JP2019193248A - 自由空間光伝送をタイリングするためのシステムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、
として記載されることもできる。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
arec=(2.75mm)2=7.5625mm2
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。
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。
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。
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。
frec=3.23mm
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。
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。
特異的検出能は4.06×1012cm Hz1/2W−1である。
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。
adet=(0.203mm)2=0.041209mm2
の活性領域を有する。
式
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。
を与える。
QEdet=0.74
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。
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:
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:
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:
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:
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:
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:
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:
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:
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:
送信された1ビットについては、以下とすることができ、
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:
これは、以下に簡略化する:
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。
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。
Claims (30)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
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