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技術 第1の相対基準フレームを画定するグリッドの形成方法

出願人 ジーイー・アビエイション・システムズ・エルエルシー
発明者 ジェリー・リン・ペイジ
出願日 2019年7月12日 (1年5ヶ月経過) 出願番号 2019-130235
公開日 2019年10月10日 (1年2ヶ月経過) 公開番号 2019-174487
状態 未査定
技術分野 光学的手段による測長装置
主要キーワード 水平検出器 水平グリッド 線形偏光器 タイミングモジュール 相対的姿勢 垂直グリッド 検出帯域幅 円偏光器
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図面 (6)

課題

ナビゲーションシステム等において、2つのオブジェクトの間の距離や相対的姿勢ピッチ、ヨー、ロール)を高い信頼性と低コストで求めること。

解決手段

第1の相対基準フレーム画定するグリッド形成方法を提供する。空間の中へ第1のオブジェクト10から複数の変調された線を投影し、第1の相対基準フレーム14を画定するグリッドを形成する方法である。この方法は、空間の中へ第1のオブジェクト10から水平グリッド線22,24と垂直グリッド線18,20とを同時に投影してグリッド線の組を形成するステップと、それぞれが第1および第2のグリッドワードを有するように水平グリッド線22,24と垂直グリッド線18,20とを変調するステップと、を含む。

概要

背景

相対ナビゲーションシステムは、倉庫または工場環境、空中給油、および宇宙でのドッキングでの自律車両ナビゲーションなど、様々な応用例に対して有用である。一部の応用例では、2つのオブジェクトの間の距離のみが要求される。他の応用例では、2つのオブジェクトの間の距離と相対的姿勢ピッチ、ヨー、およびロール)との両方が要求される。そのような応用例では、高い信頼性と低コストとが望まれる。

概要

ナビゲーションシステム等において、2つのオブジェクトの間の距離や相対的姿勢(ピッチ、ヨー、ロール)を高い信頼性と低コストで求めること。第1の相対基準フレーム画定するグリッド形成方法を提供する。空間の中へ第1のオブジェクト10から複数の変調された線を投影し、第1の相対基準フレーム14を画定するグリッドを形成する方法である。この方法は、空間の中へ第1のオブジェクト10から水平グリッド線22,24と垂直グリッド線18,20とを同時に投影してグリッド線の組を形成するステップと、それぞれが第1および第2のグリッドワードを有するように水平グリッド線22,24と垂直グリッド線18,20とを変調するステップと、を含む。

目的

例えば、グリッドワードによって、グリッドの構造または特性が、検出器モジュールが読み取ることができるまたは検出することができるデータまたは情報を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

空間の中へグリッド生成器(10)から複数の変調された線を投影し、第1の相対基準フレーム画定するグリッドを形成する方法であって、空間の中へ前記グリッド生成器(10)から水平グリッド線と垂直グリッド線とを同時に投影し、グリッド線の組を形成するステップと、変調されたビット数で構成される第1のグリッドワード運ぶように前記水平グリッド線を変調し、前記変調された第1のグリッドワードによって、前記グリッドの中にある前記水平グリッド線を識別するステップと、変調されたビット数で構成される第2のグリッドワードを運ぶように前記垂直グリッド線を変調し、前記変調された第2のグリッドワードによって、前記グリッドの中にある前記垂直グリッド線を識別するステップと、を含んでおり、前記水平グリッド線と前記垂直グリッド線とは、第2のオブジェクトによる前記水平グリッド線と前記垂直グリッド線とのそれぞれの検出において役立つように一意的に識別可能である方法。

