(57)【要約】【課題】少なくとも先行技術に代わる有用な、光源に光受光機を指向するための代替を提供する【解決手段】受信機（１）の光軸周辺に配置された複数の光検出器（９）を用いて、光源に向けて光受信機（１）を指向するための方法および装置であって、Ａ）受信機（１）が、光源が位置しうる領域の最大限大きな視野を包含し、光が前記光検出器（９’）に向けて最大限大きな拡散角に屈折されるように、受信機（１）内に構成された光学系（７’）を指向して、受信機（１）を焦点ずれするように配置し、Ｂ）光源からの光（Ｌ）が光検出器（９’）の少なくとも一つに入射するまで、受信機（１）光源を探索させ、Ｃ）光軸に対してどこに光（Ｌ）が入射するかを算出して、現視野により受信機（１）を調整し、Ｄ）当該受信機の視野を減少し、Ｅ）光の最小拡散角が光検出器（９’）上の最小点に集約するまで、ステップＣおよびＤを繰り返す、ことを含む。【選択図】図７
2013523007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光送信機（２０）に配設された光受信機（１）を光源に向けて指向する方法であって、前記光源からの光（Ｌ）が、光軸（１０）に対して光検出器（９’）のどこに入射するかを確認するために、前記受信機（１）の前記光軸周辺に配置された、複数の光検出器（９）を使用することを含み、
Ａ）前記受信機（１）が、前記光源が位置しうる領域の最大限大きな視野を包含し、前記光（Ｌ）が前記光検出器（９’）に向けて最大限大きな拡散角に屈折されるように、前記受信機（１）内に構成された光学系（７’）を指向して、前記受信機（１）を焦点ずれするように配置し、
Ｂ）前記光源からの光（Ｌ）が前記光検出器（９’）の少なくとも一つに入射するまで、前記受信機（１）に周辺のスキャンすることで前記光源を探索させ、
Ｃ）前記光軸に対してどこに前記光（Ｌ）が入射するかを算出して、前記光源からの光（Ｌ）が前記光軸（１０）に向けて指向されるように、現視野により前記受信機（１）を調整し、
Ｄ）前記受信機（１）の光学系（７’）により、当該受信機の視野を減少し、
Ｅ）前記光（Ｌ）の最小拡散角が前記光検出器（９’）上の最小点に集約するまで、ステップＣおよびＤを繰り返す、ことを含み、
前記光軸と前記送信機（２０）から送信される光ビーム（Ｌ２）の拡散角とは、前記光軸（１０）の指向および前記受信機の視野に依存することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記受信機（１）および送信機（２０）は、送受信機（１’，１’’）として構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記送受信機（１’，１’’）の光学システム（３，７，７’，２４，２６，２８）は、前記光源から受光された光（Ｌ）および前記送信機（２０）から送信された光（Ｌ２）が同一光学素子（３，７，７’）を通過するように構成される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
請求項１に記載の受信機（１）を所定の光源に指向する方法であって、
前記受信機（１）は、光源（２２）から送信されたキーを認識できるように、スペクトル拡散により光を変調する手段と共に構成される方法。
【請求項５】
発せられた光のキーの長さは、前記受信機（１）の信号強度に従って調整される請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ステップＣ−Ｅにおける反復調整は、予め決められた調整回数に限定される請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記光軸（１０）周辺の前記光検出器に入射している光（Ｌ）の強度差が、予め決められたレベルを超える場合、前記ステップＡ−Ｅが反復される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法を実行する装置であって、
前記受信機（１）を動かすことのできる駆動手段（７５）；前記光軸（１０）に対して前記検出器（９’）のどこに前記光（Ｌ）が入射するかを確認できる、前記受信機（１）の光軸（１０）周辺に配置された複数の前記検出器（９’）により構成された検出素子（９）；前記検出素子（９）に向けて入射光（Ｌ）の領域を調整できるフォーカス手段（７５）；を備える光受信機（１）と、
