KR20220022417A - 다중입출력 자유공간 무선 광통신 장치 및 방법 - Google Patents

다중입출력 자유공간 무선 광통신 장치 및 방법 Download PDF

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허영순
강현서
류지형
박시웅
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김계은
김정은
김현진
민기현
박형준
손동훈
이문섭
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Abstract

본 발명은 단일 단말기를 이용하여 일대다 또는 다대다 무선 광통신이 가능한 다중입출력 무선 광통신 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 무선 광통신 장치의 일 실시예에서, 광원에서 조사된 다파장 광신호는 광섬유(10)를 통해 콜리메이션 렌즈(20)를 거쳐 지그재그 형태의 필터블록(30)의 AR 코팅면(31)으로 입사된다. 여기에 입사된 다파장 광신호는 필터블록(30) 내부에 위치한 HR 코팅면(32)과 WDM 필터부 사이에서 지그재그로 반사 및 파장선택적 투과를 거친다. WDM 필터부(33)에 의한 선택적 투과과정을 통해 파장별로 분리된 광신호는 렌즈 어레이(40)를 거쳐 FSM(50)으로 전달된다. FSM(50)은 각 파장의 광신호가 Target 무선 광통신 장치를 향해 전송되도록 각 광신호의 반사각을 정밀하게 제어한다. FSM(50)에 의해 제어된 각 파장의 광신호는 출력 렌즈부(60)를 통해 송신된다.

Description

다중입출력 자유공간 무선 광통신 장치 및 방법 {Free space optical communication apparatus and method with multiple input and multiple output}
본 발명은 자유공간 무선 광통신(Free Space Optical, FSO) 및 빔포밍(Beamforming) 기술, 그리고 이들에 기반한 다중입출력 모바일 무선 광통신 장치 및 방법에 관한 것이다.
자유공간 무선 광통신(Free Space Optical, FSO) 기술은 초광대역, 비면허대역, 저전력, 초소형, 장거리 전송, 전자기장 간섭 무관, 높은 채널 보안 특성, 프로토콜 무관성, 및 낮은 초기 투자비용 등의 장점이 있어, 구리선 및 광케이블 포설이 어렵거나 신속한 통신망 구축이 필요한 경우에 경제적인 방법으로 무선통신망을 유연(Flexible)하고 효과적으로 구축할 수 있는 기술이다. 현재 시장에 출시된 자유공간 무선 광통신 제품들은 고정된 두 지점(Fixed Point-to-Point) 사이를 한 쌍의 무선 광통신 장치를 이용하여 일대일(One-to-One)로 연결하여 통신하는 목적으로 활용되고 있다. 이때 무선 광통신 장치의 광송신부와 광수신부는 각각 상대편 무선 광통신 시스템의 광수신부 및 광송신부와 Line-of-Sight(LoS) 정렬을 구축함으로써 데이터 통신이 이루어진다. 그러나 기존의 무선 광통신 장치는 대부분 한 쌍의 광송신부와 광수신부를 탑재하고 단일 통신채널을 통한 광통신 서비스 제공만 가능한 구조를 가지고 있어, 하나의 단말기로 동시에 일대다(One-to-Many) 또는 다대다(Many-to-Many) 무선 광통신 링크를 통한 무선 광통신 네트워크 구성과 서비스가 어려운 한계가 있다.
따라서 자유공간 무선 광통신 기술을 기반으로 무선통신 네트워크를 구성하기 위해서는 다채널 광신호를 동시에 송신 및 수신할 수 있는 무선 광통신 기술이 필요하다. 이때 다채널 광신호는 단일의 단말기를 통해 송수신 되도록 구성하는 것이 시스템 구성, 활용, 및 경제적 측면에서 바람직하다. 단일 무선 광통신 단말기를 기반으로 자유공간 무선 광통신 네트워크를 구성하기 위해서는 각 통신채널마다 송신되는 광신호가 상대편 무선 광통신 단말기를 향하도록 전송방향과 지향각을 독립적으로 제어하는 기술과 여러 방향에서 입사하는 다채널 광신호를 수신하고 이를 각 채널별로 분리하여 검출하는 기술이 필요하다. 또한 무선 광통신 네트워크의 안정적인 운영을 위해 전송거리 변화에 적응적으로 송신빔의 발산각(Divergence angle)을 제어함으로써 광수신부에 도달하는 광신호 에너지가 일정 수준 이상을 유지하도록 빔의 크기를 조절하는 빔포밍(Beamforming) 기술이 추가적으로 요구된다.
