JP4701454B2 - 空間光通信方法および空間光通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、宇宙用光トランスポンダ、成層圏プラットホーム通信、地上―衛星光アクセス系等に適用できる空間光通信方法と、該通信方法を適用した空間光通信装置に関するものである。

衛星同士の通信や地上−衛星間の通信などでは、レーザ光を用いた通信技術が研究されている。遠距離にある２つの通信局で光通信回線を形成・保持するためには、相手局を捕捉し、相手局との相対的位置が変動する場合には相手局を常に追尾し、相手局に向けて光ビームを送信する機能が必要である。このような目的の空間光通信装置においては、ジンバル機構を駆動制御して送受信望遠鏡を相手局に向ける粗補足追尾機構と、入射光の伝搬角度を検出して出射光の伝搬角度などを微調整する精捕捉追尾機構とを備える構成が一般に知られている。

上述した従来の空間光通信装置においては、精捕捉追尾を正確且つ迅速に行うことが重要で、精粗協調制御系を採用することにより捕捉速度および制御精度の向上を図るようにした発明が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。また、出射光が適正な伝搬角度となるように調整制御が実現されているかを確認するために、出射光の折り返し機能を設け、折り返された出射光の受光位置から精捕捉追尾機構の動作信頼性を確認できるようにしたものもある。

特開平７−３０７７０３号公報

しかしながら、特許文献１に記載された如き従来の空間光通信装置における精捕捉追尾機構においては、入射光の伝搬角度を高精度に検出する必要から、高精度かつ高周波数で受信光を検出するトラッキングセンサ等を用いると共に、該センサの配置を高精度に行わなければならず、しかも、検出された角度情報に基づく出射光の伝搬角度の調整も高精度に行う必要から、照射光の伝搬角度調整用ミラーの配置や駆動制御を高精度に行わなければならず、誤差要因が多い。

加えて、空間光通信装置の光学系は、温度変化や振動が誤差要因となるため、光学系全体の温度制御を行う機能や振動の影響を除去する機能を別途設けておかなければ、高精度の捕捉追尾ができない。また、出射光の伝搬角度が適正に制御できているか確認するためには、出射光の折り返し機能を設けると共に、折り返し機能のＯＮ・ＯＦＦの制御を行う機能も必要になる。

このように、高精細な捕捉追尾と出射ビームの指向を行うためには、空間光通信装置の構造が複雑化し、様々な付加機能も必要となるため、装置の大型化・重量化などの問題が生じる。

以上のような問題点に鑑み、本発明は、通信相手を高精度に捕捉できる空間光通信装置を小型・軽量化できる空間光通信方法の提供と、該方法を適用した空間光通信装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、大気揺らぎの影響を受ける遠距離にある特定の通信相手局から受信した光ビームの向きに応じて、その通信相手局に向けて光ビームを送信する空間光通信方法において、複数の光ファイバを束ねたファイバケーブルの一方端側で各素線の端面を密接状に配して送受光面とし、一方から入射した平行光を他方から出射して光焦点を結ばせる集光光学系に前記通信相手局から受光した光ビームを入射させ、集光光学系より出射された光ビームの光焦点を前記ファイバケーブルの送受光面上に生ぜしめて、少なくとも１つの光ファイバに入射光を結合させ、前記入射光と結合した光ファイバケーブル送受光面の光入射位置に当たる光ファイバを、その通信相手局に向けて光ビームを照射する光ファイバと定め、該光ファイバより集光光学系へ向けて光ビームを照射することで、通信相手局へ光ビームを送信するようにしたことを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、前記請求項１に記載の空間光通信方法において、相対的な位置変動を無視し得る通信相手局からの入射光と結合した光ファイバを、通信相手局へ光ビームを送信する光ファイバに定めることを特徴とする。

