特許 7395252 自由空間光リンクを用いてネットワーキングするための信号情報を受信するシステムおよび方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-01

(45)【発行日】2023-12-11

(54)【発明の名称】自由空間光リンクを用いてネットワーキングするための信号情報を受信するシステムおよび方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 13/00 20060101AFI20231204BHJP

   H04B 10/112 20130101ALI20231204BHJP

   H04B 10/67 20130101ALI20231204BHJP

【ＦＩ】

G02B13/00

H04B10/112

H04B10/67

【請求項の数】 6

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2019007612

(22)【出願日】2019-01-21

(65)【公開番号】P2019159314

(43)【公開日】2019-09-19

【審査請求日】2021-12-22

(31)【優先権主張番号】15/922,542

(32)【優先日】2018-03-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】500520743

【氏名又は名称】ザ・ボーイング・カンパニー

【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(74)【代理人】

【識別番号】100163522

【弁理士】

【氏名又は名称】黒田 晋平

(74)【代理人】

【識別番号】100154922

【弁理士】

【氏名又は名称】崔 允辰

(72)【発明者】

【氏名】クリストファー・エム・ラ・ファタ

【審査官】殿岡 雅仁

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０１８１８６４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００５／０２４９５０２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／００４３３２０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／０３９７６８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０１０－５３０９８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０２３０５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－００３５７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１９５５３４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００７－１９３３２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０３３４６８４３（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０６２９１８９５（ＣＮ，Ａ）

【文献】米国特許第０５７６０８５２（ＵＳ，Ａ）

【文献】国際公開第２００９／０２２１７８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】中国特許第１０２０５３２９４（ＣＮ，Ｂ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ９／００ － １７／０８

Ｇ０２Ｂ ２１／０２ － ２１／０４

Ｇ０２Ｂ ２５／００ － ２５／０４

Ｈ０４Ｂ １０／００ － １０／９０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光検出するシステム（１００）であって、
焦点面アレイ（１０６）と、
１つまたは複数のレンズ（１０２）で受けた平行光ビーム（１１０）を前記焦点面アレイ（１０６）上に集束させる１つまたは複数のレンズ（１０２）であって、前記焦点面アレイ（１０６）上での前記平行光ビーム（１１０）の位置（１１４）が、前記１つまたは複数のレンズ（１０２）における前記平行光ビーム（１１０）の伝搬入射角に基づいている、１つまたは複数のレンズ（１０２）と、
前記平行光ビーム（１１０）の光路（１１２）に配置されたマイクロチャンネルプレートコリメータ（１０４）と、
前記平行光ビーム（１１０）の前記伝搬入射角を決定し、前記平行光ビーム（１１０）によって符号化されたデータを検索するプロセッサ（１０８）と
を備え、
前記マイクロチャンネルプレートコリメータ（１０４）が、
第１の表面（２０４）および第２の表面（２０６）を有する不透明基板（２０２）と、
前記不透明基板（２０２）内の複数の透明チャンネル（２０８）と
を備え、
前記不透明基板（２０２）の少なくとも１つの縁に近い第１の部分に配置された前記複数の透明チャンネル（２０８）の空間密度が、前記第１の部分よりも縁から遠い第２の部分に配置された前記複数の透明チャンネル（２０８）の空間密度よりも低い、システム（１００）。

【請求項2】

前記マイクロチャンネルプレートコリメータ（１０４）が電気的受動状態にある、請求項１に記載のシステム（１００）。

【請求項3】

デュワー瓶（４１０）であって、前記焦点面アレイ（１０６）が前記デュワー瓶（４１０）内に配置される、デュワー瓶（４１０）と、
コールドストップ（４１２）と
をさらに備える、請求項１または２に記載のシステム（１００）。

【請求項4】

光検出する方法であって、
平行光ビーム（１１０）を１つまたは複数のレンズ（１０２）で受けるステップと、
前記平行光ビーム（１１０）を焦点面アレイ（１０６）上に集束させるステップであって、前記焦点面アレイ（１０６）上での前記平行光ビーム（１１０）の位置（１１４）が、前記１つまたは複数のレンズ（１０２）における前記平行光ビーム（１１０）の伝搬入射角に基づいている、ステップと、
前記平行光ビーム（１１０）を前記平行光ビーム（１１０）の光路（１１２）に配置されたマイクロチャンネルプレートコリメータ（１０４）に通すステップと、
前記焦点面アレイ（１０６）上での前記平行光ビーム（１１０）の前記位置（１１４）に基づいて前記平行光ビーム（１１０）の前記伝搬入射角を決定するステップと、
前記平行光ビーム（１１０）によって符号化されたデータを検索するステップと
を含み、
前記マイクロチャンネルプレートコリメータ（１０４）が、
第１の表面（２０４）および第２の表面（２０６）を有する不透明基板（２０２）と、
前記不透明基板（２０２）内の複数の透明チャンネル（２０８）と
を備え、
前記不透明基板（２０２）の少なくとも１つの縁に近い第１の部分に配置された前記複数の透明チャンネル（２０８）の空間密度が、前記第１の部分よりも縁から遠い第２の部分に配置された前記複数の透明チャンネル（２０８）の空間密度よりも低い、方法。