빔포밍 기술을 활용한 전송빔 크기 조절 기능은 무선 광통신 링크 마진(Link margin)이 허용하는 범위 내에서 최대 전송빔 크기를 갖도록 함으로써 높은 수준의 정밀도와 낮은 오차를 요구하는 LoS 광정렬 프로세스의 어려움을 경감시킬 수 있다. 이러한 이유에서 빔포밍 기술은 실시간 정밀 트래킹(Tracking)이 필요한 이동형(Mobile) 자유공간 무선 광통신 시스템 구현을 위해 필요한 핵심기술이다. 빔포밍 기능을 탑재한 다중입출력 모바일 무선 광통신 시스템은 최근 민간 및 국방분야에서 활용 범위를 넓혀가고 있는 무인이동체와 결합하여 지상, 수중, 및 우주공간에서 무선 광통신 링크 및 네트워크를 구성하고 이동형 무선 광통신 서비스를 제공하기 위한 목적으로 활용 가능하다.
본 발명은 자유공간 무선 광통신 네트워크 구성을 위해 앞서 언급한 종래기술의 문제점을 해결하고 새롭게 주목받고 있는 무인이동체 기반 이동형 모바일 무선 광통신 시스템 및 네트워크 구현을 위한 솔루션을 제공하기 위하여, 단일의 무선 광통신 장치를 통해 여러 방향으로 다채널 광신호의 송신과 수신이 가능하고 통신채널수 확장을 통한 통신용량 증가가 용이하며 독립적인 광송신 신호 전송방향 조절 및 발산각 제어를 통한 Target 무선 광통신 장치의 변경, 전송거리 증가, 위치 이동에도 높은 무선 광통신 네트워크 연결성을 갖도록 하는 무선 광통신 기술을 제안하고자 한다.
따라서 본 발명의 목적은 단일 단말기를 이용하여 일대다 또는 다대다 무선 광통신이 가능한 다중입출력 무선 광통신 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명에 따르면, 파장 분할(WDM, Wavelength Division Multiplexing) 및 결합을 위한 구조 그리고 개별 광신호의 송수신 방향 및 발산각 제어를 위한 구조를 갖는 다파장 광신호 송신부와, 이 송신된 다파장 광신호를 수신하기 위한 구조를 갖는 수신부로 구성되는 무선 광통신 장치 및 방법이 제공된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 광원에서 조사된 다파장 광신호는 광섬유를 통해 콜리메이션 렌즈를 거쳐 필터블록의 AR 코팅면으로 입사된다. 여기에 입사된 다파장 광신호는 필터블록에 포함된 HR 코팅면과 WDM 필터부 사이에서 지그재그로 왕복하여 반사 및 파장선택적 투과를 거친다. WDM 필터부에 의한 선택적 투과과정을 통해 파장별로 분리된 광신호는 렌즈 어레이를 거쳐 FSM으로 전달된다. FSM은 각 파장의 광신호가 Target 무선 광통신 단말기를 향해 전송되도록 각 광신호의 반사각을 정밀하게 제어한다. FSM에 의해 제어된 각 파장의 광신호는 출력 렌즈부(60)를 통해 송신된다.
한편, 다양한 방향에서 입력 렌즈부를 통해 수신된 다중입력 광신호는 콜리메이션 렌즈를 거쳐 필터블록의 AR 코팅면으로 입사된다. 여기에 입사된 다파장 광신호는 필터블록에 위치한 HR 코팅면과 WDM 필터부 사이에서 지그재그로 왕복하여 반사 및 파장선택적 투과를 거친다. WDM 필터부에 의한 선택적 투과과정을 통해 파장별로 분리된 광신호는 렌즈 어레이를 거쳐 PD 모듈로 검출함으로써 다양한 방향에서 입사하는 다채널 광신호를 동시에 수신할 수 있다.
본 발명의 구성 및 작용은 이후에 도면과 함께 설명하는 구체적인 실시예를 통하여 더욱 명확해질 것이다.
본 발명의 자유공간 무선 광통신 장치 및 방법에 따르면, 단일 단말기를 이용하여 자유 공간에서 여러 방향으로 상이한 파장의(즉, 다채널의) 광신호의 동시 송신과 수신이 가능하다. 따라서 통신채널수 확장에 의한 전송용량 증대가 가능하고, 개별 광송신 신호의 전송방향 및 발산각 제어가 가능하다. 이는 현재 대부분의 자유공간 무선 광통신 장치가 일대일 통신만 가능한 구조를 가지고 있어 자유공간 무선 광통신 네트워크 구성의 자유도와 효율성이 떨어지고 많은 구축 비용이 소요되는 한계점을 극복하고 자유공간 무선 광통신 시스템의 활용성 제고, 무선 광통신 네트워크 구축비용 절감, 그리고 네트워크 연결성 향상을 얻을 수 있는 이익을 준다.
