專(zhuān)利名稱(chēng)：空間光傳輸裝置與空間光傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及于空間中發(fā)射光來(lái)傳輸信息的空間光傳輸裝置和空間光傳輸方法。
背景技術(shù)：
于自由空間中發(fā)射光來(lái)傳輸信息的技術(shù)已由IrDA(Infrared DataAssociation)等實(shí)現(xiàn)了實(shí)用化。特別是使光以廣角發(fā)射出的擴(kuò)散型，由于不要求光軸一致，能簡(jiǎn)便地設(shè)定發(fā)射/接收機(jī)。
在由這種擴(kuò)散型的發(fā)射機(jī)通過(guò)光進(jìn)行信息的空間傳輸時(shí)，即使是極近的距離(1m以?xún)?nèi))，也需有很大的光輸出，當(dāng)通信距離達(dá)到約10m時(shí)，就要有500mW以上的光輸出。
此外，當(dāng)信息傳輸速度加快時(shí)成為寬帶寬而使用高頻率，為了探測(cè)高頻調(diào)制的光，必須使光接收元件的受光面積小來(lái)減小元件的電容。例如在1GHz的帶寬下來(lái)傳輸信息時(shí)，當(dāng)把光電二極管用作光探測(cè)器時(shí)，需使受光面積在0.1mm2以下。于是在寬帶寬的光傳輸之中，由于受光面積小，就需有較大的光輸出。
另一方面，對(duì)于使光聚焦來(lái)沿直線進(jìn)行光的發(fā)射/接收的光束型，它與擴(kuò)散型的相比，只需較小的光輸出，但光軸的調(diào)整則很難。特別是當(dāng)發(fā)射機(jī)與接收機(jī)的位置移動(dòng)時(shí)，要有光束的跟蹤裝置。作為跟蹤裝置例如有日本特開(kāi)平8-181654號(hào)公報(bào)中所示的，即采用透鏡和電荷耦合器件(CCD)來(lái)求得圖像信息，探測(cè)應(yīng)照射光束的目標(biāo)來(lái)調(diào)整光軸。
但是，這種電荷耦合器件不僅消耗很大的電力，而且使發(fā)射機(jī)同電荷耦合器件這樣復(fù)雜的器件相組合缺乏實(shí)用性，此外，在分析圖像信息和探測(cè)目標(biāo)時(shí)，為了控制光束的方向，還需要有復(fù)雜的算法。
為了解決上述的既存問(wèn)題，本發(fā)明提供了能通過(guò)簡(jiǎn)單的控制來(lái)追蹤光束的光束型空間光傳輸裝置和空間光傳輸方法。
發(fā)明概述(1)本發(fā)明的空間光傳輸裝置包括發(fā)射機(jī)，它具有使光以廣角發(fā)射的擴(kuò)散型的多個(gè)追蹤光發(fā)射部、使光以狹角發(fā)射的光束型的數(shù)據(jù)光發(fā)射部、誤差信息光接收部、光軸控制部；接收機(jī)，它具有追蹤光接收部、數(shù)據(jù)光接收部、誤差信息生成部、擴(kuò)散型誤差信息光發(fā)射部；上述追蹤光發(fā)射部將光發(fā)射向包含與其有固定相對(duì)位置關(guān)系的多個(gè)坐標(biāo)軸的坐標(biāo)平面，在各坐標(biāo)軸上至少有兩條來(lái)自此追蹤光發(fā)射部的上述光的光軸位于沿直線相錯(cuò)開(kāi)的位置，而各光束沿著其中的一個(gè)坐標(biāo)軸，在與相鄰的光束部分重迭的同時(shí)形成光強(qiáng)分布；上述追蹤光接收部位于前述坐標(biāo)平面上，接收所述追蹤光發(fā)射部的各束光并探測(cè)各束光強(qiáng)；上述誤差信息生成部，根據(jù)前面探測(cè)出的各束光強(qiáng)，算出所述追蹤光接收部和所述坐標(biāo)平面中基準(zhǔn)點(diǎn)的誤差，上述誤差信息光發(fā)射部將所述誤差信息傳送給前述誤差信息光接收部，上述光軸控制部根據(jù)所述誤差信息，為使前述追蹤光接收部位于所述坐標(biāo)平面中的基準(zhǔn)點(diǎn)，在控制此追蹤光發(fā)射部的光軸的同時(shí)，控制所述數(shù)據(jù)光發(fā)射部的光軸。
根據(jù)本發(fā)明，從發(fā)射機(jī)的追蹤光發(fā)射部將光發(fā)射給接收機(jī)的追蹤光接收部。由于這種光是擴(kuò)散型的，即使光軸多少有些偏離，在追蹤光接收部中也能接收到光。
