(57)【要約】本発明は、自由空間光ネットワークについての受信器２０に関する。受信器２０は主光検出器１２を有し、対物レンズ１１の焦点に配置されている。補助光検出器１５ａ、１５ｂは拡散器に対向するように備えられている。データ受信は、補助光検出器１５ａ、１５ｂで受信される放射線強度における差に基づいて、入射ビームとアライメントされるように主検出器１２を移動させる補助検出器１５ａ、１５ｂによりなされる。
2007533239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光通信のための受信器であって：
放射線ビームが主光検出器とアライメントされるときに、該放射ビームからの放射線を受信するための少なくとも１つの主光検出器；及び
放射線ビームが前記主光検出器とアライメントされないときに、該放射ビームからの放射線を受信するように備えられている少なくとも１つの補助光検出器；
を有する受信器であり、
前記受信器は、前記補助検出器の方に放射線を再方向付けるための拡散器を更に有する；
ことを特徴とする受信器。
【請求項２】
請求項１に記載の受信器であって、前記主光検出器及び／又は前記拡散器に入射する前記放射線ビームをフォーカシングするためのフォーカシング要素を有することを特徴とする受信器。
【請求項３】
請求項２に記載の受信器であって、前記補助検出器で受信された再方向付けされた放射線からデータを取り出すための受信器システムを有することを特徴とする受信器。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れ一項に記載の受信器であって、前記拡散器は反射器であり、そして前記主検出器とアライメントされていない入射放射線を反射するように前記主検出器と同じ方向に実質的に対向するように備えられ、前記補助検出器は前記拡散器と実質的に対向するように備えられている、ことを特徴とする受信器。
【請求項５】
請求項４に記載の受信器であって、前記拡散器は前記主検出器と実質的に同じ面内に備えられ、前記拡散器及び前記主検出器は前記フォーカシング要素の焦点面内又は該焦点面に近接して位置付けられている、ことを特徴とする受信器。
【請求項６】
請求項２に記載の受信器であって、前記補助検出器で受信された放射線の強度に基づいて、少なくとも一方向に前記放射線ビームに対して前記主検出器をアライメントするために前記補助検出器に接続された制御システムを有する、ことを特徴とする受信器。
【請求項７】
請求項６に記載の受信器であって、前記制御システムは、前記主検出器を動かすことにより前記放射線ビームと前記主検出器をアライメントする、ことを特徴とする受信器。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の受信器であって、前記入射ビームの光路内に備えられている再方向付け要素を更に有し、前記制御システムは、前記方向付け要素を動かすことにより前記放射線ビームと前記主検出器をアライメントする、ことを特徴とする受信器。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れ一項に記載の受信器であって、少なくとも一対の補助検出器を有し、各々の補助検出器は前記の受信された放射線の強度に応じて電流を出力するように備えられ、前記受信器は、各々の補助検出器の出力信号に基づいて、前記放射線ビームについて前記主検出器のミスアライメントを計算するための手段を有する、ことを特徴とする受信器。
【請求項１０】
請求項９に記載の受信器であって、二対の補助検出器を有し、前記計算手段は、２つの実質的に直交する方向の前記放射線ビームについて前記主検出器のミスアライメントを計算するためにそれらの二対の検出器に接続されている、ことを特徴とする受信器。
【請求項１１】
複数のノードを有する光ネットワークであって、第１の前記ノードは請求項１乃至１０の何れ一項に記載の受信器を有し、第２の前記ノードは前記受信器により受信されるべき放射線ビームを送信するための送信器を有する、ことを特徴とする光ネットワーク。
【請求項１２】
請求項１１に記載の光ネットワークであって、前記第１ノードは放射線ビームを送信するための送信器と受信器の両者を有し、前記第２ノードは受信器を有し、前記第１ノードは、前記第１ノードにおける前記受信器からの信号出力に基づいて、前記第２ノードにおける前記受信器に対して前記第１ノードにおける前記送信器から出力された前記放射線ビームをアライメントするように備えられている、ことを特徴とする光ネットワーク。
【請求項１３】
