JPWO2004068746A1

JPWO2004068746A1 - 光アンテナ

Info

Publication number: JPWO2004068746A1
Application number: JP2004567556A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　二郎; 二郎鈴木; 平野　嘉仁; 嘉仁平野; 俊行安藤; 玉川　恭久; 恭久玉川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2003-01-31
Publication date: 2006-05-25
Also published as: EP1589678A1; EP1589678B8; EP1589678B1; US7151882B2; EP1589678A4; US20060008238A1; WO2004068746A1; DK1589678T3

Abstract

光ファイバ１，２のファイバ端１ａ，２ａを互いに異なる位置に配置する光素子マウント３と、そのファイバ端１ａ，２ａからレーザービームが放射されると、そのレーザービームを空間に向けて平行光にコリメートし、空間からレーザービームが到来すると、そのレーザービームをファイバ端１ａ，２ａに集光する光送受信光学系４とを設ける。これにより、複雑な機械要素を搭載することなく、２つの光送受信方向５，６を設定することができる。

Description

この発明は、空間に向けてレーザービームを送受信する光アンテナに関するものである。

従来の光アンテナは、光学系の結像レンズに対する光ファイバの位置を３次元的に移動調整する位置調整部を設け、また、光アンテナを収納配置する筐体を移動制御するジンバル機構を設けることにより、レーザービームの送受信方向を制御している（以下の特許文献１を参照）。
特開平１０−２３３７３８号公報（段落番号［００１８］から［００２２］、図２）

従来の光アンテナは以上のように構成されているので、測定対象物の位置が変化しても、測定対象物の位置に応じてレーザービームの送受信方向を制御することができる。しかし、レーザービームの送受信方向を制御するには、複雑な機械要素から為る位置調整部とジンバル機構を設ける必要があるため、コスト高や重量の増大を招く課題があった。
また、測定対象物の位置が変化する度に、光ファイバや筐体を３次元的に移動調整する必要があるため、位置調整部やジンバル機構の位置決め時間に依存するタイムラグが存在する課題もあった。
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、複雑な機械要素を搭載することなく、複数の光送受信方向を設定することができる光アンテナを得ることを目的とする。

この発明に係る光アンテナは、複数の光送受信手段を互いに異なる位置に配置する配置手段と、その光送受信手段から光信号が放射されると、その光信号を球面波に屈折して空間に送信し、空間から光信号が到来すると、その光信号を光送受信手段に集光する光学系とを設けたものである。
このことによって、複雑な機械要素を搭載することなく、複数の光送受信方向を設定することができる効果がある。

