(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光通信システムであって、
送信構成要素と、
受信構成要素とを含み、該受信構成要素は、該送信構成要素から送信された光ビームの整列精度を判定すると共にデータを検出するＣＭＯＳイメージセンサアレイを備え、該ＣＭＯＳイメージセンサアレイはフォトダイオードのアレイからなり、メモリを有するシステムコントローラを備え、各フォトダイオードは該ＣＭＯＳイメージセンサアレイ上の画素を構成し、該メモリは、該送信構成要素と該ＣＭＯＳイメージセンサアレイとの間で該光ビームが正確に整列される場合に該光ビームが該ＣＭＯＳイメージセンサアレイに衝突することにより生成される所定の照明イメージを格納しており、
該データは、１つのタイムスロットにつき複数のビットを含み、前記複数のビットの各々は、該画素ごとに光子の数として検出され、各画素の該光子の数が、該所定の照明イメージを構成する対応する各画素における光子の数の第１の所定の閾値を超える場合には、画素ごとに該光子の数がディジタルビットとして記録され、該システムコントローラは、
光子の数がディジタルビットとして記録された画素から構成されるイメージの形状と、該所定の照明イメージの形状とのずれに基いて、該光ビームの整列精度を判定し、
光子の数がディジタルビットとして記録された画素の数の総和をとり、該総和が第２の所定の閾値以上である場合に、論理１のデータが受信されたことを検出する、光通信システム。
【請求項２】
ビームの整列をトラッキングする光通信受信システムであって、
送信源から光ビームを受信するアレイセンサを含み、該光通信受信システムは、該光ビームが該アレイセンサに衝突することにより生成される照明イメージの平面形状と、該送信源と該アレイセンサとの間で該光ビームが正確に整列される場合に該アレイセンサ上に生成される所定のイメージの平面形状とを比較し、そして、該光通信受信システムは、該照明イメージの平面形状と該所定のイメージの平面形状との間で、２つの次元のうちの少なくとも１つの次元におけるずれを検出した場合には、該送信源と該アレイセンサとの間の整列の修正を開始する光通信受信システム。
【請求項３】
請求項２に記載の光通信受信システムにおいて、該所定のイメージの平面形状は、円からなり、該照明イメージの平面形状は、楕円からなる光通信受信システム。
【請求項４】
請求項２に記載の光通信受信システムにおいて、該整列の修正の大きさは、該照明イメージの平面形状と該所定のイメージの平面形状との間の２つの次元のうちの１つの次元のみにおける該ずれの大きさに比例する光通信受信システム。
【請求項５】
請求項２に記載の光通信受信システムにおいて、複数のタイムスロットにわたって該光ビームを選択的に動作させることによって該送信源から該アレイセンサにデータを送信して、ビームのトラッキングとデータ復元とを同時に実行し、該光ビームの選択的な動作は該光ビームの送信又は送信の欠如を引き起こし、該光通信受信システムは、各タイムスロットの間の光ビームの送信又は光ビームの送信の欠如に基づいて各タイムスロットの間にディジタルデータを記録する光通信受信システム。
【請求項６】
請求項２に記載の光通信受信システムにおいて、該アレイセンサは、送信されたビームの存在又はその欠如を検知するフォトダイオードのアレイからなるイメージセンサを含む光通信受信システム。
【請求項７】
請求項６に記載の光通信受信システムにおいて、複数のタイムスロットにわたって該アレイセンサへの光ビームの衝突又はその欠如によりデータ通信を行って、ビームのトラッキングとデータの復元とを同時に行い、該システムは、各タイムスロットについて該ビームが衝突したアレイセンサ上の画素の数の総和をとり、画素へのビームの衝突を第１のデータ値によって表し、画素へのビームの衝突の欠如を第２のデータ値によって表し、該総和と該ビームの衝突又は衝突の欠如とはデータ復元のために使用される、光通信受信システム。
【請求項８】
請求項２に記載の光通信受信システムにおいて、該アレイセンサは、ＣＭＯＳイメージセンサアレイを含む光通信受信システム。
【請求項９】
整列精度を評価する光通信システムであって、
光ビームを送信するレーザ源を備える送信器と、
該光ビームを受信するアレイセンサを備える受信器とを含み、該光ビームは、該アレイセンサに衝突し、該光ビームの衝突によって該アレイセンサ上に２次元形状を有するイメージを形成し、該アレイセンサが該送信器に対して正確に整列される場合に該アレイセンサ上に形成される所定のイメージの２次元形状と比較した、該形成されたイメージの２次元形状の少なくとも１つの次元におけるずれを用いて、該アレイセンサが該送信器に対して整列されているか否かを判定する光通信システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の光通信システムにおいて、該アレイセンサは、送信されたビームの存在又はその欠如を検出するフォトダイオードのアレイからなるイメージセンサを含む光通信システム。
