(57)【要約】      （修正有）【課題】ナビゲーションシステム等において、２つのオブジェクトの間の距離や相対的姿勢（ピッチ、ヨー、ロール）を高い信頼性と低コストで求めること。【解決手段】第１の相対基準フレームを画定するグリッドの形成方法を提供する。空間の中へ第１のオブジェクト１０から複数の変調された線を投影し、第１の相対基準フレーム１４を画定するグリッドを形成する方法である。この方法は、空間の中へ第１のオブジェクト１０から水平グリッド線２２，２４と垂直グリッド線１８，２０とを同時に投影してグリッド線の組を形成するステップと、それぞれが第１および第２のグリッドワードを有するように水平グリッド線２２，２４と垂直グリッド線１８，２０とを変調するステップと、を含む。【選択図】図１
2014178314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間の中へグリッド生成器（１０）から複数の変調された線を投影し、第１の相対基準フレームを画定するグリッドを形成する方法であって、
空間の中へ前記グリッド生成器（１０）から水平グリッド線と垂直グリッド線とを同時に投影し、グリッド線の組を形成するステップと、
変調されたビット数で構成される第１のグリッドワードを運ぶように前記水平グリッド線を変調し、前記変調された第１のグリッドワードによって、前記グリッドの中にある前記水平グリッド線を識別するステップと、
変調されたビット数で構成される第２のグリッドワードを運ぶように前記垂直グリッド線を変調し、前記変調された第２のグリッドワードによって、前記グリッドの中にある前記垂直グリッド線を識別するステップと、を含んでおり、
前記水平グリッド線と前記垂直グリッド線とは、第２のオブジェクトによる前記水平グリッド線と前記垂直グリッド線とのそれぞれの検出において役立つように一意的に識別可能である方法。
【請求項２】
前記水平グリッド線と前記垂直グリッド線とが重なり合い、前記グリッドの一部を形成する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
水平および垂直グリッド線の追加的な複数の組を順に同時に投影し、前記グリッドの追加的な組を形成するステップを更に含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
水平および垂直グリッド線の前記追加的な複数の組が空間において相互から物理的に離間している、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記水平グリッド線と前記垂直グリッド線とが波長に基づき一意的に識別可能であり、前記水平グリッド線が第１の波長で投影され、前記垂直グリッド線が第２の波長で投影される、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記水平グリッド線が前記第１の波長で第１のビーム生成器により投影され、前記垂直グリッド線が前記第２の波長で第２のビーム生成器により投影される、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記第２のオブジェクトによる前記検出が、前記第１の波長を通過させる第１の光フィルタと前記第２の波長を通過させる第２の光フィルタとを用いる、請求項５記載の方法。
【請求項８】
前記水平グリッド線と前記垂直グリッド線とが偏光に基づき一意的に識別可能である、請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記水平グリッド線と前記垂直グリッド線との一方が第１の向きを有する偏光した電場を用いて投影され、前記水平グリッド線と前記垂直グリッド線との他方が前記第１の向きとは異なる第２の向きを有する偏光した電場を用いて投影される、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の向きが水平と垂直との一方であり、前記第２の向きが水平と垂直との他方である、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記第２のオブジェクトによる前記検出が、水平偏光のための第１の線形偏光器−検出器と垂直偏光のための第２の線形偏光器−検出器とを用いる、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記水平グリッド線と前記垂直グリッド線との一方が右手円偏光された電場を用いて投影され、前記水平グリッド線と前記垂直グリッド線との他方が左手円偏光された電場を用いて投影される、請求項８記載の方法。
