(57)【要約】【解決手段】  本発明はマルチユーザー環境において費用友好的にコンピュータや他の装置を共に光学的にネットワークするための光通信システムを開示する。上述のシステムは、低電力（目に安全な強さの）レーザー、発光ダイオード又は光ダイオードを使って、それぞれのユーザー装置（ユーザー光送受信機）へのネットワーク接続を独立して方向付け、管理できる光学多重化システム（光学アクセスポイント）を通してユーザーを時分割的に接続することで達成される。光学アクセスポイントとユーザー光学送受信機は両方とも相互に位置決めし位置合せするためにビームを動的に調整することができる。
2005510892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光送信機と、
該送信機と光通信を行う反射素子であって、送受信機が大方位から光学信号を受信できるように、自身の重心軸の周りを該送受信機に相対的に回転するようになっている反射素子と、
該反射素子経由で該光送受信機と通信するようになっている少なくとも一つの一方向光送受信機と、
を含む光通信システムであって、
該光送受信機が該一方向光送受信機の位置を決め、それと位置合せをするために、該光送受信機が動的にビームを調整し、
該光送受信機の位置を決め、それと位置合せをするために、該少なくとも一つの一方向光送受信機がビームを調整することを特徴とする
光通信システム。
【請求項２】
請求項１記載のシステムにおいて、更に送受信機が該少なくとも一つの一方向光送受信機の位置を決定するために該送受信機と通信する光ネットワークマネージャーを有するシステム。
【請求項３】
請求項２記載のシステムにおいて、該光ネットワークマネージャーがネットワーク帯域幅を該少なくとも一つの一方向光送受信機に割振るようになっていることを特徴とするシステム。
【請求項４】
光通信システムであって、
縦軸を有する固定位置略円錐形反射素子と、
該反射素子と通信する光送受信機であって、該送受信機が該反射素子経由で大方位からの光学信号を受信できるように該送受信機が該縦軸の周りを回転するようになっている光送受信機と、
該反射素子経由で該光送受信機と通信するようになっている少なくとも１つの一方向光送受信機と
を有し、上記光通信システムにおいて、
該光送受信機は該一方向光送受信機の位置を決めそれと位置合せをするためにビームを動的に調整し、
該少なくとも１つの一方向光送受信機は該光送受信機の位置を決めそれと位置合せをするためにビームを調整することを特徴とする光通信システム。
【請求項５】
請求項２記載のシステムにおいて、該多方向光送信機／受信機であって、
軸の周りを回転するようになっている回転反射素子、
該少なくとも１つの光送信機・受信機と該少なくとも１つの一方向光送信機／受信機との間に、該反射素子を使って光学リンクを設立できるように配置された少なくとも１つの光送信機／受信機とを有するシステム。
【請求項６】
請求項４記載のシステムにおいて、該送受信機が更に、受光素子が該少なくとも１つの一方向光送受信機からの信号を受信するように該反射素子の方向を指すように配置された該受光素子を有することを特徴とするシステム。
【請求項７】
請求項４記載のシステムにおいて、該送受信機が更に、発光素子が該少なくとも１つの一方向光送受信機に信号を送信するように該反射素子の方向を指すように配置された該発光素子を有することを特徴とするシステム。
【請求項８】
請求項２記載のシステムにおいて、該送受信機が更に、該光学信号の利用可能な信号強度を増加するために該少なくとも１つの一方向送受信機に送信されている光に焦点を合わせるようになっている焦点レンズのリングを有することを特徴とするシステム。
【請求項９】
請求項２記載のシステムにおいて、該送受信機が更に、該光学信号の利用可能な信号強度を増加するために該少なくとも１つの一方向送受信機から受信されている光に焦点を合わせるようになっている焦点レンズのリングを有することを特徴とするシステム。
【請求項１０】
該送受信機を入れるための不透明な外被を更に有する上記請求項のいずれかに記載のシステムであって、上記システムは該外被が光学信号が通過できるための光学的に透明な領域を有するシステム。
【請求項１１】
請求項１記載のシステムであって、更に、該送受信機と通信する変換器を有し、該変換器が光学リンクを渡って送信するための光学プロトコルを利用してネットワーク信号を該光学信号に変換するシステム。
【請求項１２】
請求項１記載のシステムであって、更に、該送受信機と通信する変換器を有し、該変換器が光学リンクを渡って信号を受信するための光学プロトコルを利用してネットワーク信号を該光学信号に変換するよシステム。
【請求項１３】
請求項４記載のシステムにおいて、該反射素子が好ましくない信号受信を減少するために縦方向の光学有効範囲を制限するようになっていることを特徴とするシステム。
【請求項１４】
請求項１又は４記載のシステムにおいて、該反射素子が、該光学信号の信号対雑音比を最大化するように光学信号に影響を及ぼすように多反射面を含むことを特徴とするシステム。
【請求項１５】
請求項１又は４記載のシステムにおいて、該反射素子が、複数の反射面を含み、それぞれの反射面が光学信号を特定の複数の一方向送受信機との通信のために使われることを特徴とするシステム。
【請求項１６】
請求項１又は４記載のシステムにおいて、該反射素子が、複数の反射面を含み、それぞれの反射面が光学信号を特定の複数の一方向送受信機に送信するために使われることを特徴とするシステム。
