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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-03-27
(54)【発明の名称】オプティカルディテクタ
(51)【国際特許分類】
H01L 31/0232 20140101AFI20240319BHJP
【ＦＩ】
H01L31/02 D
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023561624
(86)(22)【出願日】2022-04-05
(85)【翻訳文提出日】2023-12-05
(86)【国際出願番号】 EP2022058920
(87)【国際公開番号】W WO2022214445
(87)【国際公開日】2022-10-13
(31)【優先権主張番号】21167318.1
(32)【優先日】2021-04-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】516043960
【氏名又は名称】シグニファイ ホールディング ビー ヴィ
【氏名又は名称原語表記】ＳＩＧＮＩＦＹ ＨＯＬＤＩＮＧ Ｂ．Ｖ．
【住所又は居所原語表記】Ｈｉｇｈ Ｔｅｃｈ Ｃａｍｐｕｓ ４８，５６５６ ＡＥ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ，Ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ
(74)【代理人】
【識別番号】100163821
【弁理士】
【氏名又は名称】柴田 沙希子
(72)【発明者】
【氏名】ホーレン クリストフ ヘラルド オーグスト
(72)【発明者】
【氏名】ヘネン ルドヴィクス ヨハンネス ラムベルトゥス
【テーマコード（参考）】
5F149
【Ｆターム（参考）】
5F149BA01
5F149BA30
5F149BB01
5F149HA09
5F149HA20
5F149KA04
5F149XB05
(57)【要約】
本発明は、より大きな入射角から生じる光信号を検出する感度を向上させたオプティカルディテクタ（１００）に関する。また、オプティカルディテクタ（１００）は、光信号の発信方向を決定するために使用されてもよい。オプティカルディテクタ（１００）は、フォトディテクタ（１０１）及びレンズ（１０３）を含む。フォトディテクタ（１０１）は、フォトディテクタ平面（００２）に直交する中心平面（００１）に位置する中心軸（１０２）を有する。レンズは、中心平面（００１）で分けられる第１のレンズセグメント（１３１）及び第２のレンズセグメント（１３２）を有する。第１のレンズセグメント（１３１）は、第１の受光面（１３３）及び第１の光出口面（１３５）を含み、第１の光出口面（１３５）は、フォトディテクタ（１０１）に面している。第２のレンズセグメント（１３２）は、第２の受光面（１３４）及び第２の光出口面（１３６）を含み、第２の光出口面（１３６）は、フォトディテクタ（１０１）に面している。第１の受光面（１３３）は、非一定の曲率を有する第１の凸面を含み、第１の凸面は、第１の表面点において第１の最小曲率半径（０５１）を有する。第２の受光面（１３４）は、非一定の曲率を有する第２の凸面を含み、第２の凸面は、第２の表面点において第２の最小曲率半径（０５２）を有する。中心軸（１０２）及び第１の線（０５５）によって囲まれる第１の角度（０５３）は、０度よりも大きく、第１の線（０５５）は、第１の表面点において第１の凸面に垂直であり、中心軸（１０２）まで延びる。中心軸（１０２）及び第２の線（０５６）によって囲まれる第２の角度（０５４）は、０度よりも大きく、第２の線（０５６）は、第２の表面点において第２の凸面に垂直であり、中心軸（１０２）まで延びる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の方向からの到来光信号を受信するためのオプティカルディテクタであって、当該オプティカルディテクタは、フォトディテクタ平面に直交する中心平面に位置する中心軸を有するフォトディテクタと、
前記中心平面で分けられる第１のレンズセグメント及び第２のレンズセグメントを有するレンズと、
を含み、
前記フォトディテクタは、前記中心軸の周りに構成される第１のフォトディテクタセグメント及び第２のフォトディテクタセグメントを含み、
前記第１のレンズセグメントは、第１の受光面及び第１の光出口面を含み、前記第１の光出口面は、前記フォトディテクタに面しており、
前記第２のレンズセグメントは、第２の受光面及び第２の光出口面を含み、前記第２の光出口面は、前記フォトディテクタに面しており、
前記第１の受光面は、非一定の曲率を有する第１の凸面を含み、前記第１の凸面は、第１の表面点において第１の最小曲率半径を有し、
前記第２の受光面は、非一定の曲率を有する第２の凸面を含み、前記第２の凸面は、第２の表面点において第２の最小曲率半径を有し、
前記第１のレンズセグメント及び前記第２のレンズセグメントは、前記第１及び第２のレンズセグメント間のエアギャップによって互いに少なくとも部分的に光学的にアイソレートされ、前記第１のレンズセグメント及び前記第２のレンズセグメントは、前記中心軸の周りに位置付けられ、互いに向かい合う実質的に平坦なエッジ面を有し、前記エッジ面は、少なくとも部分的に透過性の材料を含み、
前記中心軸及び第１の線によって囲まれる第１の角度は、０度よりも大きく、前記第１の線は、前記第１の表面点において前記第１の凸面に垂直であり、前記中心軸まで延び、
前記中心軸及び第２の線によって囲まれる第２の角度は、０度よりも大きく、前記第２の線は、前記第２の表面点において前記第２の凸面に垂直であり、前記中心軸まで延びる、オプティカルディテクタ。
【請求項2】
前記第１の角度及び前記第２の角度は、５度～４５度の範囲で同じ値を有する、請求項１に記載のオプティカルディテクタ。
【請求項3】
前記第１の受光面及び前記第２の受光面は、実質的に平坦又は凹状である、前記中心平面に隣接する部分を有する、請求項１又は２に記載のオプティカルディテクタ。
【請求項4】
前記第１の受光面及び前記第２の受光面は、前記フォトディテクタ平面に向かってカーブする、前記中心平面に隣接する部分を有する、請求項１又は２に記載のオプティカルディテクタ。
【請求項5】
前記第１の光出口面は、前記第１のフォトディテクタセグメントと光学的に接触し、前記第２の光出口面は、前記第２のフォトディテクタセグメントと光学的に接触する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のオプティカルディテクタ。
【請求項6】
前記エアギャップは、１０～１００マイクロメートルの範囲の幅を有する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のオプティカルディテクタ。
【請求項7】
前記レンズは、ある数のレンズセグメントを有し、前記フォトディテクタは、前記レンズセグメントの数と同じ又は整数倍の数のフォトディテクタセグメントを有する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のオプティカルディテクタ。
【請求項8】
請求項１に記載のオプティカルディテクタと、第１のフォトディテクタセグメント及び第２のフォトディテクタセグメントによってそれぞれ生成される複数のディテクタ信号を受信するように構成される信号プロセッサと、
復調デバイスと、
を含む、光ワイヤレス通信デバイスであって、
前記信号プロセッサは、前記複数のディテクタ信号のうちの少なくとも１つを選択するように構成され、
前記復調デバイスは、データを抽出するために前記複数のディテクタ信号のうちの少なくとも１つを復調するように構成される、光ワイヤレス通信デバイス。
【請求項9】
当該光ワイヤレス通信デバイスはさらに、調整可能であるエミッション方向に送信光信号を発するように構成される光信号エミッタと、
前記光信号エミッタを制御するように構成されるコントローラと、
を含み、
前記信号プロセッサは、前記複数のディテクタ信号の比較によって到来光信号の方向を決定するように構成され、
前記信号プロセッサは、前記到来光信号の方向に基づいて前記光信号エミッタのエミッション方向を調整するために前記コントローラに通信可能に接続される、請求項８に記載の光ワイヤレス通信デバイス。
【請求項10】
