JPH11125792A

JPH11125792A - 投・受光装置

Info

Publication number: JPH11125792A
Application number: JP30650797A
Authority: JP
Inventors: Tateki Orino; 干城折野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-10-21
Filing date: 1997-10-21
Publication date: 1999-05-11

Abstract

(57)【要約】【課題】受光側に悪影響を与えずに対向装置の受信地
点における伝送ビーム径を最適な広がりに設定できると
同時に、対向装置の受信地点における伝送ビームの断面
形状を、如何なる伝送距離においても、ほぼ円形にする
ことが出来る投・受光装置を提供すること。【解決手段】該投光手段Ａ１の光路中に、断面形状が
ほぼ楕円形の光束を発する発光部１と、該発光部１が発
する光束をほぼ円形の断面形状の光束に変換して射出さ
せるビーム断面形状変換部材３と、該発光部１あるいは
該ビーム断面形状変換部材３からの入射光束を発散角を
可変させて射出させる投光光発散角可変部材４，５とを
設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、投・受光装置に関
し、特に屋外の空間を伝送媒体として光通信を行う際
に、光を投・受光して双方向空間光通信を行う際に好適
なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、空間を伝送媒体として光ビー
ムの投光・受光を行う投・受光装置が種々提案されてい
る。

【０００３】例えば、特開昭５−１３４２０７号公報に
開示された空間光通信装置においては、２台の同様な構
造の光通信装置を空間を隔てて対向配置し、お互いに光
ビームを投光して双方向光通信を行っている。

【０００４】図１３は従来の空間光通信装置の概要構成
図である。この空間光通信装置は、信号光発生用の発光
素子３１と正のパワーの投光レンズ３２とで構成される
投光手段と、信号光検出用の受光素子３３と正のパワー
の受光レンズ３４とで構成される受光手段と、投光光を
発射させるとともに受光光を透過させる偏光ビームスプ
リッタ３５と、送信光ＬＡの光束を拡大すると同時に受
信光ＬＢの光束を縮小させるビームエクスパンダ３６と
を備えている。ビームエクスパンダ３６は、負のパワー
のレンズ群３７と正のパワーのレンズ群３８とで構成さ
れている。

【０００５】偏光ビームスプリッタ３５は投光レンズ３
２と受光レンズ３４の光軸が交叉する位置に配置されて
おり、偏光ビームスプリッタ３５の投光光出射側にビー
ムエクスパンダ３６を配置している。

【０００６】信号光発生用の発光素子３１としてレーザ
ーダイオードを用い、偏光ビームスプリッタ３５として
は、例えばＳ偏光光の殆どを反射し、Ｐ偏光光の殆どを
透過するような誘電体多層膜を蒸着した偏光分離面３５
ａを有する、直方体形状または立方体形状の偏光ビーム
スプリッタを用いている。

【０００７】このような偏光ビームスプリッタ３５を用
いて、最も効率の良い投光・受光を行う為に、図１３に
示す投・受光装置Ａからの送信光ＬＡをＳ偏光としたと
きに、対向した投・受光装置Ｂ（図示せず）からの受信
光ＬＢがＰ偏光となる関係にしている。

【０００８】信号光発生用の発光素子３１からの出射光
のうちＳ偏光は、正のパワーの投光レンズ３２によりほ
ぼ平行光束となり、偏光ビームスプリッタ３５の偏光分
離面３５ａで殆ど反射され、送信光ＬＡとして投・受光
装置Ａから投・受光装置Ｂへ投光される。

【０００９】投・受光装置Ｂからの投光光（Ｐ偏光）は
投・受光装置Ａに受信光ＬＡとして入射し、偏光ビーム
スプリッタ３５の偏光分離面３５ａを殆ど透過して信号
光検出用の受光素子３３に受光される。

【００１０】以上のような構成により投・受光光の双方
向通信を行っている。かゝる投・受光光の双方向通信を
最も効率よく行うためには、例えば、図１３に示す構造
の空間光通信装置を紙面後方に４５°傾斜させた、同一
構造の２台の空間光通信装置を対向設置させて使用すれ
ば良い。

【００１１】図１３に示す空間光通信装置では、レーザ
ーダイオード３１と偏向ビームスプリッタ３５との間に
ある第１のレンズ群３２の、全体または一部を光軸に沿
って移動できるようにして、投光光発散角可変手段を構
成している。

【００１２】従って、上記空間光送信装置では、投光光
発散角可変手段としての第１のレンズ群３２の全体また
は一部を光軸に沿って移動させることにより、受光側へ
悪影響を与えずに、投・受光装置から出射する投光光Ｌ
Ａの発散角を変えて、対向装置の受信地点における伝送
ビーム径を最適な広がりに設定できるようにしている。

【００１３】また、断面形状が楕円形の光ビームを円形
に変換させるビーム整形素子としては、実開昭６３−７
６８１８号に光ピックアップ光学系への適用例が開示さ
れている。

【００１４】図１４はその光ピックアップ光学系の概要
構成図である。このピックアップ光学系は、図１３に示
す投・受光装置の偏向ビームスプリッタ３５の代わり
に、屈折率の異なる２つのプリズムの接合面に偏光分離
面４４ａを形成し、更に投光光入射面を投光光軸に対し
て傾斜させた構成のビーム整形素子４４を、投・受光光
分離手段として用いている。

【００１５】このビーム整形素子４４は、楕円形のビー
ム断面形状を円形に変えるビーム整形作用と、投光光を
透過させて受光光を反射させる投・受光光分離作用とを
兼ね備えたビーム整形素子の例である。

【００１６】前記ピックアップ光学系は、断面形状が楕
円形で、紙面に平行方向に偏光している直線偏光光を出
射する半導体レーザー４１からの出射光を、コリメート
レンズ４２によって平行光束にして、前述したビーム整
形素子４４に入射させる。この直線偏光光の殆どはビー
ム整形素子４４の偏光分離面４４ａを透過して、ビーム
整形素子４４から出射する。この出射光はビーム整形素
子４４に入射する前の光束と比べて、水平方向の光束径
が拡大されて、１／４波長板４５へ入射する。