【請求項１１】
請求項９に記載の光通信システムにおいて、該アレイセンサは、送信されたビームの存在又はその欠如に基づいて、該ビームにより伝送されたデータを復元する光通信システム。
【請求項１２】
光収集装置のアレイからなるアレイセンサを含む光受信構成要素であって、該受信構成要素は、該アレイセンサに衝突する光ビームの存在又はその欠如に基づいて、該光ビームにより伝送されたデータを復元するのに使用され、該受信構成要素は、同時に、該アレイセンサが該光ビームの送信源に対して正確に整列している場合に該アレイセンサ上に形成される所定の２次元形状と比較した、該衝突する光ビームの２次元形状の少なくとも１つの次元におけるずれに基いて整列エラーを判定するのに使用される光受信構成要素。
【請求項１３】
請求項１２に記載の光受信構成要素において、該受信構成要素は、ＣＭＯＳイメージセンサを含む光受信構成要素。
【請求項１４】
光通信システムを使用して整列をトラッキングする方法であって、
アレイに光ビームを衝突させて送信源からの該光ビームを受信するステップと、
光ビームの衝突によるイメージの２次元形状と、該アレイが該送信源に対して正確に整列される場合に該アレイ上に形成される所定のイメージの２次元形状とを比較するステップと、
該２次元形状の２つの次元のうちの１つの次元におけるずれがそれぞれのイメージの形状の間に存在するか否かを判定するステップと、
それぞれのイメージの形状の間のずれの方向と大きさとに基づいて整列の修正を開始するステップとを含む方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法において、各タイムスロットの間のビームの衝突の存在又はその欠如に基づいて複数のタイムスロットにわたって該ビームを介して送信されたデータを検出するステップをさらに含む方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法において、該比較するステップは、投影されたイメージを水平方向と鉛直方向とに生成し、そして該水平方向のイメージと鉛直方向のイメージとを組み合わせて、１つの合成イメージを生成するステップをさらに含む方法。
【請求項１７】
請求項１４に記載の方法において、該比較するステップは、
ビームが衝突した該アレイセンサ上の画素数の総和をとるステップと、
該総和と所定の閾値の値とを比較するステップと、
該総和が閾値の値を満たす又は超える場合に、該所定のイメージの２次元形状と比較するため、ビームが衝突した画素の分布をメモリに記憶するステップとを含む方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法において、該総和をとるステップは、個々の各画素の出力におけるディジタル値を記録するステップを含む方法。
【請求項１９】
ビームの整列をトラッキングする光通信受信システムであって、
送信源からの光ビームを受信するアレイセンサであって、該光ビームが存在するか否かを検知するフォトダイオードのアレイからなるアレイセンサを含み、
該光通信受信システムは、該光ビームが該アレイセンサに衝突することにより生成される照明イメージの形状と、該アレイセンサが該送信源に対して正確に整列される場合に該アレイセンサ上に形成される所定のイメージの形状とを比較し、そして該システムは、該照明イメージの形状と該所定のイメージの形状との間のずれを検出した場合に、該送信源と該アレイセンサとの間の整列の修正を開始し、データは、該アレイセンサへの光ビームの衝突又はその欠如によって複数のタイムスロットにわたって通信され、該システムは、ビームが衝突した該アレイセンサ上の画素の数を各タイムスロットについて合計し、画素へのビームの衝突を第１のデータ値によって表し、画素へのビームの衝突の欠如を第２のデータ値によって表し、該合計と該ビームの衝突又はその欠如とはデータ復元のために使用される、光通信受信システム。
【請求項２０】
光通信システムを使用して整列をトラッキングする方法であって、
光ビームをアレイに衝突させて送信源からの光ビームを受信するステップと、
該ビームが衝突したイメージの形状と、該アレイが該送信源に対して正確に整列される場合に該アレイ上に形成される所定のイメージの形状とを比較するステップとを含み、該比較するステップは、該ビームが衝突した該アレイ上の画素の総和をとるステップと、該総和と所定の閾値の値とを比較するステップと、該総和が該閾値の値を満たす又は超える場合に、ビームが衝突した画素の分布をメモリに記録するステップとを含み、該方法は、さらに、