【請求項１３】
前記水平グリッド線と前記垂直グリッド線とを同時に投影する前記ステップは、単一のビーム光を放出する照射源から前記水平および垂直グリッド線を投影するステップを含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記単一の光ビームにビームシャイパを通過させるステップを更に含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記照射源がレーザである、請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
検流計を用いて前記単一の光ビームを走査し、前記水平グリッド線と前記垂直グリッド線との少なくとも一方を形成するステップを更に含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１７】
偏光ビームスプリッタを用いて前記単一のビームを分光し、偏光された水平グリッド線と偏光された垂直グリッド線とを前記単一のビームから作成するステップを更に含む、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
ミラーを用い、前記偏光された水平グリッド線と前記偏光された垂直グリッド線とを同じ平面内に投影するステップを更に含む、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
それぞれの円偏光状態にするために、前記線形偏光された水平グリッド線の変換には左手円偏光器が用いられ、前記線形偏光された垂直グリッド線の変換には右手円偏光器が用いられる、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記第２のオブジェクトによる前記検出は、右手円偏光された光には第１の右手円偏光器−検出器を、左手円偏光された光には第２の左手円偏光器−検出器を用いる、請求項１９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１の相対基準フレームを画定するグリッドの形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
相対ナビゲーションシステムは、倉庫または工場環境、空中給油、および宇宙でのドッキングでの自律車両ナビゲーションなど、様々な応用例に対して有用である。一部の応用例では、２つのオブジェクトの間の距離のみが要求される。他の応用例では、２つのオブジェクトの間の距離と相対的姿勢（ピッチ、ヨー、およびロール）との両方が要求される。そのような応用例では、高い信頼性と低コストとが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７，６８１，８３９号明細書
【発明の概要】
【０００４】
ある実施形態では、本発明は、空間の中へグリッド生成器１０から複数の変調された線を投影し、第１の相対基準フレームを画定するグリッドを形成する方法に関する。この方法は、空間の中へグリッド生成器１０から水平グリッド線と垂直グリッド線とを同時に投影し、グリッド線の組を形成するステップと、第１および第２のグリッドワードをそれぞれ有するように水平グリッド線と垂直グリッド線を変調するステップと、を含み、水平グリッド線と垂直グリッド線とは、第２のオブジェクトによる水平グリッド線と垂直グリッド線とのそれぞれの検出において役立つように一意的に識別可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本発明の実施形態によりグリッドを投影することができるグリッド生成器から空間の中に投影されたグリッドの例示的な図である。
【図２】本発明の一実施形態によりグリッド生成器から空間の中へ水平グリッド線と垂直グリッド線とを同時に投影する方法を示す流れ図である。
【図３】本発明の一実施形態による、一意的に識別可能である水平グリッド線と垂直グリッド線とを同時に投影することができるグリッド生成器の概略図である。
【図４】本発明の別の実施形態による、一意的に識別可能である水平グリッド線と垂直グリッド線とを同時に投影することができるグリッド生成器の概略図である。
【図５】本発明の更に別の実施形態による、一意的に識別可能である水平グリッド線と垂直グリッド線とを同時に投影することができるグリッド生成器の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