【００１７】一方、偏光方向が紙面に平行な直線偏光光
は、適切な光学軸の方向に設定されている１／４波長板
４５によって円偏光光となって出射し、ミラー４６で反
射した後に、対物レンズ４７によりディスク基盤４８の
光記録面上に集光される。

【００１８】更に、ディスク基盤４８の光記録面からの
反射光は、入射光とは１８０°位相のずれた円偏光光と
なって、１／４波長板４５までの往路の光路を逆行す
る。この円偏光光は１／４波長板４５によって往路光の
偏光方向とは直交する偏光方向、即ち紙面に垂直方向に
偏光している直線偏光光となって、ビーム整形素子４４
に再度入射する。この直線偏光光はビーム整形素子４４
の偏光分離面４４ａにおいては殆どが反射されてビーム
整形素子４４を出射し、光検出器４９に受光される。

【００１９】本従来例は、ビーム整形素子４４の前後に
おいて、入射ビームと出射ビームとを平行にすることを
目的としたビーム整形素子４４を、光ピックアップ光学
系に適用した例を開示している。

【００２０】尚、図１５は上記実開昭６３−７６８１８
号において、従来例として提示している光ピックアップ
光学系の側面図である。この従来例は、楔状プリズム５
３より成るビーム整形素子と、偏光分離面５４ａを有す
る直交構成の偏光ビームスプリッタ５４とが分離してい
て、ビーム整形素子としての楔状プリズム５３の前後で
投光光軸が平行になっていない例である。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】図１３に示す従来の空
間光通信装置において、図１４または図１５に示すよう
なビーム整形方法をそのまま適用すると、正のパワーを
有する第１のレンズ群３２と偏光ビームスプリッタ３５
との間にビーム整形素子４４，５３を配置させることに
なる。

【００２２】この場合、前述の投光光発散角可変手段と
しての第１のレンズ群３２を光軸に沿って移動させるこ
とによって、対向装置の受信地点における伝送ビーム径
を最適な広がりに設定しようとした時に、ビーム整形素
子４４，５３に入射する光線入射角が、周辺部の水平光
束部と垂直光束部とで異なり、ビーム整形素子４４，５
３からの出射光束の周辺部の発散角が垂直方向と水平方
向とでは異なるので、その伝送ビーム形状を如何なる伝
送距離においても円形に保つ、ということが出来ない。

【００２３】本発明の第１の目的は、空間光通信装置等
に用いられる投・受光装置において、ビーム断面形状変
換部材と投光光発散角可変部材とを用いる場合に、受光
側に悪影響を与えずに対向装置の受信地点における伝送
ビーム径を最適な広がりに設定できると同時に、対向装
置の受信地点における伝送ビームの断面形状を、如何な
る伝送距離においても、ほぼ円形にすることが出来る投
・受光装置を提供することにある。

【００２４】また、本発明の第２の目的は、ほぼ楕円形
のビーム断面形状を厳密な円形にすることが出来ない、
整形不完全なビーム整形素子を用いている場合でも、ま
た、投光光に非対象な光線収差が残存している場合であ
っても、装置の使用可能な最大距離（装置の仕様上の使
用可能最大距離）における伝送ビームの断面形状を、殆
ど円形にすることが出来る投・受光装置を提供すること
にある。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る投・受光装
置は、〔１〕：投・受光光分離手段を介して投光手段からの光
束を所定方向に投光するとともに、該所定方向からの光
束を受光手段で受光を行う投・受光装置において、該投
光手段は、断面形状がほぼ楕円形の光束を発する発光部
と、該発光部が発する光束をほぼ円形の断面形状の光束
に変換して射出するビーム断面形状変換部材と、該ビー
ム断面形状変換部材より射出される光束の光路上に移動
して該ビーム断面形状変換部材からの光束を発散角を可
変させて該投・受光光分離手段に射出させる投光光発散
角可変部材とをその順に有することを特徴としている。

【００２６】特に、〔１−１−２〕：上記〔１〕の投・受光装置において、
該投光手段は、該ビーム断面形状変換部材として単一又
は複数の楔状の透明体を備え、該投光光発散角可変部材
として凹レンズと凸レンズとを備えていること、〔１−１−３〕：上記〔１〕の投・受光装置において、
該投光手段は、該ビーム断面形状変換部材として負のパ
ワーを有するシリンドカルレンズと正のパワーを有する
シリンドカルレンズとを備え、該投光光発散角可変部材
として正のパワーを有するレンズ群を備えていること、〔１−１−４〕：上記〔１〕又は〔１−１−２〕の投・
受光装置において、該投光手段は、該発光部と該ビーム
断面形状変換部材との間に、該発光部で発する光束の断
面形状の調節を行うためのビーム断面形状調節部材を有
すること、〔１−１−５〕：上記〔１−１−３〕の投・
受光装置において、該ビーム断面形状調節部材は、該発光部と該ビーム断面形状変換部材と
の間の光路長を可変可能に光束の光路上を移動するレン
ズ群であること、〔１−１−６〕：上記〔１〕乃至〔１−１−３〕の何れ
かの投・受光装置において、該投光手段は、該発光部を
光束の光路上に移動可能に構成して、該発光部の移動に
より該発光部と該ビーム断面形状変換部材との間の光路
長を可変させて光束の断面形状の調節を行っているこ
と、〔１−１−７〕：上記〔１〕乃至〔１−１−３〕の何れ
かの投・受光装置において、該投光手段は、該ビーム断
面形状変換部材を光束の光路上に移動可能に構成して、
該ビーム断面形状変換部材の移動により該発光部と該ビ
ーム断面形状変換部材との間の光路長を可変させて光束
の断面形状の調節を行っていること、〔１−１−８〕：上記〔１〕又は〔１−１−２〕の投・
受光装置において、該投光手段は、該発光部と該ビーム
断面形状変換部材との間に、該発光部が発する断面形状
略楕円形の光束を略平行光束にするレンズ群を有し、該
発光部と該レンズ群との間に、該レンズ群より射出され
る光束の断面形状の調節を行うためのビーム断面形状調
節部材を備えていること、〔１−１−９〕：上記〔１−１−８〕の投・受光装置に
おいて、該ビーム断面形状調節部材は、該発光部と該レ
ンズ群とを連結する単一または複数の透明な連結板を備
え、該連結板全体または一部を厚さの異なる他の連結板
と交換するように構成されていること、〔１−１−１０〕：上記〔１−１−８〕の投・受光装置
において、該ビーム断面形状調節部材は、該発光部と該
レンズ群との間において厚さの異なる平行透明板を交換
可能に着脱できるように構成されていること、〔１−１−１１〕：上記〔１−１−８〕の投・受光装置
において、該ビーム断面形状調節部材は、該発光部と該
レンズ群との間において厚さ又は屈折率の異なる平行透
明板を交換可能に着脱できるように構成されているこ
と、〔１−１−１２〕：上記〔１〕乃至〔１−１−１１〕の
何れかの投・受光装置において、該投・受光光分離手段
は、該投光手段からの光束を透過させるとともに、該所
定方向からの光束を該受光手段に向けて反射させる偏光
分離面を内在する透明体より成る偏光ビームスプリッタ
であること、〔１−１−１３〕：上記〔１〕乃至〔１−１−１１〕の
何れかの投・受光装置において、該投・受光光分離手段
は、該投光手段から発せられた特定の波長帯の光束を透
過させるとともに、該投光手段から発せられた特定の波
長帯とは異なる該所定方向からの他の波長帯の光束を該
受光手段に向けて反射させるダイクロイック・ミラーで
あることなどを特徴としている。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る投・受光装置
を添付図面に示す実施形態に基づいて、更に詳しく説明
する。