前記受信機（１）に配設され、拡散角および前記送信機（２０）から送信された光ビーム（Ｌ２）の光軸が、前記受信機（１）の視野および前記光軸に依存する、光送信機（２０）と、を備える装置。
【請求項９】
前記受信機（１）は、スペクトル拡散コードにより変調された光によって、前記光（Ｌ２）を送信する光源から受信されるキーを認識できるように構成された制御回路が備えられ、
前記送信機（２０）は、スペクトル拡散コードにより変調された光を送信できるように構成される、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記受信機（１）および送信機（２０）は、送受信機（１’，１’’）として構成される、請求項８または９に記載の装置。
【請求項１１】
前記送受信機（１’，１’’）の光学システム（３，７，７’，２４，２６，２８）は、前記光源から受光された光（Ｌ）および前記送信機（２０）から送信された光（Ｌ２）が同一光学素子（３，７，７’）を通過するように構成される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記検出素子（９）は、少なくとも一つの光検出器（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）の第１組および少なくとも一つの光検出器（ｅ，ｆ，ｇ，ｈ）の第２組を備え、
前記第１組（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）は、前記第２組（ｅ，ｆ，ｇ，ｈ）よりも前記光軸（１０）近くに配置され、
前記第１組の光検出器のサイズは、前記第２組の光検出器のサイズよりも小さい、請求項８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源に光受信機を指向する方法および当該方法を実行するための装置に関する。より詳細には、本発明は、光源に光受信機を指向する方法および装置に関し、当該方法は、光が光軸に対してどのように光受信機に入射するかを確認するために、光受信機の光軸周辺に配置される複数の光検出器の使用を含む。光源は、たとえば光送信機である。
【背景技術】
【０００２】
通信システムにおいて、光受信機を使用することが知られている。光受信機を最良の状態で機能させるために、光受信機が光源に指向されることが不可欠である。すなわち、光受信機の光軸は、光源に指向される。専門家の間ではアライメントとも呼ばれるそのような指向は、従来技術では、手動で少なくとも大まかに光源に指向された光受信機によって実行される。大まかな指向とは、光源からの光ビームが光受信機の光学系に入射する精度で、光受信機が光源に指向される指向を意味する。そのような大まかな指向は、光受信機の指す方向が光源に対して外れた位置に来る場合、時間を浪費しコストがかかる。
【０００３】
光受信機が大まかに指向された後すぐに、光受信機の光軸が、光源の光軸と一直線となるように微細な指向を実行できる装置が知られている。当該装置の微細な指向は、光受信機の光軸に対する光が入射する箇所の測定に基づく。
【０００４】
そのような装置は、光送受信機または送信機−受信機を記載する公報ＥＰ０６５３８５２Ａ１により知られている。ここで、２つの対向する送受信機は、光軸の微細指向またはアライメントが自動的に実行される前に、手動で相互に指向されなくてはならない。大まかな指向は、送受信機に配置された照準器によって実行される。
【０００５】
この種の他の装置が、２つの対向する送受信機の間におけるデータの光学的な転送のための装置を記載する公報ＵＳ２００２／０１９６５０６Ａ１により知られている。当該装置は、相互に指向される２つの望遠鏡を含み、とりわけ、霧や降雨等の様々な大気状態と、送受信機間で送信される光に影響しうる収差とを補償できる可変鏡が備えられる。ＵＳ２００２／０１９６５０６Ａ１による送受信機は、手動で相互に指向されなくてはならない。
【０００６】
走査、フォーカス手段のための駆動手段を有する光受信機を備える送受信機、および当該送受信機に接続される光送信機は、ＥＰ０９０１１９９５Ａ２により知られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、少なくとも一つの先行技術の短所を改善または低減することであり、または少なくとも先行技術に代わる有用な代替を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