上記課題を解決するために、請求項３に係る発明は、大気揺らぎの影響を受ける遠距離にある特定の通信相手局からの光ビームを受信することに基づいて通信相手局を粗く捕捉する粗補足機能部と、その通信相手局へのビーム送信方向を精細に調整する精捕捉機能部と、を備えた空間光通信装置において、前記精捕捉機能部は、複数の光ファイバを束ねたファイバケーブルの一方端側で各素線の端面を密接状に配してなる送受光面と、前記通信相手局から受光した光ビームが一方より入射され、他方より出射された光ビームの光焦点を前記ファイバケーブルの送受光面上に生ぜしめ、少なくとも１つの光ファイバに入射光を結合させ得るように配置した集光光学系と、前記入射光と結合した光ファイバケーブル送受光面の光入射位置に当たる光ファイバを、その通信相手局に向けて光ビームを照射する光ファイバと定め、該光ファイバより集光光学系へ向けて光ビームを照射することで、通信相手局へ光ビームを送信する送信手段と、を備えることを特徴とする。

また、請求項４に係る発明は、前記請求項３に記載の空間光通信装置において、前記送信手段は、前記ファイバケーブルの送受光面ではない他方端側において、ファイバケーブルを構成する全ての光ファイバを各々２分岐させた受信光路と送信光路を備え、入射光が結合した光ファイバに対応する受信光路を受信強度により判定し、該受信光路と対を成す送信光路へ発光源から送信光を照射することで、入射光が結合した光ファイバより送信光を照射するようにしたことを特徴とする。

また、請求項５に係る発明は、前記請求項３に記載の空間光通信装置において、前記送信手段は、前記ファイバケーブルの送受光面ではない他方端に反射手段を設け、入射光と結合した光ファイバから、反射手段により反射された反射光が送信光として照射されるようにしたことを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、入射光と結合した光ファイバケーブル送受光面の光入射位置に当たる光ファイバを、その通信相手局に向けて光ビームを照射する光ファイバと定め、該光ファイバより集光光学系へ向けて光ビームを照射することで、通信相手局へ光ビームを送信するようにしたので、特定の通信相手局への伝搬角度を高精度に求めて、この伝搬角度を実現するよう高精度に光ビームの照射方向を調整制御する必要がない。すなわち、通信相手局への伝搬角度の測定誤差、光学系素子の配置誤差や機械的機構の駆動制御による誤差要因に基づく出射光の伝搬角度誤差を含まないので、通信相手局の高精度な捕捉および指向を実現できる。しかも、誤差要因を軽減するための大がかりな構造や付加的構成を設ける必要がないので、本発明方法を適用した空間光通信装置は、小型・軽量化を容易に達成できる。

また、請求項２に係る発明によれば、相対的な位置変動を無視し得る通信相手局からの入射光と結合した光ファイバを、通信相手局へ光ビームを送信する光ファイバに定めるので、相対的な位置変動による見込み角補正を行う必要のない２局間の空間光通信に適した簡易な構成を実現できる。

請求項３に係る発明によれば、精捕捉機能部の送信手段は、入射光と結合した光ファイバケーブル送受光面の光入射位置に当たる光ファイバを、その通信相手局に向けて光ビームを照射する光ファイバと定め、該光ファイバより集光光学系へ向けて光ビームを照射することで、通信相手局へ光ビームを送信するので、従来の空間光通信装置の如く、通信相手局への伝搬角度を高精度に求めて、この搬角度を実現するよう高精度に光ビームの照射方向を調整制御する必要がない。すなわち、通信相手局への伝搬角度の測定誤差、光学系素子の配置誤差や機械的機構の駆動制御による誤差要因に基づく出射光の伝搬角度誤差を含まないので、誤差要因を軽減するための大がかりな構造や付加的構成を設ける必要がなく、小型・軽量の装置構成で通信相手局の高精度な捕捉および指向を実現できる。

また、請求項４に係る発明によれば、前記送信手段は、前記ファイバケーブルの送受光面ではない他方端側において、ファイバケーブルを構成する全ての光ファイバを各々２分岐させた受信光路と送信光路を備え、入射光が結合した光ファイバに対応する受信光路を受信強度により判定し、該受信光路と対を成す送信光路へ発光源から送信光を照射することで、入射光が結合した光ファイバより送信光を照射するようにしたので、入射光が結合した光ファイバを特定する機能と、該特定された光ファイバへ送信光を照射する機能とを、比較的簡易な構造で実現できる。