【００２８】本実施形態例では、同様な構造の２台の装
置を空間を隔てて対向配置して、双方向の投光および受
光を行なう、例えば双方向空間光通信装置に用いられる
投・受光装置を例示している。

【００２９】なお、以下に説明において、第１の実施形
態例ないし第３の実施形態例は本発明の第１の目的を達
成することのできる投・受光装置を説明しており、第４
の実施形態例ないし第の実施形態例は本発明の第２の
目的を達成することのできる投・受光装置の例である。
そして、第８及び第９の実施形態例は第１の実施形態例
の投・受光装置の投光手段にビーム断面形状調節機能を
付加した例である。

【００３０】〔第１の実施形態例〕図１は第１の実施形
態例の投・受光装置の概要構成を示す平面図である。

【００３１】本実施形態例の投・受光装置は、図１に示
すように、投光手段Ａ１と受光手段Ａ２と投・受光光分
離手段Ａ３とを備えている。

【００３２】投光手段Ａ１は、信号光発生のための受光
素子（発光部）１と、正のパワーを有する第１のレンズ
群（コリメートレンズ）２と、楔状ガラス（ビーム断面
形状変換部材）３と、凹レンズおよび凸レンズ（投光光
発散角可変部材）４，５とをその順に配置して構成され
ている。

【００３３】投光手段Ａ１の各構成部材のうち、正のパ
ワーを有する第１のレンズ群２と楔状ガラス３とで投・
受光装置の投光光学系Ａ１１を構成している。また、信
号光発生用発光素子１として例えばレーザーダイオード
を用いている。また、楔状ガラス３は、その投光光入射
面３ａを発光素子１からの投光光軸９に対して、適切な
角度設定で配置させて、第１のレンズ群２からの断面形
状略楕円形の光束を略円形の断面形状の光束に変換す
る。なお、楔状ガラス３は、図１５に示す従来例のプリ
ズム５３と同様な機能を有するものである。

【００３４】受光手段Ａ２は、正のパワーを有する第２
のレンズ群７と、信号光検出のための受光素子８とから
成っている。信号光検出用受光素子８として、例えば、
アバランシェ・フォトダイオードを用いている。

【００３５】投・受光光分離手段Ａ３は、図１３に示す
従来例で説明したものと同様な偏光分離面６ａを内在す
る透明体より成る偏光ビームスプリッタ６であり、偏光
分離面６ａが投光光学系Ａ１１の光軸と受光光学系（第
２のレンズ群７）の光軸とに対して、共に４５°の角度
を成すように配置されている。偏光ビームスプリッタ６
は、投光手段Ａ１の凸レンズ５からの投光光ＬＡを偏光
分離面６ａで透過させて対向装置（不図示）に伝送し、
この対向装置からの受光光ＬＢを偏光分離面６ａで反射
して受光手段Ａ２の第２のレンズ群７に入射させる。

【００３６】以上の様な構成にすることにより、本実施
形態例の投・受光装置は、信号光発生のための発光素子
１から出射される、断面形状がほぼ楕円形の発散光（投
光光）を、正のパワーを有する第１のレンズ群２により
ほぼ平行光束にした後に、楔状ガラス３によりほぼ円形
の断面形状の光束に変換する。そして、楔状ガラス３よ
り射出された断面形状がほぼ円形の平行光束を、凹レン
ズ４と凸レンズ５とで成る光学系を介して偏光ビームス
プリッタ６に入射させる。この際に、該凹レンズ４また
は凸レンズ５を投光光学系Ａ１１の光軸に沿って移動さ
せる（図示の例では凸レンズ５）ことで、偏光ビームス
プリッタ６の偏光分離面６ａを透過して出射される投光
光ＬＡの断面形状を、如何なる伝送距離においても、ほ
ぼ円形にすることが出来る。

【００３７】これにより、受光側に悪影響を与えずに対
向装置の受信地点における伝送ビーム径を最適な広がり
に設定できるようにすると同時に、対向装置の受信地点
における伝送ビームの断面形状を、如何なる伝送距離に
おいても、ほぼ円形にすることの出来る。

【００３８】一方、図１に示す投・受光装置と空間を介
して対向配置された投・受光装置（不図示）からの受光
光ＬＢは、同図に示す投・受光装置の偏光ビームスプリ
ッタ６に入射して、該偏光ビームスプリッタ６の偏光分
離面６ａで反射された後に、正のパワーを有する第２の
レンズ群７を通って受光素子８により受光される。

