(57)【要約】      （修正有）【課題】様々な種類のコンテンツを伝送するために光ナローキャスティングのためのシステムおよび方法を提供する。【解決手段】光ナローキャスティングシステム１００は、第１の位置に配置された複数の光トランスミッタを備える。複数の光トランスミッタのそれぞれは、互いに対して角度オフセットを有して配向されている。該システムは、さらに、第１の位置に対して遠距離場（または遠距離、遠視野、ｆａｒ  ｆｉｅｌｄ）位置にある第２の位置に伝播すると幾何学的形状を表す空間領域内に集束された強度分布を有する光ビームを放射する複数の光トランスミッタのそれぞれの光源およびビーム形成光学系を備える。第２の遠距離場位置において、少なくとも２つの光ビームの各強度分布は、少なくとも２つの光ビームが放射される複数の光トランスミッタのうちの２つの相対角度オフセットにしたがって重複せずに互いに隣接する。【選択図】図１
2019193248.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の位置に配置され、複数の光トランスミッタのそれぞれが、互いに対して角度オフセットを有して配向されている複数の光トランスミッタと、
第１の位置に対して遠距離場位置の第２の位置に伝播すると幾何学的形状を表す空間領域内に集束された強度分布を有する光ビームを放射する前記複数の光トランスミッタのそれぞれの光源およびビーム形成光学系と、を備え、
第２の遠距離場位置において、少なくとも２つの光ビームの各強度分布が、前記少なくとも２つの光ビームが放射される前記複数の光トランスミッタのうちの２つの相対角度オフセットにしたがって重複せずに互いに隣接することを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記複数の光トランスミッタのそれぞれの前記光源および前記ビーム形成光学系が、同じ動作特性を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記複数の光トランスミッタのそれぞれが、同じ動作特性を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
各光ビームが、幾何学的形状を表す前記空間領域内に集束された均一強度分布を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
各光ビームが、インコヒーレント光を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項６】
複数の光トランスミッタのそれぞれが、そこから各光ビームが放射される円形の射出瞳を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記複数の光トランスミッタのそれぞれが向けられる前記角度オフセットが、前記複数の光トランスミッタのそれぞれの光軸に対して相対的である、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記角度オフセットが、水平角度オフセットおよび垂直角度オフセットのうちの少なくとも一方を含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
各光ビームの強度分布が、幾何学的形状を表す前記空間領域内の水平角座標および垂直角座標の関数である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記空間領域が、二次元角度出力領域を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記幾何学的形状が正方形を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
遠距離場面に伝播する際に均一強度分布を有する第１の光ビームを伝送する第１の光トランスミッタと、
前記同じ遠距離場面に伝播する際に均一強度分布を有する第２の光ビームを伝送する第２の光トランスミッタであって、前記第２の光トランスミッタの少なくとも１つが、前記第１の光トランスミッタに対して少なくとも一方向に傾斜しており、前記第１の光トランスミッタが、前記第２の光トランスミッタに対して少なくとも一方向に傾斜している、第２の光トランスミッタと、
を備え、
前記第１および第２の光ビームが、前記第１および第２の光トランスミッタの各均一強度分布が互いに隣接して二次元角度出力領域を形成するように、前記遠距離場面でまたは前記遠距離場面を超えて結合する、システム。
【請求項１３】
前記第１の光トランスミッタおよび前記第２の光トランスミッタが、同一に構成される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第１および第２の光トランスミッタが、それぞれ、円形の射出瞳から前記第１および第２の光ビームを放射する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第１および第２の光トランスミッタのそれぞれが、光源を備える、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１６】
前記光源が、正方形の一様ランバート放射器を備える、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記第１および第２の光ビームが、各均一強度分布が重複せずに互いに隣接するように、前記遠距離場面でまたは前記遠距離場面を超えて結合する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１８】
前記第１および第２の光ビームの各均一強度分布が、前記第１の光トランスミッタに対して少なくとも一方向に傾斜した前記第２の光トランスミッタおよび前記第２の光トランスミッタに対して少なくとも一方向に傾斜した前記第１の光トランスミッタの少なくとも一方の関数である水平角ビーム幅および垂直角ビーム幅を有する正方形領域を含む、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
第１の光ビームを出射する第１のトランスミッタから遠距離場距離まで伝播すると、第１の断面および前記第１の断面によって画定される領域内で均一強度分布を有する第１の光ビームを出射する工程と、
第２の光ビームを出射する第２のトランスミッタから前記遠距離距離まで伝播すると、第２の断面および前記第２の断面によって画定される領域内で均一強度分布を有する第２の光ビームを出射する工程と、
前記遠距離場距離において、前記第１および第２の光ビームのそれぞれの各均一強度分布が合成されてタイル状の光ビームを形成するように、角度オフセットを有して前記第１および第２のトランスミッタを互いに対して位置決めする工程であって、前記第１および第２の光ビームの各強度分布が、互いに隣接して前記遠距離場距離で前記第１および第２の光ビームの間に少なくとも１つの共通境界を形成する、工程と、
を含む方法。
【請求項２０】
前記タイル状の光ビームの断面積が、前記第１の断面と前記第２の断面との合成によって画定される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記少なくとも１つの共通境界が、前記第１および第２の光ビームの各強度分布が重複しない領域を画定する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１および第２の断面が、幾何学的形状断面である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１の断面が、矩形断面または正方形断面を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
前記第２の断面が、矩形断面または正方形断面を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１および第２の断面が、前記第１および第２の光ビームの伝播方向に垂直な第１および第２の軸によって画定される平面によって画定される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
第１の光ビームを出射する第１のトランスミッタから遠距離場距離で第１の断面積を画定する角度領域内で均一強度分布を有する第１の光ビームを出射する工程と、
第２の光ビームを出射する第２のトランスミッタから前記遠距離場距離で第２の断面積を画定する角度領域内で均一強度分布を有する第２の光ビームを出射する工程と、
前記第１および第２のトランスミッタのうちの少なくとも一方が前記第１および第２のトランスミッタのうちの他方に対して所定角度量だけオフセットされるように、前記第１および第２のトランスミッタのうちの少なくとも１つを位置決めする工程であって、前記遠距離場距離における前記第１および第２の光ビームの断面積が前記第１および第２の断面積の合成を含み、前記第１および第２の断面積が、前記第１および第２の断面積の少なくとも一部が互いに重複せずに隣接するように所定角度量だけオフセットされる、工程と、
を含む方法。
【請求項２７】
前記第１および第２の断面積が、幾何学的形状断面積である、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記第１の断面積が、矩形領域または正方形領域を含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記第２の断面積が、矩形領域または正方形領域を含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
前記第１および第２の断面積が、それぞれ、前記第１および第２の光トランスミッタから前記遠距離場への前記第１および第２の光ビームの伝播方向に垂直な第１および第２の軸によって画定される平面に対して画定される、請求項２６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、無線光通信に関する。いくつかの実施形態は、光ナローキャスティングのためのシステムおよび方法に関する。
【０００２】
一般に、長距離および短距離の双方の移動通信システムは、電波（例えば、セルラーネットワーク、ＷｉＦｉネットワーク、ブルートゥース（登録商標）通信、近距離無線通信（ＮＦＣ）など）の送信および／または受信に基づいている。位置ベースサービスなどのサービスは、電波ベース通信（例えば、全地球測位システム（ＧＰＳ）測位、ＷｉＦｉ三角測量など）にも依存することが多い。
【発明の概要】
【０００３】
１つの実施形態によれば、システムは、第１の位置に配置された複数の光トランスミッタを備え、複数の光トランスミッタのそれぞれは、互いに対して角度オフセットを有して配向されている。システムは、さらに、第１の位置に対して遠距離場（または遠距離、遠視野、ｆａｒ  ｆｉｅｌｄ）位置にある第２の位置に伝播すると幾何学的形状を表す空間領域内に集束された強度分布を有する光ビームを放射する複数の光トランスミッタのそれぞれの光源およびビーム形成光学系を備える。第２の遠距離場位置において、少なくとも２つの光ビームの各強度分布は、少なくとも２つの光ビームが放射される複数の光トランスミッタのうちの２つの相対角度オフセットにしたがって重複せずに互いに隣接する。
【０００４】
いくつかの実施形態では、複数の光トランスミッタのそれぞれの光源およびビーム形成  光学系は、同じ動作特性を有する。
【０００５】
いくつかの実施形態では、複数の光トランスミッタのそれぞれは、同じ動作特性を有する。
【０００６】
いくつかの実施形態では、各光ビームは、幾何学的形状を表す空間領域内に集束された均一強度分布を有する。
【０００７】
いくつかの実施形態では、各光ビームは、インコヒーレント光を含む。
【０００８】
複数の光トランスミッタのそれぞれは、そこから各光ビームが放射される円形の射出瞳を備えることができる。複数の光トランスミッタのそれぞれが向けられる角度オフセットは、複数の光トランスミッタのそれぞれの光軸に対して相対的とすることができる。いくつかの実施形態では、角度オフセットは、水平角度オフセットおよび垂直角度オフセットのうちの少なくとも一方を含む。いくつかの実施形態では、各光ビームの強度分布は、幾何学的形状を表す空間領域内の水平角座標および垂直角座標の関数である。空間領域は、二次元角度出力領域を含むことができる。いくつかの実施形態では、幾何学的形状は正方形を含む。
【０００９】
他の実施形態によれば、システムは、遠距離場面（ｆａｒ  ｆｉｅｌｄ  ｐｌａｎｅ）に伝播する際に均一強度分布を有する第１の光ビームを伝送する第１の光トランスミッタと、同じ遠距離場面に伝播する際に均一強度分布を有する第２の光ビームを伝送する第２の光トランスミッタとを備え、第２の光トランスミッタの少なくとも１つは、第１の光トランスミッタに対して少なくとも一方向に傾斜しており、第１の光トランスミッタは、第２の光トランスミッタに対して少なくとも一方向に傾斜しており、第１および第２の光ビームは、第１および第２の光トランスミッタの各均一強度分布が互いに隣接して二次元角度出力領域を形成するように、遠距離場面でまたは遠距離場面を超えて結合することができる。
【００１０】
いくつかの実施形態では、第１の光トランスミッタおよび第２の光トランスミッタは、同一に構成される。
【００１１】
いくつかの実施形態では、第１および第２の光トランスミッタは、それぞれ、円形の射出瞳から第１および第２の光ビームを放射する。
【００１２】
いくつかの実施形態では、第１および第２の光トランスミッタのそれぞれは、光源を備える。光源は、正方形の一様ランバート放射器を備えることができる。
【００１３】
いくつかの実施形態では、第１および第２の光ビームは、各均一強度分布が重複せずに互いに隣接するように、遠距離場面でまたは遠距離場面を超えて結合する。第１および第２の光ビームの各均一強度分布は、第１の光トランスミッタに対して少なくとも一方向に傾斜した第２の光トランスミッタおよび第２の光トランスミッタに対して少なくとも一方向に傾斜した第１の光トランスミッタの少なくとも一方の関数である水平角ビーム幅および垂直角ビーム幅を有する正方形領域を含むことができる。
【００１４】
いくつかの実施形態では、本方法は、第１の光ビームを出射する第１のトランスミッタから遠距離場距離（ｆａｒ  ｆｉｅｌｄ  ｄｉｓｔａｎｃｅ））まで伝播すると、第１の断面および第１の断面によって画定される領域内で均一強度分布を有する第１の光ビームを出射することを備える。本方法は、第２の光ビームを出射する第２のトランスミッタから遠距離場距離まで伝播すると、第２の断面および第２の断面によって画定される領域内で均一強度分布を有する第２の光ビームを出射することをさらに備えることができる。第１および第２のトランスミッタは、遠距離場距離において、第１および第２の光ビームのそれぞれの各均一強度分布が合成されてタイル状の光ビームを形成するように角度オフセットを有して互いに対して位置決めされることができ、第１および第２の光ビームの各強度分布は、互いに隣接して遠距離場距離で第１および第２の光ビームの間に少なくとも１つの共通境界を形成する。
【００１５】
いくつかの実施形態では、タイル状の光ビームの断面積は、第１の断面と第２の断面との合成によって画定される。少なくとも１つの共通境界は、第１および第２の光ビームの各強度分布が重複しない領域を画定することができる。
【００１６】
いくつかの実施形態では、第１および第２の断面は、幾何学的形状断面である。
【００１７】
いくつかの実施形態では、第１の断面は、矩形断面または正方形断面を含む。第２の断面は、矩形断面または正方形断面を含むことができる。第１および第２の断面は、第１および第２の光ビームの伝播方向に垂直な第１および第２の軸によって画定される平面によって画定されることができる。
【００１８】
さらに別の実施形態によれば、本方法は、第１の光ビームを出射する第１のトランスミッタから遠距離場距離で第１の断面積を画定する角度領域内に均一強度分布を有する第１の光ビームを出射することを備えることができる。本方法は、第２の光ビームを出射する第２のトランスミッタから遠距離場距離で第２の断面積を画定する角度領域内に均一強度分布を有する第２の光ビームを出射することをさらに備えることができる。第１および第２のトランスミッタのうちの少なくとも一方は、第１および第２のトランスミッタのうちの他方に対して所定角度量だけオフセットされるように配置されることができ、遠距離場距離における第１および第２の光ビームの断面積は、第１および第２の断面積の合成を含み、第１および第２の断面積は、第１および第２の断面積の少なくとも一部が重複せずに互いに隣接するように所定角度量だけオフセットされる。
【００１９】
いくつかの実施形態では、第１および第２の断面積は、幾何学的形状断面積である。第１の断面積は、矩形領域または正方形領域を含むことができる。第２の断面積は、矩形領域または正方形領域を含むことができる。いくつかの実施形態では、第１および第２の断面積は、それぞれ、第１および第２の光トランスミッタから遠距離場への第１および第２の光ビームの伝播方向に垂直な第１および第２の軸によって画定される平面に対して画定されることができる。
【００２０】
開示された方法の他の特徴および態様は、本開示の実施形態にかかる特徴を例として示す添付図面とあわせて、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
概要は、添付の特許請求の範囲によってのみ定義される特許請求された開示の範囲を限定するように意図するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
本開示は、１つ以上の様々な実施形態にしたがって、以下の図を参照して詳細に説明される。
図は、例示のみを目的として提供されており、本開示の典型的または例示的な実施形態を単に示しているにすぎない。
【００２２】
【図１】例示的な光ナローキャスティングシステムを示している。
【００２３】
【図２Ａ】光トランスミッタアセンブリを構成することができる例示的な構成要素を示している。
【００２４】
【図２Ｂ】図２Ａの光トランスミッタアセンブリおよび／またはその構成部品もしくは要素によって実行されることができる例示的な動作を示すフローチャートである。
【００２５】
【図３Ａ】光レシーバアセンブリを構成することができる１つ以上の例示的な構成要素を含む光レシーバアセンブリを示している。
【００２６】
【図３Ｂ】図３Ａの光レシーバアセンブリおよび／またはその構成部品もしくは要素によって実行されることができる例示的な動作を示すフローチャートである。
【００２７】
【図４Ａ】光レシーバアセンブリの取り付けの例を示している。
【００２８】
【図４Ｂ】装置に組み込まれる光レシーバアセンブリの例を示している。
【００２９】
【図５Ａ】光レシーバアセンブリが車両に設置され且つ車両に電子的に接続されている自動車の正面図を示している。
【００３０】
【図５Ｂ】図５Ａの自動車の例示的な内部図を示している。
【００３１】
【図６】光レシーバアセンブリに動作可能におよび／または通信可能に接続されたユーザ装置を示している。
【００３２】
【図７】光ナローキャスティングシステム内のユーザ／制御装置および光レシーバアセンブリによって実行されることができる例示的な動作を示すフローチャートである。
【００３３】
【図８】例示的な光トランスミッタアセンブリの図である。
【００３４】
【図９】光トランスミッタアセンブリの例示的な機能ブロック図を示している。
【００３５】
【図１０】いくつかの実施形態におけるデータの光ナローキャスト伝送のフローチャートである。
【００３６】
【図１１】例示的な光トランスミッタアセンブリの図である。
【００３７】
【図１２Ａ】光源からのトレース光線を有するビーム形成光学系の３次元斜視図を示している。
【００３８】
【図１２Ｂ】光源からのトレース光線を有するビーム形成光学系の他の３次元斜視図を示している。
【００３９】
【図１３】光源からのトレース光線を有する例示的なビーム形成光学系の側面図を示している。
【００４０】
【図１４】例示的な軸対称反射型コリメータの断面図である。
【００４１】
【図１５】ビーム形成光学系に使用するためのワイングラスコリメータの例の３次元図を示している。
【００４２】
【図１６】例示的な小型レンズアレイを示している。
【００４３】
【図１７】例示的な小型レンズアレイの対を示している。
【００４４】
【図１８Ａ】いくつかの実施形態におけるワイングラスコリメータおよび小型レンズアレイから構成される単一のビーム形成光学系によって生成される水平角度および垂直角度の関数としての出力強度分布の表面プロットである。
【００４５】
【図１８Ｂ】いくつかの実施形態において図１８Ａの結果を生成するために使用される同種類の６つの同一のビーム形成光学系によって生成された角度の関数としての複合出力強度分布の一部の表面プロットである。
【００４６】
【図１９Ａ】図１８Ａの表面プロットとして示されるいくつかの実施形態において中心を通り且つ単一のビーム形成光学系によって生成される同じ強度分布の中心に対して±４°の水平座標における垂直スライスのグラフである。
【００４７】
【図１９Ｂ】図１８Ｂの表面プロットとして示されるいくつかの実施形態においてビームの中心を通り且つ６つのビーム形成光学系によって生成される同じ強度分布の中心に対して±４°の水平座標における垂直スライスのグラフである。
【００４８】
【図２０Ａ】図１８Ａの表面プロットとして示されるいくつかの実施形態においてビームの中心を通り且つ単一のビーム形成光学系によって生成される同じ強度分布の中心に対して±３．９５°の垂直座標における水平スライスのグラフである。
【００４９】
【図２０Ｂ】図１８Ｂの表面プロットとして示されるいくつかの実施形態においてビームの中心を通り且つ６つのビーム形成光学系によって生成される同じ強度分布の中心に対して±３．９５°の垂直座標における水平スライスのグラフである。
【００５０】
【図２１】複数の光源およびビーム形成光学系を利用する例示的なＯＴＡの簡略化された概略図を示している。
【００５１】
【図２２】８００〜９００ｎｍ帯域で動作する光ビーコンならびに９００〜１０００ｎｍ帯域で動作する光信号についての時間の関数としての（任意単位での）光パワー出力の例を示しており、光ビーコンおよび光信号のビットレートは、それぞれ、３３３．３３ｋＨｚおよび１ＭＨｚである。
【００５２】
【図２３】二重変調の例のための伝送される出力ビームの時間波形の３つのプロットを示している。
【００５３】
【図２４】例示的なデジタル装置のブロック図である。
【００５４】
【図２５】例示的な光レシーバアセンブリの図である。
【００５５】
【図２６Ａ】単一のＯＳＲおよび単一のＯＢＲを利用するＯＲＡを概略的に示している。
【００５６】
【図２６Ｂ】複数のＯＳＲを利用するＯＲＡを概略的に示している。
【００５７】
【図２７】光レシーバアセンブリの機能ブロック図を示している。
【００５８】
【図２８Ａ】光レシーバアセンブリによって光信号を受信するプロセスを示すフロー図である。
【００５９】
【図２８Ｂ】光レシーバアセンブリによって光ビーコンを受信するプロセスを示すフロー図である。
【００６０】
【図２９Ａ】光線を検出器の感光面上に集束させる（すなわち、集光する）小型レンズを介してトレースされたコリメートされた光線の検出器およびビームの３次元図である。
【００６１】
【図２９Ｂ】小型レンズのアレイの３次元図を示している。
【００６２】
【図３０】光アセンブリにおいて使用されることができる非球面小型レンズの光軸を通る対角線断面（すなわち、正方形の入射瞳の１つの角から反対側の角までとられる）を示している。
【００６３】
【図３１Ａ】例示的な検出器の仕様を示している。
【００６４】
【図３１Ｂ】ＰＩＮ−ＨＲ００８検出器のスペクトル応答のプロットを示している。
【００６５】
【図３１Ｃ】バックグラウンド放射に起因する検出器ノイズを低減するためにＰＩＮ−ＨＲ００８０検出器とともに使用されることができる例示的な光帯域通過フィルタのスペクトル応答のプロットである。
【００６６】
【図３２】ミリメートル単位の寸法を有するＰＩＮ−ＨＲ００８０検出器を使用するフォトダイオードアレイの図である。
【００６７】
【図３３】光トランスミッタからの入射ビームがＯＳＲのＦＯＶ上に中心合わせされるとき、ＯＳＲ光学系として図２９ｂの小型レンズアレイを使用してＯＳＲの単一の検出器（例えば、図３２の検出器アレイにおける検出器の１つ）上に生成される照度分布を示している。
【００６８】
【図３４】透過ビームがＦＯＶの中心に対して１．８°の角度（すなわち、ＯＳＲのＦＯＶの幅の半分）で入射するとき、単一の検出器上に生成される照度分布を示している。
【００６９】
【図３５Ａ】異なる測定面における光トランスミッタからの例示的な放射照度分布を示している。
【００７０】
【図３５Ｂ】遠距離場光ビーム放射照度に関する位置および放射照度スケーリングの例を示している。
【００７１】
【図３５Ｃ】角度位置決めの関数としての光ビーム強度の例示的な表現を示している。
【００７２】
【図３５Ｄ】光トランスミッタが特定の方向に傾けられているかまたは向けられているときの角度位置の関数としての光ビーム強度の例示的な表現を示している。
【００７３】
【図３６Ａ】矩形角度領域内で一定の強度を有する光ビームを出射する光トランスミッタによって生成された水平角度位置座標の関数としての例示的な光ビーム強度分布を示している。
【００７４】
【図３６Ｂ】その中で図３６Ａの光ビーム強度分布が一定の強度を有する矩形角度領域を示している。
【００７５】
【図３７Ａ】複数の光トランスミッタからの例示的な光ビーム強度分布を示している。
【図３７Ｂ】複数の光トランスミッタからの例示的な光ビーム強度分布を示している。
【００７６】
【図３８Ａ】様々な実施形態にかかる、合成されるかまたはタイリングされる２つの出射ビームによって生成された水平角度位置座標の関数としての光ビーム強度分布を示している。
【００７７】
【図３８Ｂ】図３８Ａのタイル状の光ビーム強度分布が一定の強度を有する矩形角度領域を示している。
【００７８】
【図３９】様々な実施形態にかかる、その中でタイル状の光ビームが一定の強度を有する矩形角度領域の例を示している。
【００７９】
【図４０Ａ】様々な実施形態にかかる、タイル状の光ビームの一部を生成するために使用することができる例示的な光トランスミッタを示している。
【００８０】
【図４０Ｂ】図４０Ａの光トランスミッタによって伝送されることができる例示的な出射ビームを示している。
【００８１】
【図４１Ａ】１つの実施形態にかかる多重光トランスミッタ構成の例を示している。
【００８２】
【図４１Ｂ】図４１Ａの光トランスミッタ構成から生じる遠距離場におけるタイル状の光ビームを示している。
【００８３】
【図４２Ａ】多重光トランスミッタ構成の例を示している。
【００８４】
【図４２Ｂ】図４２Ａの光トランスミッタ間の相対的な傾きを示す側面図を示している。
【００８５】
【図４２Ｃ】図４２Ａの光トランスミッタ構成から生じるタイル状の光ビームの斜視図を示している。
【００８６】
【図４３Ａ】多重ビーム形成光学系構成の斜視図を示している。
【００８７】
【図４３Ｂ】図４３Ａの多重ビーム形成光学系構成の正面図を示している。
【００８８】
【図４３Ｃ】図４３Ａの多重ビーム形成光学系構成の側面図を示している。
【００８９】
【図４３Ｄ】複数の光学系の射出瞳から異なる距離における図４３Ａ〜図４３Ｃの複数のビーム形成光学系構成によって生成された放射照度分布を示している。
【図４３Ｅ】複数の光学系の射出瞳から異なる距離における図４３Ａ〜図４３Ｃの複数のビーム形成光学系構成によって生成された放射照度分布を示している。
【図４３Ｆ】複数の光学系の射出瞳から異なる距離における図４３Ａ〜図４３Ｃの複数のビーム形成光学系構成によって生成された放射照度分布を示している。
【００９０】
【図４４】本明細書に開示される方法の様々な特徴を実施するために使用されることができる例示的なコンピューティングモジュールを示している。
【００９１】
図は網羅的なものではなく、開示された正確な形態に本開示を限定するものではない。
【発明を実施するための形態】
【００９２】
定義
【００９３】
本明細書で使用される場合、「光ナローキャスティングシステム（ｏｐｔｉｃａｌ  ｎａｒｒｏｗｃａｓｔｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ）」すなわち「ＯＮＳ」は、１つ以上の伝搬媒体を介して伝送される１つ以上のデジタル変調光ビームを使用して１つ以上の位置から１つ以上の他の位置に情報を伝送することができるシステムである。想定される伝搬媒体は、これらに限定されるものではないが、空気、水、ガラス窓、および真空の空間を含むことができる。ＯＮＳは、光ビームを１つ以上の光レシーバアセンブリ（ＯＲＡ）に伝送するための１つ以上の光伝送アセンブリ（ＯＴＡ）を含むことができる。
【００９４】
本明細書で使用される場合、「光ビーム」は、約１０ｎｍ（例えば、極紫外線（ＵＶ）放射）から約１０６ｎｍ（例えば、遠赤外線（ＩＲ）放射）の範囲のスペクトル領域における波長を有する電磁放射の指向性ビームである。本明細書において光ビームを指すために使用される場合、用語「指向性」ビームは、例えば特定の伝播方向範囲で送られるが他の方向には送られない光エネルギなどのエネルギを指すことができる。例えば、レーザは、光の狭い指向性ビームを放射することができるが、太陽は、全ての可能な方向において外側に伝搬する無指向性光を放射すると理解されることができる。
【００９５】
本明細書で使用される場合、「光トランスミッタアセンブリ」または「ＯＴＡ」は、電子機器、ソフトウェア（および／またはファームウェア）、および１つ以上の光トランスミッタ（ＯＴ）を含む装置である。ＯＴＡは、ＯＮＳの要素とすることができる。ＯＴＡ内のＯＴは、少なくとも１つの光ビーコントランスミッタ（ＯＢＴ）および／または少なくとも１つの光信号トランスミッタ（ＯＳＴ）の機能を提供することができる。いくつかの実施形態では、単一のＯＴは、ＯＢＴおよびＯＳＴの双方として機能することができる。他の実施形態では、ＯＴＡのＯＢＴおよびＯＳＴは、別個の装置とすることができる。ＯＴＡはまた、そのＯＴによって出力される光ビームの指向方向を制御することを可能にする１つ以上のチルトアクチュエータを含むことができる。ＯＴＡの電子機器および関連するソフトウェア（および／またはファームウェア）は、ＯＴＡとそのユーザ（またはそのユーザの装置）との間のインターフェースの提供、そのＯＴに対するタイミングパルスおよび電力の供給、ＯＴの動作の制御（例えば、それらをオンおよびオフにする、それらのデータ伝送速度を設定するなど）、１つ以上のデジタル変調光ビームとして出力するためにＯＴに対するデジタルデータの転送、出力光ビームの指向方向を変更するための１つ以上のチルトアクチュエータの制御など、様々な有用な機能を実行することができる。
【００９６】
本明細書で使用される場合、「光トランスミッタ」または「ＯＴ」は、１つ以上の光源、１つ以上のビーム形成光学系、および光ビームを伝送するように適合された関連ソフトウェア（および／またはファームウェア）を有する電子機器を含む装置である。１つ以上のＯＴは、ＯＴＡの少なくとも一部を形成することができる。光源は、コヒーレント（例えば、レーザ）またはインコヒーレント（例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ））であってもよい。各光源の光出力は、一連の１ビットおよび０ビットの形式でデジタルデータを伝送するために、所望のビットレート（またはユーザ選択可能な範囲のビットレートの１つ）で電子的に変調されてもよい。光源は、所望の光波帯域の光放射を生成する。各ビーム形成光学系は、１つ以上の光源によって放射された光束を集光し、屈折、反射および／または回折を利用して所望の角度強度分布を有する透過ビームに集束させることができる。場合によっては、ビーム形成光学系はまた、所望の波帯域の外側に透過する光束量を最小化するために１つ以上のスペクトルフィルタを含むこともできる。出射ビームの立体角を増加させるためにおよび／または特定の立体角領域において出射強度を増加させるために、いくつかの実施形態では複数のＯＴが単一のＯＴＡにおいて使用されることができる。ＯＴの電子機器および関連するソフトウェア（および／またはファームウェア）は、以下の機能を実行することができる：コンポーネントであるＯＴＡによって伝送されたタイミングパルスおよび電力を受信して（必要に応じて）変更する；ＯＴＡから送られた様々な制御信号を受信して適切に解釈する；およびデジタル光学形式で出力するデジタル電子形式のデータをＯＴＡから受信する。
【００９７】
本明細書で使用される場合、「光ビーコントランスミッタ」または「ＯＢＴ」は、ＯＴＡに関連付けられたビーコンを生成するＯＴの種類である。「光ビーコン」または「ビーコン」は、ＯＲＡがＯＴＡの存在を検出することを可能にする情報を含む変調光ビームである。光ビーコンは、光学的に伝送された情報を受信するユーザまたはエンティティに、ビーコンに関連付けられたＯＴＡによって伝送された情報の存在または利用可能性を認識させる。ＯＴＡの存在を検出することに加えて、ＯＢＴによって生成されたビーコンはまた、光レシーバアセンブリ（ＯＲＡ）がエンティティ（例えば、企業、組織、個人、製品、ランドマークなど）およびＯＴＡが関連付けられているエンティティ（例えば、レストラン、デパート、映画館など）の種類（すなわち、カテゴリ）を識別することを可能にする情報を含むことができる。