また、請求項５に係る発明によれば、前記送信手段は、前記ファイバケーブルの送受光面ではない他方端に反射手段を設け、入射光と結合した光ファイバから、反射手段により反射された反射光が送信光として照射されるようにしたので、複雑な情報伝送を目的としないトランスポンダのような空間光通信装置に最適な簡易構造を実現できる。

次に、添付図面に基づいて、本発明に係る空間光通信方法および該方法を適用した空間光通信装置に最適な一実施形態を説明する。図１は、本発明方法の基本原理を示す説明図で、図２は、第１実施形態に係る空間光通信装置の概略構成図である。

先ず、図１（ａ）のように、遠方の光源Ａから平行光と看做し得る入射光を集光光学系たる凸レンズ１を通すことによってファイバケーブル２の一方端面である送受光面２ａ上に光焦点を生ぜしめるようにすると、複数本（例えばｎ本、ｎは２以上の自然数）の光ファイバ３（例えば、第１光ファイバ３ａ，第２光ファイバ３ｂ，第３光ファイバ３ｃ，…第ｎ光ファイバ３ｎ）を密接状に束ねたファイバケーブル２の送受光面２ａには、各光ファイバ３ａ〜３ｎの一方端が表出していることから、第１〜第ｎ光ファイバ３ａ〜３ｎの何れかが入射光と結合し、その光ファイバのコアを伝搬した光が他方端から導出される。なお、第１〜第ｎ光ファイバ３ａ〜３ｎとしては、出射した光の波面が乱れないように、単一モード特性の光ファイバ（シングルモード光ファイバ）を用いることが望ましい。

上記ファイバケーブル２としては、照明用やエネルギー伝送用として使用する光ファイババンドルを適用することができる。光ファイババンドルは、光ファイバの素線を数本から数千本束ねて端末部を接着・研磨加工したものであり、各光ファイバ素線の端面が密接状に配されることから、送受光面２ａとなるケーブル端面でのコア比率が高い。また、コア径が５μｍ〜１０μｍ程度であるシングルモード光ファイバとして、クラッド径が６μｍ〜１４μｍの素線を用いることもでき、各素線毎のコア比率を高めた送受光面２ａを形成することも可能である。よって、適宜な光ファイババンドルをファイバケーブル２として用いれば、光焦点のスポット径を１０μｍ程度に絞り込んでシングルモード光ファイバのコア径に近づけても、送受光面２ａ上で何れかの光ファイバのコアと結合する条件を満たすことが容易である。

ここで、例えば、第３光ファイバ３ｃが入射光と結合したと仮定すると、図１（ｂ）に示すように、第３光ファイバ３ｃへ入射した光が送受光面２ａから凸レンズ１に向けて照射されると、光路可逆の原則により、凸レンズ１を透過した光は、遠方の光源Ａに向って照射される。また、凸レンズ１に限らず、一方から入射した平行光を他方から出射して光焦点を結ばせる集光光学系（複数のレンズや曲率を有する鏡の組合せで構成した光学系）においても、光路可逆の原則により、焦点位置から集光光学系に照射した光は、遠方の光源Ａに向って照射されることとなる。

すなわち、通信相手局から受信した光ビームの向きに応じて、通信相手局に向けて光ビームを送信する空間光通信方法として上記の原理を適用するためには、複数の光ファイバ３ａ〜３ｎを束ねたファイバケーブル２の一方端側で各素線の端面を密接状に配して送受光面２ａとし、一方から入射した平行光を他方から出射して光焦点を結ばせる集光光学系に通信相手局から受光した光ビームを入射させ、集光光学系より出射された光ビームの光焦点をファイバケーブル２の送受光面２ａ上に生ぜしめて、光ファイバ２ａ〜２ｎの少なくとも１つに入射光を結合させ、入射光と結合した光ファイバの光入射位置から特定される通信相手局の向きに応じて、光ビームを照射する光ファイバを定め、該光ファイバより通信相手局へ光ビームを送信すれば良いのである。