第１図はこの発明の実施の形態１による光アンテナを示す構成図である。
第２図はこの発明の実施の形態２による光アンテナを示す構成図である。
第３図はこの発明の実施の形態３による光アンテナを示す構成図である。
第４図はこの発明の実施の形態４による光アンテナを示す構成図である。
第５図はこの発明の実施の形態５による光アンテナを示す構成図である。
第６図はこの発明の実施の形態６による光アンテナを示す構成図である。
第７図はこの発明の実施の形態７による光アンテナを示す構成図である。
第８図はこの発明の実施の形態８による光アンテナを示す構成図である。
第９図はこの発明の実施の形態９による光アンテナを示す構成図である。
第１０図はこの発明の実施の形態１０による光アンテナの一部を示す構成図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための最良の形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
第１図はこの発明の実施の形態１による光アンテナを示す構成図である。図において、光送受信部（光送受信手段）の光ファイバ１，２は、その光送受信部から送信されるレーザービーム（光信号）を光送受信光学系４に放射する一方、光送受信光学系４により集光されたレーザービームを受光して光送受信部に出力する。
光素子マウント３は光送受信光学系４の像面上において、光ファイバ１，２のファイバ端１ａ，２ａを互いに異なる位置に配置している。なお、光素子マウント３は配置手段を構成している。光送受信光学系４は写真レンズなどの撮像光学系を原型とする透過型レンズであり、光ファイバ１，２のファイバ端１ａ，２ａからレーザービームが放射されると、そのレーザービームを球面波に屈折して空間に送信する。即ち、空間に向けて平行光にコリメートする。また、空間からレーザービームが到来すると、そのレーザービームを光ファイバ１，２のファイバ端１ａ，２ａに集光する。
なお、光送受信光学系４は光ファイバ１，２の光軸からの高さ以上の像高で収差が十分小さくなるように構成されている。
次に動作について説明する。
この実施の形態１では、レーザービームの光送受信方向として、固定的な２方向を得るため、光素子マウント３が光送受信光学系４の像面上において、光ファイバ１，２のファイバ端１ａ，２ａを互いに異なる位置に配置している。
例えば、光ファイバ１のファイバ端１ａからレーザービームが放射されると、光送受信光学系４は、そのレーザービームを平行光にコリメートし、光送受信方向５のレーザービームを空間に出射する。
また、光ファイバ２のファイバ端２ａからレーザービームが放射されると、光送受信光学系４は、そのレーザービームを平行光にコリメートし、光送受信方向６のレーザービームを空間に出射する。
逆に、空間から光送受信方向５のレーザービームが到来すると、光送受信光学系４は、そのレーザービームを光ファイバ１のファイバ端１ａに集光する。これにより、そのレーザービームが光ファイバ１のファイバ端１ａに入射されるため、そのレーザービームが光ファイバ１に接続されている光送受信部に受光される。
また、空間から光送受信方向６のレーザービームが到来すると、光送受信光学系４は、そのレーザービームを光ファイバ２のファイバ端２ａに集光する。これにより、そのレーザービームが光ファイバ２のファイバ端２ａに入射されるため、そのレーザービームが光ファイバ２に接続されている光送受信部に受光される。
ここで、光送受信光学系４によりコリメートされたレーザービームの口径をＤ、光ファイバ１，２のファイバ端１ａ，２ａから空間に放射されるレーザービームの放射角度の半角をθとすると、光送受信光学系４の焦点距離ｆは下記の式（１）、（２）から決定される。

また、光送受信方向５，６は、光ファイバ１，２のファイバ端１ａ，２ａの位置により決定される。
即ち、第１図に示すように、光送受信光学系４の像面上に直行座標系（Ｘ，Ｙ）をとり、原点Ｏ（０，０）から光送受信光学系４を見込む方向にＺ軸をとると、光ファイバ１のファイバ端１ａは光軸上にあるので