ビーコンはまた、ＯＴＡの角度位置を判定するためにＯＢＲによって使用されることもできる。いくつかの実施形態では、ＯＴＡの角度位置、例えば水平および／または垂直角度位置は、光ビーコン内または光ビーコンの一部として光学的に伝送される情報に基づいて判定されることができる。例えば、ＯＴＡの位置を示す緯度、経度、および高度情報は、ビーコンにおいて伝送されてもよい。いくつかの実施形態では、光ビーコンの伝播方向のＯＢＲによって形成された１つ以上の測定値は、ＯＢＲのＦＯＶ内のＯＴＡの角度位置を導出、計算または判定するためにＯＢＲによって使用されることができる。前述したように、ＯＴＡ内の単一のＯＴは、ＯＢＴおよびＯＳＴの双方として機能してもよく、またはＯＴＡ内のＯＢＴおよびＯＳＴは、別個の装置であってもよい。
【００９８】
本明細書で使用される場合、「光信号トランスミッタ」または「ＯＳＴ」は、ＯＴＡに関連付けられた光信号を生成するＯＴの種類である。「光信号」は、ＯＴＡのオペレータが光レシーバアセンブリ（ＯＲＡ）に伝送することを望む光ビーコンに含まれる情報以外の情報を含む変調光ビームである。ＯＳＴの目的は、ＯＳＴがコンポーネントであるＯＴＡを既に検出したＯＲＡに情報を伝送することである。
いくつかの例では、ＯＲＡはまた、ＯＴＡによって伝送された光信号を受信する前に、ＯＴＡの角度位置を特定して判定していたこともある。ＯＴＡ内の単一のＯＴは、ＯＢＴおよびＯＳＴの双方として機能してもよく、またはＯＴＡ内のＯＢＴおよびＯＳＴは、別個の装置であってもよい。
【００９９】
ＯＴＡによって生成される変調光ビームは、光ビーコンおよび光信号の双方を含むことができる。あるいは、変調光ビームは、１つ以上の光ビーコンのみを含み、光信号を含まなくてもよく、または１つ以上の光信号のみを含み、光ビーコンを含まなくてもよい。例えば、ＯＴＡは、一方が光ビーコンであり且つ他方が光信号である２つの別個の光ビームを同時に出射することができ、光ビーコンは、光信号とは異なる波長スペクトルを有する。
【０１００】
本明細書で使用される場合、用語「光情報」は、一般に、変調光ビームから抽出されたまたは光ビームを変調するために使用される情報を指す。
光情報は、光ビーコンから抽出されたまたは光ビーコンに含まれる識別データ（例えば、特定のＯＴＡおよび／またはＯＴＡのソースを識別する）および光信号から抽出されたまたは光信号に含まれる記述データ（例えば、広告または他のメッセージ）を含むことができる。
このデータは、テキスト、ビデオ、オーディオ、メタデータ、または他の種類の情報などの機械可読および／または人間可読データを含むことができる。
【０１０１】
本明細書で使用される場合、「光レシーバアセンブリ」または「ＯＲＡ」は、電子機器、ソフトウェア（および／またはファームウェア）、および１つ以上の光レシーバ（ＯＲ）を含む装置である。
ＯＲＡ内のＯＲは、少なくとも１つの光ビーコンレシーバ（ＯＢＲ）および／または少なくとも１つの光信号レシーバ（ＯＳＲ）の機能を提供することができる。
ＯＲＡは、ＯＮＳの要素とすることができる。場合によっては、ＯＲＡはまた、そのＯＢＲおよびＯＳＲが変調光ビームを受光することができる方向を制御することを可能にする１つ以上のチルトアクチュエータを含むこともできる。ＯＲＡは、以下の機能の１つ以上を実行することができる。それは、ＯＴＡによって伝送されたビーコンの存在を検出することができる。
それは、ＯＴＡが関連付けられているエンティティ（例えば、企業、組織、個人、製品、ランドマークなど）の識別子などのビーコンから情報を抽出することができる。それは、ビーコンの入射の方向を検知するかまたはそこから位置情報を抽出することによってＯＴＡの角度位置を判定することができる。それは、ＯＴＡによって伝送された光信号からデータを受信および／または抽出することができる。ＯＲＡの電子機器および関連するソフトウェア（および／またはファームウェア）は、ＯＲＡとそのユーザ（またはユーザの装置）との間のインターフェースの提供、そのＯＢＲおよびＯＳＲにタイミングパルスおよび電力の供給、そのＯＢＲおよびＯＳＲの動作の制御（例えば、それらをオンおよびオフにする、データ受信速度を設定するなど）、検出されたＯＴＡに関するそのＯＢＲによって取得された識別情報および角度位置などの情報の受信およびユーザ（またはユーザの装置）への転送、そのＯＳＲによってＯＴＡから受信したデータの受信およびユーザ（またはユーザの装置）への転送、および１つ以上のＯＢＲおよび１つ以上のＯＳＲの指向方向を変更するための１つ以上のチルトアクチュエータの制御など、様々な有用な機能を実行する。
【０１０２】
本明細書で使用される場合、「光ビーコンレシーバ」または「ＯＢＲ」は、ＯＲＡの少なくとも一部を構成することができる光ビーコンを受光するように適合された装置である。ＯＢＲは、１つ以上のＯＴＡの存在を検出することができる。
ＯＢＲはまた、例えば光ビーコン内に含まれる情報を介してＯＴＡが関連するエンティティ（例えば、企業、組織、または個人）を識別するとともに、ＯＴＡの角度位置を判定することもできる。前述したように、ＯＴＡの角度位置は、ビーコンの伝搬方向の測定から導出されてもよく、および／またはビーコン内に含まれる情報から判定されてもよい。ＯＢＲは、例えば、１つ以上の光検出器または検出器アレイ、１つ以上の光学部品（例えば、レンズ、反射器、および／または回折光学素子）をそれぞれ含む１つ以上の集光光学系、ならびに関連するソフトウェア（および／またはファームウェア）を有する制御電子機器を含むことができる。検出器に入射する帯域外光束を低レベルに低減するために、各集光光学系にスペクトルフィルタを含めることができる。光検出器は、ＯＢＲが受信するように設計されたビーコンの波帯域内でおよびビットレートで光束を検出することができる。場合によっては、ＯＢＲは、その検出器、集光光学系、電子ハードウェア、およびソフトウェア／ファームウェアの一部または全部を、それが一部であるＯＲＡ内の１つ以上のＯＳＲと共有することができる。ＯＢＲの電子機器および関連するソフトウェア（および／またはファームウェア）は、少なくとも以下の機能を実行する：それが一部であるＯＲＡによって送信されたタイミングパルスおよび電力を受信して（必要に応じて）変更する手段を提供すること；ＯＲＡによって送信された様々な制御信号を受信して適切に解釈すること；およびそれが検出して情報を受信したビーコンに関して得られた情報（例えば、識別情報および角度位置）をＯＲＡに転送すること。
【０１０３】
本明細書で使用される場合、「光信号レシーバ」または「ＯＳＲ」は、光信号を受信し、それらが含むデータをデジタルまたは電子形式に変換するように適合された装置である。ＯＳＲは、１つ以上の光検出器または検出器アレイ、１つ以上の集光光学系、および関連するソフトウェア（および／またはファームウェア）を有する制御電子機器を含むことができる。光検出器は、ＯＳＲが受光するように設計された光信号の波帯域内でおよびビットレートで光束を検出することができる。各集光光学系は、その入射瞳上およびその特定の視野（ＦＯＶ）内で入射帯域内光束を集光することができ、屈折、反射および／または回折を利用して１つ以上の光検出器に集光する。検出器に入射する帯域外光束を低レベルに低減させるために、光トレインにスペクトルフィルタを含めることもできる。場合によっては、ＯＳＲは、その検出器、集光光学系、電子ハードウェア、およびソフトウェア／ファームウェアの一部または全部を、それが一部であるＯＲＡ内の１つ以上のＯＢＲと共有することができる。ＯＳＲの電子機器および関連するソフトウェア（および／またはファームウェア）は、以下の機能のうちの１つ以上を実行することができる：（それが一部である）ＯＲＡによってタイミングパルスおよび電力を受信して（必要に応じて）変更する；ＯＲＡによって送信された様々な制御信号を受信して適切に解釈する；および受光した光信号から抽出されたデジタルデータをＯＲＡに転送する。
【０１０４】
本明細書では、非電波ベースの通信チャネルを利用する通信のシステムおよび方法が開示される。すなわち、通信は、変調光ビームの形態の情報の送信および／または受信を介して達成されることができる。このようにして、例えば広告情報などの情報を送信したい企業などのようなユーザまたはエンティティは、情報のデジタル表現を伝送のために１つ以上の変調光ビームに変換することができるＯＴＡを利用することによってそうすることができる。伝送される情報は、例えば政府機関を含む企業および他の組織によって、および個人によって配布される情報を含むことができることに留意すべきである。ソーシャルメディアコンテキスト内で個人によって共有されるメッセージ、写真、およびビデオなどの個人コンテンツは、伝送される可能性のある情報の他の例である。
【０１０５】
本明細書で開示される光通信方法およびシステムの特徴は、１つ以上のＯＴＡによって送信された情報を受信するように設計されたＯＲＡのユーザが、どの特定の光トランスミッタが関心のある情報を自分に送信するものかまたはそれらが配置される場所を事前に知ることができないことである。この理由のために、様々な実施形態の１つの態様は、ＯＲＡが、その情報を受信する前に光学的に伝送された情報の存在を検出するように構成された１つ以上の構成要素を備えることができることである。
【０１０６】
１つ以上の変調光ビームの形で伝送される情報を受信することを希望するユーザは、スマートフォンなどのユーザ装置内でまたはその装置とともに実装されたＯＲＡを利用して、利用可能な光ビーコンの存在をスキャンして検出し、ビーコンに含まれる識別情報を抽出し、例えば拡張現実（ＡＲ）インターフェースを介して識別情報を表示することができる。その関連するビーコンから抽出されてＡＲインターフェース上に表示された情報を使用して特定のＯＴＡを選択すると、ユーザは、望むのであれば、ＡＲインターフェースまたはメディアプレーヤなどの他の情報提示機構を介して前記ＯＴＡに関連付けられた光信号に含まれるかまたはそれによって表される情報（例えば、デジタルビデオの形態の広告情報）の一部または全部をさらに取得することができる。
【０１０７】
本明細書では光ナローキャスティングシステムと呼ばれるそのような光通信システムを用いることによって利点を実現することができる。例えば、本明細書に開示されるものなどの光ナローキャスティングシステムは、長距離高帯域幅能力を有し、規制上の制限を回避することができる（それゆえに、光伝送は、連邦通信委員会（ＦＣＣ）または他の規制機関によって規制されない）。例えば、光ナローキャスティングシステムは、必要な消費電力が少なく且つエネルギ効率が高い非常にコンパクトな非結像光学部品によって強化される既存のハードウェアおよび／またはソフトウェア技術を利用する能力をユーザに提供することができる。例えば、光ナローキャスティングシステムの動作可能範囲は、約５０ｍ以内で有効であるＷｉＦｉのものと比較して約４００ｍ（例えば、日中）から約１２００ｍ（例えば、夜間）とすることができる。さらに、光ナローキャスティングシステムは、例えばビーム形成を用いて１つ以上の所望の方向に情報を導くことができる。これは、前述の非結像光学系の使用によって達成されることができるが、高価でかさばる指向性アンテナを使用する（ＷｉＦｉルータの）必要性がある場合にはＷｉＦｉを使用する指向性は実用的ではない。効率性に関して、光ナローキャスティングネットワークは、ＷｉＦｉネットワークよりも最大３００倍エネルギ効率を良くすることができる。さらに、光ナローキャスティングネットワークで達成できるセキュリティは、伝送された光ビームの指向性のために、ＷｉＦｉ（登録商標）ネットワークで可能なセキュリティよりもはるかに高い。
【０１０８】
図１は、例示的な光ナローキャスティングシステム１００を示している。光ビームの送信および／または受信は、光トランスミッタアセンブリ１０４などのＯＴＡおよび光レシーバアセンブリ１０６などのＯＲＡを使用して達成することができる。前述したように、「光トランスミッタアセンブリ」または「ＯＴＡ」は、１つ以上の光ビームを伝送するように適合された光ナローキャスティング要素を指すことができ、特定の電子機器および／または回路、ソフトウェアおよび／またはファームウェア、ならびに１つ以上の光トランスミッタを含むことができ、これについては、図２を参照して以下により詳細に説明する。図１に示すように、光トランスミッタアセンブリ１０４は、１つ以上の光ビームを空気などの媒体に伝送することができる。
以前に示唆したように、光ビームは、１つ以上の光ビーコンおよび光信号を含むことができる。
【０１０９】
光トランスミッタアセンブリ１０４は、光レシーバアセンブリ１０６によって受信されるべき光ビームとして伝送するために、デジタル情報を受信し、変調し、変換し、および／または他の方法で光フォーマットに処理することができる。デジタル情報は、１つ以上のソース、例えばソース装置１０２から光トランスミッタアセンブリ１０４によって受信されてもよい。ソース装置１０２は、コンピュータタブレット、スマートフォン、データサーバ、または他の情報源であってもよい。
【０１１０】
光トランスミッタアセンブリ１０４は、建物、ビルボード、道路標識などのような様々な固定構造物上に設置されることができる。
また、自動車やバスなどの車両に設置されることもできる。これらの設置は単なる例示であり、決して限定するものではないことを理解すべきである。光トランスミッタアセンブリ１０４はまた、スマートフォン、タブレットコンピュータ、およびヘッドマウントディスプレイなどの携帯および／またはハンドヘルド装置に組み込まれてもよく、またはスマートフォンケースやタブレットコンピュータのケースなどの携帯および／またはハンドヘルド装置に取り付けられるもしくは近接して保持されることが意図された装置に組み込まれてもよい。ここで述べた装置は単なる例示であり、決して限定するものではないことを理解すべきである。さらに、光トランスミッタアセンブリ１０４は、単一のソース装置１０２に関連付けられるものとして示されているが、いくつかの実施形態では、光トランスミッタアセンブリ１０４は、追加のソース装置からのデジタル情報に関連付けられるおよび／または受信することができる。
【０１１１】
光レシーバアセンブリ１０６は、建物、ビルボード、道路標識などのような様々な固定構造物上に設置されることができる。
また、自動車やバスなどの車両に設置されることもできる。
これらの設置は単なる例示であり、決して限定するものではないことを理解すべきである。光レシーバアセンブリ１０６はまた、スマートフォン、タブレットコンピュータ、およびヘッドマウントディスプレイなどの携帯および／またはハンドヘルド装置に組み込まれてもよく、またはスマートフォンケースやタブレットコンピュータのケースなどの携帯および／またはハンドヘルド装置に取り付けられるもしくは近接して保持されることが意図された装置に組み込まれてもよい。ここで述べた装置は単なる例示であり、決して限定するものではないことを理解すべきである。さらに、光レシーバアセンブリ１０６は、単一のユーザ装置１０８に関連付けられるものとして示されているが、いくつかの実施形態では、光レシーバアセンブリ１０６は、追加のユーザ装置に関連付けられる、それによって制御されるおよび／またはデジタル情報を共有することができる。
【０１１２】
光レシーバアセンブリ１０６は、１つ以上の光ビームを受光するように適合された光ナローキャスティング要素であってもよく、特定の電子機器および／または回路、ソフトウェアおよび／またはファームウェア、ならびに１つ以上の光レシーバを含むことができ、これについては、図４を参照して以下により詳細に説明する。光レシーバアセンブリ１０６は、光ビームを受光し、光ビームをデジタル情報に復調し、変換し、および／または他の方法で処理して戻すことができる。光レシーバアセンブリ１０６は、ユーザ装置１０８などの受信装置にデジタル情報を伝送または転送することができる。ユーザ装置１０８は、コンピュータタブレット、スマートフォン、ネットワークサーバ、またはデジタル情報もしくはデータを受信および／または利用することができる他の装置とすることができる。光レシーバアセンブリ１０６は、ユーザ装置１０８と一体化されてもよく、または光レシーバアセンブリ１０６は、ユーザ装置１０８に動作可能に取り付けられてもよい。光レシーバアセンブリ１０６は、単一のユーザ装置にのみ関連付けられる必要はないことに留意すべきである。
いくつかの実施形態では、光レシーバアセンブリ１０６は、例えば、ブロードキャスト、マルチキャストなどを介して、複数のユーザ装置に受信したデジタル情報を伝送または転送することができる。
【０１１３】
図１は、光トランスミッタアセンブリ１０４と光レシーバアセンブリ１０６との間の一方向通信を示しているが、光ナローキャスティングシステムはまた、双方向通信を含むことができることに留意すべきである。例えば、ソース装置１０２およびユーザ装置１０８は、それぞれ、それに組み込まれたまたはそれに動作可能に取り付けられた各光トランスミッタおよび光レシーバアセンブリを有することができる。
光ビームは、場合によっては、可視または近赤外帯域とすることができる。光ビームは、インコヒーレント光源（例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ））、レーザ、または他の適切な光源のいずれかを使用して生成されることができる。用途に応じて、異なる角度ビーム幅を使用することができる。光ビームは、遮ぎられていない視線（ＬＯＳ）に沿って光トランスミッタアセンブリから光レシーバアセンブリに直接伝搬することができるか、または、例えば、天井、壁、または他の構造物などからの、もしくは、小粒子（例えば、空気中のほこり）の懸濁液もしくは液滴（例えば、雲または霧）からの拡散反射を利用して間接的な非ＬＯＳ経路に沿って伝搬することができる。図２１に示すように、２つ以上の同一のモジュール式トランスミッタ−光学ユニットは、増加した水平および／または垂直角度ビーム幅、および／または特定の立体角領域内の増加した強度を有する複合ビームを生成するために使用されることができる。
【０１１４】
アドホックネットワーク（例えば、２つ以上のコンピュータまたは他の装置間に直接確立された通信ネットワーク）は、基地局または他の集中型アクセスポイントに依存する必要はない。そのような通信ネットワークは、一般に、参加者によって記載された文書のセットを共有するまたはマルチプレイコンピュータゲームをするなど、特定の共通目的のために物理的に近接した少数の参加者間で一時的に確立される。いくつかの実施形態では、２つ以上のユーザ装置（その１つの実施形態はユーザ装置１０８とすることができる）は、それぞれ、光トランスミッタアセンブリおよび光レシーバアセンブリ（その実施形態は、図１の光トランスミッタアセンブリ１０４および光レシーバアセンブリ１０６とすることができる）を備えることができる。２つ以上のユーザ装置は、光ビームを介してデータを送受信するために使用され、それにより、アドホック光ナローキャスティングネットワークを形成する。
【０１１５】
図２Ａは、光トランスミッタアセンブリ１０４を構成することができる例示的な構成要素を示している。
光トランスミッタアセンブリ１０４は、データインターフェース１０４ａを含むことができる。データインターフェース１０４ａは、光トランスミッタアセンブリ１０４とソース装置１０２（および／またはソース装置１０２のユーザ）との間のインターフェースを提供するように適合された電子機器および／または回路、ならびに関連するソフトウェア（および／またはファームウェア）を備えることができる。例えば、光トランスミッタアセンブリ１０４は、データインターフェース１０４ａを介してソース装置１０２によって制御されてもよい。データインターフェース１０４ａは、有線および／または無線（例えば、ブルートゥース（登録商標））接続によってソース装置１０２と通信することができる。ソース装置１０２上の１つ以上のソフトウェアアプリケーションは、データファイルがデータインターフェース１０４ａを介して光トランスミッタアセンブリ１０４のメモリユニットにアップロードされることを可能にすることができる。これらの１つ以上のソフトウェアアプリケーションはまた、ユーザが光トランスミッタアセンブリ１０４にアップロードされた１つ以上のデータファイルの内容を光学的に伝送するように光トランスミッタアセンブリ１０４に命令するコマンドを送ることを可能にする。ユーザはまた、光トランスミッタアセンブリ１０４のビットレート、光出力強度、パルスデューティサイクル、および他の関連する動作パラメータなどの値を指定することができる。
【０１１６】
光トランスミッタアセンブリ１０４は、制御電子機器１０４ｂを含むことができる。
制御電子機器１０４ｂは、ユーザによって入力され、光トランスミッタアセンブリ１０４の動作を制御するために利用される上述した値を受信することができる。例えば、制御電子機器１０４ｂは、タイミングパルスおよび電力を光トランスミッタに供給し、（例えば、それらをオンおよびオフする、データ伝送速度を設定するなどにより）例えば光ビーコントランスミッタ１０４ｃおよび光信号トランスミッタ１０４ｄなどの１つ以上の光トランスミッタの動作を制御することができる。
制御電子機器１０４ｂは、１つ以上のデジタル変調光ビームとして出力されるように１つ以上の光トランスミッタへのデジタルデータの転送を達成することができる。
【０１１７】
いくつかの実施形態では、光トランスミッタアセンブリ１０４はまた、１つ以上の光ビームが指向されて出射される方向を光トランスミッタアセンブリ１０４が制御することを可能にする、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）アクチュエータなどの１つ以上のチルトアクチュエータを備えることもできる。例えば、光ビーコントランスミッタ１０４ｃ、光信号トランスミッタ１０４ｄ、および／または複合光トランスミッタ１０４ｅは、１つ以上のチルトアクチュエータがトランスミッタを動かすことを可能にする接続を介して光トランスミッタアセンブリ１０４に取り付けられるかまたは組み込まれることができる。制御電子機器１０４ｂは、１つ以上のチルトアクチュエータの動作を制御することができる。
【０１１８】
光トランスミッタアセンブリ１０４は、例えばソース装置１０２から受信したデジタル情報を処理して光ビームとして送信するように適合された１つ以上の光トランスミッタを含むことができる。図２Ａに示すように、いくつかの実施形態は、光ビーコントランスミッタ１０４ｃおよび光信号トランスミッタ１０４ｄを有することができる。光ビーコントランスミッタ１０４ｃは、光ビーコンレシーバによって受信されるよう特に意図された光ビーコンを送信するように適合されることができる。光ビーコンは、光トランスミッタアセンブリ１０４の存在が検出されることを可能にする。光ビーコンは、ソース（例えば、ソース装置１０２に関連付けられたユーザまたはエンティティ、ソース装置１０２、および／または光トランスミッタアセンブリ１０４）が識別されることを可能にすることができる。光ビーコンはまた、異なる位置にあるＯＢＲのＦＯＶ内の光トランスミッタアセンブリ１０４の水平および／または垂直角度位置が判定されることを可能にする。これは、例えば、レンズの焦点面内に配置された検出器アレイ上の対応する異なる位置において異なる方向からレンズに入射する光ビーコンを集光させる（すなわち、集束させる）ために、結像レンズなどのレンズを利用するＯＢＲによって達成されることができる。光ビーコンが現在集束されている検出器アレイ内の位置は、光ビーコンが伝送されるＯＴＡのＯＢＲのＦＯＶに対する現在の角度位置の尺度とすることができる。すなわち、光ビーコンの形の光パワーは、ＯＢＲにおいて使用される検出器アレイの特定の行および列に配置された検出器に（ＯＢＲのレンズによって）主としてまたは全体的に集光されることができる。ＯＢＲは、光ビーコンの波帯に敏感なカメラであってもよい。光ビーコンが集中する検出器アレイの行および列は、ビーコンを送信したＯＴＡの現在の推定位置（ＯＢＲのＦＯＶ内）であり得る。この形式のＯＴＡ位置は、スマートフォンの前方視認カメラなどの関連する可視光カメラのＦＯＶ内の類似の位置にマッピングされることができる。これは、ＯＴＡの位置がユーザのリアルタイムビデオディスプレイ（例えば、スマートフォンのディスプレイ）上に表現されることを可能にする。そして、ＯＴＡを表すアイコンは、例えば、リアルタイムビデオディスプレイのこの位置にオーバーレイされることができる。ＯＴＡの水平および垂直角度位置は、一般に、時間の関数とすることができることに留意すべきである。例えば、ＯＴＡが移動する車両に搭載されているためにＯＴＡが移動した場合、ＯＢＲのＦＯＶ内のその位置は変わることがある。同様に、ＯＲＡが新たな場所に移動したり、傾いたりすると、ＯＴＡが同じ物理的な場所に留まっていても、ＯＢＲのＦＯＶ内のＯＴＡの場所も変わることがある。
【０１１９】
光信号トランスミッタ１０４ｄは、光信号レシーバによって受信されるように特に意図された光信号を送信するように構成されることができる。光信号は、光トランスミッタアセンブリ１０４から光レシーバアセンブリ１０６へ情報を伝送し、光トランスミッタアセンブリ１０４および／またはそれに関連するエンティティは、既に検出され、識別され、および、ＯＢＲのＦＯＶに対する水平および／または垂直角度位置は、既に判定されている。さらに、出力光ビームの立体角を増加させるためにおよび／または特定の立体角領域における出力強度を増加させるために、光トランスミッタアセンブリ１０４に２つ以上の光トランスミッタが実装されてもよい。
【０１２０】
図２Ａにも示されているように、代替例は、光ビーコントランスミッタ１０４ｃおよび光信号トランスミッタ１０４ｄの双方の機能を実現する「複合」光トランスミッタ１０４ｅを利用することであってもよい。例えば、複合光トランスミッタ１０４ｅは、光ビーコンおよび光信号の双方を伝送するように適合された単一の光トランスミッタを備えることができる。すなわち、複合光トランスミッタ１０４ｅは、光ビーコンレシーバおよび光信号レシーバの双方によって受信されることが意図された光ビームを伝送するように設計されることができる。
【０１２１】
光トランスミッタ、例えば、光ビーコントランスミッタ１０４ｃ、光信号トランスミッタ１０４ｄ、および／または複合光トランスミッタ１０４ｅは、１つ以上の光源、１つ以上のビーム形成光学系、ならびにソフトウェアおよび／またはファームウェアに関連付けられた電子機器を含むことができる（図９を参照）。光源は、コヒーレント（例えば、レーザ）またはインコヒーレント（例えば、ＬＥＤ）とすることができる。各光源の光出力は、一連の１ビットおよび０ビットの形式でデジタル情報を伝送するために、所望のビットレート（またはユーザ選択可能な範囲のビットレートの１つ）で電子的に変調されてもよい。光源は、所望の光波帯域の光放射を生成することができる。各ビーム形成光学系は、１つ以上の光源によって放射された光束を集光し、屈折、反射および／または回折を利用して所望の角度強度分布を有する透過ビームに集光させることができる。
場合によっては、ビーム形成光学系は、所望の波帯域の外側に透過する光束量を最小化するために１つ以上のスペクトルフィルタを含むこともできる。
【０１２２】
光トランスミッタ、例えば、光ビーコントランスミッタ１０４ｃ、光信号トランスミッタ１０４ｄ、および／または複合光トランスミッタ１０４ｅの電子機器および関連するソフトウェア（および／またはファームウェア）は、以下の機能のうちの１つ以上を実行することができる：光トランスミッタアセンブリ１０４からタイミングパルスおよび／または電力を受信して必要に応じて変更する；光トランスミッタアセンブリ１０４から送信された様々な制御信号を受信して適切に解釈する；および制御電子機器１０４ｂを介して例えばデータインターフェース１０４ａからデジタル形式の情報またはデータを受信し、光ビームに対してデジタル光学的形式で出力する。いくつかの実施形態では、デジタル情報またはデータは、データインターフェース１０４ａから直接受信されてもよいことに留意すべきである。
【０１２３】
図２Ｂは、光トランスミッタアセンブリ１０４および／またはその構成要素部品もしくは要素によって実行されることができる例示的な動作を示すフローチャートである。
動作１１０において、光学的に伝送されるデジタルデータは、光トランスミッタアセンブリ１０４によって受信されることができる。上述したように、光学的に伝送されるデジタルデータは、データインターフェース１０４ａを介して受信されてもよい。例えば、ソース装置１０２を介したユーザは、デジタルビデオ広告を光トランスミッタアセンブリ１０４にアップロードすることができる。動作１１２において、デジタルデータは、１つ以上の光ビーコンおよび／または光信号に変換されることができる。例えば、デジタルビデオ広告は、光信号の形態での伝送のためにデジタルビデオ広告の光学的にフォーマットされた表現に変換されることができる。
この動作は、図９に関してより詳細に説明され、制御電子機器１０４ｂの制御のもとに、光ビーコントランスミッタ１０４ｃ、光信号トランスミッタ１０４ｄ、および／または複合光トランスミッタ１０４ｅの１つ以上において１つ以上の変換、処理、および／または変調動作を行うことを含むことができる。
動作１１４において、光ビーコンおよび／または光信号は、光ビーコントランスミッタ１０４ｃ、光信号トランスミッタ１０４ｄ、および／または複合光トランスミッタ１０４ｅのうちの１つ以上によって送信される。
光ビーコンの場合、例えば、ソース装置１０２のユーザを識別する情報は、光信号とともに送信されてもよく、別個に送信される光ビーコンに変換されてもよい。
【０１２４】
図３Ａは、光レシーバアセンブリ１０６を構成することができる１つ以上の例示的な構成要素を含む光レシーバアセンブリ１０６をより詳細に示している。例えば、光レシーバアセンブリ１０６は、光ビーコンレシーバ１０６ａおよび光信号レシーバ１０６ｂのうちの１つ以上、または代替例として、光ビーコンレシーバ１０６ａおよび光信号レシーバ１０６ｂの双方の機能を実現する「複合」光レシーバ１０６ｃを含むことができる。例えば、複合光レシーバ１０６ｃは、光ビーコンおよび光信号の双方を受信するように適合された単一の光レシーバを備えることができる。
【０１２５】
いくつかの実施形態では、光トランスミッタアセンブリ１０４と同様に、光レシーバアセンブリ１０６は、その光ビーコンレシーバおよび／または光信号レシーバが例えば光トランスミッタアセンブリ１０４などの１つ以上の光トランスミッタアセンブリによって伝送される光ビームを受信することができる方向を光レシーバアセンブリ１０６が制御することを可能にする１つ以上のチルトアクチュエータを含むことができる。
【０１２６】
光レシーバアセンブリ１０６の目的は、以前に示唆したように、光トランスミッタアセンブリ１０４によって伝送されたデータの存在を検出しおよび／または（光ビーコンおよび／または光信号の形態で）データを受信することができる。例えば、光レシーバアセンブリ１０６は、それらによって送信された光ビーコンを検出することによって光トランスミッタアセンブリの存在を検出し、例えば光ビーコンを送信した光トランスミッタに関連付けられたエンティティに関する光ビーコンから識別情報を抽出し、（光ビーコンの入射方向を検出することによって）光トランスミッタアセンブリの水平および／または垂直角度位置を判定し、光信号の形態で情報またはデータを受信することができる。
【０１２７】
光レシーバアセンブリ１０６は、光レシーバアセンブリと１つ以上のユーザおよび／または例えばユーザ装置１０８などのユーザ装置との間のインターフェースを提供するデータインターフェース１０６ｅを備えることができる。データインターフェース１０６ｅは、検出された光ビーコンに関して光ビーコンレシーバ１０６ａによって得られた識別情報および水平および／または垂直角度位置などの情報を受信してユーザ（または例えばユーザ装置１０８などのユーザの装置）に転送する役割を果たすことができる。データインターフェース１０６ｅは、例えば光信号レシーバ１０６ｂによって光信号を介してデータを受信し、受信したデータをユーザ（または例えばユーザ装置１０８などのユーザの装置）に転送する役割を果たすことができる。光レシーバアセンブリ１０６は、データインターフェース１０６ｅを介して有線接続または無線接続によってユーザ装置１０８とインターフェースされることができる。ユーザ装置１０８に常駐するソフトウェアは、光レシーバアセンブリ１０６を動作させるためにユーザによって利用されてもよい。さらに、ユーザは、ユーザ装置１０８を使用して、受信されるべき信号のビットレートの範囲、使用されるべき誤り訂正方法、および／または様々な他のレシーバ動作パラメータを指定することができ、動作パラメータは、データインターフェース１０６ｅを介してレシーバアセンブリ１０６に送信されることができる。
【０１２８】
光レシーバアセンブリ１０６は、制御電子機器１０６ｄを備えることができる。制御電子機器１０６ｄは、タイミングパルスおよび電力を光ビーコンレシーバ１０６ａ、光信号レシーバ１０６ｂ、または代替的に、複合光レシーバ１０６ｅに供給することができる。制御電子機器１０６ｄは、光ビーコンレシーバ１０６ａ、光信号レシーバ１０６ｂ、または代替的に、複合光レシーバ１０６ｅの動作（例えば、それらをオンおよびオフにする、データ出力フォーマットを設定するなど）を制御することができる。データインターフェース１０６ｅは、１つ以上の光ビーコンレシーバおよび／または１つ以上の光信号レシーバが指し示されることができる方向を変更するために使用されることができる１つ以上のチルトアクチュエータを制御することができる。
【０１２９】
光ビーコンレシーバ１０６ａおよび／または複合光レシーバ１０６ｃは、それらを光ナローキャスティングシステムの光トランスミッタ以外の放射源（例えば、自然および人工照明源）によって生成される入射帯域内放射から区別して、１つ以上の伝送された光ビームの存在を検出するように構成されることができる。光ビーコンレシーバ１０６ａおよび／または複合光レシーバ１０６ｃは、その視野（ＦＯＶ）内の１つ以上の伝送された光ビームの水平および垂直角度位置を判定するように構成されることができる。光ビーコンレシーバ１０６ａおよび／または複合光レシーバ１０６ｃは、光ビーコンを検出して受信した例えば光トランスミッタアセンブリ１０４などの１つ以上の光トランスミッタアセンブリから識別情報を受信することができる。