【請求項5】

前記平行光ビーム（１１０）が前記マイクロチャンネルプレートコリメータ（１０４）に通される前に前記平行光ビーム（１１０）をデュワー瓶（４１０）の中に受けるステップ
をさらに含む、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記平行光ビーム（１１０）が前記マイクロチャンネルプレートコリメータ（１０４）に通された後で前記平行光ビーム（１１０）をデュワー瓶（４１０）の中に受けるステップ
をさらに含む、請求項４に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、一般に自由空間光リンキング（ｆｒｅｅ ｓｐａｃｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｌｉｎｋｉｎｇ）に関し、詳細には、自由空間光リンク（ｆｒｅｅ ｓｐａｃｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｌｉｎｋ）を用いてネットワーキングするための信号情報を受信するシステムおよび方法に関する。

【背景技術】

【0002】

典型的な自由空間光リンク方法は、機械式ジンバル（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｇｉｍｂａｌｓ）を使用して狭視野の光学的開口の向きを広角で変えることにより広視野動作を可能にする。初期レーザ通信信号の発見、収集、および追跡は、機械式ジンバルが信号受付のために狭視野の光学的開口を正確に指し示すことに依存している。ネットワークに入りたいと望む新規参加者の発見には、一般に、追加の無指向性レーザビーコン供給源とビーコン供給源からの光を広角視野で取り込むことができる受信器開口とを必要とする。受信器開口は、広視野光受信器を使用して新規参加者の箇所を決定することができる。受信器に対する供給源の箇所が確立された後、別個の狭視野光学的開口が光信号の処理および復調のための十分な信号対雑音比を達成するために供給源の方に向けられてもよい。

【0003】

広視野光受信器は、一般に、入射平行レーザ光信号に関連する顕著な雑音にさらされる。広視野光受信器は、レーザ光信号の入射角を決定することができるが、一般に、レーザ光信号によって搬送されているデータがあってもこれを復調および検索することができない。信号を復調するために別個の狭視野光受信器が使用され得る。多重受信器はコストを増し、自由空間光リンクシステムの効率を下げる。さらに、狭視野光受信器を新たに獲得したネットワーク参加者の方へ向けるために機械式ジンバルを使用すると追加の機械システムを導入することがあり、このことはシステムの複雑さを増す。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

広視野光受信器が、入射信号の入射角を決定するとともに、入射信号を復調して入射信号で送信されたデータを検索することを可能にするシステムが開示される。一実施形態では、光検出するシステムが焦点面アレイを含む。このシステムは、１つまたは複数のレンズで受けた平行光ビームを焦点面アレイ上に集束させる１つまたは複数のレンズをさらに含み、焦点面アレイ上での平行光ビームの位置は、１つまたは複数のレンズにおける平行光ビームの伝搬入射角に基づいている。このシステムは、平行光ビームの光路に配置されたマイクロチャンネルプレートコリメータも含む。このシステムは、平行光ビームの伝搬入射角を決定し、平行光ビームで符号化されたデータを検索するプロセッサを含む。

【0005】

いくつかの実施形態では、マイクロチャンネルプレートコリメータは電気的受動状態にある。いくつかの実施形態では、マイクロチャンネルプレートコリメータは、第１の表面および第２の表面を有する不透明基板と不透明基板内の複数の透明チャンネルとを含む。いくつかの実施形態では、不透明基板内の複数の透明チャンネルは正方格子パターンで配置される。いくつかの実施形態では、不透明基板内の複数の透明チャンネルは三角格子パターンで配置される。いくつかの実施形態では、不透明基板内の複数の透明チャンネルは、マイクロチャンネルプレートコリメータの第１の部分に沿って正方格子パターンで配置され、不透明基板内の複数の透明チャンネルは、マイクロチャンネルプレートコリメータの第２の部分に沿って三角格子パターンで配置される。いくつかの実施形態では、マイクロチャンネルプレートコリメータの第１の部分に沿った不透明基板内の透明チャンネルの空間密度は、マイクロチャンネルプレートコリメータの第２の部分に沿った不透明基板内の透明チャンネルの空間密度より小さい。

【0006】

いくつかの実施形態では、第１の表面は凸状に湾曲しており、第２の表面は凹状に湾曲している。いくつかの実施形態では、焦点面アレイの検出表面が凸状に湾曲している。いくつかの実施形態では、システムは、デュワー瓶（ｄｅｗａｒ）であって、焦点面アレイがデュワー瓶内に配置される、デュワー瓶とコールドストップ（ｃｏｌｄ ｓｔｏｐ）とを含む。いくつかの実施形態では、マイクロチャンネルプレートコリメータはデュワー瓶内に配置される。いくつかの実施形態では、マイクロチャンネルプレートコリメータはデュワー瓶の外側に配置される。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のレンズのうちの少なくとも１つがデュワー瓶の外部境界を貫通して延伸する。

