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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024162571
(43)【公開日】2024-11-21
(54)【発明の名称】自由空間の光通信に用いる光送受信器
(51)【国際特許分類】
H04B 10/118 20130101AFI20241114BHJP
【ＦＩ】
H04B10/118
【審査請求】未請求
【請求項の数】29
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023078201
(22)【出願日】2023-05-10
(71)【出願人】
【識別番号】518236960
【氏名又は名称】株式会社ワープスペース
(74)【代理人】
【識別番号】110001519
【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】日野 泰守
【テーマコード（参考）】
5K102
【Ｆターム（参考）】
5K102AA15
5K102AA23
5K102AA24
5K102AB07
5K102AL23
5K102AL28
5K102PB01
5K102PH01
5K102PH11
5K102PH25
5K102PH31
5K102PH36
5K102PH41
5K102RB02
5K102RD28
(57)【要約】 （修正有）
【課題】格段に光学系の構成を簡素になり、ポイントアヘッド精度が高く高転送レートで低レーテンシーで宇宙空間での安定運用が可能な光通信機を提供する。
【解決手段】自由空間で円偏光の光を用いてデータ通信を行うために通信相手側の衛星４０１からの受信光を受信すると共に通信相手にデータための送信光を送出する送受信アンテナと、受信光を用いて通信相手側の衛星をトラッキングするためのガイド機構（ジンバル機構４０２、2軸ステアリングミラー４０９）と受信光の角度を検出する角度検出器と角度検出器の出力を用いガイド機構の制御を行い、通信相手側の衛星をトラッキングするトラッキング制御器を有する光通信機において、送信光と受信光が共に通過し概ね送信光に空間位相変調がなされる空間光位相変調器４１１を備える。
【選択図】図４－４
【解決手段】自由空間で円偏光の光を用いてデータ通信を行うために通信相手側の衛星４０１からの受信光を受信すると共に通信相手にデータための送信光を送出する送受信アンテナと、受信光を用いて通信相手側の衛星をトラッキングするためのガイド機構（ジンバル機構４０２、2軸ステアリングミラー４０９）と受信光の角度を検出する角度検出器と角度検出器の出力を用いガイド機構の制御を行い、通信相手側の衛星をトラッキングするトラッキング制御器を有する光通信機において、送信光と受信光が共に通過し概ね送信光に空間位相変調がなされる空間光位相変調器４１１を備える。
【選択図】図４－４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
自由空間で円偏光の光を用いてデータ通信を行うために通信相手側からの受信光を受信すると共に前記通信相手にデータための送信光を送出する送受信アンテナと前記受信光を用いて相手方の衛星をトラッキングするためのガイド機構と前記受信光の角度を検出する角度検出器と角度検出器の出力を用い前記ガイド機構の制御を行い前記通信相手をトラッキングするトラッキング制御器を有する光通信機において、前記送信光と前記受信光が共に通過し概ね送信光に空間位相変調がなされる空間光位相変調器を備えたことを特徴とする光通信機。
【請求項2】
請求項１に記載の光通信機において、前記受信光と前記送信光が空間的にほぼ同一の点から出射もしくは前記ほぼ同一の点に入射する光学光路を備えたことを特徴とする光通信機。
【請求項3】
請求項１に記載の光通信機において、前記空間光位相変調器が入射する光の偏光方向の違いにより位相変調量が異なる空間光位相変調器であることを特徴とした光通信機。
【請求項4】
請求項３に記載の光通信機において、前記空間光位相変調器がLCOSで行使されていることを特徴とした光通信機。
【請求項5】
請求項１に記載の光通信機において、入射する光の波長の違いにより位相変調量が異なる空間位相変調器であることを特徴とした光通信機。
【請求項6】
請求項１に記載の光通信機において、前記送信光に空間光位相変調を行うためのパターンを保持もしくは生成し前記空間位相変調器に空間位相変調パターンを設定する制御処理ブロックを備えたことを特徴とする光通信機。
【請求項7】
請求項１に記載の光通信機において、前記送信光と前記受信光の前記送受信アンテナに対するアパーチャーが前記送信光の方が小さいことを特徴とする光通信機。
【請求項8】
請求項１に記載の光通信機において、前記トラッキング制御器が光の方向を変更する角度範囲の広い租調整機構と光の方向を変更する範囲が狭い精調整機構を制御対象として制御を行い、前記精調整機構が２軸もしくは３軸の方向に稼働する光学素子で構成されていることを特徴とする光通信端末。
【請求項9】
請求項８に記載の光通信機において、前記精調整機構の光学素子が集光レンズであることを特徴とする光通信端末。
【請求項10】
請求項２に記載の光通信機において、前記送信光と前記受信光を入力が光ファイバー入力で構成され、入力された前記受信光と前記送信光が光サーキュレータで結合され前記空間的なほぼ同一の点を形成することを特徴とする光通信機。
【請求項11】
請求項２に記載の光通信機において、前記空間的なほぼ同一の点に光ファイバーで結合されることを光通信機。
【請求項12】
請求項６に記載の光通信機において、前記制御処理ブロックが空間光位相変調を行うためのパターンを２つ以上保持し、前記空間位相変調器の応答速度より早い速度で２つ以上のパターンを切り替えることを特徴とする光通信機。
【請求項13】
請求項７に記載の光通信機において、前記受信光の周辺部の光から前記受信光の角度を検出する角度検出器を備えたことを特徴とする光通信機。
【請求項14】
自由空間で円偏光の光を用いてデータ通信を行うために通信相手側からの受信光を受信すると共に前記通信相手にデータための送信光を送出する送受信アンテナと前記受信光を用いて相手方の衛星をトラッキングするためのガイド機構と前記受信光の角度を検出する角度検出器と角度検出器の出力を用い前記ガイド機構の制御を行い前記通信相手をトラッキングするトラッキング制御器を有する光通信機において、前記送信光と前記受信光が共に通過し概ね受信光に空間位相変調がなされる空間光位相変調器を備えたことを特徴とする光通信機。
【請求項15】
請求項１４に記載の光通信機において、前記受信光と前記送信光が空間的にほぼ同一の点から出射もしくは前記ほぼ同一の点に入射する光学光路を備えたことを特徴とする光通信機。
【請求項16】
請求項１４に記載の光通信機において、前記空間光位相変調器が入射する光の偏光方向の違いにより位相変調量が異なる空間光位相変調器であることを特徴とした光通信機。
【請求項17】
請求項１６に記載の光通信機において、前記空間光位相変調器がLCOSで行使されていることを特徴とした光通信機。
【請求項18】
請求項１４に記載の光通信機において、入射する光の波長の違いにより位相変調量が異なる空間位相変調器であることを特徴とした光通信機。
【請求項19】
請求項１４に記載の光通信機において、前記受信光に空間光位相変調を行うためのパターンを保持もしくは生成し前記空間位相変調器に空間位相変調パターンを設定する制御処理ブロックを備えたことを特徴とする光通信機。
【請求項20】
請求項１４に記載の光通信機において、前記送信光と前記受信光の前記送受信アンテナに対するアパーチャーが前記送信光の方が小さいことを特徴とする光通信機。
【請求項21】
請求項１４に記載の光通信機において、前記トラッキング制御器が光の方向を変更する角度範囲の広い租調整機構と光の方向を変更する範囲が狭い精調整機構を制御対象として制御を行い、前記精調整機構が２軸もしくは３軸の方向に稼働する光学素子で構成されていることを特徴とする光通信端末。
【請求項22】
請求項２１に記載の光通信機において、前記精調整機構の光学素子が集光レンズであることを特徴とする光通信端末。
【請求項23】
請求項１５に記載の光通信機において、前記送信光と前記受信光を入力が光ファイバー入力で構成され、入力された前記受信光と前記送信光が光サーキュレータで結合され前記空間的なほぼ同一の点を形成することを特徴とする光通信機。
【請求項24】
請求項１５に記載の光通信機において、前記空間的なほぼ同一の点に光ファイバーで結合されることを光通信機。
【請求項25】
請求項１９に記載の光通信機において、前記制御処理ブロックが空間光位相変調を行うためのパターンを２つ以上保持し、前記空間位相変調器の応答速度より早い速度で２つ以上のパターンを切り替えることを特徴とする光通信機。
【請求項26】
請求項２０に記載の光通信機において、前記受信光の周辺部の光から前記受信光の角度を検出する角度検出器を備えたことを特徴とする光通信機。
【請求項27】
請求項１９に記載の光通信機において、前記制御処理ブロックが前記光通信機の状態を入力として、前記入力に応じて複数のパターンを切り替える事を特徴とした光通信機。
【請求項28】
請求項２７に記載の光通信機において、前記光通信機の状態がアクエジションフェーズでは制御用の光量が通信用の光量よりも大きくパターンを設定し、トラッキングフェーズでは制御用の光量が通信用の光量よりも小さくなるパターンを設定する設定する制御ブロックを備えたことを特徴とする光通信機。
【請求項29】
請求項２７に記載の光通信機において、前記光通信機の状態がアクエジションフェーズでは前記空間位相変調器に前記空間位相変調器の中心に照射された光は空間位相変調がなされず、中心以外に照射された光は中心部に向かって光軸が傾く空間変調パターンを設定する制御ブロックを備えたことを特徴とする光通信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、自由空間での相互光通信を実現する光通信装置に用いる光送受信機に関する技術分野に関するものである。
【背景技術】
【0002】
無線による通信では利用できる電波の周波数帯域が多くの通信方式によって既に使用されており新たに使用できる電波帯域の枯渇が発生し、通信速度の向上や通信端末数の増加などに対応できず大きな問題が発生している。この電波帯域の枯渇問題を解消するために、現在、送信キャリアとして光を用いた光通信方式が盛んに研究されている。光による地上での通信は、遮断物や天候によって通信が容易に遮断されるために電波による通信に優位性がある。しかしながら宇宙空間では、この光の直進性の良さによって送信電力を低下、高速の通信が実現など非常に大きなメリットがあるため実用化に向けての様々な取り組みが行われている。光通信技術は、主に「ビームステアリング技術」、「高速追尾技術」、「送受信偏光分離技術」、「アダプティブ光学技術」の４要素の技術によって構成されており、それぞれの技術を改善する事で、より高速で信頼性の高い通信技術として実用化に向けた取り組みが行われている。以下、これらの主要４要素技術に関して従来例を交えて説明を行う。
【0003】
「ビームステアリング技術」は、光通信端末の指向性を向上させ、衛星の移動に追従しながら信号を送受信できるように技術である。非特許文献１の１０６０ページには、高速で移動する衛星に対して衛星間の相対速度を考慮した送信光ビームのステアリング技術が開示されており、この技術について図１を用いて説明を行う。図１において１０１は、光通信で衛星１、１０２は１０１に搭載された受信光アンテナ、１０３は１０１に搭載された送信光アンテナ、１０４は衛星１０５からの送信光、１０５は衛星１と通信を行う衛星２、１０６は１０２に搭載された送信光アンテナ、１０７は１０２に搭載された受信光アンテナ、１０８は１０１の衛星１から出射された送信光である。図１は相互に通信を行う１０１と１０５の２つの衛星が８km/sの相対速度で移動しているケースを示している。それぞれの衛星に搭載されている送信および受信用の光通信アンテナ(１０２,１０３,１０６,１０７)は開口径が９cm、通信に用いる光波長は１０１の衛星１から１０５の衛星２への通信が１５５０nm、１０５の衛星２から１０１の衛星１への通信が１５7０nmである。宇宙空間で衛星間での光通信を行う際に、これらパラメータは一般的な数値である。データの受信は、例えば図１に示したように１０５の衛星２から出射した送信光１０４を頼りに、受信アンテナ１０２の方向に正しく制御することができれば、１０５の衛星２からの送信光１０４を受信できるため１０５の衛星２からのデータ受信は成立する。これは１０５の衛星２が１０１の衛星１からのデータを受信する際にも同様である。一方で、衛星１および衛星２からデータを送信する際には、お互いの相対速度を考慮した光ビームステアリング制御が必要となる。図１は、１０１の衛星１が１０５の衛星２に送信光１０８を出射する際の状況を示しており、１０１の衛星１は１０５の衛星２の送信光１０４を受信して受信光アンテナ１０２の方向を精度よく制御を行っているが、同じ方向に送信光アンテナ１０３を向けて光を送信しても１０５の衛星２には到達しない。これは、１０１の衛星１と１０５の衛星２は、図１の例では、相対速度が８ｋｍ/ｓで移動しており、１０５の衛星２から光を出射して１０１の衛星１に到達した後に１０１の衛星が１０５の衛星２に向かって光を照射して１０５の衛星２に光が到達するまでの時間で１０１と１０２の衛星の位置関係が変化するためである。１０２衛星に送信光を照射するには、１０１の衛星１は送信する光ビーム１０８の方向を移動する２つの衛星の位置関係の変化を考慮した方向に正確に制御をする必要が発生する。図１には２０００ｋｍ離れた衛星に開口径８ｃｍの送信アンテナで平行光を送信した例を示しており、この場合、送信光の広がり角は０．００１２６°となる。これは光の到達時間に変化する衛星間の相対位置関係で発生する角度差の０．００３０５°より小さいために、２つの衛星の位置関係を考慮して送信アンテナ１０３の角度制御をおこなわないと通信が行えない事を意味している。この位置関係を考慮した送信アンテナ１０３の制御は、ポイントアヘッド制御と言われており、多くの衛星間の光通信端末間で導入されている。このポイントアヘッド制御に関しては、特許文献１や特許文献２に開示されている。特許文献１や特許文献２に開示されている技術は、ポイントアヘッド技術に加えて「高速追尾技術」と「送受信偏光分離技術」を利用することによって光通信端末を実現しており、これらの技術について特許文献１や特許文献２の開示内容に基づき図２を用いて説明する。
【0004】
図２において、２０１は光通信を行う相手側の衛星、２０２は光通信端末の光学系部分が乗ったジンバル機構、２０３は光通信端末のメカ制御や通信データの送受信の処理を行うデータ信号処理・制御処理ブロック、２０４は光アンテナの鏡筒、２０５は光アンテナ鏡筒２０４をチルト方向に回転させるジンバル機構、２０６は光アンテナ鏡筒２０４を平面内で回転させるジンバル機構、２０７は通信光を集光させる集光ミラー、２０８は集光ミラー２０７からの光を平行光として反射させる凸形状ミラー、２０９は光通信光のビーム角度を変化させる2軸ステアリングミラー、２１０は１/４λ板、２１１は光通信光の偏光面の状態によって反射または透過させる偏光ビームスプリッタ、２１２は通信光の７０％を反射させ３０％を透過させるビームスプリッタ、２１３はビームスプリッタ２１２で反射した光を光ファイバーに結合させるための集光レンズ、２１４は光ファイバーを固定するファイバーコネクタ、２１５は光ファイバー、２１６は受信光の光強度を増幅する受信光アンプ、２１７は光ファイバー、２１８はデータ受信用のInGaAsフォトダイオード、２１９は２１２のビームスプリッタを通過した光を更に１対１に分割するビームスプリッタ、２２０は２１９のビームスプリッタで反射した光ビームのサイズを小さくする集光レンズ、２２１は２２０で集光された光の位置から通信光の荒い角度を検出する４分割のInGaAsフォトダイオードで構成された粗角度検出センサー、２２２は２１９で分割された透過光のビームサイズを小さくする集光レンズ、２２３は２２２で集光された光の位置から通信光の高精度の角度を検出する４分割のInGaAsフォトダイオードで構成された精角度検出センサー、２２４は２０３のデータ信号処理・制御処理ブロックから出力された送信データに応じて出力をオン・オフする送信レーザ、２２５は光ファイバー、２２６は送信レーザ２２４の出力を増幅する送信光アンプ、２２７は光ファイバー、２２８は光ファイバーコネクタ、２２８は光ファイバーコネクタ２２８の出力を平行光に変換する集光レンズ、２３０は、前述したポイントアヘッド制御を実現する２軸ポイントアヘッドミラー、２３１は2軸ポイントアヘッドミラーの角度を校正する校正用のレーザ、２３２は光ファイバー、２３３は１／４波長板、２３４は調整光を入射した方向と同じ方向に反射させるレトロリフレクタである。２２６の光ファイバーと２３１の光ファイバーは融合結合されており、レーザ２２３とレーザ２３０から出射した光は、この融合部で結合して同一の光ファイバーコネクタ２２７より出射される。