請求項１１又は１２に記載の光ネットワークであって、前記第２ノードは比較的狭い発散データビーム及び比較的広い発散予備ビームを送信するように備えられていて、前記第１ノードにおける前記受信器は前記予備放射線ビームに対して前記主検出器をアライメントするように備えられている、ことを特徴とする光ネットワーク。
【請求項１４】
請求項１３に記載の光ネットワークであって、前記予備放射線ビームに対して前記主検出器をアライメントすることはまた、前記第２ノードからのデータビームと前記主検出器をアライメントするように、前記ネットワークは備えられている、ことを特徴とする光ネットワーク。
【請求項１５】
光通信のための受信器であって：
入射放射線ビームを受信するための少なくとも１つの主光検出器；
入射放射線ビームを再方向付けするための再方向付け面；
前記再方向付け面から再方向付けされた放射線を受信するように備えられている少なくとも一対の補助光検出器；並びに
少なくとも一方向に前記入射放射線ビーム及び前記主検出器をアライメントするために前記補助検出器に接続されている制御システム；
を有する受信器であり、
前記再方向付け面は拡散器であり、前記制御システムは、前記補助検出器で受信された反射放射線の強度に基づいて前記主検出器と前記入射放射線ビームとをアライメントする；
ことを特徴とする受信器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ネットワークに関し、特に、入射放射線ビームの取得及び追跡のために適合されたネットワークにおける光受信器に関する。
【背景技術】
【０００２】
自由空間光ネットワークは、そのネットワークのノード間で情報を通信するために光ビームを利用する。各々のノードは、変調された放射線ビームとして１つ又はそれ以上の他のノードに情報を送信するための光通信器を有する。各々のノードはまた、ネットワークの１つ又はそれ以上の他のノードから送信された変調ビームを受信するための受信器を有する。放射線ビームは、一般に、レーザを用いて生成され、可視的である又は可視スペクトルの範囲外の波長を有することが可能である。典型的には、その波長は８００乃至１０００ｎｍ又は１５５０ｎｍに近いことが可能である。自由空間光ネットワークは広い距離範囲で実施されることが可能である。広い範囲の光ネットワークが設定されることが可能であり、各々のノードは数キロメートル離れていることが可能である。それらのネットワークはまた、より大きいネットワークを構成するように小さいローカルエリアネットワークの相互接続におけるような中間距離について実施されることが可能である。一般的でないが、自由空間光ネットワークがオフィスのローカルエリアネットワークにおいて実施されることが可能である。
【０００３】
光ネットワークで用いられる放射線ビームは小さい発散を有し、その小さい発散は、十分な速度及び光パワー誤差範囲を得るために高指向性を有することを意味する。同様に、受信器は小さい視野を有する。受信ノードが、送信ノードの指向性出力ビームと十分にアライメントされていない場合、受信ノードはそのビームを“認識”せず、そのノードからの通信を受信することができない。たとえ、ノードがネットワークの設定中に適切にアライメントされなかったとしても、ミスアライメントは、後に、種々の原因により生じる可能性がある。ノードが、通常、デスクトップコンピュータ又はそれより小さいコンピュータである小さい規模の屋内ネットワークにおいては、ノードの移動は、ミスアライメントになる可能性がある。屋外の広い範囲のネットワークにおいては、ビルディングの揺れ及び地面の動きがミスアライメントの原因になる可能性がある。それ故、光ネットワークのノードは、通常、ある種の取得及び／又は追跡を用い、取得は、ネットワーク設定中にノードの初期のアライメントに関係し、追跡は、動作中のノードの連続的な再アライメントに関係している。このことは、データ通信が行われることを可能にする。
【０００４】
欧州特許第８６７０２１号明細書においては、追跡が受信器で実施される一方法を示している。入射データビームはビームスプリッタに入射し、そのビームスプリッタは、光検出器及びターゲットパターン光学要素にもそのビームを送る。光検出器は、ビームからデータを抽出するように処理される信号を出力する。ターゲットパターン光学要素は交差する縦方向及び横方向ビームのようなターゲットパターン光学要素はターゲットパターンを生成し、そのターゲットパターンは、放射線ビームと受信器との間の何れのミスアライメントを表す。ターゲットは、受信器を再アライメントするために用いられる。これは、放射線ビームから情報を抽出するためにビームスプリッタ構成を用い、また、再アライメントのためにそのビームスプリッタ構成を用いる追跡装置のまさに一例である。
【０００５】