【0007】

一実施形態では、光検出する方法が、平行光ビームを１つまたは複数のレンズで受けるステップを含む。この方法は、平行光ビームを焦点面アレイ上に集束させるステップであって、焦点面アレイ上での平行光ビームの位置が、１つまたは複数のレンズにおける平行光ビームの伝搬入射角に基づいている、ステップをさらに含む。この方法は、平行光ビームを平行光ビームの光路に配置されたマイクロチャンネルプレートコリメータに通すステップも含む。この方法は、焦点面アレイ上での平行光ビームの位置に基づいて平行光ビームの伝搬入射角を決定するステップを含む。この方法は、平行光ビームで符号化されたデータを検索するステップをさらに含む。

【0008】

いくつかの実施形態では、この方法は、平行光ビームがマイクロチャンネルプレートコリメータに通される前に平行光ビームをデュワー瓶の中に受けるステップを含む。いくつかの実施形態では、この方法は、平行光ビームがマイクロチャンネルプレートコリメータに通された後で平行光ビームをデュワー瓶の中に受けるステップを含む。

【0009】

一実施形態では、マイクロチャンネルプレートコリメータ装置が、第１の表面および第２の表面を有する不透明基板を含む。この装置は、不透明基板内の複数の透明チャンネルであって、不透明基板内の透明チャンネルの空間密度が、マイクロチャンネルプレートコリメータの第２の部分に沿ってよりもマイクロチャンネルプレートコリメータの第１の部分に沿って大きい、複数の透明チャンネルをさらに含む。

【0010】

いくつかの実施形態では、複数の透明チャンネルは、マイクロチャンネルプレートコリメータの第１の部分に沿って正方格子パターンで配置され、複数の透明チャンネルは、マイクロチャンネルプレートコリメータの第２の部分に沿って三角形パターンで配置される。いくつかの実施形態では、複数の透明チャンネルは、マイクロチャンネルプレートコリメータの第１の部分に沿って第１の断面湾曲部を有し、マイクロチャンネルプレートコリメータの第２部分に沿って第２の断面湾曲部を有しており、第１の断面湾曲部は第２の断面湾曲部より小さい。いくつかの実施形態では、複数の透明チャンネルは、マイクロチャンネルプレートの第１の部分に沿って第１の深さを有し、第２部分に沿って第２の深さを有しており、第１の深さは第２の深さより小さい。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】自由空間光リンクを用いて信号情報を受信するシステムの一実施形態を示す図である。

【図2】自由空間光リンクを用いて信号情報を受信するシステムで使用可能なマイクロチャンネルプレートコリメータの一実施形態を示す図である。

【図3】自由空間光リンクを用いて信号情報を受信するシステム用のマイクロチャンネルプレートコリメータで使用可能なチャンネルパターンの一実施形態を示す図である。

【図4】自由空間光リンクを用いて信号情報を受信するシステムの一実施形態を示す図である。

【図5】自由空間光リンクを用いて信号情報を受信するシステムの一実施形態を示す図である。

【図6】自由空間光リンクを用いて信号情報を受信するシステムの一実施形態を示す図である。

【図7】自由空間光リンクを用いて信号情報を受信するシステムの一実施形態を示す図である。

【図8】自由空間光リンクを用いて信号情報を受信する方法の一実施形態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本開示は様々な修正形態および代替形態の影響を受けやすいが、特定の実施形態が図面に例として示されており、本明細書に詳述される。しかしながら、本開示は開示される特定の形態に限定されるものではないことが理解されるべきである。むしろ、本発明は、本開示の範囲内にあるすべての修正形態、均等物および代替形態を包含するものである。

【0013】

図１を参照すると、自由空間光リンクを用いて信号情報を受信するシステム１００の一実施形態のブロック図が示されている。システム１００は、１つまたは複数のレンズ１０２、マイクロチャンネルプレートコリメータ１０４、焦点面アレイ１０６、およびプロセッサ１０８を含むことができる。システム１００は、ビークル間通信のために航空機などのビークルに実装され得る。他の用途も考えられる。

【0014】

１つまたは複数のレンズ１０２は、通信グレードのレーザなどの平行光ビーム１１０を光路１１２に沿って焦点面アレイ１０６上へ向けることができる。広角での通信を可能にするために、レンズ１０２は広視野（ＷＦＯＶ）構成で構成され得る。さらに、レンズ１０２は、焦点面アレイ１０６上での平行光ビーム１１０の位置１１４が、平行光ビーム１１０がレンズ１０２に到達するときに平行光ビーム１１０の方位角および仰角での伝搬入射角に基づくように光ビーム１１０を方向付けることができる。一実施形態では、レンズ１０２は、本明細書の諸実施形態に関して説明したように複雑な多重レンズ光学システムを含む。

【0015】

マイクロチャンネルプレートコリメータ１０４は、平行光ビーム１１０を減少させるフィルタとして構成され得る。したがって、マイクロチャンネルプレートコリメータ１０４は電気的受動状態にあり得る。本明細書では、電気的受動は、外部電圧がマイクロチャンネルプレートコリメータ１０４の両端に印加されないで、マイクロチャンネルプレートコリメータ１０４が増幅プロセスを実行するのではなく平行光ビーム１１０からの雑音をフィルタにかけることを可能にすることを意味する。