【0005】
まず、図２を用いて光通信端末からデータを衛星２０１に送信する際の送信光の経路について説明を行う。衛星２０１に出射される通信光は２０３のデータ信号処理・制御処理ブロックから出力された送信データは、２２４の送信レーザに入力され２２４の送信レーザは入力された送信データに応じてオン・オフされ、２２５の光ファイバーを通じて２２６の光アンプに入力され約１００倍に増幅され５ワットの出力まで増幅される。２２６の光アンプから出力された光は２２７の光ファイバーを通じて集光レンズ２２９の焦点位置に配置された光ファイバーコネクタ２２８と結合して平行光に変換され、２３０の２軸ポイントアヘッドミラーに入射する。２軸ポイントアヘッドミラー２３０は、通信を行う衛星間で予め交換されている軌道情報に基づいて相対速度を求めることで、その速度に対応する角度を設定することで送信光の角度が前述したビームアヘッド制御される。２３０で角度制御された送信光はＰ偏光のため２１１の偏光ビームスプリッタを通過し、２１０の１/４波長板を通過する事で円偏光となり、２０９のステアリングミラーで正確に衛星の方向に制御され、２０８の凸形状ミラーと２０７の集光ミラーを経由して平行光で衛星２０１に向かって照射される。
【0006】
一方、衛星２０１から出射された円偏光の光は、受信光として２０４の光アンテナの鏡筒を通過して２０７の集光ミラーで集光され２０８の凸ミラーで平行光に変換される。平行光は、更に２０９のステアリングミラーで反射され、２１０の１／４波長板を通過してＳ偏光に変換されるために、２１１の偏光ビームスプリッタで反射され２１２のビームスプリッタに入射する。２１２のビームスプリッタに入射した光は２１２のビームスプリッタで７０％の光を反射させ受信データを復調するための信号として利用される。この反射光は、２１３の集光レンズを通して２１４の光ファイバーコネクタ、２１５の光ファイバーを通じて２１６の光アンプに導かれ１００倍に増幅された後に、２１８のInGaAsフォトダイオードで電気信号に変換され、２０３のデータ信号処理・制御処理ブロックにおいて通信データが復調される。２１２のビームスプリッタを通過した光は、２１９のビームスプリッタで更に１対１に分割され反射光と透過光に分かれる。反射光は集光レンズ２２０によって集光され、センサー部分が４分割に分割されたInGaAsフォトダイオード２２１に入射する。透過光も集光レンズ２２２を通過後にセンサー部分が４分割に分割されたInGaAsフォトダイオード２２３に入射する。集光レンズ２２０と２２２は、焦点距離がそれぞれ異なっており、一般的に２２１の粗角度検出センサーは受信光の方向を±0.2度程度の比較的広い角度範囲で、２２３の精角度検出センサーは±０．００６度と高感度で検出できる光学構成が用いられる。安定な光通信を実現するためには、受信用のファイバー２１５に安定に受信光を導く必要があり、そのために必要な制御角度精度は±０．０００１度程度が要求され、一方で衛星が通信を開始する際には、お互いの衛星の位置情報に誤差があり、±０．２度程度の通信光の角度誤差が発生するために±０．２度程度の角度ずれに対しても制御が可能で、その制御精度は±０．０００１度を実現する必要がある。このために光通信端末は、誤差検出範囲が比較的大きい粗角度検出センサー２２１と精角度センサー２２３によって、誤差が大きい場合の角度制御時には２２１の粗角度検出センサーの情報を用い、ある程度制御によって誤差が小さくなり２２３の精調整角度検出センサーの検出範囲内に入った後は、２２３の精調整角度検出センサーの情報を用いて制御を行う方式が一般的に用いられている。これらの制御は、粗角度検出センサー２２１と精角度検出センサー２２１にそれぞれ入力されている光量によって２２１と２２３の角度誤差信号を切り替えながら制御を行う事で実現できる。また適切な割合で２２１と２２３の角度誤差信号を加算して制御を行う事でも実現可能である。これらの制御を行っているのが２０３のデータ信号処理・制御処理ブロックである。２０３の制御ブロックは、ジンバル機構２０２と２軸ステアリングミラー２０９に接続されており、制御を行う周波数帯域と制御角度範囲に応じてジンバル機構２０２と２軸ステアリングミラー２０９を適切に制御し、受光した受信光を安定に２１５の光ファイバーに結合させる。シングルモードの光ファイバーは、そのコア系が１０μｍ前後のため安定に受信光を２１３の集光レンズで集光し２１５の光ファイバーに安定に結合させために必要な受信光の制御角度精度は±０．０００１度程度となる。一般的に光アンテナの鏡筒２０４は重量が重く、これを可動させるジンバル機構２０４と２０５の制御帯域は１０から３０Ｈｚ程度となる。しかし高速で移動する衛星を追随し衛星内の振動で発生する揺れによる受信光の角度ずれを±０．０００１度以下に補正するためには、一般的に３００Ｈｚ以上の制御帯域を持つ制御システムが必要になる。これを実現するための技術が「高速追尾技術」である。この「高速追尾技術」を実現するために図２の従来例では、２０９の２軸ステアリングミラーを備えた構成となっている。２０９の２軸ステアリングミラーは、通信光の角度をコントロール出来る角度範囲は±２度程度だが、可動部であるミラーの重量が軽いために高い帯域まで制御が可能となる。２０３の制御ブロックは、２２１と２２３の角度誤差信号を帯域分割して低速で応答が必要だが広い可動範囲が必要な制御はジンバル機構２０２を制御し、高速な通信光の角度変動要素に対しては２０９のステアリングミラーを制御する事で、広い応答範囲と広い制御周波数特性を実現している。「高速追尾技術」は、この様に広帯域のステアリングミラー２０９を用いて従来の３０Ｈｚ程度から約１０倍の３００Ｈｚと高いゲイン交点を持つ制御特性を実現し制御精度を向上させる技術である。
【0007】
「送受信偏光分離技術」は、前述したポイントアヘッドを行うために光の偏光特性を利用して送信光と受信光の光路を分離する技術である。従来例の実施形態である図２の光通信端末は、送信光の発光点である２２８の光ファイバーコネクタと受信光の受光点である２１４の光ファイバーコネクタは空間的に別々の場所に分離されており、送信光だけがポイントアヘッドミラー２３０を通過し、偏光ビームスプリッタ２１１で同一の光路に合成されている。この送信光と受信光の光路を分離する構成によって送信の通信光の方向と受信の受信光の角度を変える事が出来ており、これを実現するのが「送受信偏光分離技術」である。安定に通信を行うには、ポイントアヘッドミラー２３０は、±０．０００２度程度の精度で正確に制御する必要がある。
【0008】
しかしながら、一般的なポイントアヘッドミラー２３０はミラーをボイスコイル等で傾ける機構のためにフィードフォワード制御で±０．０００２度の精度を実現する事は非常に難しく、ポイントアヘッドミラー２３０を駆動した駆動量と実際にミラーが傾いた量の関係を測定して校正を行うプロセスが必要となる。そのプロセスを実行するための光学系が、図２の従来の光通信端末には搭載されている。この校正系の動作について、図２を用いて以下説明を行う。２３１の校正用レーザは偏光面が２２４受信光と同じＳ偏光方向に配置されており、２３１の校正用レーザは２３２の光ファイバーに結合したのちに送光用の光ファイバー２２７と融合して２２８の光ファイバーコネクタより出射され２２９の集光レンズで平行光に変換された後に、ポイントアヘッドミラー２３０で反射され偏光ビームスプリッタ２１１に入射する。校正用のレーザはＳ偏光であるためビームスプリッタ２２１で反射され１／４波長板２３３に入射し円偏光となり、レトロリフレクタで入射した方向と同じ角度で反射され再度１／４波長板を通過してＰ偏光となり偏光ビームスプリッタ２１１を透過する。透過した校正用レーザ光は受信光と同様に粗角度検出センサー２２１と精角度センサー２２３で校正用レーザの光軸の角度が検出される。ビームアヘッドミラー２３０の駆動量を変化させながら、この校正用レーザの光軸の角度を逐次測定する事で、ビームアヘッドミラー２３０の駆動量と光軸の角度の関係を取得する事ができる。従来の光通信端末は、この校正処理を行う事でフィードフォワードでありながら正確なビームアヘッド制御を実現する。
【0009】
最後に「アダプティブ光学システム」について、図３を用いながら説明を行う。「アダプティブ光学システム」は、例えば衛星と衛星の地上局間のような、大気中での光通信を高精度に行う際に用いられる技術である。大気の乱れによって引き起こされる光通信信号の劣化を補正する技術である。図３の光通信端末は、図２で説明を行った従来の光通信端末に、液晶素子で構成した送信光の位相補正を変調する送信光位相変調器３０１と同じく液晶素子で構成した受信光位相変調器３０２が追加されており、送信光と受信光の空間光位相を２０３の制御ブロックから制御を行う事が可能となっている。例えば特許文献３では、送信光と受信光の両方が通過する箇所に補償光学ミラーを配置して光の位相を制御する事で、受信光を最大化する技術が開示されている。図３の従来例では、特許文献３と同様な手法を用いて大気中の擾乱で乱された受信光の光学的な光の空間位相を受信光変調器３０２で光の空間位相をコントロールしてフラットにすることで受信光の最大化を図っている。図３の従来例では、送信光位相変調器３０１によって送信光の空間光位相をコントロールする事が可能となっており、２つの衛星が光通信を開始時する際に、送信光の広がり角を送信光位相変調器３０１によってコントロールする事が可能となっており、送信光のビーム幅を広げて通信を開始する事で安定に通信を開始する制御を行う事が可能となっている。この様に、送信光と受信光の光位相をアダプティブにコントロールする「アダプティブ光学技術」は、通信開始時の安定性や通信時に発生する大気擾乱などによる通信光の減衰を防止する事を可能とする技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】特開平01-025218号公報
【特許文献2】特開2000-082996公報
【特許文献3】特開2000-068934公報
【0011】
【非特許文献1】Springer Handbook of Optical Networks
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
光通信端末は、主に「ビームステアリング技術」、「高速追尾技術」、「送受信偏光分離技術」、「アダプティブ光学技術」の４要素の技術によって構成されており、ビームステアリングを実現するためには図２に示したように、送信光の発光点である光ファイバー２２７の端面の光ファイバーコネクタ２２８と受信光の受光点である光ファイバー２１５の端面の光ファイバーコネクタ２１４を、「送受信偏光分離技術」によって空間的に分離してする必要があった。高速で移動する衛星などの移動体間で通信を行う際には、送信光の送信角度を受信光に対して出射方向を変化させるビームアヘッドが必要となり、そのためには送信光と受信光の光路を分離して、送信光だけにビームアヘッドミラー２３０のような光の角度を変化させるデバイスを通過させて光ビームの角度を受信光に対して変化させる技術が用いられていた。しかしながら、宇宙のような過酷な環境のみならず長期の通信端末の信頼性を確保する上で、従来の光学構成は大きな課題があった。図２に示すように従来の光通端末の光学系は、受信光と送信光を分離するために偏光ビームスプリッタ２１２の様な偏光分離素子が用いられており、この偏光ビームスプリッタの反射面の角度は通常４５度に設定されているが、この反射面の角度が変わると受信光と送信光の角度ずれ要因となってしまう。「ビームステアリング技術」ではビームアヘッドミラーをフィードフォワード制御することで受信光と送信光の間に角度差を設けるが、この角度差に求められる設定精度は±０．０００２度が必要となる。偏光ビームスプリッタ２１２の反射面の角度の変動は、送信光と受信光の角度差となるために受信光を精角度センサー２２３で検出して高精度で受信光が光アンテナに平行に入射するように制御を行っても偏光ビームスプリッタ２１２の反射面の角度が変動してしまった場合に送信光の角度差を正確に保てなくなる。更に送信光と受信光の角度差は、ビームスプリッタ２１９の反射面の角度によっても変動してしまうために、送信光と受信光の角度差の挙動は更に複雑になってしまう。また、データを受信するための受信光はビームスプリッタ２１２の反射面で反射して光ファイバー２１５に効率よく結合する必要があり、ビームスプリッタ２１２の反射面の変動も光通信端末の性能に影響を与えることになる。接着等で固定されたビームスプリッタ２１１、２１２、２１９の反射面の角度を、±０．０００２度以下の精度で長期間に渡って保つことは非常に難しく、特に宇宙空間のような温度変化が激しい環境では実現が難しく光通信端末のコストアップや寿命低下など光通信を低コストで信頼性高い技術として普及させるための大きな阻害要因となっていた。高信頼性を実現するには、高い強度の光学ベース上に光学部品を精度良く配置する必要があり、これは光通信端末の重量アップを招き今後普及が予測される小型の衛星端末で光通信を実用化する事を困難としていた。光通信端末の光学系の構成をシンプルにして小型化と軽量化を実現する事ができれば、電波の帯域が不足している自由空間の通信にとって非常に大きな技術革新になると予測される。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明の光通信機は上記課題に鑑みなされたもので、自由空間で円偏光の光を用いてデータ通信を行うために通信相手側からの受信光を受信すると共に通信相手にデータための送信光を送出する送受信アンテナと受信光を用いて相手方の衛星をトラッキングするためのガイド機構と受信光の角度を検出する角度検出器と角度検出器の出力を用いガイド機構の制御を行い通信相手をトラッキングするトラッキング制御器を有しており、送信光と受信光が共に通過する空間位相変調を備え、主に送信光に空間位相変調がなされる空間光位相変調器を有する事を特徴としている。また、上記特徴を備える事で、受信光と送信光が空間的にほぼ同一の点から出射もしくは入射する光学光路を備えたことも特徴とする光通信機を実現可能となる。今回の発明のポイントである空間光位相変調器は入射する光の偏光方向の違いにより位相変調量が異なる空間光位相変調器であることも一つの特徴としており、偏向方向の違いによって空間位相変調量が異なるデバイスであるLCOSを空間光位相変調器使用することも特徴となっている。また、同様の効果は、入射する光の波長の違いにより位相変調量が異なる空間位相変調器を用いても実現可能である。この空間位相変調器のパターンの変更は、空間光位相変調を行うためのパターンを保持もしくは生成し空間位相変調パターンを設定する制御処理ブロックを備える事で受信光に対する送信光の角度を自由に変更することが容易に実現可能となる。送信光と受信光の特性として、送信光と受信光の送受信アンテナに対するアパーチャーが送信光の方が小さいことが望ましく、この構成によって送信の電力効率の改善を行う事が可能となる。また、トラッキング制御を行う制御器は、光の方向を変更する角度範囲の広い租調整機構と光の方向を変更する範囲が狭い精調整機構を制御対象として制御を行い、精調整機構が２軸もしくは３軸の方向に稼働する光学素子で構成することで従来に比べて高速な制御が可能となり、具体的なの光学素子としては集光レンズもしくは集光ミラーを用いることができる。また本発明の特徴である受信光と送信光が空間的にほぼ同一の点から出射もしくは入射する光学光路を実現するために、送信光と受信光の光路を結合する必要があるが、その接続形態としては、送信光と記受信光を入力が光ファイバー入力で構成され、入力された受信光と送信光が光サーキュレータで結合することで効率的に、また送信光と受信光の光学的なクロストークを防止して空間的なほぼ同一の点を形成することが可能となり、より性能の良い光通信機が実現できる。また、本発明の光通信機は、空間的にほぼ同一の点に光ファイバーを結合することで送信光と受信光を１本の光ファイバーで接続することも可能である。また、空間光位相変調器の変調分解能が低いデバイスを用いても制御処理ブロックが空間光位相変調を行うためのパターンを２つ以上保持し、前記空間光変調器の応答速度より早い速度で２つ以上のパターンを切り替えることで高い分解能の空間光変調器と同等の性能を実現可能である。また送信光と受信光が空間的にほぼ同一の点となるという本発明の特徴により受信光の周辺部の光から前記受信光の角度を検出することも可能となり、光集光点の近傍に光学素子を配置できるために光学的に安定な角度検出器を実現でき性能が高い光通信端末が実現できる。
【0014】
