広がり角制御手段により、追尾用光源部から射出する光の広がり角を制御することができるので、その広がり角を可変して、射出角の範囲内で適宜距離にある追尾対象を追尾用光源部から射出する光により覆うことができるから、射出角の範囲内で追尾対象を確実に照射することができる。その結果、追尾対象側ではその光を確実に光捕捉することができる。 According to a second aspect of the present invention, in the spatial light transmission device according to the first aspect, the tracking light source unit includes a divergence angle control unit that controls a divergence angle of light emitted from the tracking light source unit. And
According to the present invention, the divergence angle control means can control the divergence angle of the light emitted from the tracking light source unit, so that the divergence angle can be varied and tracking at an appropriate distance within the range of the emission angle. Since the target can be covered with the light emitted from the tracking light source unit, the tracking target can be reliably irradiated within the range of the emission angle. As a result, the light can be reliably captured on the tracking target side.

請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の空間光伝送装置において、前記広がり角制御手段が、前記複数光源の光軸方向に移動可能に設けられたパワーを有する光学素子からなる構成とする。
この発明によれば、光学素子を複数光源の光軸方向に移動することにより、追尾用光源部から射出される光の広がり角が可変される。そのため複数光源の広がり角を一括して可変することができ、迅速かつ効率的に追尾用光源部から射出される光の広がり角を可変することができる。 According to a third aspect of the present invention, in the spatial light transmission device according to the second aspect, the divergence angle control means comprises an optical element having power provided to be movable in the optical axis direction of the plurality of light sources. And
According to this invention, the spread angle of the light emitted from the tracking light source unit is varied by moving the optical element in the optical axis direction of the plurality of light sources. Therefore, the spread angles of a plurality of light sources can be varied at once, and the spread angles of light emitted from the tracking light source unit can be varied quickly and efficiently.

請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のいずれかに記載の空間光伝送装置において、前記追尾用光源部の複数光源の一部を順次点滅させることにより、前記追尾用光源部から射出する光が順次点滅されるようにした構成とする。
この発明によれば、複数光源の一部を順次点滅させることにより、それに応じて追尾用光源部から射出される光が順次点滅され、一定周期のうちに射出される光が全部点滅される。したがって、一定周期で射出角の範囲が追尾用光源部から射出される光により走査される。そのため、その光を入射光束として光捕捉追尾を行う場合、一定周期ごとに光捕捉追尾動作を行うことにより、全部点灯したときと同等の光捕捉追尾を行うことができるものである。また、全部同時に点灯すると光量が安全規格を満たさなくなるといった場合にも、このように分割して点灯することにより安全規格を満たすようにすることができる。
その結果、同時に点灯される光源の光強度を低減した状態で比較的広範囲に追尾用光源部からの光を射出することができる。 According to a fourth aspect of the present invention, in the spatial light transmission device according to any one of the first to third aspects, by sequentially flashing a part of the plurality of light sources of the tracking light source unit, the tracking light source unit The emitted light is configured to blink sequentially.
According to the present invention, by sequentially flashing a part of the plurality of light sources, the light emitted from the tracking light source unit is flashed sequentially, and all the light emitted within a certain period is flashed. Therefore, the range of the emission angle is scanned with light emitted from the tracking light source unit at a constant period. Therefore, when performing light capture and tracking using the light as an incident light beam, light capture and tracking can be performed in the same manner as when all light is turned on by performing a light capture and tracking operation at regular intervals. In addition, when all the lights are turned on at the same time, the light quantity does not satisfy the safety standard, the light can be divided and lit in this way so that the safety standard can be satisfied.
As a result, it is possible to emit light from the tracking light source unit over a relatively wide range in a state where the light intensity of the light sources that are turned on simultaneously is reduced.

本発明の空間光伝送装置によれば、光捕捉追尾を行うための光を複数光源により、広い範囲に射出でき、広範囲に射出することで射出面積あたりの光強度が低下することがないので、比較的長距離かつ広範囲の領域で光捕捉追尾することが可能となり、その結果、広範囲で初期光捕捉を容易に行うことができるという効果を奏する。   According to the spatial light transmission device of the present invention, light for performing light capturing and tracking can be emitted in a wide range by a plurality of light sources, and the light intensity per emission area does not decrease by emitting in a wide range. Light capture and tracking can be performed over a relatively long distance and in a wide area. As a result, there is an effect that initial light capture can be easily performed over a wide area.

以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。なおすべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
本発明の実施形態に係る空間光伝送装置について説明する。
図１（ａ）は、本発明の実施形態に係る空間光伝送装置の概略構成について説明するための模式説明図である。図１（ｂ）は、図１におけるＡ視の部分側面図である。図２は、本発明の実施形態に係る追尾用光源部の概略構成を説明するための光軸方向断面における模式説明図である。図３は、本発明の実施形態に係る追尾用光源部の光束が投影される様子を説明する光軸に直交する断面における模式説明図である。
なお、これらの図において、見易くするために光束の傾き角、広がり角を誇張して描いている（以下同様）。また、以下では、図２、３において方向を簡潔に表すため共通のＸＹＺ右手直角座標系を参照する場合がある。Ｚ軸正方向は光軸１０上を光束が進む方向に一致され、Ｙ軸正方向は送受光装置１の鉛直上向き方向に一致されるものとする。
本実施形態に係る送受光装置１（空間光伝送装置）の概略構成は、筐体１８、ジンバルステージ４４（光軸制御手段）、ビーコン光形成ユニット２（追尾用光源部）、送受光光学系１１、可動ミラー３４（光軸制御手段）、ビームスプリッタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、レーザ光源１３、受光器１７、粗追尾用位置検出部１４、精追尾用位置検出部１５、入射角度検出手段４１からなる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In all the drawings, even if the embodiments are different, the same or corresponding members are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
A spatial light transmission apparatus according to an embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1A is a schematic explanatory diagram for explaining a schematic configuration of a spatial light transmission apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 1B is a partial side view as viewed from A in FIG. FIG. 2 is a schematic explanatory diagram in a cross section in the optical axis direction for explaining a schematic configuration of the tracking light source unit according to the embodiment of the present invention. FIG. 3 is a schematic explanatory view in a cross section orthogonal to the optical axis for explaining a state in which the light beam of the tracking light source unit according to the embodiment of the present invention is projected.
In these drawings, the tilt angle and the spread angle of the light beam are exaggerated for easy viewing (the same applies hereinafter). In the following, a common XYZ right-handed rectangular coordinate system may be referred to in order to express directions in FIGS. It is assumed that the positive Z-axis direction coincides with the direction in which the light beam travels on the optical axis 10, and the positive Y-axis direction coincides with the vertically upward direction of the light transmitting / receiving device 1.
The schematic configuration of the light transmission / reception device 1 (spatial light transmission device) according to the present embodiment includes a housing 18, a gimbal stage 44 (optical axis control means), a beacon light formation unit 2 (tracking light source unit), and a light transmission / reception optical system. 11, movable mirror 34 (optical axis control means), beam splitters 12a, 12b, 12c, laser light source 13, light receiver 17, rough tracking position detector 14, fine tracking position detector 15, and incident angle detector 41. Become.

筐体１８は、後述する各部材を一体に保持する保持部材と外装部材とを兼ねた部材であり、例えば、箱形などの適宜形状とされている。そして、図１（ａ）の図示左側に適宜の形状・大きさで光束を透過する開口部１９を備え、対向する側に位置する他の送受光装置から射出される光束を筐体１８内に導くことができるようになっている。   The casing 18 is a member that serves as both a holding member and an exterior member that integrally hold members described later, and has an appropriate shape such as a box shape. 1A is provided with an opening 19 that transmits a light beam with an appropriate shape and size on the left side of FIG. 1A, and the light beam emitted from another light transmitting / receiving device located on the opposite side is placed in the housing 18. It can be guided.

ジンバルステージ４４は、筐体１８を２軸方向に姿勢制御可能に保持する移動機構であり、垂直回転駆動部４４ａおよび水平回転駆動部４４ｂが支持台４４ｃ上に保持され、垂直回転駆動部４４ａと水平回転駆動部４４ｂとの移動量を制御するための駆動制御手段４４ｄを備えてなる。
水平回転駆動部４４ｂと垂直回転駆動部４４ａは、それぞれ鉛直軸回りの回転と水平軸回りの所定角の回転とが可能とされ、それぞれの回転角制御可能な機構（不図示）、例えば制御モータ、アクチュエータ、静電モータなどにより駆動可能とされる。
駆動制御手段４４ｄは、入射角度検出手段４１が生成する駆動制御信号１００に基づき、垂直回転駆動部４４ａ、水平回転駆動部４４ｂの回転駆動量を算出して、所定の回転駆動を行うための手段である。 The gimbal stage 44 is a moving mechanism that holds the housing 18 in two axial directions so that the posture can be controlled. The vertical rotation driving unit 44a and the horizontal rotation driving unit 44b are held on the support base 44c, and the vertical rotation driving unit 44a Drive control means 44d for controlling the amount of movement with the horizontal rotation drive unit 44b is provided.
The horizontal rotation drive unit 44b and the vertical rotation drive unit 44a can rotate around a vertical axis and rotate at a predetermined angle around the horizontal axis, respectively, and a mechanism (not shown) capable of controlling each rotation angle, for example, a control motor It can be driven by an actuator, an electrostatic motor or the like.
The drive control unit 44d calculates a rotational drive amount of the vertical rotation drive unit 44a and the horizontal rotation drive unit 44b based on the drive control signal 100 generated by the incident angle detection unit 41, and performs a predetermined rotation drive. It is.

