專利名稱：光自由空間信令系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信令系統(tǒng)。本發(fā)明的一個(gè)方面涉及光自由空間信令方法和設(shè)備。
通信的自由空間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)傳輸或廣播在傳統(tǒng)上是通過(guò)使用射頻或微波技術(shù)達(dá)到的。然而，這些頻率在帶寬方面是受限制的，因此不能達(dá)到想要的性能。也有一些對(duì)于射頻系統(tǒng)的常規(guī)要求不能滿足的情形。而且，規(guī)定常常隨不同的國(guó)家而改變，所以很難制造全球的產(chǎn)品。
光數(shù)據(jù)傳輸可以達(dá)到非常高的帶寬(每個(gè)載波每秒幾千兆比特)，但當(dāng)前它的使用主要限制于通過(guò)光纖的導(dǎo)波傳輸。本申請(qǐng)人在其早先的國(guó)際專利申請(qǐng)WO98/35328中提出一種點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，它使用一種折回反射器，以便從多個(gè)用戶終端接收準(zhǔn)直激光束、調(diào)制接收的激光束、和把它們反射回各個(gè)用戶終端。對(duì)于在這個(gè)早先的國(guó)際專利申請(qǐng)中描述的折回反射系統(tǒng)的一個(gè)問(wèn)題是，激光行進(jìn)路程必須是通信系統(tǒng)的調(diào)制端與用戶終端之間的距離的兩倍。在這個(gè)早先的國(guó)際專利申請(qǐng)中描述的系統(tǒng)的另一個(gè)缺點(diǎn)是，每個(gè)源必須精確地對(duì)準(zhǔn)折回反射器內(nèi)的一個(gè)相應(yīng)調(diào)制器單元，以便達(dá)到成功的通信，用戶終端的移動(dòng)會(huì)中斷與調(diào)制端的通信鏈路。
按照一個(gè)方面，本發(fā)明提供包括第一和第二信令裝置的信令系統(tǒng)，其中第一信令裝置包括多個(gè)光發(fā)射器，它們被安排來(lái)在第一信令裝置的視場(chǎng)內(nèi)各個(gè)相應(yīng)方向上進(jìn)行光發(fā)射，以及其中第二信令裝置包括用于檢測(cè)第一信令裝置發(fā)射的光的光檢測(cè)器和用于從被檢測(cè)的光中檢索信息的裝置。
在這個(gè)方面的優(yōu)選的形式中，信令系統(tǒng)包括第一和第二信令裝置，第一信令裝置包括(i)多個(gè)光發(fā)射器，每個(gè)用于發(fā)射各個(gè)相應(yīng)的載送信息的光束；以及(ii)透鏡系統(tǒng)，用于聚集從多個(gè)光發(fā)射器發(fā)射的光以及用于把光束引導(dǎo)到透鏡系統(tǒng)的視場(chǎng)內(nèi)的各個(gè)相應(yīng)方向；以及第二信令裝置包括(i)透鏡系統(tǒng)，用于聚集從第一信令裝置的光發(fā)射器發(fā)射的光；(ii)光檢測(cè)器，用于接收聚集的光以及用于把接收的光變換成相應(yīng)的電信號(hào)；以及(iii)處理電路，用于處理來(lái)自光檢測(cè)器的電信號(hào)，以便檢索信息。
本系統(tǒng)比現(xiàn)有技術(shù)提供這樣的優(yōu)點(diǎn)在兩個(gè)信令裝置之間的精確的對(duì)準(zhǔn)并不重要，因?yàn)榈谝恍帕钛b置的不同的發(fā)射器可被使用于通信鏈路。優(yōu)選地，在兩個(gè)信令裝置之間的鏈路是雙工鏈路，其鏈路的每一端包括發(fā)射器陣列和檢測(cè)器陣列，因?yàn)檫@樣的安排允許每個(gè)信令裝置跟蹤另一個(gè)信令裝置的位置以及選擇用于兩個(gè)信令裝置之間的通信鏈路的不同的發(fā)射器和檢測(cè)器對(duì)。
按照另一個(gè)方面，本發(fā)明也提供包括第一和第二信令裝置的信令系統(tǒng)，其中第一信令裝置包括多個(gè)光發(fā)射器，用于在第一信令裝置的視場(chǎng)內(nèi)各個(gè)相應(yīng)方向上進(jìn)行光發(fā)射；光檢測(cè)器，用于檢測(cè)從第二信令裝置反射回來(lái)的、被調(diào)制的光和用于把接收的光變換成相應(yīng)的電信號(hào)；以及處理電路，用于處理電信號(hào)，以便檢索調(diào)制數(shù)據(jù)；以及其中第二信令裝置包括光反射器，用于把從第一信令裝置接收的光反射回第一信令裝置；和調(diào)制器，用于用第一信令裝置的調(diào)制數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)制接收的光和/或反射的光。這樣的系統(tǒng)提供以下優(yōu)點(diǎn)對(duì)于能夠建立通信鏈路來(lái)說(shuō)并不需要在兩個(gè)信令裝置之間的精確的對(duì)準(zhǔn)，因?yàn)橛傻谝恍帕钛b置發(fā)射的光的方向可以通過(guò)簡(jiǎn)單地改變用來(lái)發(fā)射光的光束而被改變。
現(xiàn)在參照附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例，其中

圖1是數(shù)據(jù)分布系統(tǒng)的示意圖；圖2是構(gòu)成圖1所示的數(shù)據(jù)分布系統(tǒng)的一部分的本地分布節(jié)點(diǎn)和用戶終端的示意性方框圖；圖3是在圖2所示的本地分布節(jié)點(diǎn)中利用的發(fā)射器陣列和透鏡系統(tǒng)的示意性方框圖；圖4是構(gòu)成圖3所示的系統(tǒng)的并列發(fā)射器陣列的示意性方框圖；圖5是視頻數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信系統(tǒng)的示意性方框圖；圖6是構(gòu)成圖5所示的點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信系統(tǒng)的一部分的本地分布節(jié)點(diǎn)和用戶終端的示意性方框圖；圖7是在圖6所示的本地分布節(jié)點(diǎn)中利用的象素化的(pixelleted)發(fā)射器和檢測(cè)器陣列的示意圖；圖8是在圖6所示的本地分布節(jié)點(diǎn)中可被使用的發(fā)射器和檢測(cè)器陣列的另一種形式的示意圖9是多點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)分布系統(tǒng)的示意圖；圖10是在構(gòu)成圖9所示的分布系統(tǒng)的一部分的本地分布節(jié)點(diǎn)中利用的發(fā)射器陣列和遠(yuǎn)心透鏡系統(tǒng)的示意圖；圖11是在構(gòu)成圖9所示的分布系統(tǒng)的一部分的用戶終端中利用的檢測(cè)器陣列和透鏡系統(tǒng)的示意圖；圖12是構(gòu)成圖11所示的系統(tǒng)的一部分的象素化的檢測(cè)器陣列的示意圖；圖13是顯示在圖5所示的視頻數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中可被使用的另一個(gè)本地分布節(jié)點(diǎn)和用戶終端的形式的示意性方框圖；圖14是顯示在圖5所示的視頻數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中可被使用的另一個(gè)本地分布節(jié)點(diǎn)和用戶終端的形式的示意性方框圖；圖15是在圖14所示的本地分布節(jié)點(diǎn)中利用的折回反射調(diào)制器單元的示意圖；圖16是構(gòu)成圖15所示的折回反射調(diào)制器單元的一部分的象素化的調(diào)制器的示意圖；圖17a是圖16所示的象素化的調(diào)制器的一個(gè)調(diào)制器在沒(méi)有直流偏壓加到它的電極時(shí)的第一工作模式下的截面圖；圖17b是圖16所示的象素化的調(diào)制器的一個(gè)調(diào)制器在一個(gè)偏壓加到它的電極時(shí)的第二工作模式下的截面圖；圖18是顯示一種根據(jù)加到象素電極的偏壓對(duì)于入射到圖16所示的一個(gè)調(diào)制器的象素上的光進(jìn)行調(diào)制的方式的信號(hào)圖；以及圖19是顯示在圖5所示的視頻數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中可被使用的另一個(gè)本地分布節(jié)點(diǎn)和用戶終端的形式的示意性方框圖。
圖1示意地顯示一個(gè)利用點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)信令系統(tǒng)來(lái)提供數(shù)據(jù)信號(hào)給多個(gè)遠(yuǎn)端用戶的數(shù)據(jù)分布系統(tǒng)。如圖1所示，系統(tǒng)包括中央分布系統(tǒng)1，它通過(guò)光纖5發(fā)送光數(shù)據(jù)信號(hào)到多個(gè)本地分布節(jié)點(diǎn)3。本地分布節(jié)點(diǎn)3被安排來(lái)接收從中央分布系統(tǒng)1發(fā)送的光數(shù)據(jù)信號(hào)，以及把有關(guān)部分的數(shù)據(jù)信號(hào)以通過(guò)自由空間的光信號(hào)的形式發(fā)送到各個(gè)相應(yīng)用戶終端，即，不是以沿著光纖路徑的光信號(hào)的形式發(fā)送。這種簡(jiǎn)化的數(shù)據(jù)分布系統(tǒng)可被利用來(lái)分配高帶寬的視頻數(shù)據(jù)或低帶寬的數(shù)據(jù)，諸如在股票市場(chǎng)上買(mǎi)進(jìn)和賣(mài)出的股票的價(jià)格。在這樣的應(yīng)用項(xiàng)中，用戶終端7可包括顯示單元，用于把視頻數(shù)據(jù)或股市的新的價(jià)格顯示給貿(mào)易者，以使得他們可跟上最新的股票價(jià)格的改變。