請求項2

前記水平グリッド線と前記垂直グリッド線とが重なり合い、前記グリッドの一部を形成する、請求項1記載の方法。

請求項3

水平および垂直グリッド線の追加的な複数の組を順に同時に投影し、前記グリッドの追加的な組を形成するステップを更に含む、請求項2記載の方法。

請求項4

水平および垂直グリッド線の前記追加的な複数の組が空間において相互から物理的に離間している、請求項3記載の方法。

請求項5

前記水平グリッド線と前記垂直グリッド線とが波長に基づき一意的に識別可能であり、前記水平グリッド線が第1の波長で投影され、前記垂直グリッド線が第2の波長で投影される、請求項1記載の方法。

請求項6

前記水平グリッド線が前記第1の波長で第1のビーム生成器により投影され、前記垂直グリッド線が前記第2の波長で第2のビーム生成器により投影される、請求項5記載の方法。

請求項7

前記第2のオブジェクトによる前記検出が、前記第1の波長を通過させる第1の光フィルタと前記第2の波長を通過させる第2の光フィルタとを用いる、請求項5記載の方法。

請求項8

前記水平グリッド線と前記垂直グリッド線とが偏光に基づき一意的に識別可能である、請求項1記載の方法。

請求項9

前記水平グリッド線と前記垂直グリッド線との一方が第1の向きを有する偏光した電場を用いて投影され、前記水平グリッド線と前記垂直グリッド線との他方が前記第1の向きとは異なる第2の向きを有する偏光した電場を用いて投影される、請求項8記載の方法。

請求項10

前記第1の向きが水平と垂直との一方であり、前記第2の向きが水平と垂直との他方である、請求項9記載の方法。

請求項11

前記第2のオブジェクトによる前記検出が、水平偏光のための第1の線形偏光器検出器垂直偏光のための第2の線形偏光器−検出器とを用いる、請求項10記載の方法。

請求項12

前記水平グリッド線と前記垂直グリッド線との一方が右手円偏光された電場を用いて投影され、前記水平グリッド線と前記垂直グリッド線との他方が左手円偏光された電場を用いて投影される、請求項8記載の方法。

請求項13

前記水平グリッド線と前記垂直グリッド線とを同時に投影する前記ステップは、単一のビーム光を放出する照射源から前記水平および垂直グリッド線を投影するステップを含む、請求項12記載の方法。

請求項14

前記単一の光ビームビームシャイパを通過させるステップを更に含む、請求項13記載の方法。

請求項15

前記照射源がレーザである、請求項13記載の方法。

請求項16

検流計を用いて前記単一の光ビームを走査し、前記水平グリッド線と前記垂直グリッド線との少なくとも一方を形成するステップを更に含む、請求項13記載の方法。

請求項17

偏光ビームスプリッタを用いて前記単一のビームを分光し、偏光された水平グリッド線と偏光された垂直グリッド線とを前記単一のビームから作成するステップを更に含む、請求項16記載の方法。

請求項18

ミラーを用い、前記偏光された水平グリッド線と前記偏光された垂直グリッド線とを同じ平面内に投影するステップを更に含む、請求項17記載の方法。

請求項19

それぞれの円偏光状態にするために、前記線形偏光された水平グリッド線の変換には左手円偏光器が用いられ、前記線形偏光された垂直グリッド線の変換には右手円偏光器が用いられる、請求項18記載の方法。

請求項20

前記第2のオブジェクトによる前記検出は、右手円偏光された光には第1の右手円偏光器−検出器を、左手円偏光された光には第2の左手円偏光器−検出器を用いる、請求項19記載の方法。

技術分野

0001

本発明は、第1の相対基準フレーム画定するグリッド形成方法に関する。

背景技術

0002

相対ナビゲーションシステムは、倉庫または工場環境、空中給油、および宇宙でのドッキングでの自律車両ナビゲーションなど、様々な応用例に対して有用である。一部の応用例では、2つのオブジェクトの間の距離のみが要求される。他の応用例では、2つのオブジェクトの間の距離と相対的姿勢ピッチ、ヨー、およびロール)との両方が要求される。そのような応用例では、高い信頼性と低コストとが望まれる。