図１は、グリッド生成器１０を図解しており、このグリッド生成器１０は、複数の交差する線などのグリッドを、送信フィールド１２の内部の空間の中に投影している。図解されているように、投影されたグリッドは、交差する線で構成される。グリッド生成器１０からある距離だけ離れた地点では、これらの交差する線は空間におけるグリッドとして観察され、グリッドの大きさはグリッド生成器１０から離れるにつれて増加する。
【０００７】
説明のため、グリッド生成器１０は、実質的に、図解されている座標系のｙ方向に交差する線を投影していると考えることができる。ある人が、グリッド生成器１０からある距離Ｒ1だけ離れたｘ−ｚ平面における交差する線の投影を観察する場合には、その人は、第１のグリッド１４を観察することになるであろう。ある人が、グリッド生成器１０から第１の距離Ｒ1よりも大きなある距離Ｒ2だけ離れたｘ−ｚ平面における交差する線の同じ投影を観察する場合には、その人は、第１のグリッド１４よりも相対的に大きな外観を呈する第２のグリッド１６を観察することになるであろう。
【０００８】
グリッド生成器１０から距離Ｒ1だけ離れている第１のグリッド１４は、第１の垂直線１８と第２の垂直線２０とにより、水平方向において空間的に制約されている。第１の垂直線１８と第２の垂直線２０との間には、空間的かつ一時的に生成された複数の垂直線が存在する。グリッド生成器１０から距離Ｒ1だけ離れている第１のグリッド１４は、第１の水平線２２と第２の水平線２４とによって、垂直方向に空間的に制約されている。第１の水平線２２と第２の水平線２４との間には、空間的かつ一時的に複数の水平線が存在する。距離Ｒ1は、第１のグリッド１４とグリッド生成器１０との間の任意の距離でありうる。便宜上、示されているように、この距離は、第１のグリッド１４上の点２６とグリッド生成器１０との間で決められる。
【０００９】
グリッド生成器１０から距離Ｒ2だけ離れている第２のグリッド１６は、すべての実際的な目的に関して第１のグリッド１４と同一であるが、第１のグリッド１４よりも、グリッド生成器１０から更に離れた距離にある。第２のグリッド１６は、第２のグリッド１６の第１の垂直線２８と第２のグリッド１６の第２の垂直線３０とにより、水平方向において空間的に制約されている。第２のグリッド１６の第１の垂直線２８と第２のグリッド１６の第２の垂直線３０との間には、空間的かつ一時的に生成された複数の垂直線が存在する。グリッド生成器１０から距離Ｒ2だけ離れている第２のグリッド１６は、第２のグリッド１６の第１の水平線３２と第２のグリッド１６の第２の水平線３４とによって、垂直方向に空間的に制約されている。第２のグリッド１６の第１の水平線３２と第２のグリッド１６の第２の水平線３４との間には、空間的かつ一時的に複数の水平線が存在する。第２のグリッド１６上の点３６が示されている。
【００１０】
グリッド１４とグリッド１６との類似性は、第２のグリッド１６が第１のグリッド１４を形成している同じ線によって形成される投影されたグリッド線の場合に、明らかになる。ただし、第２のグリッド１６はグリッド生成器１０から更に離れた距離で観察され、したがって、第１のグリッド１４よりも大きな外観を呈するという点で異なる。この意味で、第２のグリッド１６はグリッド生成器１０により距離Ｒ2において生成されたグリッド線の外観であり、他方で、第１のグリッド１４は距離Ｒ1におけるグリッド線の外観である。
【００１１】
グリッド１４および１６は、任意の数の線から構成されうる。図解されているグリッドは、１０本の垂直線と１０本の水平線とから構成されている。グリッドが更に多くの数の交差する線で構成されている場合には、より少数の交差する線で構成されているグリッドの場合より、結果的に、ある固定された送信フィールド１２とグリッド生成器１０からの距離とに対する検出角度分解能が向上する。グリッド１４および１６は正方形の形状で示されているが、そのような形状は、本発明による方法および装置の要件ではない。グリッドは、矩形、卵形、または円形を含む任意の形状でもかまわない。更に、グリッド１４および１６の交差する線は直交するように示されているが、そのような交差の態様は本発明による方法および装置の要件ではない。交差する線の間の角度は、グリッドの異なる部分で、直角、鋭角、または鈍角でありうる。
【００１２】
示されている例ではデカルト座標が用いられているが、グリッドの生成とグリッドの検出との両方について、極座標、円筒座標、または球座標を含む任意の適切な座標系を用いることができる。例えば、極座標表現を用いることができるグリッドを形成するには、一連の同心円とそれらの同心円の中心から放射状に伸びる線とを、グリッド生成器から空間の中に投影することができる。