【請求項１７】
請求項１又は４記載のシステムにおいて、該反射素子が、複数の反射面を含み、それぞれの反射面が光学信号を特定の複数の一方向送受信機から受信するために使われることを特徴とするシステム。
【請求項１８】
請求項１又は４記載のシステムにおいて、該一方向光送受信機が、送信または受信ビームの舵取りをして該一方向光送受信機と該送受信機との間の位置合せが簡単になるようにする舵取り装置を含むことを特徴とするシステム。
【請求項１９】
請求項１記載のシステムであって、更に、該少なくとも１つの一方向光送受信機からの信号を受信するためにアニュラリングに配置された複数の光送受信機を有するシステム。
【請求項２０】
請求項１記載のシステムであって、更に、該少なくとも１つの一方向光送受信機へ信号を送信するためにアニュラリングに配置された複数の光送受信機を有するシステム。
【請求項２１】
請求項２記載のシステムにおいて、該光通信ネットワークマネージャーがネットワークへのタイムアクセスにおいて調和的に働くようになっていることを特徴とするシステム。
【請求項２２】
光学アクセスポイントとユーザー光学端子の間との光通信方法であって、
０から３６０度の方位方向内で該ユーザー光学ステーションからの信号を検索する工程と、
該ユーザー光学ステーションとハンドシェイキングする工程と、
該ユーザー光学ステーションを登録する工程と、
該ユーザー光学ステーションの位置を決定する工程と、
該ユーザー光学ステーションにタイムスロットを割当てる工程と、
該ユーザー光学ステーションに最小容量を割振る工程と、
該ユーザー光学ステーションに優先順位を割振る工程と、
該光学アクセスポイントと該ユーザー光学ステーションとの間にネットワーク通信リンクを確立する工程と
を有する光通信方法。
【請求項２３】
請求項２２記載の方法であって、更に、該ユーザー光学端子をネットワークタイムスロットにマップする工程
を有する方法。
【請求項２４】
請求項２２記載の方法であって、更に、ネットワークタイムスロットを変化させる工程
を有する方法。
【請求項２５】
ユーザー光学端子と光学アクセスポイントとの間の光通信方法であって、
該光学アクセスポイントからの信号を検索する工程と、
該光学アクセスポイントとハンドシェイキングをする工程と、
該光学アクセスポイントの相対的位置を決定する工程と、
該ユーザー光学ステーションのタイムスロットを肯定応答する工程と、
該ユーザー光学ステーションの最小容量を肯定応答する工程と、
ユーザー光学ステーションの優先順位を肯定応答する工程と、
該光学アクセスポイントと該ユーザー光学ステーションとの間にネットワーク通信リンクを確立する工程と
を有する光通信方法。
【請求項２６】
請求項２５記載の方法であって、更に、該光学アクセスポイントからマッピングを受諾する工程を有し、
該マッピングは該ネットワークへのアクセスを提供するための時間基準を含むことを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項２５記載の方法であって、更に、提供されたネットワークタイムスロットへの変更を要求する工程を有する方法。
【請求項２８】
請求項１記載のシステムにおいて、該反射素子は３６０度の角度を通して継続的に回転することを特徴とするシステム。
【請求項２９】
請求項４記載のシステムにおいて、該光送受信機は３６０度の角度を通して継続的に回転することを特徴とするシステム。
【請求項３０】
請求項２８又は２９記載のシステムにおいて、該反射素子は、該光送受信機が広範囲の仰角からの信号を受信できるようにしていることを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は２００１年３月６日に出願された米国特許仮出願第６０／２７３，７９８号に利益を主張する。本発明は又、２００２年３月４日に出願された、広帯域幅無線光学システムと題された米国出願第＿＿＿＿号に関連する。前述の両出願は同一の者に譲渡されており、この参照により本明細書に一体的に組み込まれる。
【０００２】
本発明は電子通信システムに関し、特に多方向性高帯域幅通信用無線光学系に関する。
【背景技術】
【０００３】
コンピュータや他の装置の中央ネットワークへの接続を必要とするアプリケーションが数多く存在する。現在、これらのネットワークへの接続は有線又は無線周波数システムを使って確立されているが、これらにはそれぞれ独自の限界及びコストがある。例えば、ネットワーク接続を確立するためにカテゴリー５配線をするには、配線、配線工事にかかる労働費、システムネットワークのために以前に使われた配線の除去と配線中止にかかる労働費等のために、費用が高くなる。一方、無線周波数（ＲＦ）通信を利用すれば、銅配線に関わるコストをいくらか回避できるかも知れないが、その代わりに、ＲＦネットワーク上の情報は一般にインターセプトやデコードしやすいという問題があるために、そのリンクの物理的安全保護を犠牲にすることになる。
【０００４】
