KR102452318B1 - 자유 공간 광통신 시스템 - Google Patents

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KR102452318B1
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도날드 빅터 윌리엄스
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인터벤션 테크놀로지 피티와이 엘티디
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Abstract

조명 시스템은 적어도 하나의 리액터를 구동하는 여자기를 포함한다. 리액터는, 리액티브 스트링 내에 조명 엘리먼트들의 네트워크 및 조명 엘리먼트들 사이에 분포된 리액티브 컴포넌트들을 포함하는 언더-댐핑된 공진 회로이다. 이러한 리액티브 컴포넌트들은 개별 조명 엘리먼트들을 조절할 수 있다. 조명 엘리먼트들은 제1 페이즈 및 제2 페이즈를 포함하는 AC 발광 파형을 방출한다. 선택된 조명 엘리먼트들은 데이터스트림에 의해 변조될 수 있다. 변조된 광은 자유-공간을 통해 수신 디바이스로 이동한다.

Description

자유 공간 광통신 시스템{FREE SPACE OPTICAL COMMUNICATIONS SYSTEM}
본 출원은, 2014년 11월 17일자로 출원된 U.S 가출원 제62/080,990호를 우선권으로 주장하고, 그 내용은 모든 목적을 위해 참조로 본원에 포함된다. 본 출원은, 2013년 7월 4일자에 WO2013/102183 A1로 공개되고 2012년 12월 31일자로 출원된 PCT 출원 제PCT/US12/72253호에 관한 것이며, 이는 모든 목적을 위해 참조로 본원에 포함된다. PCT 출원 제PCT/US12/72253호는 미국 특허 제9,144,122 B2호의 모출원이다.
[001] 본 발명의 하나 이상의 실시예들은 리액티브 스트링(reactive string)들을 사용하는 자유-공간 광통신(free-space optical communication)들을 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.
[002] FSOC(free-space optical communication) 시스템들은 천년동안 사용되어 왔다. 반사된 태양광은 임의의 반사 표면을 이동시킴으로써 지향될 수 있다. 봉화(signal fires)는 자유-공간 광통신들의 또 다른 예이다. 현대에는, 전기적으로 전력공급되는 광원들이 FSCO에 사용되었다. Alexander Graham Bell은 최초로 1880년도에 광의 빔을 통해 소리를 송신했다. 레이저들 및 LED들은, 이들이 사용가능하게 됨에 따라 FSOC에 적응되었고, 또한 변조된 광을 광섬유(optical fibre)들에 주입하는데 사용되었다. 포인트-투-포인트(point-to-point) FSOC는 이것이 인터셉트하기 어렵기 때문에 유리할 수 있으며, 송신된 데이터를 도청하는 것(eavesdropping)이 어렵거나 또는 불가능할 수 있다.
[003] FSOC 시스템 개발의 초점사항의 상당 부분은 연장된 거리들(extended distances)에 걸쳐 이러한 포인트-투-포인트 통신들을 위한 것이었으며, 광섬유들이 보다 상업적으로 매력적인 구현을 제공하는 것으로 입증됨에 따라 이러한 시스템들에 대한 관심은 크게 줄어들었다. 그러나, 단거리의 낮은 대역폭 통신들은 핸드-헬드 원격 제어장치들(hand-held remote controls)과 다양한 소비자 전자 디바이스들(예컨대, 텔레비전들, 비디오 및 오디오 디바이스들) 사이에서 적외선 FSOC 형태로 보편화되고 있다.
[004] FSOC 시스템들은 또한 라디오-주파수 무선 데이터 통신 시스템들에 대한 대안으로서 제안되었다. FSOC는 (포화되고 있는) 어떠한 RF 주파수 대역 배정도 요구하지 않고 현재의 WIFI 통신 시스템들을 대체하거나 또는 보완할 수 있는 단거리 광대역 통신들을 제공하는 잠재력을 갖는다. 예컨대, Haas 등(PCT 출원 공보 제WO2011/003393 A1호는 광대역 로컬 데이터 통신들을 제공할 수 있는 LED-기반 FSOC 시스템을 개시한다.
[005] FSOC(free space optical communications) 시스템은 여자기(excitor)(전기 파형 생성기) 및 리액터(공진 회로)를 포함하는 조명 플랫폼(lighting platform) 상에 구축된다. 공진 회로(“리액티브 스트링(들)”)는 복수의 리액티브 컴포넌트들 및 LED들과 같은 복수의 조명 엘리먼트들을 포함한다. 여자기는, 언더-댐핑되고 일반적으로는 하이-Q인 공진 회로를 구동하도록 구성된다. 전기 파형 생성기는 약 10kHz 내지 약 100MHz의 주파수에서 AC 전압 파형을 생성한다. 리액티브 컴포넌트들(예컨대, 커패시터들)은, 이들이 개별적인 조명 엘리먼트들에서의 전력을 수동적으로 결정하도록 조명 엘리먼트들 사이에 분산된다. 조명 엘리먼트들은 2개의 페이즈들을 특징으로 하는 AC 발광 파형(AC luminous waveform)을 방출하는데; 하나의 페이즈는 일반적인 영역 조명을 제공하고 다른 하나의 페이즈는 일반적으로 어둡다. 양방향성 FSOC는 공진 회로의 조명 엘리먼트들과, 사용자 디바이스의 에미터/검출기 쌍들 사이에 제공될 수 있다. 어두운 시기(epoch) 동안의 통신이 높은 대역폭에서의 개선된 신호-대-잡음에 대해 유리할 수 있지만, 통신은 둘 중 하나의 페이즈 동안 가능하다. LED들은 업링크 검출기들로서 사용될 수 있거나, 또는 별도의 포토다이오드 검출기들이 하나 이상의 리액티브 스트링들에 부가될 수 있다. 데이터스트림은 전체 스트링을 또는 하나의 스트링 내에서 개별적인 엘리먼트들을 변조할 수 있다. 개별적인 엘리먼트들의 변조는, SAW 디바이스들 또는 압전 디바이스들과 같은 가변 리액티브 엘리먼트들을 사용하여 수행될 수 있다.
[006] 일반적으로, 데이터스트림은 조명 전압 파형의 주파수로부터 넓게 분리된 반송파 주파수를 변조한다. 다중 리액티브 스트링들은 별도의 반송파 주파수들 및/또는 별도의 컬러들에서 또한 동작할 수 있다. 개별적인 리액티브 스트링들은 또한 혼합된 타입의 조명 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 별개의 반송파 주파수들에서의 전력 및/또는 데이터스트림 파형들은 공통의 2 배선 버스를 통해 송신될 수 있다. 제어장치들 및 센서들로의 내부 시스템 통신들은 동일한 버스상에서 별개의 주파수 대역을 통해 유사하게 구현될 수 있다.
[007] 대형 네트워크들은 손실 송신 선로(lossy transmission line)들로서 구성될 수 있는데, 이에 의해 일 세트의 병렬 리액티브 스트링들을 포함하는 “임펄시브(impulsive)” 섹션들은, 이 섹션들 사이에 작은 위상 시프트가 존재하게 되도록 추가적인 리액티브 컴포넌트들에 의해 분리된다. 손실 송신 선로 토폴로지는 데이터 및/또는 추가 전력이 선로를 따라 인터벌들을 두고 주입되도록 허용한다. 임의의 선로 길이들이 구현될 수 있다.
[008] 리액티브 스트링들이 또한 다양한 감지 기능들을 구현하는데 사용될 수 있고, 이에 의해 스트링 내의 LED들 또는 커패시터들은 센서 변환 효과(sensor transduction effect)를 구현한다. 개별 센서 기능들 및 집합적(예컨대, 위상 어레이) 검출 방법들 모두가 구현될 수 있다.
[009] 도 1은 리액티브 스트링을 구동시키는 여자기를 포함하는 조명 시스템을 도시한다.
[0010] 도 2는 데이터스트림에 의해 변조된 조명 엘리먼트를 포함하는 예시적인 리액티브 스트링을 도시한다.
[0011] 도 3은 조명 파형 내의 어두운 시기들을 도시한다.
[0012] 도 4는 FSOC 시스템 내의 주파수 대역들의 예시적인 분포를 도시한다.
[0013] 도 5는 손실 송신 선로로서 구성된 리액티브 스트링을 도시한다.
[0014] 도 6은 손실 송신 선로로의 주기적인 전류 주입의 일 실시예를 도시한다.
[0015] 도 7은 손실 송신 선로로의 주기적인 전류 주입의 제2 실시예를 도시한다.
[0016] 도 8은 위상 어레이 방법들에 의해 포지션을 결정하는데 사용되는 손실 송신 선로의 LED들을 도시한다.
[0017] 본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 달리 지시되지 않는 한, 본 발명이 특정 회로들, 조명 엘리먼트들, 또는 조명 엘리먼트들의 타입들로 제한되지 않는다는 점을 이해해야 한다. 복수의 조명 엘리먼트들을 포함하는 임의의 조명 시스템은, 조명 엘리먼트가 전기 회로 내 (리액턴스 또는 “허수” 임피던스와는 대조적으로) “실수” 임피던스를 나타낼 수 있다고 가정하는 경우에만, 본원에 설명된 회로를 사용하여 유리하게 구동될 수 있다. 또한, 본 명세서에 사용되는 용어는 오직 특정 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않는다는 점을 이해해야 한다. 통상적인 예들은 예시적인 실시예들로서 LED들을 사용하여 설명되지만, 다른 조명 엘리먼트들도 또한 사용될 수 있다. 유사하게, 실내 영역 조명과 함께 사용하기 위한 예시적인 실시예들이 설명되지만, 다른 실시예들은 거리들, 주차장들, 경기장 등을 위한 옥외 조명과 함께 사용될 수 있다. 본원에 설명된 조명 시스템들을 통해 광통신 시스템들이 제공될 수 있다.