当該光ワイヤレス通信デバイスはさらに、調整可能であるエミッション方向に送信光信号を発するように構成される光信号エミッタと、
前記光信号エミッタを制御するように構成されるコントローラと、
光学要素及びセグメント化ディテクタを含む方向センサと、
を含み、
前記信号プロセッサは、セグメント化フォトディテクタによって生成される複数のセンサ信号の比較によって到来光信号の方向を決定するように構成され、
前記信号プロセッサは、前記到来光信号の方向に基づいて前記光信号エミッタのエミッション方向を調整するために前記コントローラに通信可能に接続される、請求項８に記載の光ワイヤレス通信デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、広い視野角から生じる光信号をより良好に受信するように構成されるオプティカルディテクタに関する。さらに、オプティカルディテクタは、複数の方向からの到来光信号の方向をロバストに(robustly)決定するように構成される。オプティカルディテクタは、光ワイヤレス通信(optical wireless communication)に適し得るが、これに限定されるものではない。
【背景技術】
【0002】
近年、光ワイヤレス通信は、研究及び商業活動の面で急速な成長を遂げている。高速、高帯域幅、電磁干渉への耐性、及びセキュリティは、これらの活動を後押ししている魅力的な特徴である。簡潔に、これは、変調された可視、赤外、又は紫外変調光が、光信号の形態で通信信号を送信するために使用される通信分野である。このコンポーネントは、広いビームで光信号を送信するように構成され、これは、情報ネットワークに接続される、アクセスポイントと呼ばれることが多い。一般的なシナリオでは、複数のアクセスポイントが、対象エリアを可能な限りカバーするように天井に設置される。エミッタを含む各アクセスポイントは、天井照明器具に組み込まれることがある。受信側には、これらの送信された光信号を受信し、少なくとも、これらのアクセスポイントのうちの１つと１つの通信リンクを確立するように配置されるフォトディテクタを少なくとも含む光デバイス(optical device)がある。また、受信側は、天井のアクセスポイントにおける１つ以上のフォトディテクタによって受信される光信号の広いビームを発するように構成されるエミッタを含むことがある。受信側は、エンドポイントと呼ばれることが多い。アクセスポイントもエンドポイントも、本質的に、エミッタ、フォトディテクタ、及び必要な通信回路等のコンポーネントを少なくとも収容する光ワイヤレス通信デバイスである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
光ワイヤレス通信システムのエンドポイントは、結像オプティック(imaging optic)と組み合わせてフォトディテクタを用いて光信号を検出することがある。一般に、ディテクタに到達する光の量は、ディテクタ表面に対して入射角の余弦とともに（投影面積が小さくなるにつれて）減少する。さらに、エミッタが位置する平面と平行な平面内でレシーバが並進する光ワイヤレス通信の場合、距離は、より大きな入射角に対して（再び角度の余弦とともに）増大する。さらに、エミッタは、（例えば、ランバートエミッタ(Lambertian emitter)の場合、再び角度の余弦とともに）そのエミッション軸(emission axis)に対してより大きな角度でより低い強度を発することがある。すなわち、余弦は、入射角が大きくなるにつれて検出信号の強い低下をもたらす、３つの依存性を持つ。入射角が大きくなると（すなわち、アクセスポイントの位置に対するエンドポイントの並進が大きくなると）検出されるパワーと同様に検出される信号は非常に小さくなり、通信リンク速度を劇的に低下させるか、リンクの損失を引き起こすことさえある。逆に、エミッタは、高い強度で光信号を送信する可能性があり、必要とされる電力損失が大きすぎて、コンシューマアプリケーションで要求されるような小さなビルディングブロック（例えば、モバイルフォン）へ組み込むことができない。
【0004】
フォトディテクタは、到来光信号の方向を決定するための複数のディテクタセグメントを含むことがある。複数のフォトディテクタセグメントを有する結像オプティックを使用しても、アクセスポイントのエミッタは非常に小さいため、正確な方向情報を提供せず、結果的に、到来光信号の多くの異なる方向に対してほとんど同じディテクタ信号をもたらす。光信号がどのフォトディテクタセグメントで受信されたかを知ることはできても、光信号がどこから生じているかを正確に知ることはできない。また、上記の理由から、光信号が広い視野角から生じている場合、十分な角度弁別(angular discrimination)を実現することは難しくなる。
【0005】
それゆえ、フォトディテクタの感度を本質的に向上させるためにより大きな入射角又は視野角において光学要素のゲインを増加させることが望ましい。
【0006】
本発明の目的は、より大きな入射角に対して向上した感度を有するオプティカルディテクタを提供することである。それゆえ、オプティカルディテクタは、より大きな入射角度から入射する光信号をより良好に検出することができる。また、オプティカルディテクタは、到来光信号のおおよその(approximate)方向をロバストに決定するように構成される。さらに、オプティカルディテクタは、光信号を検出及びオプティカルディテクタに対するアクセスポイント又はエンドポイントの方向を決定し、特定の方向に狭ビーム光信号を送信することをさらに支援する、光ワイヤレス通信デバイス(optical wireless communication device)の一部であってもよい。
【課題を解決するための手段】
【0007】
第１の態様によれば、この及び他の目的は、複数の方向からの到来光信号(incoming optical signal)を受信するためのオプティカルディテクタ(optical detector)によって達成される。オプティカルディテクタは、フォトディテクタ(photodetector)及びレンズを含む。フォトディテクタは、フォトディテクタ平面(photodetector plane)に直交する中心平面(center plane)に位置する中心軸を有する。レンズは、中心平面で分けられる(separated by)第１のレンズセグメント及び第２のレンズセグメントを有する。第１のレンズセグメントは、第１の受光面(light receiving surface)及び第１の光出口面(light exit surface)を含み、第１の光出口面は、フォトディテクタに面している。第２のレンズセグメントは、第２の受光面及び第２の光出口面を含み、第２の光出口面は、フォトディテクタに面している。第１の受光面は、非一定の曲率を有する第１の凸面(convex surface)を含み、第１の凸面は、第１の表面点(surface point)において第１の最小曲率半径を有する。第２の受光面は、非一定の曲率を有する第２の凸面を含み、第２の凸面は、第２の表面点において第２の最小曲率半径を有する。中心軸及び第１の線(line)によって囲まれる第１の角度は、０度よりも大きく、第１の線は、第１の表面点において第１の凸面に垂直であり、中心軸まで延びる。中心軸及び第２の線によって囲まれる第２の角度は、０度よりも大きく、第２の線は、第２の表面点において第２の凸面に垂直であり、中心軸まで延びる。
【0008】
凸面は、透過媒体(transmission medium)がより高い屈折率を有する限り、衝突光信号(impinging optical signal)の集中(concentration)を可能にする。それゆえ、凸面を法線方向に対して斜め方向に向ける(orient)ことにより（法線方向はレンズの中心軸と一致する）、ある斜め方向からの集光(concentration of light)を高めることができる。
【0009】
凸面は、１つ以上の曲率半径を有してもよい。斯かるカーブについて、ある点における曲率半径は、当該点におけるカーブを最もよく近似する円弧の半径に等しい。最小曲率半径は、グローバル又はローカル最小曲率半径(global or local minimum radius of curvature)を示すことができる。第１の角度又は第２の角度は、凸面のこの最高曲率点の向き(orientation)を示す。衝突方向が第１の線又は第２の線と一致する、凸面の第１の表面点又は第２の表面点の周りに衝突する光信号は、より低い曲率を有する凸面の他の部分と比較して、より大きな集中を経験する。それゆえ、オプティカルディテクタは、第１の線又は第２の線とある程度アラインする方向を有する光信号に対する感度を向上させることができる。