しかし、ネットワークのデータ信号は種々の変調によって光、レーザー光、発光ダイオード（ＬＥＤ）からの光のような光学信号上に載せることができる。一方、光学信号には他の問題があることは公知である。例えば、光はその当たった表面から反射し、ある程度の多重信号干渉を起こす。室内の短範囲のアプリケーションにおいてさえ、（例えば建物の動きや接続点が取り付けられた表面の振動の副次的結果として送信機や受信機の位置が微小に変化したために）光受信機と相対的に光送信機が移動すると、好ましくない多重干渉が時変的に起こることがある。結果的に光学チャネルは純粋な見通し線ではあるが、非常に不利なチャネルである。よって、光学系（つまり、レーザーやＬＥＤベースのシステム）は、全体として空中的及び多重的不確かさが少ない短距離及び二地点間（オムニレンジや多方向でない）システムにのみ一般に使われる。これらのシステムは典型的に光学系の理論データ伝送限界よりずっと低いレベルでのみ高信頼通信チャネルを確立できるものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従ってここで必要なのは、費用効率の高い展開、速い据付、及び安全な光通信を、中央ネットワークへのアクセスを必要とするユーザーに提供する装置である。  
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述の課題は本発明の種々の実施形態によって解決される。したがって、第一の形態において、多方向からの光学信号を送信・受信する多方向光送信機・受信機と該多方向光送信機・受信機と通信する多数の一方向光送信機・受信機を含み、多方向光送信機・受信機が一方向光送信機・受信機の位置を決め、それらと位置合せをするようにビームを動的に調整することを特徴とする光通信システムが提供される。加えて、一方向光送信機・受信機は多方向光送信機・受信機の位置を決めそれと位置合せをするようにそれらのビームを調整する。更に、ユーザー光学ステーションからの信号を検索する工程、ユーザー光学ステーションとハンドシェイキングする工程、ユーザー光学ステーションを登録する工程、ユーザー光学ステーションの位置を決定する工程、ユーザー光学ステーションにタイムスロットを割り当てる工程、ユーザー光学ステーションに最小容量を割振る工程、ユーザー光学ステーションに優先順位を割振る工程、及び光学アクセスポイントとユーザー光学ステーションとの間にネットワーク通信リンクを確立する工程を含む、光学アクセスポイントとユーザー光学端末との間の光通信方法も提供される。
【０００７】
本発明の異なる実施形態によって、安全性の限界、物理的配線に係る費用、再配線の労働費、及び有線ネットワーク利用時に速く配線展開できる場合の限界を解消して複数のユーザーをネットワークに接続できるようになる。
【０００８】
本発明の一側面によれば、共同して不利な光学チャネルの影響を最小化する多方向通信、ディジタル処理、及びネットワーク管理の組合せを特徴とする。これは、通信レーザー及び・又はＬＥＤを反射の機会を制限するように信号を方向付ける光学部品と組合せ、また更に多重経路の影響を制限し、無線送信チャネルの空中劣化の影響を減少するために信号処理技術と組合わせることで実現される。組合せの結果として特定の送信機と受信機間の距離における最大理論限界にずっと近いレベルでの処理能力を信頼性高く提供できるようになる。
【０００９】
このシステムの一実施形態の別な側面によれば、パノラマ範囲の光学系のための反射性一次光学素子が利用される。これによって、屈折性一次光学部品によって起こるような光学収差なしで、大きく異なる波長でのマルチスペクトル光学処理を使えるようになる。これは特に赤外線波長にとっては、有効波長が２以上の数の因数で異なることが多く、反射性光学部品が大変望ましくなるので、非常に有利である。同様に、反射性光学部品は偏光のような光学ダイバーシチのほかの形態にも利益をもたらす。屈折性光学部品の応力が種々の偏光で不均一な光透過率を起こすことがあることは公知である。偏光ダイバーシチが自由度又はチャネルの直交性として使われるなら、このような不均一性は望ましくない。反射性一次光学部品の利益はここで説明したものに限られず、ここに説明されていないダイバーシチの他の形態にも同様の利益をもたらすものである。
【００１０】
このシステムの別な特徴的側面は、特に回転反射体で実施された場合、それぞれの信号のために反射面の異なる部分を利用することによって送信及び受信機能のために異なる光路及びパワー（又はゲイン）を使うことができることである。これによって、自己干渉を減少し、複数方向における同時送受信操作を可能にし、送受信機能のために異なる立体角範囲を選択できるようになる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の異なる実施形態によって、安全性の限界、物理的配線に係る費用、再配線の労働費、及び有線ネットワーク利用時に速く配線展開できる場合の限界を解消して複数のユーザーをネットワークに接続できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
これら及び他の特徴と有利性は下記の図面を参考とした詳細な説明によってより明瞭になるであろう。本発明の形態はこれらの図面に示される例に限られないことを理解することが重要である。
【００１３】
本発明は複数のユーザーと一つのネットワークアクセスポイントとの間に光通信を実施する独自の方法及びシステムを提供する。しかし、下記の開示には本発明の異なる特徴を導入するための多くの異なる実施形態又は実施例が含まれるものである。本開示を簡略化するために下記に構成要素、信号、メッセージ、プロトコル及び配置の具体的な例を示す。これらはもちろん具体例に過ぎず、本発明を発明の請求範囲に記述されるものから制限するものではない。本発明を不必要な詳細で不明瞭にしないために、公知の要素の詳細な説明は省略する。大体において、当業者に公知な詳細で本発明の完全理解に不必要な詳細は省略されている。制御回路に関する詳細は本明細書では、そのような制御回路は当業者に公知のものであるから、省略されている。