圖2更詳細(xì)地示意地顯示圖1所示的系統(tǒng)的一個(gè)本地分布節(jié)點(diǎn)3和一個(gè)用戶終端7的主要部件。如圖所示，本地分布節(jié)點(diǎn)3包括通信控制節(jié)點(diǎn)9，它用來(lái)接收中央分布系統(tǒng)1經(jīng)過(guò)光纖5傳輸?shù)墓鈹?shù)據(jù)。本地分布節(jié)點(diǎn)3還包括發(fā)射器陣列和透鏡系統(tǒng)11，它們被安排來(lái)接收來(lái)自通信控制單元9的數(shù)據(jù)12和把接收的數(shù)據(jù)(以調(diào)制的光束13的形式)發(fā)送到用戶終端。
圖2也顯示一個(gè)用戶終端7的主要部件。如圖所示，用戶終端7包括透鏡14，用于把接收的光束13聚焦到光電二極管15。由光電二極管15輸出的電信號(hào)16(它將根據(jù)光束13所載送的數(shù)據(jù)而變化，)被放大器17放大和被濾波器19濾波。已濾波的信號(hào)然后被提供給時(shí)鐘恢復(fù)與數(shù)據(jù)檢索單元21，它通過(guò)使用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)重新產(chǎn)生時(shí)鐘和原先的數(shù)據(jù)。已檢索的數(shù)據(jù)22然后傳送到用戶單元23，在本實(shí)施例中，它包括顯示器，在其上可顯示數(shù)據(jù)給用戶。在用戶終端7中的部件的結(jié)構(gòu)和功能對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是熟知的，所以，將省略更詳細(xì)的說(shuō)明。
圖3示意地顯示構(gòu)成圖2所示的本地分布節(jié)點(diǎn)的一部分的發(fā)射器陣列和透鏡系統(tǒng)11。在本實(shí)施例中，發(fā)射器陣列27包括垂直空腔表面發(fā)射激光器(此后稱為VCSEL)。VCSEL陣列的使用是優(yōu)選的，因?yàn)殛嚵锌梢杂蓡蝹€(gè)半導(dǎo)體晶片制成，而不必切割晶片。這比起陣列是由傳統(tǒng)的激光二極管制成的情形，可允許有更高的每平方英寸的發(fā)射激光元件的密度。由CSEM SA(Badenerstrasse 569，8048 Zurich，Switzerland)制造和銷售的這些VCSEL陣列，它們工作在1和30mW之間的功率范圍，以及輸出與傳統(tǒng)的激光二極管相同波長(zhǎng)的激光束。圖4是發(fā)射器陣列27的正面(即，面向透鏡系統(tǒng)25的發(fā)射面)的示意圖，在本實(shí)施例中，它包括8列和8行的VCSEL元件，eij，(圖上沒(méi)有全部顯示出)。在本實(shí)施例中，每個(gè)VCSEL元件eij，的尺寸37處在1和20微米之間，以及元件之間的間隔(中心到中心)39略大于單元的尺寸37，約為30-100微米。
在本實(shí)施例中，在發(fā)射器陣列27中的VCSEL元件eij可以選擇地尋址，以及來(lái)自通信控制單元的數(shù)據(jù)包括對(duì)于VCSEL發(fā)射器eij的各個(gè)相應(yīng)的數(shù)據(jù)。對(duì)于每個(gè)VCSEL發(fā)射器eij的數(shù)據(jù)可以是相同的或可以是不同的，這取決于應(yīng)用項(xiàng)。如圖3所示，由陣列27中每個(gè)發(fā)射器eij輸出的光是發(fā)散波束，發(fā)散度主要是由激光在發(fā)射孔徑處的繞射造成的。透鏡系統(tǒng)25聚集來(lái)自每個(gè)發(fā)射器的發(fā)散的光束，把它形成為聚集的光束。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)看到的，以及如光線33和35所顯示的，聚集的波束離開(kāi)透鏡的出射孔的角度取決于發(fā)射器在陣列中的空間位置。所以，每個(gè)發(fā)射器向空間中特定的角度映射，所以可以與各自的用戶終端7通信。在本實(shí)施例中，透鏡系統(tǒng)25被安排成使得由透鏡系統(tǒng)輸出的激光束具有足夠的發(fā)散度，這樣，這些激光束的邊緣在離開(kāi)本地分布節(jié)點(diǎn)的一段距離上相重疊，該段距離對(duì)應(yīng)于在節(jié)點(diǎn)與用戶終端之間的正常工作距離。通過(guò)這樣安排激光束重疊，系統(tǒng)避免在本地分布節(jié)點(diǎn)的視場(chǎng)內(nèi)出現(xiàn)“死區(qū)”，在該死區(qū)中不能接收到來(lái)自節(jié)點(diǎn)的信號(hào)。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)看到的，有某些實(shí)施例，其中最大工作距離是最重要的系統(tǒng)考慮點(diǎn)，以及其中是否有這樣的“死區(qū)”并不重要。在這樣的實(shí)施例中，透鏡系統(tǒng)25優(yōu)選地是準(zhǔn)直透鏡，它校直由VCSEL發(fā)射器發(fā)射的光，因?yàn)檫@可以使得工作距離最大。
單工(單向)數(shù)據(jù)分布系統(tǒng)是上面已描述的。圖5示意地顯示雙工(雙向)視頻廣播系統(tǒng)，用于提供用于多個(gè)電視頻道的視頻信號(hào)給多個(gè)遠(yuǎn)端用戶。如圖5所示，系統(tǒng)包括中央分布系統(tǒng)41，它經(jīng)過(guò)光纖45發(fā)送光視頻信號(hào)到多個(gè)本地分布節(jié)點(diǎn)43。本地分布節(jié)點(diǎn)43被安排來(lái)接收從中央分布系統(tǒng)41發(fā)送的光視頻信號(hào)，以及把有關(guān)部分的視頻信號(hào)以通過(guò)自由空間的光信號(hào)的形式發(fā)送到各個(gè)用戶終端47。
在本實(shí)施例中，所有可提供的電視信道的視頻數(shù)據(jù)從中央分布系統(tǒng)41被發(fā)送到每個(gè)本地分布節(jié)點(diǎn)43。每個(gè)用戶終端47(通過(guò)發(fā)送適當(dāng)?shù)恼?qǐng)求)通知適當(dāng)?shù)谋镜胤植脊?jié)點(diǎn)43它希望接收哪個(gè)或哪些信道，并且作為應(yīng)答，本地分布節(jié)點(diǎn)43發(fā)送適當(dāng)?shù)囊曨l數(shù)據(jù)給各個(gè)相應(yīng)用戶終端47。為了做到這一點(diǎn)，每個(gè)本地分布節(jié)點(diǎn)43被安排來(lái)(i)接收從處在它的視場(chǎng)中的每個(gè)用戶終端47發(fā)送的光束(根據(jù)用戶的信道請(qǐng)求而調(diào)制的)；(ii)通過(guò)選擇用于想要的信道的適當(dāng)?shù)囊曨l數(shù)據(jù)而對(duì)接收的光束起作用；以及(iii)把用于想要的信道的適當(dāng)?shù)囊曨l數(shù)據(jù)發(fā)回到各個(gè)相應(yīng)的用戶終端47。除了能夠從中央分布系統(tǒng)41和從用戶終端47接收光信號(hào)以外，每個(gè)本地分布節(jié)點(diǎn)43也可通過(guò)各個(gè)相應(yīng)的光纖45把諸如狀態(tài)報(bào)告的光數(shù)據(jù)發(fā)送回中央分布系統(tǒng)41，以使得中央分布系統(tǒng)41能監(jiān)視分布網(wǎng)的狀態(tài)。
圖6更詳細(xì)地示意地顯示圖5所示的系統(tǒng)的一個(gè)本地分布節(jié)點(diǎn)43和一個(gè)用戶終端47的主要部件。如圖6所示。本地分布節(jié)點(diǎn)43包括通信控制單元49，它(i)接收從中央分布系統(tǒng)41沿著光纖45發(fā)送的光信號(hào)；(ii)從接收的光信號(hào)重新產(chǎn)生視頻數(shù)據(jù)；(iii)接收從用戶終端47發(fā)送的消息50以及響應(yīng)于這個(gè)消息而采取適當(dāng)?shù)男袆?dòng)；以及(iv)把適當(dāng)?shù)囊曨l數(shù)據(jù)變換成數(shù)據(jù)52，以便從發(fā)射器/檢測(cè)器陣列和透鏡系統(tǒng)51的發(fā)射器單元進(jìn)行發(fā)射。在把視頻數(shù)據(jù)變換成傳輸數(shù)據(jù)52時(shí)，通信控制單元49用糾錯(cuò)編碼方法編碼視頻數(shù)據(jù)，以便減小符號(hào)間干擾和其它熟知的干擾源(諸如太陽(yáng)和其它光源)的影響。
如圖6所示，本地分布節(jié)點(diǎn)43也包括發(fā)射器/檢測(cè)器陣列和透鏡系統(tǒng)51，它被安排來(lái)(i)接收來(lái)自處在它的視場(chǎng)內(nèi)的用戶終端47的光束53和把接收的消息50發(fā)送到通信控制單元49，在其中處理這些消息以及采取適當(dāng)?shù)男袆?dòng)；以及(ii)把各個(gè)相應(yīng)的視頻數(shù)據(jù)52通過(guò)光束53發(fā)送到各個(gè)相應(yīng)的用戶終端47。
圖6還顯示一個(gè)用戶終端47的主要部件。如圖所示，用戶終端47包括用戶單元77，它在本實(shí)施例中是電視接收機(jī)，通過(guò)它可以把視頻數(shù)據(jù)顯示給用戶，以及它還包括用戶接口(未示出)，可允許用戶選擇一個(gè)或多個(gè)視頻信道以便觀看。響應(yīng)于這樣的用戶輸入，用戶單元77產(chǎn)生適當(dāng)?shù)南?0，以便發(fā)送到本地分布節(jié)點(diǎn)43。如圖6所示，這個(gè)消息50被輸出到激光控制單元79，后者控制激光器二極管55，以使得從激光二極管55輸出的激光束57用消息50來(lái)進(jìn)行調(diào)制。這個(gè)輸出的激光束57然后被傳送到準(zhǔn)直器59，后者用于減小激光束57的發(fā)散角度。這樣所得到的激光束61通過(guò)光束分路器63傳送到光束擴(kuò)展器65，后者增加用來(lái)發(fā)送到位于本地分布節(jié)點(diǎn)43的發(fā)射器/檢測(cè)器陣列和透鏡系統(tǒng)51的激光束的直徑。使用激光束擴(kuò)展器65是因?yàn)檩^大的直徑激光束具有比小的直徑激光束更小的發(fā)散度。另外，增加激光束的直徑也具有可以把激光束的功率散布在更大的區(qū)域的優(yōu)點(diǎn)。所以，有可能使用較高的功率的激光二極管55，而仍舊滿足眼睛安全的要求。在本實(shí)施例中，用戶終端47被設(shè)計(jì)成使得他們能夠與300米范圍內(nèi)的本地分布節(jié)點(diǎn)43以99.9％的鏈路可提供度進(jìn)行通信。為了做到這一點(diǎn)，激光二極管55是50mW激光二極管，它輸出具有850nm波長(zhǎng)的激光束。