도 1은 다중출력(Multiple-output) 자유공간 무선 광통신 장치의 송신부의 개요도
도 2는 (a) 필터블록 및 (b) 미러 기반의 다방향(Multidirection) 다중출력 무선 광통신 장치의 송신부의 개요도
도 3은 빔포밍 기능이 포함된 다중출력 무선 광통신 장치의 송신부의 개요도
도 4는 (a) Array PD 및 (b) TO캔 형태 PD 기반의 다중입력(Multiple-Input) 무선 광통신 장치의 수신부의 개요도
도 5는 다방향(Multidirection) 다중입력 무선 광통신 장치의 수신부의 개요도
도 6은 다방향 다중입출력(Multidirectional Multiple-Input and Multiple-Output) 무선 광통신 장치의 구현을 위한 송신부 및 수신부의 다양한 조합 예시도
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 이들을 달성하는 방법은 이하 첨부된 도면과 함께 상세하게 기술된 바람직한 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에 기술된 실시예에 한정되는 것이 아니라 다양한 다른 형태로 구현될 수 있다. 실시예는 단지 본 발명을 완전하게 개시하며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐, 본 발명은 청구항의 기재 내용에 의해 정의되는 것이다.
또한, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한 명세서에 사용된 '포함한다(comprise, comprising 등)'라는 용어는 언급된 구성요소, 단계, 동작, 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작, 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 의미로 사용된 것이다.
이하, 본 발명의 무선 광통신 장치의 다양한 단말기 실시예를 설명한다. 본 발명의 무선 광통신 장치는 이하 설명할 송신부(도 1 또 도 2 또는 도 3) 및 수신부(도 4a,b 또는 도 5)가 한 쌍으로 결합되어 이루어진다. 실시예의 설명에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
<다중출력 자유공간 무선 광통신 장치의 송신부>
도 1은 상이한 파장(λ1, λ2, λ3, ..., λN)을 갖는 다파장 다채널(다중출력) 광신호의 독립적 전송방향 제어가 가능한, 다중출력 자유공간 무선 광통신 장치 단말기의 송신부 실시예를 보여주는 개요도이다.
광원에서 조사된 다파장 광신호는 광섬유(10)를 통해 콜리메이션 렌즈(Collimation Lens)(20)를 거쳐 필터블록(Filter Block)(30)의 AR(Anti-Reflection, 반사방지) 코팅면(31)으로 입사된다. 여기에 입사된 다파장 광신호는 필터블록(30)의 광원측에 위치한 HR(High Reflection, 고반사) 코팅면(32)과 출사측에 위치한 WDM(Wavelength Division Multiplexing) 필터부(33) 사이에서 지그재그로 왕복하여 반사 및 파장선택적 투과를 거친다. WDM 필터부(33)에 의한 선택적 투과과정을 통해 파장별로 분리된 광신호 λ1, λ2, λ3, ..., λN 은 콜리메이션 또는 포커싱을 위한 렌즈 어레이(40)를 거쳐 FSM(Fast Steering Mirror)(50)으로 전달된다. FSM(50)은 각 파장의 광신호가 Target 무선 광통신 장치(단말기)를 향해 전송되도록 각 광신호의 반사각을 정밀하게 제어하는 역할을 하며, 각도 조절을 통해 정밀한 반사각 제어가 가능한 디바이스는 모두 활용 가능하다. 일례로 갈바노미터(Galvanometer), 공간광변조기(Spatial light modulator), BLDC/DC 모터, 피에조 액츄에이터(Piezoactuator) 등이 활용 가능하다. FSM1, FSM2, FSM3, ..., FSMN은 독립적으로 제어된다. FSM(50)에 의해 제어된 각 파장의 광신호는 출력 렌즈부(60)를 통해 송신된다.
도 1과 같이 단일 출력 렌즈부(60)를 통해 광신호를 송신하는 다중출력 무선 광통신 시스템의 경우, 다수의 FSM을 제어하여서 최대 3차원 반구(hemisphere) 공간 범위까지 전송방향 제어가 가능하며, 이를 통해 다수의 자유공간 무선 광통신 장치와 무선 광통신 링크 및 네트워크 구성이 가능하다.
<다방향 다중출력 자유공간 무선 광통신 장치의 송신부>
도 2a와 도 2b는 도 1에서 설명한 다중출력 무선 광통신 장치의 구조를 기반으로 3차원 구(sphere) 공간 영역의 확대된 범위까지 다방향으로 다채널 광신호 전송방향 제어가 가능한, 다방향(multidirection) 다중출력 무선 광통신 장치 단말기의 실시예를 보여주는 도면이다.
