JP5904532B2 - 赤外レーザ光を用いた光無線通信装置の光アンテナ - Google Patents
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図3の構成で有効径20mm、倍率10倍のビームエキスパンダを実現した例を示す。第1レンズA1は、Edmund Optics社の45806−Lで焦点距離f=100mmの貼り合わせダブレット、第2レンズA2はThorlabs社のAC060−010−Cで焦点距離f=10mmの貼り合わせダブレットで2つのレンズ間隔は103.5mmである。第2レンズA2の前面の曲率半径は9.20mm、後面の曲率半径は10.35mmで、請求項1の接眼レンズの曲率半径に関する条件を満たしている。
距離が10m程度の近距離伝送に使うことを想定して、図4に示す3枚のレンズ構成で、表2のeの行に示すレンズを用い有効口径15mmの近距離光アンテナを設計・製作した。ビームエキスパンダの倍率は6.5倍である。第1レンズB1は、Edmund Optics社の45802−Lで焦点距離f=45mmの貼り合わせダブレット、第2レンズB2は補正レンズでThorlabs社のLC1439−Cで焦点距離f=−50mmの平凹レンズ、第3レンズB3はThorlabs社のAC060−010−Cで焦点距離f=10mmの貼り合わせダブレットである。
図4の構成で、Edmund Optics社の直径50mmの大口径貼り合わせダブレットを用いて設計した、倍率21倍のビームエキスパンダの結果を示す。表2のaの行に示すレンズを用い、第1レンズB1は、Edmund Optics社の47318−Lで焦点距離f=150mmの貼り合わせダブレット、第2レンズB2はCVI社のPLCC−15.0−38.6−C−1050−1600で直径15mm、焦点距離f=−75mmの平凹レンズ、第3レンズB3はThorlabs社のAC060−010−Cで焦点距離f=10mmの貼り合わせダブレットである。
対物レンズに複数の組レンズを用いた図5の構成で倍率23倍のビームエキスパンダを設計した結果を示す。対物レンズ(第1レンズC1と第2レンズC2)にはThorlabs社のAC508−250−C及びLE1985−Cを用いている。また第3レンズC3にはThorlabs社の焦点距離f=−25mmの平凹レンズLC1054−Cを用いる。第4レンズC4には図4と同じThorlabs社のAC060−010−Cを用いている。第1レンズC1と第2レンズC2の間隔は1mm、第2レンズC2と第3レンズC3の間隔は118.6mm、第3レンズC3と第4レンズC4の間隔は22.5mmである。
実施例4の光アンテナで視野を制限している要因が接眼レンズの光学性能であることが分かったので、より広視野にするために、実施例3の構成で第3レンズに使用している貼り合わせダブレット(2枚組)から三枚の貼り合わせトリプレットレンズ構成に変えたのが図6の構成である。この第3レンズD3(接眼レンズ)の対称型の貼り合わせ3枚組レンズとして市販レンズの中でこのような構成のレンズは、Edmund Optics社のSteinheilトリプレットレンズしかなく、表面の無反射コートも赤外波長までは対応していない。
さらに、実施例4で用いた対物レンズ群(C1,C2)に実施例5で用いた貼り合わせ3枚組の接眼レンズD3とを組み合わせることにより、大口径かつ広視野の光アンテナが実現できた。この構成が請求項5に対応する。光アンテナを構成するレンズの数が増加すると、各面での反射損失やゴーストの影響が増加し、重量やコストも増加するので、最適なレンズ構成がどれかは必要な視野やビーム口径によって変わってくるが、本実施例を参考にすることにより、市販レンズの中から最適な組み合わせを選択することにより、従来考えられなかった光学性能を持った光アンテナ(ビームエキスパンダ)が実現できることが分かった。
2 接眼レンズ
3 ファイバ結像レンズ
4 ミラー駆動機構
5 光アンテナ(ビームエキスパンダ)
6 ガラスフェルール
7 波長多重カプラ
8 ファイバカプラ部
9 ビーコン光の光源
10 干渉フィルタ
11 4分割Si−PD
Claims (2)
- 外部空間に向けられた対物レンズ及び装置内に向けられた接眼レンズを有するケプラー型の光無線通信装置用の光アンテナであって、
前記対物レンズが、一般の結像用に光学収差が補正された単レンズ、ダブレットレンズあるいはトリプレットレンズから選択される一つ又は二つのレンズで構成され、
前記接眼レンズが、一般の結像用に光学収差が補正された単レンズ、ダブレットレンズあるいはトリプレットレンズから選択される一つ又は二つのレンズで構成され、
前記接眼レンズの最前面の曲率半径と最後面の曲率半径との比が0.8乃至1.2で あり、前記対物レンズと前記接眼レンズとの間に補正レンズとして1枚の平凹レンズが対物レンズ側に凹面を向けて配置され、前記補正レンズの位置が前記対物レンズの焦点距離の0.25倍乃至0.9倍の範囲で、前記対物レンズと前記接眼レンズの光学収差を同時に補正する位置であることを特徴とする光アンテナ。 - 前記対物レンズが貼り合わせ凸ダブレットレンズ及び単レンズからなり前記接眼レンズが貼り合わせ凸トリプレットレンズからなることを特徴とする請求項1に記載の光アンテナ。
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