それぞれのイメージの形状の間にずれが存在するか否かを判定するステップと、
それぞれのイメージの形状の間のずれに基づいて整列の修正を開始するステップとを含む方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法において、該比較するステップの中の総和をとる工程は、それぞれの各画素の出力におけるディジタル値を記録するステップを含む方法。
【請求項２２】
光通信システムを使用して整列をトラッキングする方法であって、
アレイに光ビームを衝突させて、送信源からの光ビームを受信するステップと、
水平方向と鉛直方向とに投影イメージを生成して、該水平方向のイメージと該鉛直方向のイメージとを組み合わせて合成イメージを生成し、そしてビームが衝突したイメージの形状と、該アレイが該送信源に対して正確に整列される場合に該アレイ上に形成される所定のイメージの形状とを比較するステップと、
それぞれのイメージの形状の間にずれが存在するか否かを判定するステップと、
それぞれのイメージの形状の間のずれに基づいて整列の修正を開始するステップとを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信に関し、特に、光通信装置における整列トラッキング方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
光に基づく無線トランシーバ装置は、通信分野に革命的な進歩をもたらした。このような装置は、ますます一般的に使用されるようになってきており、多くの実際のアプリケーションのために実行されている。例えば、光通信は、ビデオ会議、Ｅメール、ファックス、テレビジョン、デジタル無線通信、種々のネットワーク  アプリケーション等のデータ収集機能のために使用されている。光装置の流行は多くの恩恵のある特性に起因すると思われる。光装置は無線式であり、したがって、物理的据え付けが比較的簡単である。他のタイプの無線通信と関連したノイズ及び干渉問題は、光装置の出現によって大いに減少している。たいていの光装置の全電力消費は同等に低くなっている。これら及び他の恩恵は、無線光学をますます一般的な通信技術にした。
【０００３】
既存の無線光装置の欠点の１つは、送信源を受信源と正確に整列させる必要があることである。正確に整列していないと、光受信機は、データ復元を行なうように光ビームを有効に評価することができない。この問題は、その環境におけるかなりの電気的ノイズが光受信機と干渉する場合に悪化する。前記干渉は、実際には何も送信されなかった時に光ビームを認識するように装置を誤ってトリガし得る。対照的に、光ファイバ装置等のハードウェア接続を使用する装置は、送信機−受信機整列を必要としない。送信波は、受信機に届くまで、有線または他の送信媒体の輪郭線を容易にたどる。
【０００４】
それにもかかわらず、非常に効率的な修正メカニズムを有する無線光受信装置は、無線光通信と関連した多くの恩恵を残しながら整列問題を最小限にするだろう。
【０００５】
また、最大効率のためには、低エネルギー光ビームを有効に処理することができる光装置を用意するのが望ましい。このような装置を備えれば、低電力光信号を送信し、処理中に最小のエネルギー量が消費されるように受信端でデコードすることができる。
【０００６】
これらのタスクを実行するために、光通信装置は、何かの理由で誤整列されるようになった送信機と受信機を自動的に整列させることができなければならない。不幸にして、現行の技術は、多数の受信構成要素が受信機再整列とデータ収集のために使用されることが必要である。特に、多数の構成要素の使用は、コスト及び電力消費を増加させ、全装置効率を減少させる。
【０００７】
例示したように、従来の光受信通信装置は、光送信機の視程に配置された、分離した四分円センサを使用して、整列エラーを検出、修正する。また、この装置は、集光レンズを使用して、データ復元のためにフォトダイオード上に受信ビームを投影させる。不都合にも、この方法は、装置の光受信機を提供するために少なくとも３つの異なる構成要素（四分円センサ、集光レンズ及びフォトダイオード）を必要とする。したがって、多数の光受信構成要素が、データ復元と方向精密トラッキングを実行するために必要とされる。この方向精密トラッキングは、受信装置を複雑にすると共にコストを増加させる。この装置の他の欠点は、送信光パワーの非効率な使用である。特に、送信ビームの整列精度の評価後、四分円センサは、ビーム光子がデータ復元のためにセンサを介して第２の装置（集光レンズ及びフォトダイオード）に送られるのを可能にする。送信ビームは、四分円センサの小さな窓を通してフォトダイオードへ送られるのが可能になるのに十分な信号パワーを伴っていなければならない。この従来構成は、達成可能な最小送信信号パワーに実質的な制限をかけている。この従来方法のさらなる欠点は説明から省略されているが、当業者には明らかであろう。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、受信光信号を処理するためのより簡単でコンパクトかつ丈夫な方法及び装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、１つの光受信構成要素を使用して、データ復元機能とトラッキング精度評価の両方を実行する方法及び装置を提供することにある。