도 2a는 필터블록(30) 관련 구조를 변형하여(modify) 다방향 다중출력을 가능케 하는 무선 광통신 장치의 실시예를 보여준다. WDM 필터부(33a, 33b)와 HR 코팅면(32a, 32b)의 개수 및 배치를 도 2a와 같이 구성하여 광신호의 전송방향을 제1방향 및 제2방향으로 제어한다. 즉, 필터블록(30)의 입사부인 AR 코팅면(31) 이외의 콜리메이션 렌즈(20) 측에 제1 HR 코팅면(32a)과 제2 WDM 필터부(33b)가 있고 콜리메이션 렌즈(20)의 반대측에 제1 WDM 필터부(33a)와 제2 HR 코팅면(32b)이 있다. 이와 같이, 제1의 HR 코팅면(32a), WDM 필터부(33a), 렌즈 어레이(40a), FSM(50a), 및 출력 렌즈부(60a)가 제1그룹의 전송방향 제어파트가 되고, 제2의 HR 코팅면(32b), WDM 필터부(33b), 렌즈 어레이(40b), FSM(50b), 및 출력 렌즈부(60b)가 제2그룹의 전송방향 제어파트가 된다. 이러한 구조에서 WDM 필터부(33a, 33b)의 선택적 투과과정을 통해 파장별로 분리된 광신호의 그룹 λ1, λ2, λ3, ..., λN 및 그룹 λN+1, λN+2, ..., λN+M의 지향각을 FSM1, FSM2, FSM3, ..., FSMN의 제1 FSM(50a)과 FSMN+1, FSMN+2, ..., FSMN+M의 제2 FSM(50b)을 통해 독립적으로 제어한다. 이로써 결과적으로 제1 출력 렌즈부(60a)와 제2 출력 렌즈부(60b)를 통해 3차원 공간 전체에 걸쳐 다채널 광신호의 출력이 가능해진다.
나아가, 도 2a의 구성에서 필터블록(30)의 구조의 변경(change)과 WDM 필터부(33a, 33b)와 HR 코팅면(32a, 32b)의 위치 변경을 통해 제2 출력 렌즈부(60b)의 방향과 전송방향의 추가적 변경이 가능하다.
도 2b는 필터블록(30)의 외부에 배치되는 별도의 고반사 특성을 갖는 미러(70)를 이용한 구조를 기반으로 다방향 다중출력이 가능한 무선 광통신 장치의 실시예를 보여준다. 즉, 필터블록(30)의 입사부인 AR 코팅면(31) 이외의 콜리메이션 렌즈(20) 측에 하나의 HR 코팅면(32)을 두고 필터블록(30)의 출사측에 제1 WDM 필터부(33a)와 제2 WDM 필터부(33b)를 둔다. 제1 WDM 필터부(33a)에서 출사된 광신호는 렌즈 어레이(40a)를 통과하여 제1 FSM(50a)에 전달되고, 제2 WDM 필터부(33b)에서 출사된 광신호는 고반사 특성을 갖는 미러(70)에서 방향이 변경되어 렌즈 어레이(40b)를 통해 제2 FSM(50b)에 전달된다.
이러한 제1 WDM 필터부(33a)와 제2 WDM 필터부(33b)를 분리 설치하는 개념이 아닌 다른 실시형태로, 도 1에서와 동일하게 필터블록(30)의 HR 코팅면(32)과 WDM 필터부(33)를 둔다. WDM 필터부(33)에서 출사된 광신호 중 일부 그룹(제1파장그룹)은 제1 렌즈 어레이(40a)를 통과하여 제1 FSM(50a)에 전달되도록 하고, WDM 필터부(33)에서 출사된 광신호 중 다른 그룹(제2파장그룹)은 상기 고반사 특성을 갖는 미러(70)에서 방향이 변경되어 제2 렌즈 어레이(40b)를 통해 제2 FSM(50b)에 전달되도록 구현할 수도 있다.
본 변형 구조에서, WDM 필터부(33a, 33b)의 선택적 투과과정을 통해 파장별로 분리된 그룹 λ1, λ2, λ3, ..., λN 및 그룹 λN+1, λN+2, ..., λN+M의 전송방향을 고반사 특성을 갖는 미러(70)의 반사체를 이용하여 조절하고 FSM1, FSM2, FSM3, ..., FSMN의 제1 FSM(50a)과 FSMN+1, FSMN+2, ..., FSMN+M의 제2 FSM(50b)을 통해 독립적으로 지향각을 제어함으로써, 결과적으로 제1 출력 렌즈부(60a)와 제2 출력 렌즈부(60b)를 통해 3차원 공간 전체에 걸쳐 다채널 광신호의 출력이 가능하다.
도 2b의 구성에서 고반사 특성을 갖는 미러(70)의 반사체는 복수개 사용이 가능하며 전송방향에 따라 반사체의 배치를 변경할 수 있고, 추가적으로 반사체 및 출력 렌즈부를 집적(integrate)하여 다양한 전송방향을 갖는 무선 광통신 시스템 구현이 가능하다. 아울러 도 2a의 필터블록 구조와 도 2b의 반사구조를 다양하게 조합하여 다양한 형태의 다방향 다중출력 무선 광통신 장치 구현이 가능하다.
<빔포밍 기능을 갖는 다중출력 자유공간 무선 광통신 장치의 송신부>
도 3은 출력 렌즈부(60)을 통해 최종적으로 전송되는 광송신 빔의 발산각(θdiv)을 제어하는 빔포밍 기능을 갖는 다중출력 무선 광통신 장치 단말기의 실시예를 보여준다.