米国特許第５，７９０，２９１号明細書においては、入射放射線が中心開口を有する四分割光検出器に反射される異なる構成について記載されている。高速データ光検出器はその開口を有するライン中のその四分割光検出器の背後に置かれている。反射器は、凹状表面を有し、円錐において焦点を有するように入射ビームをフォーカシングする。焦点が中心開口からオフセットを有する場合、そのビームは高速光検出器にフォーカシングされない。この場合、四分割光検出器の出力は中心に焦点を再アライメントするために用いられる。
【０００６】
たとえ追跡が用いられるとしても、一度、受信器のミスアライメントが大き過ぎることがあると、ビームは受信器光学系から外れ、再アライメントはもはや、得られない。そのような上記のシステムの短所は、その視野が比較的狭いことである。それ故、ビームは、受信器がもはや、入射放射線ビームを追跡せず、必要な調節を行う前に、アライメントされる位置からの大きいずれがあってはならない。小さい視野はまた、取得を実施することを困難にする。小さい視野を有する装置は、一般に、予めアライメントされる必要があり、又は、受信器及び送信器は、追跡が行われることができる第１実施例においては十分アライメントされない。不感帯がまた、先行技術の受信器には存在し、それにより、指示誤差における変化は検出されない。これは追跡精度を低下させる。
【０００７】
小さい視野を有することは、特定の環境下における有効なデータの受け入れを妨げる。受信器がアライメントされない場合、受信はなされず、そして、ミスアライメントがそのように大きい場合、データ受け入れがなされるように、受信器をアライメントする追跡及び／又は取得はなされない。
【特許文献１】欧州特許第８６７０２１号明細書
【特許文献２】米国特許第５，７９０，２９１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、比較的広い視野を与える受信器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一特徴にしたがって、本発明においては、光学通信のための受信器であって、放射線ビームが主光検出器とアライメントされるときに、放射線ビームからの放射を受信するための少なくとも１つの主光検出器と、放射線ビームが主光検出器とアライメントされないときに、放射線ビームからの放射を受信するように構成された少なくとも１つの補助光検出器とを有する、受信器を有し、その受信器は、補助検出器の方に放射線を再方向付けるための拡散器を更に有することを特徴とすることが記載されている。
【００１０】
その拡散器は、受信器が比較的広い視野を有することを可能にする。これは、幾つかの
電位の有利点を与える。先ず、その拡散器は、異なる角度位置における複数の送信器に対してさえ、受信器がアライメントされないときに、一部のデータ受信を可能にする適合化が行われることを可能にする。その拡散器はまた、取得及び追跡が広い入射角度に亘って行われる適合化を可能にする。その構成はまた、必要に応じて、小さく、比較的安価で、及び／又は、簡単な構成要素を伴う構成を可能にする。
【００１１】
他の特徴においては、本発明においては、光通信のための受信器であって、入射放射線ビームを受信するための少なくとも１つの主光検出器と、入射放射線ビームを受信するための反射表面と、反射表面から反射された放射線を受信するように構成されている少なくとも一対の補助光検出器と、少なくとも一方向にその入射放射線ビーム及び主検出器をアライメントするために補助検出器に接続されている制御システムとを有する、受信器を有し、反射表面は拡散器であり、制御システムは、補助検出器において受信された反射放射線の強度に基づいて放射線ビーム及び主検出器をアライメントすることを特徴とすることが記載されている。
【００１２】
本発明の好適な実施形態について、以下、図を参照して詳述する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本発明の好適な実施形態にしたがって、光ネットワークのための受信装置２０における光学構成要素１０の模式図である。自由空間光ネットワークの一般的詳細は当該分野において知られているため、ここでは、その詳細説明については省略する。一般に、受信器２０は、広い視野を与えるように適合される。これは、アライメントされない及び／又は取得のときのデータ受信並びに自由空間光ネットワークにおいて用いられるときの追跡のために行われる適合化を可能にする。光ネットワークにおけるコンピュータのような各々のノードは、ネットワークにおける他のノードから光学的に送信される情報を受信するためのそれらの受信器の１つを用いることが可能である。