使用光束擴(kuò)展器65具有另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，它為(載送視頻數(shù)據(jù)的)信令裝置43發(fā)射的激光束提供相當(dāng)大的聚集孔徑，以及它把這個(gè)激光束聚集成更小直徑的光束。這個(gè)更小直徑的光束然后由光束分裂器63從原先發(fā)射的激光束的路徑中被分裂出，以及由透鏡69聚焦到光電二極管67上。由光電二極管67輸出的電信號(hào)(它將根據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)52而變化)然后被放大器71放大和被濾波器19濾波。已濾波的信號(hào)然后被提供給時(shí)鐘恢復(fù)與數(shù)據(jù)檢索單元75，后者通過(guò)使用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)重新產(chǎn)生時(shí)鐘和視頻數(shù)據(jù)。被檢索的視頻數(shù)據(jù)76然后傳送到用戶單元77，在那里把視頻數(shù)據(jù)顯示給用戶。
圖7是在本實(shí)施例中在發(fā)射器/檢測(cè)器陣列和透鏡系統(tǒng)51中使用的發(fā)射器和檢測(cè)器陣列80的正面(即，面向透鏡系統(tǒng)的面)的示意圖。在本實(shí)施例中，發(fā)射器和檢測(cè)器陣列80包括8列和8行的發(fā)射器/檢測(cè)器單元cij(圖上沒(méi)有全部顯示出)。每個(gè)發(fā)射器/檢測(cè)器單元cij包括發(fā)射器eij和位于靠近相應(yīng)的發(fā)射器的檢測(cè)器dij。在本實(shí)施例中，單元cij的尺寸81處在2和40微米之間，以及單元之間的間隔(中心到中心)83略大于單元的尺寸81。在本實(shí)施例中，發(fā)射器單元eij是VCSEL，以及每個(gè)檢測(cè)器dij是光電二極管。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)看到的，由于發(fā)射器和檢測(cè)器單元cij在空間上分隔開(kāi)，每個(gè)單元可以與不同的用戶終端47通信。
在本實(shí)施例中，在發(fā)射器和檢測(cè)器陣列和透鏡系統(tǒng)51中使用的透鏡系統(tǒng)是與圖3所示的透鏡系統(tǒng)相同的，以及被安排成使得來(lái)自用戶終端47之一的聚焦的激光束的光點(diǎn)尺寸略大于發(fā)射器/檢測(cè)器單元cij，之一的尺寸81，正如圖7所示的、畫(huà)陰影線圓圈85表示的那樣，它覆蓋著發(fā)射器/檢測(cè)器單元c22。
在本實(shí)施例中，在用戶終端47可與本地分布節(jié)點(diǎn)43通信之前，執(zhí)行初始化程序。現(xiàn)在將給出這個(gè)初始化程序的概略說(shuō)明。在安裝新的用戶終端47時(shí)安裝者將人工對(duì)準(zhǔn)用戶終端47，以使得由用戶終端輸出的激光束粗略對(duì)準(zhǔn)本地分布節(jié)點(diǎn)43的方向。然后，安裝者把新的用戶終端47設(shè)置為安裝模式，在該模式下它輸出具有寬的光束寬度和載送初始化代碼的激光束到本地分布節(jié)點(diǎn)43。這個(gè)寬的光束寬度激光束的一部分將在本地分布節(jié)點(diǎn)43處被接收，以及將被透鏡系統(tǒng)集聚到一個(gè)未知的發(fā)射器/檢測(cè)器單元cij。通信控制單元49然后從所有未分配的單元(即，還沒(méi)有與用戶終端47相關(guān)聯(lián)的那些單元)中采樣信號(hào)，直至它找到初始化代碼和然后分配該單元給新的用戶終端47以供所有的將來(lái)的通信為止。本地分布節(jié)點(diǎn)43然后通過(guò)使用分配的單元把光信號(hào)(包括初始化代碼)發(fā)送回新的用戶終端47。新的用戶終端47然后使用由本地分布節(jié)點(diǎn)43發(fā)送的光信號(hào)的強(qiáng)度來(lái)控制伺服馬達(dá)(未示出)，對(duì)它發(fā)送至和接收自本地分布節(jié)點(diǎn)43的光信號(hào)的方向進(jìn)行精細(xì)調(diào)整。在完成初始化以后，新的用戶終端被設(shè)置為它的工作模式，以便接收適當(dāng)?shù)膫鬏敂?shù)據(jù)52。
在以上的實(shí)施例中，使用了組合的發(fā)射器和檢測(cè)器陣列80。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)看到的，以及如圖8所示，通過(guò)把光束分裂器91設(shè)置在透鏡系統(tǒng)95與發(fā)射器陣列87之間，可以把發(fā)射器陣列87與檢測(cè)器陣列89分隔開(kāi)。另外，如虛線93表示的，如果兩個(gè)陣列具有不同的尺寸，一個(gè)透鏡也可被提供光束分路器91與檢測(cè)器陣列89之間。
在以上的實(shí)施例中，描述了單工和雙工數(shù)據(jù)分布系統(tǒng)，其中每個(gè)用戶終端可以與單個(gè)本地分布節(jié)點(diǎn)通信。圖9顯示類似于圖1所示的系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分布系統(tǒng)，不同之處是某些用戶終端103(諸如用戶終端U’m)可以接收來(lái)自一個(gè)以上的本地分布節(jié)點(diǎn)99的數(shù)據(jù)。這樣的數(shù)據(jù)分布系統(tǒng)即使在對(duì)于本地分布節(jié)點(diǎn)99之一的直視線鏈路變?yōu)楸蛔钃醯那闆r下，也能提供恒定的不中斷通信鏈路給用戶終端103。本地分布節(jié)點(diǎn)99和用戶終端103的總的結(jié)構(gòu)是與參照?qǐng)D2描述的第一實(shí)施例相同的。
圖10示意地顯示在本實(shí)施例中作為本地分布節(jié)點(diǎn)99的一部分而被使用的發(fā)射器陣列27和透鏡系統(tǒng)105。在對(duì)于相應(yīng)的單元適合的場(chǎng)合，使用與先前的圖上的那些單元相應(yīng)的參考數(shù)字。如圖10所示。相同的廣角透鏡29被使用于透鏡系統(tǒng)105(以便給予本地分布節(jié)點(diǎn)99以寬廣的視場(chǎng))，以及使用相同的VCSEL發(fā)射器陣列27。在本實(shí)施例的本地分布節(jié)點(diǎn)99與第一實(shí)施例的本地分布節(jié)點(diǎn)之間的唯一的差別在于，第一實(shí)施例中使用的凸透鏡31被遠(yuǎn)心透鏡111代替，后者包括具有中心孔徑109的制動(dòng)部件107，它在光學(xué)上位于透鏡系統(tǒng)的前焦面110上。
如圖10所示，發(fā)射器陣列27在光學(xué)上位于透鏡系統(tǒng)105的后焦面113上。在本實(shí)施例中，使用遠(yuǎn)心透鏡111，因?yàn)檫@允許透鏡(對(duì)來(lái)自發(fā)射器陣列27的光)的聚集效率在發(fā)射器陣列27上保持為常數(shù)。所以，只要所有的發(fā)射器都是相同的，從本地分布節(jié)點(diǎn)輸出的光的強(qiáng)度對(duì)于每個(gè)發(fā)射器將是相同的。而對(duì)于傳統(tǒng)的透鏡，從本地分布節(jié)點(diǎn)輸出的光的強(qiáng)度，對(duì)于陣列中心處的發(fā)射器發(fā)射的光來(lái)說(shuō)，將大于邊緣處的光的強(qiáng)度。遠(yuǎn)心透鏡11的使用也避免了在傳統(tǒng)透鏡中熟知的各種余弦下降因子。如圖10所示，從發(fā)射器陣列27的不同的單元發(fā)射的光(用發(fā)散光束115和117表示)被遠(yuǎn)心透鏡聚集，以及分別被變換成準(zhǔn)直激光束119和121，并把它們發(fā)射到相應(yīng)的用戶終端(未示出)。
圖11示意地顯示構(gòu)成用戶終端的一部分和用于代替圖2的透鏡14和光電二極管15的透鏡系統(tǒng)123和檢測(cè)器陣列125。如圖所示，透鏡系統(tǒng)123包括廣角透鏡127(諸如魚(yú)眼透鏡)，后者使得用戶終端103的視場(chǎng)最大化；以及凸透鏡129，用于把從不同的本地分布節(jié)點(diǎn)99接收的光(用光線131和133表示)聚焦到檢測(cè)器陣列125的各個(gè)相應(yīng)檢測(cè)器單元。圖12是檢測(cè)器陣列125的正面(即，面向透鏡系統(tǒng)123的面)的示意圖，在本實(shí)施例中，檢測(cè)器陣列125包括100列和10行的光電二極管單元dij，這在圖上沒(méi)有全部顯示出。檢測(cè)器單元dij的尺寸135和間隔(中心到中心)137與先前描述的陣列相似。正如圖12所示的和由畫(huà)陰影線圓圈139所表示的，在本實(shí)施例中，聚焦透鏡129被設(shè)計(jì)成使得來(lái)自本地分布節(jié)點(diǎn)99之一的已聚焦的激光束的光點(diǎn)尺寸略大于檢測(cè)器單元dij之一的尺寸135。