なお、相対的な位置変動を無視し得る通信相手局と通信を行う場合には、通信相手局からの入射光と結合した光ファイバを、通信相手局へ光ビームを送信する光ファイバに定めれば良いが、相対的な位置変動を無視し得ない場合には、その遅延時間に応じた通信相手局の移動位置を見込んで補正した通信位置へ光ビームを照射できる光ファイバを選択するような制御を行うことで、従来装置における見込み角補正制御と同様の機能を実現でき、レーザリンクを保持するように通信相手局を追尾することも可能となる。

また、凸レンズ１として安価な球面レンズを用いると、球面収差による焦点位置のズレが空間光通信に少なからぬ影響を及ぼす可能性があるので、焦点位置に応じて設計した非球面レンズを用いることが望ましい。

更に、本発明の空間光通信方法においては、光ファイバ素線のコア径に対して、送受光面２ａ上に生ぜしめる光焦点の径が大きすぎると、入射光と結合する光ファイバの本数が多くなり、逆に光焦点の径を絞り込みすぎると、入射光が何れの光ファイバとも結合しないために受信位置を特定できないケースが生じてしまう。

入射光と結合した光ファイバが複数有る場合には、これら全ての光ファイバから送信光を照射するようにしても良いし、光焦点範囲の中心に位置する光ファイバを１本だけ特定して送信用の光ファイバに選定しても良いし、その他の方法により、通信相手局への光路として妥当な光ビームの送信位置となる光ファイバを選定しても良い。

一方、入射光が何れの光ファイバとも結合しないほどに光焦点の径が絞り込まれると、本発明方法を適用した空間光通信を行うことが出来ないので、このような現象が起きないように、光焦点の直径δを設定しておく必要がある。これについて、図１（ｃ）に基づき説明する。

光ファイバの開口数ＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）は、凸レンズの直径Ｄと、凸レンズから結像点までの距離ｆから、下式（１）のように表される。

ＮＡ＝Ｄ／２ｆ…（１）

そして、光焦点の直径δは、光の波長λと、凸レンズの直径Ｄと、凸レンズから結像点までの距離ｆから、下式（２）のように表される。

δ＝２．４４（λ／Ｄ）ｆ…（２）

ここで、光ファイバーの一般的な開口数としてＮＡ＝０．２、凸レンズの直径Ｄ＝４ｍｍとすると、（１）式より、凸レンズから結像点までの距離ｆ＝１０ｍｍが求まる。そして、受信光の波長λ＝１．５μｍとすると、（２）式より、光焦点の直径δ＝９．１５μｍが得られる。

上記のような光焦点のスポット径を実現する場合、例えば、図１（ｄ）に示すように、コア径が９μｍでクラッド径が１２μｍの光ファイバ素線を束ねたファイババンドル（直径が１ｍｍ）の送受光面を凸レンズから１０ｍｍの距離に配置することで、本発明方法における精捕捉追尾のための主要部を構成でき、従来の精捕捉追尾機構に比べて、非常にコンパクトに形成することができる。

なお、上述した空間光通信方法を宇宙−地上間の通信に適用する場合、大気揺らぎの影響を考慮する必要がある。例えば、宇宙から地上に光が届く場合に、概ね１秒角程度の波面ゆらぎが付加されると想定でき、これは４．８４μｒａｄに相当する。よって、この光を直径４０ｃｍの望遠鏡で受けて、最終的に直径４ｍｍ（凸レンズの直径）まで縮小した場合、大気揺らぎの結果、４８４μｒａｄの角度揺らぎになるので、凸レンズから１０ｍｍ離れた送受光面においては、４．８４μｍの幅振れが生じ、全体で９．６８μｍの広がりとなる。従って、光焦点の直径δ＝９．１５μｍが得られるように集光光学系を調整しておいても、大気揺らぎの影響で、スポット径が６．１５＋６．６８＝１８．８３μｍにまで広がる可能性がある。このような外的要因による幅揺れを考慮して、予め所望のスポット径よりも小さな直径δの光焦点となるように調整しても良い。