先行技術

0003

米国特許第7,681,839号明細書

0004

ある実施形態では、本発明は、空間の中へグリッド生成器10から複数の変調された線を投影し、第1の相対基準フレームを画定するグリッドを形成する方法に関する。この方法は、空間の中へグリッド生成器10から水平グリッド線と垂直グリッド線とを同時に投影し、グリッド線の組を形成するステップと、第1および第2のグリッドワードをそれぞれ有するように水平グリッド線と垂直グリッド線を変調するステップと、を含み、水平グリッド線と垂直グリッド線とは、第2のオブジェクトによる水平グリッド線と垂直グリッド線とのそれぞれの検出において役立つように一意的に識別可能である。

図面の簡単な説明

0005

本発明の実施形態によりグリッドを投影することができるグリッド生成器から空間の中に投影されたグリッドの例示的な図である。
本発明の一実施形態によりグリッド生成器から空間の中へ水平グリッド線と垂直グリッド線とを同時に投影する方法を示す流れ図である。
本発明の一実施形態による、一意的に識別可能である水平グリッド線と垂直グリッド線とを同時に投影することができるグリッド生成器の概略図である。
本発明の別の実施形態による、一意的に識別可能である水平グリッド線と垂直グリッド線とを同時に投影することができるグリッド生成器の概略図である。
本発明の更に別の実施形態による、一意的に識別可能である水平グリッド線と垂直グリッド線とを同時に投影することができるグリッド生成器の概略図である。

実施例

0006

図1は、グリッド生成器10を図解しており、このグリッド生成器10は、複数の交差する線などのグリッドを、送信フィールド12の内部の空間の中に投影している。図解されているように、投影されたグリッドは、交差する線で構成される。グリッド生成器10からある距離だけ離れた地点では、これらの交差する線は空間におけるグリッドとして観察され、グリッドの大きさはグリッド生成器10から離れるにつれて増加する。

0007

説明のため、グリッド生成器10は、実質的に、図解されている座標系のy方向に交差する線を投影していると考えることができる。ある人が、グリッド生成器10からある距離R1だけ離れたx−z平面における交差する線の投影を観察する場合には、その人は、第1のグリッド14を観察することになるであろう。ある人が、グリッド生成器10から第1の距離R1よりも大きなある距離R2だけ離れたx−z平面における交差する線の同じ投影を観察する場合には、その人は、第1のグリッド14よりも相対的に大きな外観を呈する第2のグリッド16を観察することになるであろう。

0008

グリッド生成器10から距離R1だけ離れている第1のグリッド14は、第1の垂直線18と第2の垂直線20とにより、水平方向において空間的に制約されている。第1の垂直線18と第2の垂直線20との間には、空間的かつ一時的に生成された複数の垂直線が存在する。グリッド生成器10から距離R1だけ離れている第1のグリッド14は、第1の水平線22と第2の水平線24とによって、垂直方向に空間的に制約されている。第1の水平線22と第2の水平線24との間には、空間的かつ一時的に複数の水平線が存在する。距離R1は、第1のグリッド14とグリッド生成器10との間の任意の距離でありうる。便宜上、示されているように、この距離は、第1のグリッド14上の点26とグリッド生成器10との間で決められる。

0009

グリッド生成器10から距離R2だけ離れている第2のグリッド16は、すべての実際的な目的に関して第1のグリッド14と同一であるが、第1のグリッド14よりも、グリッド生成器10から更に離れた距離にある。第2のグリッド16は、第2のグリッド16の第1の垂直線28と第2のグリッド16の第2の垂直線30とにより、水平方向において空間的に制約されている。第2のグリッド16の第1の垂直線28と第2のグリッド16の第2の垂直線30との間には、空間的かつ一時的に生成された複数の垂直線が存在する。グリッド生成器10から距離R2だけ離れている第2のグリッド16は、第2のグリッド16の第1の水平線32と第2のグリッド16の第2の水平線34とによって、垂直方向に空間的に制約されている。第2のグリッド16の第1の水平線32と第2のグリッド16の第2の水平線34との間には、空間的かつ一時的に複数の水平線が存在する。第2のグリッド16上の点36が示されている。