また、上記の選択性のある空間光位相変調器を受信光の変調に適用することで従来の光通信機では実現できなかった優れた特性の実現が可能となる。具体的には、自由空間で円偏光の光を用いてデータ通信を行うために通信相手側からの受信光を受信すると共に通信相手にデータための送信光を送出する送受信アンテナと受信光を用いて相手方の衛星をトラッキングするためのガイド機構と受信光の角度を検出する角度検出器と角度検出器の出力を用い前記ガイド機構の制御を行い通信相手をトラッキングするトラッキング制御器を有する光通信機において、送信光と受信光が共に通過し概ね受信光に空間位相変調がなされる空間光位相変調器を備えることである。また、概ね受信光に空間位相変調がなされる空間光位相変調器を備え光通信端末は、受信光と送信光が空間的にほぼ同一の点から出射もしくはほぼ同一の点に入射する光学光路を備えることが可能となり安定な受信性能を実現可能となる。また、本発明の光通信機は受信光に空間光位相変調を行うためのパターンを保持もしくは生成し空間光制御処理器に空間位相変調パターンを設定する制御処理ブロックを備えており、容易に受信時の特性を変更可能となっている。具体的には、制御処理ブロックに光通信機の状態を入力として、この入力に応じて複数の空間光位相変調パターンを切り替える事で通信状態に応じて最適な受信光学系を構成することができる。具体的には、光通信機の状態がアクジションフェーズでは制御用の光量が通信用の光量よりも大きくパターンを設定し、トラッキングフェーズでは制御用の光量が通信用の光量よりも小さくなるパターンを設定することで高速のアクジションと高い転送レートでの通信が両立可能となる。また、空間位相変調器に空間位相変調器の中心に照射された光は空間位相変調がなされず、中心以外に照射された光は中心部に向かって光軸が傾く空間変調パターンを設定することで、角度誤差の検出範囲が広くかつ角度誤差の検出精度の高い角度誤差検出器が実現可能となり高性能で低コストの光通信機が実現可能となる。
【発明の効果】
【0015】
上述した構成によって具現化された光通信端末は、今までの光通信端末に比べて格段に光学系の構成が簡素になるばかりでなく、非常に精密な角度制御が要請される光通信機において、受信光と送信光の光路が共通化された特徴からポイントアヘッド精度が従来に比べて高くばかりではなく、簡素な光学系で実現が可能なため低コスト化とメンテナンスフリーで長期の使用が求められる宇宙空間での安定運用が可能な光通信機が実現できる発明である。また、受信光に対して光通信機の状態に応じて光学特性を変更できるため高転送レートで低レーテンシーな光通信機が本発明によって実現される。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】衛星間の光通信の通信状況を説明するための図である。
【図2】従来の光通信端末の技術を説明するための図である。
【図3】空間位相変調器を搭載した従来の光通信端末の技術を説明するための図である。
【図4-1】実施形態に係る衛星システムを説明するための図である。
【図4-2】実施形態に係る通信制御システムを説明するための図である。
【図4-3】通信制御装置として機能するコンピュータの概略ブロック図である。
【図4-4】本発明の光通信端末の第１の実施形態を説明するための図である。
【図5】本発明の光通信端末の第１の実施形態における角度検出センサーと受信および送信光の光ファイバーへの結合状態を説明するための図である。
【図6-1】本発明の光通信端末の第１の実施形態における空間位相変調器の動作を説明するための図である。
【図6-2】本発明の光通信端末の第１の実施形態における空間位相変調器の動作を説明するための図である。
【図7】本発明の光通信端末の第２の実施形態を説明するための図である。
【図8】本発明の光通信端末の第２の実施形態における角度検出センサーと受信および送信光の光ファイバーへの結合状態を説明するための図である。
【図9】本発明の光通信端末の第３の実施形態における空間位相変調器の動作を説明するための図である。
【図10】本発明の光通信端末の第４の実施形態を説明するための図である。
【図11-1】本発明の光通信端末の第４の実施形態におけるフォーカス位置検出センサーならびに角度検出センサーと受信および送信光の光ファイバーへの結合状態を説明するための図である。
【図11-2】本発明の光通信端末の第４の実施形態におけるフォーカス位置検出センサーならびに角度検出センサーと受信および送信光の光ファイバーへの結合状態を説明するための図である。
【図11-3】本発明の光通信端末の第４の実施形態におけるフォーカス位置検出センサーならびに角度検出センサーと受信および送信光の光ファイバーへの結合状態を説明するための図である。
【図12】本発明の光通信端末の第５の実施形態を説明するための図である。
【図13】本発明の光通信端末の第５の実施形態におけるアクエジションの動作を説明するための図である。
【図14-1】本発明の光通信端末の第５の実施形態における動作モードによる空間位相変調器の動作を説明するための図である。
【図14-2】本発明の光通信端末の第５の実施形態における動作モードによる空間位相変調器の動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明の光通信端末の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【0018】
図４－１は、本実施形態の衛星システム１を示す図である。図４－１に示されるように、実施形態の衛星システム１は、中継衛星２と、中継衛星２とは異なる他の衛星３Ａ，３Ｂ，３Ｃ（以下、単に「ユーザ衛星」とも称する。）と、地球上の無線局である地上局４と、を備える。中継衛星２及びユーザ衛星３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、人工衛星である。地上に設置される地上局４は、無線通信又は光通信を行う地球局の一例であり、また地上局４が複数設置されている場合はそれらの総称であっても良い。
【0019】
なお、ユーザ衛星３Ａ，３Ｂ，３Ｃの各々は、宇宙空間における第１の軌道を周回する。また、中継衛星２は、宇宙空間における第２の軌道を周回する。第１の軌道及び第２の軌道の地表からの高度は、対地同期軌道の地表からの高度（高度約３６,０００km）よりも低い。なお、静止軌道（GEO: Geostationary Orbit）は対地同期軌道の一例である。さらに、第２の軌道の地表からの高度は、第１の軌道の地表からの高度よりも高い。第１の軌道は、例えば地球低軌道（LEO: Low Earth Orbit）である。地球低軌道の遠地点の地表からの高度は、例えば地表から２０km～２,０００kmの高度である。第２の軌道は、例えば中高度軌道（MEO: Medium Earth Orbit）である。中高度軌道の遠地点の地表からの高度は、例えば、地表から１,０００km～約３６,００００kmの高度である。
【0020】
複数のユーザ衛星３Ａ，３Ｂ，３Ｃの各々は、中継衛星２と無線通信を行い、中継衛星２を介して地上局４とデータ通信を行う。中継衛星２は、複数のユーザ衛星３Ａ，３Ｂ，３Ｃとデータ通信を行うと同時に、並列して地上局４とデータ通信を行うことにより複数のユーザ衛星３Ａ，３Ｂ，３Ｃと地上局４との間のデータ通信をリアルタイムで中継する。地上局４とサーバ６とは、例えばインターネット等のネットワーク５によって接続されており、サーバ６は地上局４を介してユーザ衛星３Ａ，３Ｂ，３Ｃによって取得されたデータを受信する。これにより、サーバ６は地上に居ながらにしてユーザ衛星３Ａ，３Ｂ，３Ｃにより取得されたデータを得ることができると共に、図４－１の衛星システムを運用するために必要な機能を備える。なお、複数のユーザ衛星３Ａ，３Ｂ，３Ｃのうちの何れか１つのユーザ衛星を称呼する場合には、単に「ユーザ衛星３」と称呼する。
【0021】
図４－２は、実施形態の通信制御システム１２の詳細な構成例を示す図である。図４－２に示されるように、通信制御システム１２は、複数の光通信機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃと、通信制御装置１６と、信号切替回路１８と、データ多重化回路１９Ａと、多重化データ分離回路１９Ｂと、高周波無線機２０とを備えている。通信制御システム１２は、中継衛星２に搭載される。なお、複数の光通信機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃのうちの何れか１つの光通信機を称呼する場合には、単に「光通信機１４」と称呼する。なお、ユーザ衛星３の数は、図４－２に例示した３つに限定されず、３つを超えても良い。さらにユーザ衛星３の数は、光通信機１４の台数と同じ台数である必要もなく、光通信機１４の台数を超えても良い。ユーザ衛星３は複数の衛星を連携させて一つの機能やサービスを達成する衛星コンステレーションの一部でも良い。
【0022】
（光通信機）
複数の光通信機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃの各々は、図４－２の光通信機１４Ａに示されるように、光望遠鏡２２Ａと、光受信機２４Ａと、光送信機２６Ａとを備えている。図４－２に示す光通信機１４Ｂ，１４Ｃの構成は、光通信機１４Ａと同様である。このため、以下では、光通信機１４Ａの構成についてのみ説明する。
複数の光通信機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃの各々は、図４－２の光通信機１４Ａに示されるように、光望遠鏡２２Ａと、光受信機２４Ａと、光送信機２６Ａとを備えている。図４－２に示す光通信機１４Ｂ，１４Ｃの構成は、光通信機１４Ａと同様である。このため、以下では、光通信機１４Ａの構成についてのみ説明する。
【0023】
光望遠鏡２２Ａは、ユーザ衛星３Ａ，３Ｂ，３Ｃとの間においてレーザ光の送受信を行う。なお、光通信機１４Ａが光通信するユーザ衛星は、ユーザ衛星３Ａに限られるものではない。光通信機１４Ａは、ユーザ衛星３Ｂ及びユーザ衛星３Ｃとも光通信をし得る。光望遠鏡２２Ａは、レーザ光の出入口となる窓（図示省略）を有する。また、光望遠鏡２２Ａは、ビームステアリングミラー（図示省略）を有している。ビームステアリングミラーによって光路が調整される。
【0024】
光望遠鏡２２Ａは、ビームステアリングミラーを介して、後述する光受信機２４Ａに対して他の衛星から受信したレーザ光を出力する。また、光望遠鏡２２Ａは、ビームステアリングミラーを介して、後述する光送信機２６Ａから出力されたレーザ光を他の衛星へ出力する。
【0025】
光受信機２４Ａは、光望遠鏡２２Ａから出力されたレーザ光を光復調することにより、光望遠鏡２２Ａが受信したレーザ光に対応するデジタル電気信号を得る。そして、光受信機２４Ａは、デジタル電気信号を後述する高周波無線機２０へ出力する。
【0026】
光送信機２６Ａは、後述する高周波無線機２０から出力されたデジタル電気信号に対して光変調をすることにより、デジタル電気信号に対応するレーザ光を得る。そして、光送信機２６Ａは、レーザ光を光望遠鏡２２Ａに出力する。
【0027】
（通信制御装置）
通信制御装置１６は、図４－２に示されるように、設定部２８と、制御部３０とを備えている。設定部２８は、光通信に必要な各種情報を設定する。制御部３０は、通信制御システム１内の各機器を制御する。
通信制御装置１６は、図４－２に示されるように、設定部２８と、制御部３０とを備えている。設定部２８は、光通信に必要な各種情報を設定する。制御部３０は、通信制御システム１内の各機器を制御する。
【0028】
（信号切替回路）
信号切替回路１８は、通信制御装置１６から出力される制御信号に応じて、複数の光通信機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃの間の信号経路及び複数の光通信機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃと後述する高周波無線機２０との間の信号経路を切り替える。
信号切替回路１８は、通信制御装置１６から出力される制御信号に応じて、複数の光通信機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃの間の信号経路及び複数の光通信機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃと後述する高周波無線機２０との間の信号経路を切り替える。
【0029】
（データ多重化回路及び多重化データ分離回路）
データ多重化回路１９Ａは、複数の光通信機による光通信が可能なようにデータを多重化する。また、多重化データ分離回路１９Ｂは、複数の光通信機による光通信が可能なように、多重化されたデータを分離する。
データ多重化回路１９Ａは、複数の光通信機による光通信が可能なようにデータを多重化する。また、多重化データ分離回路１９Ｂは、複数の光通信機による光通信が可能なように、多重化されたデータを分離する。
【0030】
（高周波無線機）
高周波無線機２０は、中継衛星２が地上局４等と通信を行うための中継用通信機の一例である。高周波無線機２０は、高周波変調回路３２と、高周波送信アンテナ３３と、高周波送信機３４と、高周波受信アンテナ３５と、高周波受信機２０４と、高周波復調回路３７とを備えている。高周波無線機２０は、複数の光通信機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃによって取得されたデータを変調し、地上局４へ送信する。また、高周波無線機２０は、地上局４から送信されたデータを復調し、複数の光通信機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃへ受け渡す。
高周波無線機２０は、中継衛星２が地上局４等と通信を行うための中継用通信機の一例である。高周波無線機２０は、高周波変調回路３２と、高周波送信アンテナ３３と、高周波送信機３４と、高周波受信アンテナ３５と、高周波受信機２０４と、高周波復調回路３７とを備えている。高周波無線機２０は、複数の光通信機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃによって取得されたデータを変調し、地上局４へ送信する。また、高周波無線機２０は、地上局４から送信されたデータを復調し、複数の光通信機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃへ受け渡す。
【0031】
高周波変調回路３２は、光通信機１４から出力されたデジタル電気信号を変調し、高周波送信機３４へ出力する。
【0032】
高周波送信機３４は、高周波変調回路３２によって変調された信号を高周波信号に変換し、その信号を増幅する。
【0033】
高周波送信アンテナ３３は、高周波送信機３４から出力された高周波を地上局４に向けて放射する。
【0034】
高周波受信アンテナ３５は、地上局４から送信された高周波を受信する。
【0035】
高周波受信機２０４は、高周波受信アンテナ３５によって受信された高周波から変調信号を取り出し、その変調信号を出力する。
【0036】
高周波復調回路３７は、高周波受信機２０４から出力された変調信号を復調し、デジタル電気信号へ変換する。
【0037】
通信制御システム１２の通信制御装置１６は、例えば、図４－３に示すコンピュータ７０で実現することができる。コンピュータ７０はCentral Processing Unit（ＣＰＵ）７１、一時記憶領域としてのメモリ７２、及び不揮発性の記憶部７３を備える。また、コンピュータ７０は、入出力装置等（図示省略）が接続される入出力interface（Ｉ／Ｆ）７４、及び記録媒体に対するデータの読み込み及び書き込みを制御するread/write（Ｒ／Ｗ）部７５を備える。また、コンピュータ７０は、通信制御システム１２がインターネット等の地上の通信システムに接続可能なネットワークinterface（Ｉ／Ｆ）７６を備える。ＣＰＵ７１、メモリ７２、記憶部７３、入出力Ｉ／Ｆ７４、Ｒ／Ｗ部７５、及びネットワークＩ／Ｆ７６は、バス７７を介して互いに接続される。
【0038】
記憶部７３は、Hard Disk Drive（ＨＤＤ）、solid state drive（ＳＳＤ）、フラッシュメモリ等によって実現できる。記憶媒体としての記憶部７３には、コンピュータ７０を機能させるためのプログラムが記憶されている。ＣＰＵ７１は、プログラムを記憶部７３から読み出してメモリ７２に展開し、プログラムが有するプロセスを順次実行する。
【0039】
なお、プログラムにより実現される機能は、例えば半導体集積回路、より詳しくはApplication Specific Integrated Circuit（ＡＳＩＣ）等で実現することも可能である。
【0040】
また、通信制御システム１２が備える各機器も、図４－３に示すコンピュータ７０によって実現される場合がある。
【0041】
なお、上記の構成のうち説明されていない構成については、特許6987420号公報を参照されたい。特許6987420号公報に開示されている内容は、その内容が本願明細書において具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
【0042】