例えば、レストランによって動作される光トランスミッタアセンブリは、光ビーコンレシーバ１０６ａおよび／または複合光レシーバ１０６ｃによって受信されるように意図された形式のレストランの（デジタル符号化された）名称および／またはレストランの種類を含む光ビーコンを送信することができる。
【０１３０】
光ビーコンレシーバ１０６ａおよび／または複合光レシーバ１０６ｃは、１つ以上の光検出器または検出器アレイ、それぞれが１つ以上の光学部品（例えば、レンズ、反射器、および／または回折光学素子）を含む１つ以上の集光光学系、ならびに関連するソフトウェア（および／またはファームウェア）を有する固有の制御電子機器を含むことができる。検出器に入射する帯域外光束を低レベルに低減することによって通信範囲を拡大するために、各集光光学系にスペクトルフィルタを含めることができる。光ビーコンレシーバ１０６ａおよび／または複合光レシーバ１０６ｃは、検出するように設計された光ビーコンを伝送するために光トランスミッタによって使用される波帯域およびビットレートで光束を検出することができる。光ビーコンレシーバ１０６ａおよび／または複合光レシーバ１０６ｃの構成要素部品は、図２６〜図２７に関してより詳細に説明される。
【０１３１】
場合によっては、光ビーコンレシーバは、その検出器、集光光学系、電子ハードウェア、およびソフトウェア／ファームウェアの一部または全部を、その実施形態が光レシーバ１０６ｃを組み合わせることができる１つ以上の光信号レシーバと共有することができる。光ビーコンレシーバ１０６ａおよび／または複合光レシーバ１０６ｃの電子機器および関連するソフトウェア（および／またはファームウェア）は、以下の機能のうちの少なくとも１つ以上を実行することができる：光レシーバアセンブリ１０６によってそれに送信されるタイミングパルスおよび電力を受信して（必要に応じて）変更すること；光レシーバアセンブリ１０６によって送信された様々な制御信号を受信して適切に解釈すること；およびそれが検出した光ビーコンに関して得た情報（例えば、識別情報および角度位置）を光レシーバアセンブリ１０６に転送すること。
【０１３２】
光信号レシーバ１０６ｂおよび／または複合光レシーバ１０６ｃは、例えば光トランスミッタアセンブリ１０４などの１つ以上の光トランスミッタアセンブリから光信号を受信することができる。光信号レシーバ１０６ｂおよび／または複合光レシーバ１０６ｃは、光学的にフォーマットされたデジタルデータを電子形式のデジタルデータに変換することができる。光ビーコンレシーバ１０６ａと同様に、光信号レシーバ１０６ｂおよび／または複合光レシーバ１０６ｃは、１つ以上の光検出器または検出器アレイ、１つ以上の集光光学系、および関連するソフトウェア（および／またはファームウェア）を有する制御電子機器を含むことができる。複合光レシーバ１０６ｃの場合、光ビーコンレシーバ１０６ａの構成部分は、光信号レシーバとしても動作するように構成されてもよい。光検出器は、受信するように設計された光信号および／または光ビーコンを伝送するために、光トランスミッタによって使用される波帯域およびビットレートで光束を検出することができる。
各集光光学系は、その入射瞳上およびその指定されたＦＯＶ内で入射帯域内光束を集光し、屈折、反射および／または回折を利用して１つ以上の光検出器に集光することができる。検出器に入射する帯域外光束をより低レベルに低減することによって通信範囲を拡大させるために各レシーバ光学系にスペクトルフィルタを含めることもできる。
【０１３３】
光ビーコンレシーバ１０６ａ、光信号レシーバ１０６ｂ、および／または複合光レシーバ１０６ｃを部分的に構成する上述した光学系および／または検出器または検出器アレイのうちの１つ以上は、カスタム製造されてもよく、および／または市販されていてもよいことに留意すべきである。例えば、１つ以上の屈折光学系は、その動作が光レシーバアセンブリ１０６における使用のために最適化されることができるように、１つ以上の光学的性質または特性に関してカスタマイズされることができる。例えば、１つ以上の光検出器または検出器アレイは、市販の近ＩＲ検出器または検出器アレイとすることができる。
【０１３４】
光信号レシーバ１０６ｂおよび／または複合光レシーバ１０６ｃの電子機器および関連するソフトウェア（および／またはファームウェア）は、以下の機能のうちの１つ以上を実行することができる：光レシーバアセンブリ１０６によって送信されたタイミングパルスおよび電力を受信して（必要に応じて）変更すること；光レシーバアセンブリ１０６によって送信された様々な制御信号を受信して適切に解釈すること；および例えば光信号トランスミッタ１０４ｄおよび／または複合光トランスミッタ１０６ｅなどの１つ以上の光トランスミッタから受信したデジタルデータを光レシーバアセンブリ１０６に転送すること。いくつかの実施形態では、電子機器および関連するソフトウェア（および／またはファームウェア）は、光検出器を動作させるために適切な電力を供給するようにカスタマイズされてもよい。さらに、電子機器ハードウェアおよび／またはソフトウェアは、光検出器の出力を連続的に監視し、例えば人工または人造照明源から受光した光束とは対照的に−そこからの出力が光トランスミッタによって送信される信号を表すことができる場合を判定することができることに留意すべきである。
【０１３５】
光ビーコンが検出されると、光レシーバアセンブリ１０６は、関連する光信号を受光し、それをそのメモリにデータファイルとして記憶することができる。例えば、光レシーバアセンブリ１０６は、所与の光信号の少なくとも一部が実際の光信号として認識される前に受信されることを可能にするために、１つ以上のメモリユニットまたはメモリ区画を使用してその検出器出力をバッファリングすることができる。あるいは、光トランスミッタアセンブリ１０４は、その先頭に短い「アラート」パルスシーケンスを含む光信号を伝送することができる。
このアラートパルスシーケンスは、光信号データセットの伝送が開始されたことを光レシーバアセンブリ１０６に通知することができ、それによってバッファリングを必要とせずにそのメモリにデータセット全体を記憶することを可能にする。すなわち、光トランスミッタアセンブリ１０４の光ビーコントランスミッタ１０４ｃは、アラートパルスシーケンスで始まる光信号が続く光ビーコンを伝送することができる。これらの動作は、光トランスミッタアセンブリ１０４によって連続的に繰り返されてもよい。いくつかの実施形態では、伝送された各光ビーコンは、伝送された各光信号の先頭に警告パルスシーケンスを含めるのではなく、アラートパルスシーケンスで終了することができる。
【０１３６】
図３Ｂは、例えば光レシーバアセンブリ１０６などの光レシーバアセンブリおよび／またはその構成要素部品もしくは要素によって実行されることができる例示的な動作を示すフローチャートである。動作１２０において、光レシーバアセンブリ１０６は、光トランスミッタアセンブリ１０４によって伝送されることができる光ビーコンの存在を検出することができる。前述したように、光ビーコンは、光ビーコンのソースを識別する情報を含む光ビームとすることができる。光ビーコンはまた、光レシーバアセンブリ１０６が、光レシーバアセンブリ１０６の一部を備える１つ以上の光ビーコンレシーバのＦＯＶに対するその関連する光トランスミッタアセンブリの水平および垂直角度位置を推定することを可能にすることができる。動作１２２において、１つ以上の光ビーコンレシーバのＦＯＶに対する光ビーコンの角度位置は、その入射伝播方向に基づいて判定される。複数の光ビーコンおよび／または光信号が光ナローキャスティングシステム１００内で伝送されることができることから、光ビーコンおよび関連する光信号が発生することができる場所からの光トランスミッタアセンブリ１０４の方向において光信号レシーバ１０６ｂまたは複合光レシーバ１０６ｃを指し示すまたは焦点をあてるために、光ビーコン伝送の角度位置が利用されることができる。光ビーコン伝送の角度位置はまた、ＯＴＡが位置する場所にナビゲートする際にユーザを支援するなど、他の目的のために利用されることもできる。動作１２４において、光ビーコンのソースを示すかまたは識別する識別情報が光ビーコンから抽出されることができる。これに関連して、光ビーコンのソースは、光トランスミッタアセンブリ１０４、光トランスミッタアセンブリ１０４を介して光ビームを伝送するためのソース装置１０２および／またはソース装置１０２を利用するユーザまたはエンティティとすることができる。動作１２６において、光ビーコンのソースによって光信号の形態で伝送された情報が抽出されることができる。同様に、それに関連する光信号のソースおよび光ビーコンのソースは、同一のもの、例えばソース装置１０２または光トランスミッタアセンブリ１０４、または代替的に、光トランスミッタアセンブリ１０４を介して光ビームを伝送するためにソース装置１０２を利用するユーザまたはエンティティとすることができる。
【０１３７】
いくつかの実施形態では、光レシーバアセンブリなどの光ナローキャスティングシステム要素は、例えばユーザ装置１０８などの装置に統合されてもよい。すなわち、ユーザ装置１０８は、常駐する光レシーバ機能を有してもよい。あるいは、光レシーバアセンブリは、ユーザ装置１０８に動作可能且つ通信可能に接続されてもよい。この場合、光レシーバアセンブリは、アタッチメントまたは拡張としてユーザ装置１０８に追加されてもよい。場合によっては、光トランスミッタアセンブリは、特定位置に固定された「スタンドアロン」要素であってもよいが、光トランスミッタアセンブリについても同様とすることができる。
【０１３８】
図４Ａは、光レシーバアセンブリの取り付けの例を示している。図示の実施形態では、光レシーバアセンブリ１４２は、ユーザ装置１３８用のユーザ装置ケース１４０（例えば、スマートフォン装置用のスマートフォンケース）に組み込まれることができる。光レシーバアセンブリ１４２の「可視」態様は、１つ以上のレンズまたは小型レンズアレイおよび１つ以上の光検出器などの１つ以上の光レシーバ要素を含むことができることに留意すべきである。例えば、図４Ａの光レシーバアセンブリ１４２は、小型レンズアレイおよび検出器を含むことができ、アレイ内の各小型レンズは、その焦点面に光検出器を有する。光検出器は、小型レンズの後ろに隠れていることから、図４Ａでは見えないことに留意すべきである。光レシーバアセンブリ１４２の他の構成要素部分は、ユーザ装置ケース１４０に組み込まれてもよいが、ユーザ装置ケース１４０がユーザ装置１３８上に配置されたときには見えなくてもよい。
【０１３９】
図４Ｂは、装置に組み込まれる光レシーバアセンブリの例を示している。特に、光レシーバアセンブリ１５０は、ユーザ装置１４８に直接組み込まれることができる。例えば、ユーザ装置１４８の製造中に、光レシーバアセンブリ１５０が取り付けられることができる。同様に、光レシーバアセンブリ１５０の可視的態様のみが示されているが、光レシーバアセンブリ１５０の他の構成要素は、ユーザ装置１４８のハウジング内でユーザ装置１４８に組み込まれてもよい。
【０１４０】
以前に示唆したように、ユーザは、動作パラメータを入力し、送信されたデータを受信し、光レシーバアセンブリを制御するなどのために、光レシーバアセンブリと相互作用するために装置を利用することができる。
ソフトウェア／ソフトウェアアプリケーションは、光学的に受信したメッセージを管理するためにユーザによって利用されてもよい。さらに、ユーザがソーシャルメディアサービスの加入者である場合、制御ソフトウェアは、光学的に受信したメッセージ、画像、ビデオ、または他の情報をソーシャルメディア「ページ」に投稿すること、他のユーザのページ上の投稿を閲覧して応答すること、投稿を共有することなど、そのようなタスクがソーシャルメディアサービスのコンテキスト内で実行される通常の方法で、そのサービスの全ての機能にユーザがアクセスすることを可能にすることができる。
【０１４１】
そのために、図４Ａは、ユーザ装置ケース１４０がまた、ユーザ装置１３８および光受信アセンブリ１４２が通信および／または相互作用することを可能にする１つ以上の通信要素を含むことができることを示している。例えば、上述したように、ユーザ装置１３８は、光レシーバアセンブリ１４２などの動作パラメータを入力するためにユーザによって利用されてもよい。図４Ａに示すように、そのような通信要素１４４の１つは、ブルートゥース（登録商標）トランシーバ、ＮＦＣトランシーバ、または他の通信要素とすることができる。
必要に応じて、通信要素１４４に電力供給するために、電源１４６（例えば、小型バッテリ、エネルギ回収センサ、または他の適切な電源）が提供されることができる。ここで、通信要素１４４および電源１４６は、審美性のためにおよび／またはユーザ装置１３８に近い動作近接性を与えるために、ケース１４０の装置に面する側に埋め込まれるかまたは配置されることができる。電源１４６はまた、光レシーバアセンブリ１４２に電力を供給することができ、または光レシーバアセンブリ１４２は、通信要素１４４に電力供給するために使用されることができる独自の電源を有することができることに留意すべきである。いくつかの実施形態では、光レシーバアセンブリ１４２および／または通信要素１４４は、ユーザ装置１３８のマイクロＵＳＢまたはライトニングポートなどの入出力ポートに取り付けられることができる単一ユニットまたは装置に統合されることができる。
【０１４２】
ユーザ装置１４８の場合、ユーザは、光レシーバアセンブリ１５０を制御することができ、および／または光レシーバアセンブリ１５０と、１つ以上のプロセッサ、メモリユニット、および／または図６０に示されるコンピューティングコンポーネントの実施形態とすることができるユーザ装置１４８の他の利用可能なコンポーネントとの間のハードワイヤード接続を介して上述した機能および／または相互作用を実行することができる。
【０１４３】
図５Ａおよび図５Ｂは、光レシーバアセンブリ１５２が車両に設置され且つ車両に電子的に接続されることができる想定された実施形態を示している。図５Ａは、自動車１５４において光レシーバアセンブリ１５２がバックミラー１５８の上方のフロントガラス１５６の上部付近に設置されている自動車１５４の正面図を示している。光レシーバアセンブリ１５２は、フロントガラス１５６の外側またはフロントガラス１５６の内面に取り付けられてもよい。後者の場合、光レシーバアセンブリ１５２は、フロントガラス１５６を通過した光ビーコンおよび／または光信号を受光することができる。光レシーバアセンブリ１５２は、フロントガラス１５６の上部付近およびバックミラー１５８の上方に取り付けられるように示されているが、光レシーバアセンブリ１５２は、１つ以上の光ビームを受光する位置にある限り、全体的にフロントガラス１５６の異なる部分または自動車１５４の他の部分に（例えば、そのルーフ上に）取り付けられてもよい。
【０１４４】
光レシーバアセンブリ１５２は、光ビーコンレシーバ１５２ａおよび光信号レシーバ１５２ｂ、ならびに、光レシーバアセンブリ１５２の動作および／または例えば車両のナビゲーションシステム、メディア、システム、ヘッドアップディスプレイなどの車両に存在するメディアおよび／または情報システムとの通信において利用される、例えば前述した制御電子機器、データインターフェースなどの任意の電子機器および／またはソフトウェア（および／またはファームウェア）を含むことができる。電子機器およびソフトウェア／ファームウェアは、図５Ａに示される正面図では見えないが、光レシーバアセンブリ１５２および／または関連する構成要素に存在することに留意すべきである。いくつかの実施形態では、光ビーコンレシーバ１５２ａおよび光学信号レシーバ１５２ｂは、光学部品および光検出器または検出器アレイの一部または全部を共有してもよい。
【０１４５】
図５Ｂは、図５Ａの自動車１５４の例示的な内部図を示している。図５Ｂでは、光レシーバアセンブリ１５２の後方または後部が、バックミラー１５８の上方に見える。図５Ｂにも示されているように、自動車１５４には、ダッシュボード１６２に取り付けられたタッチスクリーン情報ディスプレイなどのディスプレイ１６０が装備されることができる。ディスプレイ１６０は、光レシーバアセンブリ１５２を動作させおよび／または１つ以上の光トランスミッタアセンブリから光レシーバアセンブリ１５２によって受信した情報を視認するために、自動車１５４の運転者および／または乗客によって利用されることができる。いくつかの実施形態では、光レシーバアセンブリ１５２は、ディスプレイ１６０（またはディスプレイ１６０を制御する１つ以上のプロセッサ（図示しない））にハードワイヤード接続または無線接続されてもよい。
【０１４６】
いくつかの実施形態では、変更されていないユーザ装置が光ナローキャスティングシステムにおいて利用されることができる。例えば、ユーザ装置１３８の既存のカメラ１３８ａは、光レシーバアセンブリとして利用されることができる。他の例として、例えばユーザ装置１３８のＬＥＤ１３８ｂなど、写真フラッシュユニットとして使用するように設計された１つ以上のＬＥＤからの出力を変調することによって光ビーコンおよび／または光信号を含む変調光ビームを生成するためにソフトウェアが使用されてもよい。
【０１４７】
いくつかの実施形態では、光レシーバアセンブリ１４２、１５０および／または１５２は、高ビットレート近ＩＲ光検出器を組み込むことができる。高ビットレート光検出器は、ユーザ装置の既存のハードウェア（例えば、カメラ１３８ａ）を使用して可能であるよりも高ビットレートでデータを受信することができる。
【０１４８】
図３Ｂを再び参照すると、光ビーコンの存在を検出し、光ビーコンの角度位置を判定し、光ビーコンから識別情報を受信し、最終的に光信号を介して伝送された情報を受信するために、光レシーバアセンブリによって様々な動作が実行されることができる。ユーザの視点から、光ナローキャスティングシステムとの相互作用（例えば、光レシーバアセンブリの動作を制御することとは別に）は、検出された１つ以上の光ビーコンのソースの視覚的表現を選択することおよび／または１つ以上の光信号から受信した情報と相互作用することを含むことができる。
【０１４９】
いくつかの実施形態では、光ナローキャスティングシステム１００の１つ以上の態様との上述したユーザ相互作用を容易にするために、ユーザ装置１０８（図１を参照）などのユーザ装置に常駐するまたはそれを介して利用可能な拡張現実機能が利用されることができる。図６は、（光レシーバアセンブリ１０６の１つの実施形態とすることができる）光レシーバアセンブリ１６６に動作可能におよび／または通信可能に接続された（ユーザ装置１０８の１つの実施形態とすることができる）ユーザ装置１６４を示している。
【０１５０】
ユーザ装置１６４は、拡張現実コンポーネント１６４ａ、１つ以上のカメラ１６４ｂ、（タッチスクリーンまたは非タッチスクリーンディスプレイとすることができる）ディスプレイ１６４ｃ、１つ以上のスピーカ１６４ｄ、および／または１つ以上のセンサ１６４ｅを備えることができる。ユーザ装置１６４は、部分的には、環境の表示されたビュー内の要素を変更しながら、物理的な現実世界環境のリアルタイムビューを表示することができる拡張現実装置を具体化してもよい。そのため、完全にコンピュータ生成された世界のビューを表示する仮想現実装置とは異なり、拡張現実装置は、現実世界のビューを表示するが、コンピュータグラフィックス技術を使用して要素を拡張する（例えば追加または変更する）。そのような拡張現実装置は、現実世界環境のビューを撮像するために使用されるカメラ装置（または複数のカメラ装置）を含んでもよくおよび／またはそれに通信可能に結合されてもよく、撮像されたシーンの要素を拡張するように構成されたコンピュータソフトウェアおよび／またはハードウェアをさらに含んでもよい。例えば、本明細書でより詳細に説明するように、拡張現実装置は、街路、街、または他の場所のユーザのビューを表す一連の画像またはシーンを撮像することができ、検出された光ビーコンがユーザにリアルタイムでオーバーレイされた選択可能な項目またはアイコンとして表示されるように一連の画像を変更することができる。そのため、ユーザには、ユーザが位置する物理的現実環境の拡張ビューが提示されることができる。
【０１５１】
１つ以上のカメラ１６４ｂは、視覚的シーンを撮像するためのカメラを含むことができる。１つ以上のカメラ１６４ｂは、例えばスマートフォンとすることができるユーザ装置１６４の既存のカメラであってもよい。本明細書で使用される場合、視覚的シーンとは、ユーザ装置１６４が使用されている（且つ１つ以上の光ビーコンおよび／または光信号が光ナローキャスティングシステムにおいて伝送されている）現実環境の１つ以上のビューを指す。
【０１５２】
例えば、１つ以上のカメラ１６４ｂによって撮像され且つディスプレイ１６４ｃに提示されるビデオ画像は、特定の都市を探索するためにユーザ装置１６４を利用しているユーザの視点から見た都市シーンのライブフィードであってもよい。光レシーバアセンブリ１６６によって検出された光ビーコンを表すアイコンは、光ビーコンのソースの位置に見合ったシーン上にオーバーレイされてもよい。前述したように、光ビーコンは、光トランスミッタアセンブリによって伝送されることができ、光レシーバアセンブリ１６６は、光ビーコンを検出し、そこから識別情報を抽出することができる。例えば、オーバーレイされたアイコンは、記述情報または広告情報を送信しているユーザの視線内のホテルを表すことができる。例えばホテルの名称と住所などの光ビーコンのソースの名称と場所を示すテキストが付随していることがある。
【０１５３】
１つ以上のセンサ１６４ｅの一例は、例えば、観察者によって操作されたとき（ユーザが１つ以上の企業、関心のあるポイントなどに関する情報を取得するために都市シーンをスキャンするとき）、ユーザ装置１６４の物理的加速度を測定することができる加速度計とすることができる。ユーザ装置１６４は、ユーザ装置１６４の位置が変化しているときを判定するために加速度計を使用することができ、これは、例えば、ユーザ装置１６４の位置が１つ以上の伝送された光ビーコンおよび／またはシーン自体に対して変化していることを示すことができる。拡張現実コンポーネント１６４ａはまた、それ自体でまたは加速度計からの支援を受けて、ユーザ装置１６４に対する光ビーコンの位置を判定することもできる。拡張現実コンポーネント１６４ａによって提供される拡張現実体験の１つ以上の態様をより正確に特徴付けるかまたはさらに高めるために、ＧＰＳレシーバ、コンパス、ジャイロスコープ、および／または他のセンサなどの他のセンサが利用されてもよいことに留意すべきである。
【０１５４】
拡張現実コンポーネント１６４ａは、例えば、静的アイコン、アニメーション要素を介して、光ビーコン導出情報がどのように提示されることができるかなど、都市シーンの拡張現実ビューをディスプレイ１６４ｃ上に提示する態様を制御することができる。拡張現実コンポーネント１６４ａは、他の態様の中でもユーザ入力および／または選択に反応する、位置または場所支援キューまたはビジュアルの組み込み、ならびに光ビーコンに関連する１つ以上の光信号から抽出された情報の提示を制御することができる。
【０１５５】
例えば、光レシーバアセンブリ１６６の光ビーコンレシーバによって受信された情報は、それが受信された後にキャッシュされてもよい。キャッシングは、受信直後に行われてもよい。各アイコン／マーカの位置が１つ以上のカメラ１６４ｂのＦＯＶ内の対応する光トランスミッタアセンブリの実際の位置と一致するように、検出された光ビーコンを表すために使用されるアイコン／マーカが拡張現実視覚的シーン内に配置されることができる。アイコン／マーカは、１つ以上のカメラ１６４ｂがズーム、パン、または他の方法で移動されると、正しい位置に「留まる」ことができ、位置正確な拡張現実体験をもたらす。
【０１５６】
例えば、ユーザは、アイコンに触れることによってまたは作動させることによって特定の光ビーコンを表すアイコンを選択することができ、上述したように、光ビーコンのソースに関する情報は、例えばポップアップウィンドウを介して提示されることができる。ポップアップウィンドウの異なる領域に触れることは、光ビーコンのソースに関する異なる種類の追加情報をもたらすことができることに留意すべきである。いくつかの実施形態では、追加情報は、光ビーコンから抽出されることができる光ビーコンのソースに関連する識別情報とみなすことができる。いくつかの実施形態では、追加情報は、光ビーコンのものと同じソースまたは関連する光信号ソースによって伝送された光信号から抽出された情報であってもよい。例えば、追加情報は、ディスプレイ１６４ｃおよび／または１つ以上のスピーカ１６４ｄを介してユーザに提示されることができる広告マルチメディアを含むことができる。
【０１５７】
いくつかの実施形態では、カメラからのライブ画像のディスプレイ上にオーバーレイされた１つ以上のボックスまたは他の代表的なグラフィックが拡張現実体験において使用されることができ、各ボックスのサイズおよび位置は、光レシーバアセンブリ１６６の各光信号レシーバに関連付けられるかまたはそれに見合ったＦＯＶのサイズおよび位置を表すことができる。ユーザは、例えば、検出された光ビーコンを表すアイコン／マーカがＦＯＶが表すボックスのうちの１つの中で移動できるようにユーザ装置１６４を傾けることにより、そのようなＦＯＶ表現を利用することができる。ユーザは、検出された光ビーコンに対応する１つ以上の光信号の光レシーバアセンブリ１６６の受光を開始するために、アイコン／マーカを選択することができる。
【０１５８】
１つ以上の検出された光ビーコンおよび／または信号の１つ以上の選択可能な表現（および／または関連情報）を含む拡張現実シーンを少なくとも含む拡張現実体験は、光ナローキャスティンググラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）と考えることができる。
【０１５９】
いくつかの実施形態では、拡張現実コンポーネント１６４ａは、拡張現実シーンの記録を可能にし、光ビーコン抽出情報、角度測位情報、および光信号抽出情報を、結果として得られるメディアファイルに埋め込むことを可能にする。必要に応じて、ユーザは、他人がアクセスするために、例えば、ソーシャルメディアアウトレットを介して、記録されたシーンを広めることができる。この埋め込み技術は、光学的に伝送された情報が、ユーザによってのみならず、例えば後にソーシャルメディア加入者または他のもの（例えば、ソーシャルメディアサイト）によって非リアルタイムでアクセスされることを可能にし、これは、ソーシャルメディア加入者の拡張されたソーシャルメディア体験を提供し、ソーシャルメディアサービスがオンライン広告収入を生み出す新たな機会を提供するとともに、光学的にナローキャストされた情報（例えば広告）の視聴者の数を大幅に増やすことができる。
【０１６０】
図７は、光ナローキャスティングシステム内でユーザ／（前述したように、単一装置または例えば動作可能に接続された２つの装置で具現化されることができる）制御装置および光レシーバアセンブリによって実行されることができる例示的な動作を示すフローチャートである。動作１７０において、ライブシーンが撮像されることができる。上述したように、ライブシーンは、現実世界シーンを表す１つ以上のまたは一連の画像とすることができる。撮像は、ユーザ装置１６４の１つ以上のカメラ１６４ｂなどのユーザ／制御装置の１つ以上のカメラによって実行されることができる。
【０１６１】
動作１７２において、光レシーバアセンブリ１６６は、光ナローキャスティングシステムの光トランスミッタアセンブリによって伝送されることができる光ビーコンの存在を検出することができる。前述したように、光ビーコンは、光ビーコンのソースを識別する情報を含む光ビームとすることができる。
【０１６２】
動作１７４において、光ビーコンの水平および垂直角度位置は、光レシーバアセンブリ１６６の一部である１つ以上の光ビーコンレシーバのＦＯＶに対する光ビーコンの伝播方向を測定することによって判定される。複数の光ビーコンおよび／または光信号が光ナローキャスティングシステム内で伝送されることができることから、光ビーコン伝送の角度位置は、光ビームおよび関連する光信号が発生するソースの方向において光レシーバアセンブリ１６６の１つ以上の光信号レシーバを指し示すまたは焦点をあてることができる。さらに、光ビーコンの角度位置の知識は、光ビーコンが受光された光トランスミッタアセンブリの位置をユーザが判定するおよび／またはナビゲートするのを助けるのに有用であり得る。
【０１６３】
動作１７６において、識別情報が光ビーコンから抽出されてもよく、識別情報は、光ビーコンのソースを示すかまたは識別する。前述したように、光ビーコンのソースは、光トランスミッタアセンブリ、光源装置、および／または光源装置を利用して光トランスミッタアセンブリを介して光ビームを伝送するユーザまたはエンティティとすることができる。
【０１６４】
動作１７８において、（動作１７０において撮像された）ライブシーンは、ビーコンの位置の拡張現実表現によって拡張されることができ、識別データが提示されることができる。上述したように、角度位置決めおよび識別情報は、光ビーコンからまたは光ビーコンに関連して取得されることができ、単独でまたは１つ以上のセンサ１６４ｅによって取得された情報にしたがって、拡張現実コンポーネント１６４ａによって提示されることができる。拡張現実表現は、（例えば、その画像に対する光ビーコンの位置で表示されたライブカメラ画像にオーバーレイされたシンボルまたはアイコンを利用することによって）少なくとも識別情報の１つ以上のグラフィカル表現、ならびに受信した光ビーコンの位置の表現を含むことができる。拡張現実表現は、ディスプレイ１６４ｃ上に提示されることができる。
【０１６５】
動作１８０において、拡張現実表現に関する１つ以上の選択が受信されることができる。ユーザ装置１６４のユーザは、例えば、ディスプレイ１６４ｃがタッチスクリーンである場合にディスプレイ１６４ｃを利用することができるか、または拡張現実表現を選択するためのいくつかの他の入力装置もしくは機構を利用することができる。ディスプレイ１６４ｃ上には複数の拡張現実表現が提示されることができ、ユーザは関心のあるものを選択することができる。
【０１６６】
動作１８２において、光ビーコンのソースまたは光ビーコンのソースに関連する光信号ソースによって送信された光信号からの記述データまたは情報が抽出されることができる。
この場合も、光信号ソースおよびビーコンソースは、同じもの、例えばソース装置もしくは光トランスミッタアセンブリ、または代替的に光トランスミッタアセンブリを介して光ビームを伝送するためにソース装置を利用するユーザまたはエンティティとすることができる。
【０１６７】
動作１８４において、抽出された記述データはユーザに提示されることができる。
いくつかの実施形態では、抽出された記述データは、ライブシーンまたは拡張現実体験をさらに拡張する方法で提示されることができる。いくつかの実施形態では、抽出された記述データは、他のアプリケーションでもしくは他のアプリケーションを介して、またはメディアプレーヤ、ウェブブラウザなどの他のソフトウェアを使用して提示されることができる。いくつかの実施形態では、抽出された記述データは、特定のウェブページまたはウェブサイトを表示するようにウェブブラウザに指示するために使用されることができるユニバーサルリソースロケータ（ＵＲＬ）とすることができる。
【０１６８】
本明細書で説明される例示的なアプリケーションおよび使用ケースシナリオは、限定的ではなく、光ナローキャスティングシステムは、多くの他のアプリケーションまたはシナリオで利用されることができることに留意すべきである。例えば、光ナローキャスティングシステムを使用して、店舗内の商品ディスプレイまたは店舗ウィンドウを拡張することができ、光ナローキャスティングシステムによって可能にされた情報交換を活用する拡張現実体験を通じて、販売用の１つ以上の製品に関する情報を消費者に提示することができる。例えば、光ナローキャスティングシステムは、製品情報だけでなく、潜在的顧客に店舗時間および／または関心のある他の情報などの他の情報を光学的に伝送するために使用されてもよい。ホーム外広告が利用される掲示板や他の場所では、光ナローキャスティングを活用して、広告の視覚的態様をより魅力的および／またはより遠くから見えるようにするとともに、例えば掲示板画像／テキストなどを介して現在提供されることができるよりもはるかに多くの情報も提供することができる。
【０１６９】
新たなソーシャルメディアサイトおよび／またはアプリケーションは、光ナローキャスティングを介して得られたコンテンツの共有に基づいてもよく、所望に応じて、これらのサイトおよびアプリケーションにオンライン広告を表示して収入を生成することができる。例えば、ソーシャルメディアアプリケーションは、個人がスマートフォンや他のポータブル装置を使用して、光学的に伝送されたコンテンツが埋め込まれたビデオや写真を作成して共有することができる。
【０１７０】
様々な実施形態において、光ナローキャスティングは、本質的に非常に局在化されているとみなすことができ、用語「局在化」とは、過度のビットエラーを防止するために十分に小さい経路長でデータをある場所から他の場所に送信する能力を指すことができる。この特徴は、情報を送信する人々の位置に関して取得することが困難なまたは不可能な情報を取得するために、ソーシャルメディアコンテキストで活用することができる。例えば、顧客のフィードバックを収集するために、１つ以上の光レシーバアセンブリが店舗の天井に取り付けられることができる。光レシーバアセンブリのそれぞれのＦＯＶは、実際に店舗内にいる人々によって光学的に送信された情報のみをピックアップするように設計されることができる。さらに、ＷｉＦｉ信号が大抵の場合にそうであるように、光情報は、壁、床、または天井を通過しない。