[0018] 본 명세서 및 청구항들에 사용되는 바와 같이, 단수 형태들은, 문맥이 명료하게 달리 나타내지 않는 한, 복수의 인용들을 포함한다는 점에 주목해야 한다. 따라서, 예컨대, “LED”에 대한 언급은 2 이상의 LED들을 포함하고, “리액티브 스트링”에 대한 언급은 2 이상의 리액티브 스트링들을 포함하는 식이다.
[0019] 값들의 범위가 제공되는 경우, 문맥이 명료하게 달리 나타내지 않는 한, 그 범위의 상한과 하한 사이에서 하한의 단위의 1/10까지의 각각의 중간 값, 및 그 언급된 범위 내의 임의의 다른 언급된 또는 중간 값이 본 발명에 포함된다는 점이 이해된다. 이러한 더 작은 범위들의 상한 및 하한은, 더 작은 범위들에 독립적으로 포함될 수 있으며, 언급된 범위에서 임의의 특별히 배제된 한계를 조건으로, 본 발명 내에 또한 포함된다. 언급된 범위가 한계들 중 하나 또는 둘 다를 포함하는 경우, 이러한 포함된 한계들 중 하나 또는 둘 다를 제외하는 범위들도 또한 본 발명에 포함된다. 용어 “약(about)”은 일반적으로 언급된 값의 +10%를 지칭한다. 용어 “실질적으로 모두(substantially all)”는 일반적으로 전체 가능한 양의 95%보다 더 큰 양을 지칭한다.
정의:
[0020] 본원에 사용된 바와 같이, 용어 “발광 다이오드” 또는 “LED”는, 전류가 순방향-바이어싱된 다이오드를 통해 통과될 때 광을 방출하는 반도체 다이오드를 지칭한다. 임의의 이용가능한 파장, 광도, 또는 입력 전력에서 광을 방출하는 디바이스들을 포함하는 임의의 타입의 LED가 사용될 수 있다. “여자기(excitor)”에 대한 적절한 전기적 커넥션들이 형성될 수 있고 적절한 “리액터”가 구성될 수 있음을 가정하면, 임의의 이용가능한 반도체 재료들이 사용될 수 있고, 임의의 이용가능한 패키지 설계가 사용될 수 있다. 패키징된 LED들은, 인광체(phosphor)의 존재 또는 부재가 LED의 전기적 특성들에 대해 중요하지 않다고 하더라도, 최종 방출된 광의 “컬러”에 영향을 미치는 국부적인 또는 원격의 인광체를 더 포함할 수 있다. LED들은 인광체들, 선택적 확산기 또는 렌즈들, 및 선택적 리드들을 포함하는 완전하게 패키징된 디바이스들로서 제공될 수 있다. 다수의 LED 정션들은 단일 패키지내의 다수의 다이들로서 또는 단일 다이 상의 다수의 정션들로서 또는 이들의 임의의 조합으로서 함께 패키징될 수 있다.
[0021] 본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 “스티어링 다이오드(steering diode)”는 광을 방출하는데 사용되는 것이 아니라 오직 전류 흐름을 오직 특정 경로들로 지향시키는데 사용되는 다이오드를 지칭한다.
[0022] 본원에 사용된 바와 같이, 용어 “여자기”는 “리액터”를 구동시키기에 적합한 전압 및 주파수를 통해 전기 에너지의 소스를 AC 전압 소스로 변환하는 회로를 지칭한다.
[0023] 본원에 사용된 바와 같이, 용어 “리액터”는, 공진 회로를 포함하는, 조명 엘리먼트들 및 리액티브 컴포넌트들의 네트워크 또는 어레이를 지칭한다.
[0024] 본원에 사용된 바와 같이, 용어 “조명 엘리먼트”는 직접적으로(예컨대, 백열 전구들, 아크 램프들, 가시-광 LED들) 또는 간접적으로(예컨대, 형광 램프들, 인광체들을 갖는 LED들) 가시광을 방출하는 임의의 컴포넌트를 지칭한다. 조명 엘리먼트들은 또한 유기 LED들(OLED들), 양자 도트들, 마이크로공동 플라즈마 램프들, 일렉트로루미네선트 디바이스들, 및 전류를 가시광으로 변환시킬 수 있는 임의의 엘리먼트를 포함한다.
[0025] 본원에 사용된 바와 같이, 용어 “리액티브 컴포넌트”는 약간의 실수 임피던스(즉, 저항)만을 갖거나 또는 어떠한 실수 임피던스도 갖지 않지만, 상당한 허수 임피던스(즉, 인덕턴스 및/또는 커패시턴스의 형태의 리액턴스)를 갖는 전자 컴포넌트를 지칭한다. 리액티브 컴포넌트들은 일반적으로, 상당한 저항이 아닌, 커패시턴스 및/또는 인덕턴스를 회로에 부가시키도록 의도된 커패시터들, 인덕터들, 변압기들 등으로서 판매되는 디바이스들이다.
[0026] 본원에 사용된 바와 같이, 용어 “리액티브 스트링”은 조명 엘리먼트들 및 리액티브 컴포넌트들을 각각 포함하는 복수의 셀들을 포함하는 리액터를 지칭한다. 리액티브 스트링은 선택적으로 전류-스티어링 다이오드들을 포함할 수 있지만, 조명 엘리먼트들 자체 이외에 어떠한 다른 반도체 디바이스들 및 어떠한 전력 소실 디바이스들도 포함하지 않는다. 하나 이상의 리액티브 스트링들을 포함하는 네트워크는 “RSSL” 네트워크로서 지칭될 수 있으며, 여기서 RSSL은 “고체-상태 조명용 리액티브 스트링들(reactive strings for solid-state lighting)”의 줄임말이다.
[0027] 본원에 사용된 바와 같이, 용어 “공진 회로”는 고유 오실레이팅 주파수(natural oscillating frequency)를 가지며 공진에 가깝게 구동되도록 의도되거나 또는 “언더-댐핑된(under-damped)” 채로 사용되어 이에 의해 (LED에 의해 제공되는 것과 같은) 회로 내 저항에 의한 임의의 에너지 흡수가 오실레이션을 억제하기에 불충분한 회로를 지칭하는데, 즉, 이 회로는 더 이상 구동되지 않을 때 적어도 하나의 사이클 동안 계속해서 “링(ring)” 하거나 또는 오실레이팅할 것이다.
[0028] 본원에 사용된 바와 같이, 용어 “품질 팩터” 또는 “Q”는 공진 시스템의 댐핑을 특징화하는데 사용된다. Q는 또한 공진의 첨예도를 설명한다. 이는, Q=2π(저장된 에너지)/(사이클 당 소실된 에너지)로 정의된다. 또한, 이는 Q = ω0/Δω로 계산될 수 있는데, 여기서 ω0는 공진 주파수이고, Δω는 공진의 “대역폭”으로 또한 지칭되는 전력 스펙트럼의 1/2 폭이다. 전압 또는 전류 배율을 나타내는 언더-댐핑형 공진 회로는 Q > 1를 갖는다.
[0029] 본원에 사용된 바와 같이, 용어 “CUR(current utility ratio)”은 리액터의 조명 엘리먼트들을 통과하는 실효치(rms; root mean square) 전류 대 리액터에 공급되는 전체 rms 전류의 비율을 나타낸다. CUR은 일반적으로 리액티브 스트링에서 1 미만인데, 이는 커패시터들과 같은 바이패스 엘리먼트들이 조명 엘리먼트들에 대해 평행하게 배치되기 때문이다.
[0030] 본원에 사용된 바와 같이, 용어들 “스트라이크 전압(strike voltage)” 및 “브레이크오버 전압(breakover voltage)”(Vb)은, 상호교환가능하며, 디바이스들의 특정 네트워크가 전도를 시작하고 무시할 수 없는 전류를 인출하기 시작하는 전압을 지칭한다. 디바이스들의 네트워크가 단일 LED로 구성되면, 용어 “순방향 전압”(Vfrwd)은 동의어이다.
[0031] 본원에 사용된 바와 같이, 용어 “어레이”는 임의의 차원, 예컨대, 2-차원 어레이들, 일-차원(선형) 구성들뿐만 아니라, 3 이상의 차원들을 갖는 것으로 이해될 수 있는 구성들을 갖는 복수의 연결된 엘리먼트들의 어레인지먼트들을 지칭한다. 예컨대, 형광 튜브 교체물로서 사용되는 200-LED 어레이는 일반적으로, 각각의 컬럼이 정전류 전원에 의해 공통 전압에서 구동되는 각각의 컬럼에서 20개의 LED들을 갖는 10개의 “컬럼들”의 “어레이”로서 구성된다. 멀티-스트링, 병렬-스트링, 및 멀티-컬럼과 같은 다른 용어들은 모두 본원에서의 용어 “어레이”와 동의어로 간주된다.