【0016】

プロセッサ１０８は、焦点面アレイ１０６に通信可能に結合され得る。したがって、プロセッサ１０８は、焦点面アレイ１０６上での平行光ビーム１１０の位置１１４を決定することが可能であり得る。位置１１４に基づいて、プロセッサ１０８は、平行光ビーム１１０の伝搬入射角を計算し、それによって平行光ビーム１１０の供給源の位置を正確に示すように構成され得る。加えて、マイクロチャンネルプレートコリメータによってフィルタにかけられている平行光ビーム１１０は、平行光ビーム１１０で符号化されたデータを検索するためにプロセッサ１０８によって復調され得る。そのようにして、通信リンクが平行光ビーム１１０の供給源でセットアップされ得る。

【0017】

プロセッサ１０８は、中央処理装置（ＣＰＵ）、図形処理装置（ＧＰＵ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、周辺インタフェースコントローラ（ＰＩＣ）、または別の種類のマイクロプロセッサを含むことができる。プロセッサ１０８は、集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、論理ゲート回路網の組合せ、他の種類のデジタルもしくはアナログ電気設計構成要素、または同種のもの、あるいはそれらを組み合わせたものとして実装され得る。いくつかの実施形態では、プロセッサ１０８は多数の処理要素に分散されて、分散処理動作に依存し得る。

【0018】

さらに、プロセッサ１０８は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、磁気ディスクメモリ、光ディスクメモリ、フラッシュメモリ、データおよびプロセッサ命令を保存することができる別の種類のメモリ、または同種のもの、あるいはそれらを組み合わせたもの、などのメモリを含むことができる。いくつかの実施形態では、メモリ、またはメモリの各部分は、外部から、またはプロセッサ１０８の残り部分から遠隔に配置され得る。プロセッサ１０８のメモリは、プロセッサ１０８によって実行されるときにプロセッサ１０８に動作を実行させる命令を保存することができる。動作は、自由空間光リンクを用いて信号情報を受信するための本明細書に記載の任意の動作に対応することができる。

【0019】

動作中、平行光ビーム１１０はレンズ１０２で受けることができる。レンズ１０２は、平行光ビーム１１０を焦点面アレイ１０６上に向けることができる。光ビーム１１０は、光路１１２をたどってある入射角でレンズに入り、最終的に位置１１４で焦点面アレイ１０６に到達することができる。平行光ビーム１１０が焦点面アレイ１０６に当たる位置１１４により、プロセッサ１０８は平行光ビーム１１０の供給源の位置を決定することが可能になり得る。マイクロチャンネルプレートコリメータ１０４は、１つまたは複数のレンズ１０２の各部分に入る処理済み暗騒音を低減するために、したがって処理済み信号対雑音比を上げるために、光ビーム１１０の光路１１２に配置され得る。マイクロチャンネルプレートコリメータ１０４は、レンズ１０２と焦点面アレイ１０６との間に示されているが、本明細書に諸実施形態で記載されているように光路１１２に沿ってどこにも配置され得る。

【0020】

システム１００の利益は、単一の広角光学システムが、追加の狭視野光学システムに信号を復調するよう要求し得る他のシステムに比べて、平行光ビーム１１０の供給源の位置を決定するとともに、平行光ビーム１１０を復調して平行光ビーム１１０からデータを検索することもできることである。したがって、システム１００の複雑さおよび重量は、典型的な自由空間光受信器システムに比べて低減され得る。他の利点も存在し得る。

【0021】

図２を参照すると、自由空間光リンクを用いて信号情報を受信するシステム１００で使用可能なマイクロチャンネルプレートコリメータ１０４の一実施形態が示されている。マイクロチャンネルプレートコリメータ１０４は、第１の表面２０４および第２の表面２０６を有する不透明基板２０２を含むことができる。マイクロチャンネルプレートコリメータ１０４は複数の透明チャンネル２０８を含むことができる。

【0022】

マイクロチャンネルプレートコリメータ１０４は、透明チャンネル２０８が第１のパターンで配置されている第１の部分２２０と、透明チャンネル２０８が第２のパターンで配置されている第２の部分２２２と、透明チャンネル２０８が第３のパターンで配置されている第３の部分２２４と、を含むことができる。

【0023】

第１の部分２２０および第３の部分２２４では、透明チャンネル２０８は正方格子パターンで配置され得る。透明チャンネル２０８はそれぞれ、直径Ｄ１を有することができ、間隔Ｄ２で分離され得る。透明チャンネル２０８は、距離Ｄ３によって決定された領域内に集中することができる。パラメータＤ１、Ｄ２、およびＤ３はそれぞれ、マイクロチャンネルプレートコリメータ１０４を通過する平行光ビームに関連する雑音の強度とレベルの両方に影響を及ぼし得る。

【0024】

第２の部分２２２では、透明チャンネル２０８は三角格子で配置され得る。第１の部分２２０および第３の部分２２４内の透明チャンネル２０８は正方格子で配置され、第２の部分２２２内の透明チャンネル２０８は三角格子で配置されるので、マイクロチャンネルプレートコリメータ１０４の第１の部分２２０および第３の部分２２４内の透明チャンネル２０８の空間密度は、マイクロチャンネルプレートコリメータの第２の部分２２２内の透明チャンネル２０８の空間密度より低い。異なる空間密度は、第２の部分２２２を通過する光ビームの強度を第１の部分２２０および第３の部分２２４に比べて実質的に高めることができる。したがって、第２の部分２２２は瞳孔と見なすことができる。本明細書では、瞳孔という用語は、第１の部分２２０や第３の部分２２４などの他の部分よりも著しく多い光を通すことができる第２の部分２２２などのマイクロチャンネルプレートコリメータの一部を指す。

