JP3339016B2

JP3339016B2 - 送受信一体型光通信装置

Info

Publication number: JP3339016B2
Application number: JP08144699A
Authority: JP
Inventors: 達夫後藤; 抱夢高山; 洋一小島; 正和山縣; 俊一郎若宮
Original assignee: ペンタックスプレシジョン株式会社
Priority date: 1998-07-21
Filing date: 1999-03-25
Publication date: 2002-10-28
Anticipated expiration: 2019-03-25
Also published as: JP2000101516A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、光通信装置に関し、特に送受信
を同一の光学系で行う送受信一体型光通信装置に関す
る。

【０００２】

【従来技術及びその問題点】図４は、本発明の対象とす
る送受信一体型の光通信装置の一例を示している。この
光通信装置は、望遠鏡光学系１０、光束偏向手段２０、
及び送受信部３０を備えている。望遠鏡光学系１０は、
送信光の投光と、受信光の受信に共通に使用されるもの
で、図示例では反射望遠鏡からなっている。光束偏向手
段２０は、望遠鏡光学系１０と送受信部３０との間に位
置し、望遠鏡光学系１０から送受信部３０に至る受信光
と、送受信部３０から望遠鏡光学系１０に至る送信光の
方向を調節する。

【０００３】送受信部３０は、変調器３１により送信情
報に応じて変調される、Ｓ偏光反射条件で設置された半
導体レーザ光源３２と、この半導体レーザ光源３２から
の直線偏光光束が入射するＳ偏光反射Ｐ偏光透過の偏光
ビームスプリッタ３３とを有し、偏光ビームスプリッタ
３３で反射したＳ偏光の直線偏光は、λ／４板３４を介
して光束偏向手段２０に入射する。送受信部３０には、
別の光送信機（対向機）からの信号光を受光するため
に、偏光ビームスプリッタ３３の透過光路上に、ビーム
スプリッタ３５が設けられ、このビームスプリッタ３５
での分割光路上に、信号用の受光素子３６と、位置検出
素子３７とがそれぞれ設けられている。すなわち、対向
機からの受信光は、λ／４板３４を透過してＰ偏光の直
線偏光となり、偏光ビームスプリッタ３３を透過してビ
ームスプリッタ３５に至り、受光素子３６と位置検出素
子３７の双方に入射する。受光素子３６で受信された受
信光は、信号処理回路３８によって情報として取り出さ
れる。

【０００４】以上の送受信一体型光通信装置は、通常、
同一構成の装置を半導体レーザ光源３２からのレーザ光
束の到達範囲に対向させて設置し、お互いに変調器３１
による変調信号を受光素子３６で受光して利用する。

【０００５】光束偏向手段２０は、一対の光通信装置か
らの送受信光の平行性を維持するものであり、例えば、
直交二方向に駆動される偏向ミラーから構成される。こ
の偏向ミラーの回動部には、コイルと磁石からなる電磁
駆動装置が備えられ、この電磁駆動装置が、位置検出素
子３７の出力によって駆動される。すなわち、位置検出
素子３７は、送受信部３０に入力する受信光の受信位置
（変化）を検出し、その出力を制御回路２１及びＸＹ駆
動系２２を介してフィードバックして偏向ミラー２０を
ＸＹの二次元方向に駆動し、受信光を常時送受信部３０
の正しい位置に入射させ、送信機の射出光と受信機の受
信光との平行性を維持する。

【０００６】この送受信一体型光通信装置は、その設置
調整時には、対をなす対向機を所定距離、例えば１ｋｍ
離して設置し、実際に一方から送信して他方で受信しな
がら、その方向を調節する調節が不可欠である。この調
整作業時には、送信光の径の調整もさることながら、送
信光のエッジ（周縁）がある程度明瞭であることが望ま
しい。

【０００７】

【発明の目的】本発明は、特に、送信光のエッジを明瞭
にできる送受信一体型光通信装置を得ることを目的とす
る。

【０００８】

【発明の概要】本発明の送受信一体型光通信装置は、送
信情報に応じて変調される半導体レーザ光源を含む送信
部と、変調レーザ光を受光する受光素子と位置検出素子
を含む受信部と、送信部からの送信光と受信部への受信
光を分離する偏光分離手段とを有する送受信部；送信光
を投光し、受信光を受光する送受信系に共通の望遠鏡光
学系；及びこの望遠鏡光学系と送受信部の間に位置し、
位置検出素子の出力に応じて駆動される光束偏向手段；
を有する送受信一体型光通信装置において、半導体レー
ザ光源からの出射光束を平行光束として送受信部の偏光
分離手段に与えるコリメータレンズを設け、このコリメ
ータレンズの表面近傍に、該コリメータレンズの開口数
を、半導体レーザ光源の公称最小開口数の８０〜９０％
にするマスクを付したことを特徴としている。

