屋内無線光リンクの方法及びシステム
【課題】通信リンクの不可視光の伝播を可視光により視覚化し、可視光に従ってユーザモジュールの位置を位置合わせして、中央局とユーザモジュールとの間に光接続を設定する。
【解決手段】システムは、ユーザモジュールと、中央ユニットとを含むことができ、中央ユニットは可視光源と、不可視光源とを備える。双方向光通信リンクが、可視光源から発せられた光により、不可視光源から発せられた光の伝播を可視化し、可視光源から発せられる光に従ってユーザモジュールの位置を合わせることにより、中央ユニットとユーザモジュールとの間に形成される。
【解決手段】システムは、ユーザモジュールと、中央ユニットとを含むことができ、中央ユニットは可視光源と、不可視光源とを備える。双方向光通信リンクが、可視光源から発せられた光により、不可視光源から発せられた光の伝播を可視化し、可視光源から発せられる光に従ってユーザモジュールの位置を合わせることにより、中央ユニットとユーザモジュールとの間に形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は屋内無線光リンク及びネットワークに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信リンクは、常に変化する柔軟な環境で短距離通信ネットワークを展開する最も簡単で最速の手法を構成する。有線通信ネットワークとは異なり、無線通信ネットワークでは、ネットワークケーブル及びソケット等のハードウェア構成要素を物理的に追加し、又はそれらの位置を変更する必要なく、ユーザの追加、交換、及び再構成が可能である。
【０００３】
早期の屋内無線光リンク（ＩＷＯＬ）は、波長９５０ナノメートル（ｎｍ）で動作する見通し線（ＬＯＳ）原理に基づく拡散光リンクを利用し、通信速度１２５ｋビット／ｓを示した。後期のＩＷＯＬシステムは、波長約９００ｎｍで動作する狭帯域ＬＯＳ下りリンクを使用して１Ｍビット／ｓリンクを呈した。
【０００４】
光無線通信リンクに対する複数ソース解決策では、通信リンクを複数のユーザに提供するために、レーザダイオード（ＬＤ）又はファイバ等の複数の光源が必要である。光無線通信リンクの単一ソース解決策は単向性であり、ユーザとソースとの間に不便な位置合わせを必要とする。さらに、これらのシステムは、室内に存在する人に有害で危険であり得る高放射電力を利用する。
【０００５】
本発明として見なされる趣旨は特に、本明細書の結びの部分で指摘され、明確に主張される。しかし、本発明は、目的、特徴、及び利点と共に機構及び動作方法の両方に関して、添付図面と共に読まれた場合、以下の詳細な説明を参照することにより最もよく理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の実施形態による屋内無線光システムの高レベルブロック図である。
【図２】本発明の実施形態による例示的な屋内無線光システムの図である。
【図３】本発明の実施形態による例示的なユーザモジュールの図である。
【図４】本発明の実施形態による屋内無線光システムの粗い位置合わせ方法のフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態による屋内無線光システムの細かい位置合わせ方法のフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態による別の例示的な屋内無線光システムである。
【図７Ａ】本発明の実施形態による中央局の二波長対物レンズモジュールを示す。
【図７Ｂ】本発明の実施形態による別の例示的な屋内無線光システムである。
【図８Ａ】本発明の実施形態による双方向ＩＷＯＬシステムを示す。
【図８Ｂ】本発明の実施形態による双方向ＩＷＯＬシステムを示す。
【図９】本発明の実施形態による位置合わせプロセス中の中央局及びユーザモジュールの要素を示す。
【図１０】本発明の実施形態による複数の可視光の位置合わせを示す。
【図１１】本発明の実施形態によるユーザモジュールを示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
説明を簡潔且つ明確にするために、図に示される要素が必ずしも一定の縮尺で描かれていないことが理解される。例えば、いくつかの要素の寸法が、明確にするために、他の要素に対して誇張され得る。さらに、適切であると考えられる場合、参照番号は、図にわたって繰り返し使用されて、対応又は同様の要素を示す。
【０００８】
以下の詳細な説明では、本発明の完全な理解を提供するために、多くの特定の詳細が記される。しかし、これらの特定の詳細なしでも本発明の実施形態を実施し得ることを当業者は理解しよう。他の場合では、周知の方法、手順、及び構成要素については、本発明を曖昧にしないように、詳細に説明しなかった。
【０００９】
本発明の実施形態はこの点において限定されないが、例えば、「処理」、「計算」、「算出」、「特定」、「確立」、「解析」、「チェック」等の用語を利用する考察は、コンピュータのレジスタ及び／又はメモリ内の物理的（例えば、電子）数量として表されるデータの操作且つ／又は変換し、コンピュータのレジスタ及び／又はメモリ内、又は演算及び／又はプロセスを実行する命令を記憶し得る他の情報記憶媒体内の物理的数量として同様に表される他のデータにする、コンピュータ、計算プラットフォーム、計算システム、又は他の電子計算装置の１つ又は複数の動作及び／又はプロセスを指し得る。
【００１０】
本発明の実施形態はこの点において限定されないが、「複数」及び「複数の」という用語は、本明細書で使用される場合、例えば、「多数」又は「２つ以上」を含み得る。「複数」又は「複数の」という用語は本明細書全体及び特許請求の範囲全体を通して、２つ以上の構成要素、装置、要素、ユニット、パラメータ等を示すために使用され得る。例えば、「複数の装置」は２つ以上の装置を含み得る。
【００１１】
本発明の実施形態はこの点において限定されないが、「送受信器」という用語は、本明細書で使用される場合、本明細書全体及び特許請求の範囲全体を通して、送信器及び受信器の両方を備えた任意の装置、構成要素、又は要素を示すために使用され得る。送受信器は、共通の回路を共有し得、又は共通の筐体を有し得る送信器と受信器との組み合わせを含み得る。
【００１２】
本発明の実施形態はこの点において限定されないが、「光検出器」、「光センサ」、「ライト検出器」、「ライトセンサ」という用語は、本明細書で使用される場合、本明細書全体及び特許請求の範囲全体を通して、光又は他の電磁エネルギーを検知又は検出し得る任意の装置、構成要素、又は要素、例えば、フォトダイオード、フォトトランジスタ、電荷結合素子（ＣＣＤ）等を示すために使用され得る。
【００１３】
本発明の実施形態は、光双方向通信リンクを中央局から１つ又は複数のユーザモジュール及びユーザモジュールから中央局に提供する単一の中央局を利用する解決策を提供する。中央局とユーザモジュールとの間の双方向放射は、「見通し線」伝播であってもよく、又は「非見通し線」伝播であってもよい。中央局とユーザモジュールとの間の光接続又は光リンクの設定は位置合わせプロセスを含み得、位置合わせプロセスでは、ユーザがユーザモジュールの位置及び／又は中央局への双方向通信リンクが存在し得る方向についてユーザモジュールを設定することが可能であり得る。位置合わせプロセスは、通信リンクの不可視光の伝播を視覚化する可視光の検出を含み得、可視光は中央局及び／又はユーザモジュールから発し得る。位置合わせは、可視光に従ってユーザモジュールの位置を位置合わせして、中央局とユーザモジュールとの間に光接続を設定することをさらに含み得る。
【００１４】
本発明の実施形態は、送受信の速度が光速であるため、理論上、無制限のリンク速度を有する双方向通信リンクを含み得る。双方向通信リンクの性能は実際には、通信装置の性能、例えば、１０Ｇｂｐｓ、１００Ｇｂｐｓのモデム装置の性能のみによって制限され得る。
【００１５】
本発明の実施形態による屋内無線光システムの高レベルブロック図である図１を参照する。光無線システム１００は、メインプロセッサ、例えば、スイッチ又はネットワークプロセッサに結合された中央局１１０と、１つ又は複数のユーザユニット１２０、１２１、及び１２２とを含み得る。光リンク１３０を中央局１１０とユーザユニット１２０との間に形成することができ、光リンク１３１を中央局１１０とユーザユニット１２１との間に形成することができ、光リンク１３２を中央局１１０とユーザユニット１２２との間に形成することができる。光リンク１３０を使用するために、通信目的でコンピュータ又は任意の他のユーザ装置１４０をユーザユニット、例えば、ユーザユニット１２０に接続し得る。ユーザ装置１４０は、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、ラップトップ、個人情報端末（ＰＤＡ）、スマートフォン、ページャ、又は任意の他のモバイル若しくは静止計算装置であり得る。
【００１６】
本発明のいくつかの実施形態では、中央局１１０は、部屋、空間、又はエリア内の中央又はメイン位置に位置決め、配置、又は置くことができ、例えば、天井又は壁に取り付けるか、又は吊り下げることができる。ユーザユニット１２０〜１２２は、本明細書ではユーザモジュール１２０〜１２２とも呼ばれ、任意の妥当な位置、例えば、机の上又は壁に位置決め、配置、又は置くことができ、ユーザユニット１２０〜１２２から通信リンク１３０〜１３２を形成し得る。「照準」としても知られる、中央局１１０から発せられる光の光軸と、ユーザユニット１２０〜１２２から発せられる光とを位置合わせできるようにし得る任意の他の位置を本発明の実施形態において使用し得る。
【００１７】
中央局１１０は、本明細書では中央ユニット１１０とも呼ばれ、コリメートされた不可視光線を介して双方向光通信リンクを確立して、スイッチ１０１に接続されたリモート通信装置と１つ又は複数のユーザユニット１２０〜１２２との間での無線通信の伝送を可能にするように構成し得る。ユーザユニットは、双方向光通信リンクを介して複数の光信号を送信する光送信器と、双方向光通信リンクを介して中央ユニットから送信された複数の光信号を受信する受信器とを含み得る。中央ユニットは、双方向光通信リンクを介して複数の光信号を送信する光送信器と、双方向光通信リンクを介してユーザユニットから送信された複数の光信号を受信する光受信器とを備え得る。中央ユニット及びユーザユニットの光送信器は不可視光源を備え得、中央ユニット及びユーザユニットの受信器は光センサを備え得る。本発明の実施形態によれば、ユーザユニット及び中央ユニットのうちの少なくとも一方は、本発明の実施形態に説明されるように、双方向光通信リンクの確立時に、ユーザユニットと中央ユニットとの位置合わせを可能にするコリメートされた可視光線を生成する可視光源を備え得る。
【００１８】
中央局１１０は、光モジュール１１１と、送受信器１１２と、プロセッサ１１３と、メモリ１１５と、通信ユニット１１４とを含み得る。送受信器１１２は、本発明の実施形態に説明されるように、光リンク１３０〜１３２を介して運ばれるデータの、ユーザユニット１２０〜１２２への送信、及びユーザユニット１２０〜１２２からの受信を可能にし得る。
【００１９】
送受信器１１２は、不可視光源と、可視光源とを含み得る。不可視光源、例えば、赤外線レーザダイオードは、光通信リンク１３０〜１３２を形成する放射を提供することができ、その一方で、可視光源、例えば、赤色レーザダイオードは、中央局１１０と各ユーザモジュール１２０〜１２２とを簡単に位置合わせし、各通信リンク１３０〜１３２をそれぞれ形成できるようにし得る可視光放射を生成し得る。さらに、サービス通信チャネルをユーザモジュール１２０〜１２２と中央局１１０との間に形成して、例えば、通信ユニット１１４により制御信号を転送できるようにし得る。
【００２０】
通信ユニット１１４は、１つ又は複数の中央演算処理装置（ＣＰＵ）又は任意の他の適した多目的若しくは専用プロセッサ若しくはコントローラ等であるが、これらに限定されない構成要素を含み得る。通信ユニット１１４は、通信チャネルを形成して、中央局１１０と各ユーザモジュール１２０〜１２２との間で制御信号を転送できるようにし得る。通信ユニット１１４は、任意選択的に、且つ／又は追加として、位置合わせプロセス、例えば、各ユーザモジュール１２０〜１２２と中央局１１０との自動位置合わせを制御し得る。通信ユニット１１４により形成される通信チャネルは、制御目的で使用し得る低電力通信チャネル又はネットワーク、例えば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、ＷｉＦｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等であり得る。
【００２１】
光モジュール１１１は、レンズ、スプリッタ、コリメータ、又は各通信リンク１３０〜１３２を形成するために光学的操作を可能にし得る任意の他の光学要素等の光学要素を含み得る。光モジュール１１１は、例えば、マルチミラー要素、ファイバコリメータ、又は中央局からの光を各ユーザモジュール１２０〜１２２に到達させることができる任意の他の装置を含み得る。
【００２２】
プロセッサ１１３は、１つ又は複数の中央演算処理装置（ＣＰＵ）又は任意の他の適した多目的若しくは専用プロセッサ若しくはコントローラ等であるが、これらに限定されない構成要素を含み得る。プロセッサ１１３はさらに、他の適したハードウェア構成要素及び／又はソフトウェア構成要素を含み得る。プロセッサ１１３は命令を含むか、又は１つ若しくは複数のオペレーティングシステムと併せて命令を実行することができ、オペレーティングシステムは、調整、スケジューリング、アービトレーション、監督、制御、又は中央局１１０の他の管理動作、例えば、位置合わせプロセスの実行計画を含むタスクを実行するように設計され、且つ／又は構成される任意のコードセグメントであり得るか、又はそのようなコードセグメントを含み得る。プロセッサ１１３はメモリ１１５に関連付け、又は結合することができ、メモリ１１５は、例えば、中央局１１０と各ユーザモジュール１２０〜１２２との位置合わせプロセスを実行するために必要な動作等の本発明の実施形態により処理されるか、又は作成されるデータを記憶し得る。
【００２３】
本発明の実施形態によれば、ユーザモジュール１２０〜１２２の１つ等のユーザモジュールは、通信リンク、例えば、双方向通信リンク１３０〜１３２の１つを形成し得るように位置決め、配置、置き、且つ位置合わせし得る。ユーザモジュールは、見通し線が各ユーザモジュール１２０〜１２２と中央局１１０との間で利用できるように位置決めし得る。例えば、ユーザモジュール１２０は、本発明の実施形態により中央局１１０とやりとりする通信リンク１３０を形成するように位置決めされ、方向付けられ、且つ位置合わせし得る。例えば、ユーザモジュール１２０は、光モジュール１２６と、送受信器１２７と、プロセッサ１２３と、メモリ１２５と、通信モジュール１１４とを含み得る。
【００２４】
送受信器１２７は、本発明の実施形態に説明されるように、光リンク１３０〜１３２を介して運ばれるデータをユーザモジュール、中央局１１０と送受信できるようにし得る。送受信器１２７は、不可視光源、例えば、赤外線レーザダイオードを含み得、不可視光源は、光通信リンク１３０〜１３２を各ユーザモジュール１２０〜１２２と中央局１１０との間に提供し得る。送受信器１２７は、任意選択的に、可視光源、例えば、赤色レーザダイオードを含み得、可視光源は、各ユーザモジュール１２０〜１２２と中央局１１０とを簡単に位置合わせできるようにする可視光を提供し得る。
【００２５】
通信ユニット１２４は、１つ又は複数の中央演算処理装置（ＣＰＵ）又は任意の他の適した多目的若しくは専用プロセッサ若しくはコントローラ等であるが、これらに限定されない構成要素を含み得る。通信ユニット１２４は、通信チャネルを形成して、例えば、通信ユニット１２４により、中央局１１０と各ユーザモジュール１２０〜１２２との間で制御信号を転送できるようにし得る。通信ユニット１２４は、任意選択的に、且つ／又は追加として、位置合わせプロセス、例えば、各ユーザモジュール１２０〜１２２と中央局１１０との自動位置合わせを制御し得る。自動位置合わせプロセスの制御は、送信される電力レベルの制御並びに／或いは各ユーザモジュール１２０〜１２２及び／又は中央局１１０の位置、配置、及び可動性の制御を含み得る。通信ユニット１２４により形成される通信チャネルは、制御目的で使用し得る低電力通信チャネル又はネットワーク、例えば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、ＷｉＦｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等であり得る。さらに、又は任意選択的に、通信ユニット１２４は、光リンク１３０〜１３２を制御し、例えば、ユーザモジュール１２０からの光リンクを複数のエンドユーザ１４０に分割し得る。
【００２６】
光モジュール１２６は、レンズ、スプリッタ、コリメータ、又は各通信リンク１３０〜１３２を形成する光学的操作を可能にし得る任意の他の光学要素等の光学要素を含み得る。プロセッサ１２３は、１つ又は複数の中央演算処理装置（ＣＰＵ）又は任意の他の適した多目的若しくは専用プロセッサ若しくはコントローラ等であるが、これらに限定されない構成要素を含み得る。プロセッサ１２３はさらに、他の適したハードウェア構成要素及び／又はソフトウェア構成要素を含み得る。プロセッサ１２３は命令を含むか、又は１つ若しくは複数のオペレーティングシステムと併せて命令を実行することができ、オペレーティングシステムは、調整、スケジューリング、アービトレーション、監督、制御、又は中央局１１０の他の管理動作、例えば、位置合わせプロセスの実行計画を含むタスクを実行するように設計され、且つ／又は構成される任意のコードセグメントであり得るか、又はそのようなコードセグメントを含み得る。プロセッサ１２３はメモリ１２５に関連付け、又は結合することができ、メモリ１２５は、例えば、各ユーザモジュール１２０〜１２２と中央局１１０との位置合わせプロセスを実行するために必要な動作等の本発明の実施形態により処理されるか、又は作成されるデータを記憶し得る。
【００２７】
本発明の範囲はこれに限定されないが、本発明の実施形態において説明される計算装置、例えば、プロセッサ１０１、１２３、１１３、及び／又はコンピュータ１４０はオペレーティングシステムを含み得、オペレーティングシステムは、調整、スケジューリング、アービトレーション、監督、制御、又は計算装置の他の管理動作を含むタスクを実行するように設計され、且つ／又は構成される任意のコードセグメントであり得るか、又はそのようなコードセグメントを含み得る。そのようなオペレーティングシステムは、商用又はプロプライエタリオペレーティングシステムであり得る。本明細書に開示される計算装置はメモリを含み得、メモリは、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＤＲＡＭ、ＳＤ−ＲＡＭ、ＤＤＲメモリチップ、フラッシュメモリ、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、キャッシュメモリ、バッファ、短期メモリユニット、長期メモリユニット、又は他の適したメモリユニット若しくは記憶ユニットであり得るか、又はそれ（ら）を含み得る。メモリは、複数のおそらくは異なるメモリユニットであり得るか、又はそれらを含み得る。本明細書において説明されるソフトウェアは、実行可能コード、例えば、アプリケーション、プログラム、プロセス、タスク、又はスクリプトを含み得、おそらくはオペレーティングシステムの制御下であり得る。
【００２８】
図１の例示的な図では、３つのユーザモジュール、３つの通信リンク、及び１つのプロセッサが示されるが、本発明がこれに限定されず、本発明の実施形態によれば、システム１００が任意の適した数のユーザモジュール、通信リンク、及びコンピュータを含み得ることを当業者は理解されたい。さらに、ユーザモジュール１２０内に含まれる光モジュール１２６、送受信器１２７、プロセッサ１２３、メモリ１２５、及び通信モジュール１１４を各ユーザモジュール内に含めることができ、簡潔にするために１回のみ示されることを当業者は理解されたい。