また、設置時の初期調整やメンテナンス時に焦点位置の微調整が行い易いように、焦点距離の調節機能を設けた集光光学系を用いるようにしても良い。

次に、上述した本発明方法を適用して構成した第１実施形態に係る空間光通信装置１０の詳細を図２に基づいて説明する。なお、空間光通信装置１０は、双方向での光通信が可能な公知既存の通信装置と同様に、送受信望遠鏡１１をジンバル機構１２により駆動させることで通信相手局を捕捉・追尾する粗補足追尾機能部を備えるものであり、これらについての詳細な説明は省略する。また、粗補足・追尾のためにジンバル機構１２の駆動制御を行う粗補足追尾制御手段１３についても、公知既存の手法を適宜採用して構成することが出来る。

上記粗補足追尾制御手段１３によりジンバル機構１２を駆動させることで、送受信望遠鏡１１が受光した通信相手局からの光ビームは精捕捉追尾機能部２０へ導かれるものとし、この精捕捉追尾機能部２０により精細な捕捉および指向を実現する。斯くするために、精捕捉追尾機能部２０には、送受信望遠鏡１１で受信した通信相手局からの光ビームが導入される集光光学系としての凸レンズ２１と、複数の光ファイバを密接状に束ねたファイバケーブル２２とを備えるものとし、第１〜第ｎ光ファイバ２３ａ〜２３ｎの端部が露出するファイバケーブル２２の一方端である送受光面２２ａ上に、凸レンズ２１を透過した光ビームの光焦点を生ぜしめ、少なくとも１つの光ファイバに入射光を結合させ、第１〜第ｎ光ファイバ２３ａ〜２３ｎの何れかを経て受信光を導く。

第１〜第ｎ光ファイバ２３ａ〜２３ｎは、第１〜第ｎビームスプリッタ２４ａ〜２４ｎによって２つの光路に各々分岐することで、受信光路２３ａ１，２３ｂ１，…，２３ｎ１と送信光路２３ａ２，２３ｂ２，…，２３ｎ２とし、受信光路２３ａ１，２３ｂ１，…，２３ｎ１は光受信部２５と接続すると共に、送信光路２３ａ２，２３ｂ２，…，２３ｎ２は光送信部２６と接続する。これにより、光受信部２５では、第１〜第ｎ光ファイバ２３ａ〜２３ｎの何れが入射光と結合しているかを受光強度等に基づいて判定できると共に、光送信部２６では、第１〜第ｎ光ファイバ２３ａ〜２３ｎの何れかへ選択的に送信光を照射することが可能となる。

上記光受信部２５と光送信部２６による送受信を制御する送受信制御手段２７は、光受信部２５から受信信号の情報を受けることで、入射光が結合した光ファイバに対応する受信光路を特定すると共に受信信号の復号処理を行い、例えば、通信統括制御手段１４へ復号化した受信データを送る。また、送受信制御手段２７は、通信統括制御手段１４から受けた送信用データを符号化し、入射光が結合した光ファイバに対応する受信光路と対を成す送信光路へ強度変調した送信信号を送れるように、光送信部２６を制御する。なお、光通信での遅延時間であっても相対的な位置変動を無視し得ない場合には、その遅延時間に応じた通信相手局の移動位置を見込んで補正した通信位置へ光ビームを照射できる光ファイバを選択するような制御を送受信制御手段２７に行わせれば良い。