【0025】

いくつかの実施形態では、透明チャンネル２０８は、マイクロチャンネルプレートコリメータ１０４の第１の部分２２０および第３の部分２２４に沿った第１の断面湾曲部と第２の部分２２２に沿った第２の断面湾曲部とを有することができる。例えば、Ｄ１は、第２の部分２２２よりも第１の部分２２０および第３の部分２２４において小さくすることができる。これにより、より多くの光が第２の部分２２２においてマイクロチャンネルプレートコリメータ１０４を通ることが可能になる。しかしながら、より大きな直径Ｄ１パラメータにより、より多くの干渉が通過することも可能になり、それによって平行光ビームの信号対雑音比を減少させ得る。パラメータＤ１、Ｄ２、およびＤ３はそれぞれ、十分な光強度が検出および復調のためにマイクロチャンネルプレートコリメータ１０４を通過できるようにするために特定の用途に基づいて最適化され得る。

【0026】

さらに明瞭するために、基板２０２に対する透明チャンネル２０８のサイズおよび位置は、透明チャンネル２０８が実際にどの程度出現するのかについて不釣り合いに図示されていることに留意されたい。例えば、実際には、透明チャンネル２０８は、図２に示されているよりもずっと多くかつずっと小さくすることができる。さらに、図２は、マイクロチャンネルプレートコリメータ１０４を矩形形状を有するものとして示してあるが、特に、マイクロチャンネルプレートコリメータ１０４は円形などの他の形状を有していてもよい。その場合、第２の部分２２２はマイクロチャンネルプレートコリメータ１０４の円形中心とすることができ、第１の部分２２０および第３の部分２２４は第２の部分２２２を取り囲む環状領域に対応することができる。

【0027】

図３を参照すると、複数の透明チャンネル２０８のサンプルパターン３００が示されている。サンプルパターン３００では、直径Ｄ１は４μｍに相当することができ、間隔Ｄ２は６μｍに相当することができ、距離Ｄ３は３４μｍに相当することができる。これらのパラメータは例示目的にすぎないことに留意されたい。他の測定値が使用されてもよく、本開示の範囲内にある。これらの測定値は、使用される平行光ビーム（例えばレーザ）に関連する波長、位相、強度などのパラメータに基づくことができる。一般に、直径Ｄ１は、平行光ビームに波長レベルで干渉するのを回避できるほど大きくなるように選択される。

【0028】

図２を参照して説明したように、図３では、透明チャンネル２０８は、パターン３００の第１の部分２２０に沿った正方格子パターンとパターン３００の第２の部分２２２に沿った三角格子パターンとを有することができる。これにより、第１の部分２２０より多くの光が第２の部分２２２を通過することが可能になる。図３には示されていないが、より多くの光が第２の部分２２２を通過することを可能にすることは、第２の部分２２２内の透明チャンネル２０８相互間の間隔Ｄ２を６μｍ未満に小さくすること、または、第２の部分２２２内の透明チャンネル２０８の直径Ｄ１を４μｍ超に大きくすることによっても達成され得る。これらは、特定の用途に基づいて修正され得る設計パラメータである。

【0029】

追加の設計パラメータは透明チャンネル２０８のそれぞれの深さを含む。この深さは、パターン３００内の様々な点で連続的に異なることができる。例えば、パターン３００の第１の部分２２０では、第１の深さ３０２は比較的小さくすることができる。例えば、図３では、第１の深さ３０２は４μｍとして示されている。パターン３００に沿って第２の部分２２２の方へ移動するにつれ、透明チャンネル２０８のそれぞれの深さは徐々に増大することができる。例えば、第１の部分２２０から第２の部分２２２へ移るにつれ、第２の深さ３０４は５μｍに相当することができ、第３の深さ３０６は６μｍに相当することができ、第４の深さ３０８は７μｍに相当することができる。

【0030】

深さ３０２～３０８はそれぞれ、透明チャンネル２０８を通過する光をこの光の入射角に基づいて制限することができる。例えば、第１の深さ３０２は、図３の例では４４°に相当する第１の角度３１２を超える伝搬入射角を有する光を制限することができる。第２の深さ３０４は、第２の角度３１４の３８°を超える伝搬入射角を有する光を制限することができる。第３の深さ３０６は、第３の角度３１６の３３°を超える伝搬入射角を有する光を制限することができる。第４の深さ３０８は、第４の角度３１８の２８°を超える伝搬入射角を有する光を制限することができる。深さ３０２～３０８が増大するにつれて、パターン３００を通過することができる干渉は減少し得る。しかしながら、通過する光の強度は低下させることもでき、これにより、平行光ビームで符号化されたデータを検索するために受信信号を復調する困難さが増す。