이 실시예의 개념은, 도 1의 구조에 따른 필터블록(30)의 WDM 필터부(33)를 선택적으로 투과한 광신호들이 들어가는 렌즈 어레이를, 도 1의 실시예의 고정형 렌즈 어레이(40)와 달리, 각 렌즈의 위치를 변경하거나 또는 각 렌즈의 곡률반경, 굴절률 등 광학적 기능을 조절하는 것이 가능한 가변형 렌즈부(80)로 변형하는 것이다. 이러한 가변형 렌즈부(80)를 사용함으로써 무선 광통신 장치의 출력 렌즈부(60)를 통해 송신되는 각 파장의 광신호의 발산각 제어가 가능하다.
도 3은 가변형 렌즈부(80)의 개별 렌즈의 위치를 변경하는 하나의 구조를 예시하고 있다. 리드스크루(81)에 렌즈(82)가 결합되어 있다. 모터에 의해 리드스크루(81)가 회전하면 렌즈(82)가 왕복 직선운동을 하여 그 위치가 변경된다. 광신호 발산각의 제어를 위하여 이러한 렌즈 위치 변경 방식 이외에, 또는 이에 병행하여, 유체렌즈(liquid lens)를 사용하여 렌즈 곡률반경을 조절하는 방식, 또는 렌즈 외부에서 물리적, 전기적, 열적 변화를 줘 렌즈의 굴절률을 조절하는 방식을 적용할 수 있다.
이 구조는 앞서 설명한 바와 같이 전송거리 변화에 적응적으로 광수신부에 도달하는 광신호 에너지가 일정 수준 이상을 유지하고, Target 무선 광통신 장치에서의 전송빔의 크기 제어를 통해 실시간 트래킹 프로세스의 어려움을 경감시키는 장점을 갖는다. 따라서 고정형 무선 통신 네트워크 구현 및 이동형 무선통신 네트워크 구현을 위해 활용성이 높다.
<다중입력 자유공간 무선 광통신 장치의 수신부>
도 4a와 도 4b는 다중입출력 자유공간 무선 광통신 장치 단말기에 수직으로 다채널 광신호가 입사하는 경우에 대해, PD(Photodetector, 광검출기)를 이용하여 다중입력(Multiple-Input) 광신호를 수신하기 위한 무선 광통신 장치 단말기의 수신부 실시예를 보여주는데, 도 4a는 일체형 Array PD 모듈을 이용하여 광신호를 검출하고, 도 4b는 독립형 TO캔(TO-can) 패키지형태의 PD 모듈을 이용하여 광신호를 검출한다.
외부에서 입사한 다파장의 다채널(다중입력) 광신호 λ1, λ2, λ3, ..., λN는 입력 렌즈부(65)로 입사되어 콜리메이션 렌즈(20)를 거쳐 지그재그 필터블록(30)으로 입사되고 WDM 필터부(33)를 이용한 파장 선택적 투과 및 HR 코팅면(32)에 의한 반사 과정을 거쳐 파장별로 분리된다. WDM 필터부(33)에 의해 분리된 각 광신호는 콜리메이션 또는 포커싱을 위한 렌즈 어레이(40)를 거쳐 어레이 형태의 일체형 광검출부(도 4a의 90) 또는 TO캔 패키지형태의 독립된 광검출부(도 4b의 90')로 입사된다. 이러한 광신호 수신 및 분리과정을 거친 다채널 광신호는 PD1, PD2, PD3, ..., PDN에 의해 검출된다.
도 4a의 Array 형태의 일체형 PD 모듈(90)은 Array Lens와 결합한 형태로 무선 광통신 장치에 사용되는 경우, 제작 비용 절감 및 공정시간 단축이 가능한 장점이 있다. 도 4b의 TO캔 형태 PD 모듈(90')은 미세 위치 조정을 통해 각 파장별 최대 광에너지 수신이 가능한 장점이 있다.
<다방향 다중입력 자유공간 무선 광통신 장치의 수신부>
도 5는 다양한 방향에서 입사하는 다중입력 광신호를 수신하는 무선 광통신 장치 단말기의 수신부 실시예를 보여준다. 각 파장별로 다방향에서 입사하는 광신호 λ1, λ2, λ3, ..., λN의 수신빔을 프레넬 렌즈(Fresnel Lens)(100) 등을 이용한 1차 입사각 제어와 2차 렌즈(Secondary Lens)(110)를 이용한 2차 입사각 제어를 거쳐서 콜리메이션 렌즈(20)로 입사하도록 수신빔을 가이드한다. 그 다음에, 지그재그 필터블록(30)을 이용하여 앞서 도 4a,b에서 설명한 방식으로 PD1, PD2, PD3, ..., PDN가 포함된 광검출부(90, 90')로 검출함으로써 다양한 방향에서 입사하는 다채널 광신호를 동시에 수신할 수 있다.