【００２９】
図２は、本発明の実施形態による例示的な屋内無線光システムのブロック図である。例示的な光無線システム２００は、例えば、図１の光システム１００であり得、中央局２１０と、複数のユーザモジュール２２０、２２１、２２２、及び２２３とを含み得る。中央局２１０は、送受信器２１２と、光モジュール２１１とを含み得、光モジュール２１１は、双方向通信リンクを形成し得るように、送受信器２１２からの光線又は光放射をユーザモジュール２２０〜２２３に向け、ユーザモジュール２２０〜２２３からの光線又は光放射を送受信器２１２に向けることができる。他の構成要素、要素、又は装置、例えば、図１に提示される要素をシステム２００に含め得るが、簡潔にするために示されない。例えば、中央局２１０はさらに、示されていないが、プロセッサ、メモリ、及び通信モジュールを含み得る。
【００３０】
送受信器２１２は、不可視光源２０２と、対物レンズ２３２と、可視光源２０３と、対物レンズ２３３と、光検出器又は光センサ２０４と、対物レンズ２３４とを含み得る。不可視光源２０２及び対物レンズ２３２は、可視光源２０３及び対物レンズ２３３と共に、ユーザモジュール２２０〜２２３に向けての光の送信に使用することができ、本明細書では「送信器」と呼ばれる。光検出器２０４及び対物レンズ２３４は、ユーザモジュール２２０〜２２３から来る光を検出するために使用することができ、本明細書では「受信器」と呼ばれる。送受信器２１２は、本発明の実施形態に説明されるように、光リンク２４０、２４１、２４２、及び２４３を介して運ばれるデータをユーザモジュール２２０、２２１、２２２、及び２２３のそれぞれと送受信できるようにし得る。
【００３１】
本発明の実施形態はこれに限定されないが、可視光源２０３は、不可視放射スペクトルを有する任意の光源、例えば、赤外線レーザダイオード等の１３１０〜１５５０ナノメートル（ｎｍ）の波長の放射を有する任意の赤外線光源を含み得る。本発明の実施形態はこれに限定されないが、不可視光源２０２は、可視放射スペクトルを有する任意の光源、例えば、赤色レーザダイオード等の６３０〜６５０ｎｍの波長の放射を有する任意の赤色光源を含み得る。
【００３２】
本発明のいくつかの例示的な実施形態によれば、不可視光源２０２は赤外線レーザダイオードであり得、例えば、１５５０ｎｍの波長で放射し得る。不可視光源２０２からの放射は、データを１つ又は複数のユーザ受信器２２０、２２１、又は２２２に向けて運ぶために使用し得る。本発明のいくつかの例示的な実施形態によれば、可視光源２０３は赤色レーザダイオードであり得、６５０ｎｍの波長で放射し得る。可視光源２０３からの放射は、不可視光源２０２からの光に結合して、送受信器２１２とユーザモジュール２２０〜２２３のそれぞれ１つとの光接続を設定するために、不可視光、例えば、赤外線光の伝播を可視化し得る。光検出器２０４は、１つ又は複数のユーザモジュール２２０〜２２３から発せられた光を検出又は検知するために使用し得る。
【００３３】
本発明の実施形態によれば、光モジュール２１１は、複数の光学要素、装置、及び可視光源２０３から発せられた光と、不可視光源２０２から発せられた光とを、両放射が略同一の光軸を有し得るように結合し、結び付け、リンクさせ、又は設定する手段を含み得る。２つの光放射の結合により、可視光源２０３から来る可視光、例えば、赤色光を人間が観察して、方向を位置合わせし、それにより、人間の眼では見ることができない不可視光源２０２からの不可視光、例えば、赤外線光の方向の位置合わせを行うことができる。位置合わせプロセス中、本発明の実施形態に説明されるように、可視光源２０３から発せられる可視光を観察することにより、不可視光を位置合わせするように、ユーザモジュール２２０〜２２３のそれぞれ１つの位置を調整し、変更し、又は合わせることができる。
【００３４】
光モジュール２１１は、ビームスプリッタ２０５及び２０６と、ビーム拡大器２０７と、マルチミラー要素２０８とをさらに含み得る。マルチミラー要素２０８は、二次元プレート又は複数のミラーを備えた任意の他の装置を有し得る。送受信器２１２のスプリッタ２０５及び２０６は、可視光源２０３及び不可視光源２０２からの放射の結合及び／又は分割に使用し得る。例えば、スプリッタ２０５は、不可視光源２０２及び可視光源２０３からの光を結合することができ、スプリッタ２０６は、ユーザモジュール、例えば、ユーザモジュール２２０から発せられた放射を分割し、不可視光を光検出器２０４に向け得る。ビーム拡大器２０７は、可視光源２０３及び不可視光源２０２から発せられる結合放射の直径を拡大又は拡張するために使用し得る。
【００３５】
中央ユニット２１０は、中央ユニットから発せられたコリメートされた光を、複数のユーザユニット２２０〜２２３に向けられた複数のコリメートされた光線に分割する１つ又は複数の光学要素を含み得る。
【００３６】
送受信器２１２から送られる拡張されコリメートされた光線は、マルチミラー要素２０８により、本明細書では「光リンク」２４１〜２４３とも呼ばれる複数の別個の光線に分割し得、各光リンク２４１〜２４３は、本明細書ではＱｘとも呼ばれる異なる方位角と、本明細書ではＱｙとも呼ばれる異なる外側角を有する。マルチミラー要素２０８は、光線を特定の位置に向けることができる任意の適した光学要素、装置、又は構成要素を含み得る。マルチミラー要素２０８は、送受信器２１２から出力される結合光線を複数の光線２４０〜２４２にそらせて分割することができ、各光線は、ミラーセルの仕様に従って異なる方向に向けられ、例えば、光線の方向間のピッチをミラーセルの数により定義し得る。
【００３７】
マルチミラー要素２０８が様々な特徴を有し得、本発明の実施形態により傾斜又は固定されたミラーを含み得ることを当業者は理解されたい。マルチミラー要素２０８は複数のミラー又はミラーセルを含み得、各ミラー又はミラーセルは、例えば、共通ミラープレートに対する独自のＱｘ、Ｑｙ角度傾斜等の各自のパラメータ及び仕様を有し得、ミラーセルに衝突する光線の部分を特定の方向、例えば、ユーザモジュール２２０の位置に向けることができる。
【００３８】
本発明の実施形態は、例えば、ユーザ位置を柔軟且つ移動可能にするために、システムの実施に他のオプションを含み得、マルチミラー要素２０８は、多次元ミラープレート、定義された角度位置を有する二次元ミラープレート、又は多次元軸可動ミラーの線形アレイにより実施し得る。
【００３９】
本発明の実施形態では、各ユーザモジュール２２０〜２２３を単一のサブビームに位置合わせすることができ、したがって、専用通信チャネル又はリンクを各ユーザモジュール２２０〜２２３と中央局２１０との間に形成することができるため、安全性の高い通信を可能にし得ることを当業者は理解されたい。各専用通信リンクは、１つのみのユーザモジュールにサービングし得るため、安全な通信チャネルとして動作し得る。そのような光リンクに基づく通信プロトコルでは、例えば、専用データパケット、安全なトランザクション、又は単一のユーザ局、例えば、ユーザモジュール１２０に専用の任意の他の安全な通信を使用することにより、安全な通信を可能にし得ることが明らかであるはずである。
【００４０】
本発明の実施形態が、可視光源２０３がオンになり得る実質的に短い位置合わせ時間以外は不可視である無線通信リンクを提供し得ることにより、加えて、本明細書の実施形態に説明されるように光放射が比較的狭いことにより、安全性の高い通信が実現可能であり得る。
【００４１】
図２の例示的な図では、４つのユーザモジュールが示されるが、本発明がこれに限定されず、本発明の実施形態によれば、システム２００が任意の適した数のユーザモジュールを含み得ることを当業者は理解されたい。
【００４２】
図２の例示的な図では、光モジュール２１１は、光を複数のユーザモジュールに向けるマルチミラー要素を含み得るが、本発明がこれに限定されず、本発明の他の実施形態によれば、光モジュール２１１が、例えば、図６〜図１１に提示されるような任意の適した光学要素又は装置を含み得ることを当業者は理解されたい。
【００４３】
図２は、本明細書に説明される本発明を実施又は実行し得る１つのみの例示的なシステムを表すが、本発明の範囲はこれに限定されないことを当業者はさらに理解されたい。本発明を実行し得る他のシステム又は実施態様を使用してもよい。例えば、サーキュレータ、スプリッタ、ピッグテールファイバ等の様々な光モジュール及び／又は構成要素を使用する他の光システムを使用し得る。本発明の実施形態をすべて実施し得るいくつかの例示的なシステムを図６〜図１１を参照して説明する。
【００４４】
これより、本発明の実施形態による例示的なユーザモジュールの図である図３を参照する。本発明はこれに限定されないが、ユーザモジュール３００は、図２のユーザモジュール２２０〜２２３又は図１のモジュール１２０〜１２２の任意の１つであり得、又はそのような任意の１つの機能を実行し得る。
【００４５】
本発明の実施形態によれば、ユーザモジュール３００は、中央局から来る光を検出し、本発明の実施形態により説明されるように、光線を中央局、例えば、図２の中央局２１０又は図１の中央局１１０に向けることができる。本発明はこれに限定されないが、ユーザモジュール３００の構成要素は、１つ又は複数のモジュール又はユニット、例えば、送受信器及び光モジュール、例えば、図１の送受信器１２７及び図１の光モジュール１２６内に含めることができる。簡潔にするために図３に示されていないが、他の構成要素、要素、又は装置、例えば、図１に提示される要素をユーザモジュール３００に含めることができる。例えば、ユーザモジュール３００は、示されていないが、プロセッサ、メモリ、及び通信モジュールを含み得る。
【００４６】
ユーザモジュール３００は、不可視光源３１０、例えば、赤外線レーザダイオードと、光検出器３１２とを含み得る。ユーザモジュール３００は、可視光源３２０、例えば、赤色レーザダイオードと、対物レンズ３２１とを含み得、本明細書ではこれらは一緒に「可視光源」３０５と呼ばれる。
【００４７】
本発明の実施形態によれば、中央局から発せられる光は、光検出器３１２に厳密に合焦し得る。光検出器３１２の開口部は、平坦窓３６０で覆うことができ、平坦窓３６０は、ガラス、プラスチック等の透明又は部分的に透明な材料で作ることができる。窓３６０は、不可視光源３１０の光軸に略垂直に位置決めすることができ、中央局から来る可視光の部分を中央局に向けて反射するか、又は可視光源３２０から発せられた可視光を中央局に向けて透過して、ユーザモジュール３００と中央局とを位置合わせし得る。透明窓は、ユーザユニットから発せられた光の光軸に略垂直に位置決めし得るため、透明窓上に明らかな光スポットを形成することが可能であり得る。中央局から来る可視光の部分を反射し得る実施形態では、窓３６０は、不可視光を透過し、可視光を主に反射して、位置合わせ手順及び中央局とユーザモジュール３００との通信の両方を可能にするように特に設計し得る。
【００４８】
いくつかの実施形態によれば、位置合わせは、中央ユニットで１つの可視光のみを使用し、ユーザユニットにおいて選択的反射ミラーを使用することによって行い得る。中央ユニットの可視光源から発せられる可視光がオンになる場合、光線は、選択的反射ミラー、すなわち、不可視光を透過し、可視光を完全に反射するミラーに衝突し得、粗い位置合わせを中央ユニットとユーザユニットとの間で達成し得るように、中央ユニット窓に跳ね返り、すなわち、反射し得る。
【００４９】
再び図２を参照すると、位置合わせ手順中、可視放射及び不可視放射の両方を含む中央局２１０から発せられたコリメートされたビームは、例えば、マルチミラー要素２０８によりいくつかのサブビームに分割することができ、各サブビームは、送受信器２１２から発せられるコリメートされたビームの部分を構成する。各サブビームは異なる方向を有し、室内の異なる位置をカバーする。各サブビームは、配向要素、例えば、図２のミラーセルから送ることができる。各配向要素は、本明細書では「中央局窓」とも呼ばれる、図３では番号３７０で示される窓３７０に結合、接続、又は取り付けることができる。窓３７０は、窓３７０上に位置合わせマーク３７１、例えば、クレスト画像を有して、位置合わせ手順においてユーザを案内し得る。
【００５０】
図３に示されるように、位置合わせマーク３７１は、例えば、円を４つの等しい部分に分ける２つの直交する線であり得る。いくつかの実施形態では、窓３７０は位置合わせ手順においてユーザを案内する開口部又は穴を有し得る。他の位置合わせマークを使用してもよい。
【００５１】
中央局２１０からのサブビームは、空間中の要素又は表面上、例えば、室内の作業テーブル又は机の表面上に複数の明らかな光スポットを形成し得る。本発明の実施形態によれば、各サブビームは、中央局２１０から中央局窓３７０を介して伝播する場合、中央局窓３７０の表面上に第１の明らかな光スポット３７２を形成し得る。いくつかの実施形態によれば、中央局窓３７０の表面上の第２の明らかな光スポット３７３を、ユーザ窓３６０から反射される光で形成し得る。他の実施形態によれば、第２の明らかな光スポット３７３は、可視光源３２０から発せられる光で形成し得る。２つの光スポット３７２及び３７３の位置は、重なるまで調整又は変更し得る。光スポット３７２及び３７３が重なる場合、すなわち、窓３７０上の同じ位置に配置される場合、通信リンクを形成し得る。ユーザユニットに結合又は取り付けられた位置決めユニットが、第１の光スポット３７２と第２の光スポット３７３とが透明窓３７０上で重なるまで、ユーザユニットの位置を調整し得る。
【００５２】
位置合わせプロセス中、ユーザモジュール、例えば、ユーザモジュール２２０は、可視光スポットが中央局２１０から来る光で形成される特定の位置に位置決めし得る。次に、中央局窓３７０上の可視スポット３７２及び３７３の両方を位置合わせし得るように、ユーザモジュールと中央局とを最良に位置合わせする特定の角度方向にユーザモジュールを移動させ得る。位置合わせプロセスは、ユーザ又はシステム管理者により手動で実行してもよく、人間の介入なく自動的に実行してもよく、又は半自動的に実行してもよく、例えば、ユーザモジュール３００を手動で移動することができる間、可視光源を自動的にオンにしてもよい。
【００５３】
本発明の実施形態はこれに限定されないが、各サブビームにより空間内の表面及び中央局窓３７０に形成される可視光スポットは、人間の目で観察可能な可視スポットであり得る。可視スポットは、可視光源２０３に従って特定の色等の特徴を有し得、例えば、赤色レーザダイオードが使用されている場合、赤色光スポットを観察することができるが、赤色光以外の任意の可視光を使用し得る。
【００５４】
これより、本発明の実施形態による屋内無線光システムを粗く位置合わせする方法のフローチャートである図４を参照する。この方法の動作は、例えば、図１のシステム１００を使用して、システム１００内の要素のうちの１つ又は複数により、すなわち、ユーザモジュール１２０〜１２２、中央局１１０により、且つ／又は他の適したユニット、装置、及び／又はシステムにより実施し得る。
【００５５】
ボックス４１０に示されるように、方法は、中央局の可視光源をオンにするか、又は動作させることを含み得る。これは、人間により手動で、又は機械、プロセッサ、若しくはシステムにより自動的に実行し得る。いくつかの実施形態によれば、不可視光を、可視光のオンと同時に、可視のオンよりも前に、又は可視光をオンにする前後の任意の他の時間にオンにして、データ転送を可能にし得る。可視光源がオンになると、図２のマルチミラー要素２０８又は任意の他の光分割要素の使用により、例えば、空間内、室内、又はエリア内の複数の位置で複数の可視光スポットを観察し得る。
【００５６】
ボックス４２０に示されるように、方法は、任意選択的に、ユーザモジュールの位置又はユーザモジュールが将来に配置され得るポイント、表面、若しくは位置を指すように中央局を向けることを含み得る。この任意選択的な動作は、中央局が、例えば、位置の移動、傾斜、又は変更が可能なコリメータ、ノズル、又は他の要素等の要素を含み得る実施形態で実行し得る。ボックス４１０で示される中央局の可視光源をオンにするか、又は動作させる前にこの動作を実行してもよいことを当業者は理解されたい。
【００５７】
ボックス４３０に示されるように、方法は、光スポットが観察される場所にユーザモジュールを位置決めすることを含み得る。中央局から発せられたビームにより形成される光スポットは、テーブル、壁等の室内の適した表面上に配置し得る。ユーザモジュールは、中央局からの光がユーザ窓、例えば、図３のユーザモジュール３００の窓３６０に向けられるように配置すべきである。
【００５８】
ボックス４４０に示されるように、方法は、ユーザモジュールの可視光源をオンにするか、又は動作させて、中央局へのユーザモジュールの位置合わせに可視放射を使用することを含み得る。ユーザモジュールの可視光源の動作は、人間が手動で実行してもよく、又は機械、プロセッサ、若しくはシステムにより自動的に実行してもよい。この動作は、位置合わせ手順がユーザモジュールから発せられる可視光の使用を含む実施形態で使用し得る任意選択的な動作であることを理解されたい。位置合わせ手順が中央局から発せられる光の反射の使用を含む実施形態では、この動作を使用してなくもよい。
【００５９】
ボックス４５０に示されるように、方法は、中央局から発せられた可視光と、ユーザモジュールから発せられた可視光又はユーザモジュールから反射した可視光とが重なり、集まり、一致し、又は位置合わせされるように、ユーザモジュールの位置を調整し、変更し、修正し、整調し、又は移動させることを含み得る。本発明の実施形態によれば、ユーザモジュールは、中央局の位置合わせ窓、例えば、図３の窓３７０上の中央局から発せられる光により形成される光スポットと、中央局の位置合わせ窓上のユーザモジュールから発せられる光により形成される光スポットとが重なるように、調整し、回転させ、捻り得る。
【００６０】
ボックス４６０に示されるように、方法は、可視光スポットが位置合わせされたか否かをチェックすることを含み得る。第１の可視光スポットは、ユーザモジュールから発せられる光又はユーザモジュールから反射する光により形成され、第２の光スポットは、中央局から発せられる光により形成される。中央局の位置合わせ窓上の２つの可視光スポットが位置合わせされる場合、すなわち、１つのみの可視スポットを観察し得る場合、方法は、ボックス４７０に示されるように、粗い位置合わせを終了することができ、その一方で、中央局の位置合わせ窓上の２つの可視光スポットが位置合わせされない場合、すなわち、中央局の位置合わせ窓上に２つの可視光スポットがある場合、方法はボックス４５０に戻り、ユーザモジュールの位置を再び調整又は変更し得る。
【００６１】
本発明のいくつかの実施形態によれば、ユーザモジュール及び中央局の両方の可視光源をオフにする動作は、粗い位置合わせが達成された後に実行し得る。可視光源又はリンク全体のオフは、例えば、ユーザモジュールから縁部装置（ｅｄｇｅ ｄｅｖｉｃｅ）の切断を決定した場合、不正装置がユーザモジュールに接続しようとする場合等の他の状況で実行してもよい。いくつかの実施形態では、縁部装置がユーザモジュールから切断される瞬間、節電のために、すべての光源をオフにし、リンクをダウンさせ得る。可視光源をオフにする動作により、可視光源がオフになるとすぐに純粋に不可視になり得る通信リンクの節電並びに安全レベルの向上が可能であり得る。不可視光源は、位置合わせ時の開始時にオンにして、通信リンクを可能にし得る。通信リンクの品質は、中央局及びユーザモジュール内の光検出器、例えば、光検出器２０４及び３１２により常時検知又は検出し得る。いくつかの実施形態によれば、通信リンクの品質の低下、例えば、特定の電力レベルの降下又は特定の事前定義される閾値への到達が検知される場合、可視光源をオンにして、位置合わせプロセスを再び実行することにより、ユーザモジュールと中央局とを再び位置合わせし得る。
【００６２】
他の動作又は動作セットを本発明の実施形態により使用し得ることを当業者は理解されたい。