【００１４】
図１を参照すると、多方向送信機及び受信機を有する光ネットワークの例の一部が示されている。図１は説明のための「光学アクセスポイント（ＯＡＰ）」３点、１ａから１ｃを示す。これらのＯＡＰ１ａ−１ｃは、例えば光ネットワークと有線ネットワークのように異なる媒体の２つのネットワークを相互接続するネットワーク装置である。図１に示す実施形態において、ＯＡＰ１ａ−１ｃは多方向光送信機及び・又は受信機（又は多方向送受信機）であってもよく、つまり多方向からの光学信号を送信及び受信できるものである。例えば、円２ａから２ｃはＯＡＰ１ａの３６０度有効範囲を示す。ＯＡＰ１ａ−１ｃはポール７ａ、７ｂ及び７ｃにそれぞれ取付けられることができる。一実施形態において、これらのポール７ａ、７ｂ及び７ｃは中空である。
【００１５】
この実施例には、それぞれの三角形パターン５ａ、５ｂ及び５ｃの有効範囲と共に示される３つのユーザー光送受信機（「ＵＯＴ」）４ａから４ｃもある。これらの光送受信機４ａ−４ｃはそれぞれポール９ａ、９ｂ及び９ｃに取付けられている。この例において、これらの送受信機４ａ−４ｃは一般に一方向性であり、つまりこれらの空間有効範囲は特定の領域に限定される。これらの送受信機４ａ−４ｃはユーザー光学端末又はステーションと呼ばれることもある。これらの光送受信機４ａ−４ｃによってネットワークのユーザーはＯＡＰ１ａ−１ｃと通信できるようになる。これらのアクセスポイントとの通信はハブ送受信ＯＡＰ１ａ−１ｃとユーザー光送受信機４ａ−４ｃとの間の視覚チャネル回線を通って実施される。
【００１６】
図１は縦型ポール取付け構成の例を示すが、同様の特徴は天井から吊られた反転配置、又は壁取付け用の屈曲経路システムに組込むこともできる。
【００１７】
図示の例において、ＯＡＰ１ａ−１ｃはイーサネット（登録商標）ネットワーク（図示省略）のような従来のコンピュータネットワークに接続されている。これらのＯＡＰ１ａ、１ｂ及び１ｃは管７ａ、７ｂ及び７ｃ内に配置されていることもある従来のネットワークケーブル経由でイーサネット（登録商標）ネットワークに接続されることができる。ネットワークのユーザーはイーサネット（登録商標）ネットワークとの通信にパソコン（図示省略）を使ってもよい。この例では、これらのパソコンは光送受信機４ａ−４ｃに配線（図示省略）で物理的に接続している。配線はポール９ａ、９ｂ及び９ｃ内に入れられていても良い。よって、この例では、ＯＡＰ１ａ−１ｃとイーサネット（登録商標）ネットワークの間に物理的接続がある。光送受信機４ａ−４ｃと個々のパソコンとの間にも物理的接続がある。しかし、ＯＡＰ１ａ−１ｃと光送受信機４ａ−４ｃの間には光学リンクがある。
【００１８】
光学アクセスポイント１ａ−１ｃのある点（例えば１ａ）とユーザー光送受信機４ａ−４ｃの１つ（例えば４ａ）の間の通信リンクを完了するために、光学アクセスポイント１ａは該ユーザー光学ステーション４ａからの信号を検索する。この信号が検知されれば、ユーザー光学ステーション４ａとイーサネット（登録商標）ネットワークの間にハンドシェイキングルーチンを実行できる。ハンドシェイキングルーチンが完了したらそのパソコンのユーザーはＯＡＰ１ａと結合したネットワークマネージャーに登録できる。ネットワークマネージャーはユーザー光送受信機４ａの位置を決定、記憶、ユーザー送受信機４ａ用のタイムスロットを割当て、ネットワーク容量をユーザー光送受信機４ａに割振ることができる。ネットワークマネージャーはまたユーザー光送受信機４ａに優先順位を割振り、ユーザーコンピュータとイーサネット（登録商標）ネットワークの間にネットワーク通信リンクが確立できる。このタスクを達成するためにネットワークマネージャーは、上記の検索処理で光学アクセスポイントの利用した座標上のユーザー光送受信機４ａの位置を与えられ、ユーザー光送受信機４ａのマッピングを決定してネットワークタイムスロットに提供することができる。また、光学アクセスポイントとユーザー光学ステーションは経時的に確立した接続上の時間の量、よって送信できるデータの量を決めることができる。
【００１９】
ユーザー送受信機の視点から見ると、ユーザー送受信機はネットワーク上に乗ろうとする。このプロセスは、光学アクセスポイントからの信号の検索、光学アクセスポイントとのハンドシェイクの完了、光学アクセスポイントの相対的な位置の決定、ユーザー光学ステーションに割当てられたタイムスロットの肯定応答、ユーザー光学ステーションの最低容量の肯定応答、ユーザー光学ステーションに割当てられた優先順位の肯定応答、ユーザー光学ステーションと光学アクセスポイントとの間のネットワーク通信リンクの確立等を含む。また、光学アクセスポイントとユーザー送受信機は経時的に確立した接続上の時間の量、よって送信できるデータの量を決めることができる。よって、ＯＡＰとＵＡＴの間の光学リンクが確立すると、パソコンを使うユーザーは従来の方法でネットワークにログインできるようになる。いくつかの実施形態においては、複数のユーザーが一つのＯＡＰを使ってイーサネット（登録商標）ネットワークに接続できる。
【００２０】