[0032] 본원에 사용된 바와 같이, 용어 “조절된(regulated)”은 변화하는 환경이 존재하는 특정 전기적 파라미터(이를테면, 전압, 전류, 또는 전력)의 제어를 지칭한다. 제어는, 파라미터의 값에 있어서의 변화가 존재하지 않는 것을 의미하지 않는다기 보다는 오히려 로컬 콘텍스트에서의 임의의 변화가 기능적으로 중요하지 않음을 의미한다. 디바이스는 제조업체의 특정된 “SOA(safe operating area)” 내에서 계속 동작한다.
[0033] 본 발명의 실시예들은 일반적으로 본원에 인용에 의해 통합된 PCT 출원 제PCT/US12/72253호에 설명된 조명 엘리먼트들의 어레이들에 대한 드라이버들을 사용하여 자유-공간 광통신들을 구현한다. 이러한 시스템들은 리액티브 컴포넌트들이 산재되어 있는 어레이 구성들로 배열된 개별적인 조명 엘리먼트들에 조절된 전력을 제공한다. 이러한 어레이들은 “리액티브 스트링들”로 지칭된다. 리액티브 스트링들의 토폴로지들 중에서, 3개의 유리한 특성들: (1) 어떤 레벨의 엘리먼트 고장은 용인될 수 있고 나머지 기능 엘리먼트들이 유용한 출력으로 계속 기능할만큼, 전류/전압 조절이 충분히 견고하다는 특성, (2) 어레이 그 자체가 전력 변환 프로세스(예컨대, AC에서 DC로)의 필수 컴포넌트일 수 있다는 특성, 및 (3) 어레이의 개별 엘리먼트들에 대한 전류들 및 전압들이, 디바이스 변동성 및 제작 공차(manufacturing tolerance)들을 허용하는 방식으로 조절된다는 특성을 제공하는 실시예들이 존재한다.
[0034] 리액티브 스트링들은 다양한 속성들을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 리액티브 스트링들은 일정한 휘도를 가지며, 이에 의해, 일부 조명 엘리먼트들이 고장나면, 나머지 조명 엘리먼트들로의 전류가 증가되어 일정한 휘도를 제공한다. 나머지 엘리먼트들로의 전류는 오직 최소한으로만 변화한다. 이러한 거동은, 조명 엘리먼트들 및 리액티브 컴포넌트들을 공진 근처에서 동작하는 공진 탱크 회로에 배치하는 토폴로지 및 구동 시스템과 함께 산재된 리액티브 컴포넌트들의 적절한 선택의 결과이다. 토폴로지가 처음에 최대 광도로 구성된다면, 나머지 엘리먼트들은 최대 잔류 광도에 대해 동일한 전류에서 계속 동작한다. 광 출력은 최대화될 수 있고, 열 소실은 최소화될 수 있다.
[0035] “리액터”는, 실질적으로 모든 전력 소실이 조명 엘리먼트들에서 발생하는 공진 회로를 형성하기 위해 리액티브 스트링들과 또한 적어도 하나의 인덕터 및 하나의 커패시터를 포함한다. 추가적인 제어 엘리먼트들은 최소 손실을 갖는 패시브(passive) 리액티브 컴포넌트들일 수 있다. 어떠한 소실 엘리먼트들, 이를테면, 저항기들도 개별 조명 엘리먼트 전류들을 조정하기 위해서 요구되지 않는다. 게다가, 공진 거동은 광 출력을 조절하기 위해 전류의 의사-조절을 제공한다. 인덕터들 및 커패시터들의 역할은 일반적으로 리액티브 스트링들에서 상호교환될 수 있다. 구체화를 위해, 본원의 실시예들은 일반적으로, 개별 셀들 내에서 커패시터들을 리액티브 엘리먼트들로서 사용하는데, 개별 셀들 각각은 적어도 하나의 발광 엘리먼트를 포함하며, 공진 탱크 회로들을 완성하고 전압 레벨 변환 그리고 (이하에 더욱 상세하게 설명되는) “손실-송신 선로”의 엘리먼트들의 분리를 구현하기 위해 더 적은 수의 인덕터들 및/또는 변압기들이 사용된다. 그러나, 각각의 셀의 인덕터들 및 더 적은 수의 커패시터들을 갖는 실시예들도 또한 가능하다.
[0036] LED 여기는 AC 전류들을 사용하고, LED 집단(population) 사이의 전력 분배는 리액티브 컴포넌트들을 사용하여 관리된다. 전반적인 신뢰도가 향상되고, 전원 컴포넌트 카운트가 최소화되며, 전반적인 시스템 비용은 종래의 DC-구동 시스템들보다 더 낮아질 수 있다. 전력 분배의 자율적인 또는 자기-조절은 인간 생활 공간들에서 사용하기에 덜 복잡하고 더 안전한 시스템으로 귀결되는데, 이는 높은 동작 주파수들이 신경학적으로 양호하고, 패시브 리액터 컴포넌트들이 통상적인 설비들에서 액티브 전원의 확산을 대체하기 때문이다. 일부 실시예들에서, 단일 여자기가 다수의 리액터들을 구동하는데 사용될 수 있다. 예컨대, 분배 패널의 단일 여자기는 일반 가정을 조명하는데 요구되는 모든 리액터들을 구동시킬 수 있다.
[0037] 도 1에 도시된 바와 같이, 리액티브 스트링 시스템들은, “여자기”(102)를 하나 이상의 공진 “리액터들”(104)과 통합한다. 여자기 자체는 공진하지 않지만, 2 배선 버스(106)를 통해 리액터들에 일정한 주파수 및 전압의 AC 여자기 전력을 공급한다. 본 발명의 실시예들은 전압을 완전히 정류할 필요는 없다.
[0038] 리액티브 스트링들에 대한 전력의 분배는 AC 전압들을 사용하며, 데이터 신호들은 전력 분배 선로들에 중첩될 수 있다. 데이터 신호는 당업계에 공지된 임의의 변조 기법을 사용하여 송신될 수 있다. 예컨대, AM(amplitude modulation), FM(frequency modulation), FSK(frequency shift keying) 또는 PM(phase modulation)이, 전력 전압 파형의 주파수와 동일하거나 또는 상이한 주파수에 있을 수 있는 반송파에 적용될 수 있다. 반송파 주파수 및 반송파 대역폭의 선택에 따라, 이용가능한 데이터 대역폭이 당업계에 공지된 바와 같이 달라질 수 있다. 예컨대, 진폭 및 위상 변조(“직교 진폭 변조(quadrature amplitude modulation)” 또는 QAM)를 조합함으로써 유용한 대역폭을 증가시키기 위해 다양한 기법들이 사용될 수 있다. FSOC 시스템들은 또한 OFDM(optical frequency division multiplexing)을 가능하게 하며, 이에 의해, 각각이 별도로 변조될 수 있는 독립적인 주파수-고정(frequency-locked) 데이터 채널을 제공할 수 있는 별도의 통신 “채널들”(컬러들)로 광학 스펙트럼이 분할된다. 이러한 알려진 변조 기법들 모두는 본 발명의 실시예들에서 개별적으로 또는 조합하여 사용될 수 있다.
[0039] 일부 실시예들에서, 전력 분배 선로들 상에 중첩된 데이터 신호들은 조명 시스템 내의 내부 통신에 사용된다. 조명 시스템들은 제어장치들 및 센서들을 포함할 수 있다. 일부 제어장치들은 로컬 스위칭 및 디밍(dimming) 기능들과 같은 수동 기능들을 제공할 수 있다. 일부 조명 시스템들은, 수동 제어장치들 대신에 또는 이에 추가로 디지털 제어 시스템들을 갖는다. 이러한 시스템들에서, 디지털 제어 시스템은 일 세트의 센서들 및 제어장치들과 양방향으로 통신할 수 있다. 광 레벨들(일광(daylight) 및 시스템에 의해 제공되는 조명 광 모두)뿐만 아니라 모션 및 존재를 감지하기 위해 센서들이 제공될 수 있다. 제어장치들은 광 레벨들을 설정할 수 있고 그리고 조명(lights)을 턴 온 및 오프시킬 수 있다. 예컨대, 디밍은 자기 증폭기와 같은 프로그래머블 가변 인덕터를 사용하여 구현될 수 있는데, 여기서 작은 제어 전류는 자기 코어를 변조시키며, 이는 동일한 코어 상의 2차 코일의 인덕턴스에 영향을 미친다.
[0040] 가장 일반적으로, 디지털 제어 시스템은 조명 시스템과 공동-위치된 임의의 센서들 및 제어장치들과 통신할 수 있다. 이러한 센서들 및 제어장치들은, 가열 및 냉각, 보안, 윈도우 제어들, 블라인드들 또는 쉐이드들 등과 같은 다른 빌딩 기능들과 관련될 수 있다. 디지털 제어 시스템에는 로컬 통신 네트워크(인트라넷) 및/또는 인터넷에 대한 커넥션이 추가로 제공될 수 있다. 전력 버스의 고주파수로 인해, 광 모니터링 또는 디밍을 위한 부수적인 디바이스들은 오직, 소형 마이크로프로세서 또는 임베디드 시스템들을 위한 유용한 전원을 제공하기 위한 소형 변압기만을 필요로 한다. 따라서, RSSL 조명 시스템은 조명 시스템을 IoT(Internet of Things)에 부가하기 위한 계측 및 제어의 통합에 이상적으로 적합하다.