【００１３】
グリッド生成器１０の送信フィールド１２の内部に検出器モジュール３８を配置することにより、検出器モジュール３８がグリッドを「見る」ことが可能になる。検出器モジュール３８は、グリッドを「見る」ための任意の適切な態様で構成することが可能である。
【００１４】
現在のシステムでは、水平レーザビーム走査と垂直レーザビーム走査とが、交互に行われる（インターリーブされる）。より詳しくは、最初は、水平レーザ線が視野の全体で走査され、次に、垂直線が水平方向に走査され、そしてこのサイクルが繰り返される。これらの線のそれぞれが空間の全体を走査する際には、垂直および水平走査のそれぞれの間の光の位置と同期する一意的なコードを用いて、光が変調される。これにより、複数の点で構成される２次元グリッドが描かれることになるが、それぞれの点は、シーケンシャルな水平および垂直走査の結果として生じる水平および垂直成分によって、一意的に表現される。
【００１５】
本発明の実施形態は、空間の中へグリッド生成器から複数の変調された線を投影して第１の相対基準フレームを画定することを含む。本発明のある実施形態により、図２は、グリッドを空間の中へ投影するのに用いることができる方法１００を図解している。「空間」という用語は外部の空間に限定されず、かつ、グリッドは室内と戸外との両方を含む任意の適切な空間の中に投影されうることは理解されるであろう。方法１００は、グリッド生成器から水平グリッド線と垂直グリッド線とを同時に空間の中へ投影してグリッド線の組を形成することにより、１０２において始まる。水平グリッド線と垂直グリッド線とは、水平グリッド線と垂直グリッド線とのそれぞれの第２のオブジェクトによる検出に役立つように、一意的に識別可能である。これは、非制限的な例として、これらの線の波長または偏光のためにこれらの線が一意的に識別可能となることを含めて、任意の適切な態様でなされうる。水平グリッド線と垂直グリッド線とが重なり合って、グリッドの一部が形成されることもある。
【００１６】
水平グリッド線を、ある変調されたビット数で構成される第１のグリッドワードを有するように変調して、変調されたグリッドワードによってグリッドの内部の水平グリッド線を識別することができ（１０４）、また、ある変調されたビット数で構成される第２のグリッドワードを有するように垂直グリッド線を変調して、変調されたグリッドワードによってグリッドの内部の水平グリッド線を識別することができる（１０６）。水平および垂直グリッドワードは、それらが同じソースから変調される場合には、いずれは同一になりうる。それぞれのグリッド線は空間において異なる方向で掃引をしているため、検出器は、一般的には、それらが例えば原点（０，０）において同一であるグリッドの対角線上以外では２つの異なるワードを見出すことになる。
【００１７】
例えば、グリッドワードによって、グリッドの構造または特性が、検出器モジュールが読み取ることができるまたは検出することができるデータまたは情報を提供することが意図されている。更に、グリッドワードは、任意の数の開始もしくは停止ビット、データビット、または誤り確認、訂正もしくはパリティビットを含む任意のビット数で構成されうる。データビットは、一意的な一連のビットを用いて、垂直および水平線を符号化することができる。これらのビットが検出器モジュールによって検出され、プロセッサ、マイクロプロセッサ、またはそれ以外の回路によって処理されると、グリッドの内部における位置を決定することができる。グリッドワードを水平グリッド線と垂直グリッド線とに符号化するためには、任意の数の既知の変調方法を用いることができ、これには、限定は意味しないが、振幅変調（ＡＭ）、周波数変調（ＦＭ）、直角位相振幅変調（ＱＡＭ）、またはそれらの組み合わせが含まれる。グリッドワードを符号化する態様の一つとして、線を形成するのに用いられているビームを変調することによるものがある。変調は、ビームの強度を変更することによって、および／または、ある周期でビームをブロックすることによって、達成することができる。
【００１８】