図１−Ａには、ユーザー光送受信機（例えばＵＯＴ４ａ）との光通信における光学アクセスポイント（例えばＯＡＰ１ａ）の詳細例を示す。光学アクセスポイント１ａに注意すると、光学エネルギーディレクタ（「ＯＥＤ」）又は反射器１４がある。後述のように、この反射器１４は光路が大体垂直となるように光信号を反射する。幾つかの実施形態においては、反射器１４の下方に位置する集束レンズ１５を使って光学信号を集束することが好ましい。集束レンズ１５の下方に位置するのは一連の光学インターフェース領域１６ａ及び１６ｂである。受信領域１６ａと送信領域１６ｂがある。受信領域１６ａと送信領域１６ｂはガード領域１８によって分離されている。受信領域１６は光受信要素２６のような複数の光受信要素を含む領域である。光受信装置２６は、フォトダイオード、光電池、光電子増倍管等被変調光信号を受信できるどのような装置でもよい。これらの光受信装置は当業者に公知である。
【００２１】
送信領域１６ｂには光信号を送信する光送信装置３１のような光送信装置が複数存在する。光送信装置３１にはレーザーやＬＥＤのような被変調光源を送信できる任意の装置が含まれる。この実施例では、光送信装置３１と光受信装置２６が上方を向いている。この上方を向いていることによってこれらの装置が垂直方向及び垂直に斜めの方向を向くことができるようになり、エネルギーをそれらの取付け位置の真上以外の方向に向けることができるようになる。
【００２２】
光学インターフェース領域１６ａ及び１６ｂと結合して光学変換器１９ａ及び１９ｂがある。これらの光学変換器１９ａ及び１９ｂは光学信号を電気信号に変換、又はその逆の変換をし、よって光ネットワークと有線ネットワークの間の通信が確立される。このような光学変換器は当業者に公知である。
【００２３】
光学変換器１９ａ及び１９ｂに通信するネットワークマネージャー４２がある。このネットワークマネージャー４２は、特定のプロトコル（例えばイーサネット（登録商標））の下で、有線ネットワークからの入力信号１０ｂの光通信に好適なプロトコルへの変換のようないくつかの機能を提供できる。ネットワークマネージャー４２はまたネットワークのユーザーがネットワークを使えるようにする方法の取扱い、制御を行い、直接的方法（例えば、情報技術マネージャーの設定した限界）又は間接的方法（例えば、ネットーワークマネージャーが認識するユーザーの使用パターンに沿ってそれぞれのユーザーからの記憶データに基づいて適応的に容量や優先順位を割当てる自動コンピュータプログラム制御）によってユーザーの優先順位を管理する。
【００２４】
ＵＯＴ４ａを参照すると、光送信装置３１と同様な光送信装置２３がある。この光送信装置２３に隣接して位置するのが、光受信装置２６と同様な光受信装置２１である。この光送信装置２３と光受信素子２１は、光信号が相互に干渉しないように相互に分離されるように取付けられている。光送信装置２３に結合しているのは、光学変換器４５ａで、ユーザーのコンピュータからの電気信号を被変調信号に変換し、その信号はその後光送信装置２３によって送信されることができる。同様に、光受信装置２１に結合された光学変換器４５ｂがある。この光学変換器４５は光受信装置２１が受信した被変調信号を電気信号に変換し、その信号はその後ユーザーのコンピュータに送信されることができる。
【００２５】
前述のように、ＯＡＰ１ａはＵＯＴ４ａと光信号を通して通信する。ＵＯＴ４ａにおいて、光学信号４７ａ及び４７ｂは概ね水平方向で始まり、終わる。例えば、ユーザーのコンピュータからの信号は有線通信経路４６ａを通って光学変換器４５ａへ送られる。この信号は変換及び変調されて光学信号４７ａとなり、光送信装置２３で送信される。光学信号４７ａは反射器１４の受信領域方向へ概ね水平方向で送られる。信号４７ａが反射器１４に当たると、概ね垂直方向に反射され光受信領域１６ａの方向へ向かい、そこで光受信素子２６のような光受信素子によって受信される。この信号はその後光学変換器１９ａで電気信号１０ａに変換され、この信号がその後ネットワークマネージャー４２に送られ、そのネットワークマネージャーがその信号を有線ネットワークに転送する。
【００２６】
信号１０ｂのような有線ネットワークからの信号はネットワークマネージャー４２に送られ、適当な光学変換器１９ｂに発送される。光学変換器１９ｂは、光学信号８ｂが光送信器３１のような光送信器で送信されるように、電気信号を変換、変調する。光学信号８ｂは概ね垂直方向に送信され、反射器１４にあたり、この反射器が光学信号８ａを反射して概ね水平な光学信号４７ｂとする。光学信号４７ｂはＵＯＴ４ａの光受信素子２１によって受信される。光受信素子２１が受信すると、信号は光学変換器４５ｂで電気信号４６ｂに変換され、今度はユーザーのコンピュータに発送されることができる。
【００２７】
図１Ａに示す実施形態において、反射器１４又は光学エネルギーディレクター（「ＯＥＤ」）は光学変換器１９ａ及び１９ｂの上部に位置している。ＯＥＤ１４は送信された光学信号経路８ｂを概ね水平方向へ持ってきてＵＯＴの視線内に入るようにする手段を提供する。同様に、ＯＥＤ１４はまた、受信された光学信号経路８ａを概ね垂直方向へ持ってきて光学変換器１９ａによって受信されるようにする手段をも提供する。光学信号は透明な窓２４を通り抜けることができ、よって光学信号がＯＡＰ１ａに入ったり出たりできるようになる。ＯＡＰ１ａの構成要素は不透明な光学筒２２内に入れられていてもよい。
【００２８】