在本發(fā)明中設(shè)定有含多個(gè)坐標(biāo)軸的坐標(biāo)平面。此坐標(biāo)平面與跟蹤光發(fā)射部具有固定的位置關(guān)系，在各坐標(biāo)軸上有多束光光軸相互錯(cuò)開(kāi)而相鄰的光束有部分重迭。此外，來(lái)自追蹤光發(fā)射部的光則沿坐標(biāo)軸形成光強(qiáng)分布。這樣，通過(guò)比較沿坐標(biāo)軸部分重迭的多束光的強(qiáng)度，就能探測(cè)出追蹤光接收部在坐標(biāo)平面上的位置。
誤差信息生成部根據(jù)顯示追蹤光接收部位置的光強(qiáng)，算出預(yù)定基準(zhǔn)點(diǎn)與追蹤光接收部的位置誤差。接收機(jī)的誤差信息光發(fā)射部則將此誤差信息傳送給發(fā)射機(jī)的誤差信息光接收部。
此發(fā)射機(jī)即根據(jù)誤差信息控制追蹤光發(fā)射部的光軸，同時(shí)控制數(shù)據(jù)光發(fā)射部的光軸。
通過(guò)以上控制，就能使光束型的數(shù)據(jù)光發(fā)射部的光軸同數(shù)據(jù)光接收部相對(duì)應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明，追蹤光接收部由于只需探測(cè)出光強(qiáng)而不需很大的電力，且用來(lái)算出誤差信息的算法也不復(fù)雜。這樣，進(jìn)行簡(jiǎn)單的控制就能追蹤來(lái)自光束型的數(shù)據(jù)光發(fā)射部的聚焦的光。
(2)在上述空間光傳輸裝置中，各個(gè)追蹤光發(fā)射部的上述光束可以具有隨著偏離所述光軸程度的加大而使強(qiáng)度減弱的分布。
(3)在上述空間光傳輸裝置中，所述追蹤光發(fā)射部的前述光束最好逐一地順次發(fā)射。這樣就可以對(duì)各個(gè)光束探測(cè)出其光強(qiáng)。
(4)特別是，最好對(duì)以逐一發(fā)射的各光束為基礎(chǔ)的信號(hào)順次作采樣保持，而在對(duì)應(yīng)于所有光束的信號(hào)進(jìn)行了采樣保持之后，生成前述誤差信息。
(5)在上述空間光傳輸裝置中，所述誤差信息生成部基于前述探測(cè)出的各束光強(qiáng)而生成對(duì)應(yīng)于每個(gè)追蹤光發(fā)射部的強(qiáng)度信號(hào)，對(duì)光軸位于同一上述坐標(biāo)軸上的各光束算出前述強(qiáng)度信號(hào)差，以對(duì)各坐標(biāo)軸生成坐標(biāo)誤差信息，所述誤差信息則最好由全部的前述坐標(biāo)誤差信息組成，由此就可計(jì)算出追蹤光接收部的位置與基準(zhǔn)點(diǎn)的誤差。
(6)在上述空間光傳輸裝置中具有至少一個(gè)讓來(lái)自前述追蹤光發(fā)射部和前述數(shù)據(jù)光發(fā)射部的光通過(guò)的透鏡，而前述光軸控制部可驅(qū)動(dòng)所述透鏡得以控制該追蹤光發(fā)射部和數(shù)據(jù)光發(fā)射部的光軸，由此就可通過(guò)透鏡來(lái)控制光軸的方位。
(7)在上述(5)所記述的空間光傳輸裝置中，所述光軸控制部也可以使透鏡作平移。此透鏡即使只是平移，也能改變光軸的方位。
(8)為使透鏡平移，所述光軸控制部最好包含有電磁致動(dòng)器。
(9)在上述(1)～(5)任一項(xiàng)所記述的空間光傳輸裝置中，所述光軸控制部也可包含有能反射前述追蹤光發(fā)射部和數(shù)據(jù)光發(fā)射部的光，改變?cè)摴獾墓廨S方位的電流計(jì)鏡。由此，可通過(guò)改變光的反射角度來(lái)改變光的光軸方位。
(10)在上述空間光傳輸裝置中，所述追蹤光發(fā)射部和數(shù)據(jù)光發(fā)射部的至少一方可以由面發(fā)光激光器的光出射部構(gòu)成。面發(fā)光激光器容易形成多個(gè)光出射部，由于能使光的方位一致，適用于本發(fā)明。
(11)在上述(10)所記述的空間光傳輸裝置中，所述面發(fā)光激光器具有多個(gè)前述的光出射部，而這些光出射部之一成為前述的數(shù)據(jù)光發(fā)射部，其余的則成為前述的追蹤光發(fā)射部。這樣，在面發(fā)光激光器中就形成了數(shù)據(jù)光發(fā)射部和追蹤光發(fā)射部?jī)烧?。而且，一個(gè)光出射部形成為對(duì)應(yīng)于射束形的數(shù)據(jù)光發(fā)射部使光以狹角出射，而其余的光出射部則形成為對(duì)應(yīng)于擴(kuò)散形追蹤光發(fā)射部使光擴(kuò)散。