より表される。

また、光ファイバ２のファイバ端２ａのＸＹ平面上の座標をＰ（Ｘ１

下記の式（４）により表される。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、光ファイバ１，２のファイバ端１ａ，２ａを互いに異なる位置に配置する光素子マウント３と、そのファイバ端１ａ，２ａからレーザービームが放射されると、そのレーザービームを空間に向けて平行光にコリメートし、空間からレーザービームが到来すると、そのレーザービームをファイバ端１ａ，２ａに集光する光送受信光学系４とを設けるように構成したので、複雑な機械要素を搭載することなく、２つの光送受信方向５，６を設定することができる効果を奏する。
なお、複雑な機械要素を搭載する必要がないので、小型軽量化と低コスト化が可能になる。また、機械的駆動を用いないので、光送受信方向の再現性を高めることができる。
この実施の形態１では、光素子マウント３が光送受信部を構成する光ファイバ１，２のファイバ端１ａ，２ａを互いに異なる位置に配置するものについて示したが、これに限るものではなく、例えば、光送受信部を構成する光源や受光素子を配置するようにしてもよい。この場合、光送受信部はレーザービームの送信又は受信のいずれか一方のみを実施することになる。
実施の形態２．
第２図はこの発明の実施の形態２による光アンテナを示す構成図である。図において、第１図と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
光送受信部の光ファイバ１１〜１５は、その光送受信部から送信されるレーザービームを光送受信光学系４に放射する一方、光送受信光学系４により集光されたレーザービームを受光して光送受信部に出力する。
光送受信方向２１〜２５は光アンテナにより設定されるレーザービームの方向である。
上記実施の形態１では、レーザービームの光送受信方向として、固定的な２方向を得るものについて示したが、光素子マウント３が３本以上の光ファイバのファイバ端を配置するようにすれば、レーザービームの光送受信方向として、３方向以上設定することができる。
第２図の例では、光素子マウント３が５本の光ファイバ１１〜１５のファイバ端１１ａ〜１５ａを配置することにより、５方向の光送受信方向２１〜２５を得ている。
実施の形態３．
第３図はこの発明の実施の形態３による光アンテナを示す構成図である。図において、第１図と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。第３図の光アンテナは、風速計測ＬＩＤＡＲ装置に適用される。
光送受信部３１，３２は空間に向けて送信するレーザービームを放射、または、空間から到来するレーザービームを受光する光送受信手段を構成している。光送受信部３１，３２のレーザー光源３３は制御装置３６の指示の下、レーザービームを発光し、光路２分岐部３４は光ファイバ１，２を２分岐している。光受信機３５は光ファイバ１，２からレーザービームを受光し、そのレーザービームを電気信号に変換して制御装置３６に出力する。制御装置３６はレーザー光源３３の駆動を制御するとともに、光受信機３５から出力される電気信号を監視して測定点４１，４２（測定対象物）の風速を計測する。
なお、第３図の光送受信光学系４はダブルガウス型の構成を示している。
次に動作について説明する。
２つの異なる測定点４１，４２の風速を同時に計測する場合、制御装置３６が光送受信部３１，３２のレーザー光源３３を同時に駆動する。
光送受信部３１，３２のレーザー光源３３は、制御装置３６から駆動指令を受けると、レーザービームを発光する。レーザー光源３３から発光されたレーザービームは、光路２分岐部３４を経由して、光ファイバ１，２のファイバ端１ａ，２ａから光送受信光学系４に放射される。
光送受信光学系４は、光ファイバ１，２のファイバ端１ａ，２ａからレーザービームが放射されると、そのレーザービームを平行光にコリメートし、そのレーザービームを測定点４１，４２に向けて出射する。なお、光送受信光学系４から出射されるレーザービームの光送受信方向５，６は、上記実施の形態１と同様に、光素子マウント３によるファイバ端１ａ，２ａの配置により決定されるので、レーザービームが測定点４１，４２に集光するように、光素子マウント３がファイバ端１ａ，２ａを配置しているものとする。
また、光送受信光学系４は、高度に収差補正を行うので、光送受信光学系４を通過したレーザービームは精度の高い球面波になる。
測定点４１，４２に集光されたレーザービームは、測定点４１，４２に存在する塵により散乱され、一部のレーザービームが光送受信光学系４に戻ってくる。
光送受信光学系４は、一部のレーザービームが戻ってくると、光送受信方向５のレーザービームは光ファイバ１のファイバ端１ａに集光し、光送受信方向６のレーザービームは光ファイバ２のファイバ端２ａに集光する。
これにより、光送受信方向５のレーザービームは光ファイバ１のファイバ端１ａに入射され、光路２分岐部３４経由で光受信機３５に到達する。
また、光送受信方向６のレーザービームは光ファイバ２のファイバ端２ａに入射され、光路２分岐部３４経由で光受信機３５に到達する。