ビーコン光形成ユニット２は、複数の光源Ｌｎ（ｎ＝０、１、…、ｋ−１、ただしｋ≧２）により所定の射出角範囲に複数のビームＢｎ（ｎ＝０、１、…、ｋ−１、ただしｋ≧２）を射出するための光源ユニットである。以下では、ビームＢｎをまとめてビーコン光Ｂ（追尾用光源部から射出する光）と称する（図１参照）。本実施形態では、後述する送受光光学系１１の外周側を略等分する位置に３ユニットが設けられている。
ビーコン光形成ユニット２の概略構成は、図１、２に示したように、ビーコン光光源部５（複数光源）、投影光学系４（パワーを有する光学素子）および光源駆動制御手段３からなる。
ビーコン光光源部５は、平面上に所定間隔でｋ個の光源Ｌｎを配列してなる。
光源Ｌｎは、例えば半導体レーザ、気体レーザなどの放射光を適宜の光ファイバ、アパーチャ、光学系などにより適宜の光束径に整形して拡散光等として放射できるように構成したものや、ＬＥＤ光源などを採用することができる。光源Ｌｎの波長は、波長λＬとされる。 The beacon light forming unit 2 includes a plurality of beams B n (n = 0, 1,...) In a predetermined emission angle range by a plurality of light sources L n (n = 0, 1,..., K−1, where k ≧ 2). , K-1, where k ≧ 2). Hereinafter, the beam Bn is collectively referred to as beacon light B (light emitted from the tracking light source unit) (see FIG. 1). In the present embodiment, three units are provided at positions that divide the outer peripheral side of a transmission / reception optical system 11 (described later) substantially equally.
As shown in FIGS. 1 and 2, the schematic configuration of the beacon light forming unit 2 includes a beacon light source 5 (a plurality of light sources), a projection optical system 4 (an optical element having power), and a light source drive controller 3.
Beacon light source unit 5 is formed by arranging a k-number of the light source L n at predetermined intervals on a plane.
The light source L n is configured such that, for example, a radiated light such as a semiconductor laser or a gas laser can be radiated as a diffused light after being shaped into a suitable light beam diameter by a suitable optical fiber, aperture, optical system, or the like. Etc. can be adopted. Wavelength of the light source L n is the wavelength lambda L.

投影光学系４は、ビーコン光光源部５から射出された光に所定の広がり角を持たせ、所定位置で所定大きさの光束径を有するビームＢｎとし、光源Ｌｎの位置、姿勢に応じた複数方向に射出するためのものである。符号１０は、投影光学系４の光軸を示す。図２において、光軸１０と、ビーコン光光源部５の中心に位置する光源Ｌ０の光軸とは一致されている。
投影光学系４の構成は、パワーを有する光学素子または光学素子群からなる。光学素子としては、例えば、レンズ、レンズアレイ、フレネルレンズ、曲面ミラー、パワーを有するプリズム、ＤＯＥ（Diffractive Optical Element、回折光学素子）、ホログラムなどが採用できる。
本実施形態では、光軸１０上での配置位置を可変できるようにした焦点距離ｆの正パワーを有する可動レンズを採用している。 The projection optical system 4 gives the light emitted from the beacon light source unit 5 to have a predetermined divergence angle and forms a beam B n having a predetermined beam diameter at a predetermined position, depending on the position and posture of the light source L n. In order to inject in multiple directions. Reference numeral 10 denotes an optical axis of the projection optical system 4. In FIG. 2, the optical axis 10 is coincident with the optical axis of the light source L 0 located at the center of the beacon light source unit 5.
The configuration of the projection optical system 4 includes an optical element or a group of optical elements having power. As the optical element, for example, a lens, a lens array, a Fresnel lens, a curved mirror, a prism having power, a DOE (Diffractive Optical Element), a hologram, or the like can be employed.
In the present embodiment, a movable lens having a positive power with a focal length f that can change the arrangement position on the optical axis 10 is employed.

光源駆動制御手段３は、ビーコン光光源部５に対して、各光源Ｌｎに選択的に電圧を供給して点滅制御を行う。また、投影光学系４の光軸１０に対する傾き角を可変するとともに、光軸１０に沿う方向に投影光学系４を移動させることができるようになっている。例えば、図示しないが、回転ステージやアクチュエータなどの直動移動機構を組み合わせ、それらをモータ駆動するなどの手段が採用できる。 The light source drive control unit 3 performs blinking control by selectively supplying a voltage to each light source L n with respect to the beacon light source unit 5. Further, the tilt angle of the projection optical system 4 with respect to the optical axis 10 can be varied, and the projection optical system 4 can be moved in a direction along the optical axis 10. For example, although not shown, it is possible to employ means such as a combination of a linear movement mechanism such as a rotary stage and an actuator, and driving them with a motor.

送受光光学系１１は、対向する他の送受光装置との間で、波長λＣ（ただし、波長λＬとは異なる）を有する通信光５０を送受光するための適宜の角倍率を有する光学系である。送受光光学系１１は、本装置の送光部と受光部とを兼ねている。本実施形態における概略構成は、通信光５０を集光するための凹面反射鏡１１ａと、凹面反射鏡１１ａで集光された光束を結像するパワーを有する反射素子１１ｂと、反射素子１１ｂで結像されてから拡散する光束を略平行光束に集光するレンズ１１ｄからなる。
そして、外部から送受光光学系１１の光軸５１に対して入射角度θを持って入射する略平行光束の通信光５０を（θ×角倍率）とし、角倍率に応じた光束径に縮径された略平行光束として出射する実質的なアフォーカル光学系が構成される。送受光光学系１１では、レンズ１１ｄの像側には射出瞳が形成される。なお光軸５１と各光軸１０とは略平行に配置される。凹面反射鏡１１ａには、反射素子１１ｂで反射される光束を透過させるために開口１１ｃが設けられている。
なお、送受光光学系１１は、空間光伝送に使用可能な光学系であれば、これ以外の構成によってもよいことは言うまでもない。 The light transmitting / receiving optical system 11 has an appropriate angular magnification for transmitting / receiving communication light 50 having a wavelength λ C (which is different from the wavelength λ L ) with another opposing light transmitting / receiving device. It is a system. The light transmission / reception optical system 11 serves as both a light transmission unit and a light reception unit of the present apparatus. The schematic configuration in this embodiment is formed by a concave reflecting mirror 11a for condensing the communication light 50, a reflecting element 11b having a power for forming an image of a light beam condensed by the concave reflecting mirror 11a, and a reflecting element 11b. It consists of a lens 11d that condenses the light beam that is diffused after being imaged into a substantially parallel light beam.
Then, communication light 50 of a substantially parallel light beam incident from the outside with an incident angle θ on the optical axis 51 of the light transmission / reception optical system 11 is defined as (θ × angle magnification), and the diameter is reduced to a light beam diameter corresponding to the angle magnification. Thus, a substantial afocal optical system that emits as a substantially parallel light beam is configured. In the light transmission / reception optical system 11, an exit pupil is formed on the image side of the lens 11d. The optical axis 51 and each optical axis 10 are arranged substantially in parallel. The concave reflecting mirror 11a is provided with an opening 11c for transmitting the light beam reflected by the reflecting element 11b.
Needless to say, the light transmission / reception optical system 11 may have any other configuration as long as it is an optical system that can be used for spatial light transmission.

可動ミラー３４は、レンズ１１ｄの像側に形成される射出瞳の近傍に配置され、送受光光学系１１から像側に進む略平行光束を偏向し、光軸の方向を制御するためのものである。そして、可動ミラー制御手段３４ａにより、偏向角が制御される。可動ミラー３４としては、例えば、ガルバノミラー、光ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）などが採用できる。   The movable mirror 34 is disposed in the vicinity of the exit pupil formed on the image side of the lens 11d, and deflects a substantially parallel light beam traveling from the light transmitting / receiving optical system 11 to the image side to control the direction of the optical axis. is there. The deflection angle is controlled by the movable mirror control means 34a. As the movable mirror 34, for example, a galvanometer mirror, an optical MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), or the like can be employed.

ビームスプリッタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、可動ミラー３４の中立位置における軸上主光線が波長に応じて分岐するように、物体側から像側に向けてこの順位配置された光路分岐手段である。例えば、ハーフミラー面、偏光反射面、波長選択フィルタ面などの光分岐面を有するビームスプリッタプリズム、平行平面板などが採用できる。
ビームスプリッタ１２ａは、例えば波長選択フィルタ面とし、通信光５０を略１００％透過し、外部から入射したビーコン光を略１００％反射するように構成されている。そして、ビームスプリッタ１２ａにおける軸上主光線の分岐方向には、集光レンズ１４ａ、受光器１４ｂなどからなり、入射光束の粗追尾を行うための粗追尾用位置検出部１４が設けられる。
このようにビームスプリッタ１２ａを波長選択フィルタ面とした場合、粗追尾に外部から入射したビーコン光が用いられ、通信光５０は粗追尾には使用されないので、通信光５０の光量損失を低減することができるという利点がある。 The beam splitters 12a, 12b, and 12c are optical path branching means arranged in this order from the object side to the image side so that the axial principal ray at the neutral position of the movable mirror 34 branches according to the wavelength. For example, a beam splitter prism having a light branching surface such as a half mirror surface, a polarization reflection surface, or a wavelength selection filter surface, a plane parallel plate, or the like can be employed.
The beam splitter 12a is, for example, a wavelength selection filter surface, and is configured to transmit approximately 100% of the communication light 50 and reflect approximately 100% of the beacon light incident from the outside. In the beam splitter 12a, in the branching direction of the axial principal ray, a rough tracking position detection unit 14 is provided which includes a condenser lens 14a, a light receiver 14b, and the like, and performs rough tracking of the incident light beam.
When the beam splitter 12a is used as the wavelength selection filter surface in this way, beacon light incident from the outside is used for rough tracking, and the communication light 50 is not used for rough tracking, so the light amount loss of the communication light 50 is reduced. There is an advantage that can be.

ビームスプリッタ１２ｂは、例えば、通信光５０のうちの一部を反射させその他の部分を透過させるように構成されている。そして、ビームスプリッタ１２ｂにおける軸上主光線の分岐方向には、集光レンズ１５ａ、受光器１５ｂなどからなり、少なくともμｒａｄオーダの精追尾を行うための精追尾用位置検出部１５が設けられる。
ビームスプリッタ１２ｃは、通信光５０を透過させ、分岐方向から入射するレーザ光源１３から射出される光束を反射させるよう構成されている。そして、ビームスプリッタ１２ｃにおける軸上主光線の分岐方向には、レーザ変調駆動手段１３ａにより変調された平行なレーザ光を射出するレーザ光源１３が配置される。 The beam splitter 12b is configured to reflect a part of the communication light 50 and transmit the other part, for example. Further, in the branching direction of the axial principal ray in the beam splitter 12b, a fine tracking position detection unit 15 is provided that includes a condenser lens 15a, a light receiver 15b, and the like, and performs fine tracking of at least μrad order.
The beam splitter 12c is configured to transmit the communication light 50 and reflect the light beam emitted from the laser light source 13 incident from the branching direction. A laser light source 13 that emits parallel laser light modulated by the laser modulation driving means 13a is disposed in the branch direction of the axial principal ray in the beam splitter 12c.

受光器１４ｂ、１５ｂは、例えば４分割ＰＤ、位置検出受光器（ＰＳＤ）、撮像素子（ＣＣＤ）など、受光面の光束の中心位置を検出できる受光器からなり、通信光５０の入射角度または可動ミラー３４の偏向角により中立軸からずれた光束の受光面上の位置を検出し、それぞれ検出信号１０２、１０３を入射角度検出手段４１に出力できるようになっている。本実施形態では、受光器１４ｂに粗追尾用としてＣＣＤ、受光器１５ｂに精追尾用として４分割ＰＤを用いている。   The light receivers 14b and 15b are light receivers that can detect the center position of the light beam on the light receiving surface, such as a quadrant PD, a position detection light receiver (PSD), and an image pickup device (CCD), for example. The position on the light receiving surface of the light beam deviated from the neutral axis is detected by the deflection angle of the mirror 34, and the detection signals 102 and 103 can be output to the incident angle detection means 41, respectively. In the present embodiment, a CCD for coarse tracking is used for the light receiver 14b, and a four-segment PD is used for fine tracking for the light receiver 15b.

入射角度検出手段４１は、粗追尾用位置検出部１４、精追尾用位置検出部１５から出力される検出信号１０２、１０３を演算して、受光面での位置ずれ量ならびに光束の入射角度ずれに換算するための手段である。
そして、粗追尾用位置検出部１４により検出される比較的大きな角度ずれに応じて、角度ずれを低減する方向にジンバルステージ４４を駆動するための駆動制御信号１００を駆動制御手段４４ｄに出力できるようになっている。
また精追尾用位置検出部１５により検出される比較的小さな角度ずれに応じて、角度ずれを低減する方向に可動ミラー３４の偏向角を可変する偏向角制御信号１０１を可動ミラー制御手段３４ａに出力できるようになっている。 The incident angle detection means 41 calculates the detection signals 102 and 103 output from the rough tracking position detection unit 14 and the fine tracking position detection unit 15 to calculate the positional deviation amount on the light receiving surface and the incident angle deviation of the light beam. It is a means for converting.
A drive control signal 100 for driving the gimbal stage 44 in a direction to reduce the angle deviation can be output to the drive control means 44d in accordance with the relatively large angle deviation detected by the coarse tracking position detector 14. It has become.
Further, a deflection angle control signal 101 for changing the deflection angle of the movable mirror 34 in a direction to reduce the angular deviation is output to the movable mirror control means 34a in accordance with the relatively small angular deviation detected by the fine tracking position detector 15. It can be done.

集光レンズ１６は、ビームスプリッタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃを透過した略平行光束を集光する光学素子である。
受光器１７は、集光レンズ１６で集光された光束を受光し、その光束が通信光５０であるとき、適宜の情報信号として取り出すために光電変換を行うためのものである。光電変換された情報信号の伝送経路および処理回路などを備えることは言うまでもないが、周知のことなので説明を省略する。
また受光器１７は、通信光を伝送する光ファイバの端面であってもよい。この場合光電変換をする必要がないので、部品点数を減らすことができ、コストを低減することができる。 The condensing lens 16 is an optical element that condenses a substantially parallel light beam transmitted through the beam splitters 12a, 12b, and 12c.
The light receiver 17 receives the light beam collected by the condensing lens 16 and performs photoelectric conversion to extract it as an appropriate information signal when the light beam is the communication light 50. Needless to say, a transmission path and a processing circuit for the photoelectrically converted information signal are provided.
The light receiver 17 may be an end face of an optical fiber that transmits communication light. In this case, since it is not necessary to perform photoelectric conversion, the number of parts can be reduced and the cost can be reduced.

以上に説明した構成において、送受光光学系１１、集光レンズ１６、受光器１７は、送受光装置１の受光部をなすものである。また、送受光光学系１１、ビームスプリッタ１２ｃ、レーザ光源１３、レーザ変調駆動手段１３ａは、送受光装置１の送光部をなすものである。   In the configuration described above, the light transmission / reception optical system 11, the condensing lens 16, and the light receiver 17 constitute a light receiving unit of the light transmission / reception device 1. The light transmission / reception optical system 11, the beam splitter 12 c, the laser light source 13, and the laser modulation driving unit 13 a constitute a light transmission unit of the light transmission / reception device 1.