(12)本發(fā)明的空間光傳輸方法，由發(fā)射機(jī)用以廣角出射光的光擴(kuò)散型來(lái)發(fā)射多個(gè)追蹤光；將上述跟蹤光發(fā)射向包含與其有固定相對(duì)位置關(guān)系的各個(gè)坐標(biāo)軸的坐標(biāo)平面上，由接收機(jī)的光接收部來(lái)接收此追蹤光，探測(cè)上述光接收部和預(yù)定的基準(zhǔn)點(diǎn)的誤差而生成誤差信息；將此誤差信息從所述光接收機(jī)輸送給所述發(fā)射機(jī)；在根據(jù)此誤差信息于所述發(fā)射機(jī)中控制前述追蹤光的所述光軸的同時(shí)，控制使光以狹角出射的束狀數(shù)據(jù)光的光軸；而在各坐標(biāo)軸上，至少有兩束前述追蹤光的所述光軸位于沿直線相錯(cuò)開(kāi)的位置，各個(gè)跟蹤光束沿著其中的一個(gè)坐標(biāo)軸，在與相鄰的光束作部分重迭的同時(shí)形成光強(qiáng)分布，通過(guò)計(jì)算出前述坐標(biāo)平面中所述光接收部和所述基準(zhǔn)點(diǎn)的誤差，生成上述誤差信息，根據(jù)這一誤差信息，在控制此跟蹤光的光軸的同時(shí)，控制前述數(shù)據(jù)光的光軸，以使所述光接收部位于前述基準(zhǔn)點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明，這多個(gè)擴(kuò)散型的追蹤光在接收機(jī)中由光接收部所接收。這些追蹤光沿著坐標(biāo)軸部分地重迭，同時(shí)形成光強(qiáng)分布。從而通過(guò)比較部分重迭的各光束的強(qiáng)度，就可探測(cè)出接收機(jī)中接收追蹤光的光接收部的位置。于是，通過(guò)計(jì)算出此光接收部和預(yù)定的基準(zhǔn)點(diǎn)的誤差，就能求得誤差信息。
這樣，根據(jù)此誤差信息，在控制了追蹤光的光軸后，由于坐標(biāo)平面和追蹤光的位置關(guān)系固定，相對(duì)地，在接收機(jī)中接收追蹤光的光接收部的位置則是移動(dòng)的。所以，當(dāng)使此光接收部與基準(zhǔn)點(diǎn)一致時(shí)，加上這一條件就可控制束狀的數(shù)據(jù)光的光軸。
(13)在上述的空間光傳輸方法中，各追蹤光可以具有隨著其偏離前述光軸的程度加大而強(qiáng)度減弱的分布。
(14)在上述的空間光傳輸方法中，所述的追蹤光束最好是逐一地順次發(fā)射。由此可以對(duì)各個(gè)光束探測(cè)其強(qiáng)度。
(15)在上述(12)～(14)任一項(xiàng)中所記述的空間光傳輸方法中，根據(jù)上述探測(cè)出的各追蹤光束的強(qiáng)度，對(duì)應(yīng)于此各追蹤光束生成強(qiáng)度信號(hào)，對(duì)光軸位于同一前述坐標(biāo)軸上的所述每個(gè)追蹤光束計(jì)算出前述的強(qiáng)度信號(hào)差，而為各個(gè)坐標(biāo)軸生成坐標(biāo)誤差信息，而前述誤差信息最好由全部的前述坐標(biāo)誤差信息組成。
由此，可以計(jì)算出接收追蹤光的光接收部與基準(zhǔn)點(diǎn)的誤差。
(16)在上述(15)所記述的空間光傳輸方法中，最好是使各追蹤光的強(qiáng)度以模擬信號(hào)探測(cè)出來(lái)，使此模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)化來(lái)計(jì)算出所述誤差信息，而在發(fā)射機(jī)中則使前述誤差信息模擬信號(hào)化，來(lái)控制所述追蹤光與所述數(shù)據(jù)光兩者的光軸。
附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明圖1概示第一實(shí)施形式的空間光傳輸裝置的結(jié)構(gòu)；圖2示明面發(fā)光激光器和光軸控制部；圖3是追蹤光的說(shuō)明圖；圖4A～4D說(shuō)明第一實(shí)施形式的作用；圖5示明接收機(jī)中從接收追蹤光到發(fā)射出誤差信息光的電路；圖6示明發(fā)射機(jī)中從接收誤差信息光到進(jìn)行光軸調(diào)整的電路；圖7示明第二實(shí)施形式的光軸控制部；圖8示明第三實(shí)施形式的光軸控制部；圖9示明第四實(shí)施形式的光軸控制部。