なお、以下の各実施形態の光通信端末は光通信機の一例であり、上記の衛星システム１の光通信機に相当し得る。また、以下の各実施形態の角度検出センサーは、角度検出器の一例である。以下の各実施形態のデータ信号処理・制御処理ブロックは、トラッキング制御器の一例である。なお、データ信号処理・制御処理ブロックは、上記の衛星システム１の通信制御装置１６によって実現されてもよい。また、以下の各実施形態の、ジンバル機構（光ビームの角度を大きく変える機構）と、ステアリングミラー又はステアリングレンズ（光ビームの角度を小さく変える機構）とが、相手方の衛星をトラッキングするためのガイド機構の一例である。
【0043】
＜第１実施形態の光通信端末＞
図４－４は、本発明の光通信端末の第１の実施形態の例を示したものである。図４－４において、４０１は光通信を行う相手側の衛星、４０２は光通信端末の光学系部分が乗ったジンバル機構、４０３は光通信端末のメカ制御や通信データの送受信の処理を行うデータ信号処理・制御処理ブロック、４０４は光アンテナの鏡筒、４０５は光アンテナ鏡筒４０４をチルト方向に回転させるジンバル機構、４０６は光アンテナ鏡筒４０４を平面内で回転させるジンバル機構、４０７は通信光を集光させる集光ミラー、４０８は集光ミラー４０７からの光を平行光として反射させる凸形状ミラー、４０９は光通信光のビーム角度を変化させる2軸ステアリングミラー、４１０は１/４λ板、４１１はＰ偏光の成分に対して光位相を変調するＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）で構成された空間光位相変調器、４１２は集光レンズ、４１３は中心部分に光が通過できるホールを形成した４分割のInGaAsフォトダイオードで構成した角度検出センサー、４１４は光ファイバーコネクタ、４１５は受信光と送信光を分離する光サーキュレータ、４１６は受信光用の光ファイバー、４１７は受信光用の光アンプ、４１８は光ファイバー、４１９はデータ受信用のInGaAsフォトダイオード、４２０は送信光用の光ファイバー、４２１は送信光を増幅する光アンプ、４２２は光ファイバー、４２３は送信光を発生するレーザである。４１６の受信光用の光ファイバーと４２０の送信光用の光ファイバーは光サーキュレータ４１５で結合されており受信光と送信光は同一の光ファイバーコネクタ４１４より出射もしくは入射される。図４－４に示すように、従来の光通信端末の光学系に比べて本発明の光学系は、受信光の受信と送信光の送信が空間的に同一の点から行われる点が大きな特徴となっている。受信光から送信光の角度を進めるビームアヘッド制御を行うために送信光と受信光の光路を分けてビームアヘッドミラー（図１の２３０）等が配置されていた。本発明の光通信端末では送信光と受信光が空間的に同一の発光点もしくは受光点にあり、送信光と受信光が同一の光路を共有しながら受信光の角度に対して送信光の角度を進めるビームアヘッドの機能を実現している。
図４－４は、本発明の光通信端末の第１の実施形態の例を示したものである。図４－４において、４０１は光通信を行う相手側の衛星、４０２は光通信端末の光学系部分が乗ったジンバル機構、４０３は光通信端末のメカ制御や通信データの送受信の処理を行うデータ信号処理・制御処理ブロック、４０４は光アンテナの鏡筒、４０５は光アンテナ鏡筒４０４をチルト方向に回転させるジンバル機構、４０６は光アンテナ鏡筒４０４を平面内で回転させるジンバル機構、４０７は通信光を集光させる集光ミラー、４０８は集光ミラー４０７からの光を平行光として反射させる凸形状ミラー、４０９は光通信光のビーム角度を変化させる2軸ステアリングミラー、４１０は１/４λ板、４１１はＰ偏光の成分に対して光位相を変調するＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）で構成された空間光位相変調器、４１２は集光レンズ、４１３は中心部分に光が通過できるホールを形成した４分割のInGaAsフォトダイオードで構成した角度検出センサー、４１４は光ファイバーコネクタ、４１５は受信光と送信光を分離する光サーキュレータ、４１６は受信光用の光ファイバー、４１７は受信光用の光アンプ、４１８は光ファイバー、４１９はデータ受信用のInGaAsフォトダイオード、４２０は送信光用の光ファイバー、４２１は送信光を増幅する光アンプ、４２２は光ファイバー、４２３は送信光を発生するレーザである。４１６の受信光用の光ファイバーと４２０の送信光用の光ファイバーは光サーキュレータ４１５で結合されており受信光と送信光は同一の光ファイバーコネクタ４１４より出射もしくは入射される。図４－４に示すように、従来の光通信端末の光学系に比べて本発明の光学系は、受信光の受信と送信光の送信が空間的に同一の点から行われる点が大きな特徴となっている。受信光から送信光の角度を進めるビームアヘッド制御を行うために送信光と受信光の光路を分けてビームアヘッドミラー（図１の２３０）等が配置されていた。本発明の光通信端末では送信光と受信光が空間的に同一の発光点もしくは受光点にあり、送信光と受信光が同一の光路を共有しながら受信光の角度に対して送信光の角度を進めるビームアヘッドの機能を実現している。
【0044】
まず図４－４に点線で示した受信光の光路について説明を行う。通信を行う相手方の衛星４０１から出射された光は、４－４図の光通信端末に受信光として入射する。図４－４では、受信光を点線で示してある。光アンテナの鏡筒４０４に入射した受信光は４０７の集光ミラーで集光された後に４０８の凸形状ミラー平行光となったのちに、４０９の2軸ステアリングミラーで反射され、４１０の１/４λ板によってＳ偏光の直線偏光となる。４１１の空間光位相変調器で反射されるが、４１１の空間光位相変調器はＳ偏光に対しては光の位相変調を行われないので受信光は空間位相変調を受けずに反射され４１２の集光レンズによって集光される。集光された受信光は角度検出センサー４１３で集光された外周部分の光を受光し受信光の角度が検出される。角度検出センサー４１３の詳細を図５に示す。図５は、角度検出センサー上に受信光が照射されている状態を示している。５０１の受信光は光ファイバー４１５／４２０の中心に受信光が集光レンズ４１２で集光されて光ファイバーに受信光が結合されている状態を示している。５０２の受信光は、受信光の角度ずれがあり光ファイバーに結合されていない受信光である。角度検出センサー４１３の光入射面には、その中心に受信光が通過できるホールが形成されており受信光が中心部分にある状態では、受信光はホールを通過して受信光の光ファイアー４１５と結合する。受信光の角度ずれがある場合には、受信光は図５の５０２の様な中心とは異なる位置に移動するため受信光の光ファイバー４１５と結合ができなくなる。この際の受信光のずれ量に応じて受信光が５０１の位置となるようにステアリングミラー４０９を制御することが出来れば受信光を安定に光ファイバー４１５に結合することが出来る。本実施例においては、受信光が通過するホール５０３の周辺に４分割したセンサーを配置しており、受信光の角度に応じて受信光の一部もしくは全部が４分割されたセンサー５０４／５０５／５０６／５０７のいずれかに入射する構成となっている。この４分割センサー５０４／５０５／５０６／５０７の出力に対して以下の演算を行う事で、光ビームの中心からのずれ量を検出できる。図５の光入射面の水平方向をＸ軸、垂直方向をＹ軸、センサー５０４の出力をＡ、センサー５０５の出力をＢ、センサー５０６の出力をＣ、センサー５０７の出力をＤ、Ｘ軸方向のずれをＥｘ、Ｙ軸方向のずれをＥｙとするとＥｘとＥｙは、Ｅｘ=（Ａ－Ｂ－Ｃ＋Ｄ）／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）、Ｅｙ＝（Ａ＋Ｂ－Ｃ－ｄ）／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）で求める事が出来る。ＥｘとＥｙが共にゼロとなるようにファインステアリングミラーの角度をＸ軸方向とＹ軸方向に制御すれば、受信光は５０１の位置に制御され安定に受信光を光ファイバーと結合することが出来るようになる。Ｅｘ，Ｅｙは角度検出センサー４１３に入力される全光量であるＡ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄで割り算の処理が行われているが、これは受信光量が変化した際に制御系の制御ゲインが変化しないようにするための措置である。ファインステアリングミラー４０９は高速に応答するので、高い周波数まで制御が可能であるが動作範囲が±０．２度程度と狭い場合が多い。さらに広い角度範囲まで衛星を捕捉追尾するために第１の実施形態の光通信端末は、角度検出センサー４１３の低域成分を用いて光アンテナ鏡筒をチルト方向に回転させるジンバル機構４０５と平面内で回転させるジンバル機構４０６にデータ信号処理・制御処理ブロック４０３よりフィードバック制御している。このフィードバック制御によって角度検出センサー４１３の中心部に導かれた受信光の中心部分は、４１４の光ファイバーコネクタを通過して４１５の光サーキュレータに導入され受信光のみが光ファイバー４１６に結合し光アンプ４１７で１００倍に増幅される。増幅された受信光は４１８の光ファイバーを通過して４１９のデータ受信用のInGaAsフォトダイオードで受光され光の強度が電気信号の強度に変換された後に４０３のデータ信号処理・制御処理ブロックで受信データとして復調される。
【0045】
次に図４－４に一点鎖線で示した送信光の光路について説明を行う。データ信号処理・制御処理ブロック４０３より出力される通信データでプリ変調された信号は、送信光用レーザ４２３でオンオフキーイング変調が施され、光ファイバー４２２に結合され、光アンプ４２１で３００倍に増幅され３Ｗのレーザ光となり光ファイバー４２０を通して４１５の光サーキュレータに入力され光ファイバーコネクタ４１４に接続されたファイバーよりＰ偏光で出射される。４１５の光サーキュレータは光の進行方向を制限するデバイスで、４１４の光コネクターから入力された光は光ファイバー４１６に導入され、光ファイバー４２０側からの光は４１５の光コネクター側のファイバーに導入されるため受信光と送信光を分離する働きを行っている。４１５の光コメクターから出射された光は、角度検出センサー４１３の中心部に設けられたホール５０３を通過して集光レンズ４１２で平行光に変換され空間光位相変調器４１１に入射する。空間位相変調器４１１に、Ｐ偏光に対しては光の位相を変調しＳ偏光に対しては光の位相を変調しないという偏光選択性を持つ空間位相変調器を用いることで、送信光の発光点と受信光の受光点が空間的に同じ点にありながら送信光の送信角度を受信光の角度に対して自由に変更できる光通信端末を実現している。送信光の送信角度を受信光の角度対して変更する４１１の空間位相変調器の動作について図６を用いて説明を行う。本発明の第１実施形態では、空間位相変調器としてＬＣＯＳを用いた。ＬＣＯＳは、液晶に電圧を加える事で光の位相差をコントロールするデバイスであり、第１の実施形態で用いたＬＣＯＳは図６-1に示したように１６ｍｍ×１３ｍｍのサイズで１２８０×１０２４のピクセルに分かれており、それぞれのピクセルに照射される光の位相を０から１λまで２５６諧調コントロールする事が出来る。例えばＬＣＯＳを用いて光の反射角度をＸ方向に変更したい場合は、図６－２に示したように各ピクセルのＸ方向の位相を直線的に変化させることで、反射角度を変化させることが出来る。例えば本実施形態１の波長１．５５μｍの光を用い図６－２に示したように１２８０ピクセルの間の光位相を０～１λまで変化させるパターンをＬＣＯＳに設定した場合、反射光を約０．００５６度傾かせることができる。位相変調を行う各ピクセルの分解能は１／２５６λと非常に小さな光位相をコントロールできるため、光の反射角を非常に細かく精度よくコントロールする事が可能となる。具体的に送信光を図６のＸ方向にAx度、Ｙ方向にAy度傾ける際のＬＣＯＳの各ピクセルの位相設定値V(x,y)は、ＬＣＯＳのＸ方向のサイズをLx、Ｙ方向のサイズをLy、Ｘ方向のピクセル数をPx、Ｙ方向のピクセル数をPy、ピクセル座標をx,y、送信光の波長をλとすると以下の様な（数１）となる。本発明の光通信端末では、送信光をビームアヘッドする角度Ax,Ayにもとづいて（数１）に従いＬＣＯＳのピクセルに位相を設定することが可能で、光の波長の２５６分の１の分解能で送信光の空間位相をコントロールする事ができ非常に高い精度で送信光の角度を受信光に対して変化させることが可能となる。
【0046】
【数1】
【0047】
従来の光通信端末では、ビームアヘッドをミラーの角度を調整する事で行っており、1/1000度のような高い精度を実現することが非常に難しくビームアヘッドミラー（２３０）の角度を事前に調整用のレーザ（２３１）を用いて校正するなど複雑な手順が必要だけでなく、温度変化などによる光学部品の変形などにも弱く精度の高い光通信端末を実現する事が難しく、光通信端末の転送レートの向上や低コストの光通信端末を実現する上で大きな障害となっていた。これに対して本発明の光通信端末は、光の偏向方向に対して選択的に空間位相変調を加えることが可能な空間位相変調器４１１を用いる事でＰ偏光である送信光のみに空間位相変調を加えることが可能となり、同一光路を通過する相手方の衛星から送信されるＳ偏光の受信光に対して４１１で空間位相変調が行われない構成としたところに大きな特徴があり、受信光を用いて2軸ステアリングミラー４０９を制御することで相手方の衛星の方向を高い精度で捕捉すると共に、この受信光を基準に送信光に空間位相変調を加える事で非常に高い精度で送信光の角度を受信光に対して変化させる事が可能となった。ビームアヘッドの角度に応じて４１１の空間位相変調器に（数１）のパターンの生成と転送は４０３のデータ信号処理・制御処理ブロックによって行われる。このように実現をした第１の実施形態による光通信端末を動作させ送信光のビームアヘッドの角度分解能が約5×10-5度の精度でコントロール出来る事が確認された。これは光通信端末のビームアヘッドに用いるのに十分な性能である。また、本実施例では受信光の制御系のゲイン交点を３００Ｈｚに設定してＰＩＤ制御を用いファインステアリングミラー４０９の制御をデータ信号処理・制御処理ブロック４０３で行う事で概ね０．３μradの制御精度で受信光の角度制御が実施できることも同時に確認された。その際のエラーレートも10-12と光通信端末として十分な特性が確認された。
【0048】
第１実施形態で用いた偏光選択性を持つ空間位相変調器は、Ｓ偏光に対する感度が０％、Ｐ偏光に関する感度が１００％であることが理想ではあるが、おおむねＰ偏光に対する感度が７０％以上あれば送信光の７０％を通信光に利用でき問題なく通信が可能となる。また、この場合Ｓ偏光に対する感度が最大３０％存在する事になり受信光の３０％をロスする事になるが、光通信端末として十分に機能する光量を得る事ができる。よってＳ偏光に対する位相変調感度が３０％以下でＰ偏光に対する位相変調感度が７０％以上の空間光変調器を用いる事が本発明を実施する際の空間光変調器に望まれる特性となる。第１の実施形態において空間位相変調器をＰ偏光の変調特性が７０％、Ｓ偏光の変調特性が３０％の空間光変調器を用いてもＰ偏光の変調特性がほぼ１００％、Ｓ偏光の変調特性がほぼ０％の空間光変調器と同等の追随特性とエラーレートが確認された。なお、第１実施形態においては、空間位相変調を行う偏光選択特性を持った位相変調器としてＬＣＯＳを用いたが、位相変調特性に偏光選択性を持つ空間位相変調器であれば、第１の実施形態と同様の性能を実現できる。例えば、送信と受信光の波長を変えることで波長選択性を持つ空間位相変調器やカー効果による複屈折特性を利用した空間位相変調器を用いても同様の特性を得る事ができる。また、ビームアヘッド量を変える必要が無い場合には、複屈折特性を持つ結晶を用いた空間位相変調器を用いても良い。また、第１の実施形態においては、送信光を増幅するための光アンプ４１７と受信光を増幅する光アンプ４２１を用いたが、これは長距離通信を実現するためであり、これらの光アンプが無くても本発明の機能は同様に発揮されるため必ずしも必要するものではない。
【0049】
＜第２実施形態の光通信端末＞