【０００９】このようなマスクを付せば、レーザ光源か
ら出射されるレーザ光束の周縁エッジ部が明瞭になり
（つまり、光束の存在する部分と存在しない部分が明瞭
となり）、調整作業が容易になる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１ないし図３は、本発明による
送受信一体型光通信装置の第一の実施形態を示すもの
で、図４の従来装置と同一の構成要素には同一の符号を
付している。この実施形態は、結像性能を犠牲にせず、
偏向光学系及び偏向光学系以降の光学系を小型化するた
めに、望遠鏡光学系を第一、第二のアフォーカル光学系
に分割し、かつ、送信光を断面円形としてその強度分布
を略一様とし、そのビーム径を調節できるようにした実
施形態に本発明を適用したものである。

【００１１】望遠鏡光学系１０は、物体側（投光側）か
ら順に、正レンズ群１０Ａと負レンズ群１０Ｂとからな
る第一アフォーカル光学系からなっている。アフォーカ
ル光学系は、一組の物点と像点が無限遠にあり、入射光
が略平行であるとき出射光も略平行となるような光学系
であり、物体側から、光束偏向手段としての偏向ミラー
２０側に光束径を縮径する。この縮径比（倍率）は、例
えば１：４（４倍）程度とすることができる。

【００１２】偏向ミラー２０と送受信部３０との間に
は、第二アフォーカル光学系４０が配設されている。第
二アフォーカル光学系４０は、偏向ミラー２０側から送
受信部３０側に順に、正レンズ群４０Ａと負レンズ群４
０Ｂとを有する。このアフォーカル光学系も、一組の物
点と像点が無限遠にあり、入射光が略平行であるとき出
射光も略平行となるような光学系であり、偏向ミラー２
０側から送受信部３０側に光束径を縮径する。この縮径
比（倍率）は、例えば１：２（２倍）程度とすることが
できる。そして、この第二アフォーカル光学系４０の正
レンズ群４０Ａと負レンズ群４０Ｂは、その一方、図示
例では負レンズ群４０Ｂが、矢印Ａで示すように、光軸
方向に位置調節可能であり、位置を調節すると、第二ア
フォーカル光学系４０からの出射光束径（発散角）、従
って望遠鏡光学系１０からの出射光束径（発散角）が変
化する。光束径が変化すると、アフォーカル性が若干損
なわれるが、出射光は、略平行光束と見ることができ
る。負レンズ群４０Ｂを移動調節する手段（機構）は、
各種のレンズ移動機構を転用することができる。また、
第二アフォーカル光学系４０の倍率は、第一アフォーカ
ル光学系の倍率より小さく設定されており、倍率が小さ
い側の第二アフォーカル光学系で光束径（発散角）を調
節することにより、より高精度な調節ができる。また、
可動重量も小さいから、機械的構成が容易になる。

【００１３】望遠鏡光学系１０と第二アフォーカル光学
系４０との間の光束は、略平行光束であり、この平行光
束が偏向ミラー２０に入射する。偏向ミラー２０は、Ｘ
Ｙ駆動系２２によって直交二方向に駆動されるもので、
駆動されると、この平行光束が偏向され、送信光の投光
方向又は（及び）受信光の送受信部３０への入射方向が
調整される。平行光束部分に偏向ミラー２０を配置する
と、光束を偏向しても送受信部３０でのピントずれが生
じないという利点がある。

【００１４】送受信部３０中の半導体レーザ光源３２と
偏光ビームスプリッタ３３の間には、コリメータレンズ
５１と、ビーム整形光学系としてのアナモ（アナモフィ
ック）光学系５０とが順に配置されている。コリメータ
レンズ５１は、半導体レーザ光源３２からのレーザ光束
を平行光束として、アナモ光学系５０に与えるものであ
り、アナモ光学系５０は、第一プリズム５０Ａと第二プ
リズム５０Ｂとからなっている。このアナモ光学系５０
は、Ｓ偏光反射条件で設置されている半導体レーザ光源
３２から出射される線状光束を平行光束状態下で円形光
束に整形するものである。すなわち、周知のように、レ
ーザダイオードからなる半導体レーザ光源３２からの出
射光束は、円形強度分布光束ではなく線状あるいは楕円
状の強度分布を有する。図２はその模式図であり、θ平
行方向（短軸方向）長θＨは、θ垂直方向（長軸方向）
長θＶより短い。アナモ光学系５０は、この光束のθ平
行方向長θＨを第一プリズム５０Ａと第二プリズム５０
Ｂを介して拡大してθ垂直方向長θＶと略等しくするこ
とにより、破線で示すように強度分布を円形に整形して
いる。なお、θ平行方向が直線偏光の振動方向である。