本発明のいくつかの実施形態によれば、位置合わせプロセスは、ユーザモジュールから発せられる可視光を使用せずに実行し得る。そのような実施形態では、ユーザ窓は不可視光を透過し、可視光を主に反射するように特に設計し得るため、中央局から来る光の大半は、ユーザ窓、例えば、窓３６０を介してユーザモジュールの光検出器、例えば、図３の光検出器３１２に透過し、可視光の相対的に小さな部分が、その窓から中央局の窓、例えば、図３の中央局窓３７０に向かって反射し得る。反射光は、中央局の位置合わせ窓の表面上に可視光スポットを生成し得る。ユーザモジュールの位置は、２つの可視光スポットが中央局窓上に現れるまで、特定の角度方向に修正又は変更し得る。次に、２つのスポットが重なるまでユーザモジュールを調整し得る。１つの結合したスポットが中央局窓内に現れた場合、おおまかな又は粗い位置合わせが達成される。
【００６３】
そのような実施形態では、２つの光スポットが中央局の窓上、例えば、中央局窓３７０で観察し得、一方のスポット、例えば、図３のスポット３７２は、中央局から離れてユーザモジュールに向かう方向で中央局窓を照明し、第２のスポット、例えば、図３のスポット３７３は、ユーザ窓から反射されるか、又はユーザモジュールの可視光源から来る光で形成される。ユーザ窓から反射されるか、又はユーザモジュールから発せられた光スポットが、中央局窓上の円内、クレスト内、又は他のマーク内に現れ、中央局窓上で第１のスポット（中央局から発せられる）に重なった場合、おおまかな又は粗い位置合わせが達成されたと見なし得る。
【００６４】
本発明の実施形態によれば、細かい位置合わせは、両光スポットを中央局窓３７０の中心に持って行くことにより達成し得る。細かい位置合わせを実行して、両光スポットを中央局窓３７０の中心に持って行くことにより、中央局及びユーザユニットは位置合わせされたと見なし得る。
【００６５】
これより、本発明の実施形態による屋内無線光システムを細かく位置合わせする方法のフローチャートである図５を参照する。方法の動作は、例えば、図１のシステム１００を使用して、システム１００内の要素の１つ又は複数、すなわち、ユーザモジュール１２０〜１２２、中央局１１０により、且つ／又は他の適したユニット、装置、及び／又はシステムにより実施し得る。
【００６６】
ボックス５１０に示されるように、方法は、ユーザモジュールに結合又は接続された、電力メータ等の電力検出器又は電力センサを動作させることを含み得る。電力メータは、ユーザモジュールの光検出器、例えば、図３の光検出器３１２に接続し得る光電力メータであり得る。他の電力検出器、例えば、ユーザモジュール又は任意の他の電力検出器に接続されたコンピュータにより動作するデジタル電力検出器を使用してもよい。
【００６７】
ボックス５２０に示されるように、方法は、ユーザモジュールの光検出器により、例えば、図３の光検出器３１２により検出又は検知された放射の電力を測定することを含み得る。光検出器３１２は、中央ユニットの不可視光源から発せられる光の電力を測定し得る。本発明の実施形態によれば、方法は、中央局から発せられる不可視放射及び／又は可視放射を監視し、ユーザモジュールの光検出器に到達する放射の検出される電力を測定することを含み得る。他の実施形態は、追加又は代替として、中央局の光検出器により、例えば、図２の光検出器２０４により検出又は検知される放射の電力を測定することを含み得る。
【００６８】
ボックス５３０に示されるように、方法は、例えば、電力検出器で測定し得るユーザモジュールの光検出器に到達する放射の電力を最大化するように、ユーザユニットに結合された位置決めユニットにより、ユーザモジュールの位置の調整、移動、修正、又は変更を行うことを含み得る。ユーザモジュールは、ユーザモジュールに到達する光線の電力を最大化し得るように、手動又は自動で位置の傾斜、移動、調整、整調、又は他の様式での変更を行い得る。
【００６９】
本発明の実施形態によれば、ユーザモジュールは、ねじ等の角度位置合わせ手段を含み得、それにより、ユーザモジュールは角度方向、例えば、Ｑｘ、Ｑｙ、及びＱｚ角度において調整することができる。ユーザモジュールは、追加又は代替として、水平方向及び垂直方向に沿って移動させて、好ましい位置、すなわち、最大電力が検出される位置を見つけ得る。本発明の実施形態によれば、ユーザモジュールは位置決めユニットを含み得、位置決めユニットは、例えば、最大電力が検出されるまで、中央ユニットに対してユーザユニットの空間的位置を調整し得る。位置決めユニットは、ユーザユニットに結合してもよく、取り付けてもよく、又はユーザユニット内に埋め込んでもよい。
【００７０】
ボックス５４０に示されるように、方法は、最適な位置合わせを達成するために、最大電力に達し、最大電力が検出されたか否かをチェックすることを含み得る。電力のピークに達し、ピークが測定された場合、方法は、ボックス５５０に示されるように、ユーザモジュールを現在位置にロックし、且つ／又は固定して、達成された最適な位置合わせを維持することを含み得る。電力のピークに達していない場合、方法は、ボックス５３０に戻ることにより示されるように、ユーザモジュール位置のさらなる調節を含み得る。電力測定に続くユーザモジュール位置のさらなる調整は、ボックス５４０に示されるように、最大電力を検出することができるまで、定期的に実行し得る。
【００７１】
他の動作又は動作セットを本発明の実施形態により使用し得ることを当業者は理解されたい。
本発明のいくつかの実施形態によれば、最適な位置合わせは、中央局及びユーザモジュールのうちの一方又は両方での最大の不可視光信号を検出することにより、例えば、ユーザモジュール及び中央局の両方で不可視光信号を検出し測定することにより、制御し達成し得る。
【００７２】
本発明のいくつかの実施形態では、ユーザモジュール、例えば、図１のユーザモジュール１２０及び中央局、例えば、図１の中央局１１０は、細かい位置合わせ手順を簡易化し自動化する光フィードバック制御を含み得る。フィードバック制御は、プロセッサ、例えば、図１の通信ユニット１１４、プロセッサ１１３、又はプロセッサ１２３により実施することができ、プロセッサは、光検出器に結合された電力メータにより測定される、ユーザ光検出器が受信する不可視放射信号の測定電力に関する入力データを受信し得る。微調整は、送信中、ユーザモジュールの光検出器で検出される不可視光信号の電力に基づいて更新し得る。ユーザモジュールの光検出器は電力メータに接続又は結合することができ、電力メータは、受信された不可視光の電力を検出し測定し得る。
【００７３】
位置合わせの微調整は、機械的手段により、例えば、ユーザモジュールの位置を手動で、例えば、Ｑｘ、Ｑｙ、及びＱｚの各方向でユーザモジュールの角度位置を変更する２つのねじを有するホルダにより実行してもよく、又は自動的に、例えば、図１１に関して説明される１つ又は複数のミラーにより実行してもよい。
【００７４】
光信号フィードバックループと共に、ユーザモジュールの三次元位置又は水平、垂直、及び／又は角度位置の自動調整により、通信セッション中にユーザ位置のオンライン監視を行い、位置合わせの瞬時のオンライン補正及び更新を行うことができ得る。そのような実施形態は、通信セッション中に室内又は空間内のあちこちをユーザが移動する柔軟性を拡張し得る。システムは、ユーザ位置を追跡し、位置合わせを更新して、中央局との接続を中断しないスムーズな通信を保証する。
【００７５】
いくつかの実施形態では、電力を測定することによりリンク品質を追跡する能力を使用して、光源の放射レベルを調整し得る。例えば、リンク品質が最大であるが、通信セッションがそのように高い電力リンクを必要としない場合、例えば、データ転送速度が最大速度よりも低い場合、ユーザモジュール及び中央局の光源からの放射の電力を低めて、節電することができる。
【００７６】
図６〜図１１は、異なる光システム、要素、モジュール、構成要素等により本明細書に記載される本発明を実施又は実行し得る例示的なシステムである。図６〜図１１が、本明細書に記載される本発明を実施又は実行し得る単に例示的なシステムを表し、本発明の範囲がこの点において限定されないことを当業者はさらに理解されたい。
【００７７】
これより、本発明の実施形態による別の例示的な屋内無線光システムである図６を参照する。光無線システム６００は、例えば、図１の光システム１００であることができ、中央局６１０と、複数のユーザモジュール６２０、６２１、６２２、６２３、及び６２４とを含み得る。中央局６１０は、送受信器６１２と、光モジュール６１１とを含み得、光モジュール６１１は光線又は光放射を送受信器６１２からユーザモジュール６２０〜６２４に向け、及びユーザモジュール６２０〜６２４から送受信器６１２に向けることができる。他の構成要素、要素、又は装置、例えば、図１に提示される要素は、簡潔にするために示されていないが、システム６００に含めることができる。例えば、中央局６１０は、示されていないが、プロセッサ、メモリ、及び通信モジュールを含み得る。
【００７８】
送受信器６１２は、図２に提示される送受信器２１２と同様であり得、可視光源６０２と、対物レンズ６３２と、不可視光源６０３と、対物レンズ６３３と、光検出器又は光センサ６０４と、対物レンズ６３４とを含み得る。可視光源６０２及び対物レンズ６３２は、不可視光源６０３及び対物レンズ６３３と共に、ユーザモジュール６２０〜６２４に向けて光を送るために使用し得、本明細書では「送信器」とも呼ばれる。光センサ６０４及び対物レンズ６３４は、ユーザモジュール６２０〜６２４から受け取った光を検出するために使用し得、本明細書では「受信器」とも呼ばれる。
【００７９】
光モジュール６１１は、例えば、ファイバスプリッタ等の光導体６０７を含み得、光導体６０７は、可視光源６０２及び不可視光源６０３から来る光放射を分割するために使用し得る。光導体６０７は、ファイバ６５５の束、群、又は房を介して複数のコリメータ６０８、例えば、ファイバコリメータに接続し得る。各コリメータ６０８は、窓６５６を含み得る対物レンズを含み得るか、又はそのような対物レンズに取り付け得る。窓６５６は図３の中央局窓３７０と同様である。各コリメータ６０８は、室内、空間内、又はエリア内の広域をカバー可能な可変Ｑｘ、Ｑｙ、及びＱｚ角度位置を含み得る。図４及び図５に関して説明した位置合わせ手順と同様の位置合わせプロセスを、各コリメータ６０８とユーザモジュール６２０〜６２４の１つとの間で実行し得る。
【００８０】
本発明のいくつかの実施形態によれば、他のシステムトポロジを適用してもよく、例えば、中央局６１０は、１つ又は複数の部屋又は空間の外部に配置された廊下等の外部中央位置に配置してもよい。各コリメータ６０８は、コリメータを所要位置に配置するのに十分に長いファイバ、ケーブル、又はワイヤを使用することにより任意の部屋又は空間内に配置し得る。任意の他の光学手段、要素、又は装置を使用してもよい。
【００８１】
本発明のいくつかの実施形態によれば、各ユーザモジュールは、ローカルスイッチとして使用することができ、すなわち、ユーザモジュールが、他のユーザの他のコンピュータを接続し得るスイッチを含む場合、コリメータとユーザモジュールとの間の単一の通信リンクを他のユーザが使用し得る。そのようなスイッチを使用することにより、各ユーザモジュール６２０〜６２４は複数のユーザにサービングし得る。
【００８２】
これより、本発明の実施形態による別の例示的な屋内無線光システムを示す図７を参照する。光システム７００は、中央局７１０と、複数のユーザモジュール、例えば、ユーザモジュール７７１及びユーザモジュール７７２とを含み得る。中央局７１０は、送信器としての不可視光源７０３と、受信器としての光検出器７０４と、可視光源７０２とを含み得る。各ユーザモジュール７７１及び７７２は、送信器としての不可視光源７８８と、受信器としての光検出器７８２とを含み得る。いくつかの実施形態によれば、各ユーザモジュール７７１及び７７２は、可視光源（図示せず）をさらに含み得る。
【００８３】
中央局７１０の不可視光源７０３は、第１の波長、例えば、１５５０ｎｍの波長で光を発することができ、ユーザモジュール７７２の不可視光源７８８は、中央局７１０から発せられる波長とは異なる第２の波長、例えば、１４９０ｎｍの波長で光を発することができる。したがって、光検出器７０４は、ユーザモジュールから送られる光、例えば、１４９０ｎｍの波長の光を検出するように構成することができ、光検出器７８２は、中央局７１０から送られる光、例えば、１５５０ｎｍの波長の光を検出するように構成し得る。
【００８４】
中央局７１０は、複数のポートを有する光サーキュレータ７０６、例えば、ファイバサーキュレータをさらに含み得る。サーキュレータ７０６は、サーキュレータ７０６のポート１を介して不可視光源７０３に接続し得、フィルタ７２２及びサーキュレータのポート３を介して光検出器７０４に接続し得る。光は、サーキュレータ７０６のポート１を介して入った場合、サーキュレータ７０６のポート２を介して出る一方で、サーキュレータ７０６のポート２を介して入った場合、サーキュレータ７０６のポート３を介して出る。フィルタ７２２は、特定の波長の寄生反射損失が光検出器７０４に入らないようにし得る。そのようなフィルタは、ユーザモジュールから来る信号を分割し、所望の波長の信号のみが光検出器７０４に到達できるようにし得る。例えば、ユーザモジュール７７２から発せられた光を２つの波長：第１の波長は１４９０ｎｍ、第２の波長は１５５０ｎｍに分割することにより、所望の波長、例えば、１４９０ｎｍの純粋な信号のみが光検出器７０４に届き得る。
【００８５】
各ユーザモジュール７７２、７７１は、光サーキュレータ７８１、例えば、ファイバサーキュレータを含み得、光サーキュレータ７８１は、サーキュレータ７８１のポート１を介して不可視光源７８８に接続され、フィルタ７８３及びサーキュレータ７８１のポート３を介して光検出器７８２に接続される。光は、ポート１を介して光サーキュレータ７８１に入った場合、ポート２を介して出、ポート２を介して光サーキュレータ７８１に入った場合、ポート３を介して出る。フィルタ７８１は、特定の波長の寄生反射損失が光検出器７８２に入らないようにし得る。そのようなフィルタは、中央局７１０から来る信号を分割し、所望の波長信号のみが光検出器７８２に到達するようにし得る。例えば、中央局７１０から発せられた光を２つの波長：第１の波長は１４９０ｎｍ、第２の波長は１５５０ｎｍに分割することにより、所望の波長、例えば、１４９０ｎｍの純粋な信号のみが光検出器７８２に届き得る。
【００８６】
中央局７１０からユーザモジュール、例えば、ユーザモジュール７７１にデータを転送する場合、不可視源７０３からの光は、ポート１を介して光サーキュレータ７０６に入り、ポート２を介してスプリッタ７０７に送り得る。スプリッタ７０７は、例えば、ワイヤ、例えば、ファイバ７６６の束に接続し得るファイバスプリッタであり得る。スプリッタ７０７の各出力は、対応する対物レンズモジュール７２０に結合し得、対応する対物レンズモジュール７２０は、不可視光源７０３から発せられた不可視光を、可視光源７０２から発せられた可視光に結合し得る。ユーザモジュール（７７１又は７７２）と中央局７１０との間に通信リンクを確立するために、各ユーザモジュールを対応する対物レンズモジュール７２０と位置合わせし得る。ユーザモジュールから反射した可視光又はユーザモジュール内の可視光源から発せられた可視光により、簡単で高速の位置合わせプロセスを可能にし得る。本発明の実施形態に提示される位置合わせプロセス後、ユーザモジュール７７１と中央局７１０とが位置合わせされると、光線の不可視部分（例えば、１５５０ｎｍ）を、ユーザサーキュレータ７８１のポート３を介してユーザフィルタ７８３を通してユーザ光検出器７８２に転送し得る。
【００８７】
各対物レンズモジュール７２０は、１つ又は複数の波長のコリメータ、例えば、二波長コリメータを含み得、コリメータは、不可視光源７０３からの光及び可視光源７０２からの可視光をコリメートし得る。本発明のいくつかの実施形態によれば、各ユーザモジュールは、不可視波長コリメータを有する対物レンズモジュール７８０を含み得る。この場合、二波長コリメータは必要ない。ユーザ対物レンズモジュール７８０は、可視光の部分を対応する対物レンズモジュール７２０に向けて反射して、ユーザモジュール７７１と中央局７１０との位置合わせを可能にし得る。
【００８８】
本発明の実施形態による中央局の二波長対物レンズモジュールを示す図７Ａをさらに参照する。二波長対物レンズモジュール７２０は、図７の対物レンズモジュール７２０のそれぞれ１つの詳細図である。対物レンズモジュール７２０は、不可視光及び可視光の両方、例えば、赤外線光及び赤色光の両方のコリメートに使用し得る。対物レンズモジュール７２０は、窓７２１と、コリメートレンズ７３２と、不可視光源、例えば、図７の不可視光源７０３からの光を、可視光源、例えば、図７の可視光源７０２からの可視光に結合する光学手段とを含み得る。対物レンズモジュール７２０は、Ｑｘ、Ｑｙ、及びＱｚ角を調整し、出力コリメートビームをユーザモジュールの１つ、例えば、図７のユーザモジュール７７２及び７７１に向ける機械的角度位置合わせ手段を有し得る。窓７２１は、図３の窓３７０と同様であることができ、窓上７２１に位置合わせ手順を支援する位置合わせマークを有し得る。窓７２１上の位置合わせマークは、任意のマーク、符号、又は表示であり得、例えば、円を４つの等しい部分に分ける２つの直交する線又は任意の他のマーク若しくは表示であり得る。
【００８９】
再び図７を参照すると、本発明の実施形態では、中央局７１０から１つ又は複数のユーザモジュール７７２及び７７１に転送するために利用される光とは異なる波長の光を利用することにより、ユーザモジュール７７２（又は７７１）からのデータを中央局７１０に転送することが可能であり得、例えば、１４９０ｎｍの波長を、ユーザモジュール７７２（又は７７１）から中央局７１０へのデータ転送に使用し得る一方で、１５５０ｎｍの波長を中央局７１０からユーザモジュール７７２（又は７７１）へのデータ転送に使用し得る。
【００９０】
ユーザモジュール７７２の不可視光源７８８から送られる光は、サーキュレータ７８１のポート１に入り、ポート２からサーキュレータ７８１を出て、ユーザ対物モジュール７８０に向かい得る。光は、中央局７１０の対物レンズモジュール７２０により束７６６内の対応するファイバに入り、サーキュレータ７０６のポート２に入り得る。光は、ポート３を介して光検出器７０４に転送される。そのようなセットアップを使用して、中央局７１０と各ユーザモジュール７７１、７７２との双方向接続が可能である。さらに、中央局７１０とユーザモジュールとの最良の位置合わせ条件が、ユーザモジュールの１つ、例えば、ユーザモジュール７７１と中央局７１０との最適な位置合わせを調整することにより自動的に生じ得、これは他のすべてのユーザモジュール、例えば、ユーザモジュール７７２にも同時に適用される。
【００９１】
本発明の他の実施形態は、例えば、ギガビットＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）受動光ネットワーク（ＧＥＰＯＮ）双方向送受信器に基づく中央局７１０及びユーザモジュール構造を利用する他の選択肢を含み得る。任意の他の利用選択肢を使用してもよい。
【００９２】
本発明の実施形態による双方向ＩＷＯＬシステムを示す図８Ａ及び図８Ｂをこれより参照する。図８Ａは、本発明の実施形態による双方向ＩＷＯＬシステムを示し、図８Ｂは、本発明の実施形態による双方向ＩＷＯＬシステムの送受信器を示す。送受信器は、受信器として動作する光検出器と、送信器として動作する不可視光源とを１つのモジュールに統合する。図８Ａは、中央局８００と、複数のユーザモジュール８０５のうちの例示的な１つとを示す。各ユーザモジュール８０５は、ユーザ送受信器８２０と、ユーザ光モジュール８７０とを含み得る。光モジュール８７０は、図３の窓３６０と同様であることができ、透明窓８７２を含み得、透明窓８７２は、いくつかの実施形態では、中央局８００から来る可視光を反射し得、又はいくつかの他の実施形態では、ユーザモジュール８０５内の可視光源から来る可視光を透過し得る。光モジュール８７０は、複数の対物レンズモジュール８７１を含み得、各対物レンズモジュール８７１は、窓８７２を含むか、又は窓８７２に結合して、本発明の実施形態に提示されるような位置合わせプロセスを可能にし得る。