当該目的は、以下の記載および続く請求の範囲に開示された構成により達成される。
【０００９】
本発明の第１の側面によれば、配設された光送信機を備える光受信機を光源に向けて指向するための方法が提供される。当該方法は、前記光源からの光が光軸に対して光検出器のどこに入射するかを確認するために、受信機の光軸周辺に配置された複数の前記光検出器を使用することを含み、
Ａ）前記受信機に、前記光源が位置しうる領域の最大限大きな視野を包含させるために、前記受信機内に配設された光学系が設定されて、前記光が前記光検出器に向けて最大限大きな拡散角に屈折されるように、前記受信機を焦点をずらして配置し、
Ｂ）前記光源からの光が前記光検出器の少なくとも一つに入射するまで、前記受信機に周辺のスキャンすることで前記光源を探索させ、
Ｃ）前記光軸に対してどこに前記光が入射するかを算出して、前記光源からの光が前記光軸に向けて指向されるように、現視野により前記受信機を調整し、
Ｄ）前記受信機の光学系により、当該受信機の視野を減少し、
Ｅ）前記光の最小拡散角が前記光検出器上の最小点に集約するまで、ステップＣおよびＤを繰り返す、ことを含み、前記光軸と前記送信機から送信される光ビームの拡散角とは、前記光軸の指向および前記受信機の視野に依存する。
【００１０】
したがって、送信機からの焦点を得られる光ビームを指向するための方法が提供される。光ビームの方向および拡散角は、光源に指向されている受信機の方向および視野により制御される。これは、送信機の送信方向および拡散角が、配設された受信機により排他的に制御され、したがって送信機が送信している他の受信機からのフィードバックから独立しているという利点を有する。
【００１１】
送信機および受信機は別個のユニットとして構成されるが、これは、送信機および受信機を送受信機として構成する実質的な理由で有利である。
【００１２】
一実施形態では、送受信機の光システムは、共焦点的に構成される。この利点の一つは、受信機の方向および拡散角により決定される、送信機からの光ビームの配向性および拡散角が、支援されるということである。
【００１３】
受信機は、ステップＢにおいて、１つ以上の光源を検出できる。所定の光源に向けて受信機を指向できるために、本発明の一側面の受信機は、多くの光源のうち一つを認識できる手段と共に構成される。光源から送信されるキーがこのために使用され、スペクトル拡散により光を変調する。スペクトル拡散により変調される、光源から送信されるキーの使用は、光を減衰する困難な大気条件下においても利点を有する。困難な大気条件の例は、霧である。
【００１４】
光はレーザ光であるが、これに限定されない。
【００１５】
スペクトル拡散のコーディングは、無線技術により良く知られており、たとえばＪＰ９１７２３９１がある。スペクトル拡散システムでは、バンド幅が感度と引き換えに犠牲となる。ビット毎のエネルギーは同一であるが、各ビットはいくつかのいわゆる「チップ」に分割されるので、チップ毎のエネルギーは比較的ずっと小さい。一方、ビット毎に多くのチップが転送されなくてはならないので、占領されるバンド幅は増加する。無線技術において、これは、チップ毎のエネルギーはノイズ制限より小さく維持されるので、ノイズとして信号を隠ぺいすることを可能にする。正しいキーを復調することにより、各チップからの寄与が積算される。全ての寄与を積算した後、一ビット内のエネルギーに等しい正味の寄与がわかる。これがノイズ制限より大きい場合、信号が検出される。キーを認知していない受信機は、寄与を正しく合算する可能性を有さず、ノイズから信号を分離することはできないであろう。スペクトル拡散のこのような使用は、主に、軍事的な重要性を有する。スペクトル拡散技術は、多くのユーザを有する周波電磁界を管理するためにも使用される。所定のバンド内の専用周波数を各ユーザに割り当てる代わりに、全てのユーザが、バンド全体において同時に操作しうる。ユーザは、代わりに、自身のスペクトル拡散キーにより分離される。これはまた、モバイル技術等において、民間の使用に資する。
【００１６】