<다방향 다중입출력 무선 광통신 장치의 다양한 구현예>
도 6은 앞서 설명한 다양한 송신부 및 수신부 실시예들을 활용하여 다양한 조합으로 구현 가능한 다방향 다중입출력 무선 광통신 장치(단말기)의 구성예를 보여준다. 그러나 본 발명의 다방향 다중입출력 무선 광통신 장치는 도 6에 나타낸 조합에 국한되지 않고 다양한 구조로 변형 실시가 가능하다.
도 6에서 '60'은 송신용 렌즈를 의미하는 것으로, 예를 들면 도 1, 2, 3에서의 출력 렌즈부(60)를 지칭한다. '65'는 수신용 입력 렌즈를 의미하는 것으로, 예를 들면 도 4a와 도 4b에서의 입력 렌즈부(65) 및 도 5에서의 프레넬 렌즈(100)를 지칭한다. 즉, 수신부의 가장 바깥에 위치하여 광을 수광하는 렌즈이다. 그리고 '120'은 무선 광통신 장치 본체, 즉, 하우징(케이스)을 의미한다.
지금까지 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 본 명세서에 개시된 내용과는 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다. 또한 본 발명의 보호범위는 상기 상세한 설명보다는 후술한 특허청구범위에 의하여 정해지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태는 본 발명의 기술적 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (17)

  1. 자유공간 무선 광통신 장치의 송신부로서,
    광원에서 조사된 다파장 광신호가 입사되는 필터블록 - 여기서, 필터블록은 HR(High Reflection, 고반사) 코팅면과 WDM(Wavelength Division Multiplexing) 필터부를 포함하여, 상기 입사된 다파장 광신호가 이 HR 코팅면과 WDM 필터부 사이에서 왕복하여 반사 및 파장선택적 투과를 거침;
    상기 필터블록의 WDM 필터부에 의한 파장선택적 투과를 통해 파장별로 분리된 광신호를 수광하여 콜리메이션 또는 포커싱하는 렌즈 어레이;
    상기 렌즈 어레이에서 출사된 광신호의 각 파장의 반사각을 독립 제어하는 FSM(Fast Steering Mirror);
    상기 FSM에 의해 제어된 파장들의 광신호를 출력하여 타겟을 향해 송신하는 출력 렌즈부를 포함하는 자유공간 무선 광통신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 필터블록의 HR 코팅면은, 입사된 광신호를 제1방향으로 반사하는 제1 HR 코팅면과, 입사된 광신호를 제2방향으로 반사하는 제2 HR 코팅면을 포함하고,
    상기 필터블록의 WDM 필터부는, 상기 제1 HR 코팅면과의 사이에서 입사광이 왕복하여 반사 및 파장선택적 투과하는 제1 WDM 필터부와, 상기 제2 HR 코팅면과의 사이에서 입사광이 왕복하여 반사 및 파장선택적 투과하는 제2 WDM 필터부를 포함하고,
    상기 렌즈 어레이는, 상기 필터블록의 제1 WDM 필터부에 의한 파장선택적 투과를 통해 파장별로 분리된 광신호를 수광하여 콜리메이션 또는 포커싱하는 제1 렌즈 어레이와, 상기 필터블록의 제2 WDM 필터부에 의한 파장선택적 투과를 통해 파장별로 분리된 광신호를 수광하여 콜리메이션 또는 포커싱하는 제2 렌즈 어레이를 포함하고,
    상기 FSM은, 상기 제1 렌즈 어레이에서 출사된 광신호의 각 파장의 반사각을 독립 제어하는 제1 FSM과, 상기 제2 렌즈 어레이에서 출사된 광신호의 각 파장의 반사각을 독립 제어하는 제2 FSM을 포함하고,
    출력 렌즈부는, 상기 제1 FSM에 의해 제어된 파장들의 광신호를 출력하여 제1방향으로 송신하는 제1 출력 렌즈부와, 상기 제2 FSM에 의해 제어된 파장들의 광신호를 출력하여 제2방향으로 송신하는 제2 출력 렌즈부를 포함하는 자유공간 무선 광통신 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 필터블록에 입사된 입사광이 필터블록의 HR 코팅면과 WDM 필터부의 사이에서 왕복하여 반사 및 파장선택적 투과된 파장별로 분리된 광신호의 방향을 변경하는 미러를 추가로 포함하는 자유공간 무선 광통신 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 필터블록의 WDM 필터부는, 상기 HR 코팅면과의 사이에서 입사광이 왕복하여 반사 및 파장선택적 투과하는 제1 WDM 필터부와, 상기 제2 HR 코팅면과의 사이에서 입사광이 왕복하여 반사 및 파장선택적 투과하는 제2 WDM 필터부를 포함하고,
