[发明专利]在无线光通讯中用于跟踪对准的方法和装置

说明书

本发明涉及光通讯，尤其涉及光通讯系统中用于跟踪对准的方法和装置。

基于光的无线收发机系统在通讯领域提供了革命性的进步。这种系统已经变得越来越普遍并且已经用于许多实际的应用中。例如，光通讯用于数据收集功能如电视会议、电子邮件、传真、电视、数字无线电通讯和各种网络的应用。光系统的普及可以归功于它们的许多有益的特征。光系统是无线的；这样，实际的安装是相当简单的。与其他类型的无线通讯有关的噪声和干扰问题随着光系统的出现而被基本上消除。用于大多数光系统的总的功率消耗是比较低的。这些和其他好处使得无线光学成为越来越普及的通讯技术。

现有的无线光系统的一个缺点是要求发射源要相当地对准接收源。没有相当地对准，光接收机不能有效地测定光束以完成数据恢复。在实际的电噪声干扰光接收机的环境中这个问题被恶化。当事实上没有任何发射时这种干扰可能错误地触发系统以识别一个光束。相反，使用硬件连接的系统如光纤系统不要求发射机-接收机对准。发射波简单地跟随着导线的外形或其他的传输介质直到到达接收机。

然而，一个具有非常有效的校正机构的无线光接收系统使得对准的问题减至最小，同时保留了相关于无线光通讯的保持的实际的好处。

同时为了最大的效率，最好是实现一个能够有效地处理低能量光束的光学系统。拥有这样的一个系统，低功率光信号可以被发射和在接收端译码使得在处理中消耗最少量的能量。

为了完成这些任务，一个光通讯系统必须能够自动地重新对准无论什么原因变得不对准的发射机和接收机。然而，当前的技术要求使用多个接收单元用于接收机重新对准和数据收集。多个单元的使用连同其他东西一起增加了成本和功率消耗同时降低了整个系统的效率。

作为一种说明，一个现有技术的光接收通讯系统使用一个定位在光发射机的视距中的单独的象限传感器，以检测和校正对准误差。该系统还使用一个会聚透镜以投射接收的光束到一个光电二极管用于数据的恢复。不利的是，这种方法要求至少三个不同的单元(一个象限传感器、一个会聚透镜和一个光电二极管)以实现系统的光接收机。这样，要求多个光接收单元以实现数据恢复和定向精确的跟踪，这使接收系统复杂了并增加了接收系统的成本。这个系统的另一个缺点是它对发射的光功率的低效率的使用。特别是，在测定了发射光束的对准精确度之后，则象限传感器必须允许光子束经过传感器到第二个装置(会聚透镜和光电二极管)用于数据恢复。发射光束必须包含足够的信号功率以使光束能够经过象限传感器中的一个小孔径通过足够的光子到达光电二极管。这种现有技术配置实际限制在最小可实现的发射信号功率上。尽管在本讨论中忽略了这种现有技术方法的其他缺点，它们对于本领域的专业人员将是明显的。

因此本发明的一个目的是提供一个更简单的、紧凑的和增强的方法和装置用于处理接收的光信号。

本发明的另一个目的是提供一种使用一个单个的光接收单元的方法和装置以实现数据恢复功能和跟踪精确度测定。

本发明还有一个目的是提供一种比现有的系统要求更少功率消耗的更有效的光通讯系统。

根据本发明的原理通过提供一种使用一个单个阵列传感器以接收发射的数据并确定跟踪精确度的方法和装置来实现本发明的这些和其他的目的。阵列传感器是主要的数据恢复机构，接收来自一个发射源的光束使得接收光束的投影图像在阵列上被捕获。投影图像与预定的图像进行比较以确定接收光束的跟踪精确度。投影图像和预定图像之间的偏差对产生了跟踪误差的系统发出报警，并且将接收机重新对准发射机的校正操作可以根据误差启动。

从附图和下面优选实施例的详细的描述，本发明的其他特征、它的性质和各种优点将更加明显。

图1A是一个说明现有技术光通讯系统的简单的表示。

图1B是在图1A的光通讯系统中使用的现有技术象限传感器的前视图。

图2A是一个根据本发明说明使用一个单个的阵列传感器的光通讯系统的实施例的简单的表示。

图2B是一个包含图2A的阵列传感器的一系列光收集装置的视图。

图2C是图2A阵列传感器的正视图。

图3是一个根据本发明的优选实施例说明对准跟踪技术的一个简单的表示。

图4是一个相对于变化的幅度和方向的一些投影图像说明几何不变的原理图。