【００９３】
中央局８００は、送受信器８１０と、可視波長、例えば、６５０ｎｍで放射し得る可視光源８４０と、可視光源８４０から発せられる可視光と送受信器８１０から発せられる不可視光線とを結合するビーム結合器８３０と、結合器８３０から来る結合ビームを分割するビームスプリッタ８５０と、光ファイバ等の光ワイヤ８５５の束を介してスプリッタ８５０に結合された光モジュール８６０とを含み得る。光モジュール８６０は、それぞれが各ファイバに結合されてサブビームをコリメートする複数の対物レンズモジュール８６１を含み得る。モジュール８６１の数は、スプリッタ８５０の出力チャネルの数に等しくし得る。各対物レンズモジュール８６１は、窓８６２を含むか、又は窓８６２に結合し得、本発明の実施形態に提示されるような位置合わせプロセスを可能にし得る。
【００９４】
図８Ｂは、本発明の実施形態による双方向ＩＷＯＬシステムの送受信器を示す。送受信器８８０は、図８Ａの中央局８００の送受信器８１０又は図８Ａのユーザモジュール８０５の送受信器８２０であり得る。送受信器８８０は、不可視光放射を発する不可視光源モジュール８１１と、特定の波長の光を検出するように構成されたフォトダイオード等の光検出器又は光センサ８１４とを含み得る。光検出器８１４は、トランスインピーダンス増幅器モジュールを含むか、又はトランスインピーダンス増幅器モジュールに結合し得る。送受信器８８０は、不可視光源８１１からの反射光を遮断するアイソレータ８１２と、例えば、送受信器８８０から発せられたビームを透過し、送受信器８８０に到達するビームを反射し、光センサ８１４に向けるように構成された波長分割多重（ＷＤＭ）フィルタ等の光フィルタ８１３とをさらに含み得る。
【００９５】
例示的な送受信器８８０は、中央局送受信器８１０であり得る。そのような例示的な送受信器では、不可視光源モジュール８１１は、例えば、１３１０ｎｍの波長の光を発し得、光検出器８１４は、異なる波長、例えば、１４９０ｎｍの光を検出するように構成し得る。光フィルタ８１３は、不可視光源８１１から発せられた波長１３１０ｎｍの光を透過し、例えば、１４９０ｎｍの波長でユーザモジュール、例えば、ユーザモジュール８０５から発せられる光線を反射し、光検出器８１４に向けるように構成し得る。
【００９６】
別の例示的な送受信器８８０は、ユーザモジュール送受信器８２０であり得る。そのような例示的な送受信器では、不可視光源モジュール８１１は、例えば、１４９０ｎｍの波長で光を発し得、光検出器８１４は、異なる波長、例えば、１３１０ｎｍの光を検出するように構成し得る。光フィルタ８１３は、不可視光源８１１から発せられた波長１４９０ｎｍの光を透過し、例えば、１３１０ｎｍの波長で中央局、例えば、中央局８００から発せられる光線を反射し、光検出器８１４に向けるように構成し得る。
【００９７】
いくつかの実施形態によれば、送信に使用される第１の波長の光及び受信に使用される第２の波長の光が両方とも同じ光学要素を伝播する場合、これらの光学要素の反射防止（ＡＲ）コーティングは、両波長をカバーする広い帯域幅のものを選択し得る。
【００９８】
図８Ａに示されるように、送受信器８１０の不可視光源から発せられるビームは、可視光源８４０からの可視光線、例えば、波長６５０ｎｍで発せられる赤色光線と混合し得る。可視光は位置合わせ目的で使用し得、結合器８３０により不可視光に結合し得る。結合二波長放射をスプリッタ８５０に結合し得る。光モジュール８６０は複数の対物レンズ８６１からなり得る。各光モジュール８６０は、所望のユーザ送受信器モジュールに向けられるようにする機械的角度位置合わせ手段を有し得る。
【００９９】
本発明の実施形態による位置合わせプロセス中の中央局及びユーザモジュールの要素を示す図９を参照する。本発明の実施形態によれば、中央局対物レンズモジュール９６１は、例えば、図８Ａの対物レンズモジュール８６１であることができ、コリメートレンズ９１２と、窓９１３とを含み得る。ユーザ局対物レンズモジュール９６２は、例えば、図８Ａの対物レンズモジュール８７１であることができ、コリメートレンズ９１４と、窓９１５とを含み得る。対物レンズモジュール９６１は、２つ以上の波長の光を操作するように特に構成することができ、例えば、デュアルバンドコリメータ又はマルチバンドコリメータであり得る。例えば、対物レンズモジュール９６１は３つの波長を操作し得る：１３１０ｎｍ、１４９０ｎｍ、及び６５０ｎｍ。対物レンズモジュール９６１は、スプリッタ、例えば、図８Ａのスプリッタ８５０から対応する光学手段を介して、例えば、ワイヤ又はファイバを介してサブビームを受け取り得る。対物レンズモジュール９６１は、不可視光を分け、可視光及び不可視光の両方を位置合わせプロセスのためにコリメートし得る。対物レンズモジュール９６１の一利点は、１つの波長構造を使用することで、同じ対物レンズを通して複数の波長、例えば、１３１０ｎｍ、６５０ｎｍ、及び１４９０ｎｍの波長を一緒に達成可能にし得ることである。対物モジュール９６１及び／又はコリメートレンズ９１４及び／又はコリメートレンズ９１２が２つ以上の波長を有する光をコリメートするマルチバンドコリメータ又は任意の他のマルチバンドコリメート要素であり得ることを当業者は理解されたい。
【０１００】
要素の設計、例えば、ワイヤ端部９１１とレンズ９１２との距離は、両方の不可視ビーム、例えば、１３１０ｎｍ及び１４９０ｎｍの光を分けることができながら、可視出力ビームをコリメートし得るように決定し得る。コリメートされた可視光線は、中央局の送受信器、例えば、図８Ａの送受信器８１０をユーザモジュールの送受信器、例えば、図８Ａの送受信器８２０に位置合わせするために使用し得る。
【０１０１】
不可視ビームを分けることを使用する中央局及びユーザ受信器の両方での結合効率は、角度位置合わせ感度を０．０５度から０．５度に実質的に低減しながら、例えば、約１０ｄＢだけ、コリメートされたビームを使用する場合よりも低減し得る。結合効率は、以下の式に基づいて算出し得、式中、Ｄ＿ｏｂｊはコリメータレンズの直径を表し、Ｄ＿ｓｐｏｔは受信コリメータでのビーム径を表す。
【０１０２】
結合効率＝１０＊Ｌｏｇ（Ｄ＿ｏｂｊ／Ｄ＿ｓｐｏｔ）２
ユーザモジュール、例えば、図８Ａの送受信器８２０から中央局、例えば、図８Ａの送受信器８１０にデータを交換するために、例えば、波長１４９０ｎｍのユーザモジュールから発せられる不可視光を対物レンズモジュール９６２によりコリメートし、次に、中央局の対物レンズモジュール９６１に入るまで、対物レンズモジュール９６２と対物レンズモジュール９６１との間の自由空間内を伝播する。次に、光線は対応するワイヤ又はファイバに結合し得、中央局送受信器、例えば、図８Ａの送受信器８１０に送られ得る。ユーザ送受信器からの光は、光検出器、例えば、図８Ｂの光検出器８１４に向け得る。そのようなセットアップを使用して、中央局と各ユーザモジュールとの双方向接続を達成し得る。さらに、中央局と各ユーザモジュールとの最良の位置合わせ条件が自動的に、ユーザモジュール送受信器と中央局との最良の位置合わせに、すべてのユーザモジュールで同時に繋がり得る。
【０１０３】
これより、本発明の実施形態による複数の可視光の位置合わせを示す図１０を参照する。本発明のいくつかの実施形態によれば、ユーザモジュールは、赤色レーザダイオード等の可視光源を含み得、可視光源は、他の実施形態に使用されるように中央局から来る可視光の反射を使用する代わりに、位置合わせ目的で使用される。中央局９１０及びユーザモジュール９０９の両方の可視光源を使用することにより、位置合わせプロセスを加速化し得る。図１０に示されるように、中央局９１０及びユーザモジュール９０９の両方が、赤色レーザダイオード等の可視光源と、赤外線レーザダイオード等の不可視光源とを含み得る。中央局９１０は、可視光源９２２と、不可視光源９２３とを含み得、ユーザモジュール９０９は可視光源９２４と、不可視光源９２５とを含み得る。例えば、中央局９１０は、波長６５０ｎｍで放射する赤色レーザダイオードと、波長１４９０ｎｍで放射する赤外線レーザダイオードとを含み得る。ユーザモジュール９０９は、波長６５０ｎｍで放射する赤色レーザダイオードと、波長１３１０ｎｍで放射する赤外線レーザダイオードとを含み得る。
【０１０４】
中央局９１０からの可視光は、ユーザモジュール９０９を、例えば、テーブル、壁、又は他の表面上の所望の場所に位置決めするために使用し得、この位置合わせは、本明細書では「粗い位置合わせ」又は「おおまかな位置合わせ」とも呼ばれる。ユーザモジュール９０９は、中央局９１０から発せられた可視光により形成される可視光スポットがユーザ窓１００３の中心に向けられるように配置し得る。ユーザモジュール９０９が、中央局９１０から発せられる可視光スポットに基づいて位置決めされた後、ユーザモジュール９０９から発せられた可視光を「細かい位置合わせ」に使用し得る。ユーザモジュール９０９から発せられた光は、中央局９１０の窓１００４の中心に向け得る。本発明の実施形態によれば、ユーザモジュール９０９から来る可視光を位置合わせの細かい調整にさらに使用し得る。ユーザモジュール９０９の位置は変更、修正、又は調整が可能であり、例えば、中央局の窓１００４上での２つの可視スポットの精密な重複を達成することにより、ユーザモジュール９０９の位置及び角度向きを手動又は自動で変更して、中央局９１０とユーザモジュール９０９との最大結合を達成し得る。第１の可視光スポットは、中央局９１０から発せられるビームにより生成し得、第２の可視光スポットはユーザモジュール９０９から発せられるビームにより生成し得る。追加又は代替として、位置決めは、任意の適した手段を使用して自動プロセスで実行し得る。
【０１０５】
本発明の実施形態によるユーザモジュールを示す図１１を参照する。ユーザモジュール１０００は、例えば、６５０ｎｍで放射する可視光源１００１、例えば、赤色レーザ源と、例えば、１３１０ｎｍで放射する不可視光源１００２、例えば、赤外線レーザ源と、コリメータ１００３と、ユーザ窓１００４と、２つの光学要素１００５及び１００６とを含み得る。光学要素１００５及び１００６は、例えば、ミラーであり得、中央局（図示せず）と位置合わせされるコリメートされた光線１００８の方向の自動調整に使用し得る。光学要素１００５及び１００６は、光学要素１００５及び１００６の角度位置の変更、調整、又は傾斜により実行し得る自動化された、すなわち自動的な微調整中に使用し得る。位置合わせプロセスは、本発明の実施形態に説明されるように、位置合わせの達成に可視光を使用し得、且つ／又は中央局から発せられる不可視放射及び／又は可視放射を検出し、監視し、測定し、ユーザモジュールの光検出器に到達する放射の検出電力を測定し、且つ／又はユーザモジュールから発せられる不可視放射及び／又は可視放射を測定し、中央局の光検出器に到達する放射の検出電力を測定することに不可視光を使用し得る。
【０１０６】
各光学要素１００５及び１００６は、角度方向の１つに沿って移動し得、例えば、要素１００５はＱｘに沿って移動し得る一方で、要素１００６はＱｙに沿って移動し得る。他の実施形態では、各光学要素１００５及び１００６は、空間内で任意の所望の方向に自在に移動し得る。光学要素１００５及び１００６は、任意の方法又は技術で実施されたミラー、例えば、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）、圧電ミラー等の任意の適した光学要素であり得る。他の実施形態によれば、他の数の光学要素を使用し得、例えば、１つの光学要素を使用し得る。１つのミラー要素は、Ｑｘ及びＱｙの両方又はＱｘ、Ｑｙ、及びＱｚに沿って角度移動し得る。任意の他の数のミラー又は任意の他の自動ミラー調整技術を使用してもよい。
【０１０７】
本発明のいくつかの実施形態又は本発明の実施形態の要素は、例えば、命令を記憶した非一時的な機械可読又はコンピュータ可読記憶媒体を含むか、又はそのような媒体である製品を使用して実施することができ、命令は、コンピュータで実行されると、本発明の実施形態による方法及び／又は動作をコンピュータに実行させる。コンピュータ可読記憶媒体は、機械（例えば、コンピュータ、モバイル装置、及び／又は他の適した機械）により実行されると、本発明の実施形態による方法及び／又は動作を機械に実行させる命令又は命令セットを記憶し得る。そのような機械は、例えば、任意の適した処理プラットフォーム、計算プラットフォーム、計算装置、処理装置、計算システム、処理システム、コンピュータ、プロセッサ等であり得、ハードウェア及び／又はソフトウェアの任意の適した組み合わせを使用して実施し得る。機械可読媒体又は製品は、例えば、任意の適した種類のメモリユニット、メモリ装置、メモリ製品、メモリ媒体、記憶装置、記憶製品、記憶媒体、及び／又は記憶ユニット、例えば、メモリ、リムーバブル若しくは非リムーバブル媒体、消去可能又は非消去可能媒体、書き込み可能若しくは非書き込み可能媒体、デジタル若しくはアナログ媒体、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、コンパクトディスク読み取り専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、追記型コンパクトディスク（ＣＤ−Ｒ）、書き換え可能コンパクトディスク（ＣＤ−ＲＷ）、光ディスク、磁気媒体、様々な種類のデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、テープ、又はカセット等を含み得る。命令は、任意の適した種類のコード、例えば、ソースコード、コンパイルコード、インタプリタコード、実行可能コード、静的コード、又は動的コード等を含み得、任意の適した高水準、低水準、オブジェクト指向、ビジュアル、コンパイル型、及び／又はインタプリタ型プログラミング言語、例えば、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｊａｖａ（登録商標）、ＢＡＳＩＣ、Ｐａｓｃａｌ、Ｆｏｒｔｒａｎ、Ｃｏｂｏｌ、アセンブリ言語、又は機械コード等を使用して実施し得る。
【０１０８】
本発明の特定の特徴を本明細書に示し説明したが、今、多くの変更、置換、変形、及び均等物を当業者は思いつくであろう。したがって、添付の特許請求の範囲が、本発明の真の趣旨内にあるそのようなすべての変形及び変更を包含することを意図されることを理解されたい。
【技術分野】
【０００１】
本発明は屋内無線光リンク及びネットワークに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信リンクは、常に変化する柔軟な環境で短距離通信ネットワークを展開する最も簡単で最速の手法を構成する。有線通信ネットワークとは異なり、無線通信ネットワークでは、ネットワークケーブル及びソケット等のハードウェア構成要素を物理的に追加し、又はそれらの位置を変更する必要なく、ユーザの追加、交換、及び再構成が可能である。
【０００３】
早期の屋内無線光リンク（ＩＷＯＬ）は、波長９５０ナノメートル（ｎｍ）で動作する見通し線（ＬＯＳ）原理に基づく拡散光リンクを利用し、通信速度１２５ｋビット／ｓを示した。後期のＩＷＯＬシステムは、波長約９００ｎｍで動作する狭帯域ＬＯＳ下りリンクを使用して１Ｍビット／ｓリンクを呈した。
【０００４】
光無線通信リンクに対する複数ソース解決策では、通信リンクを複数のユーザに提供するために、レーザダイオード（ＬＤ）又はファイバ等の複数の光源が必要である。光無線通信リンクの単一ソース解決策は単向性であり、ユーザとソースとの間に不便な位置合わせを必要とする。さらに、これらのシステムは、室内に存在する人に有害で危険であり得る高放射電力を利用する。
【０００５】
本発明として見なされる趣旨は特に、本明細書の結びの部分で指摘され、明確に主張される。しかし、本発明は、目的、特徴、及び利点と共に機構及び動作方法の両方に関して、添付図面と共に読まれた場合、以下の詳細な説明を参照することにより最もよく理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の実施形態による屋内無線光システムの高レベルブロック図である。
【図２】本発明の実施形態による例示的な屋内無線光システムの図である。
【図３】本発明の実施形態による例示的なユーザモジュールの図である。
【図４】本発明の実施形態による屋内無線光システムの粗い位置合わせ方法のフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態による屋内無線光システムの細かい位置合わせ方法のフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態による別の例示的な屋内無線光システムである。
【図７Ａ】本発明の実施形態による中央局の二波長対物レンズモジュールを示す。
【図７Ｂ】本発明の実施形態による別の例示的な屋内無線光システムである。
【図８Ａ】本発明の実施形態による双方向ＩＷＯＬシステムを示す。
【図８Ｂ】本発明の実施形態による双方向ＩＷＯＬシステムを示す。
【図９】本発明の実施形態による位置合わせプロセス中の中央局及びユーザモジュールの要素を示す。
【図１０】本発明の実施形態による複数の可視光の位置合わせを示す。
【図１１】本発明の実施形態によるユーザモジュールを示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
説明を簡潔且つ明確にするために、図に示される要素が必ずしも一定の縮尺で描かれていないことが理解される。例えば、いくつかの要素の寸法が、明確にするために、他の要素に対して誇張され得る。さらに、適切であると考えられる場合、参照番号は、図にわたって繰り返し使用されて、対応又は同様の要素を示す。
【０００８】
以下の詳細な説明では、本発明の完全な理解を提供するために、多くの特定の詳細が記される。しかし、これらの特定の詳細なしでも本発明の実施形態を実施し得ることを当業者は理解しよう。他の場合では、周知の方法、手順、及び構成要素については、本発明を曖昧にしないように、詳細に説明しなかった。
【０００９】
本発明の実施形態はこの点において限定されないが、例えば、「処理」、「計算」、「算出」、「特定」、「確立」、「解析」、「チェック」等の用語を利用する考察は、コンピュータのレジスタ及び／又はメモリ内の物理的（例えば、電子）数量として表されるデータの操作且つ／又は変換し、コンピュータのレジスタ及び／又はメモリ内、又は演算及び／又はプロセスを実行する命令を記憶し得る他の情報記憶媒体内の物理的数量として同様に表される他のデータにする、コンピュータ、計算プラットフォーム、計算システム、又は他の電子計算装置の１つ又は複数の動作及び／又はプロセスを指し得る。
【００１０】
本発明の実施形態はこの点において限定されないが、「複数」及び「複数の」という用語は、本明細書で使用される場合、例えば、「多数」又は「２つ以上」を含み得る。「複数」又は「複数の」という用語は本明細書全体及び特許請求の範囲全体を通して、２つ以上の構成要素、装置、要素、ユニット、パラメータ等を示すために使用され得る。例えば、「複数の装置」は２つ以上の装置を含み得る。
【００１１】
本発明の実施形態はこの点において限定されないが、「送受信器」という用語は、本明細書で使用される場合、本明細書全体及び特許請求の範囲全体を通して、送信器及び受信器の両方を備えた任意の装置、構成要素、又は要素を示すために使用され得る。送受信器は、共通の回路を共有し得、又は共通の筐体を有し得る送信器と受信器との組み合わせを含み得る。
【００１２】
本発明の実施形態はこの点において限定されないが、「光検出器」、「光センサ」、「ライト検出器」、「ライトセンサ」という用語は、本明細書で使用される場合、本明細書全体及び特許請求の範囲全体を通して、光又は他の電磁エネルギーを検知又は検出し得る任意の装置、構成要素、又は要素、例えば、フォトダイオード、フォトトランジスタ、電荷結合素子（ＣＣＤ）等を示すために使用され得る。