さらに、本発明の目的は、既存装置より少ない電力消費を必要とするより効率的な光通信装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のこれら及び他の目的は、本発明の原理にしたがって、１つのアレイセンサを使用して、送信データを受信すると共にトラッキング精度を判定する方法及び装置を提供することによって達成される。アレイセンサは、主要なデータ復元メカニズムであり、受信ビームの投影イメージがアレイ上に捕えられるように、送信源からの光ビームを受信する。投影イメージは予め決められたイメージと比較され、受信ビームのトラッキング精度が判定される。投影イメージと予め決められたイメージのずれは、トラッキングエラーが発生したことを装置に警報し、このエラーに基づいて、受信機と送信機の再整列のための修正作業を開始することができる。
【００１０】
本発明のさらなる特徴、その特質及び種々の利点は、添付図面と好適な実施例の以下の詳細な説明から明らかになるだろう。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１ａは、光通信を受信する従来装置を示す。この装置は、一般に、互いにある空間的な間隔を置いて配置された２つの送受信局によって特徴づけられる。一方の送受信局は、レーザ源１００と平行レンズ１１０を含む送信構成要素１５０からなる。平行レンズ１１０は送信ビームの円投影を生み出す。他方の送受信局は、フォトダイオード１４０と集光レンズ１２０を含む受信構成要素１６０からなる。光ビームは、レーザ源１００から受信構成要素１６０の視程に送信される。集光レンズ１２０は、衝突ビームをさらに処理するためにフォトダイオード１４０へ偏向する。光ビーム中に存在する光子は、受信構成要素１６０へデジタル情報を送信するために使用される。フォトダイオード１４０はビームから光子の特性を測定する。前記測定量は、送信構成要素１５０から受信構成要素１６０へ運ばれた情報を復元するために使用される。典型的には、所定のタイムスロット中のビームの存在または欠如は、論理０または論理１のどちらかを意味する。
【００１２】
信頼できるデータ復元を遂行するためには、送信構成要素１５０と受信構成要素１６０間の正しい整列が要求される。当業者は、従来、この目的のために四分円センサ１３０を配置した。図１ｂは、図１ａの四分円センサ１３０の直交図であり、円形窓１４６が示されており、光ビームがその中を通ってセンサ１３０を通過し、フォトダイオード１４０と接触する。四分円センサ１３０は、光ビームの正確な送信が遂行されるように、受信構成要素１６０（すなわち、図１ａの集光レンズ１２０及びフォトダイオード１４０）がレーザ源１００と正確に整列されているか否かを判定するために、４つの空間的四分円１５，１６，１７及び１８に頼っている。
【００１３】
光ビームで作り出された衝突光子は、電荷を四分円センサ１３０（図１ｂ）の４つの空間的四分円１５，１６，１７及び１８に蓄積させる。光装置は、正反対に対向した四分円間の電荷濃度の相対差を定期的に測定する。垂直整列調整のために、四分円１７及び１８におけるそれぞれの電荷濃度の差が測定される。同様に、水平整列調整のために、四分円１５及び１６におけるそれぞれの電荷濃度の差が測定される。２つの四分円の蓄積電荷の差は差分出力と呼ばれる。差分出力がゼロならば、電荷濃度は４つの四分円を通して一定であり、これは、受信構成要素１６０がレーザ源１００と正確に整列されていることを示す。
【００１４】
通常の動作過程では、光装置は２つの差分出力を定期的に測定する。これらの定期的な測定量に基づいて、装置は、差分出力の値をゼロ近くに維持するように受信構成要素１６０を断続的に再整列させる。四分円１７及び１８について、その差分出力の大きさは、送信ビームとの正確な整列を復帰させるのに必要な受信構成要素１６０の垂直調整の大きさを決定する。同様に、四分円１５及び１６から測定された差分出力は、必要な水平調整の大きさを制御する。差分出力は、測定量のために選ばれた基準のフレームに依存して正でも負でも良い。差分出力が正か負かは、必要な調整の方向（すなわち、水平測定量について左か右、垂直測定量について上か下）を決定する。
【００１５】