正如本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)看到的和如上所述的，本實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，如果來(lái)自本地分布節(jié)點(diǎn)99之一的一個(gè)激光束(131或133)被阻擋，則用戶終端103將仍舊接收來(lái)自其它光束的數(shù)據(jù)。本實(shí)施例的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，因?yàn)樽杂煽臻g通信鏈路的兩側(cè)使用廣角透鏡，它們的視場(chǎng)相當(dāng)大。所以，即使用戶終端103相對(duì)于本地分布節(jié)點(diǎn)99進(jìn)行移動(dòng)，仍舊能實(shí)行成功的通信，只要二者保持在另一個(gè)本地分布節(jié)點(diǎn)的視場(chǎng)內(nèi)。本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，如果用戶終端103相對(duì)于本地分布節(jié)點(diǎn)99移動(dòng)，則本地分布節(jié)點(diǎn)可確定用戶終端何時(shí)正要移出本地分布節(jié)點(diǎn)99之一的視場(chǎng)或本地分布節(jié)點(diǎn)99之一何時(shí)正要移出它們的視場(chǎng)。這是有可能的，因?yàn)楫?dāng)用戶終端103移動(dòng)時(shí)，來(lái)自本地分布節(jié)點(diǎn)99的激光束移動(dòng)經(jīng)過(guò)各個(gè)相應(yīng)的檢測(cè)器陣列125，以及用戶終端103可以通過(guò)采樣來(lái)自它們的陣列的檢測(cè)器單元的信號(hào)而檢測(cè)出這一點(diǎn)。在這樣的實(shí)施例中，如果用戶終端確定來(lái)自本地分布節(jié)點(diǎn)99之一的激光束正要移出檢測(cè)器陣列125的邊緣、以及如果用戶終端103沒(méi)有在接收來(lái)自另一個(gè)本地分布節(jié)點(diǎn)99的數(shù)據(jù)，則用戶終端103可以被配置成可以向用戶發(fā)出警告到中央分布系統(tǒng)97的連接正將要丟失。
以上描述了這樣的單工通信系統(tǒng)，在其中在每個(gè)本地分布節(jié)點(diǎn)中配備一個(gè)發(fā)射器陣列以及在每個(gè)用戶終端中配備一個(gè)檢測(cè)器陣列。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)看到的，以及如圖13所示，通過(guò)在本地分布節(jié)點(diǎn)43和用戶終端47中都配備發(fā)射器和檢測(cè)器陣列51(諸如圖7所示的陣列)，圖9所示的通信系統(tǒng)可被做成雙工通信系統(tǒng)。優(yōu)選地，在這樣的實(shí)施例中，由于上面提到的理由，通信鏈路的每一端使用諸如圖10所示的廣角遠(yuǎn)心透鏡。諸如本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)看到的，在這樣的實(shí)施例中，在用戶終端47相對(duì)于分布節(jié)點(diǎn)43移動(dòng)(或反之)的情形下，通信鏈路的任一端可以通過(guò)當(dāng)另一端移動(dòng)經(jīng)過(guò)它的發(fā)射器/檢測(cè)器陣列51時(shí)跟蹤來(lái)自另一端的聚焦的激光束，從而跟蹤另一端在它的視場(chǎng)內(nèi)的移動(dòng)。然后，這個(gè)信息可被使用來(lái)控制在通信鏈路中被使用的發(fā)射器和檢測(cè)器單元。
在上述的雙工通信系統(tǒng)中，本地分布節(jié)點(diǎn)和用戶終端都包括發(fā)射器陣列。圖14顯示按照另一個(gè)實(shí)施例的本地分布節(jié)點(diǎn)43和用戶終端47的形式，它允許雙工通信以及具有與上述的實(shí)施例相同的優(yōu)點(diǎn)。如圖14所示，在本實(shí)施例中，在本地分布節(jié)點(diǎn)中的發(fā)射器和檢測(cè)器陣列51用折回反射器和調(diào)制解調(diào)器單元141來(lái)代替，它們諸如是在申請(qǐng)人的早先的國(guó)際專利申請(qǐng)WO98/35328中揭示的那種折回反射器和調(diào)制解調(diào)器單元，該專利申請(qǐng)的內(nèi)容在此引用，以供參考。
在運(yùn)行時(shí)，正如雙向箭頭表示的，折回反射器和調(diào)制解調(diào)器單元141用來(lái)接收和調(diào)制來(lái)自單個(gè)用戶終端47的光束53，以及把調(diào)制的光束反射回到各自的用戶終端47。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)看到的，每個(gè)反射的激光束53可以用同一個(gè)數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)制或用不同的數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)制，這取決于應(yīng)用項(xiàng)。
圖15示意地顯示在本實(shí)施例中使用的折回反射器和調(diào)制解調(diào)器單元141。如圖所示，在本實(shí)施例中，折回反射器和調(diào)制解調(diào)器單元包括廣角遠(yuǎn)心透鏡系統(tǒng)149和調(diào)制器和解調(diào)器的陣列147。在本實(shí)施例中，遠(yuǎn)心透鏡149包括透鏡單元157和160、以及一個(gè)具有中心孔徑153的制動(dòng)部件151，它在光學(xué)上位于透鏡157的前焦面155。孔徑153的尺寸是一個(gè)設(shè)計(jì)選擇項(xiàng)目，它取決于安裝的具體要求。具體地，小的孔徑153導(dǎo)致來(lái)自光源的大部分光被阻擋(這導(dǎo)致很大的傳輸損耗)，但不需要用來(lái)聚焦光的昂貴的大透鏡。相反，大的孔徑將允許來(lái)自光源的大部分光傳送通過(guò)，但需要一個(gè)更大的以及因而更昂貴的透鏡系統(tǒng)149。然而，因?yàn)樽杂煽臻g光傳輸?shù)淖钪匾膯?wèn)題是大氣損耗，增加孔徑尺寸超過(guò)一定的大小后，常常沒(méi)有什么收益。
由于遠(yuǎn)心透鏡149的遠(yuǎn)心性，投射到透鏡的光線被聚焦在后焦面159上，使得從透鏡系統(tǒng)149發(fā)出的主射線161和163垂直于后焦面159。現(xiàn)有的光調(diào)制器的一個(gè)問(wèn)題是，調(diào)制效率(即調(diào)制深度)取決于激光束射到調(diào)制器上的角度。所以，如果不使用遠(yuǎn)心透鏡，則接收的激光束的調(diào)制深度將取決于產(chǎn)生光束的用戶終端47在折回反射器視場(chǎng)內(nèi)的位置。反之，通過(guò)使用遠(yuǎn)心透鏡149和通過(guò)把調(diào)制器與解調(diào)器陣列147設(shè)置在遠(yuǎn)心透鏡149的后焦面159上，來(lái)自所有用戶終端47的激光束的主要射線將與調(diào)制器平面成90°，而不管它們?cè)谡刍胤瓷淦饕晥?chǎng)內(nèi)的位置。因此，將達(dá)到高效率的調(diào)制。
圖16是調(diào)制器與解調(diào)器陣列147的正面(即，面對(duì)透鏡系統(tǒng)149的面)的示意圖，在本實(shí)施例中，它包括100列和10行的調(diào)制器/解調(diào)器單元(圖上沒(méi)有全部顯示出)。每個(gè)調(diào)制器/解調(diào)器單元cij包括調(diào)制器mij和位于靠近相應(yīng)的調(diào)制器的解調(diào)器單元dij。在本實(shí)施例中，單元cij的尺寸169處在50微米和200微米之間，單元之間的間隔(中心到中心)39略大于單元的尺寸169。正如圖16所示的、畫(huà)陰影線圓圈173(它覆蓋調(diào)制器/解調(diào)器單元c22)所表示的那樣，遠(yuǎn)心透鏡157被設(shè)計(jì)成使得來(lái)自用戶終端47之一的聚焦的激光束的光點(diǎn)尺寸略大于調(diào)制器/解調(diào)器單元cij之一的尺寸141。
在本實(shí)施例中，由美國(guó)電話電報(bào)公司(AT&T)開(kāi)發(fā)的量子約束斯塔克效應(yīng)調(diào)制器(QCES，有時(shí)也稱為自電-光器件或SEED)被使用作為調(diào)制器mij。圖17a示意地顯示這樣的QCSE調(diào)制器175的截面圖。如圖所示，QCES調(diào)制器175包括一個(gè)可用于通過(guò)來(lái)自適當(dāng)?shù)挠脩艚K端47的激光束53的透明的窗口177；用于調(diào)制激光束53的一層基于砷化鎵(GaAs)的材料179；絕緣層181；基片183；以及一對(duì)電極185和187，它們位于調(diào)制層179的任一側(cè)，用于施加直流偏壓到材料179上。
運(yùn)行時(shí)，來(lái)自用戶終端47的激光束53通過(guò)窗口傳送到調(diào)制層179。根據(jù)加到電極185和187上的直流偏壓，激光束或者被調(diào)制層179反射、或者被它吸收。具體地，當(dāng)沒(méi)有直流偏壓加到電極185和187時(shí)(如圖17a所示)，激光束傳送通過(guò)窗口177以及被調(diào)制層177吸收。因此，當(dāng)沒(méi)有直流偏壓加到電極185和187時(shí)，沒(méi)有光線反射回到相應(yīng)的用戶終端47。另一方面，當(dāng)約為20伏的直流偏壓加到電極185和187的兩端時(shí)(如圖17b所示)，來(lái)自相應(yīng)的用戶終端47的激光束傳送通過(guò)窗口177以及被調(diào)制層177反射，從而沿著同一條路徑返回到相應(yīng)的用戶終端47。