用于實(shí)施本發(fā)明的最佳形式下面參照


本發(fā)明的最佳實(shí)施形式。
第一實(shí)施形式圖1概示第一實(shí)施形式的空間光傳輸裝置的結(jié)構(gòu)。這一空間光傳輸裝置包括發(fā)射機(jī)10和接收機(jī)20。
發(fā)射機(jī)10具有面發(fā)光激光器12與14、誤差信息光接收部16以及光軸控制部18。圖2中示明了面發(fā)光激光器12、14以及光軸控制部。
面發(fā)光激光器12具有多個(gè)(4個(gè))光出射部12a，各個(gè)光出射部12a成為追蹤光發(fā)射部。從光出射部12a發(fā)射出追蹤光X1、X2、Y1、Y2(參看圖3)，它們?cè)谕高^(guò)透鏡11時(shí)以較大的擴(kuò)散角發(fā)射。這樣的擴(kuò)散角，它的半擴(kuò)散角應(yīng)大于5°而更好是在10°以上。
圖3是有關(guān)追蹤光的說(shuō)明圖。圖中設(shè)定包含正交X軸與Y軸的坐標(biāo)平面P。坐標(biāo)平面P是追蹤光X1、X2、Y1、Y2的投影平面，X軸與Y軸固定了追蹤光X1、X2、Y1、Y2的位置關(guān)系。在坐標(biāo)平面P上，追蹤光X1、X2的光軸A1、A2在X軸上處于相錯(cuò)開(kāi)的位置，而追蹤光Y1、Y2則于Y軸上處于相錯(cuò)開(kāi)的位置。再有，所有的追蹤光X1、X2、Y1、Y2會(huì)有部分重迭。
各追蹤光X1、X2、Y1、Y2形成光強(qiáng)分布。例如在圖3中坐標(biāo)平面P之下示明了追蹤光X1與X2的光強(qiáng)分布。如圖所示，追蹤光X1、X2在光軸A1、A2附近的強(qiáng)度最大，隨著沿X軸方向離開(kāi)光軸A1、A2而逐漸減弱其強(qiáng)度。同樣，追蹤光Y1、Y2也是在其光軸A3、A4附近具有最大強(qiáng)度，而隨著離開(kāi)光軸A3、A4就漸次使強(qiáng)度減弱。這里的光強(qiáng)度在光接收元件中指變換為電流或電壓的光能的大小。
面發(fā)光激光器14具有一個(gè)光出射部14a，這一光出射部14a成為數(shù)據(jù)光發(fā)射部。從光出射部14a發(fā)射出的光在透過(guò)透鏡13時(shí)是作為以較小擴(kuò)散角的束狀光發(fā)射。這種數(shù)據(jù)光40的擴(kuò)散角要求比追蹤光X1、X2、Y1、Y2的擴(kuò)散角小，且其半擴(kuò)散角希望在5°以下而最好是小于3°。借助光出射部14a發(fā)射出的數(shù)據(jù)光40，可由發(fā)射機(jī)10將數(shù)據(jù)傳送給接收機(jī)20。
面發(fā)光激光器12、14如周知的那樣，易使光的方向一致，而且即使是像面發(fā)光激光器12那樣形成多個(gè)光出射部12a，也不會(huì)顯著增多制造工序。
光軸控制部18如圖2所示包括兩個(gè)透鏡11和13以及兩個(gè)致動(dòng)器17、19。
其中的一個(gè)透鏡11，透過(guò)構(gòu)成追蹤光發(fā)射部的光出射部12a所發(fā)射出的追蹤光X1、X2、Y1、Y2。確切地說(shuō)，追蹤光X1、X2、Y1、Y2是通過(guò)偏離透鏡11中心的位置而折射的。例如圖2中所示，從位于上游的光出射部12a發(fā)射出的追蹤光Y2因透鏡11而折射，使光軸A4的方位變換到朝向透鏡11中心的下方。
另一個(gè)透鏡13則透過(guò)構(gòu)成數(shù)據(jù)光發(fā)射部的光出射部14a所發(fā)射出的數(shù)據(jù)光40。這樣，數(shù)據(jù)光40的光軸Ax也隨透鏡11的移動(dòng)而偏離其中心。
致動(dòng)器17、19沿著與通過(guò)透鏡11、13中心的光軸正交的平面，平動(dòng)地同時(shí)對(duì)透鏡11、13作二維驅(qū)動(dòng)。當(dāng)透鏡11、13移動(dòng)時(shí)，追蹤光(例如Y2)的光軸(例如A4)以及數(shù)據(jù)光的光軸Ax因與透鏡11、13的中心的位置改變而改變方位。光軸控制部18便這樣地控制追蹤光X1、X2、Y1、Y2的光軸A1～A4以及數(shù)據(jù)光40的光軸Ax。
圖1所示的誤差信息光接收部16包括有光接收元件，得以將光能變換為電流或電壓。誤差信息光接收部16要以1cm2左右較廣的面積來(lái)接收光。這樣，誤差信息光接收部16由于光接收元件有大的電容，不適合接收高頻調(diào)制的光信號(hào)，但卻適合接收因擴(kuò)散而能量密度小的光。此誤差信息光接收部16接收從接收機(jī)20的誤差信息光發(fā)射部26發(fā)射出的誤差信息光42。