【００１３】
本発明の実施形態は、光双方向通信リンクを中央局から１つ又は複数のユーザモジュール及びユーザモジュールから中央局に提供する単一の中央局を利用する解決策を提供する。中央局とユーザモジュールとの間の双方向放射は、「見通し線」伝播であってもよく、又は「非見通し線」伝播であってもよい。中央局とユーザモジュールとの間の光接続又は光リンクの設定は位置合わせプロセスを含み得、位置合わせプロセスでは、ユーザがユーザモジュールの位置及び／又は中央局への双方向通信リンクが存在し得る方向についてユーザモジュールを設定することが可能であり得る。位置合わせプロセスは、通信リンクの不可視光の伝播を視覚化する可視光の検出を含み得、可視光は中央局及び／又はユーザモジュールから発し得る。位置合わせは、可視光に従ってユーザモジュールの位置を位置合わせして、中央局とユーザモジュールとの間に光接続を設定することをさらに含み得る。
【００１４】
本発明の実施形態は、送受信の速度が光速であるため、理論上、無制限のリンク速度を有する双方向通信リンクを含み得る。双方向通信リンクの性能は実際には、通信装置の性能、例えば、１０Ｇｂｐｓ、１００Ｇｂｐｓのモデム装置の性能のみによって制限され得る。
【００１５】
本発明の実施形態による屋内無線光システムの高レベルブロック図である図１を参照する。光無線システム１００は、メインプロセッサ、例えば、スイッチ又はネットワークプロセッサに結合された中央局１１０と、１つ又は複数のユーザユニット１２０、１２１、及び１２２とを含み得る。光リンク１３０を中央局１１０とユーザユニット１２０との間に形成することができ、光リンク１３１を中央局１１０とユーザユニット１２１との間に形成することができ、光リンク１３２を中央局１１０とユーザユニット１２２との間に形成することができる。光リンク１３０を使用するために、通信目的でコンピュータ又は任意の他のユーザ装置１４０をユーザユニット、例えば、ユーザユニット１２０に接続し得る。ユーザ装置１４０は、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、ラップトップ、個人情報端末（ＰＤＡ）、スマートフォン、ページャ、又は任意の他のモバイル若しくは静止計算装置であり得る。
【００１６】
本発明のいくつかの実施形態では、中央局１１０は、部屋、空間、又はエリア内の中央又はメイン位置に位置決め、配置、又は置くことができ、例えば、天井又は壁に取り付けるか、又は吊り下げることができる。ユーザユニット１２０〜１２２は、本明細書ではユーザモジュール１２０〜１２２とも呼ばれ、任意の妥当な位置、例えば、机の上又は壁に位置決め、配置、又は置くことができ、ユーザユニット１２０〜１２２から通信リンク１３０〜１３２を形成し得る。「照準」としても知られる、中央局１１０から発せられる光の光軸と、ユーザユニット１２０〜１２２から発せられる光とを位置合わせできるようにし得る任意の他の位置を本発明の実施形態において使用し得る。
【００１７】
中央局１１０は、本明細書では中央ユニット１１０とも呼ばれ、コリメートされた不可視光線を介して双方向光通信リンクを確立して、スイッチ１０１に接続されたリモート通信装置と１つ又は複数のユーザユニット１２０〜１２２との間での無線通信の伝送を可能にするように構成し得る。ユーザユニットは、双方向光通信リンクを介して複数の光信号を送信する光送信器と、双方向光通信リンクを介して中央ユニットから送信された複数の光信号を受信する受信器とを含み得る。中央ユニットは、双方向光通信リンクを介して複数の光信号を送信する光送信器と、双方向光通信リンクを介してユーザユニットから送信された複数の光信号を受信する光受信器とを備え得る。中央ユニット及びユーザユニットの光送信器は不可視光源を備え得、中央ユニット及びユーザユニットの受信器は光センサを備え得る。本発明の実施形態によれば、ユーザユニット及び中央ユニットのうちの少なくとも一方は、本発明の実施形態に説明されるように、双方向光通信リンクの確立時に、ユーザユニットと中央ユニットとの位置合わせを可能にするコリメートされた可視光線を生成する可視光源を備え得る。
【００１８】
中央局１１０は、光モジュール１１１と、送受信器１１２と、プロセッサ１１３と、メモリ１１５と、通信ユニット１１４とを含み得る。送受信器１１２は、本発明の実施形態に説明されるように、光リンク１３０〜１３２を介して運ばれるデータの、ユーザユニット１２０〜１２２への送信、及びユーザユニット１２０〜１２２からの受信を可能にし得る。
【００１９】
送受信器１１２は、不可視光源と、可視光源とを含み得る。不可視光源、例えば、赤外線レーザダイオードは、光通信リンク１３０〜１３２を形成する放射を提供することができ、その一方で、可視光源、例えば、赤色レーザダイオードは、中央局１１０と各ユーザモジュール１２０〜１２２とを簡単に位置合わせし、各通信リンク１３０〜１３２をそれぞれ形成できるようにし得る可視光放射を生成し得る。さらに、サービス通信チャネルをユーザモジュール１２０〜１２２と中央局１１０との間に形成して、例えば、通信ユニット１１４により制御信号を転送できるようにし得る。
【００２０】
通信ユニット１１４は、１つ又は複数の中央演算処理装置（ＣＰＵ）又は任意の他の適した多目的若しくは専用プロセッサ若しくはコントローラ等であるが、これらに限定されない構成要素を含み得る。通信ユニット１１４は、通信チャネルを形成して、中央局１１０と各ユーザモジュール１２０〜１２２との間で制御信号を転送できるようにし得る。通信ユニット１１４は、任意選択的に、且つ／又は追加として、位置合わせプロセス、例えば、各ユーザモジュール１２０〜１２２と中央局１１０との自動位置合わせを制御し得る。通信ユニット１１４により形成される通信チャネルは、制御目的で使用し得る低電力通信チャネル又はネットワーク、例えば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、ＷｉＦｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等であり得る。
【００２１】
光モジュール１１１は、レンズ、スプリッタ、コリメータ、又は各通信リンク１３０〜１３２を形成するために光学的操作を可能にし得る任意の他の光学要素等の光学要素を含み得る。光モジュール１１１は、例えば、マルチミラー要素、ファイバコリメータ、又は中央局からの光を各ユーザモジュール１２０〜１２２に到達させることができる任意の他の装置を含み得る。
【００２２】
プロセッサ１１３は、１つ又は複数の中央演算処理装置（ＣＰＵ）又は任意の他の適した多目的若しくは専用プロセッサ若しくはコントローラ等であるが、これらに限定されない構成要素を含み得る。プロセッサ１１３はさらに、他の適したハードウェア構成要素及び／又はソフトウェア構成要素を含み得る。プロセッサ１１３は命令を含むか、又は１つ若しくは複数のオペレーティングシステムと併せて命令を実行することができ、オペレーティングシステムは、調整、スケジューリング、アービトレーション、監督、制御、又は中央局１１０の他の管理動作、例えば、位置合わせプロセスの実行計画を含むタスクを実行するように設計され、且つ／又は構成される任意のコードセグメントであり得るか、又はそのようなコードセグメントを含み得る。プロセッサ１１３はメモリ１１５に関連付け、又は結合することができ、メモリ１１５は、例えば、中央局１１０と各ユーザモジュール１２０〜１２２との位置合わせプロセスを実行するために必要な動作等の本発明の実施形態により処理されるか、又は作成されるデータを記憶し得る。
【００２３】
本発明の実施形態によれば、ユーザモジュール１２０〜１２２の１つ等のユーザモジュールは、通信リンク、例えば、双方向通信リンク１３０〜１３２の１つを形成し得るように位置決め、配置、置き、且つ位置合わせし得る。ユーザモジュールは、見通し線が各ユーザモジュール１２０〜１２２と中央局１１０との間で利用できるように位置決めし得る。例えば、ユーザモジュール１２０は、本発明の実施形態により中央局１１０とやりとりする通信リンク１３０を形成するように位置決めされ、方向付けられ、且つ位置合わせし得る。例えば、ユーザモジュール１２０は、光モジュール１２６と、送受信器１２７と、プロセッサ１２３と、メモリ１２５と、通信モジュール１１４とを含み得る。
【００２４】
送受信器１２７は、本発明の実施形態に説明されるように、光リンク１３０〜１３２を介して運ばれるデータをユーザモジュール、中央局１１０と送受信できるようにし得る。送受信器１２７は、不可視光源、例えば、赤外線レーザダイオードを含み得、不可視光源は、光通信リンク１３０〜１３２を各ユーザモジュール１２０〜１２２と中央局１１０との間に提供し得る。送受信器１２７は、任意選択的に、可視光源、例えば、赤色レーザダイオードを含み得、可視光源は、各ユーザモジュール１２０〜１２２と中央局１１０とを簡単に位置合わせできるようにする可視光を提供し得る。
【００２５】
通信ユニット１２４は、１つ又は複数の中央演算処理装置（ＣＰＵ）又は任意の他の適した多目的若しくは専用プロセッサ若しくはコントローラ等であるが、これらに限定されない構成要素を含み得る。通信ユニット１２４は、通信チャネルを形成して、例えば、通信ユニット１２４により、中央局１１０と各ユーザモジュール１２０〜１２２との間で制御信号を転送できるようにし得る。通信ユニット１２４は、任意選択的に、且つ／又は追加として、位置合わせプロセス、例えば、各ユーザモジュール１２０〜１２２と中央局１１０との自動位置合わせを制御し得る。自動位置合わせプロセスの制御は、送信される電力レベルの制御並びに／或いは各ユーザモジュール１２０〜１２２及び／又は中央局１１０の位置、配置、及び可動性の制御を含み得る。通信ユニット１２４により形成される通信チャネルは、制御目的で使用し得る低電力通信チャネル又はネットワーク、例えば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、ＷｉＦｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等であり得る。さらに、又は任意選択的に、通信ユニット１２４は、光リンク１３０〜１３２を制御し、例えば、ユーザモジュール１２０からの光リンクを複数のエンドユーザ１４０に分割し得る。
【００２６】
光モジュール１２６は、レンズ、スプリッタ、コリメータ、又は各通信リンク１３０〜１３２を形成する光学的操作を可能にし得る任意の他の光学要素等の光学要素を含み得る。プロセッサ１２３は、１つ又は複数の中央演算処理装置（ＣＰＵ）又は任意の他の適した多目的若しくは専用プロセッサ若しくはコントローラ等であるが、これらに限定されない構成要素を含み得る。プロセッサ１２３はさらに、他の適したハードウェア構成要素及び／又はソフトウェア構成要素を含み得る。プロセッサ１２３は命令を含むか、又は１つ若しくは複数のオペレーティングシステムと併せて命令を実行することができ、オペレーティングシステムは、調整、スケジューリング、アービトレーション、監督、制御、又は中央局１１０の他の管理動作、例えば、位置合わせプロセスの実行計画を含むタスクを実行するように設計され、且つ／又は構成される任意のコードセグメントであり得るか、又はそのようなコードセグメントを含み得る。プロセッサ１２３はメモリ１２５に関連付け、又は結合することができ、メモリ１２５は、例えば、各ユーザモジュール１２０〜１２２と中央局１１０との位置合わせプロセスを実行するために必要な動作等の本発明の実施形態により処理されるか、又は作成されるデータを記憶し得る。
【００２７】
本発明の範囲はこれに限定されないが、本発明の実施形態において説明される計算装置、例えば、プロセッサ１０１、１２３、１１３、及び／又はコンピュータ１４０はオペレーティングシステムを含み得、オペレーティングシステムは、調整、スケジューリング、アービトレーション、監督、制御、又は計算装置の他の管理動作を含むタスクを実行するように設計され、且つ／又は構成される任意のコードセグメントであり得るか、又はそのようなコードセグメントを含み得る。そのようなオペレーティングシステムは、商用又はプロプライエタリオペレーティングシステムであり得る。本明細書に開示される計算装置はメモリを含み得、メモリは、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＤＲＡＭ、ＳＤ−ＲＡＭ、ＤＤＲメモリチップ、フラッシュメモリ、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、キャッシュメモリ、バッファ、短期メモリユニット、長期メモリユニット、又は他の適したメモリユニット若しくは記憶ユニットであり得るか、又はそれ（ら）を含み得る。メモリは、複数のおそらくは異なるメモリユニットであり得るか、又はそれらを含み得る。本明細書において説明されるソフトウェアは、実行可能コード、例えば、アプリケーション、プログラム、プロセス、タスク、又はスクリプトを含み得、おそらくはオペレーティングシステムの制御下であり得る。
【００２８】
図１の例示的な図では、３つのユーザモジュール、３つの通信リンク、及び１つのプロセッサが示されるが、本発明がこれに限定されず、本発明の実施形態によれば、システム１００が任意の適した数のユーザモジュール、通信リンク、及びコンピュータを含み得ることを当業者は理解されたい。さらに、ユーザモジュール１２０内に含まれる光モジュール１２６、送受信器１２７、プロセッサ１２３、メモリ１２５、及び通信モジュール１１４を各ユーザモジュール内に含めることができ、簡潔にするために１回のみ示されることを当業者は理解されたい。
【００２９】
図２は、本発明の実施形態による例示的な屋内無線光システムのブロック図である。例示的な光無線システム２００は、例えば、図１の光システム１００であり得、中央局２１０と、複数のユーザモジュール２２０、２２１、２２２、及び２２３とを含み得る。中央局２１０は、送受信器２１２と、光モジュール２１１とを含み得、光モジュール２１１は、双方向通信リンクを形成し得るように、送受信器２１２からの光線又は光放射をユーザモジュール２２０〜２２３に向け、ユーザモジュール２２０〜２２３からの光線又は光放射を送受信器２１２に向けることができる。他の構成要素、要素、又は装置、例えば、図１に提示される要素をシステム２００に含め得るが、簡潔にするために示されない。例えば、中央局２１０はさらに、示されていないが、プロセッサ、メモリ、及び通信モジュールを含み得る。
【００３０】
送受信器２１２は、不可視光源２０２と、対物レンズ２３２と、可視光源２０３と、対物レンズ２３３と、光検出器又は光センサ２０４と、対物レンズ２３４とを含み得る。不可視光源２０２及び対物レンズ２３２は、可視光源２０３及び対物レンズ２３３と共に、ユーザモジュール２２０〜２２３に向けての光の送信に使用することができ、本明細書では「送信器」と呼ばれる。光検出器２０４及び対物レンズ２３４は、ユーザモジュール２２０〜２２３から来る光を検出するために使用することができ、本明細書では「受信器」と呼ばれる。送受信器２１２は、本発明の実施形態に説明されるように、光リンク２４０、２４１、２４２、及び２４３を介して運ばれるデータをユーザモジュール２２０、２２１、２２２、及び２２３のそれぞれと送受信できるようにし得る。
【００３１】
本発明の実施形態はこれに限定されないが、可視光源２０３は、不可視放射スペクトルを有する任意の光源、例えば、赤外線レーザダイオード等の１３１０〜１５５０ナノメートル（ｎｍ）の波長の放射を有する任意の赤外線光源を含み得る。本発明の実施形態はこれに限定されないが、不可視光源２０２は、可視放射スペクトルを有する任意の光源、例えば、赤色レーザダイオード等の６３０〜６５０ｎｍの波長の放射を有する任意の赤色光源を含み得る。
【００３２】
本発明のいくつかの例示的な実施形態によれば、不可視光源２０２は赤外線レーザダイオードであり得、例えば、１５５０ｎｍの波長で放射し得る。不可視光源２０２からの放射は、データを１つ又は複数のユーザ受信器２２０、２２１、又は２２２に向けて運ぶために使用し得る。本発明のいくつかの例示的な実施形態によれば、可視光源２０３は赤色レーザダイオードであり得、６５０ｎｍの波長で放射し得る。可視光源２０３からの放射は、不可視光源２０２からの光に結合して、送受信器２１２とユーザモジュール２２０〜２２３のそれぞれ１つとの光接続を設定するために、不可視光、例えば、赤外線光の伝播を可視化し得る。光検出器２０４は、１つ又は複数のユーザモジュール２２０〜２２３から発せられた光を検出又は検知するために使用し得る。
【００３３】
本発明の実施形態によれば、光モジュール２１１は、複数の光学要素、装置、及び可視光源２０３から発せられた光と、不可視光源２０２から発せられた光とを、両放射が略同一の光軸を有し得るように結合し、結び付け、リンクさせ、又は設定する手段を含み得る。２つの光放射の結合により、可視光源２０３から来る可視光、例えば、赤色光を人間が観察して、方向を位置合わせし、それにより、人間の眼では見ることができない不可視光源２０２からの不可視光、例えば、赤外線光の方向の位置合わせを行うことができる。位置合わせプロセス中、本発明の実施形態に説明されるように、可視光源２０３から発せられる可視光を観察することにより、不可視光を位置合わせするように、ユーザモジュール２２０〜２２３のそれぞれ１つの位置を調整し、変更し、又は合わせることができる。
【００３４】
光モジュール２１１は、ビームスプリッタ２０５及び２０６と、ビーム拡大器２０７と、マルチミラー要素２０８とをさらに含み得る。マルチミラー要素２０８は、二次元プレート又は複数のミラーを備えた任意の他の装置を有し得る。送受信器２１２のスプリッタ２０５及び２０６は、可視光源２０３及び不可視光源２０２からの放射の結合及び／又は分割に使用し得る。例えば、スプリッタ２０５は、不可視光源２０２及び可視光源２０３からの光を結合することができ、スプリッタ２０６は、ユーザモジュール、例えば、ユーザモジュール２２０から発せられた放射を分割し、不可視光を光検出器２０４に向け得る。ビーム拡大器２０７は、可視光源２０３及び不可視光源２０２から発せられる結合放射の直径を拡大又は拡張するために使用し得る。
【００３５】
中央ユニット２１０は、中央ユニットから発せられたコリメートされた光を、複数のユーザユニット２２０〜２２３に向けられた複数のコリメートされた光線に分割する１つ又は複数の光学要素を含み得る。
【００３６】
送受信器２１２から送られる拡張されコリメートされた光線は、マルチミラー要素２０８により、本明細書では「光リンク」２４１〜２４３とも呼ばれる複数の別個の光線に分割し得、各光リンク２４１〜２４３は、本明細書ではＱｘとも呼ばれる異なる方位角と、本明細書ではＱｙとも呼ばれる異なる外側角を有する。マルチミラー要素２０８は、光線を特定の位置に向けることができる任意の適した光学要素、装置、又は構成要素を含み得る。マルチミラー要素２０８は、送受信器２１２から出力される結合光線を複数の光線２４０〜２４２にそらせて分割することができ、各光線は、ミラーセルの仕様に従って異なる方向に向けられ、例えば、光線の方向間のピッチをミラーセルの数により定義し得る。
【００３７】
マルチミラー要素２０８が様々な特徴を有し得、本発明の実施形態により傾斜又は固定されたミラーを含み得ることを当業者は理解されたい。マルチミラー要素２０８は複数のミラー又はミラーセルを含み得、各ミラー又はミラーセルは、例えば、共通ミラープレートに対する独自のＱｘ、Ｑｙ角度傾斜等の各自のパラメータ及び仕様を有し得、ミラーセルに衝突する光線の部分を特定の方向、例えば、ユーザモジュール２２０の位置に向けることができる。
【００３８】
本発明の実施形態は、例えば、ユーザ位置を柔軟且つ移動可能にするために、システムの実施に他のオプションを含み得、マルチミラー要素２０８は、多次元ミラープレート、定義された角度位置を有する二次元ミラープレート、又は多次元軸可動ミラーの線形アレイにより実施し得る。
【００３９】