次にビーコン光形成ユニット２の動作について図２を参照して説明する。ここで、図２（図１（ｂ）、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）も同様）は、角度（長さの比）を誇張して描いている。実際には、ｈｎ、ｈｍの長さに対して、ｔ１、ｔ２の長さは十分長いものとする。
図２に示したように、ビーコン光光源部５上の各光源Ｌｎは、光源駆動制御手段３により点灯されると投影光学系４に向けて光軸１０に平行な方向に拡散光を放射する。
例えば、投影光学系４の物体側主平面が光源部２から距離ｆにある時、各光束は、像側焦点を通過する平行光束として射出される。例えば光軸１０からＹ軸方向の最外部の高さ（−ｈｍ）に位置する光源Ｌｍから放射された光束は、投影光学系４からビームＢｍとして射出され、焦点を通り、光軸１０に対して角度αだけ傾斜する方向に進む。ここでαは次式の関係を満足する。
ｈｍ＝ｆ・ｔａｎα ・・・（１）
そして、光源部２から距離ｔ１（ｔ２）に位置する平面Ｓ１（Ｓ２）上のＹ軸方向の像高Ｈ１ｍ（Ｈ２ｍ）の位置に、スポットｓ１ｍ（ｓ２ｍ）が照射される。ここで、
Ｈ１ｍ＝（ｔ１−ｆ）・ｔａｎα ・・・（２）
Ｈ２ｍ＝（ｔ２−ｆ）・ｔａｎα ・・・（３）
である。 Next, the operation of the beacon light forming unit 2 will be described with reference to FIG. Here, FIG. 2 (FIG. 1 (b), FIG. 4 (a), (b), (c) is also the same) exaggerated the angle (length ratio). Actually, the lengths of t 1 and t 2 are sufficiently longer than the lengths of h n and h m .
As shown in FIG. 2, each light source L n on the beacon light source unit 5 emits diffused light in a direction parallel to the optical axis 10 toward the projection optical system 4 when turned on by the light source drive control means 3. To do.
For example, when the object-side principal plane of the projection optical system 4 is at a distance f from the light source unit 2, each light beam is emitted as a parallel light beam that passes through the image-side focal point. For example, a light beam emitted from the light source L m located at the outermost height (−h m ) in the Y-axis direction from the optical axis 10 is emitted from the projection optical system 4 as a beam B m , passes through the focal point, and passes through the optical axis. 10 in the direction inclined by the angle α. Here, α satisfies the relationship of the following equation.
h m = f · tan α (1)
Then, the spot s 1m (s 2m ) irradiates the position of the image height H 1m (H 2m ) in the Y-axis direction on the plane S 1 (S 2 ) located at the distance t 1 (t 2 ) from the light source unit 2. Is done. here,
H 1m = (t 1 −f) · tan α (2)
H 2m = (t 2 −f) · tan α (3)
It is.

この場合、ビームＢｍは平行光束となり、スポットｓ１ｍ、ｓ２ｍのスポット半径ｒ１ｍ、ｒ２ｍは等しくなる。そして、図３（ａ）、（ｂ）に示したように、各光源Ｌｎの配列ピッチに応じて、スポットが平面Ｓ１、Ｓ２に分布する。
例えば、平面Ｓ１上では、各スポットｓ１ｎが互いに隣接して平面Ｓ１をほとんど覆うように分布する。このように、本実施形態では、（２・Ｈ１ｍ×２・Ｈ１ｍ）の面積を有する略矩形領域に角度±αの範囲の光束が分布する。角度θｘ＝２・αは、Ｘ軸回りの射出角範囲を表す。同様に図示しないが、Ｙ軸回りの射出角範囲は、角度θｙ＝２・αである。 In this case, the beam B m becomes a parallel light beam, spot s 1 m, s 2m spot radius r 1 m, r 2m is equal. Then, as shown in FIGS. 3A and 3B, spots are distributed on the planes S 1 and S 2 according to the arrangement pitch of the light sources L n .
For example, on the plane S 1 , the spots s 1n are distributed adjacent to each other so as to almost cover the plane S 1 . As described above, in the present embodiment, the luminous flux in the range of the angle ± α is distributed in a substantially rectangular region having an area of (2 · H 1m × 2 · H 1m ). The angle θ x = 2 · α represents an emission angle range around the X axis. Similarly, although not shown, the exit angle range around the Y axis is an angle θ y = 2 · α.

一方、平面Ｓ２上では、各スポットｓ２ｎが互いに離れて分布するので、平面Ｓ１におけるより広い（２・Ｈ２ｍ×２・Ｈ２ｍ）の面積を有する略矩形領域に角度±αの範囲の光束が分布する。そこで、ビーコン光光源部５の光源Ｌｎの密度を上げることにより、スポットｓｐ（図３（ｂ）のドット模様ハッチング参照）でそれらの間を覆うようにすることもできる。またビーコン光形成ユニット２は、複数配置されているので重ね合わせによりそれらの間を覆うようにすることもできる。
この場合、このスポットｓｐを点灯する光源Ｌｐ（不図示）を光源駆動制御手段３で点滅制御することにより、スポットを投影する対象物の距離に応じて点灯する光源の量を可変できるようにしてもよい。 On the other hand, since the spots s 2n are distributed apart from each other on the plane S 2 , the range of the angle ± α in a substantially rectangular area having a larger area (2 · H 2m × 2 · H 2m ) on the plane S 1 . The luminous flux is distributed. Therefore, by increasing the density of the light source L n of the beacon light source unit 5 may be so as to cover between them spot s p (see dot pattern hatching in Figure 3 (b)). Further, since a plurality of beacon light forming units 2 are arranged, they can be covered by overlapping.
In this case, by lighting control of the light source L p (not shown) to light this spot s p by the light source drive control means 3, it can be varied amount of light to be turned on in accordance with the distance to the object to project the spot It may be.

また、光源駆動制御手段３は、投影光学系４の光軸方向の位置と光軸に対する傾き角を制御できるので、光束の広がり角を可変でき、光軸に直交する平面上のスポット径を適宜可変できる。
図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、投影光学系４、ビーコン光光源部５の位置、姿勢を可変した場合の、光軸方向の一断面での光束の様子を示す模式光路図である。図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に対応して光軸に直交する平面上（図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の右側面方向）に形成されるスポット径分布を一方向について示した模式説明図である。 Further, since the light source drive control means 3 can control the position of the projection optical system 4 in the optical axis direction and the tilt angle with respect to the optical axis, the spread angle of the light beam can be varied, and the spot diameter on the plane orthogonal to the optical axis is appropriately set. Variable.
FIGS. 4A, 4B, and 4C are schematic optical paths showing the state of light flux in one section in the optical axis direction when the position and orientation of the projection optical system 4 and the beacon light source unit 5 are varied. FIG. 4 (A), 4 (B), and 4 (C) correspond to FIGS. 4 (a), 4 (b), and 4 (c), respectively, on a plane orthogonal to the optical axis (FIGS. 4 (a) and 4 (b)). (C) It is the model explanatory drawing which showed the spot diameter distribution formed in the right side surface direction) about one direction.

図４（ａ）、（Ａ）に示した例は、投影光学系４とビーコン光光源部５との距離を距離ｄ１（ただし、ｄ１＜ｆ）として、すべての光束径を距離に応じて均一に拡径するようにした場合である。この場合、射出角（２・α）の範囲にｊ本の光束が配列されるとすれば、例えば、１本の広がり角を、（２・α／ｊ）とすることにより、任意の距離で図３（ａ）のように所定領域内をスポットで覆うことができる。これにより、図２を用いて説明した隙間を覆うようにすることができる。
実際には、大気ゆらぎなどにより平行光を射出しても、出射径よりも大きくなる。そのため複数の光束が重なって受光素子に入射することになる。その場合は、受光素子における入射光位置の重心を求める機能を入射角度検出手段４１に持たせ、入射方向を算出してもよい。また、投影光学系４を移動させて、光束が重ならないようにすることもできる。 In the example shown in FIGS. 4A and 4A, the distance between the projection optical system 4 and the beacon light source unit 5 is the distance d 1 (where d 1 <f), and all the beam diameters depend on the distance. In this case, the diameter is expanded uniformly. In this case, if j light beams are arranged in the range of the emission angle (2 · α), for example, by setting one divergence angle to (2 · α / j), an arbitrary distance can be obtained. As shown in FIG. 3A, a predetermined area can be covered with a spot. Thereby, the clearance gap demonstrated using FIG. 2 can be covered.
Actually, even if parallel light is emitted due to atmospheric fluctuations, it becomes larger than the emission diameter. Therefore, a plurality of light beams overlap and enter the light receiving element. In that case, the incident angle detecting means 41 may be provided with a function of obtaining the center of gravity of the incident light position in the light receiving element, and the incident direction may be calculated. Further, the projection optical system 4 can be moved so that the light beams do not overlap.

図４（ｂ）、（Ｂ）に示した例は、投影光学系４とビーコン光光源部５との距離を距離ｄ２（ただし、ｄ２＞ｆ）として、すべての光束径を距離に応じて均一に縮径するようにした場合である。この場合、結像面よりも物体側の平面上では、遠距離であっても面積当たりの光強度が低下しない光束を投影することができる。
図４（ｃ）、（Ｃ）に示した例は、ビーコン光光源部５を光軸１０に対して角度Ψだけ傾斜させ、光軸に直交する平面内でスポット径を可変するようにした例である。例えば、光源が投影光学系４に対してｆよりも近づいたビームＢｊでは比較的大きなスポットｓＢｊが形成され、その反対のビームＢｉでは比較的小さなスポットｓＢｉが形成される。
なお、以上では簡単のために、光軸を含む一断面の光路図とそれに対応する一方向のスポット径の変化を例にとって説明したが、実際には、ビーコン光光源部５は２次元的に配列され、スポット径も２次元的に変化する。上記の説明をこのような２次元に拡張して理解することは容易である。 In the example shown in FIGS. 4B and 4B, the distance between the projection optical system 4 and the beacon light source unit 5 is the distance d 2 (where d 2 > f), and all the beam diameters are in accordance with the distance. In this case, the diameter is reduced uniformly. In this case, it is possible to project a light flux whose light intensity per area does not decrease even at a long distance on a plane closer to the object side than the imaging plane.
In the example shown in FIGS. 4C and 4C, the beacon light source unit 5 is inclined by an angle ψ with respect to the optical axis 10 so that the spot diameter can be varied in a plane orthogonal to the optical axis. It is. For example, a relatively large spot s Bj is formed in the beam B j whose light source is closer to f than the projection optical system 4, and a relatively small spot s Bi is formed in the opposite beam B i .
For the sake of simplicity, the optical path diagram of one cross section including the optical axis and the change of the spot diameter in one direction corresponding thereto have been described as an example. However, in reality, the beacon light source unit 5 is two-dimensionally used. The spot diameter also changes two-dimensionally. It is easy to understand by extending the above description to such two dimensions.