下面說(shuō)明接收機(jī)20。接收機(jī)20具有追蹤光接收部22、數(shù)據(jù)光接收部24和誤差信息光發(fā)射部26。
追蹤光接收部22接收追蹤光X1、X2、Y1、Y2。對(duì)應(yīng)于追蹤光X1、X2、Y1、Y2是擴(kuò)散型的光，追蹤光接收部22應(yīng)有1cm2左右較廣的面積來(lái)接收光。這樣可把大的光能變換為電能。
數(shù)據(jù)光接收部24對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)光40是擴(kuò)散角小的束狀光，要以0.1mm2左右較小的面積來(lái)接收光。這樣，雖然可變換為電流，電壓的光能屬很小，但能把高頻調(diào)制的光信號(hào)變換為高頻電信號(hào)。
誤差信息光發(fā)射部26用來(lái)發(fā)射出擴(kuò)散型的誤差信息光。作為發(fā)射擴(kuò)散型的光的光源，可以采用發(fā)光二極管。
本實(shí)施形式的結(jié)構(gòu)即如以上所述，下面說(shuō)明它的作用。圖4A～4D說(shuō)明本實(shí)施形式的作用。
首先，追蹤光X1、X2、Y1、Y2從用作追蹤光發(fā)射部的光出射部12a(參看圖2)按圖4A所示的形式，順次以脈沖狀發(fā)射到追蹤光接收部22(參看圖1)。
各追蹤光X1、X2、Y1、Y2可以按一定的間隔發(fā)射?；蛞部墒棺粉櫣釾1、X2連續(xù)地發(fā)射，然后間隔地發(fā)射追蹤光Y1、Y2。
追蹤光接收部22順序接收追蹤光X1、X2、Y1、Y2，各個(gè)光強(qiáng)變換為對(duì)應(yīng)的電流或電壓。追蹤光X1、X2、Y1、Y2的光強(qiáng)即使在發(fā)射點(diǎn)都相同，在追蹤光接收部22中也未必相同。因此，如圖4B所示，變換了光強(qiáng)度的電流值或電壓值對(duì)于各個(gè)脈沖大小是不同的。
根據(jù)圖4B所示的信號(hào)可以弄清追蹤光接收部22在圖3中所示的位置。也就是說(shuō)，如圖3所示，追蹤光X1、X2沿X軸形成光強(qiáng)分布。這種分布是在各光軸A1、A2附近最強(qiáng)而隨著沿X軸遠(yuǎn)離而變?nèi)醯姆植肌亩?，?dāng)比較追蹤光X1、X2的強(qiáng)度時(shí)，由于X1大，可知追蹤光接收部22位于追蹤光X1的光軸A1附近。于是，通過(guò)求出對(duì)應(yīng)于追蹤光X1的值和對(duì)應(yīng)于追蹤光X2的值之差，即可求出追蹤光接收部22同成為預(yù)定基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)平面P上的原點(diǎn)O的偏離程度。這樣就可求出X坐標(biāo)誤差信息。
可以同樣地相對(duì)于追蹤光Y1、Y2求出Y坐標(biāo)誤差信息。
然后，將X坐標(biāo)誤差信息和Y坐標(biāo)誤差信息數(shù)字化，通過(guò)圖1所示的誤差信息光42，如圖4C所示，從接收機(jī)20傳送給發(fā)射機(jī)10。
發(fā)射機(jī)10根據(jù)X坐標(biāo)誤差信息和Y坐標(biāo)誤差信息，控制追蹤光的光軸使追蹤光接收部22位于圖3所示原點(diǎn)O的位置。具體地說(shuō)，根據(jù)X坐標(biāo)誤差信息和Y坐標(biāo)誤差信息，對(duì)應(yīng)于追蹤光接收部22同原點(diǎn)O的偏離程度，可驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器17、19(參看圖2)。說(shuō)的詳細(xì)些，根據(jù)X坐標(biāo)誤差信息和Y坐標(biāo)誤差信息，如圖4D所示，算出X軸方向控制電壓和Y軸方向控制電壓，將其施加于致動(dòng)器17、19。
這樣，通過(guò)致動(dòng)器17、19使透鏡11的平動(dòng)，改變追蹤光的光軸A1～A4的方位。隨之，圖3所示坐標(biāo)平面P也移動(dòng)。然后，追蹤光接收部22的位置即與原點(diǎn)O的位置一致。