本発明の実施形態では、各ユーザモジュール２２０〜２２３を単一のサブビームに位置合わせすることができ、したがって、専用通信チャネル又はリンクを各ユーザモジュール２２０〜２２３と中央局２１０との間に形成することができるため、安全性の高い通信を可能にし得ることを当業者は理解されたい。各専用通信リンクは、１つのみのユーザモジュールにサービングし得るため、安全な通信チャネルとして動作し得る。そのような光リンクに基づく通信プロトコルでは、例えば、専用データパケット、安全なトランザクション、又は単一のユーザ局、例えば、ユーザモジュール１２０に専用の任意の他の安全な通信を使用することにより、安全な通信を可能にし得ることが明らかであるはずである。
【００４０】
本発明の実施形態が、可視光源２０３がオンになり得る実質的に短い位置合わせ時間以外は不可視である無線通信リンクを提供し得ることにより、加えて、本明細書の実施形態に説明されるように光放射が比較的狭いことにより、安全性の高い通信が実現可能であり得る。
【００４１】
図２の例示的な図では、４つのユーザモジュールが示されるが、本発明がこれに限定されず、本発明の実施形態によれば、システム２００が任意の適した数のユーザモジュールを含み得ることを当業者は理解されたい。
【００４２】
図２の例示的な図では、光モジュール２１１は、光を複数のユーザモジュールに向けるマルチミラー要素を含み得るが、本発明がこれに限定されず、本発明の他の実施形態によれば、光モジュール２１１が、例えば、図６〜図１１に提示されるような任意の適した光学要素又は装置を含み得ることを当業者は理解されたい。
【００４３】
図２は、本明細書に説明される本発明を実施又は実行し得る１つのみの例示的なシステムを表すが、本発明の範囲はこれに限定されないことを当業者はさらに理解されたい。本発明を実行し得る他のシステム又は実施態様を使用してもよい。例えば、サーキュレータ、スプリッタ、ピッグテールファイバ等の様々な光モジュール及び／又は構成要素を使用する他の光システムを使用し得る。本発明の実施形態をすべて実施し得るいくつかの例示的なシステムを図６〜図１１を参照して説明する。
【００４４】
これより、本発明の実施形態による例示的なユーザモジュールの図である図３を参照する。本発明はこれに限定されないが、ユーザモジュール３００は、図２のユーザモジュール２２０〜２２３又は図１のモジュール１２０〜１２２の任意の１つであり得、又はそのような任意の１つの機能を実行し得る。
【００４５】
本発明の実施形態によれば、ユーザモジュール３００は、中央局から来る光を検出し、本発明の実施形態により説明されるように、光線を中央局、例えば、図２の中央局２１０又は図１の中央局１１０に向けることができる。本発明はこれに限定されないが、ユーザモジュール３００の構成要素は、１つ又は複数のモジュール又はユニット、例えば、送受信器及び光モジュール、例えば、図１の送受信器１２７及び図１の光モジュール１２６内に含めることができる。簡潔にするために図３に示されていないが、他の構成要素、要素、又は装置、例えば、図１に提示される要素をユーザモジュール３００に含めることができる。例えば、ユーザモジュール３００は、示されていないが、プロセッサ、メモリ、及び通信モジュールを含み得る。
【００４６】
ユーザモジュール３００は、不可視光源３１０、例えば、赤外線レーザダイオードと、光検出器３１２とを含み得る。ユーザモジュール３００は、可視光源３２０、例えば、赤色レーザダイオードと、対物レンズ３２１とを含み得、本明細書ではこれらは一緒に「可視光源」３０５と呼ばれる。
【００４７】
本発明の実施形態によれば、中央局から発せられる光は、光検出器３１２に厳密に合焦し得る。光検出器３１２の開口部は、平坦窓３６０で覆うことができ、平坦窓３６０は、ガラス、プラスチック等の透明又は部分的に透明な材料で作ることができる。窓３６０は、不可視光源３１０の光軸に略垂直に位置決めすることができ、中央局から来る可視光の部分を中央局に向けて反射するか、又は可視光源３２０から発せられた可視光を中央局に向けて透過して、ユーザモジュール３００と中央局とを位置合わせし得る。透明窓は、ユーザユニットから発せられた光の光軸に略垂直に位置決めし得るため、透明窓上に明らかな光スポットを形成することが可能であり得る。中央局から来る可視光の部分を反射し得る実施形態では、窓３６０は、不可視光を透過し、可視光を主に反射して、位置合わせ手順及び中央局とユーザモジュール３００との通信の両方を可能にするように特に設計し得る。
【００４８】
いくつかの実施形態によれば、位置合わせは、中央ユニットで１つの可視光のみを使用し、ユーザユニットにおいて選択的反射ミラーを使用することによって行い得る。中央ユニットの可視光源から発せられる可視光がオンになる場合、光線は、選択的反射ミラー、すなわち、不可視光を透過し、可視光を完全に反射するミラーに衝突し得、粗い位置合わせを中央ユニットとユーザユニットとの間で達成し得るように、中央ユニット窓に跳ね返り、すなわち、反射し得る。
【００４９】
再び図２を参照すると、位置合わせ手順中、可視放射及び不可視放射の両方を含む中央局２１０から発せられたコリメートされたビームは、例えば、マルチミラー要素２０８によりいくつかのサブビームに分割することができ、各サブビームは、送受信器２１２から発せられるコリメートされたビームの部分を構成する。各サブビームは異なる方向を有し、室内の異なる位置をカバーする。各サブビームは、配向要素、例えば、図２のミラーセルから送ることができる。各配向要素は、本明細書では「中央局窓」とも呼ばれる、図３では番号３７０で示される窓３７０に結合、接続、又は取り付けることができる。窓３７０は、窓３７０上に位置合わせマーク３７１、例えば、クレスト画像を有して、位置合わせ手順においてユーザを案内し得る。
【００５０】
図３に示されるように、位置合わせマーク３７１は、例えば、円を４つの等しい部分に分ける２つの直交する線であり得る。いくつかの実施形態では、窓３７０は位置合わせ手順においてユーザを案内する開口部又は穴を有し得る。他の位置合わせマークを使用してもよい。
【００５１】
中央局２１０からのサブビームは、空間中の要素又は表面上、例えば、室内の作業テーブル又は机の表面上に複数の明らかな光スポットを形成し得る。本発明の実施形態によれば、各サブビームは、中央局２１０から中央局窓３７０を介して伝播する場合、中央局窓３７０の表面上に第１の明らかな光スポット３７２を形成し得る。いくつかの実施形態によれば、中央局窓３７０の表面上の第２の明らかな光スポット３７３を、ユーザ窓３６０から反射される光で形成し得る。他の実施形態によれば、第２の明らかな光スポット３７３は、可視光源３２０から発せられる光で形成し得る。２つの光スポット３７２及び３７３の位置は、重なるまで調整又は変更し得る。光スポット３７２及び３７３が重なる場合、すなわち、窓３７０上の同じ位置に配置される場合、通信リンクを形成し得る。ユーザユニットに結合又は取り付けられた位置決めユニットが、第１の光スポット３７２と第２の光スポット３７３とが透明窓３７０上で重なるまで、ユーザユニットの位置を調整し得る。
【００５２】
位置合わせプロセス中、ユーザモジュール、例えば、ユーザモジュール２２０は、可視光スポットが中央局２１０から来る光で形成される特定の位置に位置決めし得る。次に、中央局窓３７０上の可視スポット３７２及び３７３の両方を位置合わせし得るように、ユーザモジュールと中央局とを最良に位置合わせする特定の角度方向にユーザモジュールを移動させ得る。位置合わせプロセスは、ユーザ又はシステム管理者により手動で実行してもよく、人間の介入なく自動的に実行してもよく、又は半自動的に実行してもよく、例えば、ユーザモジュール３００を手動で移動することができる間、可視光源を自動的にオンにしてもよい。
【００５３】
本発明の実施形態はこれに限定されないが、各サブビームにより空間内の表面及び中央局窓３７０に形成される可視光スポットは、人間の目で観察可能な可視スポットであり得る。可視スポットは、可視光源２０３に従って特定の色等の特徴を有し得、例えば、赤色レーザダイオードが使用されている場合、赤色光スポットを観察することができるが、赤色光以外の任意の可視光を使用し得る。
【００５４】
これより、本発明の実施形態による屋内無線光システムを粗く位置合わせする方法のフローチャートである図４を参照する。この方法の動作は、例えば、図１のシステム１００を使用して、システム１００内の要素のうちの１つ又は複数により、すなわち、ユーザモジュール１２０〜１２２、中央局１１０により、且つ／又は他の適したユニット、装置、及び／又はシステムにより実施し得る。
【００５５】
ボックス４１０に示されるように、方法は、中央局の可視光源をオンにするか、又は動作させることを含み得る。これは、人間により手動で、又は機械、プロセッサ、若しくはシステムにより自動的に実行し得る。いくつかの実施形態によれば、不可視光を、可視光のオンと同時に、可視のオンよりも前に、又は可視光をオンにする前後の任意の他の時間にオンにして、データ転送を可能にし得る。可視光源がオンになると、図２のマルチミラー要素２０８又は任意の他の光分割要素の使用により、例えば、空間内、室内、又はエリア内の複数の位置で複数の可視光スポットを観察し得る。
【００５６】
ボックス４２０に示されるように、方法は、任意選択的に、ユーザモジュールの位置又はユーザモジュールが将来に配置され得るポイント、表面、若しくは位置を指すように中央局を向けることを含み得る。この任意選択的な動作は、中央局が、例えば、位置の移動、傾斜、又は変更が可能なコリメータ、ノズル、又は他の要素等の要素を含み得る実施形態で実行し得る。ボックス４１０で示される中央局の可視光源をオンにするか、又は動作させる前にこの動作を実行してもよいことを当業者は理解されたい。
【００５７】
ボックス４３０に示されるように、方法は、光スポットが観察される場所にユーザモジュールを位置決めすることを含み得る。中央局から発せられたビームにより形成される光スポットは、テーブル、壁等の室内の適した表面上に配置し得る。ユーザモジュールは、中央局からの光がユーザ窓、例えば、図３のユーザモジュール３００の窓３６０に向けられるように配置すべきである。
【００５８】
ボックス４４０に示されるように、方法は、ユーザモジュールの可視光源をオンにするか、又は動作させて、中央局へのユーザモジュールの位置合わせに可視放射を使用することを含み得る。ユーザモジュールの可視光源の動作は、人間が手動で実行してもよく、又は機械、プロセッサ、若しくはシステムにより自動的に実行してもよい。この動作は、位置合わせ手順がユーザモジュールから発せられる可視光の使用を含む実施形態で使用し得る任意選択的な動作であることを理解されたい。位置合わせ手順が中央局から発せられる光の反射の使用を含む実施形態では、この動作を使用してなくもよい。
【００５９】
ボックス４５０に示されるように、方法は、中央局から発せられた可視光と、ユーザモジュールから発せられた可視光又はユーザモジュールから反射した可視光とが重なり、集まり、一致し、又は位置合わせされるように、ユーザモジュールの位置を調整し、変更し、修正し、整調し、又は移動させることを含み得る。本発明の実施形態によれば、ユーザモジュールは、中央局の位置合わせ窓、例えば、図３の窓３７０上の中央局から発せられる光により形成される光スポットと、中央局の位置合わせ窓上のユーザモジュールから発せられる光により形成される光スポットとが重なるように、調整し、回転させ、捻り得る。
【００６０】
ボックス４６０に示されるように、方法は、可視光スポットが位置合わせされたか否かをチェックすることを含み得る。第１の可視光スポットは、ユーザモジュールから発せられる光又はユーザモジュールから反射する光により形成され、第２の光スポットは、中央局から発せられる光により形成される。中央局の位置合わせ窓上の２つの可視光スポットが位置合わせされる場合、すなわち、１つのみの可視スポットを観察し得る場合、方法は、ボックス４７０に示されるように、粗い位置合わせを終了することができ、その一方で、中央局の位置合わせ窓上の２つの可視光スポットが位置合わせされない場合、すなわち、中央局の位置合わせ窓上に２つの可視光スポットがある場合、方法はボックス４５０に戻り、ユーザモジュールの位置を再び調整又は変更し得る。
【００６１】
本発明のいくつかの実施形態によれば、ユーザモジュール及び中央局の両方の可視光源をオフにする動作は、粗い位置合わせが達成された後に実行し得る。可視光源又はリンク全体のオフは、例えば、ユーザモジュールから縁部装置（ｅｄｇｅ ｄｅｖｉｃｅ）の切断を決定した場合、不正装置がユーザモジュールに接続しようとする場合等の他の状況で実行してもよい。いくつかの実施形態では、縁部装置がユーザモジュールから切断される瞬間、節電のために、すべての光源をオフにし、リンクをダウンさせ得る。可視光源をオフにする動作により、可視光源がオフになるとすぐに純粋に不可視になり得る通信リンクの節電並びに安全レベルの向上が可能であり得る。不可視光源は、位置合わせ時の開始時にオンにして、通信リンクを可能にし得る。通信リンクの品質は、中央局及びユーザモジュール内の光検出器、例えば、光検出器２０４及び３１２により常時検知又は検出し得る。いくつかの実施形態によれば、通信リンクの品質の低下、例えば、特定の電力レベルの降下又は特定の事前定義される閾値への到達が検知される場合、可視光源をオンにして、位置合わせプロセスを再び実行することにより、ユーザモジュールと中央局とを再び位置合わせし得る。
【００６２】
他の動作又は動作セットを本発明の実施形態により使用し得ることを当業者は理解されたい。
本発明のいくつかの実施形態によれば、位置合わせプロセスは、ユーザモジュールから発せられる可視光を使用せずに実行し得る。そのような実施形態では、ユーザ窓は不可視光を透過し、可視光を主に反射するように特に設計し得るため、中央局から来る光の大半は、ユーザ窓、例えば、窓３６０を介してユーザモジュールの光検出器、例えば、図３の光検出器３１２に透過し、可視光の相対的に小さな部分が、その窓から中央局の窓、例えば、図３の中央局窓３７０に向かって反射し得る。反射光は、中央局の位置合わせ窓の表面上に可視光スポットを生成し得る。ユーザモジュールの位置は、２つの可視光スポットが中央局窓上に現れるまで、特定の角度方向に修正又は変更し得る。次に、２つのスポットが重なるまでユーザモジュールを調整し得る。１つの結合したスポットが中央局窓内に現れた場合、おおまかな又は粗い位置合わせが達成される。
【００６３】
そのような実施形態では、２つの光スポットが中央局の窓上、例えば、中央局窓３７０で観察し得、一方のスポット、例えば、図３のスポット３７２は、中央局から離れてユーザモジュールに向かう方向で中央局窓を照明し、第２のスポット、例えば、図３のスポット３７３は、ユーザ窓から反射されるか、又はユーザモジュールの可視光源から来る光で形成される。ユーザ窓から反射されるか、又はユーザモジュールから発せられた光スポットが、中央局窓上の円内、クレスト内、又は他のマーク内に現れ、中央局窓上で第１のスポット（中央局から発せられる）に重なった場合、おおまかな又は粗い位置合わせが達成されたと見なし得る。
【００６４】
本発明の実施形態によれば、細かい位置合わせは、両光スポットを中央局窓３７０の中心に持って行くことにより達成し得る。細かい位置合わせを実行して、両光スポットを中央局窓３７０の中心に持って行くことにより、中央局及びユーザユニットは位置合わせされたと見なし得る。
【００６５】
これより、本発明の実施形態による屋内無線光システムを細かく位置合わせする方法のフローチャートである図５を参照する。方法の動作は、例えば、図１のシステム１００を使用して、システム１００内の要素の１つ又は複数、すなわち、ユーザモジュール１２０〜１２２、中央局１１０により、且つ／又は他の適したユニット、装置、及び／又はシステムにより実施し得る。
【００６６】
ボックス５１０に示されるように、方法は、ユーザモジュールに結合又は接続された、電力メータ等の電力検出器又は電力センサを動作させることを含み得る。電力メータは、ユーザモジュールの光検出器、例えば、図３の光検出器３１２に接続し得る光電力メータであり得る。他の電力検出器、例えば、ユーザモジュール又は任意の他の電力検出器に接続されたコンピュータにより動作するデジタル電力検出器を使用してもよい。
【００６７】
ボックス５２０に示されるように、方法は、ユーザモジュールの光検出器により、例えば、図３の光検出器３１２により検出又は検知された放射の電力を測定することを含み得る。光検出器３１２は、中央ユニットの不可視光源から発せられる光の電力を測定し得る。本発明の実施形態によれば、方法は、中央局から発せられる不可視放射及び／又は可視放射を監視し、ユーザモジュールの光検出器に到達する放射の検出される電力を測定することを含み得る。他の実施形態は、追加又は代替として、中央局の光検出器により、例えば、図２の光検出器２０４により検出又は検知される放射の電力を測定することを含み得る。
【００６８】
ボックス５３０に示されるように、方法は、例えば、電力検出器で測定し得るユーザモジュールの光検出器に到達する放射の電力を最大化するように、ユーザユニットに結合された位置決めユニットにより、ユーザモジュールの位置の調整、移動、修正、又は変更を行うことを含み得る。ユーザモジュールは、ユーザモジュールに到達する光線の電力を最大化し得るように、手動又は自動で位置の傾斜、移動、調整、整調、又は他の様式での変更を行い得る。
【００６９】
本発明の実施形態によれば、ユーザモジュールは、ねじ等の角度位置合わせ手段を含み得、それにより、ユーザモジュールは角度方向、例えば、Ｑｘ、Ｑｙ、及びＱｚ角度において調整することができる。ユーザモジュールは、追加又は代替として、水平方向及び垂直方向に沿って移動させて、好ましい位置、すなわち、最大電力が検出される位置を見つけ得る。本発明の実施形態によれば、ユーザモジュールは位置決めユニットを含み得、位置決めユニットは、例えば、最大電力が検出されるまで、中央ユニットに対してユーザユニットの空間的位置を調整し得る。位置決めユニットは、ユーザユニットに結合してもよく、取り付けてもよく、又はユーザユニット内に埋め込んでもよい。
【００７０】
ボックス５４０に示されるように、方法は、最適な位置合わせを達成するために、最大電力に達し、最大電力が検出されたか否かをチェックすることを含み得る。電力のピークに達し、ピークが測定された場合、方法は、ボックス５５０に示されるように、ユーザモジュールを現在位置にロックし、且つ／又は固定して、達成された最適な位置合わせを維持することを含み得る。電力のピークに達していない場合、方法は、ボックス５３０に戻ることにより示されるように、ユーザモジュール位置のさらなる調節を含み得る。電力測定に続くユーザモジュール位置のさらなる調整は、ボックス５４０に示されるように、最大電力を検出することができるまで、定期的に実行し得る。
【００７１】
他の動作又は動作セットを本発明の実施形態により使用し得ることを当業者は理解されたい。
本発明のいくつかの実施形態によれば、最適な位置合わせは、中央局及びユーザモジュールのうちの一方又は両方での最大の不可視光信号を検出することにより、例えば、ユーザモジュール及び中央局の両方で不可視光信号を検出し測定することにより、制御し達成し得る。
【００７２】
本発明のいくつかの実施形態では、ユーザモジュール、例えば、図１のユーザモジュール１２０及び中央局、例えば、図１の中央局１１０は、細かい位置合わせ手順を簡易化し自動化する光フィードバック制御を含み得る。フィードバック制御は、プロセッサ、例えば、図１の通信ユニット１１４、プロセッサ１１３、又はプロセッサ１２３により実施することができ、プロセッサは、光検出器に結合された電力メータにより測定される、ユーザ光検出器が受信する不可視放射信号の測定電力に関する入力データを受信し得る。微調整は、送信中、ユーザモジュールの光検出器で検出される不可視光信号の電力に基づいて更新し得る。ユーザモジュールの光検出器は電力メータに接続又は結合することができ、電力メータは、受信された不可視光の電力を検出し測定し得る。
【００７３】