【0010】
レンズは、レンズ視野(lens field of view)を有してもよい。第１及び第２のレンズセグメントは、セグメント化(segmented)視野を有してもよい。セグメント化視野は レンズ視野のサブセットであってもよい。セグメント化視野は実質的に異なってもよいが、中心軸の周りにオーバーラップする視野領域を有してもよい。視野間のオーバーラップの程度を変える一つのやり方は、レンズセグメントの受光面を修正することによってもよい。
【0011】
第１の角度及び第２の角度は、５度～４５度の範囲で同じ値を有してもよい。
【0012】
第１のレンズセグメント及び第２のレンズセグメントは鏡面対称であってもよく、また、中心軸に対して回転対称であってもよい。
【0013】
凸面及びその向きの可能な選択は、かなり広い。選択は、アプリケーションによって必要とされる全視野（ＦｏＶ）、及び他の入射角についてどの程度低い集光が許容されるか（ある入射角についての増加は、他の入射角における低下を意味する）に依存してもよい。
【0014】
光ワイヤレス通信の場合、第１の角度及び第２の角度を５度から４５度くらいにするのが好ましくあり得る。
【0015】
第１の受光面及び第２の受光面は、実質的に平坦又は凹状であってもよい、中心平面に隣接する部分を有する。
【0016】
中心軸と一致する方向から生じる光信号は、光信号が最短距離からの発信(origination)である可能性が高いことを意味し得る。それゆえ、光信号の強度は、他の位置から生じる光信号に比べてかなり強くなる。それゆえ、凹面又は平坦面を選択することにより、中心軸と一致する方向から生じる光信号に対するゲイン又は集光を低減する犠牲が払われてもよい。
【0017】
第１の受光面及び第２の受光面は、フォトディテクタ平面に向かってカーブする、中心平面に隣接する部分を有してもよい。
【0018】
第１の受光面及び第２の受光面は、第１の受光面及び第２の受光面の部分の接線が中心平面及びフォトディテクタ平面と交差するように延ばされることができるように構成されてもよい中心平面に隣接する当該部分を有する。
【0019】
この構成は、中心軸と一致する方向から生じる光信号に対するゲイン又は集光のより強い低下をもたらし得る。それゆえ、この構成は、このような条件が些細ではない場合に選択されてもよい。しかしながら、このような軸上（中心軸）検出に対するより強い低下は、（中心軸から離れる）軸外検出に対するゲイン又は集中のより強い増加を可能にし得る。
【0020】
レンズは、フォトディテクタのエッジの周りにレンズエッジ面(lens edge surface)を有してもよい。レンズエッジ面は、部分的な被覆を有してもよい。レンズエッジ面は、フォトディテクタ平面に直交することができる。部分的な被覆は、吸収性又は反射性であることができる外側部分及び反射性であることができる内側部分を有する。内側部分の反射性の性質は、レンズによってフォトディテクタ平面に集束されることができない高入射角からの到来光の折り返し(folding)を可能にする。部分的な被覆は、レンズエッジ面上に構成されるメタルシート又は反射コーティングによって達成されてもよい。
【0021】
代替的に、レンズエッジ面は、いかなる形態の被覆も有さなくてもよい。
【0022】
また、レンズエッジ面は、フォトディテクタ平面に直交しなくてもよい。
【0023】
フォトディテクタは、中心軸の周りに構成される第１のフォトディテクタセグメント及び第２のフォトディテクタセグメントを含んでもよい。
【0024】
上記のレンズは、セグメント化フォトディテクタ(segmented photodetector)と組み合わせて、オプティカルディテクタの方向検出ケイパビリティ(direction detection capability)を可能にしてもよい。
【0025】
フォトディテクタは、ＰＮ若しくはＰｉＮフォトダイオード（ＰＤ）、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、フォトトランジスタ、シリコンフォトマルチプライヤ（ＳｉＰＭ）又はマルチピクセルフォトンカウンター（ＭＰＰＣ）、シングルフォトンアバランシェディテクタ（ＳＰＡＤ）等であることができ、ＳｉＰＭ／ＭＰＰＣ及びＳＰＡＤだけでなく、他のディテクタも、複数のセグメントを含んでもよい。フォトディテクタセグメントは、同心状に配置されてもよく、六角形に詰められ(packed)てもよい。また、フォトディテクタセグメントは、直線状に配置されてもよい。
【0026】
第１の光出口面は、第１のフォトディテクタセグメントと光学的に接触してもよく、第２の光出口面は、第２のフォトディテクタセグメントと光学的に接触してもよい。
【0027】
この場合、「光学的に接触する(in optical contact)」は、光学的に接触する２つの部品間の光伝送(optical transmission)を可能にすることと解釈されてもよい。
【0028】
レンズ及びフォトディテクタが空気によって隔てられる場合、空気は、カップリング媒体(coupling medium)として考えられてもよい。しかしながら、フォトディテクタに面するレンズの界面でのフレネル反射が多くなると、光の損失が大きくなる可能性がある。ゆえに、空気よりも高い屈折率を有する媒体が好ましい。そうでなければ、フォトディテクタ及びレンズは、光の損失を防ぐか、少なくとも最小限に抑えるために、反射防止コーティングを有してもよい。
【0029】
光学的接触は、薄いオプティカルボンディング層(optical bonding layer)、弱いファンデルワールス相互作用による接着、又は例えば成形(molding)若しくは鋳造(casting)によって実現される直接相互接続(direct interconnect)であることができる。フォトディテクタがカップリング材料によってレンズと接触する場合、レンズ及びフォトディテクタの屈折率の間の屈折率を有するカップリング材料を有することが有益であり得、好ましくは、レンズ及び／又はカップリング材料の屈折率は、フォトディテクタの屈折率に相対的に近く選択される。
【0030】
第１及び第２のレンズセグメントは、中心軸の周りの光アイソレータ(optical isolator)によって互いに少なくとも部分的に光学的にアイソレートされてもよい。
【0031】
「少なくとも部分的に光学的にアイソレートされる(at least partially optically isolated)」は、第１及び第２のレンズセグメントが２つの別個のセグメントであり、セグメント間のセパレーション(separation)への光衝突が完全反射又は部分的透過をもたらしてもよいこととして解釈されてもよい。完全反射及び部分的透過間のこの程度は、入射角に対して主観的であってもよい。
【0032】
光アイソレータは、第１のレンズセグメント及び第２のレンズセグメントの間のエアギャップであってもよい。
【0033】
エアギャップは、中心平面の周りに対称的に配置されてもよい。比較的高い入射角において、到来光信号は、関連するフォトディテクタセグメントに完全に集中されない可能性があり、それゆえ、エアギャップに到達する可能性がある。エアギャップは、近隣のフォトディテクタセグメント上の光信号の少なくとも部分的な透過を可能にし、クロストークを促進するように設計されてもよい。さらに、エアギャップは、受光レンズセグメントに関連する（複数の）フォトディテクタセグメントへ実質的な光信号を反射し、これにより、この検出に使用される単位センサ面積当たりの信号強度を高めるように設計されてもよい。このクロストーク挙動は通信に極端に望ましくないが、クロストーク挙動は、到来光信号の発信方向(originating direction)のロバストな決定に利用されることができる。また、レンズセグメントが反射材料によって互いに完全に光学的にアイソレートされる場合、精度は低いが、到来光信号の発信方向の決定は可能であり得る。
【0034】
オプティカルディテクタが光信号を検出及び復調するものとして使用されることが望まれる場合、光アイソレータ又はエアギャップは、限定されたクロストークにつながる限定された光透過率を有するように設計されてもよい。例えば、入射角に依存して、光アイソレータ又はエアギャップを通る光透過は、光アイソレータ又はエアギャップに衝突する光の１０％を超えないようにしてもよい。より好ましくは、光アイソレータ又はエアギャップに衝突する光の５％が透過されることを可能にしてもよい。