図７は、本発明の光通信端末の第２の実施形態の例を示したものである。図７において、７０１は光通信を行う相手側の衛星、７０２は光通信端末の光学系部分が乗ったジンバル機構、７０３は光通信端末のメカ制御や通信データの送受信の処理を行うデータ信号処理・制御処理ブロック、７０４は光アンテナの鏡筒、７０５は光アンテナ鏡筒７０４をチルト方向に回転させるジンバル機構、７０６は光アンテナ鏡筒７０４を平面内で回転させるジンバル機構、７０７は通信光を集光させる集光ミラー、７０８は集光ミラー７０７からの光を平行光として反射させる凸形状ミラー、７０９は光通信光のビーム角度を変化させる２軸ステアリングミラー、７１０は１/４λ板、７１１はＰ偏光の成分に対して光位相を変調するＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）で構成された空間光位相変調器、７１２は集光レンズ、７１３は中心部分に光が通過できるホールを形成した４分割のInGaAsフォトダイオードで構成した角度検出センサー、７１４は光ファイバーコネクタ、７１５は受信光と送信光を分離する光サーキュレータ、７１６は受信光用の光ファイバー、７１７は受信光用の光アンプ、７１８は光ファイバー、７１９はデータ受信用のInGaAsフォトダイオード、７２０は送信光用の光ファイバー、７２１は送信光を増幅する光アンプ、７２２は光ファイバー、７２３は送信光を発生するレーザである。７１６の受信光用の光ファイバーと７２０の送信光用の光ファイバーは光サーキュレータ７１５で結合されており受信光と送信光は同一の光ファイバーコネクタ７１４より出射もしくは入射される。第２の実施形態は第１の実施形態と近い構成であるが、集光ミラー７０７への送信光の取り込み範囲である送信光アパーチャーサイズに対して受信光の取り込み範囲である受信光アパーチャーサイズを大きくした事を特徴としている。図７に受信光を点線で、送信光を一点鎖線で示しており、点線で示した７０７の集光ミラーに入射する受信光の範囲より一点鎖線で示した送信光の範囲が狭くなっとり、この特徴によって第２の実施形態では送信光の伝達効率を第１の実施形態に対して高められるという特徴がある。第２の実施形態においては、送信光のアパーチャーサイズを受信光のアパーチャーサイズに対して小さくしたことによって、光通信端末を校正する光学部品等の設計パラメータは第１の実施形態と異なっているが、その機能は同一であるので送信光と受信光に光路に対する詳細な説明は省略し、第２の実施形態の特徴である送信光の伝達効率を高められるという特徴に関して以下詳しく説明を行う。
図７は、本発明の光通信端末の第２の実施形態の例を示したものである。図７において、７０１は光通信を行う相手側の衛星、７０２は光通信端末の光学系部分が乗ったジンバル機構、７０３は光通信端末のメカ制御や通信データの送受信の処理を行うデータ信号処理・制御処理ブロック、７０４は光アンテナの鏡筒、７０５は光アンテナ鏡筒７０４をチルト方向に回転させるジンバル機構、７０６は光アンテナ鏡筒７０４を平面内で回転させるジンバル機構、７０７は通信光を集光させる集光ミラー、７０８は集光ミラー７０７からの光を平行光として反射させる凸形状ミラー、７０９は光通信光のビーム角度を変化させる２軸ステアリングミラー、７１０は１/４λ板、７１１はＰ偏光の成分に対して光位相を変調するＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）で構成された空間光位相変調器、７１２は集光レンズ、７１３は中心部分に光が通過できるホールを形成した４分割のInGaAsフォトダイオードで構成した角度検出センサー、７１４は光ファイバーコネクタ、７１５は受信光と送信光を分離する光サーキュレータ、７１６は受信光用の光ファイバー、７１７は受信光用の光アンプ、７１８は光ファイバー、７１９はデータ受信用のInGaAsフォトダイオード、７２０は送信光用の光ファイバー、７２１は送信光を増幅する光アンプ、７２２は光ファイバー、７２３は送信光を発生するレーザである。７１６の受信光用の光ファイバーと７２０の送信光用の光ファイバーは光サーキュレータ７１５で結合されており受信光と送信光は同一の光ファイバーコネクタ７１４より出射もしくは入射される。第２の実施形態は第１の実施形態と近い構成であるが、集光ミラー７０７への送信光の取り込み範囲である送信光アパーチャーサイズに対して受信光の取り込み範囲である受信光アパーチャーサイズを大きくした事を特徴としている。図７に受信光を点線で、送信光を一点鎖線で示しており、点線で示した７０７の集光ミラーに入射する受信光の範囲より一点鎖線で示した送信光の範囲が狭くなっとり、この特徴によって第２の実施形態では送信光の伝達効率を第１の実施形態に対して高められるという特徴がある。第２の実施形態においては、送信光のアパーチャーサイズを受信光のアパーチャーサイズに対して小さくしたことによって、光通信端末を校正する光学部品等の設計パラメータは第１の実施形態と異なっているが、その機能は同一であるので送信光と受信光に光路に対する詳細な説明は省略し、第２の実施形態の特徴である送信光の伝達効率を高められるという特徴に関して以下詳しく説明を行う。
【0050】
図８は、７１３の角度検出センサー上の受信光と送信光の状態を示す拡大で、７１３の角度検出センサーで検出された受信光８０１の角度情報から７０３のデータ信号処理・制御処理ブロックから７０９の２軸ステアリングミラーによって受信光の角度の制御を行い受信光が７１３の角度検出センサーの中心部に制御されている状態を示している。第１および第２の実施形態では、この状態で受信光外周部分の約２０％が角度検出センサー７１３の４分割された光センサー受光部８０４／８０５／８０６／８０７に入射する光学設計がなされている。受信光と送信光のアパーチャーサイズが同一に設計された第１の実施形態では、図５に示したように、光コネクター４１４に接続された光ファイバー４１５から出力される送信光の外周部分がホールを通過できないために約２０％が送信光として利用されず送信の電力効率の低下を招いた。第２の実施形態は、第１の実施形態の送信光の電力効率が低下するという課題を解決するためになされたもので、送信光のレーザ出射の効率を約１００％に近い値に高める事ができる。第２の実施形態では、送信光アパーチャーサイズに対して受信光アパーチャーサイズを大きくした事を特徴としており、送信光のアパーチャーサイズを受信光のアパーチャーサイズより小さくすることで、図８に示した様に光ファイバー７１５から出射した送信光８０２の多くがホール８０３を通過する事が可能となり、送信光の電力効率を９５％程度まで高める事が出来た。第２の実施形態では、送信光のアパーチャーサイズを受信光のアパーチャーサイズ対して２０％小さく設定をしたが、送信光のアパーチャーサイズを受信光のアパーチャーサイズ対して小さくすれば、送信光の電力効率が高まり第２の実施形態と同様の効果を得る事ができる。受信光の外周部分をどの程度角度制御用の信号として、残りをデータ通信用の光として利用するかは、光通信端末として実現必要な制御の精度と送受信の転送レートとのトレードオフ設計問題となるが、一般的に、５０％から１０％程度の光を制御用の信号として利用する事が望ましく、この場合は送信光のアパーチャーサイズを受信光のアパーチャーサイズも同様に５０％から１０％程度と設定することが望ましい。
【0051】
＜第３実施形態の光通信端末＞
光通信端末のビームアヘッド精度をさらに向上させることが出来る第３の実施形態の光通信端末について図９を用いて説明を行う。図９において９０３は、空間位相変調器７１１に設定する複数のパターンを保持し変調パターンの設定を行うデータ信号処理・制御処理ブロックである。第３の実施形態ある光通信端末は、第２の実施形態の光通信端末に対して、７１１のＬＣＯＳで構成された空間光位相変調器に設定するパターンを変化させることによって、ビームアヘッドの角度の分解能を向上させビームアヘッドの精度をさらに向上させている。第２の実施形態と第３の実施形態の差分であるＬＣＯＳのコントロール部分を図９には示している。図９に示すように第３の実施形態である光通信端末は、ビームアヘッドを行う角度に応じて９０３のデータ信号処理・制御処理ブロックによって位相変調パターンをセットすることで受信光と角度差を発生させるが、一般的にＬＣＯＳのような空間位相変調器に設定できるパターンはデジタル設定値のため例えば図９のパターンＡやパターンＢのようなデジタル値となる。更にビームアヘッドの精度を向上するためには、ＬＣＯＳに設定できる位相値の分解能を上げＡとＢの中間の状態が設定できるようにする必要がある。しかしＬＣＯＳの分解能を高くするとコストアップやパターンを設定するインターフェースが複雑になってしまうなどの課題がありビームアヘッドの精度を更に向上する際の障害となっていた。第３の実施形態は、この課題を解決するためになされた発明であり空間変調器の持つ分解能以下の精度で空間変調器の位相をコントロールする事が可能となる。第３の実施形態の光通信端末のデータ信号処理・制御処理ブロック９０３は、例えばパターンＡとパターンＢを、それぞれ所定の時間Ｔ１とＴ２の時間位相変調する機能を有している。Ｔ１＋Ｔ２のパターンが繰り返し変化する時間となるが、この時間を空間変調器７１１の変調応答速度よりも早くすることで、Ｔ１とＴ２の時間比に応じてパターンＡとパターンＢの中間値である図９に示した位相変調パターンを設定可能となる。これは、Ｔ１＋Ｔ２を所定の値であるが空間位相変調器の応答時間よりも早い周期に設定し、パターンＡとパターンＢを切り替えると空間位相変調器７１１はＴ１とＴ２の比率で決まる中間値となる。このようなコントロールを行うことで空間位相変調器７１１は設定できる分解能を大きく向上する事ができることになる。例えば、空間位相変調器の各ピクセルがＯＮとＯＦＦの１ビットの分解能しかなくてもＴ１とＴ２の比率の設定分解能で空間位相変調を行う事も可能となる。９０３のデータ信号処理・制御処理ブロックに、このような空間位相変調器制御を導入する事で第３の実施形態では第２の実施形態に対してビームアヘッドの分解能を約２０倍に向上することが可能となった。
光通信端末のビームアヘッド精度をさらに向上させることが出来る第３の実施形態の光通信端末について図９を用いて説明を行う。図９において９０３は、空間位相変調器７１１に設定する複数のパターンを保持し変調パターンの設定を行うデータ信号処理・制御処理ブロックである。第３の実施形態ある光通信端末は、第２の実施形態の光通信端末に対して、７１１のＬＣＯＳで構成された空間光位相変調器に設定するパターンを変化させることによって、ビームアヘッドの角度の分解能を向上させビームアヘッドの精度をさらに向上させている。第２の実施形態と第３の実施形態の差分であるＬＣＯＳのコントロール部分を図９には示している。図９に示すように第３の実施形態である光通信端末は、ビームアヘッドを行う角度に応じて９０３のデータ信号処理・制御処理ブロックによって位相変調パターンをセットすることで受信光と角度差を発生させるが、一般的にＬＣＯＳのような空間位相変調器に設定できるパターンはデジタル設定値のため例えば図９のパターンＡやパターンＢのようなデジタル値となる。更にビームアヘッドの精度を向上するためには、ＬＣＯＳに設定できる位相値の分解能を上げＡとＢの中間の状態が設定できるようにする必要がある。しかしＬＣＯＳの分解能を高くするとコストアップやパターンを設定するインターフェースが複雑になってしまうなどの課題がありビームアヘッドの精度を更に向上する際の障害となっていた。第３の実施形態は、この課題を解決するためになされた発明であり空間変調器の持つ分解能以下の精度で空間変調器の位相をコントロールする事が可能となる。第３の実施形態の光通信端末のデータ信号処理・制御処理ブロック９０３は、例えばパターンＡとパターンＢを、それぞれ所定の時間Ｔ１とＴ２の時間位相変調する機能を有している。Ｔ１＋Ｔ２のパターンが繰り返し変化する時間となるが、この時間を空間変調器７１１の変調応答速度よりも早くすることで、Ｔ１とＴ２の時間比に応じてパターンＡとパターンＢの中間値である図９に示した位相変調パターンを設定可能となる。これは、Ｔ１＋Ｔ２を所定の値であるが空間位相変調器の応答時間よりも早い周期に設定し、パターンＡとパターンＢを切り替えると空間位相変調器７１１はＴ１とＴ２の比率で決まる中間値となる。このようなコントロールを行うことで空間位相変調器７１１は設定できる分解能を大きく向上する事ができることになる。例えば、空間位相変調器の各ピクセルがＯＮとＯＦＦの１ビットの分解能しかなくてもＴ１とＴ２の比率の設定分解能で空間位相変調を行う事も可能となる。９０３のデータ信号処理・制御処理ブロックに、このような空間位相変調器制御を導入する事で第３の実施形態では第２の実施形態に対してビームアヘッドの分解能を約２０倍に向上することが可能となった。
【0052】
＜第４実施形態の光通信端末＞
図１０は、本発明の光通信端末の第４の実施形態の例を示したものである。図１０において、１００１は光通信を行う相手側の衛星、１００２は光通信端末の光学系部分が乗ったジンバル機構、１００３は光通信端末のメカ制御や通信データの送受信の処理を行うデータ信号処理・制御処理ブロック、１００４は光アンテナの鏡筒、１００５は光アンテナ鏡筒１００４をチルト方向に回転させるジンバル機構、１００６は光アンテナ鏡筒７０４を平面内で回転させるジンバル機構、１００７は通信光を集光させる集光レンズ、１００８は光通信光のビーム角度を変化させる３軸ステアリングレンズ、１００９は通信光を反射させるミラー、１０１０は１/４λ板、１０１１はＰ偏光の成分に対して光位相を変調するＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）で構成された空間光位相変調器、１０１２はＳ偏光の成分に対して光位相を変調するＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）で構成された空間光位相変調器、１０１３集光レンズ、１０１４は４分割のInGaAsフォトダイオードで構成した前光角度検出センサー、１０１５は４分割のInGaAsフォトダイオードで構成した後光角度検出センサー、１０１６は光ファイバーコネクタ、１０１７は受信光と送信光を分離する光サーキュレータ、１０１８は受信光用の光ファイバー、１０１９は受信光用の光アンプ、１０２０は光ファイバー、１０２１はデータ受信用のInGaAsフォトダイオード、１０２２は送信光用の光ファイバー、１０２３は送信光を増幅する光アンプ、１０２４は光ファイバー、１０２５は送信光を発生するレーザである。１０１８の受信光用の光ファイバーと１０２２の送信光用の光ファイバーは光サーキュレータ１０１７で結合されており受信光と送信光は同一の光ファイバーコネクタ１０１６より出射もしくは入射される。第４の実施形態は第２の実施形態と近い構成であるが、受信光と送信光の集光に集光レンズ１００７を用い、第１の実施形態で用いていた２軸のステアリングミラーの代わりに送受信の光ビームと垂直な平面内で２軸方向と送受信の光ビームと平行な方向に１軸の移動軸を持つステアリングレンズ１００８によって送信光もしくは受信光の角度を変化させる点が、第４の実施形態の特徴となっている。第１、第２および第３の実施形態では、光サーキュレータ（４１５／７１５）の光ファイバーに受信光を高い効率で結合する必要があり、集光レンズ（４１２／７１２）によって１０μｍ以下に集光し結合を行っていた。しかしながら、衛星内の振動や温度変化などによって集光状態が変化するために、高い結合状態を維持するために集光レンズ（４１２／７１２）や光ファイバーコネクター（４１４／７１４）を剛性の高く温度変化が少ない基台に固定する必要があり光通信端末の低コスト化や信頼性の向上に課題が発生していた。第４の実施形態の光通信端末は、この課題を解決するためになされたもので光ファイバー１０１７に集光される受信光の集光状態をフォーカス方向に稼働する３軸のステアリングレンズ１００８を用いて制御するとことに特徴がある。これによって、衛星内での振動、光学系の経時変動や温度変動などによって光サーキュレータの光ファイバー１０１７に結合する集光ビームの状態が変化した際にもフィードバック制御を行う事で安定な光通信が維持される。このフィードバック制御を実現するためには、集光レンズ１０１３の集光状態であるフォーカス位置検出を行う必要がある。このフォーカス位置の検出方法に関して、以下、図１１を用い説明を行う。図１１－１は、フォーカス位置を検出するための光学構成の一例であり、１１０１と１１０２は空間光位相変調器１１０２から反射した受信光の１次回折光である。空間光位相変調器１０１２は、Ｓ偏光成分にのみ空間位相変調されるＬＣＯＳ素子で構成されており、Ｓ偏光で入射する受信光のみが空間位相変調を受ける。１０１２の空間位相変調器には、データ信号処理・制御処理ブロック１００３より図１１－２で示したようなグレーティング１１２０の空間位相変調パターンが転送されており、このグレーティングパターン１１２０によってＳ偏光である受信光は、直進する０次光１１０３と回折された1次光の１１０１と１１０２に分かれ、０次光は光ファイバーコネクタ１１０６を経由して光サーキュレータ１０１７と結合をする。空間位相変調器１０１２で回折された１次光は、フォーカス位置と受信光の角度を検出するために設けられた前光角度検出センサー１０１４と後光角度検出センサー１１０５で検出される。空間位相変調器１０１２には、送信光も入射をするがＰ偏光である送信光は１１０２で位相変調は受けずに反射されるために回折されず、ほぼ１００パーセントの光が送信光として利用される。第４の実施形態にでは、制御に利用される１次回折光と受信データの復調に用いられる０次光の比率を０．２対０．８とするために、図１１－２で示したグレーティングパターン１１２０の間隔を２．５４μｍ、空間位相変調器で変調されるグレーティング部分の位相差を１／１２λ（λ：光通信で用いる受信光の光波長）とした。０次光が光サーキュレータ１０１７の光ファイバーに焦点を結んで結合している状態で、前光角度検出センサー１０１４は１次光の焦点位置より手前に配置され、後光角度検出センサー１１０５は１次光の焦点位置より奥に配置され、この状態で前光角度検出センサー１０１４と後光角度検出センサー１１０５上のビームスポットサイズが等しくなる位置関係としている。０次光の焦点位置が手前にずれると、前光角度検出センサー１０１４上のビームスポットは大きくなり、後光角度検出センサー１１０５上のビームサイズは小さくなるので、１０１４と１０１５のセンサー上の光ビームサイズの差を検出すれば、０次光のフォーカス位置を反映したフォーカス位置信号が検出される。同時に１０１４と１０１５のセンサーから受信光の角度を検出する必要があるために、１０１４と１０１５のセンサーを図１１―３に示すような分割を行う事で、センサー上の光ビームサイズと位置を同時に検出した。図１１－３において、１１０１は空間位相変調器で回折された１次光の後焦点光スポット、１１０２は空間位相変調器で回折された１次光の前焦点光スポット、１１０３は光ファイバーコネクタ１０１６に接続された光サーキュレータ１１０７の光ファイバーに結合する０次光、１１０４～１１１０は角度検出センサー１０１４と１０１５上に形成されている光検出器である。