【００３９】以上のような構成の投・受光装置を用い
て、投・受光光の双方向通信を最も効率よく行うために
は、例えば、図１に示す構成で紙面後方に４５°傾斜さ
せた、同一構造の２台の投・受光装置を対向設置させれ
ばよい。

【００４０】本実施形態例では、投光光を透過させて受
光光を反射させる位置関係で、偏光ビームスプリッタ６
を用いた投・受光装置の一例を示した。本実施形態例の
投・受光装置の変形例として、投光手段Ａ１と受光手段
Ａ２とを入れ替えて、信号光発生のための発光素子１か
らビーム発散角可変素子の凸レンズ５に至る投光手段
を、偏光ビームスプリッタ６に入射する投光光の光軸
（図１に示す投光光の光軸）を回転軸として、９０°回
転させて付け替えた構成の装置にしても、同様の効果を
得ることが出来る。

【００４１】〔第２の実施形態例〕図２は第２の実施形
態例の投・受光装置の概要構成を示す平面図、図３は図
２に示す投・受光装置の側面図である。

【００４２】第１の実施形態例において、１個の楔状ガ
ラス（ビーム断面形状変換部材）３をビーム整形素子と
して用い、その投光光入射面３ａを発光部からの投光光
軸に対して、適切な角度設定で配置させた投・受光装置
の例を説明したが、以下に、２個の楔状ガラスをビーム
整形素子として用いて投・受光装置を構成した例を第２
の実施形態例で説明する。

【００４３】本実施形態例の投・受光装置は、２個の楔
状ガラス（ビーム断面形状変換部材）を用いてビーム整
形素子を構成した他は、第１の実施形態例と同じ構成に
なっている。従って、第１の実施形態例の部材と同じ部
材に同一符号を付して、その部材の説明を省略する。ま
た、本実施形態例の投・受光装置における受光光ＬＢの
受光経路も第１の実施形態例と同じであるので、その説
明を省略する。

【００４４】本実施形態例では、図２に示すように、第
１の楔状ガラス１１と第２の楔状ガラス１２とでビーム
整形素子を構成し、これらの楔状ガラス１１，１２を適
切な位置関係で配置させることにより、第１の実施形態
例の投・受光装置において楔状ガラス３の前後で折れ曲
がっていた投光光の光軸９を平行にするようにしてい
る。

【００４５】この様な構成の投・受光装置は、信号光発
生のための発光素子１から出射される、断面形状がほぼ
楕円形の発散光（投光光）を、正のパワーを有する第１
のレンズ群２によりほぼ平行光束にした後に、２個の楔
状ガラス１１，１２によりほぼ円形の断面形状の光束に
変換する。そして、楔状ガラス１１，１２より射出され
た断面形状がほぼ円形の平行光束を、凹レンズ４と凸レ
ンズ５とで成る光学系を介して偏光ビームスプリッタ６
に入射させる。この際に、該凹レンズ４または凸レンズ
５を投光光学系Ａ１１の光軸に沿って移動させる（図示
の例では凸レンズ５）ことで、偏光ビームスプリッタ６
の偏光分離面６ａを透過して出射される投光光ＬＡの断
面形状を、如何なる伝送距離においても、ほぼ円形にす
ることが出来る。

【００４６】〔第３の実施形態例〕図４は第３の実施形
態例の投・受光装置の概要構成を示す平面図、図５は図
４に示す投・受光装置の側面図である。

【００４７】本実施形態例では、図４に示すように、負
のパワーを有するシリンドリカルレンズ１３と正のパワ
ーを有するシリンドリカルレンズ１４とでビーム断面形
状変換部材を構成し、正のパワーを有するレンズ群１５
を投光光発散角可変部材とした他は、第１の実施形態例
と同じ構成となっている。従って、第１の実施形態例の
部材と同じ部材に同一符号を付して、その部材の説明を
省略する。また、本実施形態例の投・受光装置における
受光光ＬＢの受光経路も第１の実施形態例と同じである
ので、その説明を省略する。

【００４８】本実施形態例では、上述したように、負の
パワーを有するシリンドリカルレンズ１３と正のパワー
を有するシリンドリカルレンズ１４とで成るビーム断面
形状変換部材を用いて、投光光の光軸９を一直線状にす
るようにしている。そして、信号光発生のための発光素
子１から出射される断面形状を上記シリンドリカルレン
ズ１３，１４とでほぼ円形の断面形状の光束に変換する
ようにしている。また、正のパワーを有するレンズ群１
５を光軸９に沿って移動させて投光光の発散角を可変す
るようにしている。

【００４９】この様な構成の投・受光装置は、信号光発
生のための発光素子１から出射される、断面形状がほぼ
楕円形の発散光（投光光）を、負のパワーを有するシリ
ンドリカルレンズ１３と正のパワーを有するシリンドリ
カルレンズ１４とでほぼ円形の断面形状の光束に変換す
る。そして、上記シリンドリカルレンズ１３，１４より
射出された断面形状がほぼ円形の平行光束を、正のパワ
ーを有するレンズ群１５を介して偏光ビームスプリッタ
６に入射させる。この際に、レンズ群１５を光軸９に沿
って移動させることで、偏光ビームスプリッタ６の偏光
分離面６ａを透過して出射される投光光ＬＡの断面形状
を、如何なる伝送距離においても、ほぼ円形にすること
が出来る。

【００５０】以上、説明した投・受光装置は、いずれの
実施形態例においても、投光手段Ａ１がビーム断面形状
変換部材としての楔状ガラス３あるいはシリンドリカル
レンズ１３，１４と、投光光発散角可変部材としての凹
レンズ４、凸レンズ５あるいはレンズ群１５とを備えて
いる。更に、投光手段Ａ１は、発光素子１、ビーム断面
形状可変部材３または１３，１５、投光光発散角可変部
材４，５あるいは１５をその順に配置している。そし
て、投光手段Ａ１の発光素子１が発する断面形状略楕円
形の光束を上記ビーム断面形状変換部材３あるいは１
３，１４で略円形の断面形状の光束に変換した後、該ビ
ーム断面形状変換部材３あるいは１３，１４より射出さ
れる略円形の断面形状の光束を上記投光光発散角可変部
材４，５あるいは１５で該光束の発散角を可変して該投
・受光光分離手段としての偏光ビームスプリッタ６の偏
光分離面６ａを透過させて投光している。