また、空間光通信、特に宇宙での通信では、通信局の上下などの規定が難しいため、互いに円偏光を用いる。これに対応するため、本実施形態においては、ファイバケーブル２２の送受光面２２ａの前にλ／４板２８を配置し、凸レンズ２１で受けた光の偏光を直線偏光として光ファイバに結合させる。一方、光ファイバーからの直線偏光の出射光はλ／４板２８により円偏光にする。なお、この場合、直線偏光を保持できる特性の光ファイバを第１〜第ｎ光ファイバ２３ａ〜２３ｎとして用いる必要がある。なお、λ／４板２８の配設位置は、ファイバケーブル２２の送受光面２２ａの手前に限らず、凸レンズ２１の手前側に設けるようにしても構わない。

更に、ファイバケーブル２２の送受光面２２ａの周囲には、例えば、第１エリア検知部２９ａ，第２エリア検知部２９ｂ，第３エリア検知部２９ｃ，第４エリア検知部２９ｄを備えるエリアセンサ２９を配置してあり、受信ビームの光焦点が送受光面２２ａからずれた場合には、これをエリアセンサ２９によって検知し、その検知情報を受けた通信統括制御手段１４が粗追尾捕捉制御手段１３へ指令することでジンバル機構１２を適宜に駆動させ、受信ビームの光焦点が送受光面２２ａ上に戻るようにする。

なお、受信ビームの光焦点が送受光面２２ａの辺縁部に来た場合には、受信光と結合した光ファイバの配設位置から通信統括制御手段１４が知ることができるので、受信ビームの光焦点がエリアセンサ２９の配設位置に至る前に、通信統括制御手段１４が粗補足追尾制御手段１３へ指令してジンバル機構１２を適宜に駆動させ、受信ビームの光焦点を送受光面２２ａの中心へ戻すようにしても良い。

次に、上記構成の空間光通信装置１０によって、通信相手局とのレーザリンクを確立する手順の一例を説明する。なお、以下の説明においては、２つの通信局が共に、上記構成の空間光通信装置１０を備えるものとする。

先ず、通信相手局の予測位置（衛星の場合は予測軌道）と自分の位置から通信相手局の予測角度を計算し、ジンバル機構１２を駆動させて送受信望遠鏡１１をその方向に向け、通信相手局に対してビーコンを送信する。ビーコン送信は、送受光面２２ａのほぼ中心に位置する光ファイバに対応する送信光路へ光送信部２６の光源より光を照射することで行う。

空間光通信装置１０は、上記のビーコン送信と並行して通信相手局からのビーコン受信を行う。通信相手局からの確認信号が粗追尾センサの像として確認されておらず、精捕捉追尾機能部２０の光受信部２５でも受信光を検出していなければ、現在時刻における通信相手局の予測角度の周辺へ送受信望遠鏡１１をオフセットしサーチを行う。そして、粗追尾センサーの視野に一定以上の明るさで信号が入って来ると、粗追尾センタの像を中心方向に向かわせるように送受信望遠鏡１１の角度オフセットを行い、受信ビームの光焦点が送受光面２２ａ上に生ずるようにする。

上記のようにして、受信ビームの光焦点が送受光面２２ａ上に生じ、入射光と結合した光ファイバの受信光路からの入射光を光受信部２５が検知すると、これに対応した送信光路へ光送信部２６から光が照射されるように切り換え、受信確認信号（ＡＣＫ）を送信信号に加えて通信相手局へ送信する。すなわち、空間光通信装置１０を用いた空間光通信においては、粗捕捉機能による通信相手局の捕捉動作によって、受信ビームの光焦点が送受光面２２ａ上に生ずるようにすれば、精捕捉追尾機能部２０では、精捕捉のためにミラー駆動などの機械的制御を行わずに、入射光と結合した光ファイバ（もしくは、見込み角補正を考慮して選択した光ファイバ）の送信光路から送信光を照射するという簡易な制御で精捕捉動作を実現でき、高精度な通信相手局への指向も実現できる。

上記のようにして、自局から受信確認信号を送信し、且つ、通信相手局からも受信確認信号を受信した時点でリンクが確立され、両局間での空間光通信を安定して行えるのである。なお、受信確認信号による相互確認は一定頻度で繰り返し行い、受信確認が途絶えた場合には、再び上記のようにしてリンクを確立する。