グリッドを形成する方法には柔軟性があり、図解されている方法１００は単に説明のためのものであることが理解できるであろう。例えば、示されているステップの順序は単に説明のためのものであって、方法１００をいかなる意味でも限定することを意図していない。というのは、これらのステップを異なる論理的順序で進行させることが可能であるし、または、本発明の実施形態から逸脱することなく追加的もしくは介入的なステップを含めることも可能であることが理解されるであろう、という理由による。例えば、方法１００は、水平グリッド線と垂直グリッド線との複数の追加的な組を、同時に順に投影してグリッドの追加的な部分を形成するステップを含むことがありうる。水平グリッド線と垂直グリッド線との追加的な組は、空間において、相互から物理的に離間させることができる。これらの追加的な線もまた変調することができる。交差する投影された線のそれぞれを異なるように符号化することが可能であるし、または、交差する線の一群を同じように符号化することも可能である。
【００１９】
図３は、方法１００の実施形態に従って動作することができるグリッド生成器２００を図解している。グリッド変調器２０２、タイミングモジュール２０４、第１のビーム生成器２０６、第２のビーム生成器２０８、水平ビームスキャナ２１０、および垂直ビームスキャナ２１２が、グリッド生成器２００に含まれうる。第１のビーム生成器２０６と第２のビーム生成器２０８とは、それぞれが、任意の適切な照射源とビームシェイパとを含んでおり、また、照射源がレーザを含みうることが含まれる。図解されている例では、水平グリッド線と垂直グリッド線とは、波長に基づいて一意的に識別可能である。より詳しくは、水平グリッド線は第１のビーム生成器２０６によって第１の波長で投影され、垂直グリッド線は第２のビーム生成器２０８によって第２の波長で投影される。
【００２０】
第２のオブジェクトまたは検出器モジュール２２０は、第１の波長を通過させる第１の光フィルタ２２２と、第２の波長を通過させる第２の光フィルタ２２４とを含む。図解されている例では、水平検出器２２６が第１の光フィルタ２２２に動作的に結合され、垂直検出器２２８が第２の光フィルタ２２４に動作的に結合されている。検出器モジュール２２０にはプロセッサ２３０も含まれ、水平検出器２２６と垂直検出器２２８とに動作的に結合されていることがありうる。プロセッサ２３０は、水平検出器２２６と垂直検出器２２８とから受け取られる信号の復調と処理とをすることができる任意の適切なプロセッサであり、グリッド生成器２００から出力されるグリッドの中での位置を決定することができる。
【００２１】
動作の間、グリッド生成器２００は、第１の波長で水平グリッド線を、第２の波長で垂直グリッド線を、同時に出力することができる。より詳しくは、グリッド変調器２０２は、第１のビーム生成器２０６と第２のビーム生成器２０８との両方から放出されたビームを変調することができる。タイミングモジュール２０４は、グリッド変調器２０２、水平ビームスキャナ２１０、および垂直ビームスキャナ２１２のタイミングを制御することができる。第１の波長を有するビームは、第１のビーム生成器２０６から放出され、水平ビームスキャナ２１０によって走査されて、線を形成する。同様に、第２の波長を有するビームは、第２のビーム生成器２０８から放出され、垂直ビームスキャナ２１２によって走査されて、線を形成する。
【００２２】
それぞれの走査された水平グリッド線と垂直グリッド線とは異なる波長であり、それぞれを、検出器モジュール２２０によって、他方から分離することができる。より詳しくは、水平検出器２２６と垂直検出器２２８とは、それぞれが、対応する波長フィルタ２２２および２２４を用いて、一方のビームには対応するが他方には対応しない波長をブロックすることができる。これにより、グリッド生成器２００から放出された両方のビームは、対応する波長フィルタ２２２および２２４を備えた検出器モジュール２２０によってそれぞれのビームが検出される限り、干渉なしで同時に走査されることが可能になる。
【００２３】
図４は、方法１００の実施形態に従って動作することができるグリッド生成器３００を図解している。グリッド生成器３００には、グリッド変調器３０２、タイミングモジュール３０４、ビーム生成器３０６、ビームスプリッタ３０８、第１の偏光器３１０、水平ビームスキャナ３１２、第２の偏光器３１４、および垂直ビームスキャナ３１６が含まれうる。グリッド変調器３０２は、ビーム生成器３０６に動作的に結合されており、そこから放出されるビームを変調することができる。ビーム生成器３０６は任意の適切な照射源とビームシェイパとを含み、照射源はレーザを含みうる。
【００２４】
グリッド生成器３００は、偏光に基づいて一意的に識別可能である水平グリッド線と垂直グリッド線とを投影することができる。更に詳しくは、水平グリッド線と垂直グリッド線との一方は第１の向きを有する偏光された電場を用いて投影することができるし、水平グリッド線と垂直グリッド線との他方は第１の向きとは異なる第２の向きを有する偏光された電場を用いて投影することができる。第１の偏光器３１０と第２の偏光器３１４とは、線形偏光器または円偏光器を含む任意の適切な偏光器でありうる。光のそのような偏光状態を用いて、水平グリッド線と垂直グリッド線とが相互に干渉することなく同時に投影されるのに必要な分離が、得られるのである。