したがって、無線技術におけるスペクトル拡散と本発明に係る光学システムとの間には、本質的な差異がある。無線技術では、スペクトル拡散は、既知のように、ノイズ内に意図的に信号を隠ぺいするために使用される。この技術の使用の際に、転送に関しては、いかなる利点もない。純粋に理論的に、各ビットをキーによって与えられるチップの連続としてコードするように選択され、したがってビットレートの損失の基に、より良い信号／ノイズ比を得られる。しかし、これは、ビットレートが直接的に同様に減少されるので、不必要に複雑である。エネルギーが狭いスペクトルに集中され、信号／ノイズ比の改善は、スペクトル拡散を使用することによって達成されたものに対応して達成される。
【００１７】
当業者であれば、光学的システムがフォトンおよび波の世界で動作するので、バンド幅が、変調された信号のビットレートに必ずしも関連しないことを心得ているだろう。通常のレーザは、本発明が動作するであろう変調周波数よりも多くのオーダーだけ大きなスペクトル線幅を有する。この線幅は、フォトンレベルで動作する効果により支配されており、ビットレートが減少されても、必ずしも狭くならない。対応して、検出器はフォトン検出に基づく。線幅は材料系により決定されるが、典型的には全可視スペクトルのオーダーサイズにある。これとＲＦ領域のバンド幅との間に結合はない。光学システムにおいては、狭いスペクトル帯にエネルギーを集中することによる、信号／ノイズ比が増加する同様の可能性は、したがって具備されない。光信号についてのスペクトル拡散の使用は、さもなければ検出不可能な信号を検出する可能性を与える。受信機にデータ転送のための光源を使用する場合、キーの長さが受信機の焦点の増加に伴って減少されるように、キーの長さが、受信機の焦点に従って調整されることが有利である。これにより、データ転送率が上昇する。キーの長さは、受信機の焦点に比例して変化したり、段階的に変化したりできる。
【００１８】
本発明のステップＡ−Ｅの結果として、反復的な調整は、可能な限り最良の配向またはアライメントが達成されるまで継続する。これは、光軸に対して光が光検出器のどこに入射するかの比較に基づいて決定される。光軸周辺の光検出器に入射する光強度の差異が、予め決められたレベルを下回る場合、受信機は光源に向けて配向される。
【００１９】
または、ステップＣ−Ｅにおける反復的調整は、予め決められた調整回数に制限される。
【００２０】
スペクトル拡散により変調された光として光源から送信されたキーの使用により、光検出器はキーを復調でき、確認された各光検出器の信号強度を報告できるように構成されると解される。
【００２１】
たとえば、送信機から送信されたデータの安定的な受信を確証するために、使用中の受信機が基本的に常に光源に指向されていることが、いくつかの応用領域においては重要である。したがって、光軸周辺の光検出器に入射する光の強度の差異が所定レベルを超える場合、本発明の第１の側面に係るステップＡ−Ｅが再開されることは有利である。
【００２２】
本発明の第２の側面では、本発明の第１の側面に係る方法を実行するのに適した装置が提供される。当該装置は、
−スキャンパターン内で受信機を動かすことのできる駆動手段；光軸に対して検出器のどこに光が入射するかを確認できる、受信機の光軸周辺に配置された複数の前記検出器より構成された検出素子；前記検出素子に向けて入射光の領域を調整できるフォーカス手段；を備える光受信機と、
−前記受信機に配設され、拡散角および前記送信機から送信された光ビームの光軸が、前記受信機の視野および前記光軸に依存する光送信機と、を備える。
【００２３】
本装置は、スペクトル拡散コードにより変調された光を送信する光源から受信されるキーを認識できるように構成された制御回路が備えられ、前記送信機は、スペクトル拡散コードにより変調された光を送信できるように構成される。スペクトル拡散により変調された光を送信することによって、以下に関連する課題が少なくとも解決される：
−探索局面にある本発明に係る受信機は、本発明の第１の側面のステップＡから見て取れるように、初期的に焦点がずらされる。受信機が適切な時間内に付属の送信機を見つけることができるためには、受信機の光学系は、送信機が位置する視野内の広域を網羅するように焦点ずれされて配置されなくてはならない。これは、スペクトル拡散変調を使用することのない通常の方法で検出不可能なほど光が弱くなることを必要とする。
−受信機は、受信機の探索域内の多くの送信機の一つに指向される。各受信機が探索局面にある場合、それは既知のスペクトルキーを探索する。領域内の他のキーを有する他の送信機は、ノイズから際立つのではないので、可視ではない。こうすることで、受信機は、共に属さない送信機に向けて配向されない。