図１ｂの模範的な四分円センサでは、四分円１７は四分円１８に対して正の基準フレームが与えられ、四分円１５は四分円１６に対して正の基準フレームが与えられる。四分円１７における電荷の濃度が四分円１８におけるより大きい場合は、装置は正の差分出力を測定するだろう。これは、受信構成要素１６０への上向きの垂直調整が必要なことを意味している。必要とされる再整列の量は、四分円１７及び１８から得られた差分出力の大きさに比例する。
【００１６】
水平調整は同様な仕方で達成される。装置は、各四分円１５及び１６における電荷の濃度の差を測定する。例えば、四分円１６において測定された光子の濃度が四分円１５のものより大きければ、負の差分出力が得られ、これは、左への受信機調整が必要なことを意味している。水平の受信機調整の量は、四分円１５及び１６から得られた差分出力に正比例する。
【００１７】
２組の四分円から得られた各差分出力に基づいて、光通信装置は、物理的アクチュエータを備えているような何か既知の手段を使用して再整列を行なうだろう。装置は受信構成要素１６０を送信構成要素１５０と再整列させている間、フォトダイオード１４０は、送信光ビームから光子の存在または欠如のどちらかを検出することによりデータ復元を続ける。データ復元法は、四分円センサ１３０を通って窓１４６を経由してフォトダイオード１４０上へ送られる光子に頼っている。
【００１８】
前述したように、図１ａ及び１ｂの通信技術は、整列トラッキングとデータ復元の２つのタスクを実行するために多数の光受信構成要素の使用を必要とする。ビームは、四分円センサで処理され、次いでさらなる処理のために集光レンズに送られなければならないので、多数の構成要素の使用は、送信パワーの余り効率の良くない使用になる。また、多数の構成要素を使用すると、光通信装置は、より大型になり、制限されたスペースを有する環境に配置するのがより困難になり、電力消費が増えかつ個別構成要素の費用が増えてよりコスト高になり、疑似電気的干渉をあまり免れないことになる。さらに、多数の構成要素が必要な整列トラッキングとデータ復元機能の両方を提供するように同時に働いた場合には、トラッッキング整列を特に遅い処理とすることができる。また、四分円センサは、それぞれ、右側及び左側四分円と上側及び下側四分円において、同一の誤整列が起こった場合に整列エラーを発生させることもできる。
【００１９】
発明者の現在の好適な実施例に関して以下に説明される本発明は、光通信のよりコンパクトな方法と、送信パワーのより効率的で単一的な使用の両方を提供する。次に、図２ａを参照すると、本発明による好適な送受信機構成が示されている。レーザ源２００と平行レンズ２１０は送信構成要素２５０を構成する。レーザ源２００は、平行レンズ２１０を使用してイメージが円形になるように光ビームを送信する。単一のアレイセンサ２２５は受信構成要素を構成する。アレイセンサ２２５は、一般に、光収集素子のアレイからなる。アレイセンサ２２５は、何か適切な光収集素子で構成することができるが、好適には、行列に配置されたフォトダイオードのアレイからなる。フォトダイオードが光収集メカニズムとして使用される場合、各フォトダイオードは、アレイセンサ２２５上の個々の画素を構成するとみなされる。各フォトダイオードの出力は典型的に電子制御メカニズムに接続される。電子制御メカニズムの詳細は本発明の理解にとって重要ではない。各画素を構成するフォトダイオードは、衝突するビーム中にある光子の存在または欠如を検出するのに使用される。次に、この情報は、以下に説明されるように、送信光ビームの存在及び形状を確認するのに使用される。
【００２０】
集光レンズ１２０が必要な従来装置（図１ａ参照）と違って、本発明では集光レンズを使用する必要がない。その代わりとして、光ビームは直接アレイセンサ２２５に衝突し、レーザ源２００から作り出されたイメージをセンサ２２５上に直接的に平行にせしめる。次いで、装置は整列測定を行ない、アレイセンサ２２５上に照明されたイメージを評価することによってデータを抽出することができる。
【００２１】
図２ｂは、本発明のいくつかの実施例におけるように行列に配置された複数のフォトダイオードを備えたアレイセンサ２２５の表面の一例を示す図面である。これらの実施例において、制御装置４７５は、アレイの各行及び列の専用とされる列アドレスと行アドレスを有する。特定の行及び列アドレスを参照することによって、制御装置４７５は、アレイ上のフォトダイオードの出力を読み取ることができる。行及び列アドレスは制御装置４７５の内蔵メモリ４５０に格納することができる。図２ｂの例では、制御装置４７５は、アレイ上のフォトダイオード５００の出力を読み取るように特定の行アドレスと列アドレスを参照している。
【００２２】
図２ｃはフラットな矩形のアレイセンサ２２５の直交図を示す。しかしながら、アレイセンサ２２５の他の形状ももくろむことができる。