【0031】

パターン３００の一利点は、透明チャンネル２０８の深さがより大きな領域内でのより大きな光強度を可能にするために、より大きな表面積が第２の部分２２２内の透明チャンネル２０８に入る光に与えられ、それによって受信される光のビームの復調が可能にするとともに、光の伝搬入射角の決定も可能になることである。他の利点も存在し得る。

【0032】

図４を参照すると、自由空間光リンクを用いて信号情報を受信するシステム１００の一実施形態が示されている。システム１００は、１つまたは複数のレンズ１０２、マイクロチャンネルプレートコリメータ１０４、および焦点面アレイ１０６を含む。図４には示されていないが、システム１００はプロセッサ１０８も含む。

【0033】

図４では、レンズ１０２は、広視野動作を可能にするために使用できる構成で示されている。レンズ１０２は、第１のレンズ４０２、第２のレンズ４０３、第３のレンズ４０４、第４のレンズ４０５、第５のレンズ４０６、および第６のレンズ４０７を含むことができる。レンズ４０２～４０７は、特定の用途に有益であり得るように、両凸レンズ、平凸レンズ、正メニスカスレンズ、負メニスカスレンズ、平凹レンズ、および両凹レンズを任意に組み合わせたものとすることができる。使用される高精度レンズおよび高精度レンズの構成は、図に示されているものに限定されるものではない。

【0034】

システム１００はデュワー瓶４１０を含むことができる。関連する技術分野の当業者なら、デュワー瓶は、第１の容器が第２の容器内に取り囲まれている真空断熱容器とすることができることを認識するであろう。第１の容器の中身を熱的に隔離するために、第１の容器と第２の容器との間の空間から空気を抜くことができる。デュワー瓶の他の実施形態は、本開示の利益を有する当業者なら理解するように使用されてもよい。極低温コールドアパーチャ（ｃｒｙｏｇｅｎｉｃａｌｌｙ ｃｏｌｄ ａｐｅｒｔｕｒｅ）を含むことができるコールドストップ４１２は、有向平行ビームが干渉エネルギーを実質的に全く放出せずに焦点面アレイに進むことを可能にし得る。デュワー瓶４１０およびコールドストップ４１２は、焦点面アレイ１０６が光を低温で、ほとんどあるいは全く干渉なしに検出することを可能にすることができ、このことは、受信される光ビームの伝搬入射角を正確に決定すること、および／または、受信される光ビームで符号化された信号を復調することに有益であり得る。レンズ１０２のうちのいくつか（例えばレンズ４０７）はデュワー瓶４１０内に配置され得る。

【0035】

図４の実施形態では、マイクロチャンネルプレートコリメータ１０４は、デュワー瓶４１０内の焦点面アレイ１０６に隣接して配置され得る。動作中、多重平行光ビーム４２０が１つまたは複数のレンズ１０２で受けることができる。多重平行光ビーム４２０はそれぞれ、レンズ１０２に到達したときに伝搬入射角を有することができる。レンズ１０２は、多重平行光ビーム４２０をコールドストップ４１２経由でデュワー瓶４１０内および焦点面アレイ１０６上に向けることができる。多重光ビーム４２０の位置は、レンズ１０２に到着するときのそれぞれの個々の光ビームの伝搬入射角に依存することができる。伝搬入射角は、焦点面アレイ１０６上の位置に基づいて決定され得るので、多重平行光ビーム４２０のそれぞれの供給源の位置も同様に決定することが可能になる。

【0036】

マイクロチャンネルプレートコリメータ１０４は多重光ビーム４２０の経路に配置されていて、多重光ビーム４２０を、焦点面アレイ１０６に当たる前にマイクロチャンネルプレートコリメータ１０４に通過させることができる。本明細書に記載されているように、マイクロチャンネルプレートコリメータ１０４は、多重光ビームからの雑音にフィルタをかけることができ、同時に、多重光ビームを復調して多重光ビームからデータを取り出すために、十分な光強度がマイクロチャンネルプレートコリメータ１０４を通過することを可能にすることができる。

【0037】

図５を参照すると、自由空間光リンクを用いて信号情報を受信するシステム１００の一実施形態が示されている。図５に示されているように、マイクロチャンネルプレートコリメータ１０４は、第１の部分２２０、第２の部分２２２、および第３の部分２２４を含むことができる。本明細書に記載されているように、第２の部分２２２は、第１の部分２２０と第３の部分２２４との間の瞳孔に対応することができる。したがって、第１の部分２２０および第３の部分２２４よりも多くの光が第２の部分２２２を通過することが可能となり得る。

【0038】

図６を参照すると、自由空間光リンクを用いて信号情報を受信するシステム１００の一実施形態が示されている。システム１００は、１つまたは複数のレンズ１０２、マイクロチャンネルプレートコリメータ１０４、および焦点面アレイ１０６を含む。図６には示されていないが、システム１００はプロセッサ１０８も含む。図６の実施形態の１つまたは複数のレンズ１０２は、第１のレンズ５０２、第２のレンズ５０３、第３のレンズ５０４、第４のレンズ５０５、および第５のレンズ５０６を含むことができる。１つまたは複数のレンズ１０２は図５に比べて簡略化され得る。さらに、レンズ１０２のうちの少なくとも１つ（例えばレンズ５０６）は、デュワー瓶４１０の外部境界を貫通して延伸することができる。