−霧等の困難な大気条件は、受信機の感度範囲下に減衰された光となり、送信機との通信は喪失される。受信機または検出器側における同一キーの復調は、ノイズから信号を際立たせ、さもなければ減衰する信号を検出することを可能にする。
−振動またはシンチレーションが、反対側のユニットに向けて指向された、焦点を合わせられたビームを維持することが困難となる状態においては、拡散角は、ビームが大域を網羅するように変更される。いくらかの光が依然受信機に入射するので、若干不正確な指向は許容される。上記減衰の場合において、信号強度が検出器の感度範囲下に降下する時、スペクトル拡散キーが接続を維持するために使用される。
【００２４】
既知のキーを用いて変調された光によりデータを送信している光学送信機を、光受信機に探索して認識し、配向させるスペクトル拡散変調の使用についても記載される。
【００２５】
以下では、添付の図面に示された好ましい実施形態の例が記載される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本発明に係る受信機の原理図を示す。
【図２】図２は、図１に示された受信機の部分を構成する検出要素の拡大図を示す。
【図３ａ】図３ａは、図１に示された受信機内の光学系の動作および焦点を制御可能に構成された、レンズ制御システムの拡大図を示す。
【図３ｂ】図３ｂは、右から左を見た、図３ａのレンズ制御システムの側面図を示す。
【図４ａ】図４ａは、図３ａに示されたレンズ制御システムのその他の実施形態を示す。
【図４ｂ】図４ｂは、右から左を見た、図４ａのレンズ制御システムの側面図を示す。
【図５】図５は、２つの可動レンズにより構成されたレンズ制御システムの側面図を示す。
【図６】図６は、受信機が送信機に付加的に備えられ、当該送信機および受信機が光を共焦点的に送受信する送受信機として構成された、図１の受信機の原理図を示す。
【図７】図７は、送受信機から離れて配置された他の送受信機に向けてアライメント中の図６の送受信機の原理図を示す。
【図８】図８は、直線状に並べられた後の図７の送受信機を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
該当技術に精通した者であれば、図面は装置の光学系を示す原理的な略図に過ぎないと理解するだろう。必須の制御システムは、該当技術分野に精通した者に知られ、この理由のため、特に図面には示されていない。さらに、各要素間の相互の比率は、歪められている場合がある。等しいまたは対応する要素は、異なる図において同じ参照番号により示されている。
【００２８】
図において、参照番号１は、本発明に係る受信機を示す。受信機１は、外側レンズ３および少なくとも一つの内側レンズ７，７’を含む光学素子を含む。外側レンズ３に入射した光Ｌは屈折され、さらに受信機１へ進み、内側レンズ７，７’を通過する。光学素子３，７，７’の少なくとも一部は、Ｘ、ＹまたはＺ方向に可動である。Ｘ方向はレンズ面に対して横方向であり、Ｙ方向はレンズ面に対して垂直方向であり、Ｚ方向は光ビームの長手方向に主に一致する方向である。Ｘ、ＹおよびＺ方向は、いくつかの図中において、矢印またはその他の記号により示されている。
【００２９】
レンズ７，７’の動きは、図示されない制御システムからの電力により制御されるアクチュエータ７５によって提供される。アクチュエータ７５は、本発明の第２の側面について述べられる駆動手段の少なくとも一部を構成する。当該技術に精通した者であれば、筐体５および可動レンズ間の相対的な動きが提供されるように、アクチュエータ７５は、たとえば、光学要素３，７，７’が配置された筐体５の一部に接続されていなくてはならないということが分かるであろう。この接続は、図面には示されていない。
【００３０】
外側レンズ３は、他の実施形態では（不図示）、筐体５の一部を構成するドームのように構成される。
【００３１】
受信機１の光軸１０周辺に配置された複数の検出素子９’を含む検出部９のどこに光Ｌが入射するかに依存して、制御システムは、アクチュエータ７５に電力を伝達する。これは、図２についての以下解説においてより詳細に説明される。検出素子９’は、光検出器９’とも称される。
【００３２】