【００２３】
データ復元は、同じアレイセンサ２２５を使用する整列分析で同時に有利に実行することができる。好適な実施例では、別々のタイムスロットが存在し、各タイムスロットは、特定のデジタル値、すなわち論理１または論理０に相当する。この実施例では、あるタイムスロットにおけるビームの送信は論理１の存在を示す。反対に、あるタイムスロットにおける送信の欠如は論理０の存在を示す。したがって、データは、タイムスロット当たり１デジタルビットとして復元される。
【００２４】
ビームがレーザ源２００（図２ａ）から送信されると、センサ２２５に衝突する光子の存在が衝突の領域を描き、この衝突領域がビーム形状を立証する。このビームは整列評価に使用することができる（以下を参照されたい）。また、センサ２２５への光子の衝突により、装置はビームによって送信されたデータを抽出することもできる。データは、各タイムスロットについて、光ビームからの光子が衝突したセンサ２２５の画素の正味数を加算することによって復元することができる。この加算手順を使用して、送信情報は中心制御装置や他の指定場所への通信のために集められる。次いで、システムコントローラは、この情報をオフライン処理し、データ復元と整列トラッキング機能を実行する。それだけで、単一のアレイセンサ２２５は、好適に、データ復元及び整列トラッキングの両機能を実行する。
【００２５】
本発明のデータ復元技術の好適な実施例は、アレイセンサ２２５としてＣＭＯＳイメージセンサを使用する。ＣＭＯＳイメージセンサは、図２ｂに示されるアレイと同様に、行列フォーマットに配置された複数のフォトダイオードからなる。各フォトダイオードは、アレイセンサ２２５の個々の画素を構成する。ＣＭＯＳイメージセンサ２２５を使用するという他の素子、例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）、に勝る利点の１つは、個々の画素の出力を読み取ることができ、それにより、データ復元時間をかなり上げることができることである。詳細には、各タイムスロットについて、イメージセンサ２２５刃、次のようにアレイセンサ２２５に配置された各画素に衝突する光子の数を測定する。装置制御メカニズムは、好適には、上述のように行及び列アドレスを格納するメモリを含む。システムコントローラは、特定の行及び列アドレスを選択することによって各画素をアドレスする。
【００２６】
これらの行及び列アドレスを使用して、システムコントローラは各画素出力の内容を読み取る。画素出力のデジタル値は、特定のタイムスロットの間にその画素に衝突した光子の量によって決まるだろう。ビームがそのタイムスロット中に送信された場合には、各フォトダイオードにおける光子濃度は高くなるだろう。反対に、ビームが送信されなかった場合には、各フォトダイオードにおける光子濃度は著しく低くなるだろう。したがって、光子濃度のあるスレショールド量は、フォトダイオードの出力が第１のデジタル値となるより下にかつ第２のデジタル値となるより上に存在する。フォトダイオードにおける高い光子濃度（ビームの存在を示す）がその画素の出力で第２のデジタル値を発生させた場合は、システムコントローラはその画素にフラグをたてる。
【００２７】
代わりに、フォトダイオードにおける低い光子濃度が第１のデジタル値を発生させた場合には、その画素にフラグはたてられない。ここにおけるＣＭＯＳイメージセンサの使用は少なくとも２つの利点を有する。すなわち、（１）光ビームが衝突しなかった画素は、後続の加算ステップ（以下を参照されたい）から消去され、（２）疑似電気的ノイズが衝突したが、光ビームが衝突しなかった画素は、フォトダイオード  スレショールド（このスレショールドが正しく選ばれた場合）を満足せず、同様に加算のために考慮されない。
【００２８】
次いで、上述の加算手順が使用され、フラグがたてられた画素の数がシステムコントローラで加算される。フラグがたてられた画素の加算合計が予め決められた第２のスレショールド数以上ならば、装置は、光ビームが（送信なしかまたは送信以外の単なる電気的干渉のいずれかに対抗するものとして）送信されたと判断し、それに応じて、そのタイムスロットについてデジタル１を割り当てる。逆に、フラグがたてられた画素の加算合計が前記の予め決められたスレショールド数を越えなかった場合は、装置は、光送信が起きなかったと判断し、そのタイムスロットについてデジタル０を割り当てる。この加算手順はどんな数のタイムスロットについても起こすことができ、送信構成要素２１０からデジタル情報のストリングが得られる。当然ながら、その代わりとしてビームの存在がデジタル０を発生する場合など、デジタル値を反対にすることもできる。
【００２９】