【００５１】〔第４の実施形態例〕図６は第４の実施形
態例の投・受光装置の概要構成を示す平面図である。

【００５２】本実施形態例では、第１の実施形態例の投
・受光装置において、投光手段Ａ１の正のパワーを有す
る第１のレンズ群２を、光束の光路上に移動可能に構成
してビーム断面形状調節部材とした他は、第１の実施形
態例と同じ構成となっている。従って、第１の実施形態
例の部材と同じ部材に同一符号を付して、その部材の説
明を省略する。また、本実施形態例の投・受光装置にお
ける受光光ＬＢの受光経路も第１の実施形態例と同じで
あるので、その説明を省略する。

【００５３】本実施形態例の投・受光装置は、ほぼ楕円
形のビーム断面形状を厳密な円形にすることが出来な
い、整形不完全なビーム整形素子を用いている場合で
も、また、投光光に非対称な光線収差が残存している場
合であっても、装置に使用可能な最大距離における伝送
ビームの断面形状を、殆ど円形にするために、上記ビー
ム断面形状調節部材としての第１のレンズ群２を光束の
光路上に移動させて、発光素子１からビーム断面形状変
換部材としての楔状ガラス３に至る間の光路長を変える
ことにより、ビーム断面形状の微調整を行なうように構
成した例である。

【００５４】この様な構成の投・受光装置は、投光手段
Ａ１において、正のパワーを有する第１のレンズ群２
を、光軸に沿って移動させることにより、楔状ガラス３
への入射ビーム（入射光束）の発散角を変化させること
ができる。即ち、正のパワーを有する第１のレンズ群２
より出射する出射ビーム（出射光束）の断面形状はほぼ
楕円形であり、該ビームの発散角度の変化は短径方向よ
りも長径方向の方が大きいために、楔状ガラス３のビー
ム出射側において、直交する子午光束と球欠光束とにつ
いて、発散角度が異なる出射ビームに、即ち、ほぼ円形
の出射ビームにすることができる。

【００５５】これにより、ほぼ楕円形のビーム断面形状
を厳密な円形にすることが出来ない、整形不完全なビー
ム整形素子を用いている場合でも、また、投光光に非対
称な光線収差が残存している場合であっても、装置に使
用可能な最大距離における伝送ビームの断面形状を、殆
ど円形にすることが出来る。

【００５６】〔第５の実施形態例〕図７は第５の実施形
態例の投・受光装置の概要構成を示す平面図である。

【００５７】本実施形態例では、第１の実施形態例の投
・受光装置において、発光部としての発光素子１を光束
の光路上に移動可能に構成した他は、第１の実施形態例
と同じ構成となっている。従って、第１の実施形態例の
部材と同じ部材に同一符号を付して、その部材の説明を
省略する。また、本実施形態例の投・受光装置における
受光光ＬＢの受光経路も第１の実施形態例と同じである
ので、その説明を省略する。

【００５８】本実施形態例の投・受光装置は、ほぼ楕円
形のビーム断面形状を厳密な円形にすることが出来な
い、整形不完全なビーム整形素子を用いている場合で
も、また、投光光に非対称な光線収差が残存している場
合であっても、装置に使用可能な最大距離における伝送
ビームの断面形状を、殆ど円形にするために、上記発光
素子１を光束の光路上に移動させて、発光素子１からビ
ーム断面形状変換部材としての楔状ガラス３に至る間の
光路長を変えることにより、ビーム断面形状の微調整を
行なうように構成した例である。

【００５９】この様な構成の投・受光装置は、投光手段
Ａ１において、発光素子１を光束の光路上に移動させる
ことにより、楔状ガラス３への入射ビーム（入射光束）
の発散角を変化させることができる。即ち、正のパワー
を有する第１のレンズ群２より出射する出射ビーム（出
射光束）の断面形状はほぼ楕円形であり、該ビームの発
散角度の変化は短径方向よりも長径方向の方が大きいた
めに、楔状ガラス３のビーム出射側において、直交する
子午光束と球欠光束とについて、発散角度が異なる出射
ビームに、即ち、ほぼ円形の出射ビームにすることがで
きる。

【００６０】これにより、ほぼ楕円形のビーム断面形状
を厳密な円形にすることが出来ない、整形不完全なビー
ム整形素子を用いている場合でも、また、投光光に非対
称な光線収差が残存している場合であっても、装置に使
用可能な最大距離における伝送ビームの断面形状を、殆
ど円形にすることが出来る。

【００６１】〔第６の実施形態例〕図８は第６の実施形
態例の投・受光装置の概要構成を示す平面図である。

【００６２】本実施形態例では、第３の実施形態例の投
・受光装置において、ビーム断面形状変換部材としての
シリンドリカルレンズ１３，１４を、発光素子１が発す
る光束の光路上（光軸９上）に移動可能に構成した他
は、第３の実施形態例と同じ構成となっている。従っ
て、第３の実施形態例の部材と同じ部材に同一符号を付
して、その部材の説明を省略する。また、本実施形態例
の投・受光装置における受光光ＬＢの受光経路も第３の
実施形態例と同じであるので、その説明を省略する。

【００６３】本実施形態例の投・受光装置は、ほぼ楕円
形のビーム断面形状を厳密な円形にすることが出来な
い、整形不完全なビーム整形素子を用いている場合で
も、また、投光光に非対称な光線収差が残存している場
合であっても、装置に使用可能な最大距離における伝送
ビームの断面形状を、殆ど円形にするために、上記シリ
ンドリカルレンズ１３，１４を光軸９上に移動させて、
発光素子１と該シリンドリカルレンズ１３，１４との間
の光路長を変えることにより、ビーム断面形状の微調整
を行なうように構成した例である。