光レシーバアセンブリのアレイを使用して、人々が店内のどこにいるかについての詳細な情報を取得することもできる。これは、関心のある特定の製品を見つけるのに役立つ検索機能によって店舗内での正確なナビゲーションを提供するために使用されることができる。
【０１７１】
光ナローキャスティングの局在化された性質はまた、例えば、ユーザ装置上のソーシャルメディアアプリケーションによって制御された光トランスミッタアセンブリを使用して（例えば、店内において見つけられる）光レシーバアセンブリに連絡先情報を送信するように人々を奨励することにより、特定の地理的位置を訪問するように人々に促すために使用されることもできる。光ナローキャスティングは、ＷｉＦｉまたは内蔵の位置センサを使用して達成できるものと比較して優れたローカリゼーションを提供することができる。光レシーバアセンブリのネットワークは、ユーザが周囲エリアに関する情報を共有し、関連するテキスト、写真、ビデオなどを共有することを可能にする特定のロケールで形成されてもよい。
【０１７２】
セキュリティ、プライバシー、および／または匿名性は、光ナローキャスティングシステムの使用によって達成することができる。
例えばサービスを取得するためにユーザがネットワークにログインすることを要求するＷｉＦｉネットワークとは異なり、ユーザは、いかなる機密情報も（またはその主題についてのいかなる情報も）開示することなく光ビームを受光することができる。さらに、光トランスミッタアセンブリによって伝送される光ビームは、所望に応じて、光ビームの狭い幅に沿ったそれらの光レシーバアセンブリのみへ光ビームの受光を制限するために非常に狭くすることができる。
【０１７３】
光ナローキャスティングの魅力的な特徴は、情報の伝達が目立たず、実際に視認できないことである。すなわち、光学的に伝送された情報を取得することに関心のある人々だけが情報を（例えば、拡張現実体験を介して）見ることができる。
【０１７４】
図８は、例示的な光トランスミッタアセンブリ（ＯＴＡ）８００を示す図である。ＯＴＡ８００は、１つ以上の長距離高帯域幅光ナローキャスト信号を提供することができる。典型的なスマートフォン通信は、単に電波（例えば、セルラーネットワーク、ＷＩＦＩ、ＧＰＳ、およびブルートゥース（登録商標））の伝送にのみ基づいているが、ＯＴＡ８００は、１つ以上の光ビーコンおよび／または光信号、すなわち、光放射の１つ以上の変調ビームを伝送する。様々な実施形態では、ＯＴＡ８００は、一方向または双方向通信システムの一部であってもよい。本明細書で説明されるいくつかの実施形態では、そのサイズの装置について予期せぬ範囲および情報帯域幅性能を呈することができるように、ＯＴＡ８００用の小型フォームファクタビーム形成光学系を設計するために非結像光学設計技術が利用されることが理解される。
【０１７５】
様々な実施形態では、ＯＴＡ８００は、光ナローキャスティングシステム（ＯＮＳ）の一部として光ビーコンおよび／または光信号を伝送する電子機器、ソフトウェア（および／またはファームウェア）、および（本明細書で説明される）１つ以上の光トランスミッタ（ＯＴ）を含む装置である。ＯＴＡ８００は、長い通信範囲が可能であり、低い訂正可能エラーレートでストリーミングビデオのために長距離で十分な情報を提供することができる。一例では、ＯＴＡ８００によって提供される変調光ビームは、本明細書で説明されるＯＲＡによって受光されることができる。ＯＲＡは、スマートフォン、メディアタブレット、ラップトップ、カメラ、ゲーム装置、ウェアラブル装置（例えば、スマートウォッチ）などのデジタルコンピューティングデバイスを含むことができるかまたはそれらに取り付けられることができる。
【０１７６】
ＯＴＡ８００は、インコヒーレント光源（例えば、ＬＥＤ）、コヒーレント光源（例えば、レーザ）などを使用して生成される可視、近赤外（ＩＲ）、または他の光学帯域で光ビーコンおよび／または光信号を生成して伝送することができる。光ビームは、極紫外線（ＵＶ）から遠ＩＲまでのスペクトル領域の電磁波のビームであり、１０から１０６ｎｍの範囲の波長を含むことができる。ＯＴＡ８００は、上述したスペクトル領域内の任意の波長または波長範囲で光ビームを生成して伝送することができることが理解される。例えば、ＯＴＡ８００は、可視または近赤外（ＩＲ）帯域の光信号を生成して伝送することができる。
【０１７７】
ＯＴＡ８００は、空気、水、透明固体（例えば、ガラス窓）、および／または空間（すなわち、真空）を介して他の場所に情報を伝送する光ビームを生成することができる。光トランスミッタによって伝送されるビームの伝播経路は、直接的（すなわち、視線）であってもよくまたは間接的であってもよい。間接的経路の例では、ビームは、ＯＲＡによって受光される前に、１つ以上の液体および／または固体物体で反射および／または散乱することができる。
【０１７８】
様々な実施形態において、単一のＯＴＡ８００は、水平および垂直角度座標の関数として異なる強度分布を有する光ビームを生成することができる。いくつかの実施形態では、２つ以上の異なるＯＴＡ８００は、それぞれ、異なる強度分布を有する２つ以上の異なる光ビームを生成することができる。
【０１７９】
ＯＴＡ８００の電子機器および関連するソフトウェア（および／またはファームウェア）は、限定されるものではないが、ＯＴＡ８００とそのユーザまたはユーザのコンピューティングデバイスの１つ以上との間のインターフェースの提供、そのＯＴへのタイミングパルスおよび電力の供給、そのＯＴの動作の制御（例えば、それらをオンおよびオフにする、それらのデータ伝送速度を設定するなど）、１つ以上のデジタル変調光ビームとして出力するためにＯＴの１つ以上へのデジタルデータの転送、および出射光ビームの指向方向を変更するための１つ以上のチルトアクチュエータの制御など、様々な有用な機能を実行する。
【０１８０】
ＯＴＡ８００は、図８に示すようにコンパクトであってもよい。例えば、ＯＴＡ８００は、２インチの長さであってもよく、または２インチ未満であってもよい。ＯＴＡ８００の様々な例示的な構成要素が本明細書で説明される。ＯＴＡ８００は、２インチよりも長いかまたは２インチよりも短い任意の長さであってもよいことが理解される。いくつかの実施形態では、ＯＴＡ８００の長さは、異なる性能特性（例えば、通信範囲、ビットレート、ビーム幅など）を生成することができる。
【０１８１】
ＯＴＡ８００は、移動式であっても固定式であってもよい。例えば、専用のＯＴＡ８００は、様々な構造物（例えば、ビルや掲示板）上に静止して設置されてもよく、または車両（例えば、バス、自動車、および航空機）に設置されるため移動式であってもよい。さらに、それは、携帯またはウェアラブル装置であるためにまたは携帯またはウェアラブル装置の構成要素であるかもしくはアタッチメントであるために移動式であってもよい。
【０１８２】
図８は、光通信用のＯＴＡ８００を示しているが、スマートフォンまたは他のデジタル装置がＯＴＡ８００の１つ以上の機能を実行することができることが理解される。例えば、スマートフォンに組み込まれたＬＥＤフラッシュユニットは、（例えば、コリメータなしの）ＯＴとして利用されることができ、スマートフォンアプリケーションは、フラッシュユニットの光出射の必要なデジタル変調を生成することができる。いくつかの実施形態では、スマートフォンは、ＯＴＡ８００の１つ以上の要素（例えば、統合されたＩＲ放射器およびビーム形成光学系、ファームウェア、および／またはソフトウェアインターフェース）を有するスマートフォンケースに結合されてもよい。
【０１８３】
光通信を利用することは、スマートフォンおよび／または他のデジタルコンピューティングデバイスのユーザに多くの利点をもたらす。例えば、光通信は、セルラーカバレッジまたはＷｉＦｉが存在しない場合であっても、長距離および高帯域幅の能力を提供することができる。さらに、光伝送は、ＦＣＣによって規制されていない。光通信はまた、電力要件が低く、エネルギ効率が高い。ユーザはまた、パーソナル装置（例えば、スマートフォン）を介して位置情報を提供することは必ずしも要求されずまたは位置を三角測量するセルラータワーを利用して位置情報を提供する必要もないことから、光通信を利用することが好ましい。
【０１８４】
光通信は、電波ベースの通信と比較して追加のセキュリティレベルを提供することができる。
例えば、狭いビーム幅を有する光ビームが生成されやすいため、いくつかの実施形態では、伝送された光信号は、狭い角度領域内に位置する光レシーバによってのみ受信される。情報を光学的に受信または送信することは、ユーザが自己の携帯電話サービスプランによって提供される限られたセルラーデータのいずれかを使用する必要はないことが理解される。
【０１８５】
図９は、ＯＴＡ８００の例示的な機能ブロック図を示している。ＯＴＡ８００は、データ入力電子機器９０４、データプリプロセッサ９０６、データ記憶装置９１０、制御入力電子機器９１２、および光トランスミッタＯＴ９０２を含む。他の実施形態では、単一のＯＴＡ８００は、任意数のＯＴ９０２を含むことができる。ＯＴ９０２は、データフォーマット変換器９１６、光源ドライバ９１８、電源９２０、光源９２２、ビーム形成光学系９２４、ＯＴ制御電子機器９２６、ならびにＯＴ９０２が出射する光ビームの水平および垂直指向方向を制御するチルトアクチュエータ９２８を含むことができる。
【０１８６】
ユーザは、コンピュータ、スマートフォン、または他のデジタルコンピューティングデバイスを利用して、ストリーミングビデオまたは他のデータのデータファイルをデータ入力電子機器９０４によってＯＴＡ８００に提供することができる。データ入力電子機器９０４は、ハードワイヤードデータ接続（例えば、ＵＳＢポート）、無線データ接続（例えば、ブルートゥース（登録商標））、またはその双方を介してデータを受け入れることができる。一例として、ユーザは、ローカル記憶装置（例えば、ハードドライブまたはＳＳＤ）、ネットワーク記憶装置、またはそのコンピューティングデバイス内のメモリから、データ入力電子機器９０４を介して１つ以上のデータファイルをアップロードすることができる。
様々な実施形態では、データ入力電子機器９０４は、他のデジタル機器から情報を受信するためのインターフェース、ポート、アンテナなどを含むことができる。
データ入力電子機器９０４は、ハードワイヤードデータ接続（例えば、ＵＳＢ、イーサネット（登録商標）ケーブル、ＳＡＴＡケーブルなど）および／または無線（例えば、ブルートゥース（登録商標）、ＷｉＦｉなど）を介して情報を受信することができる。
【０１８７】
ユーザはまた、データフォーマット変換器９１６、光源ドライバ９１８（例えば、光学的に伝送されるデータのビットレート、光出力強度、および光パルスデューティサイクルを指定するコマンド）、および／またはチルトアクチュエータ９２８（例えば、光ビームの水平および垂直指向方向を指定するコマンド）の任意数の動作を制御するためのコマンドを、制御入力電子機器９１２を介して入力するためにコンピューティングデバイスを利用することができる。
【０１８８】
制御入力電子機器９１２はまた、ユーザが、データプリプロセッサ９０６の動作を制御するコマンド、ならびにデータ記憶装置９１０の動作を制御するコマンド（例えば、記憶装置からファイルを削除するコマンドまたは１つ以上の指定された記憶ファイルを、ファイルを送信することができるＯＴ９０２に転送するコマンド）を入力することを可能にすることができる。制御入力電子機器９１２は、ハードワイヤードデータ接続（例えば、ＵＳＢ接続）、無線データ接続（例えば、ブルートゥース（登録商標））、またはその双方を介して、１つ以上のコンピューティングデバイスからそのような制御コマンド入力を受け入れることができる。様々な実施形態において、データ入力電子機器９０４および制御入力電子機器９１２は、１つ以上のデータ接続を共有してもよい。
様々な実施形態において、制御コマンドは、データ入力電子機器９０４を介して制御入力電子機器９１２によって受信されてもよい。
様々な実施形態において、制御入力電子機器９１２は、ＯＴＡ８００上で実行されるソフトウェアから制御コマンドを検索または受信してもよい。
【０１８９】
ＯＴＡ８００は、必要に応じて、データプリプロセッサ９０６によって入力データを前処理することができる。プリプロセッサ９０６は、任意の物理プロセッサまたは仮想プロセッサとすることができる。
いくつかの実施形態では、データは、ＯＴ９０２によって出力された変調光ビームの形態で伝送するためにそれを準備するように、編成、フィルタリング、圧縮、他のデータとの合成などを行うことができる。１人以上のユーザは、コンピューティングデバイスを利用して、異なる種類のデータファイル上でデータプリプロセッサ９０６によって実行されるべき所望の前処理を、制御入力電子機器９１２を介して入力される制御コマンドによって指定することができる。
【０１９０】
様々な実施形態において、ＯＴＡ８００は、３００〜５００ｋｂ／ｓの範囲のビットレートで光学的に伝送される入力データとして７２０ｐビデオファイルを許容することができる。
任意のビデオフォーマットが、標準または高精細フォーマットを含む入力データとして許容され、そして光学的に伝送されてもよいことが理解される。また、ＯＴＡ８００は、ビデオ、画像、オーディオ、テキストファイルなどを含む任意のファイルまたはファイルの組み合わせを光学的に送信することができることも理解される。
【０１９１】
ＯＴＡ８００内のデータ記憶装置９１０は、データ入力電子機器９０４を介して入力され、データプリプロセッサ９０６によって前処理されたデータを記憶することができる。データ記憶装置は、ハードドライブ、ＳＳＤ、ネットワーク記憶装置などを含む任意の記憶装置とすることができる。１人以上のユーザは、制御入力電子機器９１２を介して入力される制御コマンドによってデータ記憶装置９１０の動作を制御するためにコンピューティングデバイスを利用することができる。例えば、コマンドは、データ記憶装置９１０からデータファイルを削除するために発行されることができる。さらに、コマンドは、ファイル内の情報が光学的に送信されることができるように、データ記憶装置９１０に記憶されたファイルをＯＴ９０２に転送するために発行されることができる。
【０１９２】
様々な実施形態において、ＯＴＡ８００は、データ記憶装置９１０に記憶された前処理された入力データをデータフォーマット変換器９１６に提供することができる。そのような入力データを提供するコマンドは、１つ以上のコンピューティングデバイスから受信されたコマンドに基づいて、制御入力電子機器９１２によってデータ記憶装置９１０に発行されてもよい。データフォーマット変換器９１６の目的は、データを光伝送のための適切なフォーマットに変換することであってよい。変換プロセスは、送信されるデータが前方誤り訂正（ＦＥＣ）セグメントなどのセグメントに分割されるデータ分割を含むことができる。そのようなＦＥＣセグメントは、任意のサイズであってもよく、プロトコル（例えば、ＴＣＰ）を使用して回復（例えば、即時回復）を支援してもよい。一例では、セグメントが正しく受信されない場合、次のセグメントは回復情報を提供する。異なるデータセグメンテーション方法が使用されてもよいことが理解される。いくつかの実施形態では、データは全くセグメント化されなくてもよく、またはセグメンテーション手順は、ユーザから受信された制御入力に依存する任意のステップであってもよい。
【０１９３】
他の実施形態では、データフォーマット変換器９１６は、（例えば、回復を可能にするためにヴァンデルモンド行列に基づいて）エラー訂正のためにデータを配分することができる。そのようなデータ配分は、ユーザから受信した制御入力に依存する任意のステップであってもよい。データフォーマット変換器９１６はまた、データを光学的に伝送するための準備において、データのパラレル・シリアル変換を行うことができる。
【０１９４】
いくつかの実施形態では、データフォーマット変換器９１６は、データを光伝送のための適切なフォーマットに変換することができる。一例では、データフォーマット変換器９１６は、光レシーバにクロック信号を供給するゼロ復帰オン／オフキーイング（ＲＺ−ＯＯＫ）フォーマットにデータを変換することができる。データフォーマット変換器９１６は、オーバーフローエラーを防止してデータ最適化を改善するために、先入れ先出し（ＦＩＦＯ）をデータに組み込んで送受信することができる。所与のデータファイルからのデータに対するデータフォーマット変換器９１６によって実行される特定の一組の手順は、制御入力電子機器９１２を介してどの特定のデータフォーマット変換器コマンドが入力され、ＯＴ制御電子機器９２６を介してデータフォーマット変換器９１６に転送されたかに依存することができる。これらのデータフォーマット変換器コマンドは、データフォーマット変換器９１６によって実行される特定の手順の性質を変えることができる。例えば、特定のコマンドは、データセグメント化手順によって生成された各セグメントのビット数を以前の値から変更させることができるか、または他のコマンドは、特定の種類または複数の種類の１つ以上の特定のデータファイルまたは複数のファイルについて、データフォーマット変換処理からデータセグメント化手順を削除することができる。
【０１９５】
光源ドライバ９１８は、データフォーマット変換器９１６から光学的に伝送されたデータを受け入れ、電源９２０によって供給される電力を使用して、光源９２２を駆動するために適切な変調電気信号を出力する。光源ドライバ９１８の動作は、制御入力電子機器９１２を介して入力されるユーザコマンドによって制御され、ＯＴ制御電子機器９２６を介して光源ドライバ９１８に転送される。例えば、ビットレート、光出力パワーレベル、および光パルスデューティサイクルなどの変調出射光ビームの特性は、このようにして制御されることができる。
【０１９６】
いくつかの実施形態では、ＯＴ９０２は、チルトアクチュエータ９２８を備えることができる。
チルトアクチュエータ９２８は、出射光ビームの水平および垂直指向方向を変更することができる任意数のアクチュエータを含むことができる。任意の所与の時間に使用される特定の指向方向は、制御入力電子機器９１２を介して入力され且つＯＴ制御電子機器９２６を介してチルトアクチュエータ９２８に転送されるユーザコマンドによって制御される。
様々な実施形態では、チルトアクチュエータ９２８は、ビーム形成光学系９２４および／または光源９２２を移動させるための任意数のアクチュエータを含むことができる。
【０１９７】
ＯＴ制御電子機器９２６は、制御入力電子機器９１２を介して受信したユーザコマンドを、データフォーマット変換器９１６、光源ドライバ９１８、および／またはチルトアクチュエータ９２８を含むＯＴ９０２の異なる構成要素に転送する手段を提供する。いくつかの実施形態では、ＯＴ制御電子機器は、前述した構成要素の３つ全てを制御してもよく、他の実施形態では、これらの構成要素のうちの１つまたは２つのみを制御してもよい。
【０１９８】
様々な実施形態では、ビーム形成光学系９２４は、カスタムまたは市販の反射光学系および屈折光学系を含むことができる。
【０１９９】
様々な実施形態では、光源９２２は、１つ以上のカスタムまたは市販の光学放射器から構成されてもよい。例えば、光源９２２は、少なくとも１つの市販の近ＩＲ放射器を組み込むことができる。
【０２００】
特定の実施形態では、光源９２２は、８５０ｎｍの重心波長および１．４Ｗのピーク電力（例えば、１ビット出力パルスの間）を有するスペクトルを有する光放射を出射することができる。光源９２２は、任意の波長スペクトルを有する光放射を生成することができることが理解される。同様に、光源９２２は、任意の出射パワーレベルで光放射を生成することができる。
【０２０１】
光源９２２は、任意の光源とすることができる。
例えば、光源９２２は、インコヒーレント光放射器（例えば、ＬＥＤ）および／またはコヒーレント光放射器（例えば、レーザ）とすることができ、またはそれらを含んでもよい。いくつかの実施形態では、光源９２２は、放熱のためにベルクイスト（Ｂｅｒｑｕｉｓｔ）熱クラッドＬＥＤ基板上に取り付けられてもよい。光源９２２は、１ｍｍ×１ｍｍのダイサイズおよび／またはアクティブ放射器領域を有するＩＲ放射器であってもよい。光源９２２は、任意のサイズを有することができることが理解される。いくつかの実施形態では、光源９２２は、１つ以上のＯＳＲＡＭ  ＳＦＨ  ４２３５プラチナドラゴン高出力ＩＲ放射器を備えてもよい。ＯＳＲＡＭ  ＳＦＨ  ４２３５  ＩＲ放射器は、２４ＭＨｚの最大伝送ビットレートを有するが、光源９２２は、任意の伝送レートを有することができることが理解される。一例では、光源９２２のアクティブ放射器領域は１ｍｍ角であり、その最大伝送ビットレートは２４ＭＨｚとすることができる。
【０２０２】
様々な実施形態では、光源９２２が１Ｗの光出射パワーを生成するための電力は、３．５７９Ｗである。光源９２２は、１Ｗの光出射パワーを生成するために、任意量の電力（例えば、より多くのまたはより少ない電力）を利用してもよいことが理解される。
【０２０３】
光源ドライバ９１８は、データフォーマット変換器９１６によって提供されたフォーマットされたデータを利用して、光源９２２を駆動することができる。いくつかの実施形態では、光源ドライバ９１８は、光源９２２を駆動する高速ＭＯＳＦＥＴを含むことができる。ＭＯＳＦＥＴは、所望のデータ帯域幅を維持しながら高電流を供給するように選択することができる。
【０２０４】
光源９２２は、ビーム形成光学系９２４に供給される１つ以上の変調光ビームを生成することができる。ビーム形成光学系９２４は、光源９２２によって生成された各ビームを受光し、水平および垂直角度座標の関数として所望の強度分布を有する出射ビームに変換する。本明細書で説明するように、光源９２２は、近ＩＲ波長範囲の光放射を出射することができる。
【０２０５】
ビーム形成光学系９２４は、例えば、本明細書で論じられるコリメータ／ホモジナイザ光学系とすることができるかまたはこれを含むことができる。様々な実施形態では、ビーム形成光学系９２４は、正方形角度領域内で非常に均一である出射ビームを生成するために、反射「ワイングラス」コリメータ（本明細書でさらに説明される）および少なくとも１対の小型レンズアレイ（例えば、ケーラー小型レンズアレイ）（同様に本明細書でさらに説明される）を使用する。
【０２０６】
異なる目的のために異なるＯＴＡ８００が存在することができることが理解される。例えば、屋外で使用するように設計されたＯＴＡ８００は、長距離光伝送が可能な電子機器、放射器、およびトランスミッタなどを含むことができる一方で、屋内で使用するように設計されたＯＴＡ８００は、屋内用に設計され且つより短距離光伝送用の電子機器、放射器、およびトランスミッタを含むことができる。
【０２０７】
図１０は、いくつかの実施形態におけるデータの光ナローキャスト伝送のフローチャート１０００である。ステップ１００２において、ＯＴＡ８００は、光学的に送信されるデータを受信する。データは、任意数のファイルを含むことができる。データは、これに限定されるものではないが、例えば、ビデオ、パワーポイントスライド、オーディオ、文書、および／または画像を含むことができる。データは、異なる種類のメディアまたはファイルの任意の組み合わせ（例えば、ビデオ、スライド、オーディオ、文書、画像などの任意の組み合わせ）を含むことができる。
【０２０８】
ＯＴＡ８００は、任意のコンピューティングデバイスまたはコンピューティングデバイスの組み合わせからデータを受信することができる。いくつかの実施形態では、リモートコンピューティングデバイス（すなわち、ＯＴＡ８００に対して遠隔のコンピューティングデバイス）は、有線または無線ネットワークを使用してデータ入力電子機器９０４を介してデータの一部または全部をＯＴＡ８００に提供することができる。例えば、サーバは、１つ以上のネットワークを介して任意数のＯＴＡ８００に任意数のファイルを提供することができる。サーバは、複数のＯＴＡ８００に同じファイルまたは異なるファイルを提供することができる。
【０２０９】
様々な実施形態では、サーバは、エンティティまたはユーザについての任意数のＯＴＡ８００へのデジタルコンテンツの配信を調整および／または管理することができる。例えば、小売店は、任意数の異なる出口を有してもよく、そのうちの１つ以上は、任意数のＯＴＡ８００を含む。サーバは、任意数の異なる出口に配置された任意数のＯＴＡ８００に対して異なるデータまたは同じデータを送信することができる。サーバは、異なるＯＴＡ８００の間でコンテンツの更新または変更を提供するように制御または構成されてもよい。集中型サーバは、１つ以上の場所で任意数のＯＴＡ８００を介して一貫したおよび／または組織化されたメッセージングを提供することができ、それによってエンティティまたはユーザが一貫したメッセージングおよび／またはブランディングを提供することを可能にすることが理解される。
【０２１０】
同様に、集中型サーバは、任意数のエンティティに代わって任意数の場所で任意数のＯＴＡ８００を介して一貫したおよび／または組織化されたメッセージングを提供することができることが理解される。例えば、同じ集中型サーバは、２つの異なる小売店からファイル（例えば、ビデオ、画像、オーディオ、テキストなど）を受信することができる。集中型サーバは、第１の小売店の指示または構成に基づいて、１つ以上の異なるＯＴＡ８００に異なるファイルを提供することができる。同様に、集中型サーバは、第２の小売店の指示または構成に基づいて、他のファイルを１つ以上の他のＯＴＡ８００に提供することができる。このようにして、集中型サーバは、店舗、レストラン、ランドマーク、施設、私有住宅、官公庁などに任意数のＯＴＡ８００を介して光ナローキャスティングコンテンツを調整して提供するために任意数のエンティティによって使用されてもよい。
【０２１１】
ステップ１００４において、ＯＴＡ８００は、受信データを前処理する。例えば、データプリプロセッサ９０６は、ＯＴ９０２によって出力された変調光ビームの形態で伝送するためにデータを準備するために、編成、フィルタリング、圧縮、他のデータとの合成などを行うことができる。データは、ビデオ、テキスト、および／または画像の組み合わせを含むことができることが理解される。異なる種類のデータが異なる方法で前処理されてもよいことも理解される。例えば、ビデオデータは、ビデオコーデックを使用して圧縮ビデオファイルに変換され、他の種類のデータは、異なる方法で圧縮されてもよくまたは全く圧縮されなくてもよい。ステップ１００６において、データ記憶装置９１０は、前処理されたデータをメモリ（例えば、ハードディスク、ＳＳＤ、ネットワークメモリ、またはＲＡＭ）に記憶することができる。
【０２１２】
ステップ１００８において、（ＯＴ９０２内の）データフォーマット変換器９１６は、記憶されたデータを光伝送のための適切なフォーマットに変換する。変換プロセスは、データセグメンテーション、パラレル・シリアル変換、および／またはクロック信号を光レシーバに供給するＲＺ−ＯＯＫフォーマットなどの光伝送に適した信号フォーマットへの変換を含むことができる。ステップ１００８の一部として、データフォーマット変換器９１６はまた、オーバーフローエラーを防止してデータの最適化を改善するために、送受信ＦＩＦＯをデータに組み込むこともできる。データは、（例えば、回復を可能にするためにヴァンデルモンデ行列に基づいて）誤り訂正のために配分されてもよい。前述したデータフォーマット変換プロセスの１つ以上は任意であってもよく、または全く使用されなくてもよいことが理解される。例えば、いくつかの実施形態では、ステップ１００８は、データセグメント化プロセスを含まなくてもよい。１つ以上の実施形態では、前述した手順以外の１つ以上のデータフォーマット変換手順が完全なデータフォーマット変換プロセスの一部として実行されてもよいことも理解される。
【０２１３】
ステップ１０１０において、ＯＴＡ８００は、光源ドライバ９１８および光源９２２によって、ステップ１００８においてフォーマットされたデータを変調光ビームに変換することができる。光源ドライバ９１８は、データフォーマット変換器９１６からのデータ出力を入力として受け入れることができる。
その後、光源ドライバ９１８は、電源９２０によって供給される電力を使用して、光源９２２を駆動するために適切な変調電気信号を出力することができる。これらの変調電気信号は、光源９２２に変調光ビームの形態でデータを出力させることができる。
【０２１４】
ステップ１０１２において、ステップ１０１０において生成された変調光ビームは、所要の強度分布を有する変調光ビームに変換される。このステップは、光源９２２によって生成された変調光ビームを、ビームを水平および垂直角度座標の関数として必要な強度分布を有するビームに変換するビーム形成光学系９２４に通過させることによって達成されることができる。いくつかの実施形態では、光源９２２によって生成された変調光ビームは、既に所望のまたは必要な強度分布を有していてもよく、この場合、ビーム形成光学系９２４は、ＯＴＡ８００の一部として含まれなくてもよい。いくつかの実施形態では、ビーム形成光学系９２４は、正方形角度領域内で非常に均一である出射ビームを生成するために、反射「ワイングラス」コリメータ（本明細書でさらに説明される）および少なくとも１対の小型レンズアレイ（例えば、ケーラー小型レンズアレイ）（同様に本明細書でさらに説明される）を含むことができる。
【０２１５】
変調データは、ηｍｏｄの変調デューティサイクルを有し、その値は１未満である。変調デューティサイクルの一例では、変調デューティサイクルは、
2019193248.tif 000003
として定義されることができ、τは、光バイナリ１ビット（すなわち、バイナリ１ビットを表す単一の送信光パルス）の持続時間であり、τｉｎｔは、送信された一連のビットにおけるビットの開始から次のビットの開始までの時間間隔である。量τｉｎｔはまた、ＯＴＡ８００から信号を受信するために使用される光レシーバアセンブリ（ＯＲＡ）の有効積分時間でもある。ビットレートＢは、Ｈｚ単位で、τｉｎｔの逆数であるため、上記式は、
2019193248.tif 000004
として記載されることもできる。
【０２１６】
様々な実施形態では、ビット誤り確率Ｐｅｒｒｏｒは、システム内のノイズが、任意の所与の光学的に送信されたビットを光レシーバによって誤って解釈させる（すなわち、１ビットを０ビットとして解釈する、またはその逆）確率として定義される。いくつかの実施形態では、システムは、中心波長λｃおよび波長範囲Δλを有する単一の光チャネルを利用することができる。異なる光波帯を使用する複数の光チャネルを有するシステムの場合、性能分析は、各チャネルに対して別個に行われなければならない。
【０２１７】
図１１は、例示的なＯＴＡ８００の図である。
ＯＴＡ８００は、ビーム形成光学系９２４とともに搭載されたヒートシンク１１１４が取り付けられた光源９２２を含むことができる。この場合の光源９２２は、ＯＳＲＡＭ  ＳＦＨ  ４２３５  ＩＲ放射器である。ヒートシンク１１１４は、光源９２２と熱接触する熱伝導構造であり、光源９２２から熱を放射するために１つ以上の熱伝導性のフィン形状の構造を組み込み、それによってその必要な平均光出力パワーを維持し且つ熱的損傷を防止するために十分に冷たさを保持する。
【０２１８】
ビーム形成光学系は、反射ワイングラスコリメータ１１００と、２つの同一の小型レンズアレイ１１０８および１１１０とを備える。
３つの別個の反射構成要素１１０２、１１０４、および１１０６を含むことができるワイングラスコリメータ１１００は、光源９２２に結合され、および／または光源９２２からの光ビームを受光することができる。別個の反射構成要素１１０２、１１０４、および１１０６のそれぞれの内面の内部は、少なくとも部分的に反射性であってもよい。
別個の反射構成要素１１０２、１１０４、および１１０６の外面は、反射性でなくてもよい。
【０２１９】
別個の反射構成要素１１０２、１１０４、および１１０６は、ワイングラスコリメータ１１００を形成するようにともに結合されてもよい。
本明細書で説明するように、ワイングラスコリメータは、楕円部および放物面部とすることができるかまたはそれらを含むことができる。
構成要素１１０２および１１０４は、楕円部を形成するように結合されてもよい。
いくつかの実施形態では、構成要素１１０２および１１０４は、楕円部の最も広い直径（例えば、本明細書でさらに説明される広い中間体の中央）に結合される。
構成要素１１０６は、構成要素１１０２とは反対側の構成要素１１０４の側方に結合されてもよい。
構成要素１１０６は、ワイングラスコリメータの放物面部を含むことができる。
いくつかの実施形態では、構成要素１１０２、１１０４、および１１０６は、ワイングラスコリメータの光軸が光源と位置合わせされるように、ワイングラスコリメータの楕円部および放物面部を位置決めおよび位置合わせする。
【０２２０】
ワイングラスコリメータ１１００の反射光学面は、光源９２２の発光素子を略中心とする光軸を中心に回転対称であってもよい。いくつかの実施形態では、ワイングラスコリメータ１１００の反射面は、ワイングラスコリメータ１１００によって生成されたコリメートされたビームの水平および垂直ビーム幅を低減または最小化するために、楕円形に近い形状を有することができるが、楕円形から大幅に逸脱してもよい形状を有することができる２つの反射構成要素１１０２および１１０４の反射面を含むことができる。反射構成要素１１０６の反射面を含むワイングラスコリメータ１１００の反射面の第２の部分は、ワイングラスコリメータ１１００によって生成されたコリメートされたビームの水平および垂直ビーム幅を低減または最小化するために、放物面に近い形状を有することができるが、放物面から大幅に逸脱してもよい形状を有することができる。
【０２２１】