[0041] 본 발명의 실시예들은 또한 컴퓨팅 디바이스들(이를테면, 데스크탑 또는 랩탑 컴퓨터들, 태블릿 컴퓨터들, 또는 스마트 폰들)과 네트워크 사이에 새로운 링크를 제공할 수 있다. 다른 링크(예컨대, 유선 이더넷 또는 WIFI)가 또한 존재하는 경우, 그렇게 연결된 디바이스들은 또한 디지털 제어 시스템을 통해 조명 시스템 기능들을 제어하는데 사용될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 실시예들은, FSOC 성능의 통신 범위 외부에 위치된 디바이스들로부터의 조명 네트워크 기능들의 동시 제어 및 네트워크에 대한 두 로컬 FSOC 커넥션들 모두를 제공할 수 있는데; 일부 실시예들에서, 조명 네트워크 제어는 로컬 디바이스들 또는 선택된 허가받은 디바이스들로 제한될 수 있지만, 원칙적으로, 임의의 네트워크-접속된 디바이스가 조명 네트워크 제어를 제공할 수 있다.
[0042] 휴대용 컴퓨팅 디바이스는, 로컬 FSOC 시스템이 이용가능할 때는 로컬 FSOC 시스템에 연결하고, 로컬 FSOC 시스템이 범위를 벗어났을 때는 다른 통신 수단을 사용하도록 구성될 수 있다. 일반적으로, FSOC의 범위는 제한되기 때문에(예컨대, 빌딩 내 개별 룸들로 제한됨), 시스템은 또한 주어진 광학 송신기 및 수신기의 유효 범위에 해당하는 다수의 통신 "셀들"(FSOC 셀들)을 포함할 수 있다. 사용자가 빌딩 주위를 이동할 때, 예컨대, 무선-주파수 채널들을 통해 동작하는 셀룰러 전화기 시스템들처럼 통신은 하나의 FSOC 셀에서 다른 FSOC 셀로 시프트할 수 있다. 사용자가 빌딩을 떠날 때, 그 통신은 사용가능한 다른 모드(이를테면, 셀룰러 전화기 네트워크 또는 WIFI 네트워크로의 RF 링크)로 자동으로 시프트할 수 있다.
[0043] PCT 출원 제PCT/US12/72253호에 설명된 바와 같이, 리액티브 스트링들은 하이-Q 공진 근처에서 유리하게 동작한다. 공진의 Q는, 해당 주파수의 전력 파형을 변조시킴으로써 데이터가 송신될 수 있는 레이트(rate)를 제한하는 대역폭을 결정한다. 일부 실시예들에서, 동일한 Q에 대해, 더 높은 주파수가 더 높은 절대 대역폭을 제공할 것이기 때문에, 데이터 레이트는 더 높은 주파수에서 전력 반송파 파형을 선택함으로써 증가될 수 있다. 데이터 대역폭 요건들이 (예컨대, 데이터가 내부 시스템 통신들을 위해서만 사용되는 시스템들에서와 같이) 많지 않다면, 전력 파형 주파수를 변조하는 데이터 송신 방법이 유용할 수 있다. 데이터가 전력 버스를 따라 어느 위치에서든 추출될 수 있지만, 데이터는 본질적으로 리액티브 스트링 자체에 중첩되며, 데이터 신호는 조명 엘리먼트들을 변조한다는 점에 유의한다. 데이터 변조는, LED들의 평균 발광 출력에 영향을 미치지 않으며, 반송파 주파수 자체가 약 50Hz보다 더 큰 한, 인간의 시각 체계에 의해 인지될 수 없다. (광속 파형(light flux waveform)은 전력 파형 주파수의 2배이므로, 50Hz보다 더 큰 반송파 주파수는 100Hz보다 더 큰 주파수를 갖는 발광 파형을 생성한다.) 통상적인 리액티브 스트링 시스템들은 약 10kHz의 최소치에서 동작하고, 플리커(flicker)는 감지할 수 없다.
[0044] 따라서, 일부 실시예들에서, 조명 엘리먼트들은 고전력 조명 및 높은 신호-대-잡음 다운링크 송신기들 둘 다를 FSOC 셀에 제공할 수 있으며, 여기서 FSOC 셀은 특정 전력 버스로부터 구동되고 그리고 특정 전력 파형 주파수에서 동작하는 리액티브 스트링들에 의해 조명되는 영역으로 정의된다. 다수의 FSOC 셀들은, 변조 측파대(modulation side-band)들이 중첩되지 않도록, 각각의 리액티브 스트링 공진의 대역폭보다 더 큰 인터벌만큼 분리된 주파수들에서 다수의 전력 파형들을 중첩시킴으로써 단일 2 배선 전력 버스로부터 동작할 수 있다. 이러한 분리는 라디오 또는 TV 스펙트럼 배정시에 “채널들”사이에서의 분리와 유사한데: 각각의 리액티브 스트링은 특정 채널로 “튜닝되어” 자신의 할당된 채널 캐리어 주파수에서 송신된 전력 및 데이터에만 응답한다.
[0045] 데이터 업링크는 특정 FSOC 셀에 위치된 디바이스들로부터 광학적 신호들을 수신할 수 있는 센서 시스템을 요구한다. 업링크 센서들은 FSOC 셀 내의 임의의 편리한 고정장치(fixture)와 공동-위치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 업링크 센서들은 하나 이상의 조명등들(luminaires)과 공동-위치된다. 일부 실시예들에서, 업링크 센서들은 디머(dimmer) 또는 스위치 제어 박스들 내에 위치된다. 일부 실시예들에서, 업링크 센서들은 광 레벨들(일광, 시스템 조명, 또는 이 둘 다)을 모니터링하도록 또한 기능하는 센서들을 사용하여 구현될 수 있다. 업링크 데이터(및 공유되는 경우 광 레벨 데이터)는 전력 및 다운링크 데이터 송신을 위해 사용되는 동일한 2 배선 전력 버스를 통해 디지털 제어 시스템으로 다시 송신될 수 있다. 예컨대, 업링크 및 다운링크 데이터 송신을 위한 별도의 반송파 주파수들을 사용함으로써 풀 듀플렉스 데이터 송신이 구현될 수 있다.
[0046] 일부 FSOC 시스템들에서, 조명 및 데이터 다운링크 모두에 대해 동일한 조명 엘리먼트들을 사용하여 쉽게 달성될 수 있는 것보다 훨씬 더 높은 데이터 대역폭들이 제공될 수 있다. FSOC의 대역폭 잠재력을 완전하게 활용하기 위해, 고주파수 반송파들(예컨대, 1MHz 내지 10GHz)을 사용하고 추가로 OFDM 방법들을 활용하는 것이 유리하다. 리액티브 스트링들은, 1MHz를 넘는 주파수들에서 동작하도록 설계될 수 있지만, 데이터 반송파 주파수들로부터 전력 반송파 주파수를 분리시키는 것도 또한 가능하다. 게다가, 일부 실시예들에서, 신뢰가능한 데이터 통신들을 위해 유용한 SNR(signal-to-noise ratio)을 달성하기 위해 요구되는 광전력(optical power)은 영역 조명에 요구되는 것보다 훨씬 작을 수 있다. 이는, 실내 설비들에 통상적으로 적용되는 상황이다.
[0047] 일부 실시예들에서, 데이터 업링크를 위한 센서들은 조명 및/또는 데이터 다운링크에 또한 사용되는 LED들일 수 있다. LED들은 광 센서들로서 사용하기에 최적화되지 않을 수 있지만, 그럼에도 불구하고 이들은 일부 애플리케이션들에서 유용할 수 있다.
[0048] 일부 실시예들에서, 영역 조명 및 데이터 다운링크를 위해 별도의 광 에미터들이 제공된다. 영역 조명을 위한 광 에미터들은 통상적으로 “백색” 광에 대한 근사를 제공하도록 선택되고 구성되는데; 즉, 광 에미터들은 가시 스펙트럼에서의 넓은 스펙트럼 조명을 제공하거나 또는 인간 시각 체계에 백색으로 나타나는 최소한의 멀티-스펙트럼 조명을 제공한다. 데이터 다운링크 및 업링크를 위한 광 에미터들은 동일한 넓은 스펙트럼 에미터들일 수 있지만, 광 에미터들은 또한 협대역 에미터들일 수도 있다. 또한, 이들은 조명에 사용되지 않는 파장들에서 방출하도록 선택될 수 있다. 예컨대, 데이터 다운링크/업링크 에미터 파장들은 적외선(IR) 또는 근자외선(near-UV)일 수 있다. 조명 파장들로부터의 이러한 파장 분리는, 수신된 광학적 데이터 신호가 상당한 잡음을 도입할 수 있는 큰 배경 레벨상에 중첩되지 않음을 보장함으로써 데이터 SNR을 개선시킬 수 있다. 게다가, 혼합 유형들의 LED들을 정확하게 바이어싱하고 스트링 내의 개별적인 LED들의 고장들을 용인하기 위한 리액티브 스트링들의 고유의 능력은, UV 및/또는 IR LED들이 백색-광 LED들(또는 LED들의 RGB 어레이들)과 쉽게 통합하게 한다. 렌즈들 및 필터들은 필요에 따라 특정 시스템 설계들에 통합될 수 있다.