光送受信部３１，３２の光受信機３５は、光ファイバ１，２からレーザービームを受光すると、そのレーザービームを電気信号に変換して制御装置３６に出力する。
制御装置３６は、光送受信部３１，３２の光受信機３５から電気信号を受けると、その電気信号を監視して測定点４１，４２の風速を計測する。
以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、上記実施の形態１と同様に、複雑な機械要素を搭載することなく、２つの光送受信方向５，６を設定することができるので、重量の増加やコスト高を招くことなく、２方向の風速を計測することができる効果を奏する。
なお、この実施の形態３では、２方向の風速を計測するものについて示したが、上記実施の形態２と同様にして、光素子マウント３が３本以上の光ファイバのファイバ端を配置するようにすれば、３方向以上の風速を計測することができる。
また、この実施の形態３では、２方向の風速を同時に計測するものについて示したが、２方向の風速を必ずしも同時に計測する必要はなく、制御装置３６が光送受信部３１の光受信機３５又は光送受信部３２の光受信機３５のいずれかを適宜駆動するようにしてもよい。
実施の形態４．
第４図はこの発明の実施の形態４による光アンテナを示す構成図である。図において、第３図と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
直進レール５１の移動要素は光ファイバ１，２を固定し、直進レール５１のガイドは光素子マウント３に固定されている。移動平板５３はロッド５４にベアリングを介して保持され、直進アクチュエータ５２によって駆動されると、ロッド５４に沿う方向に移動する。
なお、直進レール５１、直進アクチュエータ５２、移動平板５３及びロッド５４からファイバ端１ａ，２ａの位置を可変する駆動機構が構成されている。
上記実施の形態３では、光送受信方向を任意に設定可能な光アンテナを示したが、測定距離Ｓを変更することはできない。
しかし、写真撮影において、被写体の距離に応じて焦点合わせを行うことを応用すれば、同じ光送受信光学系４で異なる距離の測定を行うこともできる。
この実施の形態４では、異なる距離の測定を行える光アンテナについて説明する。
まず、写真を撮影するときは、被写体にピントが合うようにレンズと写真乾板との間隔を調整する。その繰り出し量は被写体の距離がわかれば計算で求まる。
そこで、この実施の形態４では、測定距離Ｓとファイバ端１ａ，２ａの位置とが結像関係と一致するように制御する。
即ち、直進アクチュエータ５２を制御すれば、移動平板５３をロッド５４に沿う方向に移動させることができ、移動平板５３と直進レール５１の移動要素が接触することで、ファイバ端１ａ，２ａの位置が直進レール５１のガイドに沿う方向に移動する。
よって、直進アクチュエータ５２を適宜制御することにより、ファイバ端１ａ，２ａを所望の位置に変更することができる。
この実施の形態４によれば、光送受信方向を任意に設定することができるとともに、測定点までの距離を変更することができるので、測定点の自由度を高めることができる効果を奏する。
実施の形態５．
第５図はこの発明の実施の形態５による光アンテナを示す構成図である。図において、第３図と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
光ファイバ１Ａ，１Ｂのファイバ端は光素子マウント３の異なる位置に配置され、光ファイバ２Ａ，２Ｂのファイバ端は光素子マウント３の異なる位置に配置されている。光素子切替部６１は遠測定点４１ａ，４２ａの風速を測定する場合には、光ファイバ１，２をそれぞれ光ファイバ１Ａ，２Ａと接続し、近測定点４１ｂ，４２ｂの風速を測定する場合には、光ファイバ１，２をそれぞれ光ファイバ１Ｂ，２Ｂと接続する。なお、光素子切替部６１は選択手段を構成している。
上記実施の形態４では、駆動機構を用いて測定距離Ｓを変更するものについて示したが、駆動機構を搭載すると、重量の増大やコスト高を招くことがある。また、光送受信方向５，６は固定で、測定点までの距離のみを変化させるので、同時計測する２つの測定点の間隔が測定距離Ｓに比例して変化する。風速の測定では、この測定点の間隔の変化が測定誤差の原因となる可能性がある。
この実施の形態５では、駆動機構を用いずに測定距離Ｓを変更できるとともに、測定距離Ｓに関係なく２つの測定点の間隔を一定にしている光アンテナについて説明する。
光素子マウント３は、光送受信光学系４から放射されたレーザービームが遠測定点４１ａ，４２ａに集光するように光ファイバ１Ａ，２Ａのファイバ端を配置し、光送受信光学系４から放射されたレーザービームが近測定点４１ｂ，４２ｂに集光するように光ファイバ１Ｂ，２Ｂのファイバ端を配置している。
光素子切替部６１は、遠測定点４１ａ，４２ａの風速を測定する場合、光ファイバ１，２をそれぞれ光ファイバ１Ａ，２Ａと接続し、近測定点４１ｂ，４２ｂの風速を測定する場合、光ファイバ１，２をそれぞれ光ファイバ１Ｂ，２Ｂと接続する。