位置合わせの微調整は、機械的手段により、例えば、ユーザモジュールの位置を手動で、例えば、Ｑｘ、Ｑｙ、及びＱｚの各方向でユーザモジュールの角度位置を変更する２つのねじを有するホルダにより実行してもよく、又は自動的に、例えば、図１１に関して説明される１つ又は複数のミラーにより実行してもよい。
【００７４】
光信号フィードバックループと共に、ユーザモジュールの三次元位置又は水平、垂直、及び／又は角度位置の自動調整により、通信セッション中にユーザ位置のオンライン監視を行い、位置合わせの瞬時のオンライン補正及び更新を行うことができ得る。そのような実施形態は、通信セッション中に室内又は空間内のあちこちをユーザが移動する柔軟性を拡張し得る。システムは、ユーザ位置を追跡し、位置合わせを更新して、中央局との接続を中断しないスムーズな通信を保証する。
【００７５】
いくつかの実施形態では、電力を測定することによりリンク品質を追跡する能力を使用して、光源の放射レベルを調整し得る。例えば、リンク品質が最大であるが、通信セッションがそのように高い電力リンクを必要としない場合、例えば、データ転送速度が最大速度よりも低い場合、ユーザモジュール及び中央局の光源からの放射の電力を低めて、節電することができる。
【００７６】
図６〜図１１は、異なる光システム、要素、モジュール、構成要素等により本明細書に記載される本発明を実施又は実行し得る例示的なシステムである。図６〜図１１が、本明細書に記載される本発明を実施又は実行し得る単に例示的なシステムを表し、本発明の範囲がこの点において限定されないことを当業者はさらに理解されたい。
【００７７】
これより、本発明の実施形態による別の例示的な屋内無線光システムである図６を参照する。光無線システム６００は、例えば、図１の光システム１００であることができ、中央局６１０と、複数のユーザモジュール６２０、６２１、６２２、６２３、及び６２４とを含み得る。中央局６１０は、送受信器６１２と、光モジュール６１１とを含み得、光モジュール６１１は光線又は光放射を送受信器６１２からユーザモジュール６２０〜６２４に向け、及びユーザモジュール６２０〜６２４から送受信器６１２に向けることができる。他の構成要素、要素、又は装置、例えば、図１に提示される要素は、簡潔にするために示されていないが、システム６００に含めることができる。例えば、中央局６１０は、示されていないが、プロセッサ、メモリ、及び通信モジュールを含み得る。
【００７８】
送受信器６１２は、図２に提示される送受信器２１２と同様であり得、可視光源６０２と、対物レンズ６３２と、不可視光源６０３と、対物レンズ６３３と、光検出器又は光センサ６０４と、対物レンズ６３４とを含み得る。可視光源６０２及び対物レンズ６３２は、不可視光源６０３及び対物レンズ６３３と共に、ユーザモジュール６２０〜６２４に向けて光を送るために使用し得、本明細書では「送信器」とも呼ばれる。光センサ６０４及び対物レンズ６３４は、ユーザモジュール６２０〜６２４から受け取った光を検出するために使用し得、本明細書では「受信器」とも呼ばれる。
【００７９】
光モジュール６１１は、例えば、ファイバスプリッタ等の光導体６０７を含み得、光導体６０７は、可視光源６０２及び不可視光源６０３から来る光放射を分割するために使用し得る。光導体６０７は、ファイバ６５５の束、群、又は房を介して複数のコリメータ６０８、例えば、ファイバコリメータに接続し得る。各コリメータ６０８は、窓６５６を含み得る対物レンズを含み得るか、又はそのような対物レンズに取り付け得る。窓６５６は図３の中央局窓３７０と同様である。各コリメータ６０８は、室内、空間内、又はエリア内の広域をカバー可能な可変Ｑｘ、Ｑｙ、及びＱｚ角度位置を含み得る。図４及び図５に関して説明した位置合わせ手順と同様の位置合わせプロセスを、各コリメータ６０８とユーザモジュール６２０〜６２４の１つとの間で実行し得る。
【００８０】
本発明のいくつかの実施形態によれば、他のシステムトポロジを適用してもよく、例えば、中央局６１０は、１つ又は複数の部屋又は空間の外部に配置された廊下等の外部中央位置に配置してもよい。各コリメータ６０８は、コリメータを所要位置に配置するのに十分に長いファイバ、ケーブル、又はワイヤを使用することにより任意の部屋又は空間内に配置し得る。任意の他の光学手段、要素、又は装置を使用してもよい。
【００８１】
本発明のいくつかの実施形態によれば、各ユーザモジュールは、ローカルスイッチとして使用することができ、すなわち、ユーザモジュールが、他のユーザの他のコンピュータを接続し得るスイッチを含む場合、コリメータとユーザモジュールとの間の単一の通信リンクを他のユーザが使用し得る。そのようなスイッチを使用することにより、各ユーザモジュール６２０〜６２４は複数のユーザにサービングし得る。
【００８２】
これより、本発明の実施形態による別の例示的な屋内無線光システムを示す図７を参照する。光システム７００は、中央局７１０と、複数のユーザモジュール、例えば、ユーザモジュール７７１及びユーザモジュール７７２とを含み得る。中央局７１０は、送信器としての不可視光源７０３と、受信器としての光検出器７０４と、可視光源７０２とを含み得る。各ユーザモジュール７７１及び７７２は、送信器としての不可視光源７８８と、受信器としての光検出器７８２とを含み得る。いくつかの実施形態によれば、各ユーザモジュール７７１及び７７２は、可視光源（図示せず）をさらに含み得る。
【００８３】
中央局７１０の不可視光源７０３は、第１の波長、例えば、１５５０ｎｍの波長で光を発することができ、ユーザモジュール７７２の不可視光源７８８は、中央局７１０から発せられる波長とは異なる第２の波長、例えば、１４９０ｎｍの波長で光を発することができる。したがって、光検出器７０４は、ユーザモジュールから送られる光、例えば、１４９０ｎｍの波長の光を検出するように構成することができ、光検出器７８２は、中央局７１０から送られる光、例えば、１５５０ｎｍの波長の光を検出するように構成し得る。
【００８４】
中央局７１０は、複数のポートを有する光サーキュレータ７０６、例えば、ファイバサーキュレータをさらに含み得る。サーキュレータ７０６は、サーキュレータ７０６のポート１を介して不可視光源７０３に接続し得、フィルタ７２２及びサーキュレータのポート３を介して光検出器７０４に接続し得る。光は、サーキュレータ７０６のポート１を介して入った場合、サーキュレータ７０６のポート２を介して出る一方で、サーキュレータ７０６のポート２を介して入った場合、サーキュレータ７０６のポート３を介して出る。フィルタ７２２は、特定の波長の寄生反射損失が光検出器７０４に入らないようにし得る。そのようなフィルタは、ユーザモジュールから来る信号を分割し、所望の波長の信号のみが光検出器７０４に到達できるようにし得る。例えば、ユーザモジュール７７２から発せられた光を２つの波長：第１の波長は１４９０ｎｍ、第２の波長は１５５０ｎｍに分割することにより、所望の波長、例えば、１４９０ｎｍの純粋な信号のみが光検出器７０４に届き得る。
【００８５】
各ユーザモジュール７７２、７７１は、光サーキュレータ７８１、例えば、ファイバサーキュレータを含み得、光サーキュレータ７８１は、サーキュレータ７８１のポート１を介して不可視光源７８８に接続され、フィルタ７８３及びサーキュレータ７８１のポート３を介して光検出器７８２に接続される。光は、ポート１を介して光サーキュレータ７８１に入った場合、ポート２を介して出、ポート２を介して光サーキュレータ７８１に入った場合、ポート３を介して出る。フィルタ７８１は、特定の波長の寄生反射損失が光検出器７８２に入らないようにし得る。そのようなフィルタは、中央局７１０から来る信号を分割し、所望の波長信号のみが光検出器７８２に到達するようにし得る。例えば、中央局７１０から発せられた光を２つの波長：第１の波長は１４９０ｎｍ、第２の波長は１５５０ｎｍに分割することにより、所望の波長、例えば、１４９０ｎｍの純粋な信号のみが光検出器７８２に届き得る。
【００８６】
中央局７１０からユーザモジュール、例えば、ユーザモジュール７７１にデータを転送する場合、不可視源７０３からの光は、ポート１を介して光サーキュレータ７０６に入り、ポート２を介してスプリッタ７０７に送り得る。スプリッタ７０７は、例えば、ワイヤ、例えば、ファイバ７６６の束に接続し得るファイバスプリッタであり得る。スプリッタ７０７の各出力は、対応する対物レンズモジュール７２０に結合し得、対応する対物レンズモジュール７２０は、不可視光源７０３から発せられた不可視光を、可視光源７０２から発せられた可視光に結合し得る。ユーザモジュール（７７１又は７７２）と中央局７１０との間に通信リンクを確立するために、各ユーザモジュールを対応する対物レンズモジュール７２０と位置合わせし得る。ユーザモジュールから反射した可視光又はユーザモジュール内の可視光源から発せられた可視光により、簡単で高速の位置合わせプロセスを可能にし得る。本発明の実施形態に提示される位置合わせプロセス後、ユーザモジュール７７１と中央局７１０とが位置合わせされると、光線の不可視部分（例えば、１５５０ｎｍ）を、ユーザサーキュレータ７８１のポート３を介してユーザフィルタ７８３を通してユーザ光検出器７８２に転送し得る。
【００８７】
各対物レンズモジュール７２０は、１つ又は複数の波長のコリメータ、例えば、二波長コリメータを含み得、コリメータは、不可視光源７０３からの光及び可視光源７０２からの可視光をコリメートし得る。本発明のいくつかの実施形態によれば、各ユーザモジュールは、不可視波長コリメータを有する対物レンズモジュール７８０を含み得る。この場合、二波長コリメータは必要ない。ユーザ対物レンズモジュール７８０は、可視光の部分を対応する対物レンズモジュール７２０に向けて反射して、ユーザモジュール７７１と中央局７１０との位置合わせを可能にし得る。
【００８８】
本発明の実施形態による中央局の二波長対物レンズモジュールを示す図７Ａをさらに参照する。二波長対物レンズモジュール７２０は、図７の対物レンズモジュール７２０のそれぞれ１つの詳細図である。対物レンズモジュール７２０は、不可視光及び可視光の両方、例えば、赤外線光及び赤色光の両方のコリメートに使用し得る。対物レンズモジュール７２０は、窓７２１と、コリメートレンズ７３２と、不可視光源、例えば、図７の不可視光源７０３からの光を、可視光源、例えば、図７の可視光源７０２からの可視光に結合する光学手段とを含み得る。対物レンズモジュール７２０は、Ｑｘ、Ｑｙ、及びＱｚ角を調整し、出力コリメートビームをユーザモジュールの１つ、例えば、図７のユーザモジュール７７２及び７７１に向ける機械的角度位置合わせ手段を有し得る。窓７２１は、図３の窓３７０と同様であることができ、窓上７２１に位置合わせ手順を支援する位置合わせマークを有し得る。窓７２１上の位置合わせマークは、任意のマーク、符号、又は表示であり得、例えば、円を４つの等しい部分に分ける２つの直交する線又は任意の他のマーク若しくは表示であり得る。
【００８９】
再び図７を参照すると、本発明の実施形態では、中央局７１０から１つ又は複数のユーザモジュール７７２及び７７１に転送するために利用される光とは異なる波長の光を利用することにより、ユーザモジュール７７２（又は７７１）からのデータを中央局７１０に転送することが可能であり得、例えば、１４９０ｎｍの波長を、ユーザモジュール７７２（又は７７１）から中央局７１０へのデータ転送に使用し得る一方で、１５５０ｎｍの波長を中央局７１０からユーザモジュール７７２（又は７７１）へのデータ転送に使用し得る。
【００９０】
ユーザモジュール７７２の不可視光源７８８から送られる光は、サーキュレータ７８１のポート１に入り、ポート２からサーキュレータ７８１を出て、ユーザ対物モジュール７８０に向かい得る。光は、中央局７１０の対物レンズモジュール７２０により束７６６内の対応するファイバに入り、サーキュレータ７０６のポート２に入り得る。光は、ポート３を介して光検出器７０４に転送される。そのようなセットアップを使用して、中央局７１０と各ユーザモジュール７７１、７７２との双方向接続が可能である。さらに、中央局７１０とユーザモジュールとの最良の位置合わせ条件が、ユーザモジュールの１つ、例えば、ユーザモジュール７７１と中央局７１０との最適な位置合わせを調整することにより自動的に生じ得、これは他のすべてのユーザモジュール、例えば、ユーザモジュール７７２にも同時に適用される。
【００９１】
本発明の他の実施形態は、例えば、ギガビットＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）受動光ネットワーク（ＧＥＰＯＮ）双方向送受信器に基づく中央局７１０及びユーザモジュール構造を利用する他の選択肢を含み得る。任意の他の利用選択肢を使用してもよい。
【００９２】
本発明の実施形態による双方向ＩＷＯＬシステムを示す図８Ａ及び図８Ｂをこれより参照する。図８Ａは、本発明の実施形態による双方向ＩＷＯＬシステムを示し、図８Ｂは、本発明の実施形態による双方向ＩＷＯＬシステムの送受信器を示す。送受信器は、受信器として動作する光検出器と、送信器として動作する不可視光源とを１つのモジュールに統合する。図８Ａは、中央局８００と、複数のユーザモジュール８０５のうちの例示的な１つとを示す。各ユーザモジュール８０５は、ユーザ送受信器８２０と、ユーザ光モジュール８７０とを含み得る。光モジュール８７０は、図３の窓３６０と同様であることができ、透明窓８７２を含み得、透明窓８７２は、いくつかの実施形態では、中央局８００から来る可視光を反射し得、又はいくつかの他の実施形態では、ユーザモジュール８０５内の可視光源から来る可視光を透過し得る。光モジュール８７０は、複数の対物レンズモジュール８７１を含み得、各対物レンズモジュール８７１は、窓８７２を含むか、又は窓８７２に結合して、本発明の実施形態に提示されるような位置合わせプロセスを可能にし得る。
【００９３】
中央局８００は、送受信器８１０と、可視波長、例えば、６５０ｎｍで放射し得る可視光源８４０と、可視光源８４０から発せられる可視光と送受信器８１０から発せられる不可視光線とを結合するビーム結合器８３０と、結合器８３０から来る結合ビームを分割するビームスプリッタ８５０と、光ファイバ等の光ワイヤ８５５の束を介してスプリッタ８５０に結合された光モジュール８６０とを含み得る。光モジュール８６０は、それぞれが各ファイバに結合されてサブビームをコリメートする複数の対物レンズモジュール８６１を含み得る。モジュール８６１の数は、スプリッタ８５０の出力チャネルの数に等しくし得る。各対物レンズモジュール８６１は、窓８６２を含むか、又は窓８６２に結合し得、本発明の実施形態に提示されるような位置合わせプロセスを可能にし得る。
【００９４】
図８Ｂは、本発明の実施形態による双方向ＩＷＯＬシステムの送受信器を示す。送受信器８８０は、図８Ａの中央局８００の送受信器８１０又は図８Ａのユーザモジュール８０５の送受信器８２０であり得る。送受信器８８０は、不可視光放射を発する不可視光源モジュール８１１と、特定の波長の光を検出するように構成されたフォトダイオード等の光検出器又は光センサ８１４とを含み得る。光検出器８１４は、トランスインピーダンス増幅器モジュールを含むか、又はトランスインピーダンス増幅器モジュールに結合し得る。送受信器８８０は、不可視光源８１１からの反射光を遮断するアイソレータ８１２と、例えば、送受信器８８０から発せられたビームを透過し、送受信器８８０に到達するビームを反射し、光センサ８１４に向けるように構成された波長分割多重（ＷＤＭ）フィルタ等の光フィルタ８１３とをさらに含み得る。
【００９５】
例示的な送受信器８８０は、中央局送受信器８１０であり得る。そのような例示的な送受信器では、不可視光源モジュール８１１は、例えば、１３１０ｎｍの波長の光を発し得、光検出器８１４は、異なる波長、例えば、１４９０ｎｍの光を検出するように構成し得る。光フィルタ８１３は、不可視光源８１１から発せられた波長１３１０ｎｍの光を透過し、例えば、１４９０ｎｍの波長でユーザモジュール、例えば、ユーザモジュール８０５から発せられる光線を反射し、光検出器８１４に向けるように構成し得る。
【００９６】
別の例示的な送受信器８８０は、ユーザモジュール送受信器８２０であり得る。そのような例示的な送受信器では、不可視光源モジュール８１１は、例えば、１４９０ｎｍの波長で光を発し得、光検出器８１４は、異なる波長、例えば、１３１０ｎｍの光を検出するように構成し得る。光フィルタ８１３は、不可視光源８１１から発せられた波長１４９０ｎｍの光を透過し、例えば、１３１０ｎｍの波長で中央局、例えば、中央局８００から発せられる光線を反射し、光検出器８１４に向けるように構成し得る。
【００９７】
いくつかの実施形態によれば、送信に使用される第１の波長の光及び受信に使用される第２の波長の光が両方とも同じ光学要素を伝播する場合、これらの光学要素の反射防止（ＡＲ）コーティングは、両波長をカバーする広い帯域幅のものを選択し得る。
【００９８】
図８Ａに示されるように、送受信器８１０の不可視光源から発せられるビームは、可視光源８４０からの可視光線、例えば、波長６５０ｎｍで発せられる赤色光線と混合し得る。可視光は位置合わせ目的で使用し得、結合器８３０により不可視光に結合し得る。結合二波長放射をスプリッタ８５０に結合し得る。光モジュール８６０は複数の対物レンズ８６１からなり得る。各光モジュール８６０は、所望のユーザ送受信器モジュールに向けられるようにする機械的角度位置合わせ手段を有し得る。
【００９９】
本発明の実施形態による位置合わせプロセス中の中央局及びユーザモジュールの要素を示す図９を参照する。本発明の実施形態によれば、中央局対物レンズモジュール９６１は、例えば、図８Ａの対物レンズモジュール８６１であることができ、コリメートレンズ９１２と、窓９１３とを含み得る。ユーザ局対物レンズモジュール９６２は、例えば、図８Ａの対物レンズモジュール８７１であることができ、コリメートレンズ９１４と、窓９１５とを含み得る。対物レンズモジュール９６１は、２つ以上の波長の光を操作するように特に構成することができ、例えば、デュアルバンドコリメータ又はマルチバンドコリメータであり得る。例えば、対物レンズモジュール９６１は３つの波長を操作し得る：１３１０ｎｍ、１４９０ｎｍ、及び６５０ｎｍ。対物レンズモジュール９６１は、スプリッタ、例えば、図８Ａのスプリッタ８５０から対応する光学手段を介して、例えば、ワイヤ又はファイバを介してサブビームを受け取り得る。対物レンズモジュール９６１は、不可視光を分け、可視光及び不可視光の両方を位置合わせプロセスのためにコリメートし得る。対物レンズモジュール９６１の一利点は、１つの波長構造を使用することで、同じ対物レンズを通して複数の波長、例えば、１３１０ｎｍ、６５０ｎｍ、及び１４９０ｎｍの波長を一緒に達成可能にし得ることである。対物モジュール９６１及び／又はコリメートレンズ９１４及び／又はコリメートレンズ９１２が２つ以上の波長を有する光をコリメートするマルチバンドコリメータ又は任意の他のマルチバンドコリメート要素であり得ることを当業者は理解されたい。
【０１００】
要素の設計、例えば、ワイヤ端部９１１とレンズ９１２との距離は、両方の不可視ビーム、例えば、１３１０ｎｍ及び１４９０ｎｍの光を分けることができながら、可視出力ビームをコリメートし得るように決定し得る。コリメートされた可視光線は、中央局の送受信器、例えば、図８Ａの送受信器８１０をユーザモジュールの送受信器、例えば、図８Ａの送受信器８２０に位置合わせするために使用し得る。
【０１０１】
不可視ビームを分けることを使用する中央局及びユーザ受信器の両方での結合効率は、角度位置合わせ感度を０．０５度から０．５度に実質的に低減しながら、例えば、約１０ｄＢだけ、コリメートされたビームを使用する場合よりも低減し得る。結合効率は、以下の式に基づいて算出し得、式中、Ｄ＿ｏｂｊはコリメータレンズの直径を表し、Ｄ＿ｓｐｏｔは受信コリメータでのビーム径を表す。
【０１０２】
結合効率＝１０＊Ｌｏｇ（Ｄ＿ｏｂｊ／Ｄ＿ｓｐｏｔ）２