[0049] 일부 실시예들에서, 배경 레벨 문제는 시간-분할-멀티플렉싱에 의해 추가로 감소될 수 있다. 최대 발광 출력에서 동작하는 리액티브 스트링은 전력 반송파 주파수의 2배의 하버사인(haversine) 발광 파형에 근사하는 파형을 갖고; 전류 파형은
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과 양방향이며; 광 플럭스는
Figure 112017067249639-pct00002
로 엄격하게 포지티브이다. 리액티브 스트링들에서의 전력의 분배는 리액티브 엘리먼트들에 의해 달성된다. 순환 전류가 존재하며, 이 순환 전류는 스트링의 LED의 제로 크로싱(zero crossing)에서 “어두운 기간”에 나타난다. 순환 전류의 비율로서 스트링에서 LED에 의해 사용되는 전류는 CUR(current utility ratio)로 지칭된다. 임의의 디밍이 네트워크(또는 개별적인 리액티브 스트링들)를 디튜닝함으로써 실행되기 때문에, 이러한 어두운 기간은 디튜닝된 리액티브 스트링의 주파수에서 그 기간의 백분율로서 연장된다. 이는, 예컨대, 조명이 덜 요구되지만 데이터 통신들이 최대 수요에 있을 때인 일광(daylight) 동안에 효과적인 전략이다. 어쨋든, 어두운 기간은 매우 짧은 조명 파형 기간의 작은 부분(small fraction)이기 때문에, 인간 시각 체계에 의해 인지되지 않는다.
[0050] SNR을 최대화하기 위해, 최대 전력 설정이 항상, 예컨대, 적어도 5-20%의 설계 오프-인터벌을 갖도록, 적절한 디밍 시스템을 사용함으로써 그리고 충분한 초과 발광 용량을 제공함으로써 작은 “오프-인터벌” 또는 “어두운 시기”를 포함시키는 것이 유리할 수 있다. 오프-인터벌이 단지 순간적이거나 또는 발광 파형 기간의 한정된 백분율일지라도, 영역 조명으로부터 최소의 배경 반사율이 존재하는 오직 오프-인터벌 동안만 또는 그 근처에서만 데이터를 송신하는 것이 유리할 수 있다. FSOC 시스템들이 갖는 공통적인 문제는, 벽들, 가구들 등으로부터 반사된 광의 비교적 높은 세기 및 다양한 컬러가 검출기에 상당한 잡음원을 나타낼 수 있다는 것이다. 데이터 송신(다운링크 및 업링크 둘 다)을 어두운 시기로 한정함으로써, 이러한 반사들은 전혀 없다. 아마도 데이터-레이트 페널티가 존재할 수 있지만, 이용가능한 매우 넓은 잠재적 대역폭을 고려할 때, 데이터 송신을 위한 더 낮은 광전력에서의 개선된 SNR을 위하여 데이터-레이트 페널티가 유리하게 수용될 수 있다. 개선된 SNR은 또한 증가된 보 레이트(baud rate) 및/또는 증가된 “심볼” 크기(한 번에 인코딩될 수 있는 개별 심볼들의 수)를 허용한다. 아래 설명된 것과 같은 손실 송신 선로 구성들은 더 긴 스트링 내의 별도의 임펄시브 섹션들에서 별도의 컬러들 및/또는 위상들을 사용함으로써 심볼 폭을 증가시키는데 사용될 수 있다.
[0051] 어두운 시기들은 RSSL 네트워크의 적어도 선택된 부분들 내에서 일반적으로 동기식이라는 점에 유의한다. 오직 단일 유형의 리액티브 엘리먼트들만(오직 커패시터들만 또는 오직 인덕터들만)을 포함하는 네트워크의 일부 내의 모든 LED들은 어떠한 내부 위상 시프트들도 없이 동기식으로 동작한다.
[0052] FSOC 시스템들은 고정된 신호 경로 길이를 갖지 않으며, 다중경로 반사들은 FSOC 셀 내의 컬러링된(coloured) 물체들로부터의 다수의 반사들을 포함하는 복수의 신호 경로들을 따라 송신된 데이터 신호들 사이의 예측불가한 간섭의 결과로서 추가적인 잡음원을 도입할 수 있다. 일부 실시예들에서, 잉여 채널 용량은 통신 기술들(예컨대, DSL(digital subscriber line) 시스템들)에서 공지된 기법들을 사용하여 최소 잡음을 나타내는 특정 사용자에 대한 채널을 선택하는데 사용될 수 있다. 다중경로 잡음은 통신 기술들에서 공지된 것과 같은 적응형 균등화 방법(adaptive equalisation method)들을 사용하여 추가로 감소될 수 있다. 균등화는 어두운 기간들 동안 유리하게 수행될 수 있는데, 여기서 FSOC 셀 반사 스펙트럼은 각각의 이용가능한 컬러 채널에서의 반사들로부터 잡음을 테스트함으로써 축적될 수 있다.
[0053] OFDM 방법들은 광섬유 통신들의 맥락에서 잘 알려져 있다. 다중모드 섬유들은 복수의 광통신 채널들을 보유할 수 있다. 레이저 광원들이 사용된다. 레이저들은 통상적으로 매우 좁은(1nm 정도) 컬러 대역폭들을 가지며, 채널들은 인접하게 이격될 수 있다. 그러나, FSOC 시스템들의 경우, LED들은 통상적으로 영역의 균일한 조명을 더 저렴하면서도 더 쉽게 제공할 수 있기 때문에 선호된다. LED들은 통상적으로, 일반적으로, 50nm 범위의 훨씬 더 넓은 컬러 대역폭을 갖는다. 일부 실시예들에서, 개별적인 광 에미터의 컬러 대역폭은 광학 대역통과 필터를 사용하여 좁아질 수 있다. 전력 변환 효율에서 약간의 손실이 발생할 것이지만, 사용될 수 있는 컬러 채널들의 수에 있어서의 이득이 획득될 수 있다.
[0054] 일부 실시예들에서, 데이터 송신을 위한 LED 컬러 채널들은 임의의 이용가능한 LED 파장들(UV에 걸쳐 가시광에서 적외선까지)로부터 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 영역 조명에 사용되는 파장 범위 밖에 있는 LED 컬러 채널들(예컨대, UV 및/또는 적외선, 가시광은 아님)이 선택될 수 있다.
[0055] 앞서 설명된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 임의의 전력 송신 반송파 파형과는 상이한 하나 이상의 캐리어 주파수들을 변조함으로써 데이터가 송신된다. 일부 실시예들에서, 전력 및 데이터 반송파 파형들은 단일 2 배선 버스를 통해 송신될 수 있다. 일부 실시예들에서, 복수의 꼬인 배선 쌍들 또는 동축 배선들이 사용될 수 있다. 필요한 전류 용량, EMI(electromagnetic interference) 고려사항들, 및 동작 주파수에 따라 상이한 선택들이 행해질 수 있다.
[0056] 다수의 반송파 주파수들이 하나의 2 배선 버스를 통해 송신되는 경우, 개별적인 반송파들이 표준 “튜너”(대역-통과 필터들)를 사용하여 “픽-오프”될 수 있다. 리액티브 스트링들은 대역-통과 필터로서 직접 기능할 수 있고, 어떠한 추가적인 필터 컴포넌트들도 요구하지 않는다. 데이터 반송파들은 데이터 스트림을 선택하기 위해 특정 튜닝 컴포넌트들을 요구할 수 있다. 2 배선 버스 상의 신호로부터의 복조는 모든 튜너들에서처럼 공진을 사용한다. 전력은 전력 및 통신 주파수들 모두에 대해 효율적으로 트랜스퍼되고 적절하게 종결된다.
[0057] FSOC 데이터 송신에 사용되는 조명 엘리먼트들은 데이터스트림에 의해 변조된다. 일부 실시예들에서, 데이터 송신 조명 엘리먼트들은 영역 조명에 사용되는 조명 엘리먼트들과 동일한 리액티브 스트링들에 포함된다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 별도의 리액티브 스트링들이 데이터 송신 조명 엘리먼트들을 구동하기 위해 사용될 수 있다. 이전에 언급된 바와 같이, 스트링들 내부로의 조명 엘리먼트들, LED들, 다이들, 및 개별 LED 정션들의 구성은, 컴포넌트 수 및 비용을 최소화하고 컴포넌트 장착의 편의성을 위해 사용될 수 있는 설계 편의성의 문제이다. 통상적으로, 엘리먼트들은, 엘리먼트들이 단일 조명등에 공동-위치될 때 또는 이들이 그룹으로서 스위칭 온 및 오프되거나 디밍될 때에는 단일 스트링들로 결합된다. 설계자는, 스트링 내의 각각의 셀이 스스로 리액티브 엘리먼트(들)(통상적으로는 적어도 하나의 커패시터 또는 인덕터)에 의해 전력이 제어될 수 있기 때문에, 단일 스트링 내의 조명 엘리먼트들의 유형들을 자유롭게 혼합하고 일치시킬 수 있다. 리액티브 스트링들은 단일 스트링 내에서 상이한 Vfrwd를 갖는 LED들에 자동으로 적응되는데; 각각의 셀은, LED 양단의 전압 강하가 자동으로 조정되어 직렬 커패시터에 의해 설정된 전류를 제공한다는 점에서 “자체-바이어싱”한다.
[0058] 각각의 광학 데이터 채널에 대한 별도의 리액티브 스트링이 제공되는 경우, 전체 스트링은, 해당 리액티브 스트링의 공진의 주파수 및 Q가 주어졌다면, 오직 이용가능한 대역폭의 제한에 따라서만 변조될 수 있다. 그러나, 스트링 내의 개별적인 조명 엘리먼트들을 별도로 변조시키는 것이 또한 가능하다. 이러한 변조가 스트링 자체의 전력 주파수 공진의 대역폭 밖에 있는 주파수에서 발생하면, 데이터 변조 반송파 파형은 스트링 내에서 자체-종결되며 전력 버스로 다시 반사되지 않아, 반사들이 없이 다양한 반송파 주파수들에서 높은 정확도를 유지하게 된다.