この実施の形態５によれば、光送受信方向を任意に設定することができるとともに、測定点までの距離を変更することができるので、測定点の自由度を高めることができる効果を奏する。
また、駆動機構を用いずに測定距離Ｓを変更できるので、駆動機構の位置決め時間に依存するタイムラグがなく、瞬時に測定距離を切り替えることができる効果を奏する。
さらに、駆動機構を搭載しないので、装置の軽量化と低コスト化を図ることができる効果を奏する。
実施の形態６．
第６図はこの発明の実施の形態６による光アンテナを示す構成図である。図において、第３図と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
光素子切替部６２は光素子マウント３に配置されている複数の光ファイバｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）の中から、測定対象物である移動目標４３の位置に対応する光ファイバｎを選択し、その光ファイバｎと光ファイバ１を接続する。なお、光素子切替部６２は選択手段を構成している。
上記実施の形態５では、測定点までの距離を変更する際に光素子切替部６１が光ファイバ１，２の接続先を切り替えるものについて示したが、移動目標４３が移動して、送受信光学系４が移動目標４３を見込む角度が随時変化するとき、光送受信方向５が移動目標４３を見込む角度と一致するように、光素子切替部６２が光ファイバ１の接続先を切り替えるようにしてもよい。
この実施の形態６によれば、駆動機構を搭載することなく、移動目標４３を随時捕捉することができるので、装置の軽量化と低コスト化を図ることができる効果を奏する。また、駆動機構の位置決め時間に依存するタイムラグがないので、移動目標４３が高速に移動する場合でも、移動目標４３の捕捉を継続することができる効果を奏する。
実施の形態７．
第７図はこの発明の実施の形態７による光アンテナを示す構成図である。図において、第６図と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
制御装置６４は移動目標４３の位置変化に応じて光素子切替部６２及び直進ステージ６３の少なくとも一方を制御して、送受信光学系４の位置又は角度を可変する。なお、制御装置６４及び直進ステージ６３は選択手段を構成している。
上記実施の形態６では、光送受信方向５が移動目標４３を見込む角度と一致するように、光素子切替部６２が光ファイバ１の接続先を切り替えるものについて示したが、光素子マウント３に実装できる光ファイバｎの密度（間隔）は物理的制限があり、光送受信方向５の角度が離散的になることは避けられない。したがって、移動目標４３が遠方になる程、測定できない時間が長くなり、移動目標４３をロストする可能性が高まる。
この実施の形態７では、移動目標４３が遠方に位置しても、測定できない時間を短くして、移動目標４３をロストする可能性を低減するようにしている。
具体的には次の通りである。
移動目標４３までの測定距離Ｓが短い場合、光送受信方向５の角度が離散的であることに伴う測定できない時間は短い。このときは、制御装置６４が光素子切替部６２を制御することにより、上記実施の形態６と同様にして、光ファイバ１の接続先を切り替えるようにする。
一方、移動目標４３までの測定距離Ｓが長い場合、光送受信方向５の角度が離散的であることに伴う測定できない時間が長くなり、移動目標４３を見失う可能性が高まる。このときは、制御装置６４が直進ステージ６３を制御して、光送受信光学系４を微小量移動させることにより（光ファイバｎの切替による光送受信方向５の角度のピッチよりも細かい角度に対する分だけ移動させる）、移動目標４３を追尾する。
そして、光送受信方向５が隣接する光ファイバｎ−１（またはｎ＋１）の光送受信方向との差分だけ移動すると、光素子切替部６２が光ファイバ１の接続先を隣接する光ファイバｎ−１（またはｎ＋１）に切り替えて、直進ステージ６３を元の位置に復帰させるようにする。
この実施の形態７によれば、移動目標４３が遠方に位置しても、測定できない時間を短くして、移動目標４３をロストする可能性を低減することができる効果を奏する。
なお、この実施の形態７の場合、駆動機構を必要とするが、直進ステージ６３の制御は、あくまでも光素子切替部６２による光送受信方向５の制御を補うものであるため、従来のものと比べて駆動制御を行う範囲は微小でよく、小型軽量や低コスト化に与える影響は少ない。
実施の形態８．
第８図はこの発明の実施の形態８による光アンテナを示す構成図である。図において、第６図と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
ステッピングモータ６７，６８は制御装置６９の指示の下、光送受信光学系４の移動目標４３側に設置されているウェッジプリズム６５，６６を回転駆動する。制御装置６９は移動目標４３の位置変化に応じてステッピングモータ６７，６８を制御する。なお、ステッピングモータ６７，６８及び制御装置６９は選択手段を構成している。