【0035】
エアギャップは、１０～１００マイクロメートルの範囲であってもよい幅を有する。
【0036】
第１のレンズセグメント及び第２のレンズセグメントは、中心軸の周りに位置付けられ、互いに向かい合うエッジ面を実質的に有し、エッジ面は、少なくとも部分的に透過性の材料(at least partially transmissive material)を含んでもよい。
【0037】
エアギャップ及び少なくとも部分的に透過性の材料は一緒に光アイソレータを表してもよい。コーティング又はフィルムの形態の少なくとも部分的に透過性の材料は、反射特性を有するが、好ましくは散乱特性を有さない薄い金属フィルム又は誘電体フィルム（例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＴｉＯ２、及びＡｌ２Ｏ３）のいずれか又は組み合わせであってもよい。
【0038】
第１及び第２のレンズセグメントは、近隣のエッジ面が少なくとも部分的に透過性の材料で覆われた状態で別々に製造され、レンズの上述の構成を有するようにアセンブリされてもよい。
【0039】
光アイソレータは、第１及び第２のレンズセグメント間に位置する部分的に透過性の材料であってもよい。
【0040】
少なくとも部分的に透過性の材料は、完全反射性又は部分的透過性であるように選択されてもよい。
【0041】
レンズは、ある数のレンズセグメントを有してもよく、フォトディテクタは、レンズセグメントの数と同じ又は整数倍の数のフォトディテクタセグメントを有してもよい。
【0042】
レンズセグメントあたりのフォトディテクタセグメントの数が多いほど、到来光信号の方向の正確な決定に有益であり得る。
【0043】
本発明の第２の態様によれば、光ワイヤレス通信デバイス(optical wireless communication device)が提供される。光ワイヤレス通信デバイスは、上述したオプティカルディテクタ及び信号プロセッサを含む。信号プロセッサは、第１のフォトディテクタセグメント及び第２のフォトディテクタセグメントによって生成される複数のディテクタ信号を受信するように構成される。光ワイヤレス通信デバイスはさらに、復調デバイスを含む。信号プロセッサは、複数のディテクタ信号のうちの少なくとも１つを選択するように構成され、復調デバイスは、データを抽出するために複数のディテクタ信号のうちの少なくとも１つを復調するように構成される。
【0044】
信号プロセッサは、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、又は１つ以上のコンパレータであってもよい。
【0045】
ディテクタ信号は、フォトディテクタセグメントによって測定された検出信号の定量化されたパワー又は振幅であることができる。
【0046】
通信目的のために、高周波変調が使用される。変調は、一般に、オンオフキーイング（ＯＯＫ：on-off keying）、ノンリターントゥゼロオンオフキーイング（ＮＲＺ－ＯＯＫ：non-return-to-zero on-off keying）等、振幅変調の形態、又はＰＡＭ－３若しくはＰＡＭ－４等のＸレベルパルス振幅変調（ＰＡＭ－Ｘ：X-level pulse amplitude modulation）の形態であってもよい。代替的に、周波数変調の形態が使用されてもよく、光直交周波数分割多重（ＯＯＦＤＭ：optical orthogonal frequency division multiplexing）等、変調技術のさらなる組み合わせが使用されてもよい。ここで使用されるすべての変調技術に共通するのは、実際のデータを送信するために、典型的には、比較的高い周波数、例えば、１ＭＨｚ以上で光ビームを変調することである。それゆえ、ハイパスフィルタが、信号プロセッサによって受信される前にディテクタ信号をフィルタリングするために使用されてもよい。ハイパスフィルタは、１ＭＨｚ以上の信号を通過させてもよい。ディテクタ信号からデータ又は情報を抽出するには、復調が必要とされる。
【0047】
信号プロセッサは、ディテクタ信号から、復調及びデータ又は情報を抽出するためにどの信号が使用されてもよいかを決定してもよい。それゆえ、信号プロセッサは、復調デバイスによる復調のためにいずれか一方又は両方のディテクタ信号を選択してもよい。光ワイヤレス通信デバイスは、マルチインプットシングルアウトプット（ＭＩＳＯ：multiple input single output）システムをサポートしてもよい。
【0048】
光ワイヤレス通信デバイスはさらに、光信号エミッタ及びコントローラを含んでもよい。光信号エミッタは、調整可能(tunable)であるエミッション方向(emission direction)に送信光信号を発するように構成されてもよく、コントローラは、光信号エミッタを制御するように構成されてもよい。信号プロセッサは、複数のディテクタ信号の比較によって到来光信号の方向を決定するように構成されてもよく、信号プロセッサは、到来光信号の方向に基づいて光信号エミッタのエミッション方向を調整するためにコントローラに通信可能に接続されてもよい。
【0049】
オプティカルディテクタは、光ワイヤレス通信デバイスにおいて、１）軸外ゲイン(off-axis gain)を高めた光信号を検出する、及び、２）到来光信号の方向を決定する、
という２つの役割を持って使用されてもよい。
という２つの役割を持って使用されてもよい。
【0050】
代替的に、光ワイヤレス通信デバイスは、調整可能であるエミッション方向に送信光信号を発するように構成されてもよい光信号エミッタと、光信号エミッタを制御するように構成されるコントローラと、光学要素及びセグメント化ディテクタを含む方向センサ(direction sensor)とを含んでもよい。信号プロセッサは、セグメント化フォトディテクタによって生成される複数のセンサ信号を比較することにより到来光信号の方向を決定するように構成されてもよい。信号プロセッサは、到来光信号の方向に基づいて光信号エミッタのエミッション方向を調整するためにコントローラに通信可能に接続されてもよい。
【0051】
この場合、オプティカルディテクタは、軸外ゲインを高めた光信号を検出する単一の役割を有する。一方、到来光信号の方向は、方向センサで決定される。方向センサは、光学要素及びセグメント化フォトディテクタを含む安価な光学センサであってもよい。光学要素は、結像型又は非結像型であることができる。
【0052】
入射ビーム又は光の方向を決定するために、ローパスフィルタが、ディテクタ信号をフィルタリングするために使用されてもよい。光ワイヤレス通信信号が例えば１００ＭＨｚまで変調される場合、方向検出は、１ＭＨｚ、ましては１００ｋＨｚにおいてローパスフィルタリングされる信号で行われてもよい。近(near)直流（ＤＣ）信号もフィルタリングアウトされる必要があり得るので、方向検出のために、代替的に、１ｋＨｚ～１００ｋＨｚのバンドパスフィルタが使用されてもよい。
【0053】
ローパスフィルタリングされた信号によってフィルタリングされたディテクタ信号は、信号プロセッサによって受信されてもよく、信号プロセッサは、ディテクタ信号のフラクションを決定するように構成されてもよい。フラクション(fraction)の一例は、フォトディテクタセグメントによって検出されたディテクタ信号の大きさを、すべてのフォトディテクタセグメントからのディテクタ信号の大きさの合計で割ったものであることができる。ディテクタ信号のフラクションを比較することにより、到来光信号の方向が決定されることができる。
【0054】
ディテクタ信号の低周波数応答の最大フラクション(maximum fraction)が、どのフォトディテクタセグメントから通信信号が抽出されるべきかを決定するために使用されてもよく、斯くして、通信信号増幅のための単一のトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ：trans-impedance amplifier）のみが使用されてもよい。
【0055】
代替的に、異なるフォトディテクタセグメントからハイパスフィルタを通過した光通信信号が、入射ビームの方向を決定するために使用されることもできるが、これは、高周波増幅特性を有する複数のトランスインピーダンスアンプを必要とする。
【0056】