図１に示された受信機の最大限のスキャン領域を提供するために、筐体５は、いわゆるパンおよびチルト方向に動かされる自体既知の取付け装置１３により、支持素子１１に可動に取り付けられる。取付け装置１３は、たとえば、自体既知のモータ（不図示）によって動かされる、いわゆるジンバルである。光学素子３，７，７’の少なくとも一部を動かすアクチュエータ７５と同様に、取付け装置１３のモータには、制御システムから伝送される電力が供給される。当該モータは、本発明の第２側面について述べられた駆動手段の一部を構成する。
【００３３】
光学素子３，７のＸ、ＹおよびＺ方向の動き領域が、所望の領域をスキャンできるように十分に大きい場合、可動取付け装置１３は省略されうる。
【００３４】
図２には、図示された本実施形態において、光受信機の光軸１０周辺に配置された合計８つの検出素子９’からなる検出部９の拡大図が示されている。
【００３５】
検出素子９’は、ａ，ｂ，ｃおよびｄにより記された４つの内側素子と、ｅ，ｆ，ｇおよびｈにより記された４つの外側素子とを含む。外側素子ｅ，ｆ，ｇおよびｈは、４つの内側素子ａ，ｂ，ｃおよびｄよりもずっと大きい。
【００３６】
光Ｌが４つ全ての内側素子ａ，ｂ，ｃおよびｄに等しい強度で入射する場合、光Ｌは、図１に示したように、光学系の光軸１０に沿って中心付けられる。
【００３７】
外側素子ｅ，ｆ，ｇおよびｈは、内側素子ａ，ｂ，ｃおよびｄよりもずっと大きな領域を占めるため、これらは、焦点がずれた光に対してより良い感度を備える。外側素子ｅ，ｆ，ｇおよびｈは、したがって、受信機１が探索局面にあり、焦点がずれた状態で配置されている場合、光Ｌの検出を促す。
【００３８】
検出素子９’は、図２に示された８つの素子よりも多くまたは少ない数で構成されうる。検出素子９’は、たとえば、図示された外側素子ｅ，ｆ，ｇおよびｈの外側等に配置された追加的な素子により構成されたり、図示された４つの内側素子ａ，ｂ，ｃおよびｄ等、いくつかの内側検出器のみによって構成されたりする。
【００３９】
検出素子に対してどこに光Ｌが入射するかによって、制御システムは、光学素子３，７のアクチュエータ７５（たとえば、図３ａを参照）および可動取付け装置１３に取り付けられたモータに、電力についての信号を送信する。そうすることにより、安定的に改善された、光軸周辺における光Ｌの中心合せが達成されると同時に、本発明の第１側面に係るステップＣおよびＤからわかるように、視野が継続的に減少される。信号は、差ｅｈ−ｆｇを算出することによって決定される。ｅｈ−ｆｇが正である場合、入射光Ｌは、（図２に関して）光軸１０に向かって下方に指向されなくてはならない。ｅｈ−ｆｇが負である場合、入射光Ｌは、光軸１０に向かって上方に指向されなくてはならない。それに対応して、図２においていずれかの横方向に入射光Ｌが移動されるべきかを決定するために、ｅｈ−ｆｇが算出される。入射光Ｌについて、４つの素子ｅ，ｆ，ｇおよびｈの信号強度が等しい場合、受信機は、光源に向けて大まかに指向されているとみなされうる。その後、入射光Ｌが検出部９上でいくらかより集光されるように、受信機１の光角または視野は、たとえばレンズ７をＺ方向に動かすことによって変更される（図４ｂを参照）。続いて、入射光Ｌからのビームが検出部９に対してどこに入射するかを算出することにより、水平および垂直平面における新たな調整が実行される。そのような指向は、基本的に全ての入射光が等しく内側検出素子ａ，ｂ，ｃおよびｄに入射するまで、または、予め決められた調整回数が実行されるまで、繰り返される。
【００４０】
たとえば、光がいくつかの外側検出素子ｅ，ｆ，ｇおよびｈに入射する場合、取付け装置１３に構成されたモータを用いて受信機１により指向が制御されるように、制御システムは調整される。光Ｌが内側検出素子ａ，ｂ，ｃおよびｄに入射する場合、指向は、光学系のみまたは光学系および上記モータにより制御される。
【００４１】
好ましくは、視野は、どの手段が光軸に向けて指向を制御しているかに関わらず、独立に制御される。
【００４２】
図３ａおよび図３ｂでは、ｘ方向およびｙ方向に移動できるアクチュエータ７５に接続された内レンズ７の原理図が拡大して示されている。図３ａは、レンズ面に向かって前側から見たレンズ７を示す一方、図３ｂは、右から左方向に向かって見たレンズ７を示す。
【００４３】
図示された実施形態では、レンズ７は、レンズ支持部７１に配置されている。レンズ７は、調整可能な拡散角を有する自体既知の類のものである。調整を提供する手段は図示されていない。