【００６４】この様な構成の投・受光装置は、投光手段
Ａ１において、シリンドリカルレンズ１３，１４を光束
の光路上に移動させることにより、投光光発散角可変部
材としての正のパワーを有するレンズ群１５への入射ビ
ーム（入射光束）の発散角を変化させることができる。
即ち、発光素子１が発する射出ビーム（射出光束）の断
面形状はほぼ楕円形であり、該ビームの発散角度の変化
は短径方向よりも長径方向の方が大きいために、シリン
ドリカルレンズ１４のビーム出射側において、直交する
子午光束と球欠光束とについて、発散角度が異なる出射
ビームに、即ち、ほぼ円形の出射ビームにすることがで
きる。

【００６５】これにより、ほぼ楕円形のビーム断面形状
を厳密な円形にすることが出来ない、整形不完全なビー
ム整形素子を用いている場合でも、また、投光光に非対
称な光線収差が残存している場合であっても、装置に使
用可能な最大距離における伝送ビームの断面形状を、殆
ど円形にすることが出来る。

【００６６】〔第７の実施形態例〕図９は第７の実施形
態例の投・受光装置の概要構成を示す平面図である。

【００６７】本実施形態例では、第３の実施形態例の投
・受光装置において、発光部としての発光素子１を光束
の光路上に移動可能に構成した他は、第３の実施形態例
と同じ構成となっている。従って、第３の実施形態例の
部材と同じ部材に同一符号を付して、その部材の説明を
省略する。また、本実施形態例の投・受光装置における
受光光ＬＢの受光経路も第３の実施形態例と同じである
ので、その説明を省略する。

【００６８】本実施形態例の投・受光装置は、ほぼ楕円
形のビーム断面形状を厳密な円形にすることが出来な
い、整形不完全なビーム整形素子を用いている場合で
も、また、投光光に非対称な光線収差が残存している場
合であっても、装置に使用可能な最大距離における伝送
ビームの断面形状を、殆ど円形にするために、上記発光
素子１を光束の光路上に移動させて、発光素子１とビー
ム断面形状変換部材としてのシリンドリカルレンズ１
３，１４との間の光路長を変えることにより、ビーム断
面形状の微調整を行なうように構成した例である。

【００６９】この様な構成の投・受光装置は、投光手段
Ａ１において、発光素子１を光束の光路上に移動させる
ことにより、シリンドリカルレンズ１３，１４への入射
ビーム（入射光束）の発散角を変化させることができ
る。即ち、発光素子１が発する射出ビーム（射出光束）
の断面形状はほぼ楕円形であり、該ビームの発散角度の
変化は短径方向よりも長径方向の方が大きいために、シ
リンドリカルレンズ１４のビーム出射側において、直交
する子午光束と球欠光束とについて、発散角度が異なる
出射ビームに、即ち、ほぼ円形の出射ビームにすること
ができる。

【００７０】これにより、ほぼ楕円形のビーム断面形状
を厳密な円形にすることが出来ない、整形不完全なビー
ム整形素子を用いている場合でも、また、投光光に非対
称な光線収差が残存している場合であっても、装置に使
用可能な最大距離における伝送ビームの断面形状を、殆
ど円形にすることが出来る。

【００７１】以上、説明した投・受光装置は、いずれの
実施形態例においても、投光手段Ａ１の発光素子１とビ
ーム断面形状変換手段としての楔状ガラス３との間に配
置した正のパワーを有する第１のレンズ群２、または、
信号光発生のための発光素子１を含む発光部、あるい
は、負のパワーを有するシリンドリカルレンズ１３と正
のパワーを有するシリンドリカルレンズ１４とで成るビ
ーム断面形状変換部材、の何れかを光路（光軸）上に沿
って移動させることによって、装置の使用可能な最大距
離における伝送ビームの断面形状を、殆ど円形になるよ
うに調節することの出来る投・受光装置の例である。

【００７２】〔第８の実施形態例〕図１０は第１の実施
形態例の投・受光装置に別のビーム断面形状調節法を適
用した投光手段の概要構成図である。

【００７３】本実施形態例では、図１０に示すように、
信号光発生のための発光素子１、正のパワーを有する第
１のレンズ群２、楔状ガラス３を、それぞれ発光部ユニ
ット１６、第１の鏡筒１７、第２の鏡筒１８により保持
し、更に発光部ユニット１６と第１の鏡筒１７とをスぺ
ーサー１９によって連結して、投光手段Ａ１を構成して
いる。

【００７４】スぺーサー１９は、厚さの異なる交換可能
な他のスぺーサーと交換可能に、または、複数のスぺー
サーを交換可能に重ね合わせて構成することができる。

【００７５】この様な構成の投光手段Ａ１を備える本実
施形態例の投・受光装置は、後述のビーム断面形状調節
作業において、スぺーサー１９を厚さの異なる他のスぺ
ーサーと交換するか、または、複数のスぺーサーを重ね
合わせて構成したスぺーサー１９の一部のスぺーサーを
増減させることにより、信号光発生用発光素子１と正の
パワーを有する第１のレンズ群２との間の光路長を変え
て、装置の使用可能な最大距離における伝送ビームの断
面形状が、殆ど円形になるように調節することが出来
る。

【００７６】本実施形態例のビーム断面形状調節法は、
第２の実施形態例の投・受光装置にも適用することがで
きる。

【００７７】〔第９の実施形態例〕図１１は第１の実施
形態例の投・受光装置にさらに別のビーム断面形状調節
方法を適用した投光手段の概要構成図である。

【００７８】本実施形態例では、図１１に示すように、
信号光発生のための発光素子１、正のパワーを有する第
１のレンズ群２、楔状ガラス３を、それぞれ発光部ユニ
ット１６、第１の鏡筒１７、第２の鏡筒１８により保持
して、第１の鏡筒１７に発光素子１と第１のレンズ群２
との間で開設した開口部１７ａを利用して、厚さまたは
屈折率の異なる任意の平行ガラス（平行透明板）２０を
光路内に入退出させるか、または、回転可能な円盤（不
図示）上に配置させた厚さまたは屈折率の異なる複数の
平行ガラス（平行透明板）を、該円盤の中心を回転軸と
して回転させることによって、任意の平行ガラスを光路
内に入るように切り換えるように、投光手段Ａ１を構成
している。