送信ノードから発散する放射線ビームと受信器との間にミスアライメントが存在するとき、一部のデータ受信は尚も起こる。これは、送信器を有するミスアライメントがリンクを一時的に中断しないため、広いビーム送信器が用いられる場合に、特にそうである。任意の取得及び追跡機能は、受信器自体が送信ノードの放射線ビームと再アライメントするようにする。明確化のために、図１は、設定された受信器の側面図であり、その図は、鉛直方向において受信器の位置を調節するための光学構成要素のみを示している。以下の説明は、図１を参照することによる一次元調節の場合に関するものである。一般の場合、ミスアライメントが二次元において存在するため、鉛直方向及び垂直方向において受信器を調節することが好ましいことが当業者に理解されるであろう。上記の実施形態においては、二次元調節について容易に適合されることが可能である。
【００１４】
図１に示すように、受信器２０の光学的部分は、主光検出器１２に、入射放射線ビーム、例えば、１６ａ又は１６ｂをフォーカシングするために対物レンズ１１を有し、その主光検出器１２は対物レンズ１１の焦点１４に又はその焦点の近くに置かれている。当業者に知られている何れの適切なレンズ１１及び光検出器１２を用いることが可能である。例えば、光検出器１２は、入射放射線を電気信号に変換する１つ又はそれ以上のフォトダイオード又は何れの他の適切なトランスジューサであることが可能である。受信器１０は、主光検出器１１の周りに置かれている投影面１３を更に有する。このアセンブリ１１、１３は、好適には、投射面１３がレンズ１１の焦点のフィールドにある又はそのフィールドの近くにあり、そして、主検出器１２はそのレンズ１１の焦点にあるように構成されている。投射面１３は拡散器又はそれに類似するものであり、入射放射線を拡散するように反射する。これは、入射放射線が、入射放射線の入射角度に拘わらず、拡散器から種々の方向に再方向付けされる又は反射される。少なくとも１つであるが、好適には、複数の補助光検出器１５ａ、１５ｂが、投射面から反射される拡散放射線を捕捉するように投射面１３の前に位置付けられている。補助光検出器１５ａ、１５ｂは、検出される反射放射線の強度に基づいて出力信号を生成する。好適には、出力電流は強度に関係するが、電流から電圧への変換が用いられる場合、その出力電流は、強度に関係した出力電圧になることが可能である。好適な実施形態においては、拡散器は反射性である一方、他の実施形態においては、拡散器は透過性であり、拡散器の背後の補助検出器の方に照射線を再方向付けすることが可能である。
【００１５】
図１は、受信器が衝突されることが可能である入射する透過性ビームの２つの可能な実施例を示している。実線で示すビーム１６ａは、フォーカシングされるビームが焦点１４で主光検出器１２に入射するように、受信器と適切にアライメントされている。主検出器１２と適切にアライメントされた情報を有する変調された何れの入射ビーム、例えば、１６ａは、受信装置２０と関連するノードにより受信され、変調され、用いられることができる。この明細書においては、受信器のアライメントは、厳密には、主光検出器のアライメントのことをいう。一部の実施形態においては、実際には、主検出器を有する受信器２０の一部のみが、静止したままの受信器の残りと共に調節されることが可能である。
【００１６】
その一方、ビーム１６ｂ（破線で示している）は、ビームが受信器２０に対してある任意の角度θからもたらされる、他の可能なシナリオを示している。そのレンズは、焦点面における異なる点１７においてこの入射ビーム１６ｂをフォーカシングし、その焦点面は投射面１３と一致している。このシナリオにおいては、受信器２０は入射ビーム１３とアライメントされていず、そのビームは主光検出器１２により“認識”されない。主光検出器１２によるデータの受信及び処理は行われない。むしろ、指示誤差はθで生じ、そのθは、入射ビーム１６ｂの入射角度とアライメントされたビーム１６ａの入射角度との間の差である。この差はオフセットｘを生成し、そのオフセットは、投射面１３にフォーカシングされたビーム１７とレンズの焦点１４における主検出器１２の位置との間の空間的差である。その指示誤差θは、各々の補助検出器１５ａ、１５ｂにおいて受信される反射放射線の強度に基づいて決定される。好適には、受信器を再アライメントするために用いられる指示誤差信号が生成される。
【００１７】