【００４４】
４本の柔軟性ロッド７３が、レンズ支持部７１を支持する。図３ｂでは、４本のロッドのうち２本のみが示されている。柔軟性ロッド７３は、ロッドがレンズ支持部７１の平行四辺形状の動きを可能とするよう、レンズ支持部７１のそれぞれの一角に、第１終端部において取り付けられている。第２終端部（不図示）では、ロッドは、たとえば筐体５の一部に取り付けられている。しかし、これは図示されていない。
【００４５】
４つのアクチュエータ７５が、レンズ支持部７１に接続されている。アクチュエータ７５は、ｘ方向およびｙ方向にレンズ支持部７１すなわちレンズ７を動かせるように構成された、自体既知の類の、たとえば電磁石またはモータにより構成される。アクチュエータ７５は、制御システムによって制御される。制御システムからアクチュエータへの電力は、たとえばロッド７３が電気的に導電性部材からなる場合には、ロッド７３を介して転送される。
【００４６】
図４ａおよび図４ｂは、図３ａおよび図３ｂに示されたような同様の原理に基づくレンズ制御システムの他の実施形態を示す。図示された本実施形態において、レンズ支持部７１は、各図では２本のみが表されているが、４本の柔軟性ロッド７３から吊るされる。レンズ支持部７１の底部および頂部には、レンズ支持部７１およびレンズ７のｘ方向の動きを提供するアクチュエータ７５が配置される。レンズ支持部７１の垂直側表面の略中間において、レンズ面と直角に伸延するように、アクチュエータ７５が配置される。後者アクチュエータ７５に電力を供給することによって、レンズ支持部７１すなわちレンズ７が、図４ｂに示されたようにｚ方向に移動され、それにより図１に示した光受信機１の状態に視野を変更する。
【００４７】
図５には、２つの内側レンズ７，７’が、上述の通り、図４ａおよび図４ｂに示したように吊るされる実施形態が示されている。ここで、レンズ７，７’は、柔軟性ロッド７３が相互に９０度で係合する態様で吊るされる。光は、点線により示されている。レンズ７は、本実施形態では、ｘおよびｚ方向に動かされる一方、レンズ７’はｙおよびｚ方向に動かされる。
【００４８】
図６は、図１に示した受信機１により構成された送受信機１’の原理図を示すが、受信機１は、追加的に送信機２０が備えられている。送信機２０は、平行光学系２４を介して光Ｌ２を送信するレーザ光２２の形態の光源を含む。レーザ光２２は、市場で入手可能な種類のものである。光源から送信される光Ｌ２は、レーザ光ではなく他の種類の光でありうることが強調される。
【００４９】
図示された送受信機１’の実施形態では、入射光Ｌは出射光Ｌ２と共焦点であり、すなわち、それは同一光軸に沿って動くが、動く方向は反対である。
【００５０】
これは、入射光Ｌおよび出射光Ｌ２を、直交偏光手段および偏光ビーム分離器２６により分離することによって達成される。
【００５１】
レーザ光２２からの光Ｌ２は、平面について垂直に、線形に偏光される。レーザ光２２は、偏光ビーム分離器２６によって反射され、４分の１波長板（λ／４板）２８に入射する。４分の１波長板２８は、偏光方向について光学軸４５°を有するように配向される。光Ｌ２は、可動レンズ７を介して出射する前に円偏光され、外側レンズ３を介して送受信機１’から送信される。
【００５２】
図６の送受信機１’は、図１に示された受信機１と同様の方法で、取付け装置１３により支持素子１１から吊るされる。
【００５３】
送受信機１’に入射する光Ｌは、図７および８に示される対応する送受信機１’’から送信され、送受信機１’から送出される光Ｌ２に対して反対の回転方向に円偏光される。光Ｌは、４分の１波長板２８までは、光Ｌ２と同じ光学系３，７を順次通過する。光Ｌは光Ｌ２とは反対回転を有するので、４分の１波長板２８の後は当該板に沿って線形に偏光され、したがって、ビーム分離器２６を直進する。その後、光Ｌは、図４に示されたように、検出素子９’を備える検出部９に入射する。
【００５４】
図７および８には、相互に通信可能なように配置された、２つの同一の送受信機１’，１’’が示されている。
【００５５】