【００１５】図３は、レーザ光源（レーザダイオード）
３２と、コリメータレンズ５１、及びこのコリメータレ
ンズ５１に付すマスク５８の関係を示している。半導体
レーザ光源３２は、発光部３２ａと、マスク３２ｂを備
えている。この半導体レーザ光源３２は、取付基準面３
２ｃから発光部３２ａ迄の距離Ａ、発光部３２ａ光軸と
直交する方向のずれ量Ｃに、製造上のばらつきが避けら
れず、発散角（開口数）が角度Ｂのように変化してしま
う。このためマスク３２ｂによってその発散角を制限
し、開口数（ＮＡ）を一定にしている。この開口数は、
θ垂直方向とθ平行方向で異なるから、大きい方（θ垂
直方向）の開口数を公称最小開口数とする。

【００１６】コリメータレンズ５１自体は、この半導体
レーザ光源３２の最大開口数をカバーするに十分な開口
数を有している。これに対し、マスク５８は、コリメー
タレンズ５１の開口数を、半導体レーザ光源３２の公称
最小開口数より小さくする作用を有する。つまり、コリ
メータレンズ５１の有効範囲を狭める。具体的には、マ
スク５８は、コリメータレンズ５１の開口数を半導体レ
ーザ光源３２の開口数の８０〜９０％程度にするもの、
別言すると、半導体レーザ光源３２の出射光束の周縁を
カットして出射光量を８０〜９０％に制限するものを用
いるのがよい。具体的な数値で説明すると、半導体レー
ザ光源３２の公称最小開口数が例えば０．４であると
き、マスク５８は、コリメータレンズ５１の開口数を
０．３４にするものを用いることができる。

【００１７】半導体レーザ光源３２は、矢印Ｂで示すよ
うに、コリメータレンズ５１に対して光軸方向に位置調
節可能である。半導体レーザ光源３２のコリメータレン
ズ５１に対する位置を調節することにより、半導体レー
ザ光源３２のθ垂直方向長θＶとθ平行方向長θＨの比
率のばらつきを調節し、円形光束を得ることができる。
すなわち、アナモ光学系５０の倍率は一定であるのに対
し、半導体レーザ光源３２のθ垂直方向長θＶとθ平行
方向長θＨ（の比）にはばらつきがある。このばらつき
は、組立時に半導体レーザ光源３２の光軸方向位置を調
節することにより除去して円形光束を得ることができ
る。半導体レーザ光源３２を移動調節する手段（機構）
は、各種のレンズ移動機構等を転用することができる。

【００１８】また、偏光ビームスプリッタ３３は、入射
光の角度によって透過率（反射率）が異なる角度依存性
を有することが知られており、平行光束を入射させるこ
とにより、このような角度依存性の問題を回避すること
ができる。従って、偏光ビームスプリッタ３３で反射し
て第二アフォーカル光学系４０に至り、偏向ミラー２
０、望遠鏡光学系１０を介して投光されるＳ偏光の送信
直線偏光光束も平行光束である。なお、λ／４板３４
は、対向機間の偏光面を９０゜回転させるためのもので
ある。

【００１９】また、受信光に着目すると、望遠鏡光学系
１０、偏向ミラー２０、第二アフォーカル光学系４０を
介して送受信部３０の偏光ビームスプリッタ３３及びビ
ームスプリッタ３５を通過する受信光束も平行光束であ
り、同様に、偏光ビームスプリッタ３３の透過率（反射
率）の角度依存性の問題を回避できる。ビームスプリッ
タ３５から受光素子３６に至る分割光路には、受信平行
光束を受光素子３６に結像させる集光レンズ５２とバン
ドパスフィルタ５４が配置され、ビームスプリッタ３５
から位置検出素子３７に至る分割光路には、受信平行光
束を位置検出素子３７に結像させる集光レンズ５３とバ
ンドパスフィルタ５５が配置されている。