図１０は、本発明の光通信端末の第４の実施形態の例を示したものである。図１０において、１００１は光通信を行う相手側の衛星、１００２は光通信端末の光学系部分が乗ったジンバル機構、１００３は光通信端末のメカ制御や通信データの送受信の処理を行うデータ信号処理・制御処理ブロック、１００４は光アンテナの鏡筒、１００５は光アンテナ鏡筒１００４をチルト方向に回転させるジンバル機構、１００６は光アンテナ鏡筒７０４を平面内で回転させるジンバル機構、１００７は通信光を集光させる集光レンズ、１００８は光通信光のビーム角度を変化させる３軸ステアリングレンズ、１００９は通信光を反射させるミラー、１０１０は１/４λ板、１０１１はＰ偏光の成分に対して光位相を変調するＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）で構成された空間光位相変調器、１０１２はＳ偏光の成分に対して光位相を変調するＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）で構成された空間光位相変調器、１０１３集光レンズ、１０１４は４分割のInGaAsフォトダイオードで構成した前光角度検出センサー、１０１５は４分割のInGaAsフォトダイオードで構成した後光角度検出センサー、１０１６は光ファイバーコネクタ、１０１７は受信光と送信光を分離する光サーキュレータ、１０１８は受信光用の光ファイバー、１０１９は受信光用の光アンプ、１０２０は光ファイバー、１０２１はデータ受信用のInGaAsフォトダイオード、１０２２は送信光用の光ファイバー、１０２３は送信光を増幅する光アンプ、１０２４は光ファイバー、１０２５は送信光を発生するレーザである。１０１８の受信光用の光ファイバーと１０２２の送信光用の光ファイバーは光サーキュレータ１０１７で結合されており受信光と送信光は同一の光ファイバーコネクタ１０１６より出射もしくは入射される。第４の実施形態は第２の実施形態と近い構成であるが、受信光と送信光の集光に集光レンズ１００７を用い、第１の実施形態で用いていた２軸のステアリングミラーの代わりに送受信の光ビームと垂直な平面内で２軸方向と送受信の光ビームと平行な方向に１軸の移動軸を持つステアリングレンズ１００８によって送信光もしくは受信光の角度を変化させる点が、第４の実施形態の特徴となっている。第１、第２および第３の実施形態では、光サーキュレータ（４１５／７１５）の光ファイバーに受信光を高い効率で結合する必要があり、集光レンズ（４１２／７１２）によって１０μｍ以下に集光し結合を行っていた。しかしながら、衛星内の振動や温度変化などによって集光状態が変化するために、高い結合状態を維持するために集光レンズ（４１２／７１２）や光ファイバーコネクター（４１４／７１４）を剛性の高く温度変化が少ない基台に固定する必要があり光通信端末の低コスト化や信頼性の向上に課題が発生していた。第４の実施形態の光通信端末は、この課題を解決するためになされたもので光ファイバー１０１７に集光される受信光の集光状態をフォーカス方向に稼働する３軸のステアリングレンズ１００８を用いて制御するとことに特徴がある。これによって、衛星内での振動、光学系の経時変動や温度変動などによって光サーキュレータの光ファイバー１０１７に結合する集光ビームの状態が変化した際にもフィードバック制御を行う事で安定な光通信が維持される。このフィードバック制御を実現するためには、集光レンズ１０１３の集光状態であるフォーカス位置検出を行う必要がある。このフォーカス位置の検出方法に関して、以下、図１１を用い説明を行う。図１１－１は、フォーカス位置を検出するための光学構成の一例であり、１１０１と１１０２は空間光位相変調器１１０２から反射した受信光の１次回折光である。空間光位相変調器１０１２は、Ｓ偏光成分にのみ空間位相変調されるＬＣＯＳ素子で構成されており、Ｓ偏光で入射する受信光のみが空間位相変調を受ける。１０１２の空間位相変調器には、データ信号処理・制御処理ブロック１００３より図１１－２で示したようなグレーティング１１２０の空間位相変調パターンが転送されており、このグレーティングパターン１１２０によってＳ偏光である受信光は、直進する０次光１１０３と回折された1次光の１１０１と１１０２に分かれ、０次光は光ファイバーコネクタ１１０６を経由して光サーキュレータ１０１７と結合をする。空間位相変調器１０１２で回折された１次光は、フォーカス位置と受信光の角度を検出するために設けられた前光角度検出センサー１０１４と後光角度検出センサー１１０５で検出される。空間位相変調器１０１２には、送信光も入射をするがＰ偏光である送信光は１１０２で位相変調は受けずに反射されるために回折されず、ほぼ１００パーセントの光が送信光として利用される。第４の実施形態にでは、制御に利用される１次回折光と受信データの復調に用いられる０次光の比率を０．２対０．８とするために、図１１－２で示したグレーティングパターン１１２０の間隔を２．５４μｍ、空間位相変調器で変調されるグレーティング部分の位相差を１／１２λ（λ：光通信で用いる受信光の光波長）とした。０次光が光サーキュレータ１０１７の光ファイバーに焦点を結んで結合している状態で、前光角度検出センサー１０１４は１次光の焦点位置より手前に配置され、後光角度検出センサー１１０５は１次光の焦点位置より奥に配置され、この状態で前光角度検出センサー１０１４と後光角度検出センサー１１０５上のビームスポットサイズが等しくなる位置関係としている。０次光の焦点位置が手前にずれると、前光角度検出センサー１０１４上のビームスポットは大きくなり、後光角度検出センサー１１０５上のビームサイズは小さくなるので、１０１４と１０１５のセンサー上の光ビームサイズの差を検出すれば、０次光のフォーカス位置を反映したフォーカス位置信号が検出される。同時に１０１４と１０１５のセンサーから受信光の角度を検出する必要があるために、１０１４と１０１５のセンサーを図１１―３に示すような分割を行う事で、センサー上の光ビームサイズと位置を同時に検出した。図１１－３において、１１０１は空間位相変調器で回折された１次光の後焦点光スポット、１１０２は空間位相変調器で回折された１次光の前焦点光スポット、１１０３は光ファイバーコネクタ１０１６に接続された光サーキュレータ１１０７の光ファイバーに結合する０次光、１１０４～１１１０は角度検出センサー１０１４と１０１５上に形成されている光検出器である。
【0053】
以下、１０１４と１０１５のセンサーから得られて信号を演算して、フォーカス位置検出信号と受信光の角度検出信号を演算する手段について説明を行う。各センサーからの出力を、図１１－３に示した記号番号をXXXXとした際の信号をＳXXXXとした場合、以下の演算を行う事で、フォーカス位置検出信号FEと受信光の角度検出信号PX,PYを得る事が出来る。
【0054】
FE = {(S1104+S1107+S1108+S1111) - (S1112+S1115+S1116+S1119) - (S1105+S1106+S1109+S1110) - (S1113+S1114+S1117+S1118)} / (S1104+S1105+S1106+S1107+S1108+S1109+S1110+S1111)
【0055】
PX = {(S1104+S1105+S1111+S1110) - (S1106+S1107+S1108+S1109) + (S1112+S1113+S1119+S1118) - (S1114+S1115+S1116+S1117)} / (S1104+S1105+S1106+S1107+S1108+S1109+S1110+S1111)
【0056】
PY = {(S1104+S1105+S1106+S1107) - (S1108+S1109+S1110+S1111) + (S1112+S1113+S1114+S1115) - (S1116+S1117+S1118+S1119)} / (S1104+S1105+S1106+S1107+S1108+S1109+S1110+S1111)
【0057】
受信光の角度検出信号であるPXとPYを用いて、データ信号処理・制御処理ブロック１００３によりステアリングレンズ１００８を光軸と垂直な面内でＸとＹの２軸にそれぞれ制御することで、光サーキュレータ１０１７の光ファイバーの中心に受信光を制御する事ができる。その後、フォーカス位置検出信号FEがゼロもしくは所望の値になるように、データ信号処理・制御処理ブロック１００３によりステアリングレンズ１００８を光軸と平行な方向に制御をすることで、集光レンズ１１０３の焦点位置が安定し空間位相変調器１０１２で反射した受信０次回折光を安定に光サーキュレータ１０１７に結合する事が可能となった。フォーカス位置検出信号FEの検出は、角度検出センサー１０１４、１０１５のほぼ中心に光ビームが位置する状態で行う方が正しいビームサイズの検出ができるため、受信光の角度制御後にフォーカス位置制御を行うことが望ましい制御手順となる。第４の実施形態の光通信端末は、光サーキュレータ１０１７に結合する受信光の集光状態を制御することで、従来に比べより安定に光通信のリンクを行う事が可能となり、第１および第２の実施形態における光通信端末に対して、通信データのエラーレートを１桁から２桁程度改善を行う事ができた。なお、第４の実施形態においてフォーカス位置の一検出手段として焦点位置の前後のスポットサイズ差を用いる検出方法を用いたが、かならずしもこの検出手段に限らず、フォーカス位置の検出方法としては１０１４の集光レンズに非点収差特性を付加する事で非点収差法によるフォーカス位置検出を用いる事も可能である。また、受信光の位相を変調する空間位相変調器のパターンを変更する事で光ビームの回折方向を変化させフォーカス用の検出信号を得ることも可能である。また、第４の実施形態においては、１０１１の送信光をビームアヘッドするための空間位相変調器を同時に用いたが、光通信端末間の相対速度が遅い場合には、１０１１の送信光をビームアヘッドするための送信光を位相変調する空間位相変調器は必要なく受信光に対する空間変調器１０１２だけで第４の実施形態で得られた効果を得る事が出来る。第４の実施形態は、受信光のみに変調を行う空間位相変調器１０１２を用いたことが特徴となっており、送信光に全く影響をあたえずに、受信光を分割して必要な制御信号を得る事ができるという従来にない大きな効果を生み出している。これによって、空間的に同一の点から出射される送信光と同一の点に入射する受信光で構成された光通信端末を実現でき、非常に安定で信頼性が高い光通が実現可能となった。
【0058】
＜第５実施形態の光通信端末＞
図１０は、本発明の光通信端末の第５の実施形態の例を示したものである。第５の実施形態は、光通信端末間で通信を開始する際のアクエジションを高速に行い通信開始前の時間を短くして通信のレーテンシーを改善するためになされたものである。衛星間で光通信を開始する際には、お互いの軌道位置情報から相手の方向に光ビームを出射して、相手方の光ビームにトラッキングする事で通信が開始される。しかしながら、お互いの軌道情報には誤差があるために軌道情報から求まった方向に光ビームを出射しても相手の衛星に光ビームは届かず通信がスタートできない。初期に相手方の衛星との通信を開始するための通信開始シーケンスが決められており図１３に概要を示す。図１３において１３０１は通信を行う相手方の衛星、１３０２は通信を行う自衛星、１３０３は自衛星の光通信光、１３０４相手方の衛星の光通信光である。図１３に示した通信を開始するまでのシーケンスは、予めスケジューリングがされており、スケジューリングされた時刻をトリガーに次の５段階のステップを実行する事でお互いの衛星間での光通信チャンネルのリンクつまり衛星間のトラッキングが開始される。第１のステップは、衛星１３０２が軌道情報から計算された衛星１３０１の位置を中心に光ビームをスパイラル状にスキャンを行い、衛星１３０１は衛星１３０２からの通信光の検出を試みる。スパイラル状にスキャンをする衛星１３０２の通信光１３０３が衛星１３０１に照射されると、衛星１３０１は内部の受信光角度検出センサーの検出値に基づき衛星１３０２の方向を検出して、その方向に衛星を向ける動作を行う。これがアクジションフェーズ１である。次に衛星１３０１は、前ステップで検出した衛星１３０２の方向を中心に通信光をスパイラル状にスキャンを行い、衛星１３０２は衛星１３０１の方向の検出を試みる。衛星１３０１の通信光が衛星１３０２に照射されると、衛星１３０２は内部の受信光角度検出センサーの検出値に基づき衛星１３０１の方向を検出して、その方向に衛星を向ける動作を行う。これがアクジッションフェーズ２である。次のファインアクジションのフェーズでは、衛星１３０１と１３０２が再度スパイラル状のスキャンを行う事で内部の受信光角度検出センサーの値から双方の衛星の方向をより正確に求めお互いの方向を修正するファインアクジションのフェーズを経て、双方の送信光をガイドに双方の衛星をトラッキング制御するトラッキングフェーズに移行する。上述した第１から第４までの実施形態はトラッキングフェーズ以降の通信が開始された後の動作について説明を行ってきた。第５の実施形態の光通信端末は、第４の端末とその構成は酷似しているが、Ｐ偏光もしくはＳ偏光の光にのみ空間位相変調を行う空間位相変調器によって、通信開始シーケンスにおいても従来にない優れた特性を発揮することができる。この通信開始シーケンスにおける具体的な動作について図１２および図１４を用いて説明を行う。
図１０は、本発明の光通信端末の第５の実施形態の例を示したものである。第５の実施形態は、光通信端末間で通信を開始する際のアクエジションを高速に行い通信開始前の時間を短くして通信のレーテンシーを改善するためになされたものである。衛星間で光通信を開始する際には、お互いの軌道位置情報から相手の方向に光ビームを出射して、相手方の光ビームにトラッキングする事で通信が開始される。しかしながら、お互いの軌道情報には誤差があるために軌道情報から求まった方向に光ビームを出射しても相手の衛星に光ビームは届かず通信がスタートできない。初期に相手方の衛星との通信を開始するための通信開始シーケンスが決められており図１３に概要を示す。図１３において１３０１は通信を行う相手方の衛星、１３０２は通信を行う自衛星、１３０３は自衛星の光通信光、１３０４相手方の衛星の光通信光である。図１３に示した通信を開始するまでのシーケンスは、予めスケジューリングがされており、スケジューリングされた時刻をトリガーに次の５段階のステップを実行する事でお互いの衛星間での光通信チャンネルのリンクつまり衛星間のトラッキングが開始される。第１のステップは、衛星１３０２が軌道情報から計算された衛星１３０１の位置を中心に光ビームをスパイラル状にスキャンを行い、衛星１３０１は衛星１３０２からの通信光の検出を試みる。スパイラル状にスキャンをする衛星１３０２の通信光１３０３が衛星１３０１に照射されると、衛星１３０１は内部の受信光角度検出センサーの検出値に基づき衛星１３０２の方向を検出して、その方向に衛星を向ける動作を行う。これがアクジションフェーズ１である。次に衛星１３０１は、前ステップで検出した衛星１３０２の方向を中心に通信光をスパイラル状にスキャンを行い、衛星１３０２は衛星１３０１の方向の検出を試みる。衛星１３０１の通信光が衛星１３０２に照射されると、衛星１３０２は内部の受信光角度検出センサーの検出値に基づき衛星１３０１の方向を検出して、その方向に衛星を向ける動作を行う。これがアクジッションフェーズ２である。次のファインアクジションのフェーズでは、衛星１３０１と１３０２が再度スパイラル状のスキャンを行う事で内部の受信光角度検出センサーの値から双方の衛星の方向をより正確に求めお互いの方向を修正するファインアクジションのフェーズを経て、双方の送信光をガイドに双方の衛星をトラッキング制御するトラッキングフェーズに移行する。上述した第１から第４までの実施形態はトラッキングフェーズ以降の通信が開始された後の動作について説明を行ってきた。第５の実施形態の光通信端末は、第４の端末とその構成は酷似しているが、Ｐ偏光もしくはＳ偏光の光にのみ空間位相変調を行う空間位相変調器によって、通信開始シーケンスにおいても従来にない優れた特性を発揮することができる。この通信開始シーケンスにおける具体的な動作について図１２および図１４を用いて説明を行う。