本実施形態によれば、このような操作を適宜組み合わせることにより、ビーコン光Ｂを形成するビームＢｎを発散光、平行光、集束光に適宜変換することができる。そして、適宜位置の平面上での光束径や光束間の隙間を制御することができる。その結果、所定の射出角の範囲でそれぞれ適宜の光強度分布を有するビーコン光Ｂを形成することができる。
そのため、追尾対象までの距離に応じて光束径を可変したり、例えば大気揺らぎなど環境によるノイズがある場合にＳ／Ｎ比が向上するように光束径を可変したりすることができる。したがって、１つの装置で長距離用、短距離用、悪環境用などの複数の状況に応じた汎用性の高い装置を構成することができるという利点がある。 According to the present embodiment, by appropriately combining these operations, the beam Bn forming the beacon light B can be appropriately converted into divergent light, parallel light, and focused light. Then, it is possible to control the light beam diameter and the gap between the light beams on a plane at an appropriate position. As a result, it is possible to form beacon light B having an appropriate light intensity distribution within a predetermined emission angle range.
Therefore, the beam diameter can be varied according to the distance to the tracking target, or the beam diameter can be varied so that the S / N ratio is improved when there is environmental noise such as atmospheric fluctuation. Therefore, there is an advantage that a highly versatile apparatus can be configured according to a plurality of situations such as for long distance, for short distance, and for adverse environments with one apparatus.

次に、２つの送受光装置１を互いに対向させて空間光伝送システムを形成した場合の光捕捉追尾制御動作について説明する。
図５は、本発明の実施形態に係る送受光装置を組み合わせた空間光伝送システムの動作を説明するための模式説明図である。なお、以下では特に断らない限り、図中の部材などに付加された添字Ａ（Ｂ）は、その部材などが送受光装置１Ａ（Ｂ）に属することを必要に応じて明示するために用いる。それらの個々の構成は、上記に添字なしで説明している場合はそれと同じなので説明は省略する。 Next, the light capture and tracking control operation when the spatial light transmission system is formed with the two light transmitting / receiving devices 1 facing each other will be described.
FIG. 5 is a schematic explanatory diagram for explaining the operation of the spatial light transmission system in which the light transmitting / receiving device according to the embodiment of the present invention is combined. In the following, unless otherwise specified, the subscript A (B) added to the member in the figure is used to clearly indicate that the member belongs to the light transmitting / receiving device 1A (B) as necessary. Those individual configurations are the same as those described above without any subscripts, and thus description thereof is omitted.

空間光伝送システム３０は、上記に説明した送受光装置１と同様の構成を有する送受光装置１Ａ、１Ｂを、それぞれの開口部１９を対向させて距離Ｌだけ離間して配置してなる。それぞれからは、レーザ光源１３により略平行光束である通信光５０Ａ、５０Ｂが射出される。距離Ｌは非常に大きいため、各通信光５０は拡径して、対向する側の開口部１９の開口径よりも大きく広がる。
各送受光光学系１１において、粗追尾用位置検出部１４で検出可能な入射半画角（所定角度）はβＡ、βＢである。一方、各送受光装置１に３台設けられたビーコン光形成ユニット２の光軸１０から計った射出角は、角度±αＡ、±αＢ（ただし、αＡ＞βＡ、αＢ＞βＢ）とされる。
例えば、可動ミラー３４が中立位置で通信を行っていた状態から送受光装置１Ａが外乱などを受けて光軸５１Ａがずれたり、送受光光学系１１Ａからの出射角度がずれたりする場合を考える。このとき送受光光学系１１Ｂに入射する通信光５０Ａが、光軸５１Ｂに対して角度δＡだけ角度ずれを起こすとする。 The spatial light transmission system 30 is configured by arranging light transmitting / receiving devices 1A, 1B having the same configuration as the light transmitting / receiving device 1 described above, with the respective opening portions 19 facing each other, separated by a distance L. From each, communication light 50A, 50B which is a substantially parallel light beam is emitted by the laser light source 13. Since the distance L is very large, each communication light 50 is expanded in diameter and wider than the opening diameter of the opening 19 on the opposite side.
In each transmission / reception optical system 11, incident half angles of view (predetermined angles) that can be detected by the coarse tracking position detector 14 are β A and β B. On the other hand, the emission angles measured from the optical axes 10 of the three beacon light forming units 2 provided in each light transmitting / receiving device 1 are angles ± α A , ± α B (where α A > β A , α B > β B ).
For example, consider a case where the optical axis 51A is shifted due to disturbance or the like from the state where the movable mirror 34 is communicating at the neutral position, and the emission angle from the light transmitting / receiving optical system 11A is shifted. At this time communication light 50A entering the beam transmitting and receiving optical system 11B is the cause angle deviation angle [delta] A to the optical axis 51B.

δＡ＜βＢの場合、角度δＡは、送受光光学系１１に入射可能で、粗追尾用位置検出部１４の検出可能な入射角度範囲にある。ビーコン光ＢＡは、送受光光学系１１に入射して中立位置にある可動ミラー３４で偏向され、ビームスプリッタ１２ａ、１２ｂを透過した光束が粗追尾用位置検出部１４、精追尾用位置検出部１５に入射する。通信光５０Ａは、ビームスプリッタ１２ａを透過し、ビームスプリッタ１２ｂで分岐され、精追尾用位置検出部１５に入射しているので、入射角度検出手段４１により入射角度が検出される。
ここで精追尾用位置検出部１５で検出可能な入射角度範囲の場合や、あらかじめ設定されている入射角度範囲である場合は、可動ミラー３４を制御して通信光５０Ａが受光器１７に入射するようにする。上記以外の時は、粗追尾用位置検出部１４からの検出信号により入射角度検出手段４１にて、入射角度を検出し、駆動制御手段４４ｄに伝えることにより、ジンバルステージ４４を制御し、光軸５１Ｂを入射方向に向ける。
なお、ジンバルステージ４４のみで通信光５０Ａを受光器１７に入射させることもできるが、ジンバルステージ４４の精度が粗く、入射させることができないなどの場合、精追尾用位置検出部１５の検出信号１０３により可動ミラー３４が駆動され、光束が受光器１７の中心に入射するように制御される（図１参照）。したがって、通信光５０Ａは、受光器１７に入射され、通信が再開される。
以上の説明では、送受光装置１Ａが送信側、送受光装置１Ｂが受信側としたが、互いに同様の送受信機能を備えるので、互いに同じ工程を行って、通信を再開することができる。 In the case of δ A <β B , the angle δ A can be incident on the light transmission / reception optical system 11 and is in an incident angle range that can be detected by the rough tracking position detection unit 14. The beacon light B A is incident on the transmission / reception optical system 11 and is deflected by the movable mirror 34 at the neutral position, and the light beam transmitted through the beam splitters 12a and 12b is subjected to the rough tracking position detection unit 14 and the fine tracking position detection unit. 15 is incident. Since the communication light 50A passes through the beam splitter 12a, is branched by the beam splitter 12b, and is incident on the fine tracking position detector 15, the incident angle detector 41 detects the incident angle.
Here, in the case of the incident angle range detectable by the fine tracking position detector 15 or in the case of the incident angle range set in advance, the communication light 50A enters the light receiver 17 by controlling the movable mirror 34. Like that. In other cases, the incident angle detector 41 detects the incident angle based on the detection signal from the coarse tracking position detector 14 and transmits it to the drive controller 44d, thereby controlling the gimbal stage 44 and the optical axis. 51B is directed in the incident direction.
Note that the communication light 50A can be incident on the light receiver 17 only by the gimbal stage 44. However, when the accuracy of the gimbal stage 44 is rough and cannot be incident, the detection signal 103 of the fine tracking position detector 15 is detected. Thus, the movable mirror 34 is driven, and the light flux is controlled to enter the center of the light receiver 17 (see FIG. 1). Accordingly, the communication light 50A is incident on the light receiver 17 and communication is resumed.
In the above description, the light transmission / reception device 1A is the transmission side and the light transmission / reception device 1B is the reception side. However, since the transmission / reception devices 1B have the same transmission / reception functions, communication can be resumed by performing the same steps.