（複数の）アクセスポイント又は（複数の）エンドポイントの相対的な向きのみを決定するために、フォトディテクタの帯域幅は、いっそう高い感度を可能にするために到来光信号の帯域幅の１０％以下であることができる。好ましくは、方向センサにおけるフォトディテクタの３ｄＢ周波数帯域幅は、高変調周波数で到来光信号を検出するために使用される信号センサにおけるフォトディテクタのものの１０％未満であることができる。＜１％、さらには＜０．１％等、さらに低くてもよい。
【0057】
光信号エミッタの好適な例としては、ＬＥＤ、スーパールミネッセント発光ダイオード（ＳＬＥＤ：superluminescent light-emitting diode）、エッジ発光レーザダイオード（ＥＬＤ：edge-emitting laser diode）、垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：vertical-cavity surface-emitting laser）を挙げることができ、単一のエミッタ又は複数のエミッタ（又は発光セグメント）のいずれかであることができる。
【0058】
光信号エミッタは、エミッタ視野内で調整可能であるエミッション方向に光信号を発するように構成されてもよい。送信光信号のビームは、狭ビームを有することが好ましくあり得る。ターゲットとするレシーバのロケーションへの指向性及び狭放射(directional and narrow emission of radiation)の使用は、ビーム形状内の強度をかなり増加させることを可能にし得る。それゆえ、データ速度の増加とともにエネルギ散逸の低減が期待されることができる。さらに、熱散逸が少なくなるため小さな体積(volume)が使用されることができ、発せられる必要がある総光パワーが小さくなるため目の安全性も向上され得る。
【0059】
光信号エミッタは、レンズ視野の６０％未満、好ましくは３０％未満、最も好ましくは１５％未満に範囲が定められる立体角で発するように構成されてもよい。
【0060】
コントローラは、光信号エミッタを制御するように構成されてもよい。光信号エミッタの制御には、エミッション方向の調整、及び基本エミッタ特性の制御（例えば、強度、変調周波数、及び波長調整）が含まれてもよい。
【0061】
また、コントローラは、ネットワーク又はエンドポイントデバイスからそれぞれダウンリンク信号又はアップリンク信号を受信し、これを光ワイヤレス通信に適合するように変換することを担ってもよい。
【0062】
ここで上述したすべての構成のオプティカルディテクタは、光ワイヤレス通信システムからのエンドポイント又はアクセスポイントデバイスでの使用に適し得ることを理解されたい。オプティカルディテクタの目的は、光信号を検出することのみであってもよく、及び／又は、ソース若しくはアクセスポインロケーションを決定することであってもよい。
【0063】
到来光信号から信号プロセッサによってアクセスポイントの方向が決定されると、信号プロセッサは、アクセスポイント又はエンドポイントとの通信を確立するためにエミッション方向を調整するためにコントローラと通信してもよい。
【0064】
光信号エミッタは、独立に調整可能である複数のエミッション方向に複数の送信光信号を発するように構成されてもよい。
【0065】
この構成を用いて、光ワイヤレス通信デバイスは、マルチインプットマルチアウトプット（ＭＩＭＯ：multiple input multiple output）システムで動作してもよい。
【0066】
光ワイヤレス通信デバイスは、モバイルエンドポイントデバイスの一部であってもよい。この場合、光ワイヤレス通信デバイス（例えば、ドングル又はモバイルフォン）からのデータ転送は、デジタル通信インターフェースデバイスを介して達成されてもよい。光ワイヤレス通信デバイスは、ワイヤ、又は銅若しくは金の相互接続によってデジタル通信インターフェースデバイスに通信可能に接続されてもよい。デジタル通信インターフェースデバイスは、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ：Universal Serial Bus）インターフェース、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）インターフェース、又はＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）インターフェースであることができる。モバイル光通信デバイスは、デジタル通信インターフェースデバイスを介してユーザーデバイスに通信可能に接続されてもよい。
【0067】
本発明は、特許請求の範囲に列挙されている特徴のすべての可能な組み合わせに関する。本発明の概念の他の目的、特徴、及び、利点は、以下の詳細な開示から、添付の特許請求の範囲から、及び、図面から明らかになる。ある態様に関連して述べられる特徴は、他の態様にも組み込まれることができ、該特徴の利点は、該特徴が組み込まれるすべての態様に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【0068】
開示されたデバイス、方法、及びシステムの上記の及び追加の目的、特徴、及び利点は、添付の図面を参照して、デバイス、方法、及びシステムの実施形態の以下の例示的且つ非限定的な詳細な説明を通してよりよく理解されるであろう。図に示されているように、レイヤ及び領域のサイズは、例示の目的で誇張されている場合があり、斯くして、本発明の実施形態の一般的な構造を例示するために提供されている。同様の参照数字は、全体を通して同様の要素を指す。
【発明を実施するための形態】
【0069】
本発明は、本発明の現在好ましい実施形態が示されている添付図面を参照して、以下にさらに完全に述べられる。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で実施されてもよく、本明細書で述べられている実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、徹底性及び完全性のために提供されており、本開示の範囲を当業者に完全に伝える。
【0070】
最初に図１を参照すると、オプティカルディテクタ１００の断面図が示されている。オプティカルディテクタ１００は、フォトディテクタ１０１を含む。フォトディテクタ１０１は、フォトディテクタ平面００２に直交する中心平面００１に位置する中心軸１０２を有する。オプティカルディテクタ１００はさらに、第１のレンズセグメント１３１及び第２のレンズセグメント１３２を有するレンズ１０３を含む。レンズセグメント１３１及び１３２は、中心軸１０２で分けられる。レンズセグメント１３１及び１３２は、それぞれ、第１の受光面１３３及び第２の受光面１３４を含み、同様に、それぞれ、第１の光出口面１３５及び第２の光出口面１３６を含む。受光面１３３及び１３４は、光出口面１３５及び１３６よりも大きい。その上、受光面１３３及び１３４は、１つ以上の到来光信号を集中させるために、それぞれ、第１の凸面及び第２の凸面を少なくとも部分的に有する。
【0071】
光出口面１３５及び１３６は、フォトディテクタ１０１と光学的に接触している。
【0072】
レンズ１０３は、レンズ視野００３を有する。第１のレンズセグメント１３１及び第２のレンズセグメント１３２は、それぞれ、セグメント化視野１３７及び１３８を含む。セグメント化視野１３７及び１３８は、レンズ視野００３のサブセットを含む。セグメント化視野１３７及び１３８は実質的に異なるが、中心軸１０２の周りにオーバーラップする視野領域００４を有する。視野間のオーバーラップの程度を変える一つのやり方は、レンズセグメントの受光面を修正することによってもよい。
【0073】
図２は、オプティカルディテクタ１００の動作を断面図で示している。あるアプリケーションについて、フォトディテクタ平面００２の法線方向以外の異なる方向から入射する到来光信号に対して、強化された受光ケイパビリティ(enhanced light reception capability)を実現することが望まれる可能性がある。例えば、これは、オプティカルディテクタを含むエンドポイントデバイスがアクセスポイントの直下にないことがほとんどの場合である光ワイヤレス通信に関連する可能性がある。それゆえ、ゼロ入射角よりも大きな入射角（入射角８０１は、到来光信号の斜め方向８０２と中心軸１０２との間の囲まれた角度によって定義される）から生じる到来光信号を検出するために、レンズの集光係数(light concentration factor)を増加させる等、ゲインを増加させることは有益である。フォトディテクタ平面００２に垂直であり、中心軸１０２に平行である法線方向８０３から生じる光信号については、直接視野及びアクセスポイントとエンドポイントとの間の最短距離に起因して光信号が十分な強度を有し得るため、集光係数は犠牲にされてもよい。本発明によれば、レンズセグメント１３１及び１３２の受光面１３３及び１３４は、それぞれ、０度よりも大きい入射角に対する集光係数の増加を達成するように修正されることができ、入射角は、到来光信号の方向と中心軸１０２との間の囲まれた角度によって定義される。