【００２０】上記構成の本送受信一体型光通信装置は、
設置時には、同一構成の装置を半導体レーザ光源３２か
らのレーザ光束の到達範囲に対向させて設置し、送信光
の方向を調節する。この際、半導体レーザ光源３２から
出射されるレーザ光束は、マスク５８によって、半導体
レーザ光源３２の開口数より小さい開口数とされている
コリメータレンズ５１を介して出射され、アナモ光学系
５０で円形光束となる。このため、偏光ビームスプリッ
タ３３で反射し、第二アフォーカル光学系４０で光束径
を拡大し、光束偏向手段２０で偏向され、望遠鏡光学系
１０を介して対向機に届くレーザ光束の周縁エッジは、
明瞭であり、調整作業が容易になる。

【００２１】使用状態では、対向機間で、お互いに変調
器３１による変調信号を受光素子３６で受光して利用す
る。このとき、本実施形態の装置は、半導体レーザ光源
３２からの光束がアナモ光学系５０によって円形に整形
されて捕捉エリアが広がっているため、相手側（対向
機）の望遠鏡光学系１０による受信が容易になる。ま
た、第二アフォーカル光学系４０の負レンズ群４０Ｂの
位置を調節することにより、望遠鏡光学系１０から出射
される光束径を調節することができる。このため、一対
の装置の設置距離に応じて、送信光の相手側の望遠鏡光
学系１０の位置における直径が、望遠鏡光学系１０の受
信径より若干大きくなるように送信ビーム径を調節する
ことにより、常に良好な光通信を行うことができる。ま
た、アフォーカル光学系を、光束偏向手段の前後に位置
する第一、第二のアフォーカル系に分割しているため、
結像性能を犠牲にすることなく、偏向光学系２０及び偏
向光学系以降の偏光分離光学系３０を小型化できる。

【００２２】以上の実施形態では、半導体レーザ光源３
２と偏光ビームスプリッタ３３との間に、光束の断面形
状を略円形とするアナモ光学系５０を挿入したが、本発
明は、アナモ光学系を挿入しない場合にも適用できる。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、送受信一体型光通信装
置において、送信光の周縁エッジ部を明瞭とし、対向機
の設置作業時の作業性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）本発明を適用する送受信一体型光通信装
置の第一の実施形態を示す系統図である。（Ｂ）（Ａ）
のＣ−Ｃ矢視図である。

【図２】半導体レーザ光源の光軸垂直断面における形状
とビーム整形の様子を示す模式図である。

【図３】本発明によるコリメータレンズのマスクと、レ
ーザ光源の開口数との関係を示す断面図である。

【図４】従来の送受信一体型光通信装置の一例を示す系
統図である。

【符号の説明】

１０望遠鏡光学系（第一アフォーカル光学系）２０２０Ｘ２０Ｙ光束偏向手段（偏向ミラー）３０送受信部３１変調器３２半導体レーザ光源３２ａ発光部３２ｂマスク３２ｃ取付基準面３３偏光ビームスプリッタ３５ビームスプリッタ３６受光素子３７位置検出素子３８信号処理回路４０第二アフォーカル光学系５０アナモ光学系（ビーム整形光学系）５１コリメータレンズ５８マスク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山縣正和東京都練馬区東大泉二丁目５番２号旭精密株式会社内 (72)発明者若宮俊一郎東京都練馬区東大泉二丁目５番２号旭精密株式会社内 (56)参考文献特開平６−125310（ＪＰ，Ａ) 特開平４−351280（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04B 10/00 - 10/28 H04J 14/00 - 14/08 G02B 13/00 G02B 17/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】送信情報に応じて変調される半導体レー
ザ光源を含む送信部と、変調レーザ光を受光する受光素
子と位置検出素子を含む受信部と、上記送信部からの送
信光と上記受信部への受信光を分離する偏光分離手段と
を有する送受信部；送信光を投光し、受信光を受光する送受信系に共通の望
遠光学系；及びこの望遠光学系と送受信部の間に位置
し、上記位置検出素子の出力に応じて駆動される光束偏
向手段；を有する送受信一体型光通信装置において、上記半導体レーザ光源からの出射光束を平行光束として
上記送受信部の偏光分離手段に与えるコリメータレンズ
を設け、このコリメータレンズの表面近傍に、該コリメータレン
ズの開口数を、上記半導体レーザ光源の公称最小開口数
の８０〜９０％にするマスクを付したことを特徴とする
送受信一体型光通信装置。