一方、δＡ≧βＢの場合、ビーコン光ＢＡは角度δＡの大きさによっては、粗追尾用位置検出部１４に入射しない。
そこで、このような場合や、通信開始時における初期光捕捉方法について説明する。
ビーコン光形成ユニット２Ａから射出されたビーコン光ＢＡは、角度（２・αＡ）の範囲内に広がり、通信光５０Ａよりも十分大きく広がっている。なお、図１、２において、ビーコン光Ｂ、ＢＡ、ＢＢの光束の広がり角度は誇張して大きく描かれているが、適宜必要な角度に設定できる。また光束間の隙間も適宜設定できるものである。ビーコン光ＢＡのうちいずれかの光束が開口部１９に確実に入射するためには、光束間の隙間は少なくとも開口部１９の大きさより狭く設定することが好ましい。 On the other hand, when δ A ≧ β B , the beacon light B A does not enter the rough tracking position detector 14 depending on the magnitude of the angle δ A.
In this case, an initial light capturing method at the start of communication will be described.
The beacon light B A emitted from the beacon light forming unit 2A is spread within the range of the angle (2 · α A ) and is sufficiently larger than the communication light 50A. In FIGS. 1 and 2, the spread angles of the light beams of the beacon lights B, B A , and B B are exaggerated and drawn large, but can be appropriately set to necessary angles. Also, the gap between the light beams can be set as appropriate. In order for any of the light beams of the beacon light B A to be reliably incident on the opening 19, the gap between the light beams is preferably set to be at least narrower than the size of the opening 19.

まずビーコン光ＢＡが検出されない場合、ジンバルステージ４４を走査してビーコン光ＢＡを探査する。送受光装置１Ａも送受光装置１Ｂからのビーコン光ＢＢを粗追尾用位置検出部１４で受光できない場合は同様にジンバルステージ４４を走査する。
送受光装置１Ａ、１Ｂが互いにジンバルステージ４４により走査を行い、ビーコン光ＢＡ、ＢＢのうちいずれかのビームが他方の粗追尾用位置検出部１４に入射する。粗追尾用位置検出部１４は、そのうちの１つのビームＢｎを捕捉すると、その光軸と光軸１０Ｂが略一致するようにジンバルステージ４４を制御する。互いにこの動作を行うことにより、通信光５０Ａが精追尾用位置検出部１５で検出されるようになり、精追尾用位置検出部１５に制御を移行する。以降は、δＡ＜βＢの場合と同様である。
このようにして、通信光５０Ａが捕捉された後、通信光５０Ａを変調して通信を開始する。
ここで、粗追尾をジンバルステージ４４で行い精追尾を可動ミラー３４で行うとしたが、条件が揃えば粗追尾を可動ミラー３４で、精追尾をジンバルステージとすることもできる。 First, when the beacon light B A is not detected, the gimbal stage 44 is scanned to search for the beacon light B A. If beam transmitting and receiving apparatus 1A also not be received beacon light B B from beam transmitting and receiving device 1B in the coarse tracking position detection unit 14 is likewise scans the gimbal stage 44.
The light transmitting / receiving devices 1A and 1B perform scanning with each other by the gimbal stage 44, and one of the beams of the beacon lights B A and B B is incident on the other coarse tracking position detector 14. When the coarse tracking position detector 14 captures one of the beams Bn , the coarse tracking position detector 14 controls the gimbal stage 44 so that the optical axis and the optical axis 10B substantially coincide with each other. By performing this operation mutually, the communication light 50 </ b> A is detected by the fine tracking position detection unit 15, and control is transferred to the fine tracking position detection unit 15. The subsequent steps are the same as in the case of δ A <β B.
Thus, after the communication light 50A is captured, the communication light 50A is modulated and communication is started.
Here, the rough tracking is performed by the gimbal stage 44 and the fine tracking is performed by the movable mirror 34. However, if the conditions are met, the coarse tracking can be performed by the movable mirror 34 and the fine tracking can be performed by the gimbal stage.

このように本実施形態では、ビーコン光形成ユニット２により比較的広範囲の入射角度ずれがあっても対向する送受光装置により光捕捉追尾できるから、迅速かつ容易に光軸合わせをすることができるとともに安定した通信が実現できる。
その際、ビーコン光形成ユニット２を、複数光源を含み、通信光より広い射出角を有する構成とするので、比較的光強度の小さい光源であっても単位面積当たりの光強度を落とすことなく、比較的広範囲に射出することができるから、広範囲かつ高精度の光捕捉追尾を行うことができる。
また、通信光５０を初期光捕捉追尾に用いないので、通信光５０の広がり角を可変制御する必要がなく、通信のために最適な広がり角を固定して保持することができる。そのため、通信光の光量変化、ばらつきなどが低減されるとともに、光捕捉追尾から通信開始までの時間を短縮することができるという利点がある。
また、このような光捕捉追尾制御は、通信開始前の初期光捕捉追尾に限ることなく、通信中に大きな外乱により通信光５０が捕捉できなくなった場合にも適用できる。したがって、仮に通信中に通信光５０同士の間で追尾しきれなくなっても、ただちにビーコン光Ｂによる粗追尾を行い通信の断絶を回復できるから、安定した通信を維持できるという利点がある。 As described above, in this embodiment, even if there is a relatively wide range of incident angle deviation by the beacon light forming unit 2, light capturing and tracking can be performed by the opposing light transmitting / receiving device, so that the optical axis can be quickly and easily aligned. Stable communication can be realized.
At that time, since the beacon light forming unit 2 includes a plurality of light sources and has a wider emission angle than the communication light, even if the light source has a relatively small light intensity, without reducing the light intensity per unit area, Since the light can be emitted in a relatively wide range, it is possible to perform light capturing and tracking with a wide range and high accuracy.
In addition, since the communication light 50 is not used for initial light capture and tracking, there is no need to variably control the spread angle of the communication light 50, and the optimum spread angle for communication can be fixed and held. Therefore, there is an advantage that the time from the light capturing and tracking to the start of communication can be shortened while the light quantity change and variation of the communication light are reduced.
Such light capture and tracking control is not limited to initial light capture and tracking before the start of communication, and can also be applied to cases where communication light 50 cannot be captured due to a large disturbance during communication. Therefore, even if it becomes impossible to track between the communication lights 50 during communication, the rough tracking by the beacon light B can be immediately performed to recover the disconnection of communication, so that there is an advantage that stable communication can be maintained.

次に、本実施形態における第１変形例について説明する。
本変形例は、上記実施形態と同一の構成により、光源駆動制御手段３の制御を変更した例である。すなわち、上記の実施形態ではビーコン光形成ユニット２の光源Ｌｎが同時点灯することにより、比較的広範囲に射出角を有する追尾光を形成したが、本変形例では、光源駆動制御手段３によりこれらの光源Ｌｎの一部を順次点滅制御する。それにより、全射出角の範囲を所定時間Ｔ内で走査するようにしたものである。
点滅する単位は適宜の単位でよく、隣接する光源Ｌｎ同士をまとめて点滅してもよいし、ランダムに点滅してもよい。
そして、送光側を送受光装置１Ａ、受光側を送受光装置１Ｂとすれば、これらの光捕捉追尾制御は、時間Ｔ毎に段階的に行われる。送受光装置１Ａでは、ビーコン光形成ユニット２を時間Ｔ内で、光源Ｌｎの点滅制御を行う。一方、送受光装置１Ｂでは、初期に光捕捉するまでは、任意の動作により入射光束を探査するが、いったん光束の入射を検出すると、例えば時間（２・Ｔ）周期で制御動作を行う。
つまり光束を捕捉してから時間Ｔの間に、入射角を検出しその量に応じたジンバルステージ４４、可動ミラー３４などの制御を行い、この間、入射角度検出は停止する。そして、次の時間Ｔの間に、新たに移動した位置でいずれかのタイミングで光束が入射するのを待つ。これらを繰り返すことにより上記実施形態と実質的に同様の光捕捉追尾を行う。 Next, a first modification of the present embodiment will be described.
This modification is an example in which the control of the light source drive control means 3 is changed by the same configuration as the above embodiment. That is, by the light source L n of the beacon light forming unit 2 in the above embodiments is turned on simultaneously, relatively has formed the tracking light extensively with the exit angle, in this modification, the light source drive control means 3 These sequentially flashing control some of the light source L n. Thereby, the range of all emission angles is scanned within a predetermined time T.
Well unit flashes in units of appropriate may be flashing together adjacent light sources L n each other may flash randomly.
If the light transmission side is the light transmission / reception device 1A and the light reception side is the light transmission / reception device 1B, the light capture and tracking control is performed step by step at every time T. In transmitting and receiving optical apparatus 1A, the beacon light forming unit 2 within the time T, performs blinking control of the light source L n. On the other hand, in the light transmitting / receiving device 1B, the incident light beam is probed by an arbitrary operation until the light is initially captured. However, once the incident light beam is detected, the control operation is performed at a period of time (2.T), for example.
That is, during the time T after capturing the light beam, the incident angle is detected, and the gimbal stage 44 and the movable mirror 34 are controlled according to the detected amount. During this time, the detection of the incident angle is stopped. Then, during the next time T, it waits for the light flux to enter at any timing at the newly moved position. By repeating these steps, light capturing and tracking substantially similar to the above embodiment is performed.