[0059] 통상적인 리액티브 스트링에서, 직렬 커패시터(도 1의 108)는 하나 이상의 쌍들의 LED들(110)을 통해 바이어싱하고 피크 전류를 설정하는데 사용된다. 이러한 직렬 커패시터는 데이터 변조를 위한 편리한 로케이션을 제공한다. 예컨대, 직렬 커패시터가 단일 쌍의 LED들을 통해 전류를 제어하면, 해당 쌍의 LED들로부터 출력된 광은 도 2에 도시된 바와 같이 고정된 직렬 커패시터 대신에(또는 그에 부가하여) 가변 커패시턴스 디바이스(208)를 사용함으로써 변조될 수 있다. 도 2는 전력 반송파 파형 및 데이터 반송파 파형 둘 다 반송하는 2 배선 버스(202)를 도시한다. 튜너(204)는 전력 캐리어 파형을 선택하고, 튜너(206)는 데이터 캐리어 파형을 선택한다. 높은-데이터-레이트 가변 커패시터(208)를 구현하기 위해 고속으로 변조될 수 있는 회로 엘리먼트들의 예들은 압전 트랜스듀서들 및 SAW(surface acoustic wave) 트랜스듀서들을 포함한다. LED 쌍(210)은 데이터를 송신하고, 도 2의 나머지 LED들은 조명을 위한 것이다. 추가적인 LED 쌍들은 추가적인 데이터 채널들을 제공하기 위해 별도로 변조될 수 있다.
[0060] 일부 실시예들에서, 조명 및 데이터 다운링크/업링크를 위해 별도의 리액티브 스트링들이 사용된다. 별도의 리액티브 스트링들은, 상이한 캐리어 주파수들 및/또는 상이한 컬러들에서 동작하도록 구성될 수 있다. 통상적으로, 클록들은 동기화되어, 데이터 송신이 도 3에 도시된 바와 같이 조명 파형(304)에서 어두운 시기들(302)에 한정될 수 있다. 전체 리액티브 스트링은, 손실 송신 선로 구성(이하 참조)에서 공진 노드로부터 추출된(전기 신호로 변환된) 데이터를 이용하여 데이터 업링크 센서로서 함께 기능할 수 있다.
[0061] 별도의 주파수 대역들을 사용하고 그리고 조명 LED들과는 별도인 LED들을 통해 데이터가 다운링크되는 토폴로지는 조명 LED 밝기와는 독립적인 데이터 LED 밝기를 허용한다는 점에 유의한다. 통상적으로, 조명 LED들은 전력 반송파 주파수(예컨대, 32kHz)에 응답하는 공진 스트링 또는 그 일부의 LED들에 적용가능한 공진 디튜닝 방법을 사용하여 원하는 대로 디밍된다. 디밍 기능은 데이터 LED 밝기와 상호작용하지 않는데, 이는 데이터 LED들이 전력 캐리어 주파수의 전력 대역과 중첩하지 않는 전력 대역을 갖는 데이터 반송파 주파수(예컨대, 100MHz)에서 동작하도록 구성되기 때문이다.
[0062] 도 4는 반송파 주파수들의 예시적인 분포를 도시한다. 전력 반송파 주파수(402)는 인접하는 디밍 신호 대역폭과 함께 도시된다. FSOC에 대한 데이터 채널들은 60-80MHz 범위(404)에 도시된다. 다중-Gbps 비트 레이트들로 FSOC 셀들 사이에서의 셀간 데이터 전송은 주파수 범위(406)에 도시된다. 이러한 변조시의 주입 손실은 현존하는 바이어스 전류의 변조이며, 이는 훨씬 긴 시간 상수에 걸쳐 확립되는 시변 광-밀도 파형(time varying photo-density waveform)을 생성한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 주입 임피던스는 낮은데, 이는, 공진 바이어스 내에서, 용량성 커플링에 의해 이웃 LED들로부터 반송되는 변조 신호의 투사(projection)가 "임펄시브(impulsive)"이며, 이로 인해 그의 에너지가 셀 LED들 내에서 소실되기 때문이다.
[0063] 대안적으로, 당업자는, 전력 주파수 바이어스 전류 “스트링-내의(intra-sting)"의 변조는 "차별화된"다고 말할 수 있다. 다시 버스로의 섭동 또는 반사율은 더 낮은 동작 주파수 전력 신호의 높은 인덕턴스로 인해 무시될 있다. 2개의 반송파들에 대한 주파수 대역들이 충분히 넓게 분리되어 있는 한, 전력 파형 반송파 및 적절하게 상향-시프팅된 데이터 변조 반송파 전류가 동일한 스트링 내에 공존할 수 있다는 점에 유의한다. 공간의 균등화, 대안의 통신 목적을 위해, 또는 SNR을 강화시키고 보 레이트(baud rate)를 증가시키기 위해 어두운 기간이 채용될 수 있다. 통상적인 실시예에서, 데이터 통신 애플리케이션이 강조되는 경우, 변조 반송파 주파수는 전력 파형 반송파 주파수보다 훨씬 더 높을 수 있다. 전체적으로 리액티브 스트링은 전력 파형 캐리어 주파수와 호환가능한 공진 주파수 및 대역폭을 가질 수 있다. 동시에, 더 높은 주파수 데이터 변조가 스트링 내의 개별적인 직렬 커패시터에 적용되어 스트링 내의 단일 쌍의 LED들을 통해 전류를 추가로 변조시킬 수 있다.
[0064] 일부 실시예들에서, 리액티브 스트링들에 대한 셀들은 하나 이상의 회로 보드들 상에 어셈블링되는 별도의 LED들 및 커패시터들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 개별 셀들은 패키징된 디바이스로서, 예컨대, 솔더링가능한 패드들 또는 리드들을 갖는 또는 기계적 커넥터를 갖는 단일 패키지에 2개의 LED들 및 2개의 커패시터들로서 제조될 수 있다. 기계적 커넥터들은 단일 패키징된 디바이스의 사용자 교체를 허용할 수 있다. 일부 실시예들에서, 복수의 셀들은 단일 패키지로 제조된다. 리드들 또는 커넥션들의 수는 복수의 셀들의 스트링에 대해 2개에서 각각의 셀 또는 임의의 적합한 조합에 대해 2개로 변할 수 있다. 더 많은 수의 리드들은 비용을 증가시킬 수 있지만, 직렬 및 병렬 커넥션들의 대안적인 어레인지먼트들을 허용하기 위한 유연성 또한 증가시킨다. 일부 실시예들에서, 리액티브 스트링들은 하이브리드 회로들로서 구현될 수 있으며, 이에 의해 컴포넌트들의 선택된 그룹들이 서브어셈블리들로서 함께 장착되며, 이는 결국 메인 회로 보드 상에 장착된다.
[0065] 일부 실시예들에서, 전체 셀 또는 복수의 셀들이 단일 다이 상에 존재하도록, 리액티브 스트링이 웨이퍼 상에서 직접 구현될 수 있다. 통상적으로, 커패시터들은 LED 제조 프로세스의 일부로서 2개의 금속화 층들 사이에서 웨이퍼 상에 제조된다. 제조 이후에, 개별적인 다이들이 전체 셀들 또는 복수의 셀들을 포함할 수 있도록, 웨이퍼는 원하는 대로 다이싱될 수 있다. 이는, 통상적으로 특정 연결들로 내부적으로 배선된 다수의 LED 정션들을 갖는 다이들을 제조하는 “COB(chip on board)” 방법들의 확장이다. 다수의 정션 다이들(예컨대, 원래 RSSL이 아닌 용도로 설계된 제품들)은 또한 외부 커패시터들과 함께 사용될 수 있다.
[0066] 일부 실시예들에서, 복수의 리액티브 스트링들은 직렬로 연결되어, 도 5에 예시된 바와 같이 커패시터(502) 및 인덕터(504)와 같은 리액티브 엘리먼트들에 의해 분리된다. 통상적인 RSSL 네트워크는 복수의 셀들을 포함하고, 복수의 셀들 각각은 직렬 커패시터들(Cser) 및 병렬 커패시터들(Cpar)과 함께 LED들을 포함한다. 완성된 공진 회로는 추가적인 직렬 커패시터(CR) 및 직렬 인덕터(LR)를 포함한다. 추가적인 직렬 커패시터(CR)는 리액티브 스트링 내 개별 셀들의 특정 잠재적 집단에 걸친 전압을 적절하게 설정하기 위한 설계 자유를 제공하는 반면, Cser의 적절한 값들은 각각의 LED를 개별적으로 바이어싱하는데 사용될 수 있다. 손실 송신 선로를 형성하기 위해, 단일 CR 및 LR을 사용하는 것 대신에, 이러한 커패시턴스들 및 인덕턴스가 “임펄시브 섹션들” 사이에서 분리기들로서 분포된다. 통상적으로, 각각의 값은 동일하며 등가 커패시턴스 및 인덕턴스가 단일 컴포넌트들에 대해 동일하게 유지되도록 선택된다(즉, 각각의 인덕터는 LR/n의 값을 갖고, 각각의 커패시터는 nCR의 값을 가지며, 여기서 n은 사용된 분리기들의 수이다). 본 발명자들은 이러한 커패시터들 및 인덕터들 사이의 포인트들로서 “공진 노드들”(506)를 정의한다. 이러한 공진 노드들은 이하에 논의된 바와 같이 전체 임펄시브 섹션에 데이터 다운링크 및 업링크뿐만 아니라 전력을 부가하기 위한 편리한 인터페이스 포인트들이 될 수 있다. 공진 노드에서의 전압 진폭은 LR/CR에 비례한다. 오직 위상만이 하나의 공진 노드에서 다음 공진 노드로 변화한다.