【0074】
図２において、第１のレンズセグメント１３１の第１の受光面１３３は、少なくとも部分的に、第１の凸面を有する。非一定の曲率を有する(with non-constant curvature)第１の凸面は、第１の表面点において第１の最小曲率半径０５１を有する。第１の線０５５は、第１の最小曲率半径０５１の第１の表面点において第１の凸面に垂直であり、中心軸１０２まで延ばされることができる。第１の線０５５は、中心軸１０２と、０度よりも大きい第１の角度０５３を囲む。同様に、中心軸１０２と第２の線０５６とによって囲まれる第２の角度０５４は、０度よりも大きく、第２の線０５６は、第２の最小曲率半径０５２の第２の表面点において第２の凸面に垂直であり、中心軸１０２まで延びる。第１及び第２の最小曲率半径０５１及び０５２は、それぞれ、仮想円００５によって定義される。図２において、第１の角度０５３及び第２の角度０５４は同じである。それゆえ、第１の受光面１３３及び第２の受光面１３４は、中心軸１０２で分けられる互いの鏡像である。レンズセグメント１３１及び１３２は対称であり、回転対称でもあると考えられることができる。
【0075】
到来光信号の斜め方向８０２は、第２の線０５６と一致して示されている。それゆえ、第２の受光面１３４の第２の凸面は、本質的に、光入射角が０度よりも大きい斜め方向８０２からの到来光信号に面する(face)ように構成される。その結果、レンズ１０３の集光特性は、斜め位置から生じる光に対して少なくとも実質的に高くなる。なぜなら、法線方向８０３から生じる到来光信号は、中心平面００１に隣接する第１の受光面１３３及び第２の受光面１３４の部分が実質的に凹状であるため、より少ない集光を経験するからである。それゆえ、受光面１３３及び１３４は、（法線方向に生じる）軸上到来光よりも（斜め方向に生じる）軸外到来光に対してより大きなゲインを提供するように適合される。その結果、オプティカルディテクタ１００は、より大きな入射角から生じる信号に対して感度が向上するという特性を有する。
【0076】
図３では、オプティカルディテクタ１００の断面図が示されており、レンズセグメント１３１及び１３２は、光アイソレータ１０４によって互いに部分的に光学的にアイソレートされている。光アイソレータ１０４はエアギャップ１４１であり、中心平面００１の周りに対称的に配置されている。第１の受光面１３３及び第２の受光面１３４は、それぞれ、図１及び図２に示されたものと同様の特性を有する。フォトディテクタ１０１は、中心軸１０２の周りに構成される第１のフォトディテクタセグメント１２１及び第２のフォトディテクタセグメント１２２を含む。第１のレンズセグメント１３１は、第１のフォトディテクタセグメント１２１と光学的に接触しており、同様に、第２のレンズセグメント１３２は、第２のフォトディテクタセグメント１２２と光学的に接触している。
【0077】
比較的高い入射角において、到来光信号は、関連するフォトディテクタセグメントに完全に集中されない可能性があり、それゆえ、エアギャップ１４１に到達する可能性がある。エアギャップ１４１は、近隣のフォトディテクタセグメント上の光信号の少なくとも部分的な透過を可能にするように設計されてもよい。エアギャップ１４１は、受光レンズセグメントに関連する（複数の）フォトディテクタセグメントへ実質的な光信号を反射するように設計されてもよい。それゆえ、フォトディテクタによって受けられる光の慎重な精査(careful examination)及び異なる光入射角に対する部分透過率を知ることにより、入射光信号の発信方向のロバストな決定が可能である。レンズセグメントが反射材料によって互いに完全に光学的にアイソレートされる場合、到来光信号の発信方向の決定は可能であり得る。オプティカルディテクタ１００がアクセスポイントからの光信号を検出及び復調するものとして使用されることが望まれる場合、光アイソレータ１０４又はエアギャップ１４１は、限定された光透過率を有するように設計されてもよい。例えば、入射角に依存して、光アイソレータ１０４又はエアギャップ１４１を通る光透過は、光アイソレータ１０４又はエアギャップ１４１に衝突する光の１０％を超えないようにしてもよい。より好ましくは、光アイソレータ１０４又はエアギャップ１４１に衝突する光の５％が透過されることを可能にしてもよい。
【0078】
図４（ａ）及び（ｂ）は、光アイソレータ１０４の代替例によるオプティカルディテクタ１００の断面を示している。図４は、図１～３に示され、関連するテキストで述べられている特徴、要素及び／又は機能を含むことに留意されたい。したがって、理解を高めるために、当該図及びこれらに関連する記述も参照される。図１～４における同じ参照数字は、同じ又は類似の機能を有する、同じ又は類似の構成要素を示している。
【0079】
図４（ａ）において、レンズセグメント１３１及び１３２は、エアギャップ１４１によって隔てられている。レンズセグメント１３１及び１３２に面するエッジ面１４７は実質的に平坦であり、恐らくはコーティングの形態の、少なくとも部分的に透過性の材料１４２を含む。エアギャップ１４１及び少なくとも部分的に透過性の材料１４２は一緒に光アイソレータ１０４を表してもよい。エアギャップ１４１の幅及び少なくとも部分的に透過性の材料１４２の選択によって、光アイソレータ１０４を通る光の透過の調整が可能である。少なくとも部分的に透過性の材料１４２は、反射特性を有する薄い金属フィルム又は誘電体フィルム（例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＴｉＯ２、及びＡｌ２Ｏ３）のいずれか又は組み合わせであってもよい。
【0080】
図４（ｂ）において、光アイソレータ１０４は、隣接するレンズセグメント１３１及び１３２間に位置する少なくとも部分的に透過性の材料１４３によって表されている。少なくとも部分的に透過性の材料１４３は、完全反射性又は部分的透過性であるように選択されてもよい。
【0081】
図５は、図３に類似するオプティカルディテクタ１００の断面図を示している。図５は、図１～４に示され、関連するテキストで述べられている特徴、要素及び／又は機能を含むことに留意されたい。したがって、理解を高めるために、当該図及びこれらに関連する記述も参照される。図１～５における同じ参照数字は、同じ又は類似の機能を有する、同じ又は類似の構成要素を示している。
【0082】
図５において、レンズ１０３は、フォトディテクタ１０１のエッジの周りにレンズエッジ面１４９を有する。レンズエッジ面１４９は、部分的な被覆を有する。レンズエッジ面１４９は、フォトディテクタ平面００２に直交するように示されている。部分的な被覆は、吸収性又は反射性であることができる外側部分１５０及び反射性であることができる内側部分１５１を有する。内側部分１５１の反射性の性質は、レンズ１０３によってフォトディテクタ平面００２に集束されることができない高入射角からの到来光の折り返しを可能にする。部分的な被覆は、レンズエッジ面上に構成されるメタルシート又は反射コーティングによって達成されてもよい。オプティカルディテクタ１００の代替例で、レンズエッジ面１４９は、いかなる形態の被覆も有さなくてもよい。また、レンズエッジ面は、図１～４に示されるようにフォトディテクタ平面００２に直交しなくてもよい。
【0083】
図６（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）は、それぞれ、レンズセグメント１３１及び１３２の受光面１３３及び１３４の様々な構成によるオプティカルディテクタ１００の断面を示している。図６は、図１～５に示され、関連するテキストで述べられている特徴、要素及び／又は機能を含むことに留意されたい。したがって、理解を高めるために、当該図及びこれらに関連する記述も参照される。図１～６における同じ参照数字は、同じ又は類似の機能を有する、同じ又は類似の構成要素を示している。
【0084】