拡散器１３を使用することにより、受信器が比較的広い視野を有することが可能になる。拡散器１３はあらゆる方向に入射放射線をランダムに反射するため、非常に広い角度θからもたらされる放射線ビームでさえ、主光検出器１２がビーム１６ａとアライメントされないときであっても、広い角度からのデータ受信を可能にするように、補助検出器１５ａ、１５ｂに反射される一部の部分を有する。更に、ビームが比較的大きい範囲に対してミスアライメントがなされるときでさえ、その拡散器は追跡及び取得が可能である。
【００１８】
好適には、受信器２０は、各々のノードが主送信器及び補助送信器の両者を有する自由空間光ネットワークで用いられる。好適には、各々のビームの軸は実質的に一致している。主送信器は、ノード間の高帯域データ送信のために小さい発散を有する変調ビームを生成する。補助送信器は、下で説明するように、取得及び追跡並びに／若しくは低レートのデータ送信のために、広い発散ビームを出射する。補助送信器はノードの定位化及び有効な識別のために用いられ、それ故、それはビーコンとして知られている。本発明にしたがった受信器２０は比較的広い視野を有し、広いビームの補助送信器の使用を可能にする。補助送信器は１つ又はそれ以上のＬＥＤであることが可能である。小さい帯域のコヒーレント検出により、高感度が得られる。例えば、帯域幅を減少させることにより信号対ノイズ比が十分に大きい場合、低データレートの通信が補助ビームを用いてなされる。これは、例えば、ネットワーク設定及び制御のために情報を送信する目的で用いられることが可能である。異なるノードに対して異なるチャネルを割り当てることにより、受信器は、複数の他のノードの方向を決定すること及び、ネットワーク設定及び制御を交渉するようにそれらのノードと通信することができる。
【００１９】
受信器２０は、ノードからの入射補助ビームを用いてそのノードからのミスアライメントを検出する。受信器２０を補助ビームとアライメントする結果として、受信器はまた、データビームとアライメントされる。補助ビームは、好適には、補助検出器１５ａ、１５ｂが反射ビームを環境放射線と区別することを可能にするように、ビーコン信号又はパイロットトーンの一部の種類を有する。受信器は、送信器が狭いデータビームのみを用いるネットワークで用いられることができることが理解できるであろう。
【００２０】
図２は、光学構成要素１０が受信器２１及び制御回路２２と相互接続されている様式を示す、全体的な光受信器２０の好適な実施形態を示すブロック図である。図２の構成要素は追跡及び取得並びに広い角度のデータ受信が、図１における光学的構成を用いて行われることを可能にする。主検出器１２の出力は受信器回路２１に接続され、その受信器回路は、入射ビームに変調された情報を抽出するように必要な復調及び他の処理を実行する。受信器回路２１からの出力は、それ故、受信器２０に接続されたネットワークのノード（図２に示されていない）による必要に応じて、用いられることができる。受信器回路２１についての詳細は当業者に知られているため、更なる説明は省略する。各々の補助光検出器１５ａ、１５ｂは、それらが検出する放射線強度に関連する電圧又は電流を出力し、この電圧又は電流を受信器回路２１に及び制御回路２２にも渡す。制御回路２２は、補助入射ビーム１６ｂと主検出器１２との間のミスアライメントｘの大きさを表す指示誤差信号を決定するように、補助検出器１５ａ、１５ｂの出力を処理する。制御回路２２は、受信器の方向を調節することができる１つ又はそれ以上のサーボモータ２３に接続されている。制御回路２２は、指示誤差信号に基づいて、入力ビーム、例えば、１６ｂと受信器を再アライメントするようにサーボモータ２３に命令する。同時に、制御回路２２及びサーボモータ２３は、受信器２０についての制御システムを構成する。補助検出器１５ａ、１５ｂにより受信された反射放射線はまた、通常の様式で受信器回路２１により検索されたデータを有することが可能である。
【００２１】
図１及び２を参照して、再アライメントを有効にするための好適な受信器の動作についてここで詳細に説明する。受信器とアライメントされない入射ビーム１６ｂは、オフセットｘを生成する指示誤差θを有する。入射ビーム１６ｂは投射面１３にフォーカシングされ１７、次いで、そのビームからのエネルギーが種々の方向にランダムに反射されるように、発散して反射される。例えば、１５ａ、１５ｂの対における各々の補助光検出器はこの反射放射線の一部を受信し、受信された放射線の強度に基づいて出力電流を生成する。その受信された放射線強度は、それぞれの検出器１５ａ、１５ｂと放射線が反射された投射面１３における点１７との間の距離に依存する。名目上、反射スポット１７が検出器１５ａ、１５ｂから等距離にある場合、各々の検出器は等しい強度の放射線を受信し、その強度は、図１に示すビーム１６ａに対して真実であるように、ゼロの指示誤差信号と関係付けられる。これは、受信器２０が鉛直方向において送信器とアライメントされる特定の場合である。