ＯＥＤ１４を他の物体の上部に配置することによって、エネルギーが、そうしなければ信号経路を低下、ブロッケージを創造し、多重干渉に寄与していた可能性もある物体上の面に沿った方向に導かれる。この構成で多重干渉がなくなるわけではないが、一次信号経路の二次元性は多重干渉効果を有意義に減少する。
【００２９】
送信機１７ａと受信機１７ｂの方向的有効範囲は次の要因で制御される。（１）ＯＥＤ又は反射器１４の形状、（２）反射器１４が固定型か回転型か、（２）入射光学信号４７ａの位置、（３）光学信号４７ａがＯＡＰ１ａの「光受信機」部１６ａに反射するＯＥＤ１４の一部に向けられているか、又はＯＡＰ１ａの「光送信機」部１６ｂに向けられているか。
【００３０】
図１Ｂは、取付けポール２７に取付けられたときの、ＯＡＰ１ａの全３６０度有効範囲の可能出力２９を示す。このような有効範囲は、簡単な回転固定体（例えば円錐）が方位で全方向の有効範囲領域を創造するときに、可能である。ＯＡＰ１ａを取付けポール２７に配置することによってＯＡＰ１ａがその取付けられた高さ（例えば、まわりのどのような障害物よりも高い位置）によってその領域内のＵＯＴを無制限に視界に入れることができる。しかし、この３６０度有効範囲は入力信号の方向を略水平方向からのものに制限するために、垂直高さ有効範囲２８において制限されるかもしれない。
【００３１】
図１ＣはＯＡＰ１ａ及びＵＯＴ３１の平面図である。ＯＡＰ１ａは全３６０度有効範囲パターン３４を維持し、ＯＡＰ１ａと実質的に同じ高さである水平面上の１つ又は複数のＵＯＴ３１と通信できるようになっている。ＵＯＴ３１は、ＵＯＴ受信光学信号３３は方位及び高さ有効範囲の両方において固定されているが、方位有効範囲、高さ有効範囲、又はその両方において調整可能な光学信号３２を送信する。本発明の他の実施形態は、調整可能な方位及び高さ有効範囲を有する受信光学信号３３をもって、また、固定方位及び高さを有する送信光学信号３２をもって、実施することもできる。他の実施形態では、送信及び受信センサーの両方に固定又は調整可能な方位及び・又は高さビーム有効範囲の組合せを有することもある。
【００３２】
図１ＤはＯＡＰ５２において光送信素子５１と光受信素子５０を取付ける別な手段を示す。この実施例において、センサーは水平方向を向いて取付けられ、ＯＥＤ５３経由で、ＵＯＴとの間で光学信号の送受信をする第二の反射器４３から光学信号を受信、また送信できるようになる。第二の反射器４３は、二軸回転の機構で有利に取付けられる従来の鏡アセンブリ（図示）で実施することもできるし、また、そのタイミングがＯＡＰ５２で制御される可視ＵＯＴとの迅速で直通の同期操作の電気制御下で、図示を省略する可変形鏡装置（ＤＭＤ）でも実施できる。図１Ｄは、例として、この概念を図示するために、相対的に大きな鏡を反射装置４３として示す。この反射装置４３は、水平軸５４及び・又は垂直軸５５の周りを回転して、装置数を最小にしたいときに、送信及び受信ビーム両方の可変有効範囲を提供できる。図１Ａに示すアニュラリングを取り入れた実施例と比較して、この実施例では、より少数の装置で広い領域の有効範囲を得ることができる。
【００３３】
図１Ａに示した実施例は構成要素の数が多いためにコストが高くなる可能性がある。この実施例では、垂直軸５５の周りをベースと共に回転できるように、ベース５６に取付けられた第二の反射装置４３を使う。この取付け及び回転機構によって、ＯＡＰに関して、方位及び高さにおいて広い範囲のＵＯＴからの光学信号を方向付け及び受信できるようになり、ＯＡＰに関する位置のほか、時分割によるサービス及びアクセスの差別化ができるようになる。ＯＡＰと複数のＵＯＴとの間の時分割配置において、それぞれのＵＯＴは、ＯＡＰが光学信号をその方向に向けている時と同じ特定の時を割当てられる。ＵＯＴはこの時間にのみそのＯＡＰと光学信号の送受信をすることができる。ＯＡＰの取り扱うネットワークマネージャーの機能がこのタスクの実施に必要な整合を行う。この整合には、ネットワークマネージャーがそれぞれのＵＯＴタイムスロットを、ネットーワークマネージャーがそれぞれのＵＯＴをネットワーク上で予約したそのタイムスロットの間に、ＯＡＰによって提供される光学信号が提供される方向にマップする方法、及びＵＯＴがこの情報を光学リンク上でＯＡＰと通信して学ぶ方法が含まれる。
【００３４】
図２には垂直方向における有効範囲を制御する別な方法が示される。ここでは、高さの有効範囲が信号が反射器３５から反射され下方の光受信素子に向かう時の信号の反射の前の光学信号発散５６の程度に制御される。入力光学信号５７がその反射器３５のイルミネーションの前に分散又は発散５６しているのが示される。反射器３５の形状を使って高さ及び方位の有効範囲を両方とも制御できる。別な実施例において、ＯＥＤ（例えば図１Ａの透明な窓２４）の周囲に配置された光学素子（図２に図示されていない）を使って、信号のＯＡＰのベースへの反射の前の発散を定義することができる。
【００３５】
また別な方向性有効範囲の制御方法は、反射器３５の回転である。この状況において、反射器３５はその特別な形状（上から下まで）及びボリウムの立体角（ある任意の時間における角度性有効範囲を決定するため）を基に選択される。回転を使って種々のネットワーク素子を空間的又は角度的に隔離することができ、また、例えば、時分割プロトコルを導入、又は特別な光学構成又は反射器の形成を使うことによって追加的な光学パワー（ゲイン）を得ることができる。一般に、ステッパー電動機を次に使い、多位置のそれぞれに反復的に反射器を精密に位置づけ、毎回転ごとに全３６０度の方位面を有効範囲とするようにする。この動作周期は、ユーザーの要求に基づくシステムアドミニストレーター（又はネットワーク制御ソフトウェア）の許可によって、特定のユーザー（システムの参照原点からの特定の角度に定義される）に「接続時間」をより多く与え、他のユーザーにより少なくするように変更することもできる。