本實(shí)施形式中，透鏡13也隨透鏡11同樣地移動(dòng)。這就是說(shuō)，當(dāng)追蹤光的光軸A1～A4的方位變換時(shí)，數(shù)據(jù)光40的光軸方位也沿相同方向改變。此外，在接收機(jī)20中追蹤光接收部22和數(shù)據(jù)光接收部24的位置被設(shè)定成，當(dāng)追蹤光22的位置同原點(diǎn)O的位置一致時(shí)，數(shù)據(jù)光40的光軸對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)光接收部24。
這樣，如上所述，通過(guò)使追蹤光接收部22的位置與原點(diǎn)O的位置相一致，可使數(shù)據(jù)光40的光軸對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)光接收部24。此外，由于這種控制是按預(yù)定間隔進(jìn)行的，故光軸實(shí)際上是可以經(jīng)常調(diào)整的。
下面以圖5示明接收機(jī)中從接收追蹤光到發(fā)射出誤差信息光的電路。在此圖中，追蹤光接收部22當(dāng)接收到追蹤光后，即對(duì)應(yīng)其強(qiáng)度輸出電流，根據(jù)此電流的大小，由I/V變換部30生成電壓。然后，首先于一個(gè)采樣保持部31中保持對(duì)應(yīng)于追蹤光X1的電壓，而于另一采樣保持部32中保持與追蹤光X2相對(duì)應(yīng)的電壓。至于使采樣保持部31、32的哪一個(gè)保持電壓則由控制部33控制。采樣保持部31、32的電壓同時(shí)施加給差動(dòng)放大器34，即輸出對(duì)應(yīng)于此電壓差的模擬信號(hào)。此模擬信號(hào)由A/D變換部35變換為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)控制部33的控制，保持于緩沖器36中。這一數(shù)字信號(hào)就是X坐標(biāo)誤差信息。
隨之，按同樣的方式生成Y坐標(biāo)誤差信息，保持于緩沖器36中。然后，通過(guò)控制部33的控制，將X坐標(biāo)誤差信息和Y坐標(biāo)誤差信息連續(xù)地輸出給驅(qū)動(dòng)器37，以其為誤差信息從誤差信息光發(fā)射部26發(fā)射出誤差信息光42。誤差信息光42由發(fā)射機(jī)10的誤差信息光接收部16接收。
圖6示明發(fā)射機(jī)中從接收誤差信息光到進(jìn)行光軸調(diào)整的電路。在此圖中，誤差信息光接收部16接收誤差信息光42，輸出與其強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)的電流。根據(jù)此電流的大小，由I/V變換部50生成作為信號(hào)的電壓，通過(guò)數(shù)據(jù)分離裝置52只選擇必要的信號(hào)，輸出給串行并行變換部54，將串行輸入的信號(hào)變換為并行的。此并行信號(hào)輸入D/A變換部55，作為對(duì)應(yīng)于并行信號(hào)的模擬信號(hào)輸出。由此，可以求得X軸方向的控制電壓和Y軸方向的控制電壓(參考圖4)，經(jīng)由驅(qū)動(dòng)器56將電壓施加給致動(dòng)器17、19。于是，致動(dòng)器17、19便使透鏡11、13平移。
這樣就能在控制追蹤光的光軸A1～A4的同時(shí)控制數(shù)據(jù)光40的光軸，進(jìn)行從發(fā)射機(jī)10向接收機(jī)20的光傳輸。根據(jù)本實(shí)施形式，不需要復(fù)雜的算法，能由簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)接收束狀的數(shù)據(jù)光40。
第二實(shí)施形式圖7示明第二實(shí)施形式的光軸控制部。此圖中所示的光軸控制部60可用來(lái)取代圖2所示的光軸控制部18。光軸控制部60包括面發(fā)光激光器62、透鏡64和致動(dòng)機(jī)66、68。
按照本實(shí)施形式，面發(fā)光激光器62中形成有構(gòu)成追蹤光發(fā)射部的4個(gè)光出射部62a和構(gòu)成數(shù)據(jù)光發(fā)射部的一個(gè)光出射部62b。面發(fā)光激光器即使增多其光出射部的個(gè)數(shù)也不會(huì)對(duì)制造工序有多大影響，因而也可在一個(gè)面發(fā)光激光器62中形成光出射部62a、62b。