所定の位置に小型レンズアレイ１１０８および１１１０を有しないワイングラスコリメータ１１００によって生成された出射光ビームは、正方形角度領域内で若干均一な水平および垂直角度座標の関数として強度分布を有することができる。１対の小型レンズアレイ１１０８および１１１０は、ビーム形成光学系９２４によって出射される光ビームの強度分布の均一性を改善するかまたは略改善することができ、これにより、その正方形角度領域内に位置する任意の２つ以上の同一のＯＲＡについて実質的に同じとすることができるレシーバの通信範囲を提供する。いくつかの実施形態では、１対の小型レンズアレイ１１０８および１１１０は、ワイングラスコリメータによって生成された出射ビームを、正方形角度領域よりもむしろ、矩形または六角形角度領域内で非常に均一な強度分布を有するビームに変換することができる。
【０２２２】
小型レンズアレイ１１０８および１１１０は、例えば、１対のケーラー小型レンズアレイを備えてもよい。小型レンズアレイについては、本明細書でさらに説明する。小型レンズアレイ１１０８および１１１０は、構造ユニット１１１２によって離隔されるおよび／または位置決めされてもよく、２つの小型レンズアレイ間の間隔は、各アレイの各小型レンズの焦点距離に略等しい。小型レンズアレイ１１０８および１１１０は、ワイングラス１１００コリメータの射出瞳の前方に配置されてもよく、この射出瞳は、反射構成要素１１０６のより大きい開口である（すなわち、図１１の断面図における１１０６の最も右側の開口）。
【０２２３】
様々な実施形態では、ワイングラスコリメータ１１００および１対の小型レンズアレイ１１０８および１１１０を含むことができるビーム形成光学系９２４は、光源９２２の光出力を８°平方の角度領域内にある非常に均一な強度分布を有する出射光ビームに変換することができる。ビーム形成光学系９２４は、様々な実施形態において、光源の出力を、任意の正方形、矩形、または六角形の角度領域内で非常に均一な強度分布を有する出射光ビームに変換することができることが理解される。
【０２２４】
その均一な正方形出射光ビームのために、それ自体の光源９２２をそれぞれ有するビーム形成光学系９２４のこの設計の複数のコピーは、水平方向および／または垂直方向に８°よりも広い出射光ビームを生成する単一のＯＴＡ８００内でともに使用することができる。本明細書で説明するように、光源（例えば、図９の光源９２２）は、８６０ｎｍのピーク出力波長を有する１Ｗの近ＩＲ固体放射器とすることができる。ビーム形成光学系９２４は、１８．５ｍｍの有効開口直径および３０．５ｍｍの全長を有することができる。
【０２２５】
様々な実施形態では、適切なＯＲＡとともに使用される場合、ＯＴＡ８００は、昼間に４００ｍを超え、夜間に１２００ｍを超える距離にわたって、１ＭＨｚのビットレートおよび１０−９のビットエラー確率で情報転送を可能にすることができる。このデータレートは、ライブストリーミングされたＨＤビデオの伝送を可能にする。
【０２２６】
図１２ａおよび図１２ｂは、光源９２２からトレースされた光線を有するビーム形成光学系９２４の２つの異なる３次元斜視図を示している。光源９２２自体は、これらの２つの図には示されていないことに留意すべきである。また、図１２ａおよび図１２ｂには、ワイングラスコリメータの反射光学面のみが示されており、この光学面を取り囲む機械的構造は、これら２つの図には示されていないことにも留意すべきである。図１２ａは、楕円部１２００および放物面部１２０２を含むことができるワイングラスコリメータ１１００ならびに小型レンズアレイ１１０８および１１１０を示している。一例では、小型レンズアレイ１１０８および１１１０は、出射強度分布の均一性を改善する２つの同一のケーラー小型レンズアレイである。
【０２２７】
楕円部１２００は、回転対称であってもよい。
楕円部１２００は、狭い入射瞳、より広い中間体、および狭い円形射出瞳を含むことができる。
狭い入射瞳は、中間体の最大直径よりも小さい直径を有する円形とすることができる。
狭い入射瞳は、光源からの光を受光するように配置されてもよい。
広い中間体の直径は、狭い入射瞳から狭い入射瞳の直径よりも大きい直径まで広がり、次に狭い円形の射出瞳に向かって縮小することができる。
【０２２８】
放物面部１２０２はまた、回転対称であってもよい。
放物面部１２０２は、狭い円形の入射瞳および広い射出瞳を含むことができる。
放物面部１２０２の直径は、狭い円形の入射瞳から広い射出瞳の直径まで広がっている。
放物面部１２０２の射出瞳の直径は、ワイングラスコリメータの反射面の最大直径であってもよい。
狭い円形の入射瞳は、楕円部１２００の狭い円形の射出瞳であってもよいし、結合されてもよい。
そのため、放物面部１２０２の狭い円形の入射瞳の直径は、楕円部１２００の狭い円形の射出瞳の直径と同じであってもよい。
【０２２９】
第２の図において、図１２ｂは、光源９２２からトレースされた光線を有するビーム形成光学系９２４の異なる斜視図を示している。様々な実施形態では、ワイングラスコリメータ１１００の長さは１インチ未満である。
【０２３０】
図１３は、光源からのトレース光線を有する例示的なビーム形成光学系の側面図を示している。
ビーム形成光学系は、１２．５ｍｍの長さの放物面部１２０２を有するコリメータを含むことができる。
部分１２０２は、任意の長さであってもよいことが理解される。
【０２３１】
図１４は、例示的な軸対称反射型コリメータ１４００（例えば、ワイングラスコリメータ１１００）の断面図である。光源１４０２は、任意の光放射源（例えば、図９の光源９２２）であってもよく、光ビームをコリメータ１４００に提供するように配置されてもよい。いくつかの実施形態では、光源１４０２または光放射器１４０２の発光面は、コリメータ１４００（例えば、ワイングラスコリメータ１１００）の入射瞳に配置される。
【０２３２】
いくつかの実施形態では、ワイングラスコリメータ１１００は、光源９２２の放射面を無限に再結像してコリメートされた出射ビームを生成する。コリメートされたビームは、１対の小型レンズアレイ１１０８および１１１０を通って伝搬し、８°平方の角度領域内で非常に均一な強度分布を有する光ビームとして出射することができる。小型レンズアレイ１１０８および１１１０は、この正方形角度領域内で平坦な（すなわち均一な）強度分布を有するようにビームを均質化することができ、ＯＴＡ８００から同距離にあり且つ上述した正方形角度領域内に位置する２つ以上の同一のＯＲＡに対して均一またはほぼ均一な信号強度を提供する。様々な実施形態において、出射光ビームが非常に均一である角度領域は、正方形ではなく矩形または六角形とすることができることが理解される。
【０２３３】
図１４において、コリメータ１４００は、２２ｍｍより僅かに短い長さおよび１８．５ｍｍの射出瞳直径を有する。コリメータ１４００は、２２ｍｍよりも長くても短くてもよく、１８．５ｍｍよりも大きいまたは小さい（例えば、２０ｍｍ、１８ｍｍなど）の射出瞳直径を有してもよいことが理解される。一例では、コリメータ１４００は、１８．５１１ｍｍの射出瞳直径および２１．５０ｍｍの全長を有することができる。コリメータ１４００の中央遮蔽は、６．５３６ｍｍの直径を有することができる。
【０２３４】
測定値はミリメートルで表されているが、コリメータ１４００は、ミリメートルの小数部を含む任意の長さであってもよいことが理解される。
【０２３５】
図１５は、ビーム形成光学系９２４に使用するためのワイングラスコリメータ１１００の例の３次元図を示している。コリメータは、３つの反射光学構成要素１１０２、１１０４、および１１０６を含むことができる。図１５は、いくつかの実施形態において、３つの反射構成要素１１０２、１１０４、および１１０６がワイングラスコリメータを形成するようにどのようにして組み合わさることができるかを示している。小型レンズアレイ１１０８および１１１０は、反射構成要素１１０６の射出瞳の前方にあってもよい。
【０２３６】
反射構成要素１１０２、１１０４、および１１０６は、任意数の方法で製造することができる。例えば、それらは、光学面がその形状の＋０．０１０インチ以内になるように、それぞれがアルミニウムからほぼ正味の形状に変わる３部製造プロセスで製造することができる。そして、構成要素は、ダイヤモンド旋削され、必要な光学面形状を生成することができる。そして、各構成要素の光学面は、光源９２２の光波帯において非常に反射性である反射コーティングによってコーティングすることができる。
【０２３７】
図１６は、例示的な小型レンズアレイ１６００を示している。本明細書で説明されるように、小型レンズアレイ１６００は、１対のケーラー小型レンズアレイのうちの１つとすることができる。コリメータ１１００のビーム出射の経路に（例えば、ワイングラスコリメータ１１００の射出瞳の前方に）配置された２つの小型レンズアレイがあってもよい。図１６に示すように、小型レンズアレイ１６００は、正方形開口を有する同一の小型レンズの正方形アレイを含むことができ、小型レンズアレイ１６００の開口が円形になるようにアレイは切り取られる。小型レンズアレイ１６００は、第２の側に対向する第１の側を有することができ、第１の側は、第２の側よりもワイングラスコリメータ１１００に近い。小型レンズアレイ１６００の第１の側の小型レンズは、同一の凸球面形状輪郭を有してもよい。第１の側の凸球面小型レンズ表面は、物理的に実現可能な凸面湾曲を有することができる。一例では、小型レンズアレイ１６００の第１の側の各小型レンズは、３．６９５ｍｍの曲率半径を有する。小型レンズアレイ１６００の第１の側は、コリメータ１１００の射出瞳に向かって面していてもよい。小型レンズアレイ１６００の第２の側（第１の側の反対側）は、平面であってもよい。
【０２３８】
一例では、各小型レンズアレイは、Ｓｃｈｏｔｔ  Ｂ２７０ガラス製とすることができる。各アレイは、２０ｍｍの開口径に切り取られている小型レンズの２０×２０の正方形アレイを有して１．２ｍｍの厚さとすることができる。アレイにおける各小型レンズは、１ｍｍ平方の開口を有する。Ｂ２７０ガラスの屈折率は、８５０ｎｍの波長に対して１．５１５５５である。各小型レンズの焦点距離は、７．１７ｍｍとすることができる。２つの小型レンズアレイの平面間の分離は、７．５ｍｍとすることができる。一例では、ワイングラスコリメータ１１００およびケーラー小型レンズアレイを含むビーム形成光学系９２４の全長は３０．５０ｍｍである。
【０２３９】
各小型レンズアレイは、任意の透明な屈折光学材料から構成されてもよく、任意の厚さであってもよく、任意の波長に対して任意の屈折率を有してもよいことが理解される。焦点距離は、７．１７ｍｍよりも大きくても小さくてもよく、小型レンズアレイ間の分離は、任意の距離であってもよい。ビーム形成光学系９２４の長さは、任意の値を有することができる。
【０２４０】
図１７は、例示的な１対の小型レンズアレイ１７００を示している。いくつかの実施形態では、１対の小型レンズアレイ１７００は、１対のケーラー小型レンズアレイの代わりにまたはそれに加えて設けられることができる。小型レンズアレイ１７００は、様々な実施形態において、（例えば、アクリルで）光学的に印刷されることができる。一例では、小型レンズアレイ１７００は、ＵＶ硬化前に添加剤アクリルインク液滴を用いて印刷されることができる。
【０２４１】
例示的なＯＴＡ８００の性能は、以下のように説明される。この例では、ＯＴＡ８００は、８５０ｎｍの重心波長、７５ｎｍのピーク光帯域幅の５％における全幅、および１．４Ｗのピーク光出力パワー（例えば、１ビットパルス中）を有するＩＲ放射器を含む。アクティブ放射器領域は、一辺が１ｍｍの正方形とすることができ、最大伝送ビットレートは２４ＭＨｚとすることができる。ビーム形成光学系は、本明細書に記載されたように、ワイングラスコリメータ１１００と、ケーラー小型レンズアレイである小型レンズアレイ１１０８および１１１０とを含むことができる。
【０２４２】
この例の性能を計算する際、ビーム形成光学系の光学効率は、ηｔｒａｎｓ＝０．８０と仮定される。例示的なＯＴＡ８００において使用されるビーム形成光学系は、１ｍｍ平方の光源からの光束を強度均一性の高い８°平方の出射ビームに効率的に伝達するように設計されている。１ｍｍ平方の均一なランベルト放射器として定義される理想化された光源９２２から８°平方の出射ビームへの光束の伝達効率は、約８２．２％とすることができる。しかしながら、いくつかの実施形態では、光源９２２の発光素子は、ビーム形成光学系によって集光されることができる前に、光の一部が孔の壁における材料によって散乱されるように、光源９２２のベースの浅い孔の底部に取り付けられてもよい（例えば、ＯＳＲＡＭ  ＳＦＨ  ４２３５  ＩＲ放射器のベースにおける浅い孔の底部に取り付けられるＩＲ放射ダイ）。その結果、そのような理想化されていない光源９２２の光束伝達効率は、４９．８％とすることができる。これは、ソースのエタンデュを著しく増加させ、光の多くが所望の８°平方の角度領域に伝達されることを防止する。
【０２４３】
図１８Ａ、Ｂ〜図２０Ａ、Ｂは、本明細書に記載された例示的なＯＴＡシステム（例えば、ＯＴＡ８００）の性能を示すグラフを示している。図１８Ａは、いくつかの実施形態において前述したワイングラスコリメータ１１００ならびに小型レンズアレイ１１０８および１１１０からなる単一のビーム形成光学系によって生成される水平角および垂直角の関数としての出力強度分布の表面プロットである。この強度分布を生成するのに使用される光源９２２は、１．４Ｗの光出力パワーで動作する、ＯＳＲＡＭ  ＳＦＨ  ４２３５  ＩＲ放射器であった。ビーム形成光学系および光源は、８°平方の角度領域内で非常に均一な強度出力を生成するように配向され、各平方領域の上縁および下縁は、水平角度座標軸に平行に配向された。強度分布は、無損失の光学材料および光学面を用いたレイトレーシングシミュレーションによって生成された。ここで、「無損失」という用語は、強度分布を生成するために使用されるレイトレーシングシミュレーションにおいて、ワイングラスコリメータ１１００の反射面が１００％の反射率を有し、２つの小型レンズアレイ１１０８および１１１０のそれぞれの各側における光学面が１００％の透過率を有し、２つの小型レンズアレイ１１０８および１１１０を通って伝搬する光線の光パワーのバルク吸収損失がゼロであったことを意味する。実際の光学面および光学材料は、無損失ではない。無損失光学材料および表面を用いて強度出力を推定するために、図１８ａの強度分布は、光学材料に関連する全ての損失係数（すなわち、バルク吸収損失）および表面の積を強度値に乗算することによって適切にスケーリングされることができる。レイトレーシングシミュレーションにおいて使用される光源モデルは、ＯＳＲＡＭ  ＳＦＨ  ４２３５  ＩＲ放射器のゴニオメトリック測定から生成された光線データであった。このために使用されたゴニオメトリックデータセットは、ＯＳＲＡＭによって提供された。
【０２４４】
図１８Ｂは、いくつかの実施形態において図１８Ａの結果を生成するために使用される同種類の６つの同一のビーム形成光学系によって生成された角度の関数としての複合出力強度分布の一部の表面プロットである。１．４Ｗの光出力パワーで動作するＯＳＲＡＭ  ＳＦＨ  ４２３５  ＩＲ放射器が６つのビーム形成光学系のそれぞれにおける光源９２２として使用された。各ビーム形成光学系およびその関連する光源は、８°平方の角度領域内に非常に均一な強度出力を生成するように配向され、各平方領域の上縁および下縁は、水平角度座標軸に平行に配向された。６つのビーム形成光学系の全てが同じ垂直方向に向けられたが、隣接するビーム形成光学系は、６つのビーム形成光学系の合成出力が４８°の水平方向の幅および８°の垂直方向の幅の矩形角度領域において非常に均一な強度分布であるように、８°だけ異なる水平方向に向けられた。図１８ａの結果を生成するために使用された同じ種類のレイトレーシングシミュレーションおよび光源モデルが、図１８Ｂの結果を生成するために使用され、全ての光学面および光学材料は無損失であった。
【０２４５】
図１９Ａは、図１８Ａにおいて表面プロットとして示されるいくつかの実施形態における単一のビーム形成光学系によって生成される同じ強度分布の中心および垂直エッジを通る垂直スライス（すなわち、８°平方の均一領域の中心に対して水平角度座標−４°、０°、および＋４°を通る垂直スライス）のグラフである。
【０２４６】
図１９Ａからわかるように、強度は、均一性の高い上述した８°平方の角度領域内で約３６Ｗ／ｓｒである。この領域のエッジ（すなわち、領域の中心から±４°の垂直エッジ）において、強度は約２５Ｗ／ｓｒである。
【０２４７】
図１９Ｂは、図１８Ｂの表面プロットとして示されるいくつかの実施形態においてビームの中心を通り且つ６つのビーム形成光学系によって生成される同じ強度分布の中心に対して±４°の水平座標における垂直スライスのグラフである。
【０２４８】
図１９Ｂからわかるように、強度は、均一性の高い上述した４８°×８°の矩形角度領域の中心付近の垂直ビーム幅に沿って約４４Ｗ／ｓｒである。中心から±４°の水平座標を通る垂直スライスに沿って、この矩形角度領域内の強度は約４２Ｗ／ｓｒである。
【０２４９】
図２０Ａは、図１８Ａにおいて表面プロットとして示されるいくつかの実施形態における単一のビーム形成光学系によって生成される同じ強度分布の中心および垂直エッジ付近を通る水平スライス（すなわち、８°平方の均一領域の中心に対して垂直角度座標−３．９５°、０°、および＋３．９５°を通る水平スライス）のグラフである。
【０２５０】
図２０Ａからわかるように、強度は、均一性の高い上述した８°平方の角度領域内で約３６Ｗ／ｓｒである。この領域のエッジの付近（すなわち、領域の中心に対して±３．９５°の垂直座標）において、強度は約３５Ｗ／ｓｒである。出射光ビームの水平および垂直角度幅は、任意の値を有することができ、強度レベルは、ビームの水平および垂直範囲内の任意の値を有することができることが理解される。
【０２５１】
図２０Ｂは、図１８Ｂの表面プロットとして示されるいくつかの実施形態においてビームの中心を通り且つ６つのビーム形成光学系によって生成される同じ強度分布の中心に対して±３．９５°の垂直座標における水平スライスのグラフである。
【０２５２】
図２０Ｂからわかるように、強度は、均一性の高い上述した４８°×８°の矩形角度領域の中心に対して水平方向に−９．５°から＋９．５°の間のビームの水平中心線に沿って約４４Ｗ／ｓｒである。中心から±３．９５°の水平座標を通る水平スライスに沿って、水平方向に−９．５°から＋９．５°の間のこの矩形の角度領域内の強度は約４２Ｗ／ｓｒである。
【０２５３】
図２１は、複数の光源２１０６ａ〜ｃおよびビーム形成光学系２１０８ａ〜ｃを利用する例示的なＯＴＡの簡略化された概略図を示している。それ自体の光源２１０６ａ〜ｃをそれぞれ利用するビーム形成光学系２１０８ａ〜ｃの１つ以上の設計の複数のコピーは、それ単独でビーム形成光学系のいずれか１つによって生成されるものよりも広い出射ビームを生成するために、単一のＯＴＡ内でともに使用されることができる。いくつかの実施形態では、水平および／または垂直角度ビーム幅が増加し、および／または特定の立体角領域内の強度が増加した合成出射光ビームを生成するために、それ自体の光源をそれぞれ利用する複数のビーム形成光学系が使用されることができる。
【０２５４】
様々な実施形態において、（例えば、ユーザのコンピューティングデバイスからの）ソフトウェア２１０２は、制御電子機器２１０４（例えば、図８および図９のＯＴＡ８００内の電子機器）に転送するためにファイルを提供することができる。制御電子機器は、これらのファイルにおける情報を、光源２１０６ａ〜ｃを駆動するための適切な電気信号に変換することができる。
【０２５５】
各光源は、変調光ビームを生成することができ、その変調は、上述したファイルに含まれる情報を表す。光源２１０６ａ〜ｃのそれぞれからの変調光ビームは、複数のビーム形成光学系２１０８ａ〜ｃのそれぞれ１つ（例えば、ワイングラスコリメータ１１００ならびに１対の小型レンズアレイ１１０８および１１１０）によって必要な強度分布を有する変調出射光ビームに変換される。図２１は、３つの光源２１０６ａ〜ｃおよび３つのビーム形成光学系２１０８ａ〜ｃの制御を示しているが、任意数の光源および任意数のビーム形成光学系があってもよいことが理解される。
【０２５６】
光源２１０６ａ〜ｃは、時間の関数としてのそれらの変調された光出力が同一であるように、同一の同期電気駆動信号によって駆動されてもよい。図２１においては屈折として示されているが、光学系は、屈折、反射および／または回折を利用することができる。ビーム形成光学系２１０８ａ−ｃによって出射されたビームは、角度出射領域と呼ばれる所望の２次元角度ゾーンにわたって所望の強度分布を有する合成出射ビームを生成するように結合することができる。
【０２５７】
複数のＯＴを含むＯＴＡは、任意の所望の方法で配向された１つ以上のＯＴを有することができることに留意すべきである。例えば、ＯＴＡは、第２のＯＴに対して９０°に配向された第１のＯＴを有することができる。そのような構成は、２つの異なる経路（例えば、２つの道に沿った、ＯＴＡはそれらの２つの道の隅部に位置する）の合流点に配置されるとき、ＯＴＡが２つの異なる経路に沿って光ビームを出射するために使用されることを可能にする。他の配向も可能であり、本明細書で想定される。
【０２５８】
そのようなタイル状に出射される１つ以上の光ビームは、光ビーコン、光信号、またはそれらの何らかの組み合わせであってもよいことにさらに留意すべきである。例えば、光信号および光ビーコンは、伝送のために時間的にインターリーブされてもよい。例えば、光信号および光ビーコンは、光ビームまたは光ビームの一部が光信号である／信号情報を含むことを示す第１の識別子と、光ビームまたは光ビームの一部が光ビーコンである／ビーコン情報を含むことを示す第２の識別子とを用いて、適切に識別されることができる。例えば、光ビームは、光ビーコンによって変調された光信号を含むことができ、例えば光信号を表す変調自体が光ビーコンを表す変調によって変調される。光信号を伝送するために使用されるデータレートは、光ビーコンを伝送するために使用されるデータレートとは異なっていてもよい。例えば、光信号データレートは、光ビーコンデータレートよりも高くてもよい。異なる光波長帯域を使用して光信号および光ビーコンを伝送することができ、各光波長帯域は異なることができ、重複しない。
【０２５９】
様々な実施形態では、ＯＴＡ８００は、２つの異なる種類の変調光ビーム、すなわち光ビーコンおよび光信号を伝送することができる。これら２つの種類の変調光ビームは、それらの機能に関して本明細書で説明される。光ビーコンおよび光信号がＯＮＳにおいてそれぞれの目的に役立つために、２つの種類の変調光ビームを区別する効果的な方法が採用されることが必要である。さもなければ、ＯＲＡは、光ビーコンまたは光ビーコンの一部を光信号または光信号の一部として誤って解釈する可能性がある。同様に、ＯＲＡは、光信号または光信号の一部を光ビーコンまたは光ビーコンの一部として誤って解釈する可能性がある。
【０２６０】
光ビーコンと光信号とを区別する可能な方法についてここで説明する。光信号と区別可能な光ビーコンを生成するために本明細書に提示されたもの以外の有効な方法がいくつでも存在することができることが理解される。本明細書で説明する方法は、（１）スペクトル分離、（２）時間的分離、および（３）二重変調を含む。
【０２６１】
ＯＲＡが光ビーコンと光信号とを区別することを可能にする直接的な方法は、スペクトル分離を使用することである。一例では、光ビーコンに使用される光波帯域（光波長帯域とも称することができる）は、光信号に使用される光波帯域とは別個である。例えば、ＯＴＡ８００は、８００〜９００ｎｍの範囲の波長スペクトルを有する近ＩＲを出射する光源を変調することによって光ビーコンを生成することができる。ＯＴＡ８００はまた、９００〜１０００ｎｍの範囲の波長スペクトルを有する近ＩＲを出射する光源を変調することによって光信号を生成することができる。そのようなＯＴＡによって伝送される光ビームを受光するためのＯＲＡは、８００〜９００ｎｍの範囲の波長に対してのみ有意な感度を有する（本明細書で説明する）ＯＢＲおよび９００〜１０００ｎｍの範囲の波長に対してのみ有意な感度を有する（本明細書で説明する）ＯＳＲを使用することができる。ＯＢＲおよびＯＳＲの互いの帯域内の波長を有する光放射に対する感度が十分に低い限り、光ビーコンが光信号と混同される可能性、およびその逆は無視することができる。
【０２６２】
さらに、光ビーコンに使用されるビットレートが光信号に使用されるものと大幅に異なる場合、電子帯域通過フィルタリングは、光ビーコンおよび光信号が互いに混同される可能性をさらに低減することができる。光ビーコンに含まれる情報の量は、通常、光信号に含まれる情報の量よりはるかに少ないため、光ビーコンが光信号よりも著しく低いビットレートを使用することは一般に問題ではない。いくつかの実施形態では、スペクトル分離を伴う光ビーコンおよび光信号の生成を可能にするために、別個のトランスミッタ光学系および光源をＯＴＡにおいて使用することができる。
同様に、光ビーコンおよび光信号の双方を受信できるようにするために、別個のレシーバ光学系および検出器（または検出器アレイ）を必要とする場合がある。
【０２６３】
図２２は、８００〜９００ｎｍ帯域で動作する光ビーコンならびに９００〜１０００ｎｍ帯域で動作する光信号についての時間の関数としての（任意単位での）光パワー出力の例を示しており、光ビーコンおよび光信号のビットレートは、それぞれ、３３３．３３ｋＨｚおよび１ＭＨｚである。光ビーコンと光信号の双方に使用される符号化方式は、１ビットがパルスの存在によって表され、０ビットがパルスの不在によって表されることである。図２２の上側のプロット２２００は、３３ｍｓの全持続時間を有する時間間隔の間の光ビーコンの時間の関数としての光出力パワーを示している。図の下側のプロット２２０２は、同じ時間間隔の間の光信号の時間の関数としての光出力パワーを示している。
【０２６４】
光信号と区別可能な光ビーコンを可能にする第２の方法は、時間的分離である。名称が示すように、本方法は、光ビーコンをスペクトル的にではなく時間的に光信号から分離する。この例では、任意の所与の時間において、ＯＴＡ８００は、光ビーコンまたは光信号のいずれかを出射するが、同時に双方を出射することはない。そのようなＯＴＡは、光ビーコンおよび光信号の伝送間で交互にしてもよい。いくつかの実施形態では、ＯＲＡは、光ビーコンの最初におけるヘッダの存在を探すことにより、そのようなＯＴＡからの光ビーコンまたは光信号を現在受信しているかどうかを判定することができる。そのようなヘッダは、光ビーコンの開始を示す固有の一連の送信された１ビットおよび０ビットを含むことができる。光信号の伝送の開始をマーキングするために異なるヘッダが使用されてもよく、あるいは、伝送された各光ビーコンは、光ビーコンの伝送がいつ終了し且つ光信号がいつ始まったのかをＯＲＡが常に知るように標準数のパルスを含むことができる。光ビーコンは、通常、光信号に対して非常に少量の情報しか含まないことから、光ビーコンを伝送するためにＯＴＡによって費やされる時間量は、（双方のビットレートが同じであると仮定して）光信号を伝送するために費やされる時間量に対して通常は非常に小さい（例えば、２％）。時間的分離法の１つの利点は、光ビーコンと光信号の双方を生成するために、ＯＴＡが単一の光源と単一の波帯で動作する単一のトランスミッタ光学系を使用することができることである。同様に、ＯＲＡは、光ビーコンと光信号の双方を受信するために単一のレシーバ光学系と単一の検出器（または検出器アレイ）を使用することができる。すなわち、同じレシーバ光学系および検出器（または検出器アレイ）は、時間的に分離された光ビーコンおよび光信号を受信するように設計されたＯＲＡ内のＯＢＲおよびＯＳＲとして機能することができる。
【０２６５】
光ビーコンと光信号とを区別することを可能にする本明細書で説明する第３の方法は、二重変調である。本方法では、ＯＴＡは、光ビーコンの比較的低ビットレート変調を有する単一の変調光ビームを、光信号の比較的高いビットレート変調と組み合わせて伝送する。このようにして、光ビーコンおよび光信号が合成されて単一のビームになる。これは、単一の光源と単一のトランスミッタ光学系を使用して単一の光波帯で動作するＯＴＡを使用して二重変調法が実施されることを可能にする。
【０２６６】
図２３は、二重変調の例のための伝送される出力ビームの時間波形の３つのプロットを示している。「時間波形」は、本明細書では、変調光ビームの時間の関数としての出力光パワーとして定義される。上側のプロット２３００は、光ビーコンの例示的な時間波形を示す一方で、中間のプロット２３０２は、同じ時間間隔の間の光信号の例示的な時間波形を示している。スペクトル分離法に関して説明したように、光ビーコンおよび光信号のこの例は、２つの異なる波帯で同時に伝送することができる。しかしながら、代替方法は、所望の光ビーコンと所望の光信号の双方の時間波形によって変調される（単一の波帯内の）単一のビームを使用することである。変調には双方の時間波形が含まれるため、この変調は、単一の光源およびトランスミッタ光学系が光ビーコンおよび光信号の双方として働く単一のビームを伝送することができるという利点を有する。合成された二重変調波形がプロット２３０４に示されている。二重変調の２つの成分（すなわち、光ビーコン成分および光信号成分）の振幅は、そのような二重変調光ビームを受光するために使用されるＯＢＲおよびＯＳＲの既知の特性に基づいて、光ビーコンおよび光信号の双方に対してほぼ同じ通信範囲を提供するように調整されることができる。対応する光信号よりも著しく低い（例えば、１００倍）ビットレートを有する光ビーコンについては、例えば電気帯域通過フィルタリングを用いてＯＢＲおよびＯＳＲが二重変調された伝送光ビームの光ビーコンと光信号成分との間で区別されることは困難ではない。光ビーコンの情報コンテンツは一般に光信号の情報コンテンツよりもはるかに低いので、光ビーコンは、光信号よりもはるかに低いビットレートを有することができる。
【０２６７】
図２４は、例示的なデジタル装置２４００のブロック図である。デジタル装置２４００は、バス２４１４に通信可能に結合されたプロセッサ２４０２、メモリシステム２４０４、記憶装置システム２４０６、通信ネットワークインターフェース２４０８、Ｉ／Ｏインターフェース２４１０、およびディスプレイインターフェース２４１２を備える。プロセッサ２４０２は、実行可能命令（例えば、プログラム）を実行するように構成される。いくつかの実施形態では、プロセッサ２４０２は、実行可能命令を処理することができる回路または任意のプロセッサを備える。
【０２６８】
メモリシステム２４０４は、データを記憶するように構成された任意のメモリである。メモリシステム２４０４のいくつかの例は、ＲＡＭまたはＲＯＭなどの記憶装置である。メモリシステム２４０４は、ＲＡＭキャッシュを備えることができる。様々な実施形態では、データは、メモリシステム２４０４内に記憶される。メモリシステム２４０４内のデータは、クリアされるかまたは最終的に記憶装置システム２４０６に転送されることができる。
【０２６９】
記憶装置システム２４０６は、データを検索して記憶するように構成された任意の記憶装置である。記憶装置システム２４０６のいくつかの例は、フラッシュドライブ、ハードドライブ、光学ドライブ、および／または磁気テープである。いくつかの実施形態では、デジタル装置２４００は、ＲＡＭ形式のメモリシステム２４０４と、フラッシュデータの形式の記憶装置システム２４０６とを含む。メモリシステム２４０４および記憶装置システム２４０６は、双方とも、プロセッサ２４０２を含むコンピュータプロセッサによって実行可能な命令またはプログラムを記憶することができるコンピュータ可読媒体を備える。
【０２７０】
通信ネットワークインターフェース（ｃｏｍｍ．ネットワークインターフェース）２４０８は、リンク２４１４を介してネットワークに接続されることができる。通信ネットワークインターフェース２４０８は、例えば、イーサネット（登録商標）接続、シリアル接続、パラレル接続、またはＡＴＡ接続を介した通信をサポートすることができる。通信ネットワークインターフェース２４０８はまた、無線通信（例えば、８０２．１１ａ／ｂ／ｇ／ｎ、ＷｉＭａｘ）もサポートすることができる。通信ネットワークインターフェース２４０８が多くの有線および無線規格をサポートすることができることは、当業者にとって明らかであろう。
【０２７１】
オプションの入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース２４１０は、ユーザからの入力を受信してデータを出力する任意の装置である。オプションのディスプレイインターフェース２４１２は、グラフィックスおよびデータをディスプレイに出力するように構成された任意の装置である。一例では、ディスプレイインターフェース２４１２は、グラフィックスアダプタである。
【０２７２】
デジタル装置２４００のハードウェア要素は、図２４に示されたものに限定されないことが理解される。デジタル装置２４００は、図示されたものよりも多いまたは少ないハードウェア要素を備えることができる。さらに、ハードウェア要素は、機能を共有することができ、さらにここで説明された様々な実施形態の範囲内とすることができる。一例では、符号化および／または復号は、プロセッサ２４０２および／またはＧＰＵ（すなわち、ＮＶＩＤＩＡ）上に配置されたコプロセッサによって実行されることができる。
【０２７３】
図２５は、例示的な光レシーバアセンブリ（ＯＲＡ）２５００の図である。
ＯＲＡ２５００は、長距離の広帯域の光ナローキャスト情報を受信することができる。典型的なスマートフォン通信は、電波（例えば、セルラーネットワーク、ＷＩＦＩ、ＧＰＳ、およびブルートゥース（登録商標））の伝送から受信されるのみであるが、ＯＲＡ２５００は、変調光ビーム（例えば、光放射の変調ビーム）の形態で情報を受信することができる。様々な実施形態において、ＯＲＡ２５００は、一方向または双方向光ナローキャスト通信システムの一部であってもよい。ＯＲＡ２５００は、デジタル装置内に取り付けられてもよくまたはデジタル装置内に含まれてもよいことが理解される。