【００３６】
上述の実施形態に使われるＯＥＤ又は反射器は幾つかの形状を有することができる。例えば、概して円錐であってもよい。この実施の目的のために、「概して円錐」という用語は円錐、放物線状、又は双曲線状も含む。「概して円錐」という用語はまたより小さな先端又は頂点を有し、より広い部分に広がっていく任意の形状も含む。また、この用語は、概して円錐、放物線、又は双曲線に似た形状である多面形も含む。
【００３７】
ＯＥＤ１４が概して円錐の回転体である実施形態において、システムの全体的な性能を改良するための幾つかの実践的なステップがある。例えば、円錐の先端を少量の黒ペンキ又は他の非反射物質で処理して反射器のこの部分に関連した鏡面反射を減少することができる。別な例は反射器に位置合せ穴を取り入れることである。この場合は、円錐の先端に小さな穴をあけ、送信機を直接見ることができるようにする。この穴は、適切な位置合せガイドとともに、取付け調整の必要性を最小化した急速配置を支持するために迅速な光学調整の助けとなることができる。別な実践的ステップは、反射器の直径より大きな直径を有する防塵カバー面を含むことである。このカバー面はバブルレベル、照準具、コーナリフレクタその他の取付け、位置調整具も含むことができる。これらの位置調整具は実践的改良具であり、取付けをする人が使うこともできるし、又は、コーナリフレクターを使う場合には、ＵＯＴのＯＡＰへの自動位置合せを行うこともできる。
【００３８】
一次反射器１４を回転する基本的な設計原理は、画像走査システムの原理と同様であり、海岸の灯台、三次元画像投影、赤外線誘導武器等の幾つかの照明、イメージング、及びセンサーにおける実施形態に見られるものである。本発明の異なる側面では、固定一次反射器とソース又は焦点の近くの走査素子を含むし、又は、固定反射器と固定ソース、及び可動反射器と固定ソースの実施形態の両方を含む。
【００３９】
図２は反射面の特に有用な構成を示す。反射体又は円錐は方位において全方向の有効範囲を創造するが、高さ発散の度合いは、その発散と有効範囲を制御するために簡単なレンズの組合せ及び／又はスキャナーを使う程度に制限される。送信機及び受信機システムの残りの部分はこの（又は他の同様な）反射器を利用するように構成されている。この観念は図１Ａにより詳しく示されており、ここにはある可能な実施形態の詳細が示される。この実施形態には、光送信素子１７ａと光受信素子１７ｂの二つのアニュラリングがあり、それぞれが、送信及び受信機能のためのもので、これらとベースの中心との間にガードバンド１８がある。反射信号はこれらのセンサー（送信機及び検出器）によって処理される。システム（ＯＡＰ）の角度分解能、よって有効範囲の特性は、センサーの配置、焦点レンズの寸法、設計、及び配置、またアニュラリング送信機及び受信機内にあるセンサーの数の組合せによって決まる。
【００４０】
ＯＡＰ１ａ（ＬＥＤ（又はレーザー）送信機及び受信機を含む）は回転式で振子質量を提供し、よって反射器を上昇させるマストの働きをする光学筒のセルフレべリングを提供する。この回転によるセルフレベリングは電力及びデータ接続ケーブルによる、また最良な有効範囲を得るために垂直方向にユニットを拘束するために適切に配置されたバネによる、不必要な運動を回避するために緩衝されていてもよい。緩衝に加え、製造工程を制御して接続ケーブルの長さに無作為な変化をもたらし、それぞれの筒の緩衝運動が多少他の筒とは無関係になるようにし、いくつかの普通のモードエラーを減少又はなくすこともできる。ステッパー電動機（図示省略）が一次反射器を駆動するために取付けられる場合は、これを反射器の上部に取付け、窓２４に埋め込まれた非常に細い線で電力及び幾つかのロジック信号を与える。概ね同じ高さに上昇させた他の送信機や受信機（例えば、ＵＯＴ）への通信リンクは、この上昇によってクラッターな環境（例えば大きな事務所スペースや工場フロア）の上にクリヤな視覚を達成でき、また方位は全方向であるが、光学ゲイン（パワー）は保存され、多重経路は高さの有効範囲の制限によって減少される。
【００４１】
図３は一次反射器３６の断面図をいくつか示す。左側から説明すると、回転体３７が示され、ここにおいて縦中心に垂直な断面は全て円形であり、このオプションは円錐を示す。次に示される一次反射器は、全方向有効範囲（反射器３９の下部上で）と特定のユーザー又はユーザーグループのためのより長い範囲及び／又はより高速なデータ転送速度でより高い信号・雑音比での特定の方位角における一方向有効範囲の両方を提供するための内接する二次元コーナリフレクター（反射器３８の上部に）を有する構成である。第三例の反射器４０は数多くの小さな二次元コーナリフレクターを形成する長いファセットを有する構成を示す。この構成は異なる鏡面とコヒーレント反射の組合せを提供し、遠くのＯＡＰ光路がコヒーレント反射面を使い、近くのＯＡＰ経路が鏡面によって多少発散されている時、システムの受信部において有用な検出器の有効範囲を提供できるようになる。これによって精密な位置合せをせずに近くのＯＡＰのために限定された発散ビームを使えるようになり、また遠くのＯＡＰのために限定された散乱（負ゲイン）を使えるようになる。最後に図３の一番右側に、ファセット化した設計４１が示される。断面ＡＡにおけるファセットの数と断面ＢＢにおけるファセットの数が同じでないことに注意してほしい。この方法を使った場合、任意の縦のロウにおけるファセットの数、及びファセット中心ロウとロウとのオフセットは、設計上の二つの自由度を示す。ある単一のロウで少数のファセットが使われれば、この形状は角錐となり、特定のネットワーク構成には有用となる。アイテム３８と３９は、反射器の受信部が送信部と異なる設計を有する場合の反射器の例を示す。