此外，在本實(shí)施形式中，能夠用一個(gè)透鏡64來(lái)調(diào)整追蹤光和數(shù)據(jù)光兩者的光軸。
第三實(shí)施形式圖8示明第三實(shí)施形式的光軸控制部。圖中所示光軸控制部70包括能以回轉(zhuǎn)軸為中心改變反射鏡角度的兩個(gè)電流計(jì)鏡72、75。通過(guò)這兩個(gè)電流計(jì)鏡72、75，可以對(duì)X軸、Y軸的兩個(gè)軸進(jìn)行控制。在本實(shí)施形式中，面發(fā)光激光器74、76和透鏡71、73的位置關(guān)系是固定的。此外，面發(fā)光激光器74、76與圖2所示的面發(fā)光激光器12、14有相同的結(jié)構(gòu)。
借助該電流計(jì)鏡72、75，也能夠進(jìn)行光軸的調(diào)整。
第四實(shí)施形式圖9示明第四實(shí)施形式的光軸控制部。此圖中所示的光軸控制部80也包括電流計(jì)鏡82、85。再有，由于圖9中所示面發(fā)光激光器84與圖7所示面發(fā)光激光器62具有同樣的結(jié)構(gòu)，故也能夠由一個(gè)透鏡86進(jìn)行光軸的調(diào)整。
權(quán)利要求
1.空間光傳輸裝置，它包括發(fā)射機(jī)，它具有使光以廣角發(fā)射的擴(kuò)散型的多個(gè)追蹤光發(fā)射部、使光以狹角發(fā)射的光束型的數(shù)據(jù)光發(fā)射部、誤差信息光接收部、光軸控制部；接收機(jī)，它具有追蹤光接收部、數(shù)據(jù)光接收部、誤差信息生成部、擴(kuò)散型誤差信息光發(fā)射部；上述追蹤光發(fā)射部將光發(fā)射向包含與其有固定相對(duì)位置關(guān)系的多個(gè)坐標(biāo)軸的坐標(biāo)平面，在各坐標(biāo)軸上至少有兩條來(lái)自上述追蹤光發(fā)射部的上述光的光軸位于沿直線相錯(cuò)開(kāi)的位置，而各光束沿著其中的一個(gè)坐標(biāo)軸，在與相鄰的光束部分重迭的同時(shí)形成光強(qiáng)分布；上述追蹤光接收部位于前述坐標(biāo)平面上，接收所述追蹤光發(fā)射部的各束光并探測(cè)各個(gè)光強(qiáng)；上述誤差信息生成部，根據(jù)前面探測(cè)出的各個(gè)光強(qiáng)，算出所述追蹤光接收部和所述坐標(biāo)平面中基準(zhǔn)點(diǎn)的誤差，上述誤差信息光發(fā)射部將所述誤差信息傳送給前述誤差信息光接收部，上述光軸控制部根據(jù)所述誤差信息，為使前述追蹤光接收部位于所述坐標(biāo)平面中的基準(zhǔn)點(diǎn)，在控制此追蹤光發(fā)射部的光軸的同時(shí)，控制所述數(shù)據(jù)光發(fā)射部的光軸。
2.權(quán)利要求1所述的空間光傳輸裝置，其中所述各追蹤光發(fā)射部的前述光束具有隨著偏離所述光軸程度的加大而使強(qiáng)度減弱的分布。
3.權(quán)利要求1所述的空間光傳輸裝置，其中所述追蹤光反射部的前述光束是逐一地順次發(fā)射的。
4.權(quán)利要求3所述的空間光傳輸裝置，其中對(duì)以所述逐一發(fā)射的各光束為基礎(chǔ)的信號(hào)順次作采樣保持，而在對(duì)應(yīng)于所有光束的信號(hào)進(jìn)行了采樣保持之后，生成前述誤差信息。
5.權(quán)利要求1所述的空間光傳輸裝置，其中所述誤差信息生成部基于前述探測(cè)出的各束光強(qiáng)而生成對(duì)應(yīng)于每個(gè)追蹤光發(fā)射部的強(qiáng)度信號(hào)，對(duì)光軸位于同一上述坐標(biāo)軸上的各光束算出前述強(qiáng)度信號(hào)差，以對(duì)各坐標(biāo)軸生成坐標(biāo)誤差信息，所述誤差信息則由全部的前述坐標(biāo)誤差信息組成。
6.權(quán)利要求1所述的空間光傳輸裝置，其中具有至少一個(gè)讓來(lái)自前述追蹤光發(fā)射部和前述數(shù)據(jù)光發(fā)射部的光通過(guò)的透鏡，而前述光軸控制部可驅(qū)動(dòng)所述透鏡以控制該追蹤光發(fā)射部和數(shù)據(jù)光發(fā)射部的光軸。
7.權(quán)利要求6所述的空間光傳輸裝置，其中所述光軸控制部是使透鏡平移的。
8.權(quán)利要求7所述的空間光傳輸裝置，其中所述光軸控制部包括使前述透鏡平移的電磁致動(dòng)器。