所以，通過(guò)按照要被發(fā)送到用戶終端47的調(diào)制數(shù)據(jù)52來(lái)改變加到電極185和187的偏壓，QCSE調(diào)制器175對(duì)激光束53進(jìn)行幅度調(diào)制，以及把調(diào)制的光束反射回用戶終端47。具體地，如圖18所示，對(duì)于要被發(fā)送的二進(jìn)制零，把一個(gè)零電壓偏置加到電極185和187，從而導(dǎo)致沒(méi)有反射光，以及對(duì)于要被發(fā)送的二進(jìn)制一，把一個(gè)20伏的電壓偏置加到電極185和187，從而導(dǎo)致激光束53從種子調(diào)制器175被反射回到相應(yīng)的用戶終端47。所以，被反射回到用戶終端47的該激光束實(shí)際上將按照調(diào)制數(shù)據(jù)52而被接通和關(guān)斷。所以，通過(guò)監(jiān)視由圖14所示的反射器/檢測(cè)器陣列145輸出到放大器的信號(hào)的幅度，則相應(yīng)的用戶終端47可以檢測(cè)和恢復(fù)調(diào)制數(shù)據(jù)52，從而檢測(cè)和恢復(fù)相應(yīng)的視頻數(shù)據(jù)。
理想地，入射到QCSE調(diào)制器175上的光線或者被它全部吸收、或者被它全部反射。然而，實(shí)際上，QCSE調(diào)制器在沒(méi)有直流偏壓加到電極185和187時(shí)典型地將反射激光束53的5％，以及在將直流偏壓加到電極185和187時(shí)典型地將反射20％與30％之間的激光束53。所以，實(shí)際上，當(dāng)發(fā)送二進(jìn)制零時(shí)和當(dāng)發(fā)送二進(jìn)制一時(shí)，投射到反射器/檢測(cè)器陣列145上的光只有光的總量的15％到25％的差別。
通過(guò)使用QCSE調(diào)制器175，各個(gè)調(diào)制器單元mij的調(diào)制速率可以高達(dá)每秒10千兆比特。這對(duì)于能用想要的信道連同適當(dāng)?shù)募m錯(cuò)編碼和其它被利用來(lái)便于恢復(fù)數(shù)據(jù)時(shí)鐘的編碼一起來(lái)發(fā)送視頻數(shù)據(jù)到用戶終端47，是綽綽有余的。
在以上的實(shí)施例中，每個(gè)本地分布節(jié)點(diǎn)包括一個(gè)折回反射器和調(diào)制解調(diào)器單元，以及每個(gè)用戶終端包括一個(gè)發(fā)射器和檢測(cè)器陣列。圖19顯示按照另一個(gè)實(shí)施例的本地分布節(jié)點(diǎn)43和用戶終端47的形式，它允許在本地分布節(jié)點(diǎn)43與用戶終端之間的雙工數(shù)據(jù)通信，以及具有與上述的實(shí)施例相同的優(yōu)點(diǎn)。如圖19所示。在本實(shí)施例中，在每個(gè)用戶終端47中配備有折回反射器和調(diào)制解調(diào)器單元141，以及在每個(gè)本地分布節(jié)點(diǎn)43中配備有發(fā)射器和檢測(cè)器陣列與透鏡系統(tǒng)51。
本實(shí)施例的運(yùn)行類似于先前的實(shí)施例的運(yùn)行，所不同的是，在本實(shí)施例中，每個(gè)用戶終端47用來(lái)(i)接收來(lái)自一個(gè)或多個(gè)本地分布節(jié)點(diǎn)43的光束53；(ii)檢測(cè)由這些光束53載送的消息和把這些消息作為數(shù)據(jù)191發(fā)送到用戶單元189；(iii)按照從用戶單元189接收的數(shù)據(jù)193，調(diào)制接收的光束；以及(iv)把調(diào)制的光束反射回到各個(gè)本地分布節(jié)點(diǎn)43。載送數(shù)據(jù)的、反射的激光束53然后被本地分布節(jié)點(diǎn)43的發(fā)射器與檢測(cè)器陣列和透鏡系統(tǒng)51進(jìn)行檢測(cè)，它用來(lái)檢索數(shù)據(jù)50和把它傳送到通信控制單元49，以便通過(guò)光纖鏈路向前傳輸。
最后兩個(gè)實(shí)施例比起在上面提到的申請(qǐng)人的早先的國(guó)際專利申請(qǐng)中描述的折回反射系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于，該通信系統(tǒng)的“激光器末端”通過(guò)在發(fā)射器陣列中選擇用于通信的發(fā)射器從而具有快速控制它的準(zhǔn)直激光束的能力，而不需要移動(dòng)部件(例如反射鏡)。這意味著，在激光器與鏈路的反射端之間的精確的物理上的對(duì)準(zhǔn)并不重要?？梢酝ㄟ^(guò)選擇用于通信的發(fā)射器來(lái)“以電-光方式”實(shí)行對(duì)準(zhǔn)。這也允許系統(tǒng)支持在移動(dòng)通信裝置與固定通信裝置之間、或在兩個(gè)或多個(gè)移動(dòng)通信裝置之間的通信鏈路。
可以使用這種類型的折回反射實(shí)施例(以及上述的其它實(shí)施例)的場(chǎng)合的例子包括辦公室局域網(wǎng)，其中固定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可與附屬于個(gè)人計(jì)算機(jī)或外設(shè)的半移動(dòng)單元進(jìn)行通信。在這樣的系統(tǒng)中需要移動(dòng)性，以使得設(shè)備可被移動(dòng)而不需要使得設(shè)備重新對(duì)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。在這種應(yīng)用項(xiàng)中，每個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)可任選地與一個(gè)以上的固定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通信，以使得光束阻擋問(wèn)題得以解決。這些實(shí)施例的另一個(gè)應(yīng)用是提供例如用于廣播應(yīng)用以外的在各個(gè)移動(dòng)電視攝像機(jī)之間的通信鏈路。在這種情形下，可能需要在多個(gè)移動(dòng)攝像機(jī)與多個(gè)固定站之間的網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)，以便確保真正的移動(dòng)性以及克服阻擋。對(duì)于這個(gè)應(yīng)用項(xiàng)，參照?qǐng)D19描述的折回反射系統(tǒng)優(yōu)選地結(jié)合每個(gè)照相機(jī)一起被用作為帶有折回反射調(diào)制器的“用戶終端”，因?yàn)檫@種配置的照相機(jī)的功率消耗由于它不需要給光發(fā)射器陣列供電因而是很小的。在這個(gè)實(shí)施例中，由于照相機(jī)發(fā)送同一個(gè)信息到所有的固定站，所有的調(diào)制器可以并行地被驅(qū)動(dòng)，或者可以只使用一個(gè)單個(gè)調(diào)制器單元，而不用象素化的調(diào)制器。這大大地簡(jiǎn)化將驅(qū)動(dòng)信號(hào)路由到調(diào)制器象素的操作。
修正方案在上述的折回反射實(shí)施例中，QCSE調(diào)制器陣列被使用于通信鏈路的折回反射端。這些QCSE調(diào)制器或者吸收或者反射入射光。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)看到的，其它類型的反射器和調(diào)制器也可被使用。例如，平面鏡可被用作為反射器，以及在透鏡與鏡子之間可以提供能透射的調(diào)制器(諸如液晶)。替換地，光束分離器可被用來(lái)把進(jìn)入光束的路徑與反射光束的路徑暫時(shí)分隔開(kāi)，在這種情形下，在反射光束的路徑中可以提供調(diào)制器，以使得只有反射光被調(diào)制。然而，這樣的實(shí)施例不是最好的，因?yàn)樗枰郊拥墓鈱W(xué)部件，以便分離前向和反向路徑，以及在實(shí)施調(diào)制后重新組合這些路徑。
在以上的折回反射實(shí)施例中，雙工通信鏈路被提供在用戶終端與本地分布節(jié)點(diǎn)之間。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)看到的，這些折回反射實(shí)施例可被簡(jiǎn)化，以使得通信鏈路只是這樣一種單工鏈路，其中數(shù)據(jù)只從本地分布節(jié)點(diǎn)發(fā)送到用戶終端(或反之)。
在上述的折回反射實(shí)施例中，象素化的調(diào)制器(即調(diào)制器陣列)被利用來(lái)調(diào)制來(lái)自不同的源的光。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以使用單個(gè)調(diào)制器。在這樣的實(shí)施例中，通信鏈路的每個(gè)激光器末端接收同一個(gè)信息、或者通過(guò)對(duì)被施加到調(diào)制器的調(diào)制進(jìn)行時(shí)分復(fù)接從而為各個(gè)相應(yīng)的源提供不同的信道。然而，這種類型的單個(gè)調(diào)制器并不是最好的，因?yàn)檎{(diào)制器必須相當(dāng)大，以及大的調(diào)制器很難制造，以及對(duì)于某些應(yīng)用項(xiàng)，它不能足夠快速地進(jìn)行調(diào)制以便提供想要的數(shù)據(jù)速率。
在利用遠(yuǎn)心透鏡的實(shí)施例中，發(fā)射器或檢測(cè)器或調(diào)制器的陣列基本上位于遠(yuǎn)心透鏡的后焦面。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)看到的，遠(yuǎn)心透鏡可適合于具有一個(gè)被彎曲的或部分被彎曲的后焦面。在這種情形下，發(fā)射器或檢測(cè)器或調(diào)制器的陣列也應(yīng)當(dāng)被彎曲或部分被彎曲，以便與遠(yuǎn)心透鏡的后焦面匹配。
在以上的實(shí)施例中，已描述了利用多層分級(jí)結(jié)構(gòu)的點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、多點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)信令系統(tǒng)。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)看到的，本發(fā)明可被加到兩個(gè)信令裝置之間，二者可以是固定的或是移動(dòng)的。