情報は、レーザビームＬの強度を変調することによって、送受信機１’，１’’間で転送される。当該レーザビームＬは、光がレーザ光ではない他の光であることもあるので、以下では、光ビームＬとも称する。光ビームＬは、送受信機１’，１’’のうち一つの送信機から、空間を介して自由に移動し、反対側の送受信機１’，１’’の受信機により検出される。送受信機１’，１’’間の距離は、本実施形態では、およそ１００メートルである。図面は、したがって、強度に歪曲されている。各送受信機１’，１’’は、図示した実施形態では、図６に示された送受信機１’と同様に構成される。このため、参照番号によって示されるいくつかの素子のみが、図面において示されている。
【００５６】
図７は、アライメント局面にある送受信機１’，１’’を示す。ここでは、各送受信機１’，１’’の受信機は、焦点がずれて配置されているが、レーザ光２２からの光ビームＬが、各受信機の光検出器９’の少なくとも一つに入射している。図示された実施形態では、光ビームＬの方向および拡散角は、受信機の方向および光角または視野により決定される。各送受信機１’，１’’から送信される光ビームＬは、したがって、幅広い錐体を形成する。各送受信機１’，１’’の受信機が光ビームＬを登録して、本発明の第１の側面に従ってステップＢからステップＣに進む前に、各送受信機１’，１’’は、周辺をスキャンしたと解される。示されるように錐体が重畳する場合、一方の送受信機１’の送信機からの光ビームＬの一部は、反対側の送受信機１’’に配置された対応受信機の光軸周辺に配置された少なくとも１つの光検出器９’に入射する。レンズ７，７’用のアクチュエータ７５および取付け装置１３の動き用のモータのための制御システムに接続された位置調整アルゴリズムは、その後、光の強度が最大となる点に向けて、すなわち、上記図２についての説明において記載されたように、光軸１０周辺に配置された検出素子９’上に光Ｌが基本的に同等に入射する点に向けて、送受信機１’を指向する。したがって、送受信機１’，１’’は、相互に対して中心付けまたはアライメントを実行する。その後、本発明の第１の側面に係るステップＤに述べられる通り、できるだけ多くの光が反対側の光検出器９に入射するように、光ビームＬの拡散角は減少される。これは、送受信機１’，１’’の最適なアライメントが達成されるまで、繰り返し反復される。そのような最適アライメントは、図８に示される。
【００５７】
送受信機１’，１’’は、上述の通り、通信する２つ以上のユニットが同一のキーを有するように、前もってスペクトル拡散キーを備えてもよい。これはファームウェアに書き込まれてよいし、または、たとえば付属のスマートカードに格納されてもよい。
【００５８】
個々の検出素子ｅ，ｆ，ｇおよびｈ並びにａ，ｂ，ｃおよびｄ間の信号強度の差が、入射光Ｌが入射する方向を示すように、スペクトル拡散変調に使用される検出部は、上述の種類のものでありうる。スペクトル拡散の復調は検出素子９’上において個別に実行され、信号強度が比較される。
【００５９】
光ビームＬが光検出器上の十分に小さい領域に中心付けられた場合、スペクトル拡散の復調は、内側素子ａ，ｂ，ｃおよびｄの全て４つにおいて最大の信号となる。すなわち、スペクトル拡散キー内の全てのチップが、正確に検出される。その後、この信号は、アライメントのさらなる向上のためには使用され得ない。代わりに、当業者により理解されるように、各素子における類似した信号強度が測定される。対応して、信号強度が十分に高くなった時、スペクトル拡散から信号のダイレクトコーディングに切り替えられる。
【００６０】
霧のような特に好ましくない大気条件中では、信号が受信機１の感度範囲よりも弱くなる程、減衰が大きくなる。従来技術に係る受信機を使用すると、これは、接続の突然の切断につながる。本発明によれば、低信号強度においては、送受信機は、ダイレクトコーディングからビットフローのスペクトル拡散に移行する。バンド幅が減少する一方、感度は対応して上昇する。キーの長さが、信号強度が減少するにつれて増加する、１組のキーが使用される。
【図１】
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【図２】
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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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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