また、装置は、整列測定のために、衝突された画素の分布をメモリに記録することもできる（以下を参照されたい）。ある実施例では、前記情報は、衝突された画素の加算合計が予め決められたスレショールド数に一致するかまたは越える場合にのみ格納される。
【００３０】
ＣＭＯＳイメージセンサを使用するこの好適なデータ復元法はいくつかの異なる利点を有する。第一に、イメージセンサ２６０は、以前の方法と比較してデータ復元速度をかなり上げる。例えば、カムコーダーのような機器に使用される電荷結合素子（ＣＣＤ）等の従来のデータ復元素子は、個々の画素を評価する前に画素アレイ全体を読み取る必要がある。この手順は、同等に長いデータ復元時間になる。対照的に、ＣＭＯＳイメージセンサ１６０は、アレイ全体の評価を要することなく個々の画素の読み取りを提供する。さらに、ＣＣＤを使用する装置と違って、イメージセンサ１６０で選択された画素のみがシステムコントローラによって考慮される必要がある。残りの画素は加算ステップから容易に無視される。
【００３１】
したがって、加算手順に関する計算時間は、全画素が加算された場合よりかなり早くなる。このような素子を使用して、１Ｇｂｐｓまたはそれ以上のデータ復元速度を達成することができる。このデータ復元時間は、四分円センサを用いる光通信技術に匹敵するかまたはそれよりもっと良い。
【００３２】
ＣＭＯＳイメージセンサの使用は、ノイズ抵抗力に関してさらなる恩恵を提供する。所定の画素における最小の光子活動をトリガする疑似電気的送信は、イメージセンサによって容易に無視される。したがって、ノイズの影響は最小になり、より精確なデータ測定量が得られる。
【００３３】
上記の説明と上記の各手法は、アレイセンサ２２５を使用したデータ復元を実行する好適な方法を表わす。他の同等に適切な手法や変形は、この開示の熟読後当業者によりもくろまれ得る。
【００３４】
整列測定に関して、送信光ビームはアレイセンサ２２５に衝突し、それによりセンサ２２５上にイメージを照明する。上記に説明した、個々の画素出力を読み取る好適な方法は、整列トラッキングを実行するために送信ビームの形状を判定する際に装置で同様に使用される。特に、装置は、光子が衝突した画素の数と位置を評価することによって、衝突ビームの形状を判定する。好適には、衝突された画素の分布に関する情報（衝突イメージの形状を確認する）は、後処理を待つためにメモリに格納される。装置は、この照明されたイメージを予め決められたイメージと比較し、この２つにずれがあるか否かを判定する。ずれの存在は、送信機と受信機を整列させるために修正処置が取られる必要があることを示している。修正処置の大きさと方向は、予め決められたイメージからの照明イメージのずれの大きさに比例する。
【００３５】
好適には、データ復元処理中に得られる情報と、特に各画素に関してイメージセンサ２６０から得られる情報も、整列精度を測定するために使用することができる。例えば、センサ２２５上に投影されたイメージの形状は、上記に説明したようにアレイセンサ２２５上に衝突する光子の分布に基づいて判定される。このイメージの形状は、整列精度に関する重要な情報を発生する（以下を参照されたい）。
【００３６】
アレイセンサ２２５は、それ自身と送信構成要素２５０間に誤整列が存在するか否かを判定する。この判定は、追加の整列検出構造を必要とすることなく行われる。整列エラーの判定に基づいて、センサ２２５は、システムコントローラまたは他のソースに必要な情報を提供する。この情報を使用して、装置は、正確な測定を行ない、送信データの連続的かつ正確な受信のために正確な整列を迅速に復帰させることができる。
【００３７】
本発明の再整列メカニズムは、遠近的変形による幾何学的不変性という知られている原理にいくぶん頼っている。この原理は、投影される円が円としてイメージを作ることを命ずるが、そのイメージがスクリーンに対して直交的に（すなわち、垂直に）投影される場合のみである。他のすべての場合には、投影される円は楕円としてイメージを作るだろう。したがって、送信源からの円形ビームが、送信機が受信機と完全に整列されていない環境の下に投影された場合は、イメージは結果的に送信源に対して楕円として表われるだろう。さらに、楕円の特定の輪郭は、有益的に、誤整列の性質及び程度に関する情報を伝える。
【００３８】
本発明のこの原理を提供すれば、送信構成要素２５０とアレイセンサ２２５間の直交的整列により、平行ビームはセンサ２２５上に円としてイメージを作る。したがって、センサ２２５が、（例えば、ＣＭＯＳイメージセンサ技術を使用して）円を受信してその上にイメージされた場合、整列は正確と思われ、修正作業は行なわれず、データ復元は通常通りに始まる。
【００３９】