【００４２】
図３のＯＥＤ１４の反射面を明示するために使われる基本的な形状は回転体３７としての単純な直円錐であるが、これは、単純であろうが、ファセット化していようが又は内接していようが最も興味深い回転体ではない。図２に示すような、特定の目的のために表面が彫刻された複雑な本体は、より単純な形の本体よりも接続点の間のセンサーの位置合せという意味でより寛大である。二次パターンや円形パターンのような回転した凹弧や凸弧はゲイン及び有効範囲をよりよく制御できる。
【００４３】
図４は、光学アクセスポイントのベース４４の例の詳細を示し、この実施形態において、ベース４４の縦軸６４の周りを両方ともが回転する機構に水平に取付けられた光受信素子６２と光送信素子６１を示し、光学エネルギーディレクタ６３の直接的光学視界を得ることができる。ネットワークマネージャー５８は、ユーザーをネットワークに登録して接続を維持するために両方の光学変換器５９及び６０と通信する。
【００４４】
回転反射器は歪みを伴うことがある。これらの歪みはマイクロ波長では重要ではないかもしれないが、このような歪みは従来の信号処理における一次光学素子の有用性を制限したことになる。有用な（高度な）データ転送速度において、反射器の欠陥によって起こる位相歪の度合いは、多重経路のような前述の他の影響と組み合わされた時、記号間緩衝を起こし、限度内において、機構又は補償方法が与えられていなければ、システムに殆ど役立たないことになる。結果として、システム（ＯＥＤ）内の光学素子としてのこの類の反射器の利用と信号処理技術（フォワードエラー補正、パイロットトーン、またターボコードのような）を結合した組合せはシステム設計に重要な改善を提供し、今まで使われていなかった分野での光学反射器１４の利用を可能にする。
【００４５】
信号の位相に関連した後一つの類の問題は振動又は機械的ジッターによって誘導された位相雑音である。マスト（ＯＡＰ全体）の動きを考慮すると、この影響は、複数のマストが同じ動きで動く場合の「低周波フェージング」又は「共通モードフェージング」としても考慮（経験）される。このような共通の動きは、建物の動き、空気の動き、エレベータやエヤコン装置のような建物から来る振動、及び人や物体の動きのような、機械的エネルギーのいくつかの望ましくない入力から誘導される。ここでもまた、ＯＦＤＭや他の信号処理技術（例えばフォワードエラー補正、パイロットトーン、またターボコード）が、システム設計の重要な部分を提供し、これらの技術を使うことによって「信号フェージング」や「信号歪」の補償ができるようになる。一次光学素子、信号源での安定化、又は介入光学素子における機械的安定化を利用して追加的な位相雑音及び信号マージンを提供できる。安定化と組合わせたとき、ここに説明した信号処理は、個々に説明した光学システムと共に、非常に強固な解決法を提供する。
【００４６】
ここに説明したシステムは主に室内での実施に関するものであったが、同様の構成は、多重経路及びきらめきの存在が減少された高帯域幅の室外実施用の例にも見られる。しかし、周りの動きは室外実施においてはより激しく、結果として光学「チャネル」も同様に不利になろう。そのような場合には、上述のマルチスペクトルＯＦＤＭシステムの変形例が同様の性能改善を行うであろう。
【００４７】
本発明のいくつかの実施例のみを詳細に上述したが、当業者はこれらの実施例において多くの変更ができることにすぐ気づくであろう。従って、そのような変更はすべて請求項の欄に定義するようにこの発明の範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１は本発明の一側面を組み込んだ３点光学アクセスポイントを示す光ネットワークシステムである。
【図１Ａ】図１Ａは本発明の一側面を組み込んだ光学アクセスポイントの等角図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは本発明の一側面を組み込んだ光学アクセスポイントを取付けた例の側面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは光学アクセスポイントとユーザー光送受信機の平面図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは本発明の一側面を組み込んだ光学アクセスポイントの詳細等角図である。
【図２】図２は多反射面を有する反射器の一実施形態を示す詳細側面図である。
【図３】図３は一次反射器の異なる実施形態を示す断面図である。
【図４】図４は図１に示す光学アクセスポイントのベース部の詳細図である。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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