【００２５】
本明細書の説明で偏光という用語が用いられているが、偏光とは、光波が伝播する際のその電場の向きによって定義される光の偏光状態を指すことを意味している。光の偏光状態は、２つの向きにおいて、任意の所望の変動程度で変動することが可能である。しかし、用いる場合の容易さのために、２つの異なる向きを直交する対として選択することが可能であり、それによって、一方の偏光が適切に設計された偏光フィルタまたは偏光器を用いてブロックしながら、対応する直交している偏光が透過することが可能になる。
【００２６】
水平グリッド線と垂直グリッド線との一方を、第１の向きを有する偏光された電場を用いて投影することができ、水平グリッド線と垂直グリッド線との他方は第１の向きとは異なる第２の向きを有する偏光された電場を用いて投影することができる。例えば、線形偏光された光は、その電場を、垂直方向または水平方向に偏光させることができる。したがって、第１の向きが水平方向であり、第２の向きが垂直方向でありうる。２つの電場ベクトルは垂直すなわち直交しているので、これらが相互に干渉を生じることはありえない。追加的な例を挙げると、偏光された光は、その電場を円偏光することが可能であり、それによって、この光は、光の伝播軸の周囲を回転する電場ベクトルを有することになる。直交偏光状態は、時計回りおよび反時計回りに回転する電場ベクトルを有し、それぞれが、右手円偏光（ＲＨＣＰ）および左手円偏光（ＬＨＣＰ）と呼ばれる。
【００２７】
第２のオブジェクトまたは検出器モジュール３２０は、一方の偏光状態を通過させ直交する偏光をブロックすることができる第１の偏光器３２２と、直交する偏光を通過させる第２の偏光器３２４とを含む。例示されている例では、水平検出器３２６が第１の偏光器３２２に動作的に結合されており、垂直検出器３２８が第２の偏光器３２４に動作的に結合されている。
【００２８】
用いられている偏光に応じて、検出器モジュール３２０が、水平グリッド線と垂直グリッド線との検出を分離するための適切な偏光器を含みうることが理解されるであろう。例えば、検出器モジュール３２０による検出は、水平偏光のために第１の線形偏光器−検出器を、垂直偏光のために第２の線形偏光器−検出器を、用いることができる。線形偏光された光に対しては、偏光器３２２および３２４は、一方の線形偏光を通過させ直交する偏光のすべてをブロックするために、電場ベクトルと位置合わせがなされていなければならない。円偏光は、光学軸の周囲の回転を感知しないため、より有用な場合がありうる。より詳しくは、線形偏光および線形偏光器を用いるときには、偏光を分離された状態に保つために、適切な向きを維持しなければならない。例えば、あるオブジェクトが水平偏光された光を送信している場合には、第２のオブジェクトは２通りの線形偏光器／検出器の組み合わせを有する。すなわち、１つを水平偏光のため、１つを垂直偏光のため、である。そして、第２のオブジェクトが光学軸の周囲を回転する場合には、２つの偏光器／検出器はそれぞれが水平方向および垂直方向に偏光され送信されたビームの成分を見ることになり、２つのビームの要求されている分離は失われてしまう。このように、円偏光は、線形偏光よりも、より有用な場合がありうる。
【００２９】
図解されている例では、第１の偏光器３１０がＲＨＣＰ偏光器であり、第２の偏光器３１４がＬＨＣＰである場合には、第１の偏光器３２２はＲＨＣＰであり、第２の偏光器はＬＨＣＰでありうる。このようにして、対応する右および左手円偏光器が、水平および垂直ビーム送信機出力と対応する検出器入力とに用いられる。これにより、水平グリッド線と垂直グリッド線とは、偏光されたビームの直交性により分離された状態に維持され、両方のビームを同時に送信することが可能になる。プロセッサ３３０が、検出器モジュール３２０に含まれ、水平検出器３２６と垂直検出器３２８とに動作的に結合されている場合がありうる。プロセッサ３３０は、水平検出器３２６と垂直検出器３２８とから受け取られる信号を復調し処理して、グリッド生成器３００によって出力されるグリッドの中の位置を決定することができる。
【００３０】