ユーザモジュール、例えば、図８Ａの送受信器８２０から中央局、例えば、図８Ａの送受信器８１０にデータを交換するために、例えば、波長１４９０ｎｍのユーザモジュールから発せられる不可視光を対物レンズモジュール９６２によりコリメートし、次に、中央局の対物レンズモジュール９６１に入るまで、対物レンズモジュール９６２と対物レンズモジュール９６１との間の自由空間内を伝播する。次に、光線は対応するワイヤ又はファイバに結合し得、中央局送受信器、例えば、図８Ａの送受信器８１０に送られ得る。ユーザ送受信器からの光は、光検出器、例えば、図８Ｂの光検出器８１４に向け得る。そのようなセットアップを使用して、中央局と各ユーザモジュールとの双方向接続を達成し得る。さらに、中央局と各ユーザモジュールとの最良の位置合わせ条件が自動的に、ユーザモジュール送受信器と中央局との最良の位置合わせに、すべてのユーザモジュールで同時に繋がり得る。
【０１０３】
これより、本発明の実施形態による複数の可視光の位置合わせを示す図１０を参照する。本発明のいくつかの実施形態によれば、ユーザモジュールは、赤色レーザダイオード等の可視光源を含み得、可視光源は、他の実施形態に使用されるように中央局から来る可視光の反射を使用する代わりに、位置合わせ目的で使用される。中央局９１０及びユーザモジュール９０９の両方の可視光源を使用することにより、位置合わせプロセスを加速化し得る。図１０に示されるように、中央局９１０及びユーザモジュール９０９の両方が、赤色レーザダイオード等の可視光源と、赤外線レーザダイオード等の不可視光源とを含み得る。中央局９１０は、可視光源９２２と、不可視光源９２３とを含み得、ユーザモジュール９０９は可視光源９２４と、不可視光源９２５とを含み得る。例えば、中央局９１０は、波長６５０ｎｍで放射する赤色レーザダイオードと、波長１４９０ｎｍで放射する赤外線レーザダイオードとを含み得る。ユーザモジュール９０９は、波長６５０ｎｍで放射する赤色レーザダイオードと、波長１３１０ｎｍで放射する赤外線レーザダイオードとを含み得る。
【０１０４】
中央局９１０からの可視光は、ユーザモジュール９０９を、例えば、テーブル、壁、又は他の表面上の所望の場所に位置決めするために使用し得、この位置合わせは、本明細書では「粗い位置合わせ」又は「おおまかな位置合わせ」とも呼ばれる。ユーザモジュール９０９は、中央局９１０から発せられた可視光により形成される可視光スポットがユーザ窓１００３の中心に向けられるように配置し得る。ユーザモジュール９０９が、中央局９１０から発せられる可視光スポットに基づいて位置決めされた後、ユーザモジュール９０９から発せられた可視光を「細かい位置合わせ」に使用し得る。ユーザモジュール９０９から発せられた光は、中央局９１０の窓１００４の中心に向け得る。本発明の実施形態によれば、ユーザモジュール９０９から来る可視光を位置合わせの細かい調整にさらに使用し得る。ユーザモジュール９０９の位置は変更、修正、又は調整が可能であり、例えば、中央局の窓１００４上での２つの可視スポットの精密な重複を達成することにより、ユーザモジュール９０９の位置及び角度向きを手動又は自動で変更して、中央局９１０とユーザモジュール９０９との最大結合を達成し得る。第１の可視光スポットは、中央局９１０から発せられるビームにより生成し得、第２の可視光スポットはユーザモジュール９０９から発せられるビームにより生成し得る。追加又は代替として、位置決めは、任意の適した手段を使用して自動プロセスで実行し得る。
【０１０５】
本発明の実施形態によるユーザモジュールを示す図１１を参照する。ユーザモジュール１０００は、例えば、６５０ｎｍで放射する可視光源１００１、例えば、赤色レーザ源と、例えば、１３１０ｎｍで放射する不可視光源１００２、例えば、赤外線レーザ源と、コリメータ１００３と、ユーザ窓１００４と、２つの光学要素１００５及び１００６とを含み得る。光学要素１００５及び１００６は、例えば、ミラーであり得、中央局（図示せず）と位置合わせされるコリメートされた光線１００８の方向の自動調整に使用し得る。光学要素１００５及び１００６は、光学要素１００５及び１００６の角度位置の変更、調整、又は傾斜により実行し得る自動化された、すなわち自動的な微調整中に使用し得る。位置合わせプロセスは、本発明の実施形態に説明されるように、位置合わせの達成に可視光を使用し得、且つ／又は中央局から発せられる不可視放射及び／又は可視放射を検出し、監視し、測定し、ユーザモジュールの光検出器に到達する放射の検出電力を測定し、且つ／又はユーザモジュールから発せられる不可視放射及び／又は可視放射を測定し、中央局の光検出器に到達する放射の検出電力を測定することに不可視光を使用し得る。
【０１０６】
各光学要素１００５及び１００６は、角度方向の１つに沿って移動し得、例えば、要素１００５はＱｘに沿って移動し得る一方で、要素１００６はＱｙに沿って移動し得る。他の実施形態では、各光学要素１００５及び１００６は、空間内で任意の所望の方向に自在に移動し得る。光学要素１００５及び１００６は、任意の方法又は技術で実施されたミラー、例えば、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）、圧電ミラー等の任意の適した光学要素であり得る。他の実施形態によれば、他の数の光学要素を使用し得、例えば、１つの光学要素を使用し得る。１つのミラー要素は、Ｑｘ及びＱｙの両方又はＱｘ、Ｑｙ、及びＱｚに沿って角度移動し得る。任意の他の数のミラー又は任意の他の自動ミラー調整技術を使用してもよい。
【０１０７】
本発明のいくつかの実施形態又は本発明の実施形態の要素は、例えば、命令を記憶した非一時的な機械可読又はコンピュータ可読記憶媒体を含むか、又はそのような媒体である製品を使用して実施することができ、命令は、コンピュータで実行されると、本発明の実施形態による方法及び／又は動作をコンピュータに実行させる。コンピュータ可読記憶媒体は、機械（例えば、コンピュータ、モバイル装置、及び／又は他の適した機械）により実行されると、本発明の実施形態による方法及び／又は動作を機械に実行させる命令又は命令セットを記憶し得る。そのような機械は、例えば、任意の適した処理プラットフォーム、計算プラットフォーム、計算装置、処理装置、計算システム、処理システム、コンピュータ、プロセッサ等であり得、ハードウェア及び／又はソフトウェアの任意の適した組み合わせを使用して実施し得る。機械可読媒体又は製品は、例えば、任意の適した種類のメモリユニット、メモリ装置、メモリ製品、メモリ媒体、記憶装置、記憶製品、記憶媒体、及び／又は記憶ユニット、例えば、メモリ、リムーバブル若しくは非リムーバブル媒体、消去可能又は非消去可能媒体、書き込み可能若しくは非書き込み可能媒体、デジタル若しくはアナログ媒体、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、コンパクトディスク読み取り専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、追記型コンパクトディスク（ＣＤ−Ｒ）、書き換え可能コンパクトディスク（ＣＤ−ＲＷ）、光ディスク、磁気媒体、様々な種類のデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、テープ、又はカセット等を含み得る。命令は、任意の適した種類のコード、例えば、ソースコード、コンパイルコード、インタプリタコード、実行可能コード、静的コード、又は動的コード等を含み得、任意の適した高水準、低水準、オブジェクト指向、ビジュアル、コンパイル型、及び／又はインタプリタ型プログラミング言語、例えば、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｊａｖａ（登録商標）、ＢＡＳＩＣ、Ｐａｓｃａｌ、Ｆｏｒｔｒａｎ、Ｃｏｂｏｌ、アセンブリ言語、又は機械コード等を使用して実施し得る。
【０１０８】
本発明の特定の特徴を本明細書に示し説明したが、今、多くの変更、置換、変形、及び均等物を当業者は思いつくであろう。したがって、添付の特許請求の範囲が、本発明の真の趣旨内にあるそのようなすべての変形及び変更を包含することを意図されることを理解されたい。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
屋内無線光通信システムであって、
ユーザユニットと、
コリメートされた不可視光線を介して双方向光通信リンクを確立して、リモート通信装置と前記ユーザユニットとの間で無線通信の伝送を可能にするように構成された中央ユニットと
を備え、
前記ユーザユニットは、前記双方向光通信リンクを介して複数の光信号を送信する第１の光送信器と、前記双方向光通信リンクを介して前記中央ユニットから送信された複数の光信号を受信する第１の光受信器とを含み、
前記ユーザユニット及び前記中央ユニットのうちの少なくとも一方は、コリメートされた可視光線を生成して、前記双方向光通信リンクの確立時に、前記ユーザユニットと前記中央ユニットとを位置合わせできるようにする可視光源を含む、システム。
【請求項２】
前記中央ユニットは、前記双方向光通信リンクを介して複数の光信号を送信する第２の光送信器と、前記双方向光通信リンクを介して前記ユーザユニットから送信された複数の光信号を受信する第２の光受信器とを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１の光送信器及び前記第２の光送信器の各々は、不可視光源を含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記中央ユニットは、透明窓を含み、前記透明窓は、前記ユーザユニットから発せられる光の光軸に略垂直に位置決めされて、前記透明窓上に明らかな光スポットを形成できるようにする、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記ユーザユニットは、第１の光スポットと第２の光スポットとが透明窓上で重なるまで、前記ユーザユニットの位置を調整する位置決めユニットを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記第２の光スポットは、前記可視光源から伝播し、前記ユーザユニットの反射窓から反射する光により前記透明窓上に形成される、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記中央ユニットは、前記中央ユニットから発せられるコリメートされた光を、複数のユーザユニットに向けられた複数のコリメートされた光線に分割する１つ又は複数の光学要素を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記中央ユニット及び前記ユーザユニットの各々は、２つ以上の波長を有する光をコリメートするマルチバンドコリメータを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記ユーザユニットは、前記中央ユニットの不可視光源から発せられる光の電力を測定する電力検出器を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記位置決めユニットは、最大電力が測定されるまで、前記中央ユニットに対する前記ユーザユニットの空間的位置を調整するためのものである、請求項５に記載のシステム。
【請求項１１】
双方向光通信リンクを形成する方法であって、
コリメートされた不可視光線を介して中央ユニットとユーザユニットとの間に双方向光通信リンクを確立して、リモート通信装置と前記ユーザユニットとの間での無線通信の伝送を可能にすること、
前記双方向光通信リンクを介して前記中央ユニットと前記ユーザユニットとの間で複数の光信号を伝送すること、
前記ユーザユニット及び前記中央ユニットのうちの少なくとも一方により、コリメートされた可視光線を生成すること、
前記双方向光通信リンクの確立時に、前記ユーザユニット及び前記中央ユニットを位置合わせすること
を含む、方法。
【請求項１２】
位置合わせすることは、第１の光スポットと第２の光スポットとが前記中央ユニットの透明窓上で重なるまで、前記ユーザユニットの位置を調整することを含み、前記第１の光スポットは、前記中央ユニットから伝播する可視光線により前記透明窓上に形成され、前記第２の光スポットは、前記ユーザユニットから伝播する可視光により前記透明窓上に形成される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
位置合わせすることは、第１の光スポットと第２の光スポットとが前記中央ユニットの透明窓上で重なるまで、前記ユーザユニットの位置を調整することを含み、前記第１の光スポットは、前記中央ユニットから伝播する可視光線により前記透明窓上に形成され、前記第２の光スポットは、前記中央ユニットから伝播する可視光線が、前記ユーザユニットの反射窓から反射する場合に前記透明窓上に形成される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
ユーザモジュールに配置された光センサにより、前記中央ユニットの不可視光源から発せられる光を検出すること、
前記中央ユニットの前記不可視光源から発せられる光の電力を測定すること、
最大電力が測定されるまで、前記中央ユニットに対する前記ユーザユニットの空間的位置を調整すること
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
１つ又は複数の光学要素により、前記コリメートされた不可視光線を複数のコリメートされた不可視光線に分割すること、
前記複数のコリメートされた不可視光線の各々を複数のユーザユニットのそれぞれ１つに送ること
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１】
屋内無線光通信システムであって、
ユーザユニットと、
コリメートされた不可視光線を介して双方向光通信リンクを確立して、リモート通信装置と前記ユーザユニットとの間で無線通信の伝送を可能にするように構成された中央ユニットと
を備え、
前記ユーザユニットは、前記双方向光通信リンクを介して複数の光信号を送信する第１の光送信器と、前記双方向光通信リンクを介して前記中央ユニットから送信された複数の光信号を受信する第１の光受信器とを含み、
前記ユーザユニット及び前記中央ユニットのうちの少なくとも一方は、コリメートされた可視光線を生成して、前記双方向光通信リンクの確立時に、前記ユーザユニットと前記中央ユニットとを位置合わせできるようにする可視光源を含む、システム。
【請求項２】
前記中央ユニットは、前記双方向光通信リンクを介して複数の光信号を送信する第２の光送信器と、前記双方向光通信リンクを介して前記ユーザユニットから送信された複数の光信号を受信する第２の光受信器とを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１の光送信器及び前記第２の光送信器の各々は、不可視光源を含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記中央ユニットは、透明窓を含み、前記透明窓は、前記ユーザユニットから発せられる光の光軸に略垂直に位置決めされて、前記透明窓上に明らかな光スポットを形成できるようにする、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記ユーザユニットは、第１の光スポットと第２の光スポットとが透明窓上で重なるまで、前記ユーザユニットの位置を調整する位置決めユニットを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記第２の光スポットは、前記可視光源から伝播し、前記ユーザユニットの反射窓から反射する光により前記透明窓上に形成される、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記中央ユニットは、前記中央ユニットから発せられるコリメートされた光を、複数のユーザユニットに向けられた複数のコリメートされた光線に分割する１つ又は複数の光学要素を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記中央ユニット及び前記ユーザユニットの各々は、２つ以上の波長を有する光をコリメートするマルチバンドコリメータを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記ユーザユニットは、前記中央ユニットの不可視光源から発せられる光の電力を測定する電力検出器を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記位置決めユニットは、最大電力が測定されるまで、前記中央ユニットに対する前記ユーザユニットの空間的位置を調整するためのものである、請求項５に記載のシステム。
【請求項１１】
双方向光通信リンクを形成する方法であって、
コリメートされた不可視光線を介して中央ユニットとユーザユニットとの間に双方向光通信リンクを確立して、リモート通信装置と前記ユーザユニットとの間での無線通信の伝送を可能にすること、
前記双方向光通信リンクを介して前記中央ユニットと前記ユーザユニットとの間で複数の光信号を伝送すること、
前記ユーザユニット及び前記中央ユニットのうちの少なくとも一方により、コリメートされた可視光線を生成すること、
前記双方向光通信リンクの確立時に、前記ユーザユニット及び前記中央ユニットを位置合わせすること
を含む、方法。
【請求項１２】
位置合わせすることは、第１の光スポットと第２の光スポットとが前記中央ユニットの透明窓上で重なるまで、前記ユーザユニットの位置を調整することを含み、前記第１の光スポットは、前記中央ユニットから伝播する可視光線により前記透明窓上に形成され、前記第２の光スポットは、前記ユーザユニットから伝播する可視光により前記透明窓上に形成される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
位置合わせすることは、第１の光スポットと第２の光スポットとが前記中央ユニットの透明窓上で重なるまで、前記ユーザユニットの位置を調整することを含み、前記第１の光スポットは、前記中央ユニットから伝播する可視光線により前記透明窓上に形成され、前記第２の光スポットは、前記中央ユニットから伝播する可視光線が、前記ユーザユニットの反射窓から反射する場合に前記透明窓上に形成される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
ユーザモジュールに配置された光センサにより、前記中央ユニットの不可視光源から発せられる光を検出すること、
前記中央ユニットの前記不可視光源から発せられる光の電力を測定すること、
最大電力が測定されるまで、前記中央ユニットに対する前記ユーザユニットの空間的位置を調整すること
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
１つ又は複数の光学要素により、前記コリメートされた不可視光線を複数のコリメートされた不可視光線に分割すること、
前記複数のコリメートされた不可視光線の各々を複数のユーザユニットのそれぞれ１つに送ること
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−９３８３５（Ｐ２０１３−９３８３５Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−１５６７１２（Ｐ２０１２−１５６７１２）
【出願日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【出願人】（５０３１９８８６２）リット テクノロジーズ リミテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１５６７１２（Ｐ２０１２−１５６７１２）
【出願日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【出願人】（５０３１９８８６２）リット テクノロジーズ リミテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
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