【0039】

図６の実施形態の別の形態は、マイクロチャンネルプレートコリメータ１０４および焦点面アレイ１０６が共に湾曲し得ることである。例えば、マイクロチャンネルプレートコリメータ１０４の第１の表面（例えば、図２の第１の表面２０４）は凸状に湾曲することができ、第２の表面（例えば、図２の第２の表面２０６）は凹状に湾曲することができる。焦点面アレイ１０６は、１つまたは複数のレンズ１０２の複雑さを軽減することを可能にするために、同様に凸状に湾曲することができる。

【0040】

図６の実施形態では、マイクロチャンネルプレートコリメータ１０４は、光ビーム４２０が第１のレンズ５０２に入る前の多重光ビーム４２０の経路に、デュワー瓶４１０の外側に配置される。しかしながら、他の位置も考えられる。

【0041】

図７を参照すると、自由空間光リンクを用いて信号情報を受信するシステム１００の一実施形態が示されている。図７に示されているように、マイクロチャンネルプレートコリメータ１０４は、第１の部分２２０、第２の部分２２２、および第３の部分２２４を含むことができる。本明細書に記載されているように、第２の部分２２２は、第１の部分２２０と第３の部分２２４との間の瞳孔に対応することができる。したがって、第１の部分２２０および第３の部分２２４よりも多くの光が第２の部分２２２を通過することが可能となり得る。

【0042】

図８を参照すると、自由空間光リンクを用いて信号情報を受信する方法８００が示されている。方法８００は、８０２で、平行光ビームを１つまたは複数のレンズで受けるステップを含むことができる。例えば、平行光ビーム１１０は１つまたは複数のレンズ１０２で受けることができる。

【0043】

方法８００は、８０４で、平行光ビームを焦点面アレイ上に集束させるステップであって、焦点面アレイ上での平行光ビームの位置が、１つまたは複数のレンズにおける平行光ビームの伝搬入射角に基づいている、ステップをさらに含むことができる。例えば、平行光ビーム１１０は焦点面アレイ１０６上に集束され得る。

【0044】

方法８００は、８０６で、平行光ビームを平行光ビームの光路に配置されたマイクロチャンネルプレートコリメータに通すステップも含むことができる。例えば、平行光ビーム１１０は、マイクロチャンネルプレートコリメータ１０４を通過することができる。

【0045】

方法８００は、８０８で、焦点面アレイ上での平行光ビームの位置に基づいて平行光ビームの伝搬入射角を決定するステップを含むことができる。例えば、プロセッサ１０８は、焦点面アレイ１０６上での平行光ビーム１１０の位置１１４に基づいて平行光ビーム１１０の伝搬入射角を決定することができる。

【0046】

方法８００は、８１０で、平行光ビームで符号化されたデータを検索するステップをさらに含むことができる。例えば、プロセッサ１０８は、平行光ビーム１１０で符号化されたデータを検索することができる。

【0047】

方法８００の利益は、１組のレンズおよび焦点面アレイが、別の狭視野光学システムにデータを検索するよう要求するシステムとは対照的に、平行光ビームの供給源の位置を決定するとともに平行光ビームで符号化されたデータを検索するために使用され得ることである。他の利点も存在し得る。

【0048】

さらに、本開示は下記項による諸実施形態を含む。

【0049】

第１項：光学検出するシステムであって、焦点面アレイと、１つまたは複数のレンズで受けた平行光ビームを焦点面アレイ上に集束させる１つまたは複数のレンズであって、焦点面アレイ上での平行光ビームの位置が、１つまたは複数のレンズにおける平行光ビームの伝搬入射角に基づいている、１つまたは複数のレンズと、平行光ビームの光路に配置されたマイクロチャンネルプレートコリメータと、平行光ビームの伝搬入射角を決定し、平行光ビームで符号化されたデータを検索するプロセッサと、を備えるシステム。

【0050】

第２項：マイクロチャンネルプレートコリメータが電気的受動状態にある、第１項に記載のシステム。

【0051】

第３項：マイクロチャンネルプレートコリメータが、第１の表面および第２の表面を有する不透明基板と不透明基板内の複数の透明チャンネルとを備える、第１項に記載のシステム。

【0052】

第４項：不透明基板内の複数の透明チャンネルが正方格子パターンで配置される、第３項に記載のシステム。

【0053】

第５項：不透明基板内の複数の透明チャンネルが三角格子パターンで配置される、第３項に記載のシステム。

【0054】

第６項：不透明基板内の複数の透明チャンネルが、マイクロチャンネルプレートコリメータの第１の部分に沿って正方格子パターンで配置され、不透明基板内の複数の透明チャンネルが、マイクロチャンネルプレートコリメータの第２の部分に沿って三角格子パターンで配置される、第３項に記載のシステム。

【0055】

第７項：マイクロチャンネルプレートコリメータの第１の部分に沿った不透明基板内の複数の透明チャンネルの空間密度が、マイクロチャンネルプレートコリメータの第２の部分に沿った不透明基板内の透明チャンネルの空間密度より小さい、第３項に記載のシステム。