【0059】
図１２に示した本発明の第５の実施形態は、既に説明を行った第４の実施形態から１２０１の光通信端末のメカ制御や通信データの送受信の処理を行うデータ信号処理・制御処理ブロック、１２０２の光通信光のビーム角度を変化させる２軸ステアリングレンズ、１２０３の集光レンズを光軸方向に移動させフォーカス位置を調整する機構を具したフォーカス調整用のフォーカス調整レンズに置き換えた構成となっている。その他の構成要素は、第４の実施形態と同じであるために同一の符号を用いている。第４の実施形態と同じ構成要素については、すでに説明を行っているので、その説明を省略し変更された１２０１、１２０２、１２０３について以下説明を行う。アクジションフェーズ１および２では、光通信端末は、相手方の通信光の角度を検出する動作だけとなり、このフェーズではデータの復調を行うために必要な通信光は不要である。従来の光通信端末では受信光の光路や制御信号光と通信信号光の比率は、ビームスプリッタの様な予め決められた光学素子の特性で決められており変更する事が不可能であった。特にアクジションフェーズでは相手方衛星の通信光はガウシアンビームをしておりビーム周辺部で１／２から１／３に低下する通信光から角度検出を行う必要があり、角度検出精度とアクジションフェーズ１および２のスキャンスピードとのトレードが発生して性能がリンク時間を短縮できないという課題があった。本発明の光通信端末は、Ｓ偏光で空間位相変調器１０１２に入射する受信光のみに空間位相変調を付加することが可能なため、例えば１次回折光による角度検出信号と０次光によるデータ受信光の光量比率を変更できる優れた特性を有しており、この特性によってアクジションフェーズ１と２およびファインアクジションフェーズでは、１次回折光の強度がほぼ１００％に近くなるパターンを空間位相変調器１０１２に設定し、トラッキングフェーズでは、第４の実施形態の様なパターンに変更する事でアクジションフェーズ１と２およびファインアクジションフェーズの引き込み性能を従来に比べて大きく改善する事が出来る。具体的な空間位相変調器１０１２の設定例を図１４－１に示す。１４０１は、アクジションフェーズおよびファインアクジションフェーズの際のグレーティングパターンで、グレーティングパターン１４０１の間隔を２．５４μｍ、空間位相変調器で変調されるグレーティング部分１４０１の位相差をλ（λ：光通信で用いる受信光の光波長）とすることで、受信データ光である０次回折光と制御信号光である１次回折光の強度比を、ほぼ１００対０とすることができる。トラッキングフェーズでは、第４の実施形態と同じグレーティング部分１４０２の位相差を１／１２λとすることで、０次回折光と制御信号光である１次回折光の強度比を約０．８対０．２と動作状態に応じて動的に変更が可能となり動作モード毎に最適な信号配分が可能となる。
【0060】
本発明の第５の実施形態は、位相変調器１０１２の空間変調パターンを変更することでアクエジションフェーズとトラッキングフェーズで１０１４と１０１５の角度検出感度を動的に変更できる機能も提供する事も可能である。従来の光通信端末では、図２に示した様に２２１の粗角度検出器と２２３の精角度検出器の２種類の感度を持つセンサーが用いられており、制御用の信号を２１９のビームスプリッタで光学部品の特性で決まる比率で分割する必要があるために制御信号の信号量が低下し制御性能を向上することが難しく、データ通信速度の向上を阻んでいた。本発明の第５の実施形態は、アクジションフェーズ１と２およびファインアクジションフェーズとトラッキングフェーズで動的に受信光角度検出器の検出感度を変更する事も可能である。アクジションフェーズ１と２およびファインアクジションフェーズでは、受信光の角度を広い範囲で検出が求められ検出範囲を広くできればスパイラルスキャンのピッチを広く設定できるためにアクジション時間の短縮が図れる。トラッキングフェーズでは制御信号の検出精度を向上することが必要なために検出の角度範囲は狭いが検出の感度を向上することが必要となる。一般的には、受信光の角度検出感度はアクジションフェーズ１と２およびファインアクジションフェーズでは、±０．２度程度の検出範囲が要求され、トラッキングフェーズでは±０．００６度程度の検出範囲に設計される。約３０倍異なる検出感度を同一の光学系で実現できれば良いが、従来は受信光を分割して2種類の検出感度を持つ検出系を使って制御を行っていた。
【0061】
本発明の第５の実施形態は、空間位相変調器１０１２の空間変調パターンを変更することでアクエジションフェーズとトラッキングフェーズで１０１４と１０１５の角度検出感度を動的に変更する事が可能である。図１４－２を用いて、その具体的な実現手段について以下に説明を行う。図１４－２は、本発明の空間位相変調器の変調パターンと受信光の角度検出感度の関係を模式的に示した図である。１４０３は受信光が傾いていない場合の光軸中心、１４０４は受信光の光軸がプラス側に傾いた際の光軸中心、１４０５は受信光の光軸がマイナス側に傾いた際の光軸中心、１４０６は本発明の空間変調パターンも模式図、１４０７は受信光の光軸が傾いていない場合の角度検出センサー１０１５上の光スポット、１４０８は受信光の光軸がプラス側に傾いた際の角度検出センサー１０１５上の光スポット、１４０９は受信光の光軸がプラス側に傾いた際の角度検出センサー１０１５上の光スポットである。１４０６は中心から離れるほど位相周期パターンが密になる設定となっており、この様な位相変調を行うことで１４０６の外周を通過したほど中心に向かって光軸を変化させることが出来る。受信光の光軸に傾きが発生すると空間位相変調器１０１２の中心からずれた位置に受信光のスポットが移動するが、このずれ量に応じて光の進行方向を中心部に傾ける図１４－２の１４０６の様な位相パターンを１０１２の空間位相変調器に加える事で、受信光の傾き角が大きくなった際に角度検出センサー上のビームスポットを中心部に近づける事によって、角度検出センサーの検出器上から光スポットが外れなくなり角度検出範囲の拡大が可能となる。このように位相変調器１０１２の空間変調パターンを変更することでアクエジションフェーズとトラッキングフェーズで１０１４と１０１５の角度検出感度を動的に変更することが可能となる。従来に比べて、受信光を分割して複数の傾き角検出感度が異なるセンサーで検出する必要がなくなり、受信光量を増加させることが可能となり、より転送レートが高く安定な光通信端末が実現可能となる。
【0062】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
【0063】
例えば、本願明細書中において、コンピュータ７０の記憶部７３にプログラムが予めインストールされている実施形態として説明したが、当該プログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して提供することも可能である。例えば、プログラムは、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（Digital Versatile Disk Read Only Memory）、及びＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ等の非一時的（non-transitory）記憶媒体に記憶された形態で提供されてもよい。また、プログラムは、ネットワークを介して外部装置からダウンロードされる形態としてもよい。
【0064】
なお、上記実施形態でＣＰＵがソフトウェア（プログラム）を読み込んで実行した処理を、ＣＰＵ以外の各種のプロセッサが実行してもよい。この場合のプロセッサとしては、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の製造後に回路構成を変更可能なＰＬＤ（Programmable Logic Device）、及びＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が例示される。または、プロセッサとしては、ＧＰＧＰＵ（General-purpose graphics processing UNIT）を用いてもよい。また、各処理を、これらの各種のプロセッサのうちの１つで実行してもよいし、同種又は異種の２つ以上のプロセッサの組み合わせ（例えば、複数のＦＰＧＡ、及びＣＰＵとＦＰＧＡとの組み合わせ等）で実行してもよい。また、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造は、より具体的には、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路である。
【0065】
また、本実施形態の各処理を、汎用演算処理装置及び記憶装置等を備えたコンピュータ又はサーバ等により構成して、各処理がプログラムによって実行されるものとしてもよい。このプログラムは記憶装置に記憶されており、磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリ等の記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。もちろん、その他いかなる構成要素についても、単一のコンピュータやサーバによって実現しなければならないものではなく、ネットワークによって接続された複数のコンピュータに分散して実現してもよい。
【0066】
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
【0067】
なお、上記実施形態においては、「××のみに基づいて」、「××のみに応じて」、「××のみの場合」というように「のみ」との記載がなければ、本明細書においては、付加的な情報も考慮し得ることが想定されていることに留意されたい。一例として、「ａの場合にｂする」という記載は、明示した場合を除き、「ａの場合に常にｂする」ことを必ずしも意味しない。
【0068】
また、何らかの方法、プログラム、端末、装置、サーバ又はシステム（以下「方法等」）において、本明細書で記述された動作と異なる動作を行う側面があるとしても、開示の技術の各態様は、本明細書で記述された動作のいずれかと同一の動作を対象とするものであり、本明細書で記述された動作と異なる動作が存在することは、当該方法等を本開示の技術の各態様の範囲外とするものではない。
【0069】
なお、以下に付記を開示する。
【0070】
（付記１）
自由空間で円偏光の光を用いてデータ通信を行うために通信相手側からの受信光を受信すると共に前記通信相手にデータための送信光を送出する送受信アンテナと前記受信光を用いて相手方の衛星をトラッキングするためのガイド機構と前記受信光の角度を検出する角度検出器と角度検出器の出力を用い前記ガイド機構の制御を行い前記通信相手をトラッキングするトラッキング制御器を有する光通信機において、前記送信光と前記受信光が共に通過し概ね送信光に空間位相変調がなされる空間光位相変調器を備えたことを特徴とする光通信機。
自由空間で円偏光の光を用いてデータ通信を行うために通信相手側からの受信光を受信すると共に前記通信相手にデータための送信光を送出する送受信アンテナと前記受信光を用いて相手方の衛星をトラッキングするためのガイド機構と前記受信光の角度を検出する角度検出器と角度検出器の出力を用い前記ガイド機構の制御を行い前記通信相手をトラッキングするトラッキング制御器を有する光通信機において、前記送信光と前記受信光が共に通過し概ね送信光に空間位相変調がなされる空間光位相変調器を備えたことを特徴とする光通信機。
【0071】
（付記２）
付記１に記載の光通信機において、前記受信光と前記送信光が空間的にほぼ同一の点から出射もしくは前記ほぼ同一の点に入射する光学光路を備えたことを特徴とする光通信機。
付記１に記載の光通信機において、前記受信光と前記送信光が空間的にほぼ同一の点から出射もしくは前記ほぼ同一の点に入射する光学光路を備えたことを特徴とする光通信機。
【0072】
（付記３）
付記１に記載の光通信機において、前記空間光位相変調器が入射する光の偏光方向の違いにより位相変調量が異なる空間光位相変調器であることを特徴とした光通信機。
付記１に記載の光通信機において、前記空間光位相変調器が入射する光の偏光方向の違いにより位相変調量が異なる空間光位相変調器であることを特徴とした光通信機。
【0073】
（付記４）
付記３に記載の光通信機において、前記空間光位相変調器がLCOSで行使されていることを特徴とした光通信機。
付記３に記載の光通信機において、前記空間光位相変調器がLCOSで行使されていることを特徴とした光通信機。
【0074】
（付記５）
付記１に記載の光通信機において、入射する光の波長の違いにより位相変調量が異なる空間位相変調器であることを特徴とした光通信機。
付記１に記載の光通信機において、入射する光の波長の違いにより位相変調量が異なる空間位相変調器であることを特徴とした光通信機。
【0075】
（付記６）
付記１に記載の光通信機において、前記送信光に空間光位相変調を行うためのパターンを保持もしくは生成し前記空間位相変調器に空間位相変調パターンを設定する制御処理ブロックを備えたことを特徴とする光通信機。
付記１に記載の光通信機において、前記送信光に空間光位相変調を行うためのパターンを保持もしくは生成し前記空間位相変調器に空間位相変調パターンを設定する制御処理ブロックを備えたことを特徴とする光通信機。
【0076】
（付記７）
付記１に記載の光通信機において、前記送信光と前記受信光の前記送受信アンテナに対するアパーチャーが前記送信光の方が小さいことを特徴とする光通信機
付記１に記載の光通信機において、前記送信光と前記受信光の前記送受信アンテナに対するアパーチャーが前記送信光の方が小さいことを特徴とする光通信機
【0077】
（付記８）
付記１に記載の光通信機において、前記トラッキング制御器が光の方向を変更する角度範囲の広い租調整機構と光の方向を変更する範囲が狭い精調整機構を制御対象として制御を行い、前記精調整機構が２軸もしくは３軸の方向に稼働する光学素子で構成されていることを特徴とする光通信端末。
付記１に記載の光通信機において、前記トラッキング制御器が光の方向を変更する角度範囲の広い租調整機構と光の方向を変更する範囲が狭い精調整機構を制御対象として制御を行い、前記精調整機構が２軸もしくは３軸の方向に稼働する光学素子で構成されていることを特徴とする光通信端末。
【0078】
（付記９）
付記８に記載の光通信機において、前記精調整機構の光学素子が集光レンズであることを特徴とする光通信端末。
付記８に記載の光通信機において、前記精調整機構の光学素子が集光レンズであることを特徴とする光通信端末。
【0079】
（付記１０）
付記２に記載の光通信機において、前記送信光と前記受信光を入力が光ファイバー入力で構成され、入力された前記受信光と前記送信光が光サーキュレータで結合され前記空間的なほぼ同一の点を形成することを特徴とする光通信機。
付記２に記載の光通信機において、前記送信光と前記受信光を入力が光ファイバー入力で構成され、入力された前記受信光と前記送信光が光サーキュレータで結合され前記空間的なほぼ同一の点を形成することを特徴とする光通信機。
【0080】
（付記１１）
付記２に記載の光通信機において、前記空間的なほぼ同一の点に光ファイバーで結合されることを光通信機。
付記２に記載の光通信機において、前記空間的なほぼ同一の点に光ファイバーで結合されることを光通信機。
【0081】
（付記１２）
付記６に記載の光通信機において、前記制御処理ブロックが空間光位相変調を行うためのパターンを２つ以上保持し、前記空間位相変調器の応答速度より早い速度で２つ以上のパターンを切り替えることを特徴とする光通信機。
付記６に記載の光通信機において、前記制御処理ブロックが空間光位相変調を行うためのパターンを２つ以上保持し、前記空間位相変調器の応答速度より早い速度で２つ以上のパターンを切り替えることを特徴とする光通信機。
【0082】
（付記１３）
付記７に記載の光通信機において、前記受信光の周辺部の光から前記受信光の角度を検出する角度検出器を備えたことを特徴とする光通信機。
付記７に記載の光通信機において、前記受信光の周辺部の光から前記受信光の角度を検出する角度検出器を備えたことを特徴とする光通信機。
【0083】
（付記１４）
自由空間で円偏光の光を用いてデータ通信を行うために通信相手側からの受信光を受信すると共に前記通信相手にデータための送信光を送出する送受信アンテナと前記受信光を用いて相手方の衛星をトラッキングするためのガイド機構と前記受信光の角度を検出する角度検出器と角度検出器の出力を用い前記ガイド機構の制御を行い前記通信相手をトラッキングするトラッキング制御器を有する光通信機において、前記送信光と前記受信光が共に通過し概ね受信光に空間位相変調がなされる空間光位相変調器を備えたことを特徴とする光通信機。