在上述的、利用VCSEL發(fā)射器陣列的實(shí)施例中，由每個(gè)發(fā)射器產(chǎn)生的光使用要被發(fā)送到通信鏈路的另一端的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行調(diào)制。調(diào)制來(lái)自VCSEL發(fā)射器的光的最容易方法是接通和關(guān)斷發(fā)射器，從而對(duì)它們發(fā)射的光進(jìn)行幅度調(diào)制。然而，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)看到的，可以使用其它調(diào)制技術(shù)，諸如頻率或相位調(diào)制。
在以上利用準(zhǔn)直透鏡或遠(yuǎn)心透鏡的實(shí)施例中，從每個(gè)發(fā)射器發(fā)射的激光束具有由在透鏡的出射口處的繞射造成的發(fā)散度。所以，通過(guò)利用盡可能大的出射口，使得這個(gè)發(fā)散度最小。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)看到的，這種有限繞射源的使用使得發(fā)射的光束中的發(fā)散度最小，因而它使得可以進(jìn)行成功的通信的范圍最大化。
在以上的實(shí)施例中，使用了VCSEL發(fā)射器陣列。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)看到的，可以使用其它類型的光發(fā)射器，諸如激光二極管和光發(fā)射二極管。發(fā)射器陣列也可由一束光纖構(gòu)成(緊密地封裝成帶有被耦合到每個(gè)光纖的另一端的激光二極管的有規(guī)則的陣列)。然而，這樣的光纖束的使用，或激光二極管的二維陣列的使用，會(huì)導(dǎo)致由繞射造成的更大的具有約±20°的光束發(fā)散度。如果光要被有效地聚集和校直，這需要使用低的f/數(shù)目(大約f/1.5)的準(zhǔn)直透鏡。這增加透鏡系統(tǒng)的費(fèi)用和復(fù)雜性。然而，如果陣列也具有相當(dāng)?shù)偷姆庋b密度(即，每個(gè)單位面積內(nèi)的低數(shù)目的光發(fā)射器)，則由于在光纖或激光器之間大的非發(fā)射區(qū)域，由每個(gè)光纖或二極管發(fā)射的光束的數(shù)值孔徑可以通過(guò)使用靠近發(fā)射器的小的透鏡而被減小。每個(gè)透鏡將增加發(fā)射器的有效的尺寸并同時(shí)減小發(fā)散度。這樣的透鏡的二維陣列可被制做成與發(fā)射器陣列空間匹配。這樣的透鏡減小發(fā)射器陣列的數(shù)值孔徑，以及允許利用不太昂貴的、高的f/數(shù)目準(zhǔn)直透鏡。
在以上的實(shí)施例中，提供了光發(fā)射器或光檢測(cè)器或光調(diào)制器的二維陣列。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)看到的，使得在這樣的規(guī)則的陣列中的發(fā)射器、檢測(cè)器或調(diào)制器達(dá)到以上給出的優(yōu)點(diǎn)并不重要。
權(quán)利要求
1.包括第一和第二信令裝置的信令系統(tǒng)，第一信令裝置包括(i)多個(gè)光發(fā)射器，每個(gè)用于發(fā)射各自的、載送信息的光束；和(ii)透鏡系統(tǒng)，用于聚集從多個(gè)光發(fā)射器發(fā)射的光以及用于把光束引導(dǎo)到透鏡系統(tǒng)的視場(chǎng)內(nèi)的各個(gè)方向；以及第二信令裝置包括(i)透鏡系統(tǒng)，用于聚集從所述第一信令裝置的光發(fā)射器發(fā)射的光；(ii)光檢測(cè)器，用于接收來(lái)自所述透鏡系統(tǒng)的聚集的光以及用于把接收的光變換成相應(yīng)的電信號(hào)；和(iii)用于處理來(lái)自光檢測(cè)器的電信號(hào)以便檢索所述信息的裝置。
2.按照權(quán)利要求1的信令系統(tǒng)，其中第二信令裝置的所述透鏡系統(tǒng)把來(lái)自所述第一信令裝置的光發(fā)射器聚集的光聚焦到所述光檢測(cè)器。
3.按照權(quán)利要求1或2的信令系統(tǒng)，其中第二信令裝置的所述光檢測(cè)器包括光電二極管。
4.按照任何前述的權(quán)利要求的信令系統(tǒng)，其中第二信令裝置的所述光檢測(cè)器包括多個(gè)光檢測(cè)器，其每個(gè)用于從它的視場(chǎng)內(nèi)的各個(gè)方向上接收由所述透鏡系統(tǒng)聚集的光以及用于把接收的光變換成相應(yīng)的電信號(hào)。
5.按照權(quán)利要求4的信令系統(tǒng)，其中在所述第二信令裝置中的所述多個(gè)光檢測(cè)器被排列成規(guī)則的陣列。
6.按照權(quán)利要求5的信令系統(tǒng)，其中在所述第二信令裝置中的所述多個(gè)光檢測(cè)器被排列成二維陣列。
7.按照任何前述的權(quán)利要求的信令系統(tǒng)，其中第一信令裝置的透鏡系統(tǒng)和第二信令裝置的透鏡系統(tǒng)中的每一個(gè)都包括廣角透鏡，以使得它們各自的視場(chǎng)最大化。
8.按照權(quán)利要求1到6的任一項(xiàng)的信令系統(tǒng)，其中所述第二信令裝置還包括光發(fā)射器，用于發(fā)射載送信息的光束，其中所述第二信令裝置的透鏡系統(tǒng)用來(lái)聚集從所述光發(fā)射器發(fā)射的光以及把光束引導(dǎo)到所述第一信令裝置，其中所述第一信令裝置的透鏡系統(tǒng)用來(lái)聚集從所述第二信令裝置光發(fā)射器發(fā)射的光以及其中所述第一信令裝置還包括(i)光檢測(cè)器，用于接收來(lái)自所述透鏡系統(tǒng)的聚集的光以及用于把接收的光變換成相應(yīng)的電信號(hào)；和(ii)用于處理來(lái)自光檢測(cè)器的電信號(hào)以便檢索由所述第二信令裝置發(fā)射的光束載送的信息的裝置。
9.按照權(quán)利要求1到7的任一項(xiàng)的信令系統(tǒng)，其中所述第二信令裝置還包括多個(gè)光發(fā)射器，其每個(gè)用于發(fā)射各自的、載送信息的光束，其中所述第二信令裝置的透鏡系統(tǒng)用來(lái)聚集從所述多個(gè)光發(fā)射器發(fā)射的光以及把光束引導(dǎo)到它的視場(chǎng)內(nèi)的各個(gè)方向，其中所述第一信令裝置的透鏡系統(tǒng)用來(lái)聚集從所述第二信令裝置光發(fā)射器發(fā)射的光以及其中所述第一信令裝置還包括(i)光檢測(cè)器，用于接收來(lái)自所述透鏡系統(tǒng)的聚集的光以及用于把接收的光變換成相應(yīng)的電信號(hào)；和(ii)用于處理來(lái)自光檢測(cè)器的電信號(hào)以便檢索接收的、由所述第二信令裝置發(fā)射的光束載送的所述信息的裝置。
10.按照權(quán)利要求9的信令系統(tǒng)，其中在所述第二信令裝置中的所述多個(gè)光發(fā)射器被排列成規(guī)則的陣列。
11.按照權(quán)利要求10的信令系統(tǒng)，其中在所述第二信令裝置中的多個(gè)光發(fā)射器被排列成二維陣列。
12.按照權(quán)利要求8到11的任一項(xiàng)的信令系統(tǒng)，其中所述第一信令裝置包括多個(gè)光檢測(cè)器，其每個(gè)用于接收來(lái)自在它的視場(chǎng)內(nèi)的各個(gè)方向的、由所述透鏡系統(tǒng)的聚集的光以及用于把接收的光變換成相應(yīng)的電信號(hào)。
13.按照權(quán)利要求12的信令系統(tǒng)，其中在所述第二信令裝置中的所述多個(gè)光檢測(cè)器被排列成規(guī)則的陣列。
14.按照權(quán)利要求13的信令系統(tǒng)，其中在所述第二信令裝置中的多個(gè)光檢測(cè)器被排列成二維陣列。
15.按照權(quán)利要求12到14的任一項(xiàng)的信令系統(tǒng)，其中所述第一信令裝置的每個(gè)光發(fā)射器與在第一信令裝置中各自的光檢測(cè)器有關(guān)，以使得相關(guān)的光發(fā)射器和光檢測(cè)器對(duì)在光學(xué)上相對(duì)于第一信令裝置的透鏡系統(tǒng)是基本上設(shè)置在一起的。
16.按照當(dāng)從屬于權(quán)利要求4時(shí)的權(quán)利要求9的信令系統(tǒng)，其中所述第二信令裝置的每個(gè)光發(fā)射器與在第二信令裝置中各自的光檢測(cè)器有關(guān)，以使得相關(guān)的光發(fā)射器和光檢測(cè)器對(duì)在光學(xué)上相對(duì)于第二信令裝置的透鏡系統(tǒng)是基本上設(shè)置在一起的。
17.按照權(quán)利要求15或16的信令系統(tǒng)，其中相關(guān)的光發(fā)射器和光檢測(cè)器對(duì)被設(shè)置成互相相鄰的。
18.按照權(quán)利要求15或16的信令系統(tǒng)，其中多個(gè)光發(fā)射器和多個(gè)光檢測(cè)器被互相分開(kāi)地設(shè)置，以及其中光束分離器被提供在多個(gè)光發(fā)射器和多個(gè)光檢測(cè)器與所述透鏡系統(tǒng)之間，以使得在光學(xué)上把相關(guān)的光發(fā)射器和光檢測(cè)器對(duì)設(shè)置在一起。
19.按照權(quán)利要求4或權(quán)利要求9或從屬于它們的任何 的信令系統(tǒng)，其中其中第二信令裝置的所述透鏡系統(tǒng)包括遠(yuǎn)心透鏡，以及其中多個(gè)光檢測(cè)器和或多個(gè)光發(fā)射器基本上被設(shè)置在所述遠(yuǎn)心透鏡的焦面上。
20.按照權(quán)利要求4或9或從屬于它們的任何權(quán)利要求的信令系統(tǒng)，其中第二信令裝置的所述透鏡系統(tǒng)包括具有前焦面和后焦面的透鏡，其中制動(dòng)部件基本上被設(shè)置在前焦面上，用來(lái)阻擋從第一信令裝置接收的一部分光，以及其中所述多個(gè)光發(fā)射器和/或檢測(cè)器基本上被設(shè)置在所述透鏡的后焦面上。