【００２２】
一般の場合、反射スポット１７は、一の検出器に対して他の検出器より近く、その場合、各々の検出器は異なる放射線強度を受信し、その異なる放射線強度は非ゼロの指示誤差信号に関連付けられる。例えば、図１に示すように、角度θからもたらされるビーム１６ｂからの反射放射線は、検出器１５ｂにより近く、それ故、１５ｂにおいてより強く、そして、検出器１５ａにおいてより遠く、それ故、１５ａにおいてより弱い。そのような強度の差はアライメントされた位置１４からのオフセットに対応し、その差の大きさは、その図において認識できるように下方へのオフセットを示している。指示誤差信号１７は、補助検出器１５ａ、１５ｂにより出力された電流における差から、制御回路２２において生成される。この差の大きさは指示誤差ｘを表し、その差の符号はミスアライメントの方向を表す。これにより、制御回路２２は、サーボモータ２３に渡される信号を生成する。サーボモータ２３は、入射ビーム１６ｂとのアライメント状態に主光検出器１２をするように又は少なくとも指示誤差θを最小化するように、矢印１８の方向に受信器の光学系を回転させる又は移動させる。代替として、サーボモータ２３は、入射ビームの経路において位置付けられた再方向付け要素を動かすことにより入射ビームの入射角度を変えることが可能である。これはまた、主検出器１２のビーム１６ｂとのアライメントの効果を有する。再方向付け要素は、例えば、ミラー又はレンズであることが可能である。
【００２３】
図１及び２に示すように、受信器２０は、鉛直方向におけるアライメント誤差を決定するために、一対の補助光検出器１５ａ、１５ｂを有する。特定の水平方向におけるミスアライメントを検出して補正するように、他の対の補助光検出器を用い、制御回路に結合することが可能である。二対の検出器の場合、好適には、各々は、レンズ１１の焦点１４に原点を有するそれぞれの軸に沿って配置されるが、このことは本質的ではない。各々の対の検出器は、それらが検出しているミスアライメントの方向の何れのラインに沿って配置されることが可能である。一対の光検出器で十分である一方、特定の軸に沿ってより高精度の受信器２０のミスアライメントを決定するために、３つ又はそれ以上の捕縄光検出器を用いることが可能である。
【００２４】
制御回路２２の動作については、図３に示すブロック図を参照して説明する。各々の検出器１５ａ、１５ｂの出力は加算器３１ａ、３１ｂの対に結合されている。検出器の一、例えば、１５ａからの出力は、利得制御装置３０を介して加算器３１ａ、３１ｂに結合されたオプションであることが可能である。第１加算器３１ａは、検出器１５ａ、１５ｂからの出力信号間の差を出力する。これは指示誤差信号である。第２加算器３１ｂは、検出器１５ａ、１５ｂからの出力信号の和である強度信号を出力する。除算器３２は、名目化された指示誤差信号を生成するように強度信号により指示誤差信号を除算する。特定の変調及び同期化検出技術が、環境放射線の影響を除去するために用いられることが可能である。これについては当業者に知られていて、それ故、図３に示していない。正規化誤差信号はサーボドライバ３３に渡され、そのサーボドライバ３３は、サーボモータ２３を動作させるように誤差信号に関連付けられる出力信号を生成する。
【００２５】
図４は、指示誤差信号と指示誤差θとの間の代表的な関係を示している。理想的な場合、受信器がアライメントされている２０とき、各々の補助検出器１５ａ、１５ｂは同じ強度の反射放射線を検出する。反射スポットが移動して、１７にあるとき、指示誤差信号と指示誤差、例えば、ｘとの間の関係は、理想的には、線形である。しかしながら、実際には、種々の因子は、指示誤差信号及び指示誤差及び／又はオフセット４０間の非線形関係を生成するように結合される。それらの因子には、検出器における非線形の光から電流への変換と、異なる名目上の特性を有する非適合化検出器と、受信器における検出器の非対称位置付け及びアライメントとがある。オフセット４０は、主に、不適合な検出器、即ち、名目上、異なる特性を有する検出器によるものである。これは実施依存的であり、検出器の取り付け精度が重要な役割を果たす。不適合な検出器は、受信器がアライメントされているときでさえ、決定される指示誤差信号を結果的にもたらし、更に重要なことに、制御ループが誤差を０にするとき、受信器は適切に指示されない。オフセット４０は、補助検出器１５ａ、１５ｂができるだけ近い特性にあることを確実にすることにより、及び図３に示す利得制御器３０を調節することにより何れの残留オフセットを補正することにより、最小化されることが可能である。非線形性は、当該技術分野で知られているように、変換テーブルにより補正されることが可能である。