9.權(quán)利要求1所述的空間光傳輸裝置，其中所述光軸控制部包含有能反射前述追蹤光發(fā)射部和數(shù)據(jù)光發(fā)射部的光，改變?cè)摴獾墓廨S方位的電流計(jì)鏡。
10.權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的空間光傳輸裝置，其中所述追蹤光發(fā)射部和數(shù)據(jù)光發(fā)射部的至少一方是面發(fā)光激光器的光出射部。
11.權(quán)利要求10所述的空間光傳輸裝置，其中所述面發(fā)光激光器具有多個(gè)前述的光出射部，而這些光出射部之一成為前述的數(shù)據(jù)光發(fā)射部，而其余的則成為前述的追蹤光發(fā)射部。
12.空間光傳輸方法，由發(fā)射機(jī)用以廣角出射光的光擴(kuò)散型來(lái)發(fā)射多個(gè)追蹤光；將上述跟蹤光發(fā)射向包含與其有固定相對(duì)位置關(guān)系的各個(gè)坐標(biāo)軸的坐標(biāo)平面上，由接收機(jī)的光接收部來(lái)接收此追蹤光，探測(cè)上述光接收部和預(yù)定的基準(zhǔn)點(diǎn)的誤差而生成誤差信息；將此誤差信息從所述光接收機(jī)輸送給所述發(fā)射機(jī)；在根據(jù)此誤差信息于所述發(fā)射機(jī)中控制前述追蹤光的所述光軸的同時(shí)，控制使光以狹角出射的束狀數(shù)據(jù)光的光軸；而在各坐標(biāo)軸上，至少有兩束前述追蹤光的所述光軸位于沿直線相錯(cuò)開(kāi)的位置，各個(gè)跟蹤光束沿著其中的一個(gè)坐標(biāo)軸，在與相鄰的光束作部分重迭的同時(shí)形成光強(qiáng)分布，通過(guò)計(jì)算出前述坐標(biāo)平面中所述光接收部和所述基準(zhǔn)點(diǎn)的誤差，生成上述誤差信息，根據(jù)這一誤差信息，在控制此跟蹤光的光軸的同時(shí)，控制前述數(shù)據(jù)光的光軸，以使所述光接收部位于前述基準(zhǔn)點(diǎn)。
13.權(quán)利要求12所述的空間光傳輸方法，其中各追蹤光具有隨著其偏離前述光軸的程度而強(qiáng)度減弱的分布。
14.權(quán)利要求12所述的空間光傳輸方法，其中所述的追蹤光束是逐一地順次發(fā)射的。
15.權(quán)利要求12至14中任一項(xiàng)所述的空間光傳輸方法，其中根據(jù)上述探測(cè)出的各追蹤光束的強(qiáng)度，對(duì)應(yīng)于此各追蹤光束生成強(qiáng)度信號(hào)，對(duì)光軸位于同一前述坐標(biāo)軸上的所述每個(gè)追蹤光束計(jì)算出所述的強(qiáng)度信號(hào)差，而為各個(gè)坐標(biāo)軸生成坐標(biāo)誤差信息，所述誤差信息則由全部的前述坐標(biāo)誤差信息組成。
16.權(quán)利要求15所述的空間光傳輸方法，其中各追蹤光的強(qiáng)度以模擬信號(hào)探測(cè)出來(lái)，使此模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)化來(lái)計(jì)算出所述誤差信息，而在發(fā)射機(jī)中，則使前述誤差信息模擬信號(hào)化，來(lái)控制所述追蹤光與所述數(shù)據(jù)光兩者的光軸。
全文摘要
能通過(guò)簡(jiǎn)單的控制來(lái)追蹤光束的光束型空間光傳輸裝置和空間光傳輸方法。將來(lái)自發(fā)射機(jī)(10)的多束擴(kuò)散型追蹤光(X1)等發(fā)射出,根據(jù)此追蹤光的光強(qiáng)分布探測(cè)出追蹤光接收部(22)同基準(zhǔn)點(diǎn)的偏離程度,將這一誤差信息從接收機(jī)(20)傳輸給發(fā)射機(jī)(10),利用透鏡(11,13)在改變追蹤光光軸方位的同時(shí),調(diào)整數(shù)據(jù)光(40)的光軸的方位。
文檔編號(hào)H04B10/105GK1241329SQ9880151
公開(kāi)日2000年1月12日 申請(qǐng)日期1998年10月5日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月9日
發(fā)明者川瀨健夫, 北村昇二郎 申請(qǐng)人:精工愛(ài)普生株式會(huì)社