その代わりに、投影されたイメージが楕円として表われた場合は、装置は、送信機と受信機の間に誤整列が存在すると判断する。円形状からの逸脱の程度と、投影されたイメージの形状は、誤整列の方向及び内容に関する情報を装置に与える。この情報を使用して、装置は、光ビームの誤整列の大きさと方向に比例する仕方で、センサ２２５の誤整列を調整することができる。このように、受信センサ２２５上にイメージを作るビームの簡単な投影により、装置は、調整時にずれに応じた修正量を得ることが可能になる。
【００４０】
アレイセンサに関連して装置に内蔵されているのは、アレイセンサに衝突するイメージとの比較のための予め決められたイメージである。例えば、円形ビームが投影された場合、予め決められたイメージは円になるだろう。他の形状は本発明の範囲内にあるようにもくろまれる。
【００４１】
図３は、投影されたイメージにおける幾何学的不変性の使用を示す概念図である。アレイセンサ３２５上に投影されたイメージが調べられ、次いで、そのイメージが円からずれている程度が水平及び垂直の両方向で判定される。箱３４５はアレイセンサ３２５の直交図を表わしている。次いで起こる装置による整列修正は、円形状からの水平及び垂直のずれの大きさに比例する。ある実施例では、受信機を送信機と再整列させるために、物理的アクチュエータが使用される。
【００４２】
図４は、大きさと方向が変化するいくつかの投影イメージに関して形状不変性を示す概念図である。５０１で示された円は、送信及び受信構成要素が完全に整列している時点の一例を表わす。この場合には、合成イメージは円５０２になり、再整列が装置によって遂行される必要がない場合である。水平及び垂直の投影されたイメージを構成する他の円６００は、アレイセンサの中心から変位している。このようにして、これらのイメージの各ペア（一方は垂直及び他方は水平）整列が不完全な時点の個々の例を表わす。誤整列の大きさと方向に依存して、合成イメージは斜め方向に回転する楕円として表われるだろう。誤整列の程度と方向は、合成イメージの回転の程度に比例する。合成イメージの形状と回転の程度に応じて、装置は修正作業を行なって、受信構成要素を送信構成要素と再整列させる。
【００４３】
整列を判断する際のセンサ２２５のあいまいさは、装置を据付けにより正確に校正することによって最初に解決される。初期校正は、投影イメージの左及び右への同等の量によるイメージの誤整列を避けるために必要であり、さもなければ、発生した右及び左のイメージの相似に起因して整列エラーを生じるだろう。同様に、初期校正は、上及び下の等しい量による誤整列が、同じイメージを生じる同じ楕円になる場合に起こる問題を解決し、さもなければ、整列時にあいまいさを生じるだろう。初期装置校正により、誤整列されたイメージは、左対右またあ上対下の誤配置が鮮明に区別可能になるように、アレイセンサの異なる四分円上に投影されるのが可能になる。このようにして、最初の据付け時、ソースの大ざっぱな配置が好適に確かめられ、通信装置に関してセンターが確立される。この初期センターリングに基づき、装置は、その結果生じる楕円を評価し、真の変位量を判定し、それに応じて整列修正を行なうことができる。
【００４４】
ビームを円として投影するのに加えて、他の形状ももくろむことができる。形状不変性の原理は、予め決められた形状を有するビームの非直交的投影により、ビームが異なる形状でソースに衝突するように指示する。したがって、例えば、当業者は、ビームが方形の形状になるように選択し、次いで、形状不変性と本発明の原理を使用して、受信端における誤整列の程度を確かめ、適切な修正を行なうことができる。
【００４５】
前記は本発明の原理の単なる例示であり、本発明の範囲と精神から逸脱することなく種々の修正が当業者によって行なわれ得ることが理解されるべきである。これらの変更や修正は全て、付随の請求の範囲の範囲内にあるようにもくろまれる。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】従来の光通信装置の一例の簡略図である。
【図１ｂ】図１ａの光通信装置で使用される従来の四分円センサの正面図である。
【図２ａ】本発明による、１つのアレイセンサを使用した光通信装置の一実施例の簡略図である。
【図２ｂ】図２ａのアレイセンサを構成する光収集装置のアレイの図である。
【図２ｃ】図２ｂのアレイセンサの直交図である。
【図３】本発明の好適な実施例による整列トラッキング技術の簡略図である。
【図４】大きさと方向が変化するいくつかの投影イメージに対する幾何学的不変性を示す概念図である。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３】
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【図４】
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