図６（ａ）において、中心平面００１に隣接する第１の受光面１３３及び第２の受光面１３４は、実質的に平坦であることが示されている。一方、第１の受光面１３３は、部分的に、仮想円００５の一部である第１の最小曲率半径０５１を有する第１の凸面を有する。これに関して、第２の受光面１３４は、鏡面対称であることが示されている。第１の角度０５３は、中心軸１０２と第１の線０５５とによって囲まれ、約４０度であることが示されている。図６（ｂ）及び（ｃ）において、受光面１３３及び１３４は、凸面の異なる構成を含むことが示され、第１の角度０５３及び第２の角度０５４は同じであり、約１５度～２０度程度であることも示されている。中心平面００１に隣接する第１の受光面１３３及び第２の受光面１３４の部分は、接線が中心平面００１及びフォトディテクタ平面００２と交差するように延ばされることができるようにフォトディテクタ平面００２に向かってカーブするように構成されている。それゆえ、法平面に直交する到来光は、図６（ａ）に示される構成と比較してかなり弱く集光される。
【0085】
図７は、より大きな角度からの到来光信号を検出するための感度を高めたオプティカルディテクタ１００を含む光ワイヤレス通信デバイス２００を概略的に示している。図７は、図１～６に示され、関連するテキストで述べられている特徴、要素及び／又は機能を含むことに留意されたい。したがって、理解を高めるために、当該図及びこれに関連する記述も参照される。図１～７における同じ参照数字は、同じ又は類似の機能を有する、同じ又は類似の構成要素を示している。
【0086】
光ワイヤレス通信デバイス２００はさらに、フォトディテクタセグメント１２１及び１２２からそれぞれディテクタ信号００７及び００８を受信するように構成される信号プロセッサ２０１を含む。信号プロセッサ２０１は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、又は１つ以上のコンパレータであってもよい。ここで、ディテクタ信号は、フォトディテクタセグメントによって測定された検出信号のパワー又は振幅として定量化されることができる。通信目的のために、高周波変調が使用される。それゆえ、ハイパスフィルタ２０４が、信号プロセッサ２０１によって受信される前にディテクタ信号００７及び００８をフィルタリングするために使用される。ハイパスフィルタ２０４は、１ＭＨｚ以上の信号を通過させてもよい。ディテクタ信号００７及び００８からデータ又は情報を抽出するには、復調が必要とされる。信号プロセッサ２０１は、ディテクタ信号００７及び００８から、復調及びデータ又は情報を抽出するためにどのフォトディテクタセグメント１２１、１２２が使用されてもよいかを決定してもよい。それゆえ、信号プロセッサ２０１は、復調デバイス２０６による復調のためにいずれか一方又は両方のディテクタ信号００７、００８を選択してもよい。潜在的に、オプティカルディテクタ１００を含む光ワイヤレス通信デバイス２００は、マルチインプットシングルアウトプット（ＭＩＳＯ）及びマルチインプットマルチアウトプット（ＭＩＭＯ）システムをサポートする。復調された信号２０７は、オプティカルディテクタ１００によって受信されたダウンリンク信号であることができる。同様の原理は、１つのセグメントのみを有するフォトディテクタにも当てはまるが、この場合、信号プロセッサ２０１は、復調のためにディテクタ信号を単に通過させてもよい。この場合、単一のセグメントを有するフォトディテクタにとって、ディテクタ信号００７及び００８は同じであるため、信号プロセッサは、ディテクタ信号を比較する必要はない。
【0087】
図８は、到来光信号の方向を決定するためのオプティカルディテクタ１００を含む光ワイヤレス通信デバイス２００を概略的に示している。図８は、図１～７に示され、関連するテキストで述べられている特徴、要素及び／又は機能を含むことに留意されたい。したがって、理解を高めるために、当該図及びこれに関連する記述も参照される。図１乃至８における同じ参照数字は、同じ又は類似の機能を有する、同じ又は類似の構成要素を示している。
【0088】
光ワイヤレス通信デバイス２００はまた、入射光ビームの方向を決定するために使用されるディテクタ信号００７及び００８をフィルタリングするためのローパスフィルタを含んでもよい。ローパスフィルタリングされた信号によってフィルタリングされたディテクタ信号００７及び００８は、ディテクタ信号００７及び００８を比較するように構成される信号プロセッサ２０１によって受信される。この比較のベースは、ディテクタ信号００７及び００８のフラクションであることができる。フラクションの一例は、フォトディテクタセグメントによって検出された信号の大きさを、すべてのフォトディテクタセグメントからのディテクタ信号の大きさの合計で割ったものであることができる。ディテクタ信号００７及び００８のフラクションを比較することにより、到来光信号の方向が決定されることができる。レンズセグメント１３１及び１３２間のエアギャップと同様の光アイソレータ１０４は、光クロストークを促進することができる。信号プロセッサ２０１は、ロバストな直接検出のために、様々な入射角に対する光アイソレータ１０４を介す透過率も考慮してもよい。ディテクタ信号の低周波数応答の最大フラクションが、どのフォトディテクタセグメントから通信信号が抽出されるべきかを決定するために使用されてもよく、斯くして、通信信号増幅のための単一のトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）のみが使用されてもよい。
【0089】
代替的に、異なるフォトディテクタセグメントからハイパスフィルタを通過した光通信信号が、入射ビームの方向を決定するために使用されることもできるが、これは、高周波増幅特性を有する複数のトランスインピーダンスアンプを必要とする。
【0090】
（複数の）アクセスポイント又は（複数の）エンドポイントの相対的な向きを決定するために、フォトディテクタの帯域幅は、いっそう高い感度を可能にするために到来光信号の帯域幅の１０％以下であることができる。好ましくは、方向センサにおけるフォトディテクタの３ｄＢ周波数帯域幅は、高変調周波数で到来光信号を検出するために使用される信号センサにおけるフォトディテクタのものの１０％未満であることができる。＜１％、さらには＜０．１％等、さらに低くてもよい。光ワイヤレス通信信号が例えば１００ＭＨｚまで変調される場合、方向検出は、１ＭＨｚ、ましては１００ｋＨｚにおいてローパスフィルタリングされる信号で行われてもよい。近直流（ＤＣ）信号もフィルタリングアウトされる必要があり得るので、方向検出のために、代替的に、１ｋＨｚ～１００ｋＨｚのバンドパスフィルタが使用されてもよい。
【0091】
図８（ａ）において、光ワイヤレス通信デバイス２００はまた、エミッタ視野２２５内で調整可能であるエミッション方向に光信号２２１を発するように構成される光信号エミッタ２０２を含む。送信光信号２２１のビームは狭くすることができる。例えば、光信号エミッタ２０２は、レンズ視野００３の６０％未満、好ましくは３０％未満、最も好ましくは１５％未満に範囲が定められる立体角で発するように構成されてもよい。光信号エミッタ２０２を制御するように構成されるコントローラ２０３が、光ワイヤレス通信デバイス２００に存在する。光信号エミッタ２０２の制御には、エミッション方向の調整、及び基本エミッタ特性の制御（例えば、強度、変調周波数、及び波長調整）が含まれてもよい。また、コントローラ２０３は、アクセスポイントに接続されるネットワーク又はエンドポイントデバイスからそれぞれダウンリンク信号又はアップリンク信号２０５を受信し、これを光ワイヤレス通信に適合するように変換することを担ってもよい。
【0092】
上述したオプティカルディテクタ１００及び光通信デバイス２００は、複数の到来光信号の発信元(origin)を決定するために好適に用いられてもよい。図８（ｂ）に示されるように、この特徴は、複数の光通信リンクが確立されることができるように、２つの送信光信号２２１及び２２２を発するように構成される光信号エミッタ２０２を制御するために活用されることができる。したがって、アクセスポイント又はエンドポイントとの高スループットマルチインプットマルチアウトプット（ＭＩＭＯ）システムを維持するために、複数の調整可能な狭ビームを有する光信号エミッタ２０２を制御できることは有益である。図８（ｂ）に示されるように、エミッション方向において２つの送信光信号２２１及び２２２は、エミッタ視野２２５内で独立に調整可能である。
【0093】