【0056】

第８項：第１の表面が凸状に湾曲しており、第２の表面が凹状に湾曲している、第３項に記載のシステム。

【0057】

第９項：焦点面アレイの検出表面が凸状に湾曲している、第８項に記載のシステム。

【0058】

第１０項：デュワー瓶であって、焦点面アレイがデュワー瓶内に配置される、デュワー瓶と、コールドストップと、をさらに備える、第１項に記載のシステム。

【0059】

第１１項：マイクロチャンネルプレートコリメータがデュワー瓶内に配置される、第１０項に記載のシステム。

【0060】

第１２項：マイクロチャンネルプレートコリメータがデュワー瓶の外側に配置される、第１０項に記載のシステム。

【0061】

第１３項：１つまたは複数のレンズのうちの少なくとも１つがデュワー瓶の外部境界を貫通して延伸する、第１０項に記載のシステム。

【0062】

第１４項：光検出する方法であって、平行光ビームを１つまたは複数のレンズで受けるステップと、平行光ビームを焦点面アレイ上に集束させるステップであって、焦点面アレイ上での平行光ビームの位置が、１つまたは複数のレンズにおける平行光ビームの伝搬入射角に基づいている、ステップと、平行光ビームを平行光ビームの光路に配置されたマイクロチャンネルプレートコリメータに通すステップと、焦点面アレイ上での平行光ビームの位置に基づいて平行光ビームの伝搬入射角を決定するステップと、平行光ビームで符号化されたデータを検索するステップと、を含む方法。

【0063】

第１５項：平行光ビームがマイクロチャンネルプレートコリメータに通される前に平行光ビームをデュワー瓶の中に受けるステップをさらに含む、第１４項に記載の方法。

【0064】

第１６項：平行光ビームがマイクロチャンネルプレートコリメータに通された後で平行光ビームをデュワー瓶の中に受けるステップをさらに含む、第１４項に記載の方法。

【0065】

第１７項：マイクロチャンネルプレートコリメータ装置であって、第１の表面および第２の表面を有する不透明基板と、不透明基板内の複数の透明チャンネルであって、不透明基板内の複数の透明チャンネルの空間密度が、マイクロチャンネルプレートコリメータ装置の第２の部分に沿ってよりもマイクロチャンネルプレートコリメータ装置の第１の部分に沿って大きい、複数の透明チャンネルと、を備えるマイクロチャンネルプレートコリメータ装置。

【0066】

第１８項：複数の透明チャンネルが、マイクロチャンネルプレートコリメータ装置の第１の部分に沿って正方格子パターンで配置され、複数の透明チャンネルが、マイクロチャンネルプレートコリメータ装置の第２の部分に沿って三角形パターンで配置される、第１７項に記載のマイクロチャンネルプレートコリメータ装置。

【0067】

第１９項：複数の透明チャンネルが、マイクロチャンネルプレートコリメータ装置の第１の部分に沿って第１の断面湾曲部を有し、マイクロチャンネルプレートコリメータ装置の第２部分に沿って第２の断面湾曲部を有しており、第１の断面湾曲部が第２の断面湾曲部より小さい、第１７項に記載のマイクロチャンネルプレートコリメータ装置。

【0068】

第２０項：複数の透明チャンネルが、マイクロチャンネルプレートコリメータ装置の第１の部分に沿って第１の深さを有し、マイクロチャンネルプレートコリメータ装置の第２部分に沿って第２の深さを有しており、第１の深さが第２の深さより小さい、第１７項に記載のマイクロチャンネルプレートコリメータ装置。

【0069】

様々な実施形態について示し説明してきたが、本開示は、それらの実施形態に限定されるものではなく、当業者には明らかなように、すべての修正形態および変更形態を含むと理解されるであろう。

【符号の説明】

【0070】

１００ システム
１０２ レンズ
１０４ マイクロチャンネルプレートコリメータ
１０６ 焦点面アレイ
１０８ プロセッサ
１１０ 平行光ビーム、光ビーム
１１２ 光路
１１４ 位置
２０２ 基板、不透明基板
２０４ 第１の表面
２０６ 第２の表面
２０８ 透明チャンネル
２２０ 第１の部分
２２２ 第２の部分
２２４ 第３の部分
３００ パターン、サンプルパターン
３０２ 第１の深さ
３０４ 第２の深さ
３０６ 第３の深さ
３０８ 第４の深さ
３１２ 第１の角度
３１４ 第２の角度
３１６ 第３の角度
３１８ 第４の角度
４０２ 第１のレンズ
４０３ 第２のレンズ
４０４ 第３のレンズ
４０５ 第４のレンズ
４０６ 第５のレンズ
４０７ 第６のレンズ
４１０ デュワー瓶
４１２ コールドストップ
４２０ 多重平行光ビーム、多重光ビーム
５０２ 第１のレンズ
５０３ 第２のレンズ
５０４ 第３のレンズ
５０５ 第４のレンズ
５０６ 第５のレンズ
８００ 方法
Ｄ１ 直径
Ｄ２ 間隔
Ｄ３ 距離

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】