[0067] 이러한 방식으로 배열된 일 세트의 리액티브 스트링들은 손실 송신 선로로서 분석될 수 있다. 말하자면, 동축 케이블 송신 선로의 모델들은, 단위 길이 당 커패시턴스, 인덕턴스, 및 저항을 갖는 손실 송신 선로로서 설계될 수 있다. 리액티브 스트링은 별도의 컴포넌트들을 가질 수 있지만, 대형 네트워크의 경우 연속적인 손실 송신 선로과 유사한 특성들을 여전히 가질 수 있다. 인덕터들을 갖지 않는 리액티브 스트링들은 인덕턴스가 무시할 수 있는 한 자체적으로 동기식으로 동작하며: 네트워크의 이러한 “임펄시브” 부분 내에는 어떠한 위상 시프트들도 존재하지 않는다. 그러나, 구동 파형이 임펄시브 섹션들을 분리하는 인덕터들 및 커패시터들을 통과함에 따라 위상 시프트가 존재한다.
[0068] 대형 세트들의 리액티브 스트링들이 손실 송신 선로들로서 함께 연결될 수 있다. 이러한 손실 송신 선로의 길이에 대한 어떠한 상한도 존재하지 않는데, 이는 그 선로의 길이를 따라 임의의 공진 노드에서 필요에 따라 적절한 위상에서 부가적인 전력(전류)을 주입할 수 있기 때문이다. 이는, 도 6에서 개념적으로 관찰될 수 있다. 메인 “선로”는 멀티-탭 변압기의 1차측으로서 구현된다. 각각의 2차측(602)은 하나의 임펄시브 섹션(604)에 전류를 제공한다. 이러한 전력 주입의 다른 예가 도 7에 도시된다. 별도의 거의-무손실인 송신 선로(702)는 손실 송신 선로(704)와 평행하다. 커패시터들(Cr2, Cr3 및 Cr4)은 손실 송신 선로를 따른 위상 시프트들에 대해 일치하는 위상 시프트들을 제공한다. 통상적인 실시예들에서, 손실 송신 선로의 세그먼트들 사이의 위상 지연들은 작다. 세그먼트들은 오직 실제 및 기생 효과들만 있는 공진 상태이다. 작은 래깅 위상(small lagging phase)은 0 전압 스위칭으로 동작하는 전력 스위칭 컴포넌트들에 의해 전력 주입을 유지하는데 사용된다. 래깅 전력 에너지의 관리는 최적일 수 있다. 변압기들(Lr2, Lr3, 및 Lr4)은 느슨한 커플링에 의해 손실 송신 선로에 전류를 커플링하며, 고주파수 구동에 적합한 무손실 송신 선로에서 전반적으로 낮은 1차 인덕턴스를 보유한다. 이러한 전력 주입들은 장거리 데이터 송신 선로들(예컨대, 해저 케이블들)에서 리피터(repeater)들의 사용과 유사하게 관찰될 수 있다. 리피터들을 적절한 인터벌들로 이격시키는 것은, 긴 선로를 지지하도록 요구되는 전체 전압 레벨들을 감소시킬 수 있다. 리피터들에 대한 전력은 단일 전력원으로부터 전력을 공급하는 별도의 전력 케이블을 사용하여 제공될 수 있거나, 또는 복수의 별도의 전력원들이 사용되어 하나 이상의 리피터들 각각에 전력을 공급하는데 사용될 수 있다.
[0069] 손실 송신 선로 구성들은 도로 또는 고속도로를 따라 가로등들과 같은 확장된 물리적 기하학적 형상들에 유리할 수 있다. 심지어는 수 마일의 고속도로에 걸쳐, 손실 송신 선로로서 상호연결된 가로등들은 자연스럽게 상호연결된 세트의 FSOC 통신 셀들을 형성할 수 있다.
[0070] 극단적으로 반대의 크기에서, 손실 송신 선로는 매우 작은 조명 엘리먼트들의 매우 큰 집단에 전력을 공급하는데 사용될 수 있다. 이러한 엘리먼트들은 상당한 사양 가변성(Vfrwd, 컬러, 대역폭, 발광 출력 등)을 가지며, 유용한 수집적 기능을 계속 제공하면서 심지어는 상당한 비율의 고장도 가질 수 있다.
[0071] 따라서, RSSL 네트워크들이 비교적 작은 직렬 스트링을 각각 포함하는 병렬 스트링을 구동시키는데 매우 적합하지만, 임의의 수의 이러한 병렬 부하들은 이후 손실 송신 선로로서 편리하게 직렬화될 수 있다. 이러한 구성은 산업 작업 영역들, 경기장 조명들, 가로등들 등을 완성하기 위해 단일 다이(COB 어셈블리)에 있는 작은 엘리먼트들의 거대한 어레이들로부터 임의의 크기 스케일에 대해서도 사용될 수 있다. FSOC는 최소의 추가 비용으로 임의의 이러한 시스템들에 부가될 수 있다.
[0072] 인접하는 임펄시브 섹션들은 인접하는 FSOC 통신 셀들을 구현하기 위해 사용될 수 있다. 광학적 간섭을 회피하기 위해, 인접하는 셀들은 상이한 컬러, 상이한 데이터 반송파 주파수들, 또는 이들의 임의의 조합을 사용하여 약간 지연된 어두운 시기들(데이터 전송에 사용됨)을 각각 갖는 격리된 세그먼트들을 가질 수 있다. 풀 듀플렉스 통신들이 각각의 FSOC 셀 내에서 구현될 수 있다.
[0073] 셀간 통신들은 RSSL 네트워크 배선들, 셀간 누설된 FSOC 링크들, 또는 특정 설비에 적합한 광섬유들을 통해 구현될 수 있다. 통상적으로, 배선들 또는 광섬유들은 빌딩 내의 다른 방들이나 층들에서 셀들 사이의 통신들에 적합할 것이지만, FSOC 링크들은 빌딩들 또는 가로등들 사이에 바람직할 수 있다.
[0074] 일부 실시예들에서, 손실 송신 선로 RSSL 네트워크가 사용되어 정밀 포지션 및/또는 힘 모니터링을 제공할 수 있다. 리액티브 스트링은, 예컨대, 로봇 암 또는 웨어러블 디바이스를 따라, 또는 더욱 일반적으로, 포지션 모니터링이 유용한 임의의 시스템 내에서 "신경 섬유(nerve fibre)"로서 기능할 수 있다. 다양한 포지션 변환 방법들이 손실 송신 선로 RSSL 네트워크의 임펄시브 섹션 내에서 구현될 수 있다. 이러한 방법들은 광학, 초음파, 및/또는 압전일 수 있다. 리액티브 스트링 내의 하나 이상의 커패시터들은 압전 디바이스로서 구현될 수 있다. 압전 트랜스듀서들은 신장, 압축, 또는 굽힘을 측정하는 스트레인 게이지들로서 사용될 수 있다. 압전 트랜스듀서들은 또한 부하 센서들로서 접촉, 힘, 또는 무게를 검출하는데 사용될 수 있다. 압전 트랜스듀서들은 음파 또는 초음파 트랜스듀서들로서 사용될 수 있으며, 이들은 결국 당업계에 공지된 다양한 방식들로 사용될 수 있다. 손실 송신 선로를 따라 존재하는 위상 시프트는 상이한 임펄시브 섹션들로부터 방출된 광 또는 소리로부터 간섭을 검출함으로써 광학적 또는 초음파 위상 어레이 기법들을 구현하는데 활용될 수 있다. 광학적 구현은 도 8에 예시된다. 포지션 검출을 위한 범위에 있는 각각의 LED는 반경들(예컨대, r1, r2 및 r3)을 갖는 구체 범위를 결정하고, 교점은 정밀 위치를 결정한다.
[0075] RSSL 시스템들은 몇몇 고유 특징들로 인해 종래 기술의 시스템들에 비해 FSOC에 우수한 플랫폼을 제공한다. 어두운 시기의 이용가능성은 조명 다중경로 및 표면 반사 효과들로부터 잡음 간섭을 제거함으로써 신호-대-잡음을 극적으로 개선시킨다. LED들은 자동조정되고 자율적으로 바이어싱되어, LED들이 아직 온(on) 상태가 아닌 경우에 항상 턴 온할 준비 상태에 가깝게 된다. 전력공급되지 않은 스트링을 통해 이러한 바이어싱 효과를 입증할 수 있는데: 접지에 연결된 프로브를 갖는 리액티브 스트링 내의 노드를 터치하는 것과 같은 약간의 교란은, 이 스트링이 “섬광”하도록 하여, 이에 의해 충분한 에너지가 스트링을 통해 셔틀링되어 개별 LED들이 번갈아 깜빡이게 한다. 각각의 LED는 광 방출을 시작하기 위해 약간의 전기적 “넛지(nudge)”만을 요구하고, 하나가 턴 온됨에 따라, 인접하는 LED는 후속 넛지가 랜덤 캐스케이드를 트리거하게 한다.