    상기 렌즈 어레이는, 상기 필터블록의 제1 WDM 필터부에 의한 파장선택적 투과를 통해 파장별로 분리된 광신호를 수광하여 콜리메이션 또는 포커싱하는 제1 렌즈 어레이와, 상기 필터블록의 제2 WDM 필터부에 의한 파장선택적 투과를 통해 파장별로 분리되어 상기 미러에 의해 방향이 변경된 광신호를 수광하여 콜리메이션 또는 포커싱하는 제2 렌즈 어레이를 포함하고,
    상기 FSM은, 상기 제1 렌즈 어레이에서 출사된 광신호의 각 파장의 반사각을 독립 제어하는 제1 FSM과, 상기 제2 렌즈 어레이에서 출사된 광신호의 각 파장의 반사각을 독립 제어하는 제2 FSM을 포함하고,
    상기 출력 렌즈부는, 상기 제1 FSM에 의해 제어된 파장들의 광신호를 출력하여 송신하는 제1 출력 렌즈부와, 상기 제2 FSM에 의해 제어된 파장들의 광신호를 출력하여 상기 변경된 방향으로 송신하는 제2 출력 렌즈부를 포함하는 자유공간 무선 광통신 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 렌즈 어레이는, 상기 필터블록의 WDM 필터부에 의한 파장선택적 투과를 통해 파장별로 분리된 광신호의 제1 파장그룹을 수광하여 콜리메이션 또는 포커싱하는 제1 렌즈 어레이와, 상기 필터블록의 WDM 필터부에 의한 파장선택적 투과를 통해 파장별로 분리되어 상기 미러에 의해 방향이 변경된 제2 파장그룹의 광신호를 수광하여 콜리메이션 또는 포커싱하는 제2 렌즈 어레이를 포함하고,
    상기 FSM은, 상기 제1 렌즈 어레이에서 출사된 광신호의 각 파장의 반사각을 독립 제어하는 제1 FSM과, 상기 제2 렌즈 어레이에서 출사된 광신호의 각 파장의 반사각을 독립 제어하는 제2 FSM을 포함하고,
    상기 출력 렌즈부는, 상기 제1 FSM에 의해 제어된 파장들의 광신호를 출력하여 송신하는 제1 출력 렌즈부와, 상기 제2 FSM에 의해 제어된 파장들의 광신호를 출력하여 상기 변경된 방향으로 송신하는 제2 출력 렌즈부를 포함하는 자유공간 무선 광통신 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 FSM은 갈바노미터(Galvanometer), 공간광변조기(Spatial light modulator), 모터, 및 피에조액츄에이터 중 하나인 것을 특징으로 하는 자유공간 무선 광통신 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 렌즈 어레이는, 각 렌즈의 위치 및 광학적 기능이 고정된 고정형 렌즈들을 포함하는 자유공간 무선 광통신 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 렌즈 어레이는 각 렌즈의 위치 및 광학적 기능 중 어느 하나를 변경할 수 있는 가변형 렌즈들을 포함하여,
    상기 출력 렌즈부를 통해 송신되는 각 파장의 발산각 제어가 가능한 것을 특징으로 하는 자유공간 무선 광통신 장치.
  9. 자유공간 무선 광통신 장치의 수신부로서,
    외부에서 온 다파장 광신호를 수신하는 입력 렌즈부;
    상기 입력 렌즈부에서 출력되는 다파장 광신호가 입사되는 필터블록 - 이 필터블록은 HR(High Reflection, 고반사) 코팅면과 WDM(Wavelength Division Multiplexing) 필터부를 포함하여, 입사된 다파장 광신호가 이 HR 코팅면과 WDM 필터부 사이에서 왕복하여 반사 및 파장선택적 투과를 거침;
    상기 필터블록의 WDM 필터부에 의한 파장선택적 투과를 통해 파장별로 분리된 광신호를 수광하여 콜리메이션 또는 포커싱하는 렌즈 어레이; 및
    상기 렌즈 어레이를 통해 콜리메이션 또는 포커싱된 광신호의 각 파장을 검출하는 광검출부를 포함하는 자유공간 무선 광통신 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 광검출부는 각 파장별로 독립적으로 최대 광에너지 수신이 가능하도록 파장별로 독립적인 광검출 소자를 포함하는 자유공간 무선 광통신 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 입력 렌즈부는
    각 파장별로 다방향에서 입사하는 광신호를 수신하여 1차 입사각 제어를 하는 광학소자; 및 이 1차 입사각 제어된 광신호를 2차 입사각 제어 하는 광학소자를 포함하는 자유공간 무선 광통신 장치.