【００７９】この様な構成の投光手段Ａ１を備える本実
施形態例の投・受光装置は、後述のビーム断面形状調節
作業において、平行ガラス（平行透明板）２０の上述の
如き操作を行うことにより、信号光発生用発光素子１と
正のパワーを有する第１のレンズ群２との間の光路長を
変えて、装置の使用可能な最大距離における伝送ビーム
の断面形状が、殆ど円形になるように調節することが出
来る。

【００８０】本実施形態例のビーム断面形状調節法は、
第２の実施形態例の投・受光装置にも適用することがで
きる。

【００８１】〔本発明に係る投・受光装置のビーム断面
形状調節方法〕次に、本発明に係る投・受光装置のビー
ム断面形状調節方法を図１２を参照して説明する。図１
２にビーム断面形状調節を行なう時に必要な機器の一例
を示す。

【００８２】図１２に示すように、コリメータレンズ２
２と、ＣＣＤカメラ２３と、ＴＶモニター２４とを準備
し、ＣＣＤカメラ２３の受光面位置を、コリメータレン
ズ２２の投光光ＬＡと、同一波長帯における焦点位置に
予め設定しておく。次に、前述した実施形態例の投・受
光装置Ａから投光光ＬＡを出射させて、コリメータレン
ズ２２によりＣＣＤカメラ２３の受光面に集光させる。
更に、ＣＣＤカメラ２３からの映像をＴＶモニター２４
に出力する。

【００８３】以上のような設定で、ＴＶモニター２４上
のビーム断面形状を観察しながら、投・受光装置Ａのビ
ーム断面形状の調節を行う。

【００８４】即ち、第１、第２または第３の投・受光装
置であれば、正のパワーを有する第１のレンズ群２、ま
たは、信号光発生のための発光素子１を含む発光部、あ
るいは、負のパワーを有するシリンドリカルレンズ１３
と正のパワーを有するシリンドリカルレンズ１４とで成
るビーム断面形状変換部材を光路上に動作させて、ＴＶ
モニター２４上のビーム断面形状が円形になった所で、
ビーム断面形状調節作業を終了する。

【００８５】また、第４、第５、第６または第７の投・
受光装置であれば、正のパワーを有する第１のレンズ群
２、または、信号光発生のための発光素子１を含む発光
部、あるいは、負のパワーを有するシリンドリカルレン
ズ１３と正のパワーを有するシリンドリカルレンズ１４
とで成るビーム断面形状変換部材を光路上に動作させ
て、ＴＶモニター２４上のビーム断面形状が円形になっ
た所で、ビーム断面形状調節作業を終了する。

【００８６】また、第８または第９の光学手段を有する
投・受光装置であれば、発光部ユニット１６と第１の鏡
筒１７とを連結するスぺーサー１９を交換したり、ある
いは、平行ガラス２０を光路内に入退出させるか、切り
換えるかしたりして、ＴＶモニター２４上のビーム断面
形状が円形になった所で、ビーム断面形状調節作業を終
了する。

【００８７】〔他の実施形態例〕前述の各実施形態例で
は、投・受光光分離手段として偏光ビームスプリッタ６
を用いて、対向設置する２台の装置の発行波長がお互い
に同一波長帯の信号光発生のための発行素子１を用いた
投・受光装置の例を説明しているが、この代わりに、対
向設置する２台の装置において、お互いに異なる波長帯
の信号光発生のための発光素子を用いる場合には、一方
の波長帯を透過させ他方の波長帯を反射させるダイクロ
イック・フィルターを、投・受光光分離手段として用い
ても同様の効果を得ることが出来る。また、投・受光光
分離手段としてハーフ・ミラーを用いることもできる。

【００８８】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、断面形状がほぼ楕円形の光束を発する発光部と、該
発光部が発する光束をほぼ円形の断面形状の光束に変換
して射出させるビーム断面形状変換部材と、該入射光束
を発散角を可変させて射出させる投光光発散角可変部材
とを光路中に設けた投光手段を具備するものであるの
で、受光側に悪影響を与えること無く、如何なる伝送距
離においても伝送ビームの断面形状をほぼ円形にでき
て、伝送ビームを最適な広がりにすることが出来る投・
受光装置を実現できた。

【００８９】特に、投光手段が発光部とビーム断面形状
変換部材と投光光発散角可変部材とをその順に有する場
合、該発光部が発する断面形状がほぼ楕円形の光束を該
ビーム断面形状変換部材でほぼ円形の断面形状の光束に
変換した後、該ビーム断面形状変換部材より射出される
光束の光路上に該投光光発散角可変部材を移動させて当
該光束を発散角を可変して投・受光光分離手段に射出さ
せることができるので、受光側に悪影響を与えること無
く、如何なる伝送距離においても伝送ビームの断面形状
をほぼ円形にできて、伝送ビームを最適な広がりにする
ことが出来る。

【００９０】また、上記投光手段がビーム断面形状調節
部材、あるいはビーム断面形状調節機能を備えているの
で、整形不完全なビーム整形手段を用いている場合で
も、また、投光光に非対称な光線収差が発生している場
合でも、装置の使用可能な最大距離における伝送ビーム
の断面形状を殆ど円形にして、更に効率の良い光伝送を
行なうことが出来る投・受光装置を実現できた。

【００９１】従って、本発明に係る投・受光装置は、伝
送ビームの伝送性能を格段に向上させることができて、
効率の良い光伝送を行なうことが出来るという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態例の投・受光装置の概要構成を
示す平面図である。