本変形例によれば、同時に点灯する光源Ｌｎの数を低減できるので、例えばレーザ安全規格などの要請により、光源Ｌｎの全体総光量が規制されている場合でも、同時に点灯する光源Ｌｎの数を適宜設定することで規制に対応ができる。したがって、射出角の範囲を広くするために全体光量が大きくなっても、レーザ安全規格などに抵触しない追尾用光源部とすることができる。 According to this modification, since it is possible to reduce the number of light sources L n to be turned simultaneously, for example, the request such as a laser safety standards, even if the overall total amount of the light source L n is restricted, the light source L n to be turned simultaneously It is possible to comply with the regulations by appropriately setting the number. Therefore, even if the total light quantity is increased in order to widen the range of the emission angle, it is possible to provide a tracking light source unit that does not conflict with laser safety standards.

次に、本実施形態に係る第２変形例について説明する。
図６は、本発明の実施形態の第２変形例に係る光源について説明するための斜視説明図、Ｗ−Ｗ断面図およびこの光源により投影される光束径の様子を説明する模式説明図である。
本変形例は、上記の実施形態のビーコン光光源部５に代えてビーコン光光源部２０を用いたものである。
ビーコン光光源部２０は、ビーコン光光源部５が平面上に光源Ｌｎが配置されるのに対して、少なくとも一方向に湾曲した光源保持部２０ａ上に複数の光源２０ｂを配置したものである。 Next, a second modification according to the present embodiment will be described.
FIG. 6 is a perspective explanatory view for explaining a light source according to a second modification of the embodiment of the present invention, a WW sectional view, and a schematic explanatory view for explaining a state of a light beam diameter projected by this light source. .
In this modification, a beacon light source 20 is used instead of the beacon light source 5 of the above embodiment.
Beacon light source unit 20 is the beacon light source unit 5 against being disposed light source L n on the plane, with a plurality of light sources 20b on the light source holding portion 20a which is curved in at least one direction .

図６（ｂ）に図６（ａ）のＷ−Ｗ断面図を示したように、光源保持部２０ａの湾曲に沿って配置された光源２０ｂは、光軸１０に平行な方向に拡散光を放射するが、光源保持部２０ａの湾曲量に応じて、投影光学系４との距離が異なり、図示のように光軸１０から離れるほど投影光学系４との距離が近づく場合は、図６（Ｂ）に示したように光軸１０上のビームＢ０により最小の光束径を有するスポットｓ０が形成され、光軸１０から最も離れたビームＢｉ、Ｂｊによりそれぞれ最大の光束径を有するスポットｓｉ、ｓｊが形成され、それらの間で光束径が徐変する光束径の分布を有する。これらは、スポット間の隙間を適宜埋めるように配置されるので、光軸１０に近づくほどスポット間の距離が短縮される配置とされる。 6B, the light source 20b disposed along the curve of the light source holding portion 20a emits diffused light in a direction parallel to the optical axis 10. As shown in FIG. However, the distance from the projection optical system 4 differs depending on the amount of curvature of the light source holding part 20a, and the distance from the projection optical system 4 becomes closer to the projection optical system 4 as shown in FIG. As shown in B), a spot s 0 having the smallest luminous flux diameter is formed by the beam B 0 on the optical axis 10, and the largest luminous flux diameter is obtained by the beams B i and B j farthest from the optical axis 10. Spots s i and s j are formed and have a light beam diameter distribution in which the light beam diameter gradually changes between them. Since these are arranged so as to appropriately fill the gaps between the spots, the distance between the spots is reduced as the distance from the optical axis 10 is approached.

このようなビーコン光光源部２０によれば、より入射角度ずれが大きい領域で、光捕捉するための光束径が大きくなるので、初期光捕捉追尾を確実に行うことができる。
また、光軸１０の中心に近づくほど、スポット間の距離が短縮されるので、光軸方向の角度差が小さくなるから粗追尾であっても比較的高精度の光捕捉追尾を行うことができる。
なお、本変形例では、光源保持部２０ａを円筒面状に湾曲させたが、球面状に湾曲させてもよいことは言うまでもない。その場合、上記の作用が２軸方向に現れるものである。 According to such a beacon light source unit 20, since the diameter of the light beam for capturing light is increased in a region where the incident angle deviation is larger, the initial light capturing and tracking can be reliably performed.
Further, the closer to the center of the optical axis 10, the shorter the distance between the spots, so the angle difference in the optical axis direction becomes smaller. Therefore, even with rough tracking, relatively high-accuracy light capturing and tracking can be performed. .
In this modification, the light source holding part 20a is curved in a cylindrical shape, but it goes without saying that it may be curved in a spherical shape. In that case, the above action appears in the biaxial direction.

次に、本実施形態に係る第３変形例について説明する。
図７は、本発明の実施形態の第３変形例に係る光源について説明するための斜視説明図である。
本変形例は、上記の実施形態のビーコン光光源部５に代えてビーコン光光源部２１を用いる。
ビーコン光光源部２１は、例えば面発光レーザなどの面状の発光体が少なくとも１つ配置された面発光光源２１ａの前面に適宜ピッチに設けられた開口からなる複数の射出口２１ｃを有する光規制部２１ｂを備えたものである。
これにより、部品点数の少ない複数光源を構成することができる。また、射出口２１ｃの加工によりきわめて容易に射出する光束の数を増大させることができ、しかも個々の光源を配置する場合と比べて、光源同士の間隔を自由に設定することができるという利点がある。 Next, a third modification according to this embodiment will be described.
FIG. 7 is a perspective explanatory view for explaining a light source according to a third modification of the embodiment of the present invention.
In this modification, a beacon light source 21 is used instead of the beacon light source 5 of the above embodiment.
The beacon light source unit 21 includes a plurality of emission ports 21c each having an opening provided at an appropriate pitch on the front surface of a surface light source 21a in which at least one planar light emitter such as a surface emitting laser is disposed. A portion 21b is provided.
Thereby, a plurality of light sources with a small number of parts can be configured. Further, the number of light beams emitted can be increased very easily by processing the exit port 21c, and the distance between the light sources can be freely set as compared with the case where individual light sources are arranged. is there.

本変形例において、上記の第１変形例のような光源の点滅制御を行う場合には、例えば、射出口２１ｃに独立駆動可能なシャッタを形成し、シャッタの開閉制御により行うことができる。また例えば、面発光光源２１ａを独立駆動可能な複数の面発光光源の組み合わせにより設けることで、部分的な点滅制御を行うことができる。   In the present modification, when the blinking control of the light source as in the first modification is performed, for example, a shutter that can be independently driven is formed at the exit port 21c, and the shutter opening / closing control can be performed. Further, for example, partial flashing control can be performed by providing the surface emitting light source 21a by a combination of a plurality of surface emitting light sources that can be independently driven.

なお、上記の説明を通じて、空間光伝送システム３０は、互いに対向する送受光装置１Ａ、１Ｂにより形成される例で説明したが、その位置は固定的なものに限定されるものではない。例えば、一方または両方の送受光装置が、例えば自動車、飛行機などの移動体に搭載されるものでもよい。また、対向する対象も１つとは限らず、例えば１つの送受光装置が水平方向に回転して、異なる方向、距離にある複数の送受光装置と対向できるようになっていてもよい。
それらの場合、相互の距離Ｌは変動するので、広がり角制御手段により光束径を変更し距離Ｌに応じて適切な光束径を射出できれば、きわめて好都合であり、より迅速かつ高精度な光捕捉追尾制御を行うことができるという利点がある。 In the above description, the spatial light transmission system 30 has been described as an example formed by the light transmitting / receiving devices 1A and 1B facing each other, but the position is not limited to a fixed one. For example, one or both of the light transmitting / receiving devices may be mounted on a moving body such as an automobile or an airplane. The number of objects to be opposed is not limited to one. For example, one light transmitting / receiving device may be rotated in the horizontal direction so as to face a plurality of light transmitting / receiving devices in different directions and distances.
In these cases, the mutual distance L fluctuates, so it would be very convenient if the light beam diameter could be changed by the divergence angle control means so that an appropriate light beam diameter could be emitted according to the distance L, and more rapid and highly accurate light capture and tracking. There is an advantage that control can be performed.