[0076] RSSL 네트워크들의 다른 주목할만한 특성은, 개별 엘리먼트들의 고장(개방 또는 단락)에 수동적으로 적응하기 위한 네트워크의 능력이 종래 기술의 어레이들과 비교하여 어레이의 통계적 고장 특성들을 완전히 변화시킨다는 점이다. 과전압으로부터 보호하기 위해 어떠한 제너 다이오드들도 필요하지 않으며, 약 50% 고장까지 허용할 수 있는 네트워크들을 구성하는 것이 가능하다. 최종 결과는, 종래 기술의 시스템들은 유효-수명-종료 고장이 발생하기 더 쉽지만, RSSL 네트워크 신뢰성은 스케일(네트워크 내 엘리먼트들의 수)에 따라 실질적으로 향상된다는 점이다. 고장 전에 평균 수명이 긴 고휘도 출력 시스템들을 구축하기 위해, 언더-드리븐(under-driven), 저비용 및 저전력 부품들의 대형 어레이들이 사용될 수 있다.
[0077] 본 발명의 하나 이상의 실시예들의 설명들이 첨부된 청구범위들에 의해 정의되는 본 발명의 사상 및 범위 내에 포함될 수 있는 다양한 대안적인, 변형된 및 등가의 실시예들을 제한하지 않는다는 것이 이해될 것이다. 게다가, 전술한 상세한 설명에서, 본 발명의 다양한 실시예들의 이해를 제공하기 위해, 다수의 특정 세부사항들이 설명된다. 그러나, 본 발명의 하나 이상의 실시예들이 이러한 특정 세부사항들 없이 실행될 수 있다. 다른 예들에서, 잘 알려진 방법들, 절차들, 및 컴포넌트들은 본 실시예들의 양상등를 불필요하게 모호하게 하지 않기 위해 상세하게 설명되지 않았다.

Claims (20)

  1. FSOC(free space optical communications) 시스템으로서,
    전기 파형 생성기를 포함하는 여자기(excitor); 및
    제1 공진 회로를 포함하는 제1 리액터(reactor)를 포함하고,
    상기 제1 공진 회로는 제1의 복수의 리액티브 컴포넌트들 및 제1의 복수의 조명 엘리먼트들을 포함하고;
    상기 여자기는 상기 제1 공진 회로를 구동시키도록 구성되고;
    상기 제1 공진 회로는 상기 여자기에 의해 구동될 때 언더-댐핑되고(under-damped);
    상기 전기 파형 생성기는 약 10kHz 내지 약 100 MHz의 제1 주파수에서 제1 AC 전압 파형을 생성하도록 동작가능하고;
    상기 제1의 복수의 리액티브 컴포넌트들의 제1 서브세트는 상기 제1의 복수의 조명 엘리먼트들 중 제1 조명 엘리먼트에서의 전력을 결정하고, 상기 제1의 복수의 리액티브 컴포넌트들의 제2 서브세트는 상기 제1의 복수의 조명 엘리먼트들 중 제2 조명 엘리먼트에서의 전력을 결정하며;
    상기 조명 엘리먼트들은, 상기 제1 공진 회로가 상기 여자기에 의해 구동될 때, AC 발광 파형(luminous waveform)의 진폭(amplitude)을 갖는 광을 방출하고,
    상기 AC 발광 파형은 제1 페이즈(phase) 및 제2 페이즈를 포함하고,
    상기 AC 발광 파형의 진폭을 갖는 광은 상기 제1 페이즈 동안에는 일반적인 영역 조명(general area illumination)을 제공하지만 상기 제2 페이즈 동안에는 제공하지 않으며, 그리고
    하나의 페이즈 동안 또는 양 페이즈들 동안,
    상기 AC 발광 파형이 데이터스트림에 의해 변조되거나, 또는
    상기 제1 공진 회로가 광 센서를 더 포함하고, 그리고 상기 제1 공진 회로에서의 전압 파형이 상기 광 센서에 충돌하는 광에 의해 변조되는,
    FSOC 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 데이터스트림은 상기 제1 AC 전압 파형을 변조하는,
    FSOC 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 데이터스트림은, 상기 제1 주파수와는 상이한 제2 주파수를 갖는 제2 AC 전압 파형이 변조하는,
    FSOC 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    센서 또는 제어장치를 더 포함하고,
    상기 센서 또는 제어장치는 상기 제1 조명 엘리먼트 및 상기 제2 조명 엘리먼트에서의 전력을 관리하도록 동작가능하고,
    상기 전기 파형 생성기와 상기 센서 또는 제어장치 사이에 양방향성 데이터 스트림이 흐르는,
    FSOC 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 리액터는 제1 광학 센서 및 제1 광학 에미터를 포함하고,
    상기 FSOC 시스템은 상기 제1 리액터로부터 떨어져 있는 사용자 통신 디바이스를 더 포함하고,
    상기 사용자 통신 디바이스는 제2 광학 센서 및 제2 광학 에미터를 포함하고,
    상기 제1 광학 에미터는 상기 제2 광학 센서에 다운링크 데이터스트림을 송신하도록 동작가능하고, 그리고
    상기 제2 광학 에미터는 상기 제1 광학 센서에 업링크 데이터스트림을 송신하도록 동작가능한,
    FSOC 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 광학 에미터는 상기 제1 조명 엘리먼트 또는 상기 제2 조명 엘리먼트를 포함하는,
    FSOC 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 광학 에미터는 상기 제1 조명 엘리먼트 또는 상기 제2 조명 엘리먼트와는 별개인,
    FSOC 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 광학 에미터는 상기 제1 조명 엘리먼트 또는 상기 제2 조명 엘리먼트에 의해 방출되는 파장들과는 별개인 파장들에서 광을 방출하는,
    FSOC 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    제2 공진 회로를 포함하는 제2 리액터를 더 포함하고,
    상기 제2 공진 회로는 제2의 복수의 리액티브 컴포넌트들 및 제2의 복수의 조명 엘리먼트들을 포함하고,
    상기 여자기는 상기 제2 공진 회로를 구동시키도록 구성되고,
    상기 제2 공진 회로는 상기 여자기에 의해 구동될 때 언더-댐핑되고,
    상기 제2의 복수의 리액티브 컴포넌트들의 제1 서브세트는 상기 제2의 복수의 조명 엘리먼트들 중 제1 조명 엘리먼트에서의 전력을 결정하고, 상기 제2의 복수의 리액티브 컴포넌트들의 제2 서브세트는 상기 제2의 복수의 조명 엘리먼트들 중 제2 조명 엘리먼트에서의 전력을 결정하고; 그리고
    상기 제1 광학 에미터는 상기 제2의 복수의 조명 엘리먼트들의 일부인,
    FSOC 시스템.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 제1 광학 에미터는 가변 리액티브 컴포넌트에 의해 변조되는,
    FSOC 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 가변 리액티브 컴포넌트는 압전 디바이스를 포함하는,
    FSOC 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 가변 리액티브 컴포넌트는 SAW(surface acoustic wave) 디바이스를 포함하는,
    FSOC 시스템.
  13. 제9항에 있어서,
    하나 이상의 분리기 리액티브 엘리먼트들을 더 포함하고,
    상기 제1 리액터 및 상기 제2 리액터는, 상기 제1 리액터와 상기 제2 리액터 사이 간의 상기 제1 AC 전압 파형에 위상 지연이 존재하도록, 상기 하나 이상의 분리기 리액티브 엘리먼트들에 의해 분리되는,
    FSOC 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 리액터와 상기 제2 리액터 모두가 아니라 둘 중 하나의 리액터의 조명 엘리먼트들에 의해 데이터가 송신 또는 수신되도록, 상기 하나 이상의 분리기 엘리먼트들 중 하나에 위치된 노드에서 데이터스트림이 부가되거나 또는 추출되는,
    FSOC 시스템.
  15. 제13항에 있어서,
    전류 주입 시스템을 더 포함하며, 이에 의해, 상기 제1 주파수의 AC 전류가 상기 하나 이상의 분리기 엘리먼트들 중 하나에 위치된 노드에 주입될 수 있는,
    FSOC 시스템.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 제1의 복수의 조명 엘리먼트들 또는 상기 제1의 복수의 리액티브 컴포넌트들 중 하나 이상은, 위치 또는 힘(force)을 감지하도록 구성되고,
    결과적인 위치 또는 힘의 데이터는 상기 제1의 복수의 조명 엘리먼트들에 전력을 제공하는 전력 버스를 통해 송신되는,
    FSOC 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1의 복수의 리액티브 컴포넌트들 중 하나 이상은, 위치 또는 힘을 감지하도록 구성된 압전 디바이스인,
    FSOC 시스템.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 위치 또는 힘을 감지하는 것은, 위상 어레이 검출 방법(phased array detection method) 및 2 이상의 조명 엘리먼트들 또는 리액티브 컴포넌트들을 사용하는,
    FSOC 시스템.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 제1의 복수의 조명 엘리먼트들 중 2 이상은, 상기 조명 엘리먼트들이 제조된 웨이퍼로부터 절단된 하나의 다이 상에 위치되는,
    FSOC 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 하나의 다이는 상기 제1의 복수의 리액티브 엘리먼트들 중 2 이상을 더 포함하는,
    FSOC 시스템.
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