以上、本発明に係る空間光通信装置の最良の実施形態を図２に基づいて説明したが、これに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の構成を変更しない限りにおいて、種々の等価手段を代用して実施可能である。例えば、上記実施形態においては、ファイバケーブル２２の送受光面２２ａへの入射光から受信信号を取り出せるように、精追尾捕捉機能部２０に受信機能を持たせるものとしたが、従来の空間光通信装置の如く、精捕捉追尾機能部２０へ至る前にビームスプリッタ等で分離させて受信機能部へ導いて処理するようにし、精捕捉追尾機能部２０には送信機能のみを持たせるようにしても良い。

また、上述した実施形態では、相対的位置が変動する通信、例えば地上固定局−周回衛星間の通信を想定することで、捕捉および追尾の機能を空間光通信装置１０に付加したが、相対的位置の変動を無視し得る固定局間の通信に用いる場合や、トランスポンダのように通信相手局からの光ビームを受信したときに受信方向へ光ビームを送信する場合には、一旦確立したレーザリンクを保持するための追尾機能（粗追尾および精追尾の機能）は不要であり、全体構成の更なる小型・軽量化を期せる。

また、トランスポンダに適用する場合には、送受信制御手段２７のように複雑な送受信制御を行う必要が無く、光受信部２５と光送信部２６を簡易な構成で尚且つ高速動作を実現できる。例えば、光受信部２５の全ての受光センサーの光学窓に過飽和吸収体を貼り、光が入ってきたときのみ光学的に透明になるように動作させ、受光センサを透過した光によって光送信部２６の対応する光源のＳＷ（光入力の有無で動作する光スイッチ等）を動作させるものとすれば、光送信部２６による高速な応答動作を実現できる。

図３に示すのは、送受光面２２ａの周囲に配置したエリアセンサ２９の機能に代わる構成例であり、ファイバケーブル２２′の送受光面２２ａ′は、複数の光ファイバの端部が密集する送受光領域２２ａ１と、該送受光領域２２ａ１の周囲を覆う鏡面反射領域２２ａ２とを形成し、入射ビームの光焦点が送受光領域２２ａ１から外れて鏡面反射領域２２ａ２に至って反射されると、これをＣＣＤ等の受光手段３１により受光することで、焦点位置の調整が必要であることを通信統括制御手段１４で検知できるようにしたものである。

図４に示すのは、送信用の光源を設けることなく、受信光を送信光として用いる構成例であり、ファイバケーブル２２の送受光面２２ａではない他方端面２２ｂに反射手段３２を設けることで、入射光と結合した光ファイバから、反射手段３２により反射された反射光が送信光として照射されるようにしたものである。これは、受信信号の到来方向へ光信号を送信する単純なトランスポンダに適した構造である。なお、送信光の減衰を考慮し、ファイバケーブル２２を構成する各光ファイバ自身に増幅機能を持たせるようにしても良い。また、本構成例においては、他方端面２２ｂ側で入射と出射のために各素線を２分岐する必要がないので、マルチコアファイバ型イメージガイド（コア部分よりなる各画素を溶融一体化したコア比率の高いイメージファイバ）をファイバケーブルとして用いることができ、画素径２μｍ程度に細径化したマルチコア型イメージガイドを用いると共に、光焦点の直径δも２μｍ程度まで絞り込めば、一層精度を高めることができる。

図５に示すのは、凸レンズ２１による光ファイバへの結合効率を上げるために、ファイバケーブル２２″には、凸レンズ２１の特性に合わせた曲面状の送受光面２２ａを形成したもので、受信ビームの光焦点が生ずる仮想曲面Ｂに対応する位置に第１〜第ｎ光ファイバ２３ａ〜２３ｎの各端面が現れるようにガラス掘削加工した。

本発明に係る空間光通信方法の原理説明図である。 本発明に係る空間光通信装置の実施形態を示す構成図である。 受信位置のズレ検知が可能な他の構成例の説明図である。 受信光を送信光として用いる他の構成例の説明図である。 受信光の結合効率を高め得るファイバケーブルの送受光面の説明図である。