上記実施の形態７では、制御装置６４が直進ステージ６３を適宜制御することにより、光素子切替部６２による光送受信方向５の制御分解能の限界を補うものについて示したが、制御装置６９が移動目標４３の位置変化に応じてステッピングモータ６７，６８を制御することにより、ウェッジプリズム６５，６６によるレーザービームの屈折角度を調整して、光送受信方向５を微調整するようにしてもよく、上記実施の形態７と同様の効果を奏することができる。
なお、この実施の形態８の場合、駆動機構を必要とするが、ステッピングモータ６７，６８の制御は、あくまでも光素子切替部６２による光送受信方向５の制御を補うものであるため、従来のものと比べて駆動制御を行う範囲は微小でよく、小型軽量や低コスト化に与える影響は少ない。
実施の形態９．
第９図はこの発明の実施の形態９による光アンテナを示す構成図である。図において、第６図と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
筐体７０は光送受信光学系４と光素子マウント３を固定保持し、２軸ジンバル駆動機構７１は制御装置７２の指示の下、筐体７０の設置角度を変化させる。制御装置７２は移動目標４３の位置変化に応じて２軸ジンバル駆動機構７１を制御する。なお、２軸ジンバル駆動機構７１及び制御装置７２は選択手段を構成している。
上記実施の形態７では、制御装置６４が直進ステージ６３を適宜制御することにより、光素子切替部６２による光送受信方向５の制御分解能の限界を補うものについて示したが、制御装置７２が移動目標４３の位置変化に応じて２軸ジンバル駆動機構７１を制御することにより、筐体７０の設置角度を変化させて、光送受信方向５を微調整するようにしてもよく、上記実施の形態７と同様の効果を奏することができる。
なお、この実施の形態９の場合、駆動機構を必要とするが、２軸ジンバル駆動機構７１の制御は、あくまでも光素子切替部６２による光送受信方向５の制御を補うものであるため、従来のものと比べて駆動制御を行う範囲は微小でよく、小型軽量や低コスト化に与える影響は少ない。
実施の形態１０．
第１０図はこの発明の実施の形態１０による光アンテナの一部を示す構成図である。図において、第３図と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
単レンズ８１は正の屈折力を有する第１のレンズを構成し、単レンズ８２は負の屈折力を有する第２のレンズを構成し、単レンズ８３は正の屈折力を有する第３のレンズを構成し、単レンズ８４は正の屈折力を有する第４のレンズを構成する。
なお、８５は光送受信光学系４の像面、８６，８７は光送受信光学系４の焦点である。
上記実施の形態１〜９では、特に言及していないが、例えば、光アンテナをＬＩＤＡＲ装置に適用する場合、遠距離の測定点４１，４２を測定するには、大口径のレーザービームを送受信する必要がある。例えば、測定点４１，４２までの距離が数１００ｍの場合、φ１００ｍｍ程度のレーザービームを送受信できる送受信光学系４が必要となる。従って、市販の撮像光学系を必ずしも適用することができず、専用設計が必要となり、製造コストが高くなることがある。
また、上記実施の形態３〜５における送受信光学系４の例では、単に撮像光学系を拡大しただけであるため、送受信するレーザービームの口径に対して、レンズの口径が２倍近くもあり、重量やサイズが問題となる。
この実施の形態１０は、上記実施の形態１〜９に用いる送受信光学系４の小型・軽量化を図るものである。
第１０図の光送受信光学系４は、以下の条件下で計測を行うように構成している。
・測定距離Ｓ１０ｍ〜無限遠
・測定方向＜±１０°
・送受信ビーム直径１００ｍｍ
・ＮＡ０．１
一般に、レンズの設計においては、同じレンズ枚数であれば、拘束条件が少ない程、高度な収差補正が可能であり、結像性能が向上する。
一方、同じ結像性能であれば、拘束条件が少ない程、レンズ枚数を削減することが可能となる。
そこで、光送受信光学系４においては、写真レンズと比較し、以下の拘束条件を開放して設計している。
（ａ）写真レンズは、平面である写真乾板上に焦点を結ぶ必要があるが、送受信光学系４の像面８５は湾曲を許容する。
（ｂ）写真レンズは、広い波長で色収差を補正する必要があるが、送受信光学系４では、使用するレーザービームの波長でのみ収差補正を行う。
さらに、光送受信光学系４においては、小型軽量や製造容易性の向上のため、以下のような工夫を施している。
（ｃ）レンズ８１，８３，８４を製造容易な平凸形状とする。
（ｄ）レンズ８１の対物側からレンズ８４の像面側までの長さＬ１が長くなると、光線束の光軸からのずれ量が大きくなり、結果としてレンズ直径が大きくなるので、光送受信光学系４では、全長Ｌ１を焦点距離の１／３以下にして、レンズ８１〜８４の有効径をレーザービームの直径の１．３５倍以下に抑える。
この実施の形態１０によれば、４枚のレンズで光送受信光学系４を構成し、口径がレーザービーム径の１．３５倍以下に抑えているので、小型軽量で、かつ、低コストを実現することができる。
また、４枚のレンズのうち、３枚を平凸形状としているので、生産が容易になり、低コストを実現することができる。