一例では、ＯＲＡ２５００を有するデジタル装置は、光ナローキャスティングを介して情報を受信することができるだけでなく、無線スマートフォン通信も可能である。
【０２７４】
ＯＲＡ２５００は、（本明細書で説明する）電子機器、ソフトウェア（および／またはファームウェア）、および光ナローキャスティングシステム（ＯＮＳ）の一部として変調光ビームの形態でデータ（すなわち、情報）を受信する１つ以上の光レシーバ（ＯＲ）を含むことができる。ＯＲＡ２５００は、長通信距離が可能であり、低い訂正可能な誤り率でビデオをストリーミングするために長距離で十分な情報を受信することができる。一例では、ＯＲＡ２５００によって受信された信号は、本明細書で説明される光トランスミッタアセンブリ（例えば、ＯＴＡ８００）によって伝送されることができる。
【０２７５】
ＯＴＡによって出射される変調光ビームは、本明細書で説明するように、光ビーコンおよび光信号の２つの異なる種類のものであってもよい。ある場合には、単一の変調光ビームは、同時に光ビーコンと光信号の双方とすることができる。光ビーコンおよび光信号の詳細な説明は、本明細書で説明される。いくつかの実施形態では、光ビーコンを受光するように設計された光レシーバは、光ビーコンレシーバ（ＯＢＲ）と呼ぶことができる。光信号を受光するように設計されたＯＲは、光信号レシーバ（ＯＳＲ）と呼ぶことができる。様々な実施形態において、ＯＲＡ２５００は、少なくとも１つのＯＳＲおよび１つのＯＢＲを含むことができる。いくつかの実施形態では、単一の光レシーバは、ＯＢＲおよびＯＳＲの双方として機能することができる。
【０２７６】
ＯＲＡ２５００は、スマートフォン、メディアタブレット、ラップトップ、カメラ、ゲーム装置、ウェアラブル装置（例えば、スマートウォッチ）、自動車中央コンピュータなどのデジタルコンピューティングデバイスを含むかまたはそれらに取り付けられることができる。様々な実施形態では、ＯＲＡ２５００の任意のまたは全ての構成要素は、スマートフォンなどのデジタル装置に結合されたケース（例えば、スマートフォンケース）内にある。一例では、デジタル装置は、１つ以上のＯＳＲ２５０２および１つ以上のＯＢＲ２５１０を組み込んだＯＲＡ２５００を備えたスマートフォンケースに結合されてもよい。そのようなスマートフォンケースはまた、双方向通信を容易にするためにＯＴＡ８００（図２５には図示しない）を装備することもできる。
【０２７７】
ＯＲＡ２５００は、インコヒーレント光源（例えば、ＬＥＤ）、コヒーレント光源（例えば、レーザ）などを使用して生成された可視光、近赤外光（ＩＲ）、または他の光帯域の変調光ビームを受光することができる。例えば、ＯＲＡ２５００は、１０から１０６ｎｍの範囲の波長を含むことができる極紫外線（ＵＶ）から遠ＩＲまでのスペクトル領域の変調光ビームを受光することができる。ＯＲＡ２５００は、前述したスペクトル領域内の任意の波長または波長範囲で変調光ビームを受光することができることが理解される。例えば、ＯＲＡ２５００は、可視または近ＩＲ帯域の変調光ビームを受光することができる。
【０２７８】
ＯＲＡ２５００は、空気、水、透明固体（例えば、ガラス窓）、および／または空間（すなわち、真空）を介して伝送される変調光ビームを受光することができる。前述したように、ＯＲＡ２５００は、デジタル装置ケース（例えば、スマートフォンケース）を含むことができる。
デジタル装置ケースは、１つ以上のＯＳＲ２５０２および１つ以上のＯＢＲ２５１０を含むことができるかまたはそれらに結合されることができる。
ＯＳＲ２５０２は、例えば、検出器アレイ（例えば、６×６アレイの検出器）２５０８を含むことができる。検出器アレイ２５０８については、本明細書でさらに説明する。
【０２７９】
いくつかの実施形態では、ＯＳＲが１６．５ｍｍ角の開口または同様のサイズの開口を有する単一のレンズを利用する場合、ＯＳＲの総厚さは、１６．５ｍｍよりも大きくなる必要があり得る。その結果、単一のレンズを利用するＯＳＲは、典型的な装置（例えば、スマートフォン）または装置ケース（例えば、スマートフォンケース）内の利用可能な空間にそれを装着することができないため、スマートフォンまたは他のパーソナルデジタル装置のために実用的でない。
【０２８０】
あるいは、ＯＳＲ２５０２は、厚さが１６．５インチよりもかなり小さい設計を可能にすることができる、別個の検出器と対になっている各サブ開口内の各小型レンズと組み合わせた１６．５ｍｍ角の開口を有するより小さい開口を有する小型レンズのアレイ（例えば、２．７５ｍｍ角のサブ開口を有する３６個の小型レンズの６×６アレイ）を含むことができる。小型レンズアレイと検出器アレイの総厚さを０．２０インチ未満にすることができるように、例えば、６×６小型レンズアレイの３６個の２．７５ｍｍ角のサブ開口のそれぞれにおいて、各小型レンズの焦点面に配置された別個の検出器が存在することができる、この例では、単一の０．２ｍｍ角の高速シリコン光検出器が各小型レンズの焦点面内に配置されることができる。各検出器の感光面から各小型レンズの最外面まで測定されたレシーバ光学系の総厚さは、約４ｍｍとすることができる。その結果、レンズおよび検出器を含むＯＳＲ２５０２は、スマートフォンまたはデジタル装置ケースに装着することができる。
【０２８１】
ＯＲＡ２５００は、デジタル装置に任意数の方法で結合された別個のＯＲＡであってもよくもしくはそれを含んでもよく、デジタル装置ケースであってもよくもしくはそれを含んでもよく、またはデジタル装置（例えば、スマートフォンは、ＯＲＡ２５００を内部的に含むことができる）であってもよくもしくはそれを含んでもよい。一例では、ＯＲＡ２５００は、組み合わせた１６．５ｍｍ角の開口を有する６×６アレイの小型レンズを有するＯＳＲ２５０２を含むことができ、各小型レンズは、１．０に近いｆ／＃を有する。いくつかの実施形態では、小型レンズアレイおよび検出器アレイの総厚さは、０．２０インチ未満であってもよい。ＯＳＲ内の３６個の検出器が全て単一の増幅器に加算されると、検出器ショットノイズが低減されることができ、３６個の検出器のうちのいずれか１つからの信号のみを使用するまたは３６個未満の検出器からの合計信号を使用して得られることができるものよりも高い信号対雑音比（ＳＮＲ）およびより長い範囲が可能になることは理解される。同じ例では、ＯＲＡ２５００はまた、焦点面に検出器アレイを有する単一の結像レンズからなるＯＢＲ２５１０を含むことができ、前記検出器アレイは、ビデオカメラにおける使用のために設計される。
【０２８２】
様々な実施形態において、ＯＳＲ２５０２の検出器は、高ビットレートで動作し、ＯＳＲとしてデジタル装置に組み込まれたカメラを使用して可能であるよりもはるかに高いビットレートでデータを受信する能力を提供することができる。これは、ビデオ画像を生成する必要がなくなり、高ビットレートＯＳＲ２５０２は、内蔵カメラ２５０４を使用して達成することができるよりもはるかに高いフレームレートで動作するように設計されることができるためである。
【０２８３】
高ビットレートＯＳＲ２５０２は、相対的に狭いＦＯＶ（例えば、３．６°×３．６°）内のその入射瞳上に集光された光束を、光トランスミッタ（例えば、ＯＴＡ８００）によって使用されるビットレートで動作することができる１つ以上の検出器（本明細書でさらに説明される）上に集光させる光学系（例えば、前述した６×６小型レンズアレイ）を含むことができる。いくつかの実施形態では、高ビットレートＯＳＲ２５０２は、マルチチャネルレシーバであり、その場合、各チャネルに対応する光波帯域内で光束を受光するために専用の少なくとも１つの検出器を有することができる。光チャネルは、可視および／または近ＩＲにあってもよいが、他のスペクトル領域にあってもよい。
【０２８４】
様々な実施形態では、光スペクトルフィルタを使用して、各検出器に入射する帯域外光束を低レベルに低減し、それによってバックグラウンドノイズを低減し、動作範囲を拡大することができる。高ビットレートＯＳＲ２５０２の開口サイズは、いくつかの実施形態では、典型的な携帯装置に組み込まれたビデオカメラのものよりもかなり大きくすることができ、これは、ビデオカメラを光レシーバとして使用することに対して、所与のビットレートで達成可能な動作範囲を大幅に拡張することができる。高ビットレートＯＳＲ２５０２は、高解像度のビデオ画像を生成する必要はなく、むしろ光信号を受信する手段を提供する可能性があるため、高ビットレートＯＳＲ２５０２は、可視帯域カメラよりも少ないピクセルおよびより高いフレームレートを有することができることが理解される。
【０２８５】
光レシーバ（例えば、ＯＲＡ２５００）は、既存の携帯装置内に含まれていないスタンドアロンの光トランスミッタと、携帯装置のＬＥＤフラッシュ装置に基づくトランスミッタとの双方とともに動作することができる。ＯＲＡ２５００はまた、携帯装置間の双方向光通信のための能力の一部（すなわち、変調光ビームの形態で情報を受信する能力）を提供してもよい。
【０２８６】
ＯＲＡ２５００は、電子機器、ソフトウェア、ファームウェア、１つ以上のＯＢＲ、および１つ以上のＯＳＲを含む装置を含むことができるかまたはそれらに結合されることができることが理解される。いくつかの実施形態では、ＯＲＡ２５００は、ＯＢＲおよび／またはＯＳＲの指向方向の制御を可能にする１つ以上のチルトアクチュエータを含むことができる。
ＯＲＡの電子機器および関連するソフトウェア（および／またはファームウェア）は、これらに限定されるものではないが、ＯＲＡとそのユーザ（またはそのユーザの装置）との間のインターフェースの提供、ＯＢＲおよびＯＳＲの動作の制御（例えば、それらをオンおよびオフにする、データ受信速度を設定するなど）、検出された光ビーコンに関するＯＢＲによって取得された識別情報および角度位置などの情報の受信およびユーザ（またはユーザの装置）への転送、ＯＳＲによって受信した光信号から抽出されたデータの受信およびユーザ（またはユーザの装置）への転送、および／または１つ以上のＯＢＲおよび１つ以上のＯＳＲの指向方向を変更するための１つ以上のチルトアクチュエータの制御を含む様々な機能を実行する。
【０２８７】
図２６は、単一のＯＳＲ２５０２および単一のＯＢＲ２５１０を利用するＯＲＡ２５００を概略的に示している。ＯＳＲ２５０２は、１つ以上の光検出器または検出器アレイ２６００および１つ以上のＯＳＲ光学系２６０２を含むことができる。ＯＢＲ２５１０は、１つ以上の光検出器アレイ２６０８および１つ以上のＯＢＲ光学系２６１０を含むことができる。図２６のＯＲＡ２５００はまた、ＯＲＡ制御電子機器２６０４およびＯＲＡソフトウェアおよび／またはファームウェア２６０６も含む。ＯＲＡソフトウェアおよび／またはファームウェア２６０６は、ＯＲＡ制御電子機器２６０４がユーザコマンドにどのように応答するか、光学的に受信されたデータをどのように処理するか、データを何のフォーマットで出力するかなど、様々な態様を制御することができる。
【０２８８】
ＯＲＡ制御電子機器２６０４は、制御入力ポート２６１２（例えば、任意数のデジタル装置から情報を受信することができる物理ポートまたは仮想ポート）を介して、ユーザ装置からの制御入力を受け入れることができる。ＯＲＡ制御電子機器２６０４は、１つ以上のＯＴＡ８００によって送信された光信号から受信した情報および／または光信号に関連する他の関連情報（例えば、受信した光信号のＳＮＲの推定値）をＯＳＲデータ出力ポート２６１４（例えば、任意数のデジタル装置に情報を提供することができる物理ポートまたは仮想ポート）を介してユーザ装置に出力する。
【０２８９】
ＯＲＡ制御電子機器２６０４はまた、１つ以上のＯＴＡ８００によって送信された光ビーコンから取り出された情報をＯＢＲデータ出力ポート２６１６（例えば、任意数のデジタル装置から情報を出力することができる物理ポートまたは仮想ポート）を介してユーザ装置に出力することができる。光ビーコンから抽出されてＯＢＲデータ出力ポート２６１６を介して出力された前記情報は、これらに限定されるものではないが、検出されてＯＢＲのＦＯＶ内に現在含まれている光ビーコンの数、検出された光ビーコンに関連するＯＴＡのＯＢＲのＦＯＶ内の現在推定されている水平および垂直角度位置、および／またはＯＢＲによって検出された光ビーコンから抽出された識別情報のような情報を含むことができる。一例では、光ビーコンから取り出された情報は、前記光ビーコンを送信したＯＴＡに関連するエンティティ（例えば、企業、組織、または個人）を識別することができる。
【０２９０】
ＯＳＲ検出器または検出器アレイ２６００は、光信号を送信するために光トランスミッタ（例えば、ＯＴＡ８００）によって使用される波帯域およびビットレートの光束を検出することができる。同様に、ＯＢＲ検出器アレイ２６０８は、光ビーコンを送信するために光トランスミッタ（例えば、ＯＴＡ８００）によって使用される波帯域およびビットレートの光束を検出することができる。各ＯＳＲレシーバ光学系２６０２は、その入射瞳上およびその指定されたＦＯＶ内で入射帯域内光束を集光し、屈折、反射および／または回折を利用して１つ以上のＯＳＲ検出器または検出器アレイ２６００に光束を集光させることができる。同様に、各ＯＢＲレシーバ光学系２６１０は、その入射瞳上およびその指定されたＦＯＶ内で入射帯域内光束を集光し、屈折、反射および／または回折を利用してＯＢＲ検出器アレイ２６０８の１つ以上に光束を集光させることができる。
【０２９１】
いくつかの実施形態では、１つ以上の光スペクトル帯域通過フィルタは、ＯＳＲ検出器または検出器アレイ２６００および／またはＯＢＲ検出器アレイ２６０８に入射する帯域外光束を低レベルに低減するために、各ＯＳＲ光学系２６０２および／または各ＯＢＲ光学系２６１０の一部として含めることができる。そのようなスペクトル帯域通過フィルタのそれぞれは、別個の構成要素（例えば、スペクトル帯域通過コーティングによってコーティングされた平坦な屈折板）とすることができ、または検出器または検出器アレイ上に光束を集光させるために使用されるＯＳＲ光学系２６０２またはＯＢＲ光学系２６１０の光学部品の１つ（例えば、レンズまたは反射集光器）の光学面上にスペクトル帯域通過コーティングを含むことができる。
【０２９２】
様々な実施形態では、単一のＯＳＲ２５０２は、それぞれがそれ自体のＯＳＲ光学系２６０２と対になる複数の光検出器または検出器アレイ２６００を備えることができる。同様に、様々な実施形態において、単一のＯＢＲ２５１０は、それぞれがそれ自体のＯＢＲ光学系２６１０と対になる複数の光検出器アレイ２６０８を備えることができる。単一のＯＳＲにおける複数のＯＳＲ光学系と対にされた複数の検出器または複数の検出器アレイおよび／または単一のＯＢＲにおける複数のＯＢＲ光学系と対にされた複数の検出器アレイの前記使用は、それらがユーザ装置（例えば、スマートフォン）または装置ケース（例えば、スマートフォンケース）に嵌まることができるように、ＯＳＲおよび／またはＯＢＲの厚さを十分に薄く維持しながら、特定の立体角領域においてＦＯＶを増加させるおよび／またはＯＳＲのおよび／またはＯＢＲの感度を増加させる手段を提供することができる。
【０２９３】
例えば、図２６Ｂは、複数のＯＳＲ検出器または検出器アレイ２６００ａ〜ｃおよびＯＳＲ光学系２６０２−ｃを利用する例示的なＯＲＡの簡略化された概略図を示している。ＯＳＲ検出器または検出器アレイ２６００ａ〜ｃは、互いに同一であってもよくまたは少なくとも類似していてもよい。
ＯＳＲ光学系２６０２〜ｃは、互いに平行な光軸を有することができる。複数のＯＳＲ検出器または検出器アレイは、それぞれのＯＳＲ光学系とともに、様々な方法で構成されることができることに留意すべきであり、その一例は、図２１ｂにおいて複数のＯＴが構成される方法、例えば２次元アレイと同様であってもよい。
【０２９４】
ＯＲＡ制御電子機器２６０４およびＯＲＡソフトウェアおよび／またはファームウェア２６０６は、制御入力ポート２６１２を介して入力される制御コマンドを介して、ユーザが様々な動作設定を調整することを可能にすることができ、および／またはＯＳＲ検出器または検出器アレイ２６００および／またはＯＢＲ検出器アレイ２６０８の動作のための電力および制御信号を提供することを可能にすることができる。さらに、ＯＲＡ制御電子機器２６０４およびＯＲＡソフトウェアおよび／またはファームウェア２６０６は、ＯＳＲ検出器または検出器アレイ２６００およびＯＢＲ検出器アレイ２６０８からの変調信号を受信して増幅し、必要に応じて光信号および光ビーコンの形態で光学的に受信した情報を復号し、受信した情報を表示および／または内部記憶装置に適したフォーマットに変換し、受信した情報を内部記憶装置（すなわち、ＯＲＡ制御電子機器２６０４内のメモリ）に記憶することができる。ＯＲＡ制御電子機器２６０４およびＯＲＡソフトウェアおよび／またはファームウェア２６０６はまた、ＯＳＲデータ出力ポート２６１４およびＯＢＲデータ出力ポート２６１６を介してユーザがＯＴＡ８００から受信した情報および他の関連データをＯＲＡ制御電子機器内の内部記憶装置から他の電子機器またはコンピュータに転送するのを可能にすることができる。
【０２９５】
いくつかの実施形態では、ＯＲＡ制御電子機器２６０４およびＯＲＡソフトウェアおよび／またはファームウェア２６０６を使用して、ＯＳＲ２５０２および／またはＯＢＲ２５１０アセンブリの１つ以上を傾けることによって光学信号および光ビーコンが受信される方向を制御することができる。そのような場合、チルトアクチュエータは、傾斜動作を行うことができる。例えば、チルトアクチュエータが使用される場合、傾動は、ユーザ入力に基づいてもよくまたはＯＲＡ制御電子機器２６０４およびＯＲＡソフトウェアおよび／またはファームウェア２６０６によって自動的に制御されてもよい。
いくつかの実施形態では、傾動は、光トランスミッタ（例えば、ＯＴＡ８００）を動作させる水平および垂直角度位置に関するＯＢＲ２５１０から、または制御入力ポート２６１２を介して受信されるポインティングコマンドから受信した情報に基づくことができる。ハンドヘルドおよびウェアラブル装置のＯＲＡ２５００の場合、信号が受信される方向は、手および／または身体の動きによって、ユーザによって手動で制御されてもよい。
【０２９６】
いくつかの実施形態では、ＯＢＲ２５１０の機能は、ＯＴＡ８００によって送信される光ビーコンの存在を検出することを可能にする情報をＯＲＡ２５００に提供し、光トランスミッタ以外の放射源（例えば、自然および人工照明源）によって生成される入射帯域内放射からそれらを区別することができる。さらに、ＯＢＲ２５１０は、ＯＢＲ２５００に情報を提供し、前記ＯＢＲのＦＯＶ内で受信した光ビーコンの、したがって前記受信した光ビーコンを送信しているＯＴＡ８００の水平および垂直角度位置を判定することを可能にする。ＯＢＲ２５１０はまた、光ビーコンから抽出された情報をＯＲＡ２５００に提供し、ＯＴＡ８００によって動作するかまたはそれに関連付けられたエンティティ（例えば、企業、組織、または個人）を識別することを可能にする。いくつかの実施形態では、ＯＢＲ２５１０は、その光学系および検出器アレイの一部または全部を１つ以上のＯＳＲ２５０２と共有してもよく、または別個のユニットとすることができる。
【０２９７】
いくつかの実施形態では、本明細書で説明するように、スマートフォンに組み込まれたＬＥＤフラッシュユニット２５０６は、他のスマートフォンのカメラまたはＯＲＡ２５００（例えば、ＯＲＡ２５００を装備したスマートフォンやスマートフォンのケース）に光信号および／または光ビーコンを伝送するためにＯＴＡ（例えば、コリメータを有しない）として利用されることができる。
光情報を伝送するために、スマートフォンアプリケーションは、フラッシュユニットの光出力の必要なデジタル変調を生成することができる。
【０２９８】
場合によっては、ＯＳＲデータ出力ポート２６１４および／またはＯＢＲデータ出力ポート２６１６を介してＯＲＡ２５００によって出力された情報の一部または全部は、光トランスミッタから得られた情報以外の検知データと組み合わせることができる。これは、他のセンサが受信した情報も含むことができる。例えば、ＯＲＡ２５００がインストールされている、またはインターフェースされているデジタル装置（例えば、スマートフォン）は、任意数のカメラ、または１つ以上の同じ場所に配置されたカメラによって同時に収集された写真またはビデオ画像を記憶してもよい。ＯＲＡ２５００がインストールされている、またはインターフェースされている装置はまた、１つ以上のＯＴＡ８００から受信した任意の情報（例えば、写真画像、ビデオ、テキストなど）に添付するために周囲音声を記録する目的のために、１つ以上のマイクロフォンを含んでもよく、または１つ以上の同じ場所に配置されたマイクロフォンからのオーディオ入力を受け入れてもよい。
他の例では、ＯＲＡ２５００がインストールされた装置は、ＧＰＳ情報、アプリケーションから受信した情報、または（例えば、セルラーまたはデータネットワークを介した）他のデジタル装置を含むことができる。
装置は、光ビームおよび／またはセンサから取り出された情報を用いて上述した情報のいずれかまたは全てを含むことができることが理解される。
【０２９９】
ＯＲＡ２５００がインストールされているか、またはインターフェースされているデジタル装置（例えば、スマートフォン）は、ＯＢＲ２５１０のＦＯＶ内のＯＴＡ８００の推定された水平および垂直位置などの当該関連情報と同様に、そのような写真、ビデオ、および／またはオーディオデータと、ＯＲＡ２５００が１つ以上のＯＴＡ８００から光信号および／または光ビーコンの形態で受信した情報とを組み合わせた標準化フォーマットで単一のデータセットを作成することができる。必要に応じて、レシーバおよび信号検出器が位置する装置のタイムスタンプならびに緯度、経度、および高度などの他のデータを含めることができる。そのような結合されたデータセットは、ＷｉＦｉまたは他のデータ接続を介して他の装置またはインターネットにアップロードまたはライブストリーミングされることができ、および／または後の使用のためにファイルとして記憶されることができる。
【０３００】
いくつかの実施形態では、ユーザの装置内のデジタルカメラ（例えば、図２５のカメラ２５０４）は、ＯＢＲ、ＯＳＲ、またはその双方として機能することができる。
しかしながら、光ビーコンまたは光信号を受信するためのビットレートは、ユーザ装置（例えば、スマートフォン）カメラのフレームレート制限のために比較的低くてもよい。一例では、ビットレートは、約３０ビット／秒であってもよい。
いくつかの実施形態では、ショートメッセージの形態の有用な情報は、１つ以上のＯＢＲおよび／または１つ以上のＯＳＲとしてのカメラの１つ以上を使用してスマートフォンによってさらに受信されることができる。
【０３０１】
ＯＴＡは、ＯＳＲに高ビットレート（例えば、１Ｍｂｉｔ／秒）の光信号を送信することに加えて、情報が光学的に送信される携帯ユーザ装置における典型的なビデオカメラ（例えば、図２５のカメラ２５０４）によって一時的に解決できる十分に低いビットレートで光ビーコンを送信してもよい。また、図２６のＯＢＲ２５１０自体は、そのような低ビットレートの光ビーコンを受信することができるビデオカメラであってもよい。光ビーコンを受信するために使用されるビデオカメラは、可視光波帯またはいくつかの他の光波帯（例えば、近ＩＲ帯域）で動作することができる。いくつかの実施形態では、低ビットレート光ビーコンは、携帯装置内のビデオカメラが光トランスミッタの存在を検出してカメラのＦＯＶ内の水平および垂直角度位置を判定するために使用できる特性信号を提供することができる。前記低ビットレート光ビーコンは、光信号の形態で情報をＯＳＲ２５０２に送信するために使用されるチャネルとは完全に別個の１つ以上の光波長チャネルで送信されることができる（図２５および図２６を参照）。あるいは、光ビーコンは、光信号を送信するために使用される１つ以上の波長チャネルを共有することができる。後者の場合、光ビーコンは、高ビットレート光信号の低ビットレート変調の形態をとることができ、または高ビットレート光信号の伝送は、低ビットレート光ビーコンが送信されることができる時間間隔を提供するために周期的に一時停止されることができる。
【０３０２】
図２７は、ＯＲＡ２５００の機能ブロック図を示している。ＯＳＲ２５０２は、１つ以上のＯＴＡ（例えば、ＯＴＡ８００）から光信号を受信して光信号を電気信号に変換する。
一例では、ＯＳＲ２５０２は、光信号束をＯＴＡから１つ以上のＯＳＲ検出器または検出器アレイ２６００に集光させる（すなわち、光信号の光束密度を高める）１つ以上のＯＳＲ光学系２６０２を含む。ＯＳＲ光学系２６０２は、同一の正方形開口非球面小型レンズの正方形アレイを含むことができ、そのそれぞれは、その焦点面に単一のＯＳＲ検出器を有する。
狭帯域光フィルタがＯＳＲ光学系２６０２に含まれてもよい。狭帯域光フィルタは、例えば、検出器とは反対側の小型レンズの側に配置された透明な平坦な基板上の多層薄膜干渉フィルタコーティング（例えば、検出器は、小型レンズアレイの一方の側にあってもよく、光学フィルタは、小型レンズアレイの他の側にあってもよい）であってもよく、またはＯＳＲ光学系２６０２の光学面（例えば、前述した正方形開口小型レンズの表面）の１つ以上における１つ以上の多層薄膜干渉フィルタコーティングであってもよい。
狭帯域フィルタに使用される基板材料は、８００〜９００ｎｍの波帯域にわたって高い透過率を有するガラスとすることができる。基板材料の透過率は、任意の波帯に対して高くてもよいことが理解される。いくつかの実施形態では、狭帯域光フィルタ用の基板は、２０ｍｍ角の開口および１．１ｍｍの厚さを有する。
狭帯域光フィルタは、任意のサイズおよび形状（例えば、必ずしも正方形でない）であってもよく、任意の厚さを有してもよいことが理解される。一例では、狭帯域光フィルタは、８５０ｎｍの通過帯域の中心波長を含み、入射角０°の通過帯域の幅は、７５ｎｍとすることができる。
【０３０３】
一例では、ＯＳＲ光学系２６０２の小型レンズアレイを構成する材料は、波長８５０ｎｍの屈折率が１．５７１０のポリカーボネートとすることができる。
アレイ内の各小型レンズの入射瞳の寸法は、２．７５ｍｍ角とすることができる。
小型レンズアレイの組み合わされた入射瞳の寸法は、１６．５ｍｍ角とすることができる。０．２０３ｍｍ角の感光領域を有するＯＳＲ検出器２６００を有するＯＳＲ２５０２のＦＯＶの全幅は、前記検出器が上述した小型レンズの焦点面に位置する場合には３．６°角とすることができる。
いくつかの実施形態では、中心のレンズの厚さは１．８５０ｍｍである。
６×６レンズアレイにおける各レンズの焦点距離は、３．２３０ｍｍとすることができる。
レンズの外面から焦点面までの距離は、４．０００ｍｍであり、コーティングされていないレンズ（狭帯域光フィルタ損失を含んでも含まなくてもよい）の帯域内光効率は、０．８９３９とすることができる。
【０３０４】
ＯＳＲ検出器または検出器アレイ２６００は、ＯＳＲ光学系２６０２によって提供される集光された光信号を電気信号に変換することができる。ＯＳＲ電力およびクロック信号電子機器２７０２は、ＯＳＲ検出器または検出器アレイ２６００が適切に機能するために必要な電力および／またはクロック信号を提供することができる。ＯＳＲ電力およびクロック信号電子機器２７０２によって供給される電力およびクロック信号は、制御入力ポート２６１２（図２６を参照）を介してユーザまたはユーザの装置から受信した入力に基づいて制御入力電子機器２７０４によって制御される。ＯＳＲ検出器または検出器アレイ２６００の出力は、ＯＳＲ増幅器およびフィルタ２７０６によって増幅およびフィルタリングされることができる。前記フィルタリングは、例えば、ＳＮＲを改善するための帯域通過フィルタリングを含むことができる。増幅されてフィルタリングされた信号は、ＯＳＲフォーマット変換器２７０８によってそのフォーマットが便利な形式に変換されることができる。例えば、ＯＳＲフォーマット変換器２７０８は、電気信号パルスをデジタルメモリに記憶するとともにエラー訂正を実行するのに適したデジタル形式に変換することができる。
【０３０５】
ＯＳＲフォーマット変換器２７０８は、受信した光信号が暗号化されていれば復号を実行することもできる。ＯＳＲメモリ２７１０は、ＯＳＲフォーマット変換器２７０８からデータを受け取り、そのデータをデジタルメモリに記憶することができる。ＯＳＲメモリ２７１０に記憶されたデータは、ＯＳＲデータ出力ポート２６１４を介して出力され、前記出力は、制御入力ポート２６１２を介して受信されたコマンドに基づいて制御入力電子機器２７０４によって制御される。制御入力電子機器２７０４はまた、制御入力ポート２６１２を介して受信されたコマンドに基づいて、ＯＳＲ増幅器およびフィルタ２７０６ならびにＯＳＲフォーマット変換器２７０８の動作を制御する。
【０３０６】
図２７のＯＢＲ２５１０は、１つ以上のＯＴＡ（例えば、ＯＴＡ８００）によって送信された光ビーコンを受信し、前記ビーコンを電気信号に変換することができる。電気信号を分析することにより、ＯＲＡ２５００は、光ビーコンの存在を検出し、前記光ビーコンを送信するＯＴＡのＯＢＲのＦＯＶに対する水平および垂直角度位置を推定し、前記ＯＴＡを動作させるまたはそれに関連付けられたエンティティを識別する情報を抽出することができる。本明細書で説明されるように、ＯＢＲ２５１０は、光ビーコン光束をＯＴＡから１つ以上のＯＢＲ検出器アレイ２６０８に集光させる（すなわち、光ビーコンの光束密度を高める）１つ以上のＯＢＲ光学系２６１０を含むことができる。ＯＢＲ光学系２６１０は、それぞれがその焦点面に単一のＯＢＲ検出器アレイ２６０８を有する１つ以上の結像レンズから構成されることができる。
１つ以上の狭帯域光フィルタがＯＢＲ光学系２６０２に含まれてもよい。そのような狭帯域光フィルタのそれぞれは、例えば、それが関連する検出器アレイとは反対側のＯＢＲ結像レンズの側面に配置された透明な平坦基板上の多層薄膜干渉フィルタコーティング（例えば、各検出器アレイは、その関連する結像レンズの一方の側にあってもよく、光学フィルタは、結像レンズの他方の側にあってもよい）であってもよく、またはＯＢＲ光学系２６１０の１つ以上の光学面（例えば、上述した結像レンズのそれぞれの１つ以上の光学面）の１つ以上の多層薄膜干渉フィルタコーティングを備えてもよい。
狭帯域フィルタに使用される基板材料は、８００〜９００ｎｍの波帯域にわたって高い透過率を有するガラスとすることができる。基板材料の透過率は、任意の波帯に対して高くてもよいことが理解される。いくつかの実施形態では、各狭帯域光フィルタ用の基板は、直径６ｍｍの円形開口および厚さ０．５ｍｍを有する。狭帯域光フィルタは、任意のサイズおよび形状（例えば、必ずしも正方形でない）であってもよく、任意の厚さを有してもよいことが理解される。一例では、狭帯域光フィルタは、８５０ｎｍの通過帯域の中心波長を含み、入射角０°の通過帯域の幅は、７５ｎｍとすることができる。
【０３０７】
図２７を参照すると、ＯＢＲ検出器アレイ２６０８は、ＯＢＲ光学系２５１０によって提供される集光された光ビーコンを電気信号に変換することができる。ＯＢＲ電力およびクロック信号電子機器２７１２は、ＯＢＲ検出器アレイ２６０８が適切に機能するために必要な電力および／またはクロック信号を提供することができる。ＯＢＲ電力およびクロック信号電子機器２７１２によって供給される電力およびクロック信号は、制御入力ポート２６１２を介してユーザまたはユーザの装置から受信された入力に基づいて、制御入力電子機器２７０４によって制御されてもよい。
【０３０８】
ＯＢＲ検出器アレイ２６０８の出力は、ＯＢＲ増幅器およびフィルタ２７１４によって増幅されてフィルタリングされることができる。前記フィルタリングは、例えば、ＳＮＲを改善するための帯域通過フィルタリングを含むことができる。そして、増幅されてフィルタリングされた信号は、ＯＢＲデータプロセッサ２７１６に入力されることができ、光ビーコンを検出するために必要な処理を実行し、光ビーコンを送信したＯＴＡのＯＢＲのＦＯＶ内の水平および垂直角度位置を判定し、ビーコンからの識別情報を抽出することができる。
【０３０９】
ＯＢＲデータプロセッサ２７１６は、任意数のプロセッサ（例えば、物理的または仮想的）であってもよく、またはそれらを含んでもよい。
ＯＢＲデータプロセッサ２７１６は、例えば、ＯＢＲがそれらを検出することを可能にするために光ビーコンに含まれる１ビットおよび０ビットのパルスの特定のバイナリシーケンス（例えば、００１０１１０００１００００１１１０１）であるビーコンヘッダコードについてのＯＢＲ検出器アレイ２６０８内の各検出器によって生成された時間の関数として電気信号出力を探索することによって光ビーコンを検出することができる。
【０３１０】
いくつかの実施形態では、光ビーコンが検出されると、ＯＢＲデータプロセッサ２７１６は、前記ビーコン生成する電気信号のＯＢＲ検出器アレイ内の位置からＯＢＲ光学系のＦＯＶ内の前記光ビーコンの水平および垂直角度位置を推定することができる。ＯＢＲ光学系２６１０は結像光学系であるため、ＯＢＲ検出器アレイにおいて電気信号が生成される水平および垂直位置と、前記電気信号が生成される光ビーコンのＯＢＲのＦＯＶ内の水平および垂直角度位置との間の直接的なマッピングが存在することができる。ＯＢＲデータプロセッサ２７１６は、検出された光ビーコンに対応する電気信号におけるビーコンヘッダコードに続く１ビットおよび０ビットパルスのシーケンスを受信してデジタル形式で記憶することにより、前記検出された光ビーコンから識別情報を抽出することができる。識別情報が暗号化されると、ＯＢＲデータプロセッサ２７１６は、識別情報を復号することができる。ＯＢＲデータプロセッサ２７１６はまた、識別情報に対する誤り訂正を実行するとともに、それをデジタルメモリに記憶するための便利なフォーマットに変換することもできる。ＯＢＲデータプロセッサによって生成された結果は、デジタル形式でＯＢＲメモリ２７１８に記憶されることができる。ＯＢＲメモリ２７１８に記憶されたデータは、ＯＢＲデータ出力ポート２６１６を介して出力されることができ、前記出力は、制御入力ポート２６１２を介して受信されたコマンドに基づいて制御入力電子機器２７０４によって制御される。制御入力電子機器２７０４はまた、制御入力ポート２６１２を介して受信されたコマンドに基づいて、ＯＢＲ増幅器およびフィルタ２７１４ならびにＯＢＲデータプロセッサ２７１６の動作を制御する。