符号の説明

１ 凸レンズ
２ ファイバケーブル
２ａ 送受光面
３ａ〜３ｎ 第１〜第ｎ光ファイバ
１０ 空間光通信装置
１１ 送受信望遠鏡
１２ ジンバル機構
１３ 粗補足追尾制御手段
１４ 通信統括制御手段
２０ 精捕捉追尾機能部
２１ 凸レンズ
２２ ファイバケーブル
２２ａ 送受光面
２３ａ〜２３ｎ 第１〜第ｎ光ファイバ
２３ａ１〜２３ｎ１ 受信光路
２３ａ２〜２３ｎ２ 送信光路
２４ ビームスプリッタ
２５ 光受信部
２６ 光送信部
２７ 送受信制御手段
２８ λ／４板
２９ エリアセンサ
２９ａ〜２９ｄ 第１〜第４エリア検知部

Claims (5)

1. 大気揺らぎの影響を受ける遠距離にある特定の通信相手局から受信した光ビームの向きに応じて、その通信相手局に向けて光ビームを送信する空間光通信方法において、
   複数の光ファイバを束ねたファイバケーブルの一方端側で各素線の端面を密接状に配して送受光面とし、
   一方から入射した平行光を他方から出射して光焦点を結ばせる集光光学系に前記通信相手局から受光した光ビームを入射させ、集光光学系より出射された光ビームの光焦点を前記ファイバケーブルの送受光面上に生ぜしめて、少なくとも１つの光ファイバに入射光を結合させ、
   前記入射光と結合した光ファイバケーブル送受光面の光入射位置に当たる光ファイバを、その通信相手局に向けて光ビームを照射する光ファイバと定め、該光ファイバより集光光学系へ向けて光ビームを照射することで、通信相手局へ光ビームを送信するようにしたことを特徴とする空間光通信方法。
2. 相対的な位置変動を無視し得る通信相手局からの入射光と結合した光ファイバを、通信相手局へ光ビームを送信する光ファイバに定めることを特徴とする請求項１に記載の空間光通信方法。
3. 大気揺らぎの影響を受ける遠距離にある特定の通信相手局からの光ビームを受信することに基づいて通信相手局を粗く捕捉する粗補足機能部と、その通信相手局へのビーム送信方向を精細に調整する精捕捉機能部と、を備えた空間光通信装置において、
   前記精捕捉機能部は、
   複数の光ファイバを束ねたファイバケーブルの一方端側で各素線の端面を密接状に配してなる送受光面と、
   前記通信相手局から受光した光ビームが一方より入射され、他方より出射された光ビームの光焦点を前記ファイバケーブルの送受光面上に生ぜしめ、少なくとも１つの光ファイバに入射光を結合させ得るように配置した集光光学系と、
   前記入射光と結合した光ファイバケーブル送受光面の光入射位置に当たる光ファイバを、その通信相手局に向けて光ビームを照射する光ファイバと定め、該光ファイバより集光光学系へ向けて光ビームを照射することで、通信相手局へ光ビームを送信する送信手段と、
   を備えることを特徴とする空間光通信装置。
4. 前記送信手段は、
   前記ファイバケーブルの送受光面ではない他方端側において、ファイバケーブルを構成する全ての光ファイバを各々２分岐させた受信光路と送信光路を備え、
   入射光が結合した光ファイバに対応する受信光路を受信強度により判定し、該受信光路と対を成す送信光路へ発光源から送信光を照射することで、入射光が結合した光ファイバより送信光を照射するようにしたことを特徴とする請求項３に記載の空間光通信装置。
5. 前記送信手段は、
   前記ファイバケーブルの送受光面ではない他方端に反射手段を設け、
   入射光と結合した光ファイバから、反射手段により反射された反射光が送信光として照射されるようにしたことを特徴とする請求項３に記載の空間光通信装置。

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