  12. 1) 광원에서 조사된 다파장 광신호를 수신하여 HR(High Reflection, 고반사) 코팅면과 WDM(Wavelength Division Multiplexing) 필터부를 이용하여, 상기 수신한 다파장 광신호가 이 HR 코팅면과 WDM 필터부 사이에서 왕복하여 반사 및 파장선택적 투과를 거치도록 하는 것;
    2) 상기 WDM 필터부에 의한 파장선택적 투과를 통해 파장별로 분리된 광신호를 수광하여 콜리메이션 또는 포커싱하는 것;
    3) 상기 콜리메이션 또는 포커싱된 광신호의 각 파장의 반사각을 독립 제어하여 제어된 파장들의 광신호를 출력하여 타겟을 향해 송신하는 것을 포함하는 자유공간 무선 광통신 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 1)에서, 상기 HR 코팅면은, 입사된 광신호를 제1방향으로 반사하는 제1 HR 코팅면과, 입사된 광신호를 제2방향으로 반사하는 제2 HR 코팅면을 포함하는 것; 상기 WDM 필터부는, 상기 제1 HR 코팅면과의 사이에서 입사광이 왕복하여 바사 및 파장선택적 투과하는 제1 WDM 필터부와, 상기 제2 HR 코팅면과의 사이에서 입사광이 왕복하여 반사 및 파장선택적 투과하는 제2 WDM 필터부를 포함하고,
    상기 2)는, 2-1) 상기 제1 WDM 필터부에 의한 파장선택적 투과를 통해 파장별로 분리된 광신호를 수광하여 콜리메이션 또는 포커싱하는 것; 및 2-2) 상기 제2 WDM 필터부에 의한 파장선택적 투과를 통해 파장별로 분리된 광신호를 수광하여 콜리메이션 또는 포커싱하는 것을 포함하고,
    상기 3)은 3-1) 상기 2-1에서 콜리메이션 또는 포커싱된 광신호의 각 파장의 반사각을 독립 제어하여 제어된 파장들의 광신호를 제1방향으로 출력하는 것; 및 3-2) 상기 2-2에서 콜리메이션 또는 포커싱된 광신호의 각 파장의 반사각을 독립 제어하여 제어된 파장들의 광신호를 제2방향으로 출력하는 것을 포함하는 자유공간 무선 광통신 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 1)에서, 상기 WDM 필터부는, 상기 HR 코팅면과의 사이에서 입사광이 왕복하여 바사 및 파장선택적 투과하는 제1 WDM 필터부와, 상기 HR 코팅면과의 사이에서 입사광이 왕복하여 반사 및 파장선택적 투과하는 제2 WDM 필터부를 포함하고,
    상기 2)는, 2-1) 상기 제1 WDM 필터부에 의한 파장선택적 투과를 통해 파장별로 분리된 광신호를 수광하여 콜리메이션 또는 포커싱하는 것; 및 2-2) 상기 제2 WDM 필터부에 의한 파장선택적 투과를 통해 파장별로 분리된 광신호를 수광하여 미러를 이용하여 광신호의 방향이 변경된 광신호를 수광하여 콜리메이션 또는 포커싱하는 것을 포함하고,
    상기 3)은, 3-1) 상기 2-1에서 콜리메이션 또는 포커싱된 광신호의 각 파장의 반사각을 독립 제어하여 제어된 파장들의 광신호를 출력하는 것; 및 3-2) 상기 2-2에서 콜리메이션 또는 포커싱된 광신호의 각 파장의 반사각을 독립 제어하여 제어된 파장들의 광신호를 미러에 의해 변경된 방향으로 출력하는 것을 포함하는 자유공간 무선 광통신 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 2)는, 2-1) 상기 WDM 필터부에 의한 파장선택적 투과를 통해 파장별로 분리된 광신호의 제1 파장그룹을 수광하여 콜리메이션 또는 포커싱하는 것; 및 2-2) 상기 WDM 필터부에 의한 파장선택적 투과를 통해 파장별로 분리된 광신호의 제2 파장그룹이 미러에 의해 방향이 변경된 광신호를 수광하여 콜리메이션 또는 포커싱하는 것을 포함하고,
    상기 3)은, 3-1) 상기 2-1에서 콜리메이션 또는 포커싱된 광신호의 각 파장의 반사각을 독립 제어하여 제어된 파장들의 광신호를 출력하는 것; 및 3-2) 상기 2-2에서 콜리메이션 또는 포커싱된 광신호의 각 파장의 반사각을 독립 제어하여 제어된 파장들의 광신호를 미러에 의해 변경된 방향으로 출력하는 것을 포함하는 자유공간 무선 광통신 방법.
  16. 외부에서 온 다파장 광신호를 수신하는 것;
    상기 수신된 다파장 광신호을 HR(High Reflection, 고반사) 코팅면과 WDM(Wavelength Division Multiplexing) 필터부를 이용하여, 이 HR 코팅면과 WDM 필터부 사이에서 왕복하여 반사 및 파장선택적 투과를 하도록 하는 것;
    상기 WDM 필터부에 의한 파장선택적 투과를 통해 파장별로 분리된 광신호를 수광하여 콜리메이션 또는 포커싱하는 것; 및
    상기 콜리메이션 또는 포커싱된 광신호의 각 파장을 검출하는 것을 포함하는 자유공간 무선 광통신 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 파장 검출시, 각 파장별로 독립적으로 최대 광에너지 수신이 가능하도록 파장별로 독립적으로 검출하는 것을 특징으로 하는 자유공간 무선 광통신 방법.
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