また、上記の説明を通じて、射出角の範囲は略一定であるとして説明したが、投影光学系４として、例えば可変焦点光学系を採用することにより、射出角の範囲も容易に可変できるようにしてもよい。
その場合、光束の広がり角制御手段による制御に加えて、射出角の範囲を可変できるので、さらに広範囲の距離に対応して用いることができるようになるという利点がある。 In the above description, the range of the exit angle has been described as being substantially constant. However, by adopting, for example, a variable focus optical system as the projection optical system 4, the range of the exit angle can be easily changed. Also good.
In this case, since the range of the exit angle can be varied in addition to the control by the light beam spread angle control means, there is an advantage that it can be used corresponding to a wider range of distances.

また、上記の説明では、通信光５０の光量損失を低減するために、粗追尾に用いない例で説明したが、比較的近距離の通信など光量に余裕がある場合には、ビームスプリッタ１２ａで一部を反射させて粗追尾に用いるようにしてもよい。その場合、例えば撮像素子上でビーコン光Ｂによる光束と通信光５０による光束が重なることとなるが、入射角度検出手段４１に入射光の重心を演算する機能を持たせればよい。また複数の光源を点滅させる場合は、時分割した上で光量の重心を演算するようにしてもよい。
また、上記の技術は、通信光光源とビーコン光光源を別に持つものだけではなく、例えば、通信光光源を複数にし、ビーコン光の機能を有するようにしたものにも適用が可能なものである。 Further, in the above description, in order to reduce the loss of the light amount of the communication light 50, an example that is not used for rough tracking has been described. However, when there is a margin in the light amount, such as communication at a relatively short distance, the beam splitter 12a A part may be reflected and used for rough tracking. In this case, for example, the light beam by the beacon light B and the light beam by the communication light 50 overlap on the image sensor, but the incident angle detection unit 41 may have a function of calculating the center of gravity of the incident light. When blinking a plurality of light sources, the center of gravity of the light quantity may be calculated after time division.
In addition, the above-described technique is applicable not only to one having a communication light source and a beacon light source, but also to one having a plurality of communication light sources and having a function of beacon light. .

また、上記の説明では、図２などでビーコン光の射出角を誇張していると説明したが、例えば送受光光学系１１にズーム光学系を採用し、広角度に対応できるようにすれば、粗追尾用位置検出部１４で受光可能なビーコン光の射出角範囲を広げることができる。   In the above description, the beacon light emission angle is exaggerated in FIG. 2 and the like. For example, if a zoom optical system is adopted as the light transmission / reception optical system 11 so as to be able to cope with a wide angle, The emission angle range of the beacon light that can be received by the rough tracking position detector 14 can be expanded.

本発明の実施形態に係る空間光伝送装置の概略構成について説明するための模式説明図およびそのＡ視の部分側面図である。It is the model explanatory drawing for demonstrating schematic structure of the spatial light transmission apparatus which concerns on embodiment of this invention, and the partial side view of the A view. 本発明の実施形態に係る追尾用光源部の概略構成を説明するための光軸方向断面における模式説明図である。It is a schematic explanatory drawing in the cross section of an optical axis direction for demonstrating schematic structure of the light source part for tracking which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る追尾用光源部の光束が投影される様子を説明する光軸に直交する断面における模式説明図である。It is a schematic explanatory drawing in the cross section orthogonal to the optical axis explaining a mode that the light beam of the light source part for tracking which concerns on embodiment of this invention is projected. 広がり角制御手段により光路および光束径が可変される様子を説明するための模式光路図および光束径の様子を示す模式説明図である。It is a schematic optical path diagram for demonstrating a mode that an optical path and a light beam diameter are varied by the divergence angle control means, and a schematic explanatory diagram showing a state of a light beam diameter. 本発明の実施形態に係る送受光装置を組み合わせた空間光伝送システムの動作を説明するための模式説明図である。It is a schematic explanatory diagram for explaining the operation of the spatial light transmission system that combines the light transmitting and receiving device according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態の第２変形例に係る光源について説明するための斜視説明図、Ｗ−Ｗ断面図およびこの光源により投影される光束径の様子を説明する模式説明図である。It is a perspective explanatory view for explaining a light source concerning the 2nd modification of an embodiment of the present invention, a WW sectional view, and a schematic explanatory view explaining a situation of a light beam diameter projected by this light source. 本発明の実施形態の第３変形例に係る光源について説明するための斜視説明図である。It is a perspective view for demonstrating the light source which concerns on the 3rd modification of embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１、１Ａ、１Ｂ 送受光装置（空間光伝送装置）
２、２Ａ、２Ｂ ビーコン光形成ユニット（追尾用光源部）
３ 光源駆動制御手段
４ 投影光学系（パワーを有する光学素子）
５、２０、２１ ビーコン光光源部（複数光源）
１０、１０Ａ、１０Ｂ 光軸
１１ 送受光光学系（送光部、受光部）
１３ レーザ光源（送光部）
１４ 粗追尾用位置検出部
１５ 精追尾用位置検出部
１７ 受光器（受光部）
２０ｂ 光源
２１ａ 面発光光源
３０ 空間光伝送システム
３４ 可動ミラー（光軸制御手段）
３４ａ 可動ミラー制御手段
４４ ジンバルステージ（光軸制御手段）
４４ｄ 駆動制御手段
５０、５０Ａ、５０Ｂ 通信光
５１、５１Ａ、５１Ｂ 光軸
１００ 駆動制御信号
１０２、１０３ 検出信号
Ｂ、ＢＡ、ＢＢ ビーコン光（追尾用光源部から射出する光）
Ｂｎ ビーム
Ｌｎ 光源 1, 1A, 1B Transmitter / receiver (spatial light transmission device)
2, 2A, 2B Beacon light forming unit (tracking light source unit)
3 Light source drive control means 4 Projection optical system (optical element having power)
5, 20, 21 Beacon light source (multiple light sources)
10, 10A, 10B Optical axis 11 Light transmitting / receiving optical system (light transmitting part, light receiving part)
13 Laser light source (light transmitter)
14 Coarse tracking position detector 15 Fine tracking position detector 17 Light receiver (light receiver)
20b Light source 21a Surface-emitting light source 30 Spatial light transmission system 34 Movable mirror (optical axis control means)
34a Movable mirror control means 44 Gimbal stage (optical axis control means)
44d drive control means 50, 50A, 50B communication light 51, 51A, 51B optical axis 100 driving control signals 102 and 103 detection signals B, B A, B B beacon light (light emitted from the tracking light source unit)
B n beam L n light source

Claims (4)

通信光を外部に送光する送光部と外部からの入射光束を受光する受光部とを有し、略対向する位置に少なくとも一対をなして配置されたときに所定角度内で入射する通信光を互いに受光可能とした空間光伝送装置であって、
前記受光部に設けられ、前記所定角度より大きい角度範囲で前記入射光束の入射角度検出が可能とされた入射角度検出手段と、
前記送光部の送光方向に向けて前記所定角度より大きい角度範囲内に光を射出する複数光源を含んだ追尾用光源部と、
前記入射角度検出手段により検出された前記外部からの入射光束の入射角度に応じて、前記受光部および送光部の光軸の方向を制御する光軸制御手段とを備えることを特徴とする空間光伝送装置。 Communication light having a light transmitting section for transmitting communication light to the outside and a light receiving section for receiving incident light from the outside, and incident at a predetermined angle when arranged at least a pair at substantially opposing positions Are spatial light transmission devices that can receive light from each other,
Incident angle detection means provided in the light receiving unit, and capable of detecting an incident angle of the incident light beam in an angle range larger than the predetermined angle;
A tracking light source unit including a plurality of light sources that emit light in an angle range larger than the predetermined angle toward the light transmission direction of the light transmission unit;
A space comprising: an optical axis control means for controlling the direction of the optical axis of the light receiving section and the light transmitting section in accordance with the incident angle of the incident light flux from the outside detected by the incident angle detecting means. Optical transmission device. 前記追尾用光源部が、該追尾用光源部から射出する光の広がり角を制御する広がり角制御手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の空間光伝送装置。   The spatial light transmission device according to claim 1, wherein the tracking light source unit includes a spread angle control unit that controls a spread angle of light emitted from the tracking light source unit. 前記広がり角制御手段が、前記複数光源の光軸方向に移動可能に設けられたパワーを有する光学素子からなることを特徴とする請求項２に記載の空間光伝送装置。   3. The spatial light transmission device according to claim 2, wherein the divergence angle control unit includes an optical element having power provided to be movable in the optical axis direction of the plurality of light sources. 前記追尾用光源部の複数光源の一部を順次点滅させることにより、前記追尾用光源部から射出する光が順次点滅されるようにしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の空間光伝送装置。   4. The light emitted from the tracking light source unit is sequentially flashed by sequentially flashing a part of the plurality of light sources of the tracking light source unit. 5. Spatial light transmission equipment.
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