【０３１１】
いくつかの実施形態では、ＯＲＡ２５００によって検出されて受信された光ビーコンから得られた識別情報ならびに水平および垂直位置情報は、そのユーザが１つ以上の関心のあるＯＴＡを選択し、次いでユーザに関心のない他のＯＴＡからではなくそれらのＯＴＡからの光信号を受信することを可能にすることができる。そのような場合、受信した識別情報は、ユーザが１つ以上の関心を選択することを可能にするために検出されたＯＴＡの十分な知識を（例えば、検出されたＯＴＡに関する情報の表示によって）ユーザに提供することができる。
【０３１２】
そして、関連するＯＴＡがＯＳＲ２５０２のＦＯＶ内に位置するまで、手動でまたはチルトアクチュエータを用いてＯＲＡ２５００を最初に傾けることにより、関心のある所与のＯＴＡからの光信号が受信されることができ、ＯＴＡをＯＳＲのＦＯＶ内に入れるために、正しい水平および垂直量だけＯＲＡを傾けるように前記ＯＴＡの光ビーコンから以前に取得した位置決め情報が使用されることができる。関心のあるＯＴＡがＯＳＲのＦＯＶ内に配置されると、制御入力ポート２６１２を介してユーザによって発行されたコマンドは、ＯＲＡにそのＯＴＡによって送信された光信号からの情報を抽出して記憶させ、ＯＳＲデータ出力ポート２６１４を介して出力されることができる。
【０３１３】
ＯＴＡ８００と同様に、ＯＲＡ２５００は、制御入力ポート２６１２を介してＯＲＡ２５００に入力を提供する有線または無線接続によってコンピューティングデバイス（例えば、ノートブックコンピュータまたはスマートフォン）とインターフェースされることができ、ＯＳＲデータ出力ポート２６１４およびＯＢＲデータ出力ポート２６１６を介してＯＲＡ２５００からの出力を受け入れることができる。このコンピューティングデバイスにインストールされたソフトウェアは、ユーザがＯＲＡ２５００を動作させるおよび／または制御することを可能にすることができる。例えば、ユーザは、受信されたデータファイルをダウンロードすることができるとともに、信号フィルタリングパラメータ、使用される誤り訂正方法、および他の様々なレシーバ動作パラメータを指定することができる。
【０３１４】
いくつかの実施形態では、ＯＲＡ２５００とインターフェース接続されたコンピューティングデバイスは、任意のデジタル装置であってもよい。
本明細書で説明されるように、デジタル装置は、プロセッサおよびメモリを有する任意の装置である。
コンピューティングデバイスは、（例えば、ＵＳＢポートを介して）ＯＲＡ２５００からデータを受信することができる。
【０３１５】
図２８Ａは、ＯＲＡ２５００によって光信号を受信するプロセスを示すフロー図２８００である。
ステップ２８０２において、ＯＳＲ光学系２６０２は、そのＦＯＶ内に位置するＯＴＡから光信号を集光し、光信号をＯＳＲ検出器または検出器アレイ２６００に集光させる。
ＯＳＲ光学系２６０２は、帯域外光学放射（例えば、太陽光、人工光源など）を減衰させることによってＳＮＲを改善するための光学狭帯域フィルタを含むことができる。
【０３１６】
ステップ２８０４において、ＯＳＲ検出器または検出器アレイ２６００は、集光した光信号を電気信号に変換する。
【０３１７】
ステップ２８０６において、ＯＳＲ増幅器およびフィルタ２７０６は、ＯＳＲ検出器または検出器アレイ２６００から出力された電気信号を増幅および／またはフィルタリングする。フィルタリングは、例えば、信号帯域外の電気ノイズを除去するための帯域通過フィルタリングを含むことができる。
【０３１８】
ステップ２８０８において、ＯＳＲフォーマット変換器２７０８は、増幅されてフィルタリングされた信号を、都合のよいデジタルフォーマットに変換する。このステップ中に、誤り訂正が実行され、元の光信号が暗号化されていれば、信号を復号することができる。
【０３１９】
ステップ２８１０において、ＯＳＲメモリ２７１０は、ＯＳＲフォーマット変換器２７０８から出力されたフォーマットされた光信号データを記憶することができる。
【０３２０】
ステップ２８１２において、ＯＳＲデータ出力ポート２６１４は、ＯＳＲメモリ２７１０に記憶されたフォーマットされた光信号データをデジタル装置に出力することができる。
【０３２１】
図２８Ｂは、ＯＲＡ２５００によって光ビーコンを受信するプロセスを示すフロー図である。
ステップ２８１４において、ＯＢＲ光学系２６１０は、そのＦＯＶ内に位置するＯＴＡから光ビーコンを集光し、前記光ビーコンをＯＢＲ検出器アレイ２６０８に集光させる。
ＯＢＲ光学系２６１０は、帯域外光放射（例えば、太陽光、人工光源など）を減衰させることによってＳＮＲを改善するための光学狭帯域フィルタを含むことができる。
【０３２２】
ステップ２８１６において、ＯＢＲ検出器アレイ２６０８は、集光した光ビーコンを電気信号に変換する。光ビーコンのこの電気的バージョンは、本明細書では電気ビーコン信号と呼ばれる。
【０３２３】
ステップ２８１８において、ＯＢＲ増幅器およびフィルタ２７１４は、ＯＢＲ検出器アレイ２６０８から出力された電気ビーコン信号を増幅およびフィルタリングする。フィルタリングは、例えば、信号帯域外の電気ノイズを除去するための帯域通過フィルタリングを含むことができる。
【０３２４】
ステップ２８２０において、ＯＢＲデータプロセッサ２７１６は、増幅されてフィルタリングされた電気ビーコン信号を処理して光ビーコンを検出し、光ビーコンを送信したＯＴＡのＯＢＲのＦＯＶ内の水平および垂直角度位置を判定し、および／またはビーコンからの識別情報を抽出することができる。このステップ中に、誤り訂正も実行され、元の光ビーコンが暗号化されていれば、信号を復号することができる。
【０３２５】
ステップ２８２２において、ＯＢＲメモリ２７１８は、電気ビーコン信号から得られたビーコン情報をＯＢＲデータプロセッサ２７１６によって記憶することができる。
【０３２６】
ステップ２８２４において、ＯＢＲデータ出力ポート２６１６は、ＯＢＲメモリ２７１８に記憶されたビーコン情報をデジタル装置に出力する。
【０３２７】
多くの異なる光学アセンブリ（例えば、１つ以上のレンズ、反射器、フィルタ、および／または他の種類の光学部品の組み合わせ、ならびに１つ以上の光検出器または光検出器アレイ）が本明細書に記載される実施形態とともに利用されることができることが理解される。図２９Ａ〜図３４は、ＯＳＲ２５０２を含む小型レンズと光検出器との組み合わせの一例、ならびにこの例に対する可能な性能尺度を示している。
【０３２８】
図２９Ａは、光線を検出器２９００の感光面上に集束させる（すなわち、集光する）小型レンズ２９０２を介してトレースされたコリメートされた光線の検出器２９００およびビームの３次元図である。各検出器２９００は、カスタマイズされるかまたは市販されているものであってもよい。
【０３２９】
図２９Ｂは、小型レンズのアレイ２９０４の３次元図を示している。小型レンズアレイ２９０４は、６×６アレイに配置された３６個の同一の小型レンズ２９０２を含む。アレイ２９０４内の各小型レンズ２９０２は、両側に非球面の光学面を有する正方形開口非球面小型レンズとすることができる。アレイ内の全ての小型レンズの光軸は、互いに平行である。検出器の正方形の光学的に感応性の表面は、光軸を中心とする各レンズの焦点面に位置する。一例では、小型レンズアレイ２９０４が構成される材料は、８５０ｎｍに等しい波長の光に対して１．５７１０の屈折率を有するコーティングされていないポリカーボネートとすることができる。この例では、アレイ内の各小型レンズの入射瞳は、２．７５ｍｍ角とすることができる。小型レンズアレイ２９０４の組み合わされた入射瞳は、１６．５ｍｍ角とすることができる。各小型レンズの焦点面において光軸に垂直で中心にある０．２０３ｍｍ角の感光面を有する検出器を有するこの光学アセンブリを含むＯＳＲのＦＯＶは、３．６°平方とすることができる。
この例では、ＯＳＲのＦＯＶを中心とした無限遠点光源に対して検出器の感光面に入射する光線の最大入射角は３７°である。
【０３３０】
一例では、各小型レンズ２９０４は、各小型レンズの入射瞳孔面積が以下となることができるように側方において２．７５ｍｍの正方形入射瞳を含むことができる：
ａｒｅｃ＝（２．７５ｍｍ）２＝７．５６２５ｍｍ２
【０３３１】
各小型レンズの入射瞳は、任意の形状（例えば、円形、長円形、矩形、多角形など）および任意のサイズであってもよいことが理解される。
そのため、レシーバ光学系は、任意の入射瞳領域を含むことができる。
【０３３２】
様々な実施形態では、ＯＲＡ２５００は、６×６アレイの軸対称非球面小型レンズを使用し、そのそれぞれは、その焦点面内に単一の近ＩＲ検出器を有する。したがって、この例におけるレシーバ光学系の総数は以下である：
Ｎｒｅｃ＝３６
任意数のレシーバ光学系があってもよく、アレイが必ずしも正方形でなくてもよいことが理解される。
さらに、この例では全ての小型レンズおよび検出器が同じ種類（すなわち、それぞれが同じ特性および能力を有する）とすることができるが、異なる種類の小型レンズの異なる組み合わせを含む任意数の小型レンズであってもよいことが理解される。
同様に、異なる種類の検出器の異なる組み合わせを含む任意数の検出器があってもよい。
【０３３３】
小型レンズのアレイ２９０４は、任意のサイズであってもよい。
一例では、小型レンズのアレイ２９０４は、１辺につき０．５インチであってもよい。
この例では、小型レンズのアレイ２９０４の各小型レンズ２９０２は、約０．０８３インチの幅とすることができる。
【０３３４】
図３０は、光アセンブリにおいて使用されることができる非球面小型レンズ（例えば、小型レンズ２９０２）の光軸を通る対角線断面（すなわち、正方形の入射瞳の１つの角から反対側の角までとられる）を示している。
光検出器（例えば、検出器２９００）の感光面は、焦点面（ｚ＝０ｍｍ）にあってもよく、光軸の中心にあり、光軸に対して垂直である。
ここで、非球面小型レンズの略平面の側部は、光学検出器から２．１５ｍｍから２．２０ｍｍの間に位置する。
非球面小型レンズの略凸面側は、小型レンズの頂点において光学検出器から約４ｍｍである。
【０３３５】
この例では、小型レンズのアレイ２９０４の組み合わされた入射瞳は、１６．５ｍｍ角である。図３０のｚ軸に平行に測定された小型レンズの厚さは、中心で１．８５ｍｍであり、正方形小型レンズ開口の隅部で０．７１８ｍｍである。小型レンズの外側光学面から焦点面までの光軸に沿った距離は約４．０ｍｍである。レンズの焦点距離は以下とすることができる：
ｆｒｅｃ＝３．２３ｍｍ
【０３３６】
ＯＳＲ光学系の帯域内光効率は、光学材料および光学表面における反射、透過、および／または吸収損失のために失われるＯＳＲの動作波帯における集光パワーの割合として定義される。コーティングされていない光学面を有する例示的な小型レンズアレイＯＳＲ光学系設計の帯域内光学効率は、
ηｒｅｃ＝０．８９４
光軸に平行なＯＳＲ光学系に入射するコリメートされたビームの場合、以下とすることができる：上式で与えられる光効率値は、小型レンズ表面上のＡＲコーティングによって有意に高くすることができる。光効率は、ＯＳＲのＦＯＶ内の全ての入射伝播方向について略同じであってもよい。
【０３３７】
図３１Ａは、例示的な検出器（例えば、図２９Ａの検出器２９００）の仕様を示している。
一例では、光レシーバに使用される検出器は、ＯＳＩオプトエレクトロニクスのＰＩＮ−ＨＲ００８高速Ｓｉフォトダイオードである。これらは浸漬されていない検出器であるため、検出器が浸漬される材料（すなわち空気）の屈折率は、
ｎｄｅｔ＝１
である。
【０３３８】
この特定のフォトダイオードの最大ビットレートは８００ＭＨｚであり、量子効率は０．７４０である。
特異的検出能は４．０６×１０１２ｃｍ  Ｈｚ１／２Ｗ−１である。
【０３３９】
ＯＳＩオプトエレクトロニクスのＰＩＮ−ＨＲ０２０高速Ｓｉフォトダイオードなどの他の検出器を使用することができるが、これに限定されるものではないことが理解される。
いくつかの実施形態とともに使用される他の検出器は、任意の最大ビットレート、量子効率、特定の検出率、および活性領域を有することができる。
【０３４０】
図３１Ｂは、ＰＩＮ−ＨＲ００８検出器のスペクトル応答のプロットを示している。スペクトル応答は、伝送スペクトルよりも広い。この理由から、光レシーバは、伝送されたスペクトル領域の外側からのバックグラウンド放射が検出器ノイズに寄与するのを防ぐために、光帯域通過フィルタを使用することができる。
【０３４１】
図３１ｃは、バックグラウンド放射に起因する検出器ノイズを低減するためにＰＩＮ−ＨＲ００８０検出器とともに使用されることができる例示的な光帯域通過フィルタのスペクトル応答のプロットである。図３１ａに示すように、検出器の活性領域は、幅がΧｄｅｔ＝０．２０３ｍｍの正方形である。したがって、各検出器は、
ａｄｅｔ＝（０．２０３ｍｍ）２＝０．０４１２０９ｍｍ２
の活性領域を有する。
【０３４２】
図３２は、ミリメートル単位の寸法を有するＰＩＮ−ＨＲ００８０検出器を使用するフォトダイオードアレイ（例えば、小型レンズ２９０４とともに使用するための検出器アレイ）の図である。これらの検出器のそれぞれは、図３１Ａに示された検出器と同じであるが、金属ハウジング内に単独で搭載される代わりに、それらは全て単一の基板上にともに取り付けられる。
【０３４３】
図３３は、光トランスミッタ（例えば、図９のＯＴＡ８００）からの入射ビームがＯＳＲのＦＯＶ上に中心合わせされるとき、ＯＳＲ光学系として図２９Ｂの小型レンズアレイを使用してＯＳＲの単一の検出器（例えば、図３２の検出器アレイにおける検出器の１つ）上に生成される照度分布を示している。この分布の幅は、検出器の活性領域の０．２０３ｍｍ幅よりもはるかに小さいため、入射ビームがＯＳＲのＦＯＶの中心に置かれたとき、各レンズの焦点面に転送された光束の１００％が活性領域に入射することができる。
【０３４４】
様々な実施形態では、ＯＳＲのＦＯＶの全幅は、
式
2019193248.tif 000005
から計算されることができる。
ここで、ｘｄｅｔは正方形検出器の幅であり、ｆｒｅｃはＯＳＲ光学系の焦点距離である。
【０３４５】
検出器の幅とレシーバの焦点距離を先の式に代入すると、
2019193248.tif 000006
を与える。
【０３４６】
図３４は、透過ビームがＦＯＶの中心に対して１．８°の角度（すなわち、ＯＳＲのＦＯＶの幅の半分）で入射するとき、単一の検出器上に生成される照度分布を示している。入射ビームがＦＯＶの中心にある場合よりも分布が広いが、その幅は、検出器の活性領域の幅に対して依然として小さい。
【０３４７】
例示的な検出器の外部量子効率は以下のとおりである。
ＱＥｄｅｔ＝０．７４
【０３４８】
検出器のＤ−Ｓｔａｒ値は以下である。
2019193248.tif 000007
【０３４９】
ＯＳＲ光学系２６０２およびＯＢＲ光学系２６１０の光学系は、任意数の光学部品を含むことができる。
ＯＳＲ光学系２６０２およびＯＢＲ光学系２６１０の光学部品は、屈折、反射および／または回折を利用することができる。
【０３５０】
図２９Ａに示すように、各小型レンズ２９０２がその焦点面に検出器２９００を有する、図２９Ｂの小型レンズアレイ２９０４を含む例示的なＯＳＲ２５０２のエタンデュ分析は、以下のとおりである。検出器アレイ内の単一の検出器のエタンデュは、以下の式によって与えられる：
2019193248.tif 000008
ここで、ａｄｅｔは、単一の検出器の面積であり、ｎｄｅｔは、検出器が浸漬される材料の屈折率であり、θｄｅｔは、その表面法線に対して検出器に入射する光線の最大入射角である。この例では、単一の検出器に対応するＯＳＲのＦＯＶは、角度幅ＦＯＶｒｅｃを有する正方形である。この角度は９０°に対して十分に小さいため、小角度近似を立体角の計算に使用することができる。したがって、この例では、単一検出器レシーバＦＯＶに対応する立体角は、以下のとおりである：
2019193248.tif 000009
小角度近似のため、投影された立体角は、以下の立体角に等しい：
2019193248.tif 000010
【０３５１】
ＯＳＲ小型レンズアレイの小型レンズの１つのエタンデュは以下のとおりである：
2019193248.tif 000011
ここで、ａｒｅｃはその入射瞳面積である。検出器エタンデュを小型レンズエタンデュと等しく設定してａｒｅｃを解くと、以下の結果を与える：
2019193248.tif 000012
【０３５２】
量ａｒｅｃ，ｍａｘは、効率的な光束移動を得ることができることが可能なレシーバ光学系の１つの最大許容入射瞳領域を表す。最大許容総結合レシーバ入射瞳面積は、以下のとおりである：
2019193248.tif 000013
ここで、Ｎｒｅｃは、小型レンズアレイ内の小型レンズの総数である。ＯＳＲ小型レンズアレイの総結合入射瞳面積の所望値Ａｒｅｃが与えられた角度θｄｅｔの最小許容値θｄｅｔ，ｍｉｎおよび他のＯＳＲパラメータの値は、以下のように計算されることができる：
2019193248.tif 000014
【０３５３】
この例の検出器は正方形であるため、検出器の有効領域の各辺の幅は以下のとおりである：
2019193248.tif 000015
【０３５４】
ＯＳＲ光学系からの距離ｒに位置するＯＴＡから送信された１ビットの間にＯＳＲ光学系の入射瞳に生成される信号強度（Ｗ／ｓｒ単位）は、以下のとおりである：
2019193248.tif 000016
ここで、Ｉｔｒａｎｓは、ＯＴＡからＯＳＲ光学系まで視線に沿ってＯＴＡによって生成される理想的な無損失（すなわち、理想的ではないコーティングおよびＯＴＡ光学系で使用される光学材料による反射、透過および吸収損失を含まない）出射強度である。理想的な無損失強度Ｉｔｒａｎｓは、理想的ではない光学材料およびコーティングによる損失がＯＴＡ光学系の光学効率ηｔｒａｎｓによって計算されるため、上式で使用される。上式における関数Ｔａｔｍｏｓ（ｒ）は、伝播経路に沿った帯域内大気透過率である。大気中の吸光係数ａａｔｍｏｓで大気透過率を特徴付けると、上式は以下のようになる：
2019193248.tif 000017
【０３５５】
ＯＳＲ小型レンズの１つの入射瞳によってＯＴＡで定められた立体角は、以下とすることができる：
2019193248.tif 000018
【０３５６】
ＯＴＡがＯＳＲのＦＯＶ内にある場合、単一の１ビットの送信中にＯＳＲ検出器の１つに入射する光パワーは、以下とすることができる：
2019193248.tif 000019
ここで、ｎｒｅｃは、理想的ではない光学材料およびコーティングの影響を含むＯＳＲ光学系の光学効率である。ＯＳＲ光学系の収差は、ＯＴＡの角度位置がＯＳＲのＦＯＶ内にある場合に、単一の小型レンズの入射瞳に入射する送信されたパワーの全てが単一のＯＳＲ検出器に当たるように、十分に低くすることができる。単一の１ビットの送信中にこの検出器上に堆積される総信号エネルギは、単に光パワーのビット持続時間τ倍とすることができる：
2019193248.tif 000020
【０３５７】
この検出器で生成される信号電子の対応する数は、以下とすることができる：
2019193248.tif 000021
ここで、ＱＥｄｅｔは、検出器の外部量子効率であり、ｈはプランク定数であり、ｃは光速であり、λｃはＯＳＲ波帯の中心波長である。ビット持続時間τは、送信された光パルスの変調デューティサイクルｎｍｏｄを送信ビットレートＢで除算したものとして表現することができる。上記の結果として、以下のとおりである：
2019193248.tif 000022
【０３５８】
１ビットの信号電子による単一の検出器で生成される光子ノイズの標準偏差は、信号電子数の平方根である。この例では、この光子ノイズの標準偏差は、以下とすることができる：
2019193248.tif 000023
【０３５９】
バックグラウンド放射のために単一のＯＳＲ検出器に入射する光パワーは、以下とすることができる：
2019193248.tif 000024
ここで、Ｌｂａｃｋはスペクトルバックグラウンド放射輝度であり、Δλは光波帯であり、ΩｒｅｃはＯＳＲのＦＯＶに対応する立体角である。１つの積分時間中に収集される対応するエネルギは、以下とすることができる：
2019193248.tif 000025
【０３６０】
ここで、τｉｎｔは積分時間であり、ビットレートＢの観点から以下のように表すことができる：
2019193248.tif 000026
【０３６１】
上記の結果として、以下のとおりである：
2019193248.tif 000027
【０３６２】
１つの積分時間の間に１つの検出器におけるバックグラウンド放射によって生成される電子の対応する数は、以下とすることができる：
2019193248.tif 000028
【０３６３】
上記の結果として、以下のとおりである：
2019193248.tif 000029
【０３６４】
バックグラウンド放射に起因する光子ノイズの標準偏差は、ｅｂａｃｋの平方根をとることによって得られる：
2019193248.tif 000030
【０３６５】
検出器のノイズは、Ｄ−ｓｔａｒの値によって特徴付けることができる。検出器の電気的帯域幅は、ビットレートの半分である：
2019193248.tif 000031
【０３６６】
Ｄ−ｓｔａｒの定義から、１つのＯＳＲ検出器のノイズ等価パワーは以下のようになる：
2019193248.tif 000032
ここで、Ｄｓｔａｒｄｅｔは、レシーバの各検出器のＤ−ｓｔａｒ値である。１つの積分時間中に生成される検出器−ノイズ電子の標準偏差は、以下のとおりである：
2019193248.tif 000033
【０３６７】
ビットレートＢはτｉｎｔの逆数であるため、結果は以下のようになる：
2019193248.tif 000034
【０３６８】
上記の３つのノイズ源は全て統計的に独立している。したがって、合成されたノイズ分散は、別個のノイズ源の分散の和に等しくなる。１ビットの場合、１つの検出器で生成される合成ノイズは、以下とすることができる：
2019193248.tif 000035
【０３６９】
０ビット中に生成された対応する合成ノイズは、０ビット中に光パワーが伝送されないため、送信信号によって生成される光子ノイズからの寄与がないことを除き、１ビットの場合と同じである。したがって、０ビット中の１つの検出器における合成ノイズは、以下とすることができる：
2019193248.tif 000036
【０３７０】
ＯＳＲの各検出器のノイズの統計的独立性を呼び出すと、これらのＮｒｅｃ検出器の合成ノイズは：
2019193248.tif 000037
送信された１ビットについては、以下とすることができ、
2019193248.tif 000038
送信された０ビットについては、以下とすることができる。光レシーバの信号対ノイズ比は、合成された１ビット信号レベルを合成された１ビットノイズレベルで除算したものとして定義される：
2019193248.tif 000039
これは、以下に簡略化する：
2019193248.tif 000040
【０３７１】
光レシーバのソフトウェアは、所定のビットが０ビットであるか１ビットであるかを判定するために閾値を使用することができる。この目的のために、以下の閾値レベルを使用することができる：
2019193248.tif 000041
【０３７２】
様々な実施形態では、光レシーバによって１つの積分時間の間に受信された合成信号がこの閾値以上である場合、受信ビットは１ビットとみなされる。それ以外の場合、受信ビットは０ビットとみなされる。ここで閾値レベルを使用することにより、ビットエラー確率が１ビットの場合と０ビットの場合で同じであり、ビットエラー確率全体ができるだけ低いことが保証される。ビット誤り確率は、以下のとおりである。
2019193248.tif 000042
ここで、Ｐｃｎｏｒｍ（ｘ，μ，σ）は、平均μと標準偏差σの累積正規確率分布である。この式は、ビットエラー確率が所望の値に等しい理想的な（すなわち無損失の）強度の関数として通信範囲ｒｃｏｍｍ（Ｉｔｒａｎｓ）を得るために数値的に解くことができる。
【０３７３】
前述したように、本開示の様々な実施形態は、光ビームを合成するか、またはタイリング（ｔｉｌｉｎｇ）することを想定している。光ビームのタイリング（光ビーコンであろうと信号であろうと）は、エネルギ効率が良い（他の種類の通信、例えばＲＦベースの通信よりも１０から１００倍程度効率が高い）光伝送をもたらす。これは、タイル状の光ビームを構成する各光ビームのエネルギが非常に均一な強度で且つ実質的に「漏洩」を最小限に抑えながら、特定の幾何学的形状に集中または集束させることができるためである。したがって、そのような集束された非常に均一な光ビームのタイリングは、特定の所望の領域に集束される光エネルギをもたらす。これは、サイドローブによるエネルギの浪費をもたらす例えばＲＦアンテナの放射パターン、および不要な角度領域への光の照射によるエネルギの浪費をもたらす従来の光伝送とは対照的である。例えば、店舗の所有者は、見込み客が集まる可能性がある店舗周辺の角張った地域−歩道、街路、公園など−に店舗に関する情報を伝送したい場合がある。同時に、顧客が集まる可能性が低い不要な地域−路地や近くの空き地など−に情報を伝送するエネルギを浪費したくない場合がある。
【０３７４】
光ビームのタイリングはまた、非常に直接的な光伝送をもたらす。やはり、様々な実施形態にかかる光ビームのタイリングは、実質的に重複しないまたは漏洩しないように、２つ以上の光ビームをほとんど合成することができないようにしている。さらに、タイル状の光ビームは、高い光束密度を有する無数の異なる矩形または他の形状の構成で構成されることができ、光ビームが光トランスミッタから所望の距離に投射されることができるように伝送エネルギが調整されることを可能にする。
【０３７５】
本開示に開示されるような光ビームタイリングを完全に理解するために、インコヒーレント（すなわち、非レーザ）光ビームを生成する光トランスミッタの観点からこの特徴の背後にある物理学を説明することが有用である。光伝播の物理的性質により、光軸に垂直な平面上で測定された位置の関数としての光ビーム放射照度（すなわち、単位面積あたりの光パワー、ワット／ｍｍ２）は、一般に、光トランスミッタのアパーチャから異なる距離で異なっている。
【０３７６】
図３５Ａは、この現象の例を示している。ＯＴＡ３５００は、出射ビーム３５０２がＯＴＡ３５００から進行または伝播するにつれて分散する出射ビーム３５０２を出射するように示されている。異なる距離における光ビーム放射照度がどのように異なるかを示すために、３つの（実数または虚数）面（面１、２、および３）が図３５Ａに示されている。光ビームの放射照度は、位置の関数であり、ビームがＯＴＡからより長距離まで伝播するにつれてこの例のビーム幅は増加することから、出射ビーム３５０２がＯＴＡ３５００から遠くに進むにつれて、光ビーム放射照度は、対応して減少することを理解することができる。
【０３７７】
図３５Ｂは、遠距離場光ビーム放射照度に関する位置および放射照度スケーリングの例を示している。図３５Ａと同様に、ＯＴＡ３５００は、出射ビーム３５０２がＯＴＡ３５００から伝播するにつれて分散する出射ビーム３５０２を伝送するように示されている。光ビーム放射照度が異なる距離でどのように変化するかを同様に示すために、他の３つの（実数または虚数）面（面Ａ、Ｂ、およびＣ）が図３５Ｂに示されている。しかしながら、遠距離場光ビーム放射照度の場合、すなわち、測定面が光トランスミッタの射出瞳、例えばＯＴＡ３５００から十分に離れているとき、測定された光ビーム放射照度分布は、位置スケーリングファクタおよび放射照度スケーリングファクタを除いて同一である。位置スケーリングファクタは、伝播距離に比例するのに対して、放射照度スケーリングファクタは、伝播距離の二乗に反比例する。これがあてはまる測定面は、遠距離場にあると言われている。光トランスミッタから遠距離場までの距離は射出瞳直径よりはるかに大きいことを理解されたい。用語「遠距離場（ｆａｒ−ｆｉｅｌｄ）」は、ＯＴの射出瞳直径と比較してビーム幅が非常に大きい距離または範囲を指すことができることを理解されたい。いくつかの実施形態において、遠距離場は、ビーム幅が射出瞳直径より少なくとも数百倍大きい、好ましくは少なくとも１０００倍大きいように、ＯＴから十分に遠い距離を指すことができる。異なる機能的形態を有する（異なる分布を表す異なる形状に反映されている）図３５Ａに示される光ビーム放射照度分布とは異なり、図３５Ｂに示される光ビーム放射照度分布は、縮尺が異なるだけである。
【０３７８】
図３５Ｃは、角度位置決めの関数としての光ビーム強度の例示的な表現を示している。図３５Ｃは、図３５Ｂと同様に、遠距離場で出射ビーム３５０２を伝送するＯＴＡ３５００を示している。位置の関数としての光ビーム放射照度（ワット／ｍｍ２）は、角度位置の関数としての強度（ワット／ステラジアン（ｓｒ））に変換することができる。角度位置決めは、例えば、水平および垂直角度位置などの２つの角度座標を度単位で指すことができる。例えば、角度位置３５０４は、ＯＴＡ３５００に対する水平方向または垂直方向の角度位置を指す。この変換の結果は、強度分布が全ての遠距離場測定面において同一である（すなわち、異なる測定面における強度を表すために必要なスケーリングファクタは不要である）という点で興味深い。単位ステラジアンは、それが二次元の角度座標系に使用されることを除いて、面積に類似していることを理解されたい。したがって、図３５Ｃに示されるように、面Ａ、Ｂ、およびＣのそれぞれにおける出射ビーム３５０２の強度は同じである。これは、依存性が角度であり、遠距離場では、平面が何であっても角度がＯＴに対して一定であることから、強度も一定になることを意味する。
【０３７９】
図３５Ｄは、光トランスミッタが特定の方向に傾けられているかまたは向けられているときの角度位置の関数としての光ビーム強度の例示的な表現を示している。図３５Ｄは、出射ビーム３５０２を遠距離場に伝送するＯＴＡ３５００を示している。例えば、平面Ｃにおいて、角度位置の関数としての出射ビーム３５０２の光ビーム強度は、光ビーム強度分布３５０６Ａとして表される。ＯＴＡ３５００がある角度αだけ傾斜している場合、光ビーム強度分布は、それに対応して同じ量だけ（例えば、度単位で）シフトされる。光ビーム強度分布の形態（形状）は、同じままであることに留意されたい。図３５Ｄに示すように、角度αだけ（水平または垂直に）ＯＴＡ３５００を傾斜すると、光ビーム強度分布３５０６Ｂによって表されるように、光ビーム強度のシフトをもたらすが、強度分布の形状は同じままである。前述したように、光ビーム強度分布は、角度位置の関数として角度αのシフトを得るのみである。
【０３８０】
図３６Ａは、特定の矩形角度領域内で一定の強度を有する光ビームを出射するＯＴＡからの単一の角度座標の関数としての例示的な光ビーム強度分布を示している。ＯＴＡ（図示せず）は、遠距離場において、光ビームが矩形角度領域内で一定の強度を有するように光ビームを形成する（上述し且つ以下に詳細に説明する）。前述したように、ＯＴＡは、エネルギの全部／大部分が全くまたは少なくとも最小の漏洩なく矩形領域内に集束するように強度／光束密度を集中させるように様々な実施形態にしたがって構成されることができる。したがって、水平光ビーム強度分布３６００のプロットは矩形を有し、特定の角度範囲内では一定の強度であり、この角度範囲外では強度がゼロ値であるか、または一定の強度の所望の矩形角領域外では少なくとも比較的非常に低い値であることを反映して急激に低下している。
【０３８１】
図３６Ｂは、別の観点から、すなわち、２つの角度方向（水平および垂直）の関数として、図３６Ａの例示的な光ビーム強度分布を示している。出射ビームの強度は、矩形の角度領域３６０２内では一定であり、領域３６０２の外側ではエネルギが存在しない、または実質的に存在しない（すなわち、強度ゼロ）。領域内の強度のレベル／均一性（または領域外の実質的な欠如）は、使用されているＯＴ／ＯＴＡの品質および／または設計に応じて変化することができることを理解されたい。例えば、より良好で、より最適に設計されて製造されたＯＴは、矩形領域内でより均一な強度を達成することができ、矩形（または所望の）領域外の不要なエネルギをより良好に低減することができる。光ビームがいったん遠距離場まで伝播すると、対応する角度領域の強度は、ビームが地球の大気のような不均一媒体を伝播しない限り、それほど均一ではなくなり得ないことも理解されたい。そのような不均一媒体では、乱流が強度の均一性に影響を及ぼし、強度分布に時間的および空間的な変動をもたらすことがある。これはあてはまるかもしれないが、強度の均一性の実際的な減少は、この種の光通信システムに使用されると予想される伝播範囲（例えば、数百メートル）にわたって典型的な大気条件下では最小であるため、ここでの乱流の影響は無視できる。
【０３８２】
図３７Ａ〜図３７Ｂは、複数のＯＴＡからの例示的な光ビーム強度分布を示している。例えば、図３７Ａは、２つの出射ビームの強度分布、すなわち（第１のＯＴＡからの）光ビーム強度分布３７００Ａと（第２のＯＴＡからの）光ビーム強度分布３７００Ｂとを合成することによって生成される水平角度位置座標の関数としての光ビーム強度分布を示している。第１および第２のＯＴＡは、それらの各光軸が異なる方向、例えば水平に傾けられて（遠距離場距離に対して）互いに近くに配置されることができる。さらに、第１および第２のＯＴＡは、同じ伝送特性、例えば伝送電力、ビーム形成特性などを有することができる。その結果、光ビーム強度分布３７００Ａおよび３７００Ｂは、遠距離場において同じ強度分布を有するが、第１および第２のＯＴＡ間の傾斜角の相対的な差に相応して、この場合には水平方向にシフトされる。