【図２】第２の実施形態例の投・受光装置の概要構成を
示す平面図である。

【図３】図２に示す投・受光装置の側面図である。

【図４】第３の実施形態例の投・受光装置の概要構成を
示す平面図である。

【図５】図４に示す投・受光装置の側面図である。

【図６】第４の実施形態例の投・受光装置の概要構成を
示す平面図である。

【図７】第５の実施形態例の投・受光装置の概要構成を
示す平面図である。

【図８】第６の実施形態例の投・受光装置の概要構成を
示す平面図である。

【図９】第７の実施形態例の投・受光装置の概要構成を
示す平面図である。

【図１０】第１の実施形態例の投・受光装置に別のビー
ム断面形状調節法を適用した投光手段の概要構成図であ
る。

【図１１】第１の実施形態例の投・受光装置にさらに別
のビーム断面形状調節方法を適用した投光手段の概要構
成図である。

【図１２】本発明に係る投・受光装置においてビーム断
面形状調節を行なう時に必要な機器の配置の一例を示す
説明図である。

【図１３】従来の投・受光装置の一例を示す概要構成図
である。

【図１４】従来の光ピックアップ光学系の一例を示す概
要構成図である。

【図１５】従来の光ピックアップ光学系の他の例を示す
側面図である。

【符号の説明】

Ａ１：投光手段Ａ２：受光手段Ａ３：投・受光光分離手段１：発光素子（投光手段の発光部）２：第１のレンズ群（投光手段のビーム断面形状調節部
材）３，１１，１２：楔状ガラス（投光手段のビーム断面形
状変換部材）４：凹レンズ（投光手段の投光光発散角可変部材）５：凸レンズ（投光手段の投光光発散角可変部材）６：偏光ビームスプリッタ（投・受光光分離手段）６ａ：偏光分離面７：第２のレンズ群（受光手段）８：受光素子（受光手段）１３：負のシリンドリカルレンズ（投光手段の投光光発
散角可変部材）１４：正のシリンドリカルレンズ（投光手段の投光光発
散角可変部材）１９：スペーサ（透明な連結板）２０：平行ガラス（平行透明板）ＬＡ：投光光（または受信光）ＬＢ：受光光（または受信光）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】投・受光光分離手段を介して投光手段か
らの光束を所定方向に投光するとともに、該所定方向か
らの光束を受光手段で受光を行う投・受光装置におい
て、該投光手段は、断面形状がほぼ楕円形の光束を発す
る発光部と、該発光部が発する光束をほぼ円形の断面形
状の光束に変換して射出するビーム断面形状変換部材
と、該ビーム断面形状変換部材より射出される光束の光
路上に移動して該ビーム断面形状変換部材からの光束を
発散角を可変させて該投・受光光分離手段に射出させる
投光光発散角可変部材とをその順に有することを特徴と
する請求項１に記載の投・受光装置。
【請求項２】該投光手段は、該ビーム断面形状変換部
材として単一又は複数の楔状の透明体を備え、該投光光
発散角可変部材として凹レンズと凸レンズとを備えてい
ることを特徴とする請求項１に記載の投・受光装置。
【請求項３】該投光手段は、該ビーム断面形状変換部
材として負のパワーを有するシリンドカルレンズと正の
パワーを有するシリンドカルレンズとを備え、該投光光
発散角可変部材として正のパワーを有するレンズ群を備
えていることを特徴とする請求項１に記載の投・受光装
置。
【請求項４】該投光手段は、該発光部と該ビーム断面
形状変換部材との間に、該発光部で発する光束の断面形
状の調節を行うためのビーム断面形状調節部材を有する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の投・受光装
置。
【請求項５】該ビーム断面形状調節部材は、該発光部
と該ビーム断面形状変換部材との間の光路長を可変可能
に光束の光路上を移動するレンズ群であることを特徴と
する請求項３に記載の投・受光装置。
【請求項６】該投光手段は、該発光部を光束の光路上
に移動可能に構成して、該発光部の移動により該発光部
と該ビーム断面形状変換部材との間の光路長を可変させ
て光束の断面形状の調節を行っていることを特徴とする
請求項１乃至３の何れか一項に記載の投・受光装置。
【請求項７】該投光手段は、該ビーム断面形状変換部
材を光束の光路上に移動可能に構成して、該ビーム断面
形状変換部材の移動により該発光部と該ビーム断面形状
変換部材との間の光路長を可変させて光束の断面形状の
調節を行っていることを特徴とする請求項１乃至３の何
れか一項に記載の投・受光装置。
【請求項８】該投光手段は、該発光部と該ビーム断面
形状変換部材との間に、該発光部が発する断面形状略楕
円形の光束を略平行光束にするレンズ群を有し、該発光
部と該レンズ群との間に、該レンズ群より射出される光
束の断面形状の調節を行うためのビーム断面形状調節部
材を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載
の投・受光装置。
【請求項９】該ビーム断面形状調節部材は、該発光部
と該レンズ群とを連結する単一または複数の透明な連結
板を備え、該連結板全体または一部を厚さの異なる他の
連結板と交換するように構成されていることを特徴とす
る請求項８に記載の投・受光装置。
【請求項１０】該ビーム断面形状調節部材は、該発光
部と該レンズ群との間において厚さの異なる平行透明板
を交換可能に着脱できるように構成されていることを特
徴とする請求項８に記載の投・受光装置。
【請求項１１】該ビーム断面形状調節部材は、該発光
部と該レンズ群との間において厚さ又は屈折率の異なる
平行透明板を交換可能に着脱できるように構成されてい
ることを特徴とする請求項８に記載の投・受光装置。
【請求項１２】該投・受光光分離手段は、該投光手段
からの光束を透過させるとともに、該所定方向からの光
束を該受光手段に向けて反射させる偏光分離面を内在す
る透明体より成る偏光ビームスプリッタであることを特
徴とする請求項１乃至１１の何れか一項に記載の投・受
光装置。
【請求項１３】該投・受光光分離手段は、該投光手段
から発せられた特定の波長帯の光束を透過させるととも
に、該投光手段から発せられた特定の波長帯とは異なる
該所定方向からの他の波長帯の光束を該受光手段に向け
て反射させるダイクロイック・ミラーであることを特徴
とする請求項１乃至１１の何れか一項に記載の投・受光
装置。