21.按照任何前述的權(quán)利要求的信令系統(tǒng)，其中所述第一信令裝置包括控制裝置，用于控制每個(gè)所述光發(fā)射器，以使得由發(fā)射器發(fā)射的光載送所述信息。
22.按照權(quán)利要求21的信令系統(tǒng)，其中所述控制裝置用來(lái)單獨(dú)地控制每個(gè)所述多個(gè)發(fā)射器，以使得每個(gè)發(fā)射器可發(fā)射載送不同信息的光束。
23.按照權(quán)利要求21或22的信令系統(tǒng)，其中所述控制裝置通過(guò)調(diào)制由各個(gè)光發(fā)射器發(fā)射的光的幅度、相位或頻率而控制每個(gè)所述光發(fā)射器。
24.按照任何前述的權(quán)利要求的信令系統(tǒng)，其中所述第一信令裝置還包括選擇裝置，用于選擇所述多個(gè)光發(fā)射器中的一個(gè)光發(fā)射器，該光發(fā)射器要被使用來(lái)發(fā)射載送信息的光束到所述第二信令裝置。
25.按照當(dāng)從屬于權(quán)利要求17時(shí)的權(quán)利要求24的信令系統(tǒng)，其中所述第一信令裝置包括跟蹤裝置，用于當(dāng)光束由于在第一與第二信令裝置之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)而移過(guò)所述多個(gè)光檢測(cè)器時(shí)，跟蹤從第二信令裝置接收的光束，以及其中所述選擇裝置根據(jù)來(lái)自所述跟蹤裝置的輸出而選擇用來(lái)發(fā)送到第二信令裝置的光發(fā)射器。
26.按照權(quán)利要求9或從屬于它的任何權(quán)利要求的信令系統(tǒng)，其中所述第二信令裝置還包括選擇裝置，用于選擇要被使用來(lái)發(fā)送回所述第一信令裝置的光發(fā)射器。
27.按照當(dāng)從屬于權(quán)利要求4時(shí)的權(quán)利要求26的信令系統(tǒng)，其中所述第二信令裝置還包括跟蹤裝置，用于當(dāng)光束由于在第一與第二信令裝置之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)而移過(guò)所述多個(gè)光檢測(cè)器時(shí)，跟蹤從第一信令裝置接收的光束，以及其中所述選擇裝置工作時(shí)選擇要被使用來(lái)把光束發(fā)送回所述第一信令裝置的光發(fā)射器。
28.按照權(quán)利要求25或27的信令系統(tǒng)，其中所述跟蹤裝置通過(guò)監(jiān)視由所述多個(gè)光檢測(cè)器輸出的電信號(hào)的電平而跟蹤所述光束。
29.按照任何前述的權(quán)利要求的信令系統(tǒng)，包括多個(gè)第一信令裝置，其每個(gè)被安排來(lái)把來(lái)自各個(gè)光發(fā)射器的光發(fā)射到一個(gè)或多個(gè)第二信令裝置。
30.按照任何前述的權(quán)利要求的信令系統(tǒng)，包括多個(gè)第二信令裝置，其每個(gè)被安排來(lái)接收來(lái)自所述第一信令裝置的各個(gè)光發(fā)射器的光。
31.信令系統(tǒng)包括第一和第二信令裝置，其中第一信令裝置包括(i)多個(gè)光發(fā)射器，其每個(gè)用于發(fā)射各自的、載送信息的光束；(ii)透鏡系統(tǒng)，用于聚集從多個(gè)光發(fā)射器發(fā)射的光以及用于把光束引導(dǎo)到透鏡系統(tǒng)的視場(chǎng)內(nèi)的各個(gè)方向和用于聚集從所述第二信令裝置發(fā)射回的調(diào)制的光束；(iii)光檢測(cè)器，用于接收來(lái)自所述透鏡系統(tǒng)的聚集的調(diào)制的光以及用于把接收的光變換成相應(yīng)的電信號(hào)；以及(iv)用于處理來(lái)自所述光檢測(cè)器的電信號(hào)以便檢索數(shù)據(jù)的裝置；以及其中第二信令裝置包括(i)透鏡系統(tǒng)，用于聚集從所述第一信令裝置的光發(fā)射器發(fā)射的光；(ii)光反射器，用于把來(lái)自所述透鏡系統(tǒng)的聚集的光通過(guò)透鏡系統(tǒng)反射回第一信令裝置；以及(iii)調(diào)制器，用于用第一信令裝置的調(diào)制數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)制由所述透鏡系統(tǒng)聚集的光和或反射的光。
32.按照權(quán)利要求31的信令系統(tǒng)，其中第二信令裝置的所述透鏡系統(tǒng)把從所述第一信令裝置的光發(fā)射器聚集的光聚焦到所述光反射器上。
33.按照權(quán)利要求31或32的信令系統(tǒng)，其中所述反射器包括折回反射器。
34.按照權(quán)利要求31到33的任一項(xiàng)的信令系統(tǒng)，其中所述反射器包括鏡子。
35.按照權(quán)利要求31到34的任一項(xiàng)的信令系統(tǒng)，其中所述反射器被彎曲或被部分地彎曲，以便與所述第二信令裝置的透鏡系統(tǒng)的焦面相匹配。
36.按照權(quán)利要求31到35的任一項(xiàng)的信令系統(tǒng)，其中所述調(diào)制器用來(lái)調(diào)制接收信號(hào)的幅度、相位、頻率或極化中的至少一項(xiàng)。
37.按照權(quán)利要求31到36的任一項(xiàng)的信令系統(tǒng)，其中所述調(diào)制器是可透射的，以及被設(shè)置在所述透鏡系統(tǒng)與所述反射器之間。
38.按照權(quán)利要求37的信令系統(tǒng)，其中所述調(diào)制器包括液晶調(diào)制器。
39.按照權(quán)利要求31到36的任一項(xiàng)的信令系統(tǒng)，其中所述調(diào)制器和所述反射器被形成為一個(gè)單個(gè)單元。
40.按照權(quán)利要求39的信令系統(tǒng)，其中所述組合的調(diào)制器與反射器包括量子約束斯塔克效應(yīng)器件。
41.按照權(quán)利要求31到40的任一項(xiàng)的信令系統(tǒng)，其中第一信令裝置的透鏡系統(tǒng)和第二信令裝置的透鏡系統(tǒng)中的每一個(gè)都包括廣角透鏡，以使得它們各自的視場(chǎng)最大化。
42.按照權(quán)利要求31到41的任一項(xiàng)的信令系統(tǒng)，其中所述第二信令裝置包括多個(gè)光反射器和/或調(diào)制器，其每個(gè)用于接收來(lái)自它的視場(chǎng)內(nèi)的各個(gè)方向的、由第一信令裝置的透鏡系統(tǒng)聚集的光，以及用于反射和/或調(diào)制返回到各個(gè)方向的光。
43.按照權(quán)利要求42的信令系統(tǒng)，其中在所述第二信令裝置中的所述多個(gè)光反射器被排列成規(guī)則的陣列。
44.按照權(quán)利要求43的信令系統(tǒng)，其中在所述第二信令裝置中的所述多個(gè)光反射器被排列成二維陣列。
45.按照權(quán)利要求31到44的任一項(xiàng)的信令系統(tǒng)，其中所述第二信令裝置還包括(i)光檢測(cè)器，用于接收來(lái)自第二信令裝置的透鏡系統(tǒng)的聚集的光的一部分以及用于把接收的光變換成相應(yīng)的電信號(hào)；以及(ii)用于處理來(lái)自光檢測(cè)器的電信號(hào)以便檢索在從所述第一信令裝置發(fā)射的光束上所載送的數(shù)據(jù)的裝置。
46.按照權(quán)利要求45的信令系統(tǒng)，其中第二信令裝置的所述光檢測(cè)器包括多個(gè)光檢測(cè)器，其每個(gè)用于接收來(lái)自它的視場(chǎng)內(nèi)的各個(gè)方向的、由所述透鏡系統(tǒng)聚集的光的一部分以及用于把接收的光變換成相應(yīng)的電信號(hào)。
47.按照權(quán)利要求46的信令系統(tǒng)，其中在所述第二信令裝置中的所述多個(gè)光檢測(cè)器被排列成規(guī)則的陣列。
48.按照權(quán)利要求47的信令系統(tǒng)，其中在所述第二信令裝置中的所述多個(gè)光檢測(cè)器被排列成二維陣列。
49.按照權(quán)利要求31到48的任一項(xiàng)的信令系統(tǒng)，其中所述第一信令裝置的光檢測(cè)器包括多個(gè)光檢測(cè)器，其每個(gè)用于接收來(lái)自它的視場(chǎng)內(nèi)的各個(gè)方向的、由所述透鏡系統(tǒng)聚集的光的一部分以及用于把接收的光變換成相應(yīng)的電信號(hào)。
50.按照權(quán)利要求49的信令系統(tǒng)，其中在所述第一信令裝置中的所述多個(gè)光檢測(cè)器被排列成規(guī)則的陣列。
51.按照權(quán)利要求50的信令系統(tǒng)，其中在所述第一信令裝置中的所述多個(gè)光檢測(cè)器被排列成二維陣列。
52.按照權(quán)利要求49到51的任一項(xiàng)的信令系統(tǒng)，其中所述第一信令裝置的每個(gè)光發(fā)射器與在第一信令裝置中各自的一個(gè)光檢測(cè)器有關(guān)，以使得相關(guān)的光發(fā)射器和光檢測(cè)器對(duì)在光學(xué)上相對(duì)于第一信令裝置的透鏡系統(tǒng)是基本上設(shè)置在一起的。
53.按照當(dāng)從屬于權(quán)利要求42時(shí)的權(quán)利要求46的信令系統(tǒng)，其中所述第二信令裝置的每個(gè)反射器和/或調(diào)制器與在第二信令裝置中各自的一個(gè)光檢測(cè)器有關(guān)，以使得有關(guān)的光反射器和/或調(diào)制器與光檢測(cè)器對(duì)在光學(xué)上相對(duì)于第二信令裝置的透鏡系統(tǒng)是基本上設(shè)置在一起的。
54.按照權(quán)利要求52或53的信令系統(tǒng)，其中有關(guān)的光反射器和/或調(diào)制器與光檢測(cè)器對(duì)被設(shè)置成互相相鄰的。