以上のように、この発明に係る光アンテナは、空間に向けてレーザービームを送受信するに際して、低コスト化や小型軽量化等を図る必要があるＬＩＤＡＲ装置や光通信装置などに搭載するものに適している。

Claims

空間に向けて送信する光信号を放射、または、空間から到来する光信号を受光する複数の光送受信手段を互いに異なる位置に配置する配置手段と、上記光送受信手段から光信号が放射されると、その光信号を球面波に屈折して空間に送信し、空間から光信号が到来すると、その光信号を上記光送受信手段に集光する光学系とを備えた光アンテナ。
空間に向けて送信する光信号を放射、または、空間から到来する光信号を受光する複数の光送受信手段と、上記複数の光送受信手段を互いに異なる位置に配置する配置手段と、上記光送受信手段から光信号が放射されると、その光信号を球面波に屈折して空間に送信し、空間から光信号が到来すると、その光信号を上記光送受信手段に集光する光学系とを備えた光アンテナ。
複数の光送受信手段を同時に駆動させる制御手段を設けたことを特徴とする請求の範囲第２項記載の光アンテナ。
複数の光送受信手段のうち、任意の光送受信手段を駆動させる制御手段を設けたことを特徴とする請求の範囲第２項記載の光アンテナ。
配置手段により配置されている光送受信手段の位置を可変する駆動機構を設けたことを特徴とする請求の範囲第２項記載の光アンテナ。
配置手段が配置している複数の光ファイバの中から任意の光ファイバを選択し、その光ファイバを光送受信手段に接続する選択手段を設けたことを特徴とする請求の範囲第２項記載の光アンテナ。
選択手段は、測定対象物の位置に対応する光ファイバを選択することを特徴とする請求の範囲第６項記載の光アンテナ。
選択手段は、測定対象物の位置変化に応じて光学系の位置又は角度を可変することを特徴とする請求の範囲第７項記載の光アンテナ。
選択手段は、光学系の測定対象物側にウェッジプリズムが設置されている場合、その測定対象物の位置変化に応じて当該ウェッジプリズムを回転させることを特徴とする請求の範囲第７項記載の光アンテナ。
選択手段は、測定対象物の位置変化に応じて光学系及び配置手段をジンバル駆動することを特徴とする請求の範囲第７項記載の光アンテナ。
正の屈折力を有する第１のレンズと、負の屈折力を有する第２のレンズと、正の屈折力を有する第３のレンズと、正の屈折力を有する第４のレンズとから光学系を構成し、測定対象物側から順番に上記第１のレンズ、上記第２のレンズ、上記第３のレンズ及び上記第４のレンズを配置することを特徴とする請求の範囲第１項記載の光アンテナ。