ここで上述したすべての構成のオプティカルディテクタ１００は、光ワイヤレス通信システムからのエンドポイント又はアクセスポイントデバイスでの使用に適し得ることを理解されたい。オプティカルディテクタ１００の目的は、光信号を検出する、及び／又は、ソース若しくはアクセスポインロケーションを決定することであってもよい。
【0094】
信号プロセッサ２０１は、コントローラ２０３に通信可能に接続される。到来光信号から信号プロセッサ２０１によってアクセスポイントの方向が決定されると、信号プロセッサ２０１は、アクセスポイント又はエンドポイントとの通信を確立するためにエミッション方向を調整するためにコントローラ２０３と通信してもよい。図８において、オプティカルディテクタ１００の役割は、（複数の）アクセスポイント又はエンドポイント位置をロバストに分離するために到来光信号の方向を決定すること、すなわち、方向センサであり、最終的には、狭ビームを発する光信号エミッタの制御を容易にすることである。
【0095】
図９は、到来光信号を検出するためのオプティカルディテクタ１００と、到来光信号の方向を決定するための方向センサ９００とを含む光ワイヤレス通信デバイス２００を概略的に示している。図９は、図１～８に示され、関連するテキストで述べられている特徴、要素及び／又は機能を含むことに留意されたい。したがって、理解を高めるために、当該図及びこれに関連する記述も参照される。図１乃至９における同じ参照数字は、同じ又は類似の機能を有する、同じ又は類似の構成要素を示している。
【0096】
図９において、方向センサ９００は、到来光信号の方向を決定するために使用される光学要素９０１及びセグメント化ディテクタ９０２を含む。光学要素９０１は、結像又は非結像オプティクスであることができる。方向ディテクタについては、当該技術分野における様々な既知の構成が考慮されてもよい。センサ信号９０３及び９０４は、ローパスフィルタ２２０を通過し、信号プロセッサ２０１によって受信される。信号プロセッサ２０１は、センサ信号９０３及び９０４の比較に基づいて方向を決定するように構成される。図７と同様に、オプティカルディテクタ１００は、最終的にデータ又は情報を抽出するために使用される、感度を高めた大きな入射角由来の光信号を検出するために使用される。
【0097】
上述した実施形態は本発明を限定するものではなく、例示するものであり、当業者は添付の特許請求の範囲から逸脱することなく多くの代替的な実施形態を設計できることに留意されたい。特許請求の範囲において、括弧内に置かれた参照符号はいずれも、請求項を限定するものとして解釈されるべきではない。動詞「含む」及びその活用形の使用は、請求項に記述されたもの以外の要素又はステップが存在することを排除するものではない。要素に先行する冠詞「１つの（ａ）」又は「１つの（ａｎ）」は、複数のそのような要素が存在することを排除するものではない。
【0098】
特定の特徴が、互いに異なる従属請求項内に列挙されているという単なる事実は、これらの特徴の組み合わせが、有利に使用され得ないことを示すものではない。上述した様々な態様は、追加の利点を提供するために組み合わされてもよい。さらに、当業者は、２つ以上の実施形態が組み合わされてもよいことを理解するであろう。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4(a)】
【図4(b)】
【図5】
【図6(a)】
【図6(b)】
【図6(c)】
【図7】
【図8(a)】
【図8(b)】
【図9】
【手続補正書】
【提出日】2023-12-05
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の方向からの到来光信号を受信するためのオプティカルディテクタであって、当該オプティカルディテクタは、フォトディテクタ平面に直交する中心平面に位置する中心軸を有するフォトディテクタと、
前記中心平面で分けられる第１のレンズセグメント及び第２のレンズセグメントを有するレンズと、
を含み、
前記フォトディテクタは、前記中心軸の周りに構成される第１のフォトディテクタセグメント及び第２のフォトディテクタセグメントを含み、
前記第１のレンズセグメントは、第１の受光面及び第１の光出口面を含み、前記第１の光出口面は、前記フォトディテクタに面しており、
前記第２のレンズセグメントは、第２の受光面及び第２の光出口面を含み、前記第２の光出口面は、前記フォトディテクタに面しており、
前記第１の受光面は、非一定の曲率を有する第１の凸面を含み、前記第１の凸面は、第１の表面点において第１の最小曲率半径を有し、
前記第２の受光面は、非一定の曲率を有する第２の凸面を含み、前記第２の凸面は、第２の表面点において第２の最小曲率半径を有し、
前記第１のレンズセグメント及び前記第２のレンズセグメントは、前記第１及び第２のレンズセグメント間のエアギャップによって互いに少なくとも部分的に光学的にアイソレートされ、前記第１のレンズセグメント及び前記第２のレンズセグメントは、前記中心軸の周りに位置付けられ、互いに向かい合う実質的に平坦なエッジ面を有し、前記エッジ面は、少なくとも部分的に透過性の材料を含み、
前記中心軸及び第１の線によって囲まれる第１の角度は、０度よりも大きく、前記第１の線は、前記第１の表面点において前記第１の凸面に垂直であり、前記中心軸まで延び、
前記中心軸及び第２の線によって囲まれる第２の角度は、０度よりも大きく、前記第２の線は、前記第２の表面点において前記第２の凸面に垂直であり、前記中心軸まで延びる、オプティカルディテクタ。
【請求項2】
前記第１の角度及び前記第２の角度は、５度～４５度の範囲で同じ値を有する、請求項１に記載のオプティカルディテクタ。
【請求項3】
前記第１の受光面及び前記第２の受光面は、実質的に平坦又は凹状である、前記中心平面に隣接する部分を有する、請求項１に記載のオプティカルディテクタ。
【請求項4】
前記第１の受光面及び前記第２の受光面は、前記フォトディテクタ平面に向かってカーブする、前記中心平面に隣接する部分を有する、請求項１に記載のオプティカルディテクタ。
【請求項5】
前記第１の光出口面は、前記第１のフォトディテクタセグメントと光学的に接触し、前記第２の光出口面は、前記第２のフォトディテクタセグメントと光学的に接触する、請求項１に記載のオプティカルディテクタ。
【請求項6】
前記エアギャップは、１０～１００マイクロメートルの範囲の幅を有する、請求項１に記載のオプティカルディテクタ。
【請求項7】
前記レンズは、ある数のレンズセグメントを有し、前記フォトディテクタは、前記レンズセグメントの数と同じ又は整数倍の数のフォトディテクタセグメントを有する、請求項１に記載のオプティカルディテクタ。
【請求項8】
請求項１に記載のオプティカルディテクタと、第１のフォトディテクタセグメント及び第２のフォトディテクタセグメントによってそれぞれ生成される複数のディテクタ信号を受信するように構成される信号プロセッサと、
復調デバイスと、
を含む、光ワイヤレス通信デバイスであって、
前記信号プロセッサは、前記複数のディテクタ信号のうちの少なくとも１つを選択するように構成され、
前記復調デバイスは、データを抽出するために前記複数のディテクタ信号のうちの少なくとも１つを復調するように構成される、光ワイヤレス通信デバイス。
【請求項9】
当該光ワイヤレス通信デバイスはさらに、調整可能であるエミッション方向に送信光信号を発するように構成される光信号エミッタと、
前記光信号エミッタを制御するように構成されるコントローラと、
を含み、
前記信号プロセッサは、前記複数のディテクタ信号の比較によって到来光信号の方向を決定するように構成され、
前記信号プロセッサは、前記到来光信号の方向に基づいて前記光信号エミッタのエミッション方向を調整するために前記コントローラに通信可能に接続される、請求項８に記載の光ワイヤレス通信デバイス。
【請求項10】
当該光ワイヤレス通信デバイスはさらに、調整可能であるエミッション方向に送信光信号を発するように構成される光信号エミッタと、
前記光信号エミッタを制御するように構成されるコントローラと、
光学要素及びセグメント化ディテクタを含む方向センサと、
を含み、
前記信号プロセッサは、セグメント化フォトディテクタによって生成される複数のセンサ信号の比較によって到来光信号の方向を決定するように構成され、
前記信号プロセッサは、前記到来光信号の方向に基づいて前記光信号エミッタのエミッション方向を調整するために前記コントローラに通信可能に接続される、請求項８に記載の光ワイヤレス通信デバイス。
【国際調査報告】