自由空間で円偏光の光を用いてデータ通信を行うために通信相手側からの受信光を受信すると共に前記通信相手にデータための送信光を送出する送受信アンテナと前記受信光を用いて相手方の衛星をトラッキングするためのガイド機構と前記受信光の角度を検出する角度検出器と角度検出器の出力を用い前記ガイド機構の制御を行い前記通信相手をトラッキングするトラッキング制御器を有する光通信機において、前記送信光と前記受信光が共に通過し概ね受信光に空間位相変調がなされる空間光位相変調器を備えたことを特徴とする光通信機。
【0084】
（付記１５）
付記１４に記載の光通信機において、前記受信光と前記送信光が空間的にほぼ同一の点から出射もしくは前記ほぼ同一の点に入射する光学光路を備えたことを特徴とする光通信機。
付記１４に記載の光通信機において、前記受信光と前記送信光が空間的にほぼ同一の点から出射もしくは前記ほぼ同一の点に入射する光学光路を備えたことを特徴とする光通信機。
【0085】
（付記１６）
付記１４に記載の光通信機において、前記空間光位相変調器が入射する光の偏光方向の違いにより位相変調量が異なる空間光位相変調器であることを特徴とした光通信機。
付記１４に記載の光通信機において、前記空間光位相変調器が入射する光の偏光方向の違いにより位相変調量が異なる空間光位相変調器であることを特徴とした光通信機。
【0086】
（付記１７）
付記１６に記載の光通信機において、前記空間光位相変調器がLCOSで行使されていることを特徴とした光通信機。
付記１６に記載の光通信機において、前記空間光位相変調器がLCOSで行使されていることを特徴とした光通信機。
【0087】
（付記１８）
付記１４に記載の光通信機において、入射する光の波長の違いにより位相変調量が異なる空間位相変調器であることを特徴とした光通信機。
付記１４に記載の光通信機において、入射する光の波長の違いにより位相変調量が異なる空間位相変調器であることを特徴とした光通信機。
【0088】
（付記１９）
付記１４に記載の光通信機において、前記受信光に空間光位相変調を行うためのパターンを保持もしくは生成し前記空間位相変調器に空間位相変調パターンを設定する制御処理ブロックを備えたことを特徴とする光通信機。
付記１４に記載の光通信機において、前記受信光に空間光位相変調を行うためのパターンを保持もしくは生成し前記空間位相変調器に空間位相変調パターンを設定する制御処理ブロックを備えたことを特徴とする光通信機。
【0089】
（付記２０）
付記１４に記載の光通信機において、前記送信光と前記受信光の前記送受信アンテナに対するアパーチャーが前記送信光の方が小さいことを特徴とする光通信機
付記１４に記載の光通信機において、前記送信光と前記受信光の前記送受信アンテナに対するアパーチャーが前記送信光の方が小さいことを特徴とする光通信機
【0090】
（付記２１）
付記１４に記載の光通信機において、前記トラッキング制御器が光の方向を変更する角度範囲の広い租調整機構と光の方向を変更する範囲が狭い精調整機構を制御対象として制御を行い、前記精調整機構が２軸もしくは３軸の方向に稼働する光学素子で構成されていることを特徴とする光通信端末。
付記１４に記載の光通信機において、前記トラッキング制御器が光の方向を変更する角度範囲の広い租調整機構と光の方向を変更する範囲が狭い精調整機構を制御対象として制御を行い、前記精調整機構が２軸もしくは３軸の方向に稼働する光学素子で構成されていることを特徴とする光通信端末。
【0091】
（付記２２）
付記２１に記載の光通信機において、前記精調整機構の光学素子が集光レンズであることを特徴とする光通信端末。
付記２１に記載の光通信機において、前記精調整機構の光学素子が集光レンズであることを特徴とする光通信端末。
【0092】
（付記２３）
付記１５に記載の光通信機において、前記送信光と前記受信光を入力が光ファイバー入力で構成され、入力された前記受信光と前記送信光が光サーキュレータで結合され前記空間的なほぼ同一の点を形成することを特徴とする光通信機。
付記１５に記載の光通信機において、前記送信光と前記受信光を入力が光ファイバー入力で構成され、入力された前記受信光と前記送信光が光サーキュレータで結合され前記空間的なほぼ同一の点を形成することを特徴とする光通信機。
【0093】
（付記２４）
付記１５に記載の光通信機において、前記空間的なほぼ同一の点に光ファイバーで結合されることを光通信機。
付記１５に記載の光通信機において、前記空間的なほぼ同一の点に光ファイバーで結合されることを光通信機。
【0094】
（付記２５）
付記１９に記載の光通信機において、前記制御処理ブロックが空間光位相変調を行うためのパターンを２つ以上保持し、前記空間位相変調器の応答速度より早い速度で２つ以上のパターンを切り替えることを特徴とする光通信機。
付記１９に記載の光通信機において、前記制御処理ブロックが空間光位相変調を行うためのパターンを２つ以上保持し、前記空間位相変調器の応答速度より早い速度で２つ以上のパターンを切り替えることを特徴とする光通信機。
【0095】
（付記２６）
付記２０に記載の光通信機において、前記受信光の周辺部の光から前記受信光の角度を検出する角度検出器を備えたことを特徴とする光通信機。
付記２０に記載の光通信機において、前記受信光の周辺部の光から前記受信光の角度を検出する角度検出器を備えたことを特徴とする光通信機。
【0096】
（付記２７）
付記１９に記載の光通信機において、前記制御処理ブロックが前記光通信機の状態を入力として、前記入力に応じて複数のパターンを切り替える事を特徴とした光通信機。
付記１９に記載の光通信機において、前記制御処理ブロックが前記光通信機の状態を入力として、前記入力に応じて複数のパターンを切り替える事を特徴とした光通信機。
【0097】
（付記２８）
付記２７に記載の光通信機において、前記光通信機の状態がアクエジションフェーズでは制御用の光量が通信用の光量よりも大きくパターンを設定し、トラッキングフェーズでは制御用の光量が通信用の光量よりも小さくなるパターンを設定する設定する制御ブロックを備えたことを特徴とする光通信機。
付記２７に記載の光通信機において、前記光通信機の状態がアクエジションフェーズでは制御用の光量が通信用の光量よりも大きくパターンを設定し、トラッキングフェーズでは制御用の光量が通信用の光量よりも小さくなるパターンを設定する設定する制御ブロックを備えたことを特徴とする光通信機。
【0098】
（付記２９）
付記２７に記載の光通信機において、前記光通信機の状態がアクエジションフェーズでは前記空間位相変調器に前記空間位相変調器の中心に照射された光は空間位相変調がなされず、中心以外に照射された光は中心部に向かって光軸が傾く空間変調パターンを設定する制御ブロックを備えたことを特徴とする光通信機。
付記２７に記載の光通信機において、前記光通信機の状態がアクエジションフェーズでは前記空間位相変調器に前記空間位相変調器の中心に照射された光は空間位相変調がなされず、中心以外に照射された光は中心部に向かって光軸が傾く空間変調パターンを設定する制御ブロックを備えたことを特徴とする光通信機。
【符号の説明】
【0099】
１０１ 衛星１
１０２ 衛星１に搭載された受信光アンテナ
１０３ 衛星１に搭載された送信光アンテナ
１０４ 衛星１からの送信光
１０５ 衛星２
１０６ 衛星２の送信光アンテナ
１０７ 衛星２の受信光アンテナ
１０８ 衛星１からの送信光
２０１ 光通信を行う相手側の衛星
２０２ ジンバル機構
２０３ データ信号処理・制御処理ブロック
２０４ 光アンテナの鏡筒
２０５ チルト方向回転ジンバル機構
２０６ 平面内回転ジンバル機構
２０７ 集光ミラー
２０８ 凸形状ミラー
２０９ ２軸ステアリングミラー
２１０ １/４λ板
２１１ 偏光ビームスプリッタ
２１２ ビームスプリッタ
２１３ 集光レンズ
２１４ 光ファイバーを固定するファイバーコネクタ
２１５ 光ファイバー
２１６ 光アンプ
２１７ 光ファイバー
２１８ InGaAsフォトダイオード
２１９ ビームスプリッタ
２２０ レンズ
２２１ 粗角度検出センサー
２２２ 集光レンズ
２２３ 精角度検出センサー
２２４ 送信レーザ
２２５ 光ファイバー
２２６ 送信光アンプ
２２７ 光ファイバー
２２８ 光ファイバーコネクタ
２２９ 集光レンズ
２３０ ２軸ポイントアヘッドミラー
２３１ 校正用のレーザ
２３２ 光ファイバー
２３３ １／４波長板
２３４ レトロリフレクタ
３０１ 送信光光位相変調器
３０２ 受信光光位相変調器
４０１ 光通信を行う相手側の衛星
４０２ ジンバル機構
４０３ データ信号処理・制御処理ブロック
４０４ 光アンテナの鏡筒
４０５ チルト方向ジンバル機構
４０６ 回転ジンバル機構
４０７ 集光ミラー
４０８ 凸形状ミラー
４０９ 2軸ステアリングミラー
４１０ １/４λ板
４１１ 空間光位相変調器
４１２ 集光レンズ
４１３ 角度検出センサー
４１４ 光ファイバーコネクタ
４１５ 光サーキュレータ
４１６ 受信光用の光ファイバー
４１７ 受信光用の光アンプ
４１８ 光ファイバー
４１９ InGaAsフォトダイオード
４２０ 光ファイバー
４２１ 光アンプ
４２２ 光ファイバー
４２３ 送信光レーザ
５０１ 角度ずれのない受信光
５０２ 角度ずれのある受信光
５０３ 受信光が通過するホール
５０４、５０５、５０６、５０７ ４分割されたセンサー
７０１ 光通信を行う相手側の衛星
７０２ ジンバル機構
７０３ データ信号処理・制御処理ブロック
７０４ 光アンテナの鏡筒
７０５ チルト方向ジンバル機構
７０６ 平面内回転ジンバル機構
７０７ 通信光を集光させる集光ミラー
７０８ 凸形状ミラー
７０９ ２軸ステアリングミラー
７１０ １/４λ板
７１１ 空間光位相変調器
７１２ 集光レンズ
７１３ 角度検出センサー
７１４ 光ファイバーコネクタ
７１５ 光サーキュレータ
７１６ 光ファイバー
７１７ 光アンプ
７１８ 光ファイバー
７１９ InGaAsフォトダイオード
７２０ 光ファイバー
７２１ 光アンプ
７２２ 光ファイバー
７２３ 送信光レーザ
８０１ 受信光
８０２ 送信光
８０３ ホール
８０４、８０５，８０６，８０７ 光センサー受光部
９０３ データ信号処理・制御処理ブロック
１００１ 光通信を行う相手側の衛星
１００２ ジンバル機構
１００３ データ信号処理・制御処理ブロック
１００４ 光アンテナの鏡筒
１００５ チルト方向回転ジンバル機構
１００６ 平面内回転ジンバル機構
１００７ 集光レンズ
１００８ ３軸ステアリングレンズ
１００９ 反射させるミラー
１０１０ １/４λ板
１０１１ 空間光位相変調器
１０１２ 空間光位相変調器
１０１３ 集光レンズ
１０１４ 前光角度検出センサー
１０１５ 後光角度検出センサー
１０１６ 光ファイバーコネクタ
１０１７ 受信光と送信光を分離する光サーキュレータ
１０１８ 光ファイバー
１０１９ 光アンプ
１０２０ 光ファイバー
１０２１ InGaAsフォトダイオード
１０２２ 光ファイバー
１０２３ 光アンプ
１０２４ 光ファイバー
１０２５ 送信光レーザ
１１０１ １次回折光
１１０２ １次回折光
１１０３ ０次回折光
１１０４～１１１９ 光検出器センサー部
１１２０ グレーティング
１２０１ データ信号処理・制御処理ブロック
１２０２ ２軸ステアリングレンズ
１２０３ フォーカス調整レンズ
１３０１ 通信を行う相手方の衛星
１３０２ 通信を行う自衛星
１３０３ 自衛星の光通信光
１３０４ 相手方の衛星の光通信光
１４０１ 空間位相変調器上のグレーティング
１４０２ 空間位相変調器上のグレーティング
１４０３ 受信光が傾いていない場合の光軸中心
１４０４ 受信光の光軸がプラス側に傾いた際の光軸中心
１４０５ 受信光の光軸がマイナス側に傾いた際の光軸中心
１４０６ 空間変調パターン模式図
１４０７ 受信光の光軸が傾いていない場合の光スポット
１４０８ 受信光の光軸がプラス側に傾いた際の光スポット
１４０９ 受信光の光軸がプラス側に傾いた際の光スポット
１０２ 衛星１に搭載された受信光アンテナ
１０３ 衛星１に搭載された送信光アンテナ
１０４ 衛星１からの送信光
１０５ 衛星２
１０６ 衛星２の送信光アンテナ
１０７ 衛星２の受信光アンテナ
１０８ 衛星１からの送信光
２０１ 光通信を行う相手側の衛星
２０２ ジンバル機構
２０３ データ信号処理・制御処理ブロック
２０４ 光アンテナの鏡筒
２０５ チルト方向回転ジンバル機構
２０６ 平面内回転ジンバル機構
２０７ 集光ミラー
２０８ 凸形状ミラー
２０９ ２軸ステアリングミラー
２１０ １/４λ板
２１１ 偏光ビームスプリッタ
２１２ ビームスプリッタ
２１３ 集光レンズ
２１４ 光ファイバーを固定するファイバーコネクタ
２１５ 光ファイバー
２１６ 光アンプ
２１７ 光ファイバー
２１８ InGaAsフォトダイオード
２１９ ビームスプリッタ
２２０ レンズ
２２１ 粗角度検出センサー
２２２ 集光レンズ
２２３ 精角度検出センサー
２２４ 送信レーザ
２２５ 光ファイバー
２２６ 送信光アンプ
２２７ 光ファイバー
２２８ 光ファイバーコネクタ
２２９ 集光レンズ
２３０ ２軸ポイントアヘッドミラー
２３１ 校正用のレーザ
２３２ 光ファイバー
２３３ １／４波長板
２３４ レトロリフレクタ
３０１ 送信光光位相変調器
３０２ 受信光光位相変調器
４０１ 光通信を行う相手側の衛星
４０２ ジンバル機構
４０３ データ信号処理・制御処理ブロック
４０４ 光アンテナの鏡筒
４０５ チルト方向ジンバル機構
４０６ 回転ジンバル機構
４０７ 集光ミラー
４０８ 凸形状ミラー
４０９ 2軸ステアリングミラー
４１０ １/４λ板
４１１ 空間光位相変調器
４１２ 集光レンズ
４１３ 角度検出センサー
４１４ 光ファイバーコネクタ
４１５ 光サーキュレータ
４１６ 受信光用の光ファイバー
４１７ 受信光用の光アンプ
４１８ 光ファイバー
４１９ InGaAsフォトダイオード
４２０ 光ファイバー
４２１ 光アンプ
４２２ 光ファイバー
４２３ 送信光レーザ
５０１ 角度ずれのない受信光
５０２ 角度ずれのある受信光
５０３ 受信光が通過するホール
５０４、５０５、５０６、５０７ ４分割されたセンサー
７０１ 光通信を行う相手側の衛星
７０２ ジンバル機構
７０３ データ信号処理・制御処理ブロック
７０４ 光アンテナの鏡筒
７０５ チルト方向ジンバル機構
７０６ 平面内回転ジンバル機構
７０７ 通信光を集光させる集光ミラー
７０８ 凸形状ミラー
７０９ ２軸ステアリングミラー
７１０ １/４λ板
７１１ 空間光位相変調器
７１２ 集光レンズ
７１３ 角度検出センサー
７１４ 光ファイバーコネクタ
７１５ 光サーキュレータ
７１６ 光ファイバー
７１７ 光アンプ
７１８ 光ファイバー
７１９ InGaAsフォトダイオード
７２０ 光ファイバー
７２１ 光アンプ
７２２ 光ファイバー
７２３ 送信光レーザ
８０１ 受信光
８０２ 送信光
８０３ ホール
８０４、８０５，８０６，８０７ 光センサー受光部
９０３ データ信号処理・制御処理ブロック
１００１ 光通信を行う相手側の衛星
１００２ ジンバル機構
１００３ データ信号処理・制御処理ブロック
１００４ 光アンテナの鏡筒
１００５ チルト方向回転ジンバル機構
１００６ 平面内回転ジンバル機構
１００７ 集光レンズ
１００８ ３軸ステアリングレンズ
１００９ 反射させるミラー
１０１０ １/４λ板
１０１１ 空間光位相変調器
１０１２ 空間光位相変調器
１０１３ 集光レンズ
１０１４ 前光角度検出センサー
１０１５ 後光角度検出センサー
１０１６ 光ファイバーコネクタ
１０１７ 受信光と送信光を分離する光サーキュレータ
１０１８ 光ファイバー
１０１９ 光アンプ
１０２０ 光ファイバー
１０２１ InGaAsフォトダイオード
１０２２ 光ファイバー
１０２３ 光アンプ
１０２４ 光ファイバー
１０２５ 送信光レーザ
１１０１ １次回折光
１１０２ １次回折光
１１０３ ０次回折光
１１０４～１１１９ 光検出器センサー部
１１２０ グレーティング
１２０１ データ信号処理・制御処理ブロック
１２０２ ２軸ステアリングレンズ
１２０３ フォーカス調整レンズ
１３０１ 通信を行う相手方の衛星
１３０２ 通信を行う自衛星
１３０３ 自衛星の光通信光
１３０４ 相手方の衛星の光通信光
１４０１ 空間位相変調器上のグレーティング
１４０２ 空間位相変調器上のグレーティング
１４０３ 受信光が傾いていない場合の光軸中心
１４０４ 受信光の光軸がプラス側に傾いた際の光軸中心
１４０５ 受信光の光軸がマイナス側に傾いた際の光軸中心
１４０６ 空間変調パターン模式図
１４０７ 受信光の光軸が傾いていない場合の光スポット
１４０８ 受信光の光軸がプラス側に傾いた際の光スポット
１４０９ 受信光の光軸がプラス側に傾いた際の光スポット
【図1】
【図2】
【図3】
【図4-1】
【図4-2】
【図4-3】
【図4-4】
【図5】
【図6-1】
【図6-2】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11-1】
【図11-2】
【図11-3】
【図12】
【図13】
【図14-1】
【図14-2】