55.按照權(quán)利要求52的信令系統(tǒng)，其中所述第一信令裝置的多個(gè)光發(fā)射器和多個(gè)光檢測(cè)器被互相分開(kāi)地設(shè)置，以及其中光束分離器被提供在多個(gè)光發(fā)射器和多個(gè)光檢測(cè)器與所述透鏡系統(tǒng)之間，以使得在光學(xué)上把相關(guān)的光發(fā)射器和光檢測(cè)器對(duì)設(shè)置在一起。
56.按照權(quán)利要求31到55的任一項(xiàng)的信令系統(tǒng)，其中第二信令裝置的所述透鏡系統(tǒng)包括遠(yuǎn)心透鏡，以及其中光反射器基本上被設(shè)置在所述遠(yuǎn)心透鏡的焦面上。
57.按照權(quán)利要求31到56的任一項(xiàng)的信令系統(tǒng)，其中第二信令裝置的所述透鏡系統(tǒng)包括具有前焦面和后焦面的透鏡，其中制動(dòng)部件基本上被設(shè)置在前焦面上，用來(lái)阻擋從第一信令裝置接收的一部分光，以及其中所述多個(gè)光反射器基本上被設(shè)置在所述透鏡的后焦面上。
58.按照權(quán)利要求31到57的任一項(xiàng)的信令系統(tǒng)，其中所述第二信令裝置包括控制裝置，用于控制所述調(diào)制器，以使得被反射回第一信令裝置的光載送所述信息。
59.按照當(dāng)從屬于權(quán)利要求42時(shí)的權(quán)利要求58的信令系統(tǒng)，其中所述控制裝置用來(lái)單獨(dú)地控制每個(gè)所述多個(gè)調(diào)制器，以使得每個(gè)反射的光束可載送不同信息。
60.按照權(quán)利要求31到59的任一項(xiàng)的信令系統(tǒng)，其中所述第一信令裝置還包括選擇裝置，用于選擇所述多個(gè)光發(fā)射器中的一個(gè)光發(fā)射器，被使用來(lái)發(fā)射載送信息的光束到所述第二信令裝置。
61.按照當(dāng)從屬于權(quán)利要求49時(shí)的權(quán)利要求60的信令系統(tǒng)，其中所述第一信令裝置包括跟蹤裝置，用于當(dāng)光束由于在第一與第二信令裝置之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)而移過(guò)所述多個(gè)光檢測(cè)器時(shí)，跟蹤從第二信令裝置接收的光束，以及其中所述選擇裝置工作時(shí)根據(jù)來(lái)自所述跟蹤裝置的輸出選擇用來(lái)發(fā)送光束到第二信令裝置的光發(fā)射器。
62.按照權(quán)利要求42或從屬于它的任何權(quán)利要求的信令系統(tǒng)，其中所述第二信令裝置還包括選擇裝置，用于選擇光反射器和/或調(diào)制器，被使用來(lái)把調(diào)制的光反射回所述第一信令裝置。
63.按照權(quán)利要求61或62的信令系統(tǒng)，其中所述跟蹤裝置工作時(shí)通過(guò)監(jiān)視由所述多個(gè)光檢測(cè)器輸出的電信號(hào)的電平而跟蹤所述光束。
64.按照權(quán)利要求31到63的任一項(xiàng)的信令系統(tǒng)，包括多個(gè)第一信令裝置，其每個(gè)被安排來(lái)把來(lái)自各個(gè)光發(fā)射器的光發(fā)射到所述第二信令裝置，以及接收從第二信令裝置返回的各個(gè)調(diào)制的光束。
65.按照權(quán)利要求31到64的任一項(xiàng)的信令系統(tǒng)，包括多個(gè)第二信令裝置，其每個(gè)被安排來(lái)接收來(lái)自第一信令裝置的各個(gè)光發(fā)射器的光，以及把用數(shù)據(jù)調(diào)制的光反射回第一信令裝置。
66.按照任何前述的權(quán)利要求的信令系統(tǒng)，其中第一信令裝置的所述透鏡系統(tǒng)用來(lái)校直從每個(gè)所述多個(gè)光反射器反射的光。
67.按照任何前述的權(quán)利要求的信令系統(tǒng)，其中第一信令裝置的所述透鏡系統(tǒng)包括遠(yuǎn)心透鏡，以及其中多個(gè)光反射器在光學(xué)上基本上被設(shè)置在所述遠(yuǎn)心透鏡的焦面上。
68.按照任何前述的權(quán)利要求的信令系統(tǒng)，其中第一信令裝置的所述透鏡系統(tǒng)包括具有前焦面和后焦面的透鏡，其中多個(gè)光發(fā)射器基本上被設(shè)置在所述后焦面上，以及其中制動(dòng)部件基本上被設(shè)置在前焦面上，用來(lái)阻擋由每個(gè)所述光發(fā)射器發(fā)射的一部分光束。
69.按照任何前述的權(quán)利要求的信令系統(tǒng)，其中在所述第一信令裝置中的所述多個(gè)光發(fā)射器被排列成規(guī)則的陣列。
70.按照權(quán)利要求69的信令系統(tǒng)，其中在所述第一信令裝置中的所述多個(gè)光發(fā)射器被排列成二維陣列。
71.按照任何前述的權(quán)利要求的信令系統(tǒng)，其中一個(gè)或多個(gè)所述光發(fā)射器包括垂直空腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)。
72.按照權(quán)利要求1到70的任一項(xiàng)的信令系統(tǒng)，其中一個(gè)或多個(gè)所述光發(fā)射器包括激光器二極管。
73.按照權(quán)利要求1到70的任一項(xiàng)的信令系統(tǒng)，其中一個(gè)或多個(gè)所述光發(fā)射器包括光源和光纖，光源被設(shè)置在光纖的一端，以及光纖的另一端用作為光發(fā)射器。
74.按照任何前述的權(quán)利要求的信令系統(tǒng)，其中所述第一和第二信令裝置是相對(duì)可移動(dòng)的。
75.信令裝置包括(i)多個(gè)光發(fā)射器，其每個(gè)用于發(fā)射各自的、載送信息的光束；和(ii)透鏡系統(tǒng)，用于聚集從所述多個(gè)光發(fā)射器發(fā)射的光以及用于把光束引導(dǎo)到透鏡系統(tǒng)的視場(chǎng)內(nèi)的各個(gè)方向。
76.包括任何前述的權(quán)利要求的技術(shù)上的第一信令裝置特性的信號(hào)裝置。
77.包括按照權(quán)利要求75到76的一個(gè)或多個(gè)信令裝置和多個(gè)第二信令裝置的成套信令裝置，其中每一個(gè)信令裝置包括(i)透鏡系統(tǒng)，用于聚集從所述第一信令裝置之一的光發(fā)射器發(fā)射的光；(ii)光檢測(cè)器，用于接收來(lái)自所述透鏡系統(tǒng)的聚集的光以及用于把接收的光變換成相應(yīng)的電信號(hào)；和(iii)用于處理來(lái)自光檢測(cè)器的電信號(hào)以便檢索所述信息的裝置。
78.使用第一和第二信令裝置的信令方法，該方法包括以下步驟在第一信令裝置中(i)從多個(gè)光發(fā)射器中的至少一個(gè)光發(fā)射器發(fā)射載送信息的光；和(ii)通過(guò)透鏡系統(tǒng)聚集從至少一個(gè)光發(fā)射器發(fā)射的光以及把光引導(dǎo)到透鏡系統(tǒng)的視場(chǎng)內(nèi)的各個(gè)方向；以及在第二信令裝置中(i)通過(guò)透鏡聚集從第一信令裝置的光發(fā)射器發(fā)射的光；(ii)接收聚集在光檢測(cè)器上的光以及把接收的光變換成相應(yīng)的電信號(hào)；和(iii)處理來(lái)自光檢測(cè)器的電信號(hào)以便檢索信息。
79.使用第一和第二信令裝置的信令方法，該方法包括以下步驟在第一信令裝置中(i)使用多個(gè)光發(fā)射器中的至少一個(gè)光發(fā)射器來(lái)發(fā)射載送信息的光；和(ii)通過(guò)透鏡系統(tǒng)聚集從至少一個(gè)光發(fā)射器發(fā)射的光以及把光引導(dǎo)到透鏡系統(tǒng)的視場(chǎng)內(nèi)的各個(gè)方向；以及在第二信令裝置中(i)使用透鏡來(lái)聚集從第一信令裝置的至少一個(gè)光發(fā)射器發(fā)射的光；(ii)通過(guò)透鏡把來(lái)自透鏡的聚集的光反射回第一信令裝置；和(iii)用第一信令裝置的調(diào)制數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)制由透鏡系統(tǒng)聚集的光和或反射光；以及在第一信令裝置中(iii)通過(guò)透鏡系統(tǒng)聚集從第二信令裝置反射回的、已調(diào)制的光束；(iv)接收被聚集在光檢測(cè)器上的已調(diào)制的光，和把接收的光變換成相應(yīng)的電信號(hào)；以及(v)處理來(lái)自光檢測(cè)器的電信號(hào)以便檢索調(diào)制數(shù)據(jù)。
80.包括按照權(quán)利要求1到76的任一項(xiàng)的信令系統(tǒng)在內(nèi)的辦公室通信網(wǎng)。
81.包括按照權(quán)利要求1到76的任一項(xiàng)的信令系統(tǒng)在內(nèi)的電視系統(tǒng)。
全文摘要
提供了包括第一和第二信令裝置的信令系統(tǒng)。第一信令裝置包括:(i)多個(gè)光發(fā)射器,每個(gè)用于發(fā)射各個(gè)相應(yīng)的、載送信息的光束;以及(ii)透鏡系統(tǒng),用于聚集從多個(gè)光發(fā)射器發(fā)射的光以及用于把光束引導(dǎo)到透鏡系統(tǒng)的視場(chǎng)內(nèi)的各個(gè)方向。第二信令裝置包括:(i)透鏡系統(tǒng),用于聚集從第一信令裝置的光發(fā)射器發(fā)射的光;(ii)光檢測(cè)器,用于接收聚集的光以及用于把接收的光變換成相應(yīng)的電信號(hào);以及(iii)處理電路,用于處理來(lái)自光檢測(cè)器的電信號(hào),以便檢索信息。
文檔編號(hào)H04B10/114GK1346553SQ00806130
公開(kāi)日2002年4月24日 申請(qǐng)日期2000年2月11日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月11日
發(fā)明者A·E·格林, E·莫里森 申請(qǐng)人:量子束有限公司