【００２６】
既知の技術においては、検出器が反射ビーム又はダイレクトビームを捕捉するように広く離れて位置されていない場合、広い角度からもたらされるビームを検出することはできない。これは、通常、複数の検出器アレイを必要とし、検出器のパッケージにより関連死角をもたらす。
【００２７】
投射面１３は発散するように反射し、その反射面は焦点面に又は焦点面に近接して位置付けられるため、補助検出器１５ａ、１５ｂに対して現れるままの焦点１７の位置は、レンズにおける汚れのような何れの部分的な遮断に依存しない。図５は、レンズにおける汚れの影響について示している。拡散器１３は、あらゆる角度で入射放射線を反射し、そのことは、その方向からもたらされる光線を遮断するレンズ１１における汚れ５０による反射パターンにおける何れの死角を低減する。標準的なミラーが用いられる場合、死角は、汚れ５０により遮断される光線の入射角度に対応する反射パターンにおいて存在する。例えば、標準的なミラーが図５において用いられる場合、死角は、レンズの上部半分における汚れ５０に対応する反射パターンの下部半分に存在する。レンズ１１における汚れに対応するために焦点面に位置付けられている拡散器１３を用いることは、補助検出器１５ａ、１５ｂが、ある既存の受信器が用いられる焦点面に又は焦点面の近くに位置付けられる必要がないことを意味する。それ故、検出器のパッケージ又はエッジによるシェーディングは回避され、その結果、死角が低減される又は存在しない。死角は、補助システムにおいて光路が乱されるために発生する誤差信号が存在しない入射角度の範囲である。
【００２８】
図６は、死角を更に最小化する、本発明の他の実施形態を示している。主検出器１２は、光ファイバ６０により焦点に結合されている。この場合、データ検出器１２のパッケージは補助検出器システムの動作を乱さない。それ故、適切にアライメントされたときでさえ、このシステムは、補助検出器システムが動作可能のまま維持されるように、一部の放射線がデータ検出器から反射して戻るようにする。
【００２９】
広い補助送信器のビームを用い、広い視野を有する受信器を有することにより、マニュアル操作の予備アライメントを行う必要がなく、設置が簡単化される。更に、複数の異なるノードにおける受信器が、同じ送信ノードを検出することと、広い補助ビームとそのビームにより送信されたデータを用いてそのノードと通信することを可能にする。広い視野を用いることは、受信器がカバーできる領域を広くし、それ故、受信器が通信できる送信器の数を増加させる。上記のような、誤差の符号及び大きさを決定する及びその誤差を線形化する能力は、送信器の方に実際に方向付けることなく、送信器の方向を決定することを可能にする。このことは、複数の送信器が同時に定位化され且つ通信されることを可能にする。
【００３０】
双方向リンクを有するノードの場合、各々のノードは受信器及び送信器の両者を有する。特定のノードについて、受信器２０はそのノードに送信器を機械的に取り付けられる。第１ノードが、本発明にしたがった第２ノードからの入射ビームとその受信器をアライメントするとき、第１ノードの送信器はまた、第２ノードの受信器とアライメントされる。
【００３１】
好適な実施形態にしたがった構成は、独立の受信器回路が補助検出器及び主検出器について用いられることを任意に可能にする。回路２１は、明確化のために、図２においてはエンティティとして示されているが、実際には、別個のデータ及び補助受信回路に個別化されることが可能である。これは、それぞれのエレクトロニクス、特に、前置増幅器、データ受信回路及び補助受信器回路の種々のデザイン基準を可能にする。このことは、そのデザインが各々の部分について特殊化されることを可能にし、エンジニアリング構成又は不必要なオーバーエンジニアリングについての必要性を低減する。例えば、補助受信器は広い視野を有し、それ故、大量の環境放射線を受信する。ノイズレベルは、通常、前置増幅器のノイズ性能が非常にクリティカルでないように、環境放射線により決定される。しかしながら、そのバイアス回路は高ＤＣ光電流を流出させる必要がある。帯域は高い必要はないが、補助チャネル間の適合性はトラッキングオフセットに対して適切である必要がある。それらのデザイン基準は、データ検出器回路の高速及び低ノイズの必要性を有することなく適合される。更に、各々について用いられる実際の構成要素は、速度対コストについて個別に選択され、最適化される。例えば、補助検出器は、小さい表面で低コストの標準的な種類であることが可能である。データ検出器は光ファイバタイプであることが可能である。視野は、検出器の再デザインを伴うことなく、アプリケーション、例えば、屋内接続性又は屋外ネットワークに適切であるように適合されることができる。