【０３８３】
図３７Ｂは、別の観点から、すなわち、２つの角度方向（水平および垂直）の関数として、図３７Ａの例示的な光ビーム強度分布を示している。２つの出射ビームによって生成された合成強度分布は、２つの矩形角領域３７０２Ａおよび３７０２Ｂの外側では、強度がゼロ、または少なくとも比較的非常に低い強度であり、矩形角領域３７０２Ａおよび３７０２Ｂの内側では一定である。
【０３８４】
別の例として、図３８Ａは、様々な実施形態にかかる、合成されるかまたはタイリングされる２つの出射ビームから生じる水平角度位置座標の関数としての光ビーム強度分布を示している。この例では、２つの矩形出射ビームが合成されて、光ビーム強度分布３８００Ａと光ビーム強度分布３８００Ｂとからなるタイル状の光ビーム強度分布３８００が形成される。ここで、第１のＯＴＡと第２のＯＴＡとの間の傾斜の角度差（例えば、水平傾斜）は、単一の出射ビームの水平幅に等しく、その結果、同じ垂直幅を有しながら、第１および第２のＯＴＡの出射ビームの一方の「オリジナル」の水平幅の２倍の光ビーム強度分布を有するタイル状の光ビームが得られる。しかしながら、垂直幅は、図３８Ａには示されていない。第１および第２のＯＴＡのそれぞれからの各出射ビームは、矩形の遠距離場角領域内で完全にまたはほぼ完全に分布した一定の強度を有することから、光エネルギは、その領域の外側では失われないかまたは浪費されない。さらに、この一定の強度および効率のレベルは、出射ビームが互いに隣接することを可能にし、その結果、所望の累積強度／パワーを有するように成形されることができるタイル状の光ビームがもたらされる。
【０３８５】
図３８Ｂは、図３８Ａの例示的な光ビーム強度分布が２つの角度位置座標（水平および垂直）の関数として一定の強度値を有する矩形角度領域を示している。特に、第１および第２のＯＴＡは、タイル状のビームを生成するように合成される２つの同一の出射強度分布のうちの一方の水平幅に等しい方向の差で、異なる方向に向けられ／傾斜されることができる。出射ビームの強度は、矩形角度領域３８０２の外側では、強度がゼロ、または非常に低い強度であり、矩形角度領域３８０２の内側では一定である。矩形角度領域３８０２は、第１および第２のＯＴＡによってそれぞれ生成された２つのより小さな矩形角領域３８０２Ａおよび３８０２Ｂの合成からなる。矩形角領域３８０２Ａと３８０２Ｂとの間の境界は、それらの間の破線として示されている。
【０３８６】
ＯＴＡが水平方向および／または垂直方向のいずれかに向けられるかまたは傾斜される方向を調整することによって、および複数の同一のＯＴＡを使用することによって、単一のＯＴＡによって生成される出射ビームの水平および垂直ビーム幅の任意の整数倍を有するタイル状の光ビームが生成されることができる。図３９は、そのようなタイル状の光ビーム３９００の例を示している。この例では、タイル状の光ビーム３９００は、遠距離場においてそれぞれの光ビームが光ビーム出力強度分布３９００Ａ〜３９００Ｆを生成するような方向にそれぞれ傾けられた／向けられた６つのＯＴＡによって出射される６つの光ビームの合成である。理解されることができるように、タイル状の光ビーム３９００は、６つのＯＴＡのうちの１つによって出射される任意の単一の光ビームの水平方向の３倍および垂直方向の２倍の幅である。
【０３８７】
図３９には示されていないが、光ビーム強度分布３９００Ａ〜３９００Ｆをもたらす各光ビームは、単一のＯＴ（光源およびビーム形成光学系）から出射される変調光ビームの結果であり得ることが理解されよう。例えば、光ビーム３９００Ａは、（図９の）光源９２２およびビーム形成光学系９２４の出射とすることができる。残りの光ビームは、同じ動作／光学特性を有する他のＯＴから出射されることができる。
【０３８８】
図４０Ａは、ＯＴ９０２（図９）の１つの実施形態とすることができる例示的な光トランスミッタ４０００を示している。光トランスミッタ４０００は、特定の寸法、例えば、高さ約２５ｍｍ、幅２５ｍｍ、および長さ５０ｍｍを有することができる。光トランスミッタ４０００は、光軸４００２を有する直径２０ｍｍの円形の射出瞳を有することができる。例えば図３９に示すように、これらの例示的な光トランスミッタ４０００のうちの複数のものを組み合わせて使用してタイル状の光ビームを生成することができる。
【０３８９】
図４０Ｂは、光トランスミッタ４０００によって伝送されることができる例示的な出射ビーム４００４を示している。図４０Ｂは、遠距離場における出射ビーム４００４を示している。例えば、出射ビーム４００４の伝播範囲は、約２００ｍである。前述したように、遠距離場において、様々な実施形態にしたがって構成／動作する光トランスミッタによって伝送される出射ビームは、幾何学的形状を超える光の分散がほとんどまたは全くない均一強度を有する幾何学的形状とすることができる光ビーム強度分布を有する。これは、図４０Ｂに示されており、セクション４００４Ａと呼ばれる出射ビーム４００４（光トランスミッタ４０００に近い／より近い場合）は、光トランスミッタ４０００の射出瞳から伝播するにつれて正方形断面に徐々に遷移する略円形断面（すなわち、光ビーム強度分布）を有することができる。遠距離場「ゾーン」全体を通して、出射ビーム４００４は、この例では、８度の正方形角度領域の内側で均一強度を有する正方形断面を維持する。約２００ｍで、出射ビーム４００４は、前述の断面を有することができることが理解されよう。この場合、寸法は２８ｍ×２８ｍである。光ビームの強度分布は、角度位置の関数であるのに対して、断面積は、均一な光ビームの幾何学的形状を指すことを理解されたい。また、ＯＴは、角度位置の関数として特定の強度分布を有する光ビーム（例えば、８度の正方形角度領域内で一定の強度を有する光ビーム）を生成するように設計されてもよいことも理解されたい。
【０３９０】
１つの実施形態によれば、均一で幾何学的形状（例えば、正方形）の出射ビームは、よくコリメートされた光ビーム（すなわち、狭いビーム幅を有する光ビーム）を構成することによって生成されることができる。いくつかの実施形態では、それは、ワイングラスコリメータを使用して（前述したように）達成することができる。しかしながら、幅が狭いにもかかわらず、ワイングラスコリメータの出射は、非常に均一でも非常に正方形でもない。ワイングラスコリメータのコリメートされた出射を均一な正方形ビームに変換するために、１つの実施形態では、２つの同一の正方形レンズレットのアレイを使用することができる。２つの同一アレイを構成する正方形レンズレットは、ペアで機能する。第１の正方形レンズレットアレイ（すなわち、ワイングラスコリメータに最も近い正方形レンズレットアレイ）における各正方形レンズレットは、第２の正方形レンズレットアレイ内の単一の対応するレンズレット（すなわちワイングラスコリメータから最も遠い正方形レンズレットアレイ）と整合し、各ペアの２つの整合した正方形レンズレットは、相互の光軸を共有している。各ペアの第２の正方形レンズレットは、第１のレンズレットのアパーチャから無限遠まで（すなわち、遠距離場まで）光を結像する。無限遠（すなわち、遠距離場）への結像は、正方形レンズレットの各ペアを１つの焦点距離だけ離すことによって達成される。各（第１の）レンズレットのアパーチャは、正方形であるため、各第１のレンズレットのアパーチャの遠距離場像は正方形である。したがって、正方形の出射ビームは、各正方形レンズレットペアによって生成される。さらに、各レンズレットの光軸は、他のレンズレットの各光軸と平行であるため、これら全ての画像は、遠距離場内で正確に重複する。全ての正方形レンズレットペアからの正確に重複する正方形遠距離像が互いに平均化されると、平均化が正方形領域内で極端に均一な強度を生み出すという事実と相まって、第１の各正方形レンズレットは、そのアパーチャにわたってかなり均一に照射されることから、正方形角領域内での照射の極端な均一性が達成されることができる。これは、正方形角度領域などの所望の領域内で均一な強度を生成する方法の一例にすぎないことに留意されたい。例えば、狭いビームを達成するために異なるコリメータを使用することができる。そのようなビームがどのように生成されるかにかかわらず、非常に直接的な光伝送を形成しながら、エネルギを無駄にすることなく、光エネルギが特定の所望の領域に集束されるように、光ビームは続いてタイリングされる。
【０３９１】
図４１Ａは、２つの光トランスミッタ４１００Ａおよび４１００Ｂが互いに近接して配置されているが、互いに対して傾斜しているまたは向けられている多重光トランスミッタ構成の例を示している。この例では、光トランスミッタ４１００Ａおよび４１００Ｂは同一である。したがって、光トランスミッタ４１００Ａおよび４１００Ｂから伝送されている光ビームもまた、同一の特性を有する。光トランスミッタ４１００Ａおよび４１００Ｂの各光軸（すなわち、光軸４１０２Ａおよび４１０２Ｂ）は、互いに対して８度ずれて傾斜しているかまたは位置決めされている。図４１Ａは、基準線４１０３Ａに対して＋４度の傾斜を有する光トランスミッタ４１００Ａ、および基準線４１０３Ｂに対して−４度の傾斜を有する光トランスミッタ４１００Ｂとしてこれを示している（ここで、基準線４１０３Ａおよび４１０３Ｂは互いに平行である）。したがって、ＯＴは、角度位置の関数として特定の強度分布を有する光ビーム（例えば、８度の正方形角度領域内で一定の強度を有する光ビーム）を生成するように設計されることができるため、ＯＴは、遠距離場において、光ビームがタイル状に並べられることができるように位置決めされることができる。すなわち、結果として生じる光ビームが、それらがある所望の形態で互いに隣接するように位置決めされることができる。図４１Ａは、光トランスミッタ構成の平面図を表すことに留意されたい。
【０３９２】
いくつかの実施形態では、光トランスミッタは、必ずしも同じまたは類似の光ビームを出射する必要はない。これは、ユーザ／システムによって所望される結果として得られるタイル状の光ビームの特性に依存することができる。例えば、１つの実施形態では、異なる光ビームが異なる角度領域に／異なる角度領域内に伝送されるように、異なる光トランスミッタまたは非類似の光ビームを出射するように構成された光トランスミッタがタイリングされることができる。例えば、８度の垂直×４度の水平の光ビームは、１２度の水平幅×８度の垂直幅のタイル状の光ビームを生成するように８度の正方形の光ビームによってタイリングされることができる。いくつかの実施形態では、光トランスミッタ４１００Ａからの光ビームの強度が光トランスミッタ４１００Ｂから出射される光ビームの強度よりも大きい場合の光ビームの強度（例えば、図４１Ｂ）である。これは、１つ以上の他の光ビームに対する１つ以上の光ビームの「到達範囲」を効果的に増大させることができる。それは、ある角度領域が他の角度領域と比較してより近い範囲内に光レシーバを有することが期待される状況において有用であり得る。
【０３９３】
図４１Ｂは、光トランスミッタ４１００Ａおよび４１００Ｂからの各出射ビームからなる矩形の光ビームを有するものとして、遠距離場において得られるタイル状の光ビーム４１０４を示している。各光トランスミッタ４１００Ａおよび４１００Ｂの出射ビームは、互いに対して８度ずれており、各出射ビームは、８度の正方形角度範囲を有する。したがって、結果として得られるタイル状の光ビーム４１０４は、重複することなく互いに隣接する２つの出射ビームを含む。
【０３９４】
図４２Ａは、３つの光トランスミッタ４２００Ａ〜Ｃが互いに近接して配置されているが、互いに対して傾斜しているまたは向けられている多重光トランスミッタ構成の別の例を示している。この例では、光トランスミッタ４２００Ａ〜Ｃは同一である。したがって、各光トランスミッタ４２００Ａ〜Ｃから伝送されている光ビームもまた、同一の特性を有する。光トランスミッタ４２００Ａおよび４２００Ｂの各光軸（すなわち、光軸４２０２Ａおよび４２０２Ｂ）は、互いに対して８度のオフセットで水平に傾斜している。図４２Ａは、互いに平行な基準線４２０３に対して−４度の傾斜を有する光トランスミッタ４２００Ａと、互いに平行な基準線４２０３に対して＋４度の傾斜を有する光トランスミッタ４２００Ｂとしてこれを示している。光トランスミッタ４２００Ｃは、光トランスミッタ４２００Ｂと水平方向に整列している。図４２Ａは、光トランスミッタ構成の平面図を表すことに留意されたい。さらに、光トランスミッタ４２００Ｃは、光トランスミッタ４２００Ａおよび４２００Ｂに対して垂直方向に＋８度傾斜している。図４２Ｂは、光トランスミッタ４２００Ａと４２００Ｃとの間に生じる８度の傾斜またはオフセットの側面図を示している。説明を簡単にするために、光トランスミッタ４２００Ｂは示されていない。図４２Ｃは、結果として得られるタイル状の光ビームの斜視図を示している。前述したように、光トランスミッタ４２００Ａ〜Ｃからの出射ビームは、最初は非正方形（例えば円形）の光ビーム強度分布を有して伝播し、例えば２００ｍの遠距離場では、タイル状の正方形の光ビーム強度分布に変換されることができる。
【０３９５】
図４３Ａは、３つのビーム形成光学系４３００Ａ、４３００Ｂ、および４３００Ｃの斜視図を示している。これらのビーム形成光学系のそれぞれは、ビーム形成光学系１１００（図１１）の実施形態とすることができ、この実施形態では、１ｍｍ平方の一様ランバート放射器を備える光源から集光する。各ビーム形成光学系は、８度平方の均一な光ビームを生成するように構成されている。ビーム形成光学系４３００Ａは、４度上方に且つ左方に傾斜し、ビーム形成光学系４３００Ｂは、４度下方に且つ左方に傾斜し、ビーム形成光学系４３００Ｃは、４度下方に且つ右方に傾斜している。図４３Ｂは、ビーム形成光学系４３００Ａ、４３００Ｂ、および４３００Ｃの正面図を示している。図４３Ｃは、ビーム形成光学系４３００Ａ、４３００Ｂ、および４３００Ｃを含むビーム形成光学系アセンブリの側面図を示している。ビーム形成光学系４３００Ｃの配向／傾斜位置（４度下方に且つ右方に傾斜している）は、この図では見えないことに留意されたい。
【０３９６】
図４３Ｄは、光源から一定の距離、この場合には３０ｍｍおよび３００ｍｍでビーム形成光学系４３００Ａ、４３００Ｂ、および４３００Ｃによって生成された放射照度分布を示している。３０ｍｍにおける放射照度分布の表現が４３０６に示されている。ここで、（ビーム形成光学系４３００Ａ、４３００Ｂ、および４３００Ｃに近い）放射照度分布は、比較的円形である。しかしながら、光ビームが３００ｍｍまで伝播するまでに、放射照度分布は、４３０８に反映されるように形状がより正方形になっている。３００ｍｍでは、結果として得られる正方形の放射照度分布は、「ぼやけている」ことを理解されたい。すなわち、放射照度（強度）分布は、正方形領域内では完全に集束されず、すなわち、正方形領域の外側にはエネルギが漏洩している。
【０３９７】
図４３Ｅは、光源から他の距離、この場合には１ｍおよび１０ｍでビーム形成光学系４３００Ａ、４３００Ｂ、および４３００Ｃによって生成された放射照度分布を示している。１ｍおよび１０ｍにおける放射照度分布の表現は、それぞれ、４３０８および４３１０に示されている。１０ｍ（すなわち、４３１０）の範囲における放射照度分布は、１ｍ（すなわち、４３０８）における放射照度分布と比較して、より集束された（すなわち、ぼやけが少ない）正方形形状である。さらに、放射照度分布間のギャップは、１ｍに対して１０ｍの範囲で狭くなっていることを理解されたい。
【０３９８】
図４３Ｆに示す１００ｍの範囲では、放射照度分布は、（図４３Ｄおよび図４３Ｅに示すようにビーム形成光学系４３００Ａ、４３００Ｂ、および４３００Ｃに近い距離での放射照度分布に対して）非常に鋭い。さらに、互いに対する放射照度分布は、ほとんどまたは全くギャップなく互いに隣接しており、エネルギ損失／漏洩が極めて少ないかまたは全くないという事実を表していることを理解されたい。
【０３９９】
図４４は、本明細書に開示される方法の様々な特徴を実施するために使用されることができる例示的なコンピューティングモジュールを示している。
【０４００】
本明細書で使用される場合、用語モジュールは、本出願の１つ以上の実施形態にしたがって実行されることができる所与の機能単位を記載することができる。本明細書で使用される場合、モジュールは、ハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせの任意の形態を利用して実装されることができる。例えば、モジュールを構成するために、１つ以上のプロセッサ、コントローラ、ＡＳＩＣ、ＰＬＡ、ＰＡＬ、ＣＰＬＤ、ＦＰＧＡ、論理コンポーネント、ソフトウェアルーチンまたは他の機構が実装されることができる。実施形態において、本明細書で説明される様々なモジュールは、別個のモジュールとして実装されてもよく、説明された機能および特徴は、１つ以上のモジュールの一部または全部で共有されてもよい。換言すれば、本明細書を読んだ後に当業者にとって明らかなように、本明細書に記載された様々な特徴および機能は、任意の所与のアプリケーションで実施されてもよく、１つ以上の別個のモジュールまたは様々な組み合わせおよび順列の共有モジュールで実装されることができる。機能の様々な特徴または要素は別個のモジュールとして個別に説明または特許請求されることができるが、当業者であれば、これらの特徴および機能が１つ以上の共通ソフトウェアおよびハードウェア要素間で共有されることができ、そのような特徴または機能を実装するために別個のハードウェアまたはソフトウェアコンポーネントが使用されることを必要としないし暗示もしないことが理解される。
【０４０１】
アプリケーションのコンポーネントまたはモジュールがソフトウェアを使用して全体的にまたは部分的に実装される場合、１つの実施形態では、これらのソフトウェア要素は、それに関して説明される機能を実行することができるコンピューティングまたは処理モジュールで動作するように実装されることができる。そのようなコンピューティングモジュールの１つが図４４に示される。様々な実施形態がこの例示的なコンピューティングモジュール４４００の観点から説明される。この説明を読めば、他のコンピューティングモジュールまたはアーキテクチャを使用してアプリケーションをどのように実装するかが当業者にとって明らかになるであろう。
【０４０２】
ここで図４４を参照すると、コンピューティングモジュール４４００は、例えば、デスクトップ、ラップトップ、ノートブック、およびタブレットコンピュータ、ハンドヘルドコンピューティングデバイス（タブレット、ＰＤＡ、スマートフォン、携帯電話、パームトップなど）、メインフレーム、スーパーコンピュータ、ワークステーションもしくはサーバ、または所与のアプリケーションもしくは環境に望ましいかまたは適切である任意の他の種類の専用または汎用コンピューティングデバイス内で見られるコンピューティングまたは処理能力を表すことができる。コンピューティングモジュール４４００はまた、所与の装置内に埋め込まれるかまたは他の方法で利用可能なコンピューティング能力を表すことができる。例えば、コンピューティングモジュールは、例えば、デジタルカメラ、ナビゲーションシステム、携帯電話、携帯コンピューティングデバイス、モデム、ルータ、ＷＡＰ、端末、および何らかの形式の処理能力を含むことができる他の電子装置などの他の電子装置に見ることができる。
【０４０３】
コンピューティングモジュール４４００は、例えば、プロセッサ４４０４などの１つ以上のプロセッサ、コントローラ、制御モジュール、または他の処理装置を含むことができる。プロセッサ４４０４は、例えば、マイクロプロセッサ、コントローラ、または他の制御ロジックなどの汎用または専用処理エンジンを使用して実装されることができる。
図示の例では、プロセッサ４４０４は、バス４４０２に接続されているが、コンピューティングモジュール４４００の他のコンポーネントとの相互作用を容易にするためにまたは外部と通信するために任意の通信媒体が使用されることができる。
【０４０４】
コンピューティングモジュール４４００はまた、本明細書では単にメインメモリ４４０８と呼ばれる１つ以上のメモリモジュールを含むことができる。例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）または他のダイナミックメモリがプロセッサ４４０４によって実行されることになる情報および命令を記憶するために使用されることが好ましい。メインメモリ４４０８はまた、プロセッサ４４０４によって実行される命令の実行中に一時変数または他の中間情報を記憶するために使用されてもよい。コンピューティングモジュール４４００は、同様に、プロセッサ４４０４のための静的情報および命令を記憶するためにバス４４０２に結合された読み出し専用メモリ（「ＲＯＭ」）または他の静的記憶装置を含むことができる。
【０４０５】
コンピューティングモジュール４４００はまた、例えば、メディアドライブ４４１２および記憶ユニットインターフェース４４２０を含むことができる１つ以上の様々な形態の情報記憶機構４４１０を含むことができる。メディアドライブ４４１２は、固定または取り外し可能な記憶媒体４４１４をサポートするためのドライブまたは他の機構を含むことができる。例えば、ハードディスクドライブ、ソリッドステートドライブ、磁気テープドライブ、光ディスクドライブ、ＣＤもしくはＤＶＤドライブ（ＲまたはＲＷ）、または他の取り外し可能な媒体または固定媒体ドライブが提供されることができる。したがって、記憶媒体４４１４は、例えば、メディアドライブ４４１２によって読み出される、それに書き込まれるまたはそれによってアクセスされる、ハードディスク、ソリッドステートドライブ、磁気テープ、カートリッジ、光ディスク、ＣＤ、ＤＶＤ、もしくはブルーレイ、または他の固定または取り外し可能な媒体を含むことができる。これらの例が示すように、記憶媒体４４１４は、コンピュータソフトウェアまたはデータを記憶したコンピュータ使用可能記憶媒体を含むことができる。
【０４０６】
代替実施形態では、情報記憶機構４４１０は、コンピュータプログラムまたは他の命令またはデータをコンピューティングモジュール４４００にロードすることを可能にする他の同様の手段を含むことができる。そのような手段は、例えば、固定または取り外し可能な記憶ユニット４４２２およびインターフェース４４２０を含むことができる。そのような記憶ユニット４４２２およびインターフェース４４２０の例は、ソフトウェアおよびデータが記憶ユニット４４２２からコンピューティングモジュール４４００に転送されることを可能にする、プログラムカートリッジおよびカートリッジインターフェース、取り外し可能なメモリ（例えば、フラッシュメモリまたは他の取り外し可能なメモリモジュール）およびメモリスロット、ＰＣＭＣＩＡスロットおよびカード、ならびに他の固定または取り外し可能な記憶ユニット４４２２およびインターフェース４４２０を含むことができる。
【０４０７】
コンピューティングモジュール４４００はまた、通信インターフェース４４２４を含むことができる。通信インターフェース４４２４は、ソフトウェアおよびデータがコンピューティングモジュール４４００と外部装置との間で転送されることを可能にするために使用されることができる。通信インターフェース４４２４の例は、モデムまたはソフトモデム、ネットワークインターフェース（イーサネット（登録商標）、ネットワークインターフェースカード、ＷｉＭｅｄｉａ、ＩＥＥＥ８０２．ＸＸまたは他のインターフェースなど）、通信ポート（例えば、ＵＳＢポート、ＩＲポート、ＲＳ２３２ポート、ブルートゥース（登録商標）インターフェース、またはその他のポート）、またはその他の通信インターフェースを含むことができる。通信インターフェース４４２４を介して転送されるソフトウェアおよびデータは、典型的には、電子、電磁（光を含む）とすることができる信号、または所与の通信インターフェース４４２４によって交換されることができる他の信号とすることができる信号上で搬送されることができる。これらの信号は、チャネル４４２８を介して通信インターフェース４４２４に供給されることができる。このチャネル４４２８は、信号を搬送することができ、有線または無線の通信媒体を使用して実装されることができる。チャネルのいくつかの例は、電話回線、セルラーリンク、ＲＦリンク、光リンク、ネットワークインターフェース、ローカルまたはワイドエリアネットワーク、および他の有線または無線通信チャネルを含むことができる。
【０４０８】
この文書では、「コンピュータ可読媒体」、「コンピュータ使用可能媒体」および「コンピュータプログラム媒体」という用語は、一般に、非一時的媒体、例えばメモリ４４０８、記憶ユニット４４２２、およびメディア４４１４などの揮発性または不揮発性媒体を指すために使用される。これらのおよび他の様々な形態のコンピュータプログラム媒体またはコンピュータ使用可能媒体は、実行のために処理装置に１つ以上の命令の１つ以上のシーケンスを搬送することに関与することができる。媒体上で実現されるそのような命令は、一般に、「コンピュータプログラムコード」または「コンピュータプログラム製品」（コンピュータプログラムまたは他のグループの形態でグループ化されることができる）と呼ばれる。実行されると、そのような命令は、コンピューティングモジュール４４００が本明細書で説明されるような本出願の特徴または機能を実行することを可能にすることができる。
【０４０９】
様々な例示的な実施形態および実施形態に関して上述したが、個々の実施形態の１つ以上で説明される様々な特徴、態様および機能は、それらが記載された特定の実施形態へのそれらの適用性に限定されず、そのような実施形態が記載されているか否かおよびそのような特徴が記載された実施形態の一部として提示されているか否かにかかわらず、単独でまたは様々な組み合わせで、代わりに本出願の他の実施形態の１つ以上に適用されることができることが理解されるべきである。したがって、本出願の範囲は、上述した例示的な実施形態のいずれによっても限定されるべきではない。
【０４１０】
本文書で使用されている用語および表現、およびその変形は、特に明記しない限り、限定するのではなく、オープンエンドと解釈されるべきである。前述の例として、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、「限定するものではないが含む」等を意味するものと解釈されるべきである。用語「例」は、説明されている項目の例示的な場合を提供するために使用されており、それらの網羅的または限定的なリストではない。用語「ａ」または「ａｎ」は、「少なくとも１つの」、「１つ以上の」などを意味するものと解釈されるべきである。「従来の」、「伝統的な」、「通常の」、「標準の」、「既知の」などの形容詞および類似の意味の用語は、記載された項目を所与の期間または所与の時間に利用可能な項目に限定するものと解釈されるべきではなく、現在または将来の任意の時点で利用可能なまたはは知られていると思われる従来の、伝統的な、通常の、または標準の技術を包含するように読まれるべきである。同様に、この文書が当業者にとって明らかであるかまたは知られている技術を指している場合、そのような技術は、当業者にとって現在または将来の任意の時点で明らかであるかまたは知られている技術を包含する。
【０４１１】
「１つ以上」、「少なくとも」、「これに限定されるものではない」などの広範な語句の存在は、場合によってはより狭い場合が意図されるかまたはそのような広範なフレーズが存在しない場合に必要とされることを意味するものと解釈されてはならない。用語「モジュール」の使用は、モジュールの一部として記載または特許請求されている構成要素または機能が全て共通パッケージで構成されていることを意味するものではない。実際に、モジュールの様々な構成要素の一部または全部は、制御ロジックまたは他の構成要素であっても、単一のパッケージに組み合わされてもよく、別個に維持されてもよく、さらに複数のグループまたはパッケージまたは複数の場所に分散されてもよい。
【０４１２】
さらに、本明細書に記載された様々な実施形態は、例示的なブロック図、フローチャートおよび他の図に関して記載される。本明細書を読んだ後に当業者に明らかになるであろうように、例示された実施形態およびそれらの様々な代替例は、示された例に限定されることなく実装されることができる。例えば、ブロック図およびそれに付随する記述は、特定のアーキテクチャまたは構成を必要とすると解釈されるべきではない。
【０４１３】
本開示の様々な実施形態が上述されたが、それらは、単なる例示として提示されたにすぎず、限定するものではないことが理解されるべきである。同様に、様々な図は、本開示に含めることができる特徴および機能の理解を助けるためになされ、本開示の例示的なアーキテクチャまたは他の構成を示すことができる。本開示は、図示された例示的なアーキテクチャまたは構成に限定されず、所望の特徴は、様々な代替のアーキテクチャおよび構成を使用して実装されることができる。実際に、本開示の所望の特徴を実装するために代替的な機能的、論理的または物理的な区分化および構成がどのように実装されることができるかは、当業者にとって明らかであろう。また、ここに示したもの以外の多数の異なる構成モジュール名が様々な区画に適用されることができる。さらに、フロー図、動作説明および方法請求項に関して、本明細書でステップが提示される順序は、文脈が別途指示しない限り、列挙された機能を同じ順序で実行するために様々な実施形態が実装されることを義務付けるものではない。ステップは、必要に応じて、並列実行のために再編成されてもよく、または再順序付けされてもよいことが理解されるべきである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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【図２７】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図３０】
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【図３１Ａ】
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【図３１Ｂ】
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【図３１Ｃ】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５Ａ】
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【図３５Ｂ】
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【図３５Ｃ】
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【図３５Ｄ】
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【図３６Ａ】
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【図３６Ｂ】
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【図３７Ａ】
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【図３７Ｂ】
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【図３８Ａ】
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【図３８Ｂ】
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【図３９】
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【図４０Ａ】
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【図４０Ｂ】
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【図４１Ａ】
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【図４１Ｂ】
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【図４２Ａ】
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【図４２Ｂ】
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【図４２Ｃ】
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【図４３Ａ】
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【図４３Ｂ】
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【図４３Ｃ】
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【図４３Ｄ】
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【図４３Ｅ】
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【図４３Ｆ】
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【図４４】
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【外国語明細書】
2019193248000001.pdf