動作の間、照射源またはビーム生成器３０６は、単一の光ビームを放出することができる。この単一の光ビームは、次にビームスプリッタ３０８を通過するが、このビームスプリッタ３０８によって２つの光ビームに分離される。それぞれの光ビームは、次に、それぞれが第１の偏光器３１０と第２の偏光器３１４とによって偏光される。第１の偏光器３１０が右手円偏光器である場合には、右手円偏光された電場により、水平グリッド線が投影されうる。同様にして、第２の偏光器３１４が左手円偏光器である場合には、左手円偏光された電場により、垂直グリッド線が投影されうる。これにより、グリッド生成器３００が、検出器モジュール３２０によって一意的に識別可能である水平グリッド線と垂直グリッド線とを、同時に出力することが可能になる。より詳しくは、水平偏光器３２６と垂直偏光器３２８とは、それぞれが、対応する円偏光器３２２および３２４を用いて、一方のビームに対応するが他方のビームには対応しない送信フィールドを、ブロックすることができる。これにより、両方のビームは、それぞれのビームが対応する偏光器を備えた検出器によって検出される限り、干渉のない同時的な走査をすることができる。
【００３１】
図５は、空間の中に、偏光に基づいてそれぞれが一意的に識別可能である水平グリッド線と垂直グリッド線とを同時に投影することが可能な、別のグリッド生成器４００を図解している。グリッド生成器４００は、上述したグリッド生成器３００と同じ特徴の多くを含んでいるので、同様の部分は１００を加えた同様の参照番号を用いて識別されており、格別に指摘しない場合には、同様の部分に関する従前の説明は、この別の実施形態に適用されるものと理解してほしい。
【００３２】
１つの違いは、ビーム生成器４０６は、レーザ４４０とビームシェイパ４４２とを含むものとして図解されている点である。更に、ミラー４４５と検流計ドライブ４４６とを有する検流計４４４が図解されている。検流計４４４は、ビーム生成器４０６からの単一の光ビームを走査して、水平グリッド線と垂直グリッド線との少なくとも一方を形成するのに用いることができる。更に詳しくは、検流計４４４は、ビームスプリッタ４０８の一部に沿ったビームを走査することができる。ビームスプリッタ４０８は、偏光された水平グリッド線と偏光された垂直グリッド線とを単一のビームから作成する偏光キューブビームスプリッタでありうる。シンクロナイザ４４８を用いて、グリッド生成器４００のために、変調、検流計の走査速度、および電子的な同期を制御することができる。別の差異として、第１のミラー４５０と第２のミラー４５２とが含まれている点がある。第１および第２のミラー４５０および４５２は、偏光された水平グリッド線と偏光された垂直グリッド線とを、同一平面内に、その平面と垂直な方向に投影するように用いることができる。
【００３３】
図解されている例では、第１の偏光器４１０は右手円偏光器であって、垂直グリッド線は右手円偏光された電場を用いて投影されうる。同様にして、第２の偏光器４１４は左手円偏光器であって、水平グリッド線は、左手円偏光された電場を用いて投影されうる。このように、左手円偏光器４１４は線形偏光された水平グリッド線を、右手円偏光器４１０は線形偏光された垂直グリッド線を、それぞれの円偏光状態に変換するのに用いられる。
【００３４】
動作の間、レーザ４４０は、ビームシェイパ４４２を通過して送信され、検流計４４４によって回転されているミラー４４５から反射される光ビームを生成する。検流計４４４は、空間的なビーム走査機能を達成している。検流計４４４は、それ自体、例えば水平方向または垂直方向のいずれか一方であり両方ではない一方向だけで、走査をすることができる。
【００３５】
偏光ビームスプリッタ４０８は、回転している検流計４４４から反射されるビームの経路に存在する。偏光ビームスプリッタ４０８は、偏光ビームスプリッタ４０８を通過して直進する線形偏光の状態を送信し、偏光ビームスプリッタ４０８の対角方向インターフェースから９０度の偏角を有する直交線形偏光状態を反射する。偏光ビームスプリッタ４０８に入射するレーザ光は偏光解除されるか、または、そのレーザ光は円偏光されるか、もしくは、偏光ビームスプリッタ４０８の軸によって定義される入射平面に対して４５度の偏光方位で線形偏光され、それによって、光の５０％が偏光ビームスプリッタ４０８を通過し、５０％が偏光ビームスプリッタ４０８の対角方向インターフェースで反射されることになる。これら２つのビームは、現時点では伝播角度が９０度になるように分離され、ビームの形状は向きに関して同一であって、検流計４４４の走査動作は、２つのビームが偏光ビームスプリッタ４０８を出る時点において同じ方向にある。
【００３６】