【００３２】
図７ａ乃至７ｄは、光学要素アセンブリの種々の代替の実施形態を示していて、その図において、レンズ１１は代替のフォーカシング要素で置き換えられている。放物面反射器７０がフォーカシングを実行するために用いられ、拡散器１３，主検出器１２及び補助検出器１５ａ、１５ｂが、図１に示すものと類似する様式で構成されている。拡散器１３及び主検出器１２は反射器７０の面に対して配置され、それ故、反射器７０に入射する入射ビーム１６ａは拡散器１３及び主検出器１２の方に再方向付けられる。
【００３３】
図７ｂは、透過性拡散器７１を用いている代替の実施形態を示している。この実施形態においては、主検出器１２は反射器７０に対向し、補助検出器１５ａ、１５ｂは透過性拡散器７１の背後に置かれている。入射ビーム１６ａは反射器７０により反射され、拡散器７１を透過し、放射線の一部は補助検出器１５ａ、１５ｂの方に再方向付けされる。透過性拡散器７１は、代替として、反射器７０ではなく、レンズ１１を有する構成において用いられることが可能であることが理解されるであろう。
【００３４】
図７ｃは、拡散器／検出器構成がオフセットを有する代替の実施形態を示している。この実施形態においては、反射器７２は、主検出器１２及び拡散器７１に入射放射線を再方向付けるように、グランドプレーン７３と共に構成され、反射器７２に“四角形”に位置付けられない。これは、拡散器／検出器アセンブリにより遮断される反射器７１のために方向付けられている放射線を妨げる。反射性拡散器１３はまた、反射器７２と拡散器１３との間に置かれる補助検出器１５ａ、１５ｂに代えて、この構成において用いられることが可能であることが理解されるであろう。
【００３５】
図７は、レンズ１１が透過性拡散器７１と共に用いられている代替の実施形態を示している。主検出器１２はレンズ１１に対向し、補助検出器１５ａ、１５ｂは拡散器７１の背後に置かれている。レンズ１１からの放射線は拡散器７１を透過し、放射線の一部は補助検出器の方に再方向付けされる。
【００３６】
好適な実施形態は可視光又は赤外光の放射線と共に用いるためのものであるが、本発明は、何れの波長、例えば、マイクロ波のような電磁放射線を用いて通信するために用いられることが可能であることが理解されるであろう。本実施形態における用語“光学”又は“光”は、可視光又は赤外光の電磁放射線のみをいうとみなされるべきではない。
【００３７】
上記の実施形態は、本発明の例示としての実施形態であるとして理解されるべきである。本発明の更なる実施形態を考案することができる。何れの一の実施形態に関連して述べた何れの特徴は単独で又は上記の他の特徴と組み合わせて用いられることが可能であり、また、実施形態の何れの他の１つ又はそれ以上の特徴と組み合わせて、又は、実施形態の何れの他の何れと組み合わせて用いられることが可能である。更に、上で述べていない変形及び修正がまた、同時提出の特許請求の範囲に記載されている本発明の範囲から逸脱することなく採用されることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】主検出器、拡散器、レンズ及び一対の補助検出器を有する取得及び追跡光受信器の一部の模式図である。
【図２】受信器を調節するための制御システムのブロック図である。
【図３】補助検出器からの指示誤差信号を決定する制御システムにおける処理器のブロック図である。
【図４】指示誤差と指示誤差信号との間の関係を示すグラフである。
【図５】拡散器がレンズのブロックの影響を低減する方法を示す模式図である。
【図６】光ファイバフィードがレンズの焦点に主検出器を結合した他の実施形態を示す図である。
【図７ａ】受信器の光学的構成要素の他の構成の模式図である。
【図７ｂ】受信器の光学的構成要素の他の構成の模式図である。
【図７ｃ】受信器の光学的構成要素の他の構成の模式図である。
【図７ｄ】受信器の光学的構成要素の他の構成の模式図である。
【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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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図７ｄ】
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【国際調査報告】
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