第１のミラー４５０は、偏光ビームスプリッタ４０８を通過したビームの経路に配置されており、入射角は４５度であり、入射平面は偏光ビームスプリッタ４０８によって画定される入射平面と垂直である。図解されている例における第１のミラー４５０は、走査ビームが図面のページからページを見ている者の側へ向かって送信されるように、向けることができる。走査動作は、ページを見ている者の観点から垂直となる。第２のミラー４５２は、偏光ビームスプリッタ４０８の対角方向インターフェースから反射されたビームの経路に配置されており、第１のミラー４５０と同じように向けられているが、しかし、時計回り方向に９０度回転されている。第２のミラー４５２は、走査ビームもまた図面のページから出てくる方向に反射されるように、向けることができる。このビームは水平な走査動作を有しており、ビームの形状もまた垂直走査ビームから９０度回転している。したがって、２つの平行なビームが作成され、それぞれが垂直および水平という異なる方向において走査を行う。対応するビームの形状もまた、相互から９０度回転されている。
【００３７】
先に説明した実施形態と同様に、２つのグリッド線における情報を分離するために、２つのビームのそれぞれが、円形で直交する偏光状態に変換される。これは、第１および第２の円偏光器４１０および４１４を用いて達成される。それぞれのビームは、偏光ビームスプリッタ４０８により既に偏光されており、円偏光を、±４５度に向けられた単純なλ／４波長板を用いることによって作成することができる。信号処理は、上述した検出器モジュール３２０と類似の検出器モジュールを用いて行うことができる。
【００３８】
上述した実施形態は、この実施形態によると２つの光ビームを同時に送信して水平および垂直グリッド線を形成することができることを含め、様々な長所を提供した。垂直および水平グリッド線は一意的に識別可能であるから、現在のシーケンシャルなアプローチとは異なり、水平および垂直の両方の走査を同時的な態様で生じさせることが可能になる。これにより、変調波形または検出帯域幅の周波数を増加させずに、現在の実装例と比較して、データレートを２倍に向上させることが可能になる。
【００３９】
この書面による説明では、最良の方式を含めて本発明を開示するために、更には、任意のデバイスもしくはシステムを作成し使用すること、および任意の組み込まれた方法を実行することを含め、当業者であれば誰でも本発明を実施できるようにするための例が用いられている。本発明の特許が与えられるべき範囲は、特許請求の範囲によって画定され、当業者が想到する他の例も含みうる。そのような他の例は、それらが特許請求の範囲の文言と差異のない構造的要素を持つ場合や、特許請求の範囲の文言と実質的な差異のない均等な構造的要素を含む場合にも、特許請求の範囲内に入るものとする。
【符号の説明】
【００４０】
１０  グリッド生成器
１２  送信フィールド
１４  第１のグリッド
１６  第２のグリッド
１８  第１の垂直線
２０  第２の垂直線
２２  第１の水平線
２４  第２の水平線
２６  点
２８  第１の垂直線
３０  第２の垂直線
３２  第１の水平線
３４  第２の水平線
３６  点
３８  検出器モジュール
１００  方法
１０２  水平グリッド線と垂直グリッド線とを同時に投影
１０４  水平グリッド線を変調
１０６  垂直グリッド線を変調
２００  グリッド生成器
２０２  グリッド変調器
２０４  タイミングモジュール
２０６  第１のビーム生成器
２０８  第２のビーム生成器
２１０  水平ビームスキャナ
２１２  垂直ビームスキャナ
２２０  検出器モジュール
２２２  第１の光フィルタ
２２４  第２の光フィルタ
２２６  水平検出器
２２８  垂直検出器
２３０  プロセッサ
３００  グリッド生成器
３０２  グリッド変調器
３０４  タイミングモジュール
３０６  ビーム生成器
３０８  ビームスプリッタ
３１０  第１の偏光器
３１２  水平ビームスキャナ
３１４  第２の偏光器
３１６  垂直ビームスキャナ
３２０  検出器モジュール
３２２  第１の偏光器
３２４  第２の偏光器
３２６  水平検出器
３２８  垂直検出器
３３０  プロセッサ
４００  グリッド生成器
４０６  ビーム生成器
４０８  ビームスプリッタ
４１０  第１の偏光器
４１４  第２の偏光器
４４０  レーザ
４４２  ビームシェイパ
４４４  検流計
４４５  ミラー
４４６  検流計ドライブ
４４８  シンクロナイザ
４５０  第１のミラー
４５２  第２のミラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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