0010

グリッド14とグリッド16との類似性は、第2のグリッド16が第1のグリッド14を形成している同じ線によって形成される投影されたグリッド線の場合に、明らかになる。ただし、第2のグリッド16はグリッド生成器10から更に離れた距離で観察され、したがって、第1のグリッド14よりも大きな外観を呈するという点で異なる。この意味で、第2のグリッド16はグリッド生成器10により距離R2において生成されたグリッド線の外観であり、他方で、第1のグリッド14は距離R1におけるグリッド線の外観である。

0011

グリッド14および16は、任意の数の線から構成されうる。図解されているグリッドは、10本の垂直線と10本の水平線とから構成されている。グリッドが更に多くの数の交差する線で構成されている場合には、より少数の交差する線で構成されているグリッドの場合より、結果的に、ある固定された送信フィールド12とグリッド生成器10からの距離とに対する検出角度分解能が向上する。グリッド14および16は正方形の形状で示されているが、そのような形状は、本発明による方法および装置の要件ではない。グリッドは、矩形卵形、または円形を含む任意の形状でもかまわない。更に、グリッド14および16の交差する線は直交するように示されているが、そのような交差の態様は本発明による方法および装置の要件ではない。交差する線の間の角度は、グリッドの異なる部分で、直角、鋭角、または鈍角でありうる。

0012

示されている例ではデカルト座標が用いられているが、グリッドの生成とグリッドの検出との両方について、極座標円筒座標、または球座標を含む任意の適切な座標系を用いることができる。例えば、極座標表現を用いることができるグリッドを形成するには、一連の同心円とそれらの同心円の中心から放射状に伸びる線とを、グリッド生成器から空間の中に投影することができる。

0013

グリッド生成器10の送信フィールド12の内部に検出器モジュール38を配置することにより、検出器モジュール38がグリッドを「見る」ことが可能になる。検出器モジュール38は、グリッドを「見る」ための任意の適切な態様で構成することが可能である。

0014

現在のシステムでは、水平レーザビーム走査垂直レーザビーム走査とが、交互に行われる(インターリーブされる)。より詳しくは、最初は、水平レーザ線視野の全体で走査され、次に、垂直線が水平方向に走査され、そしてこのサイクルが繰り返される。これらの線のそれぞれが空間の全体を走査する際には、垂直および水平走査のそれぞれの間の光の位置と同期する一意的なコードを用いて、光が変調される。これにより、複数の点で構成される2次元グリッドが描かれることになるが、それぞれの点は、シーケンシャルな水平および垂直走査の結果として生じる水平および垂直成分によって、一意的に表現される。

0015

本発明の実施形態は、空間の中へグリッド生成器から複数の変調された線を投影して第1の相対基準フレームを画定することを含む。本発明のある実施形態により、図2は、グリッドを空間の中へ投影するのに用いることができる方法100を図解している。「空間」という用語は外部の空間に限定されず、かつ、グリッドは室内と戸外との両方を含む任意の適切な空間の中に投影されうることは理解されるであろう。方法100は、グリッド生成器から水平グリッド線と垂直グリッド線とを同時に空間の中へ投影してグリッド線の組を形成することにより、102において始まる。水平グリッド線と垂直グリッド線とは、水平グリッド線と垂直グリッド線とのそれぞれの第2のオブジェクトによる検出に役立つように、一意的に識別可能である。これは、非制限的な例として、これらの線の波長または偏光のためにこれらの線が一意的に識別可能となることを含めて、任意の適切な態様でなされうる。水平グリッド線と垂直グリッド線とが重なり合って、グリッドの一部が形成されることもある。

0016

水平グリッド線を、ある変調されたビット数で構成される第1のグリッドワードを有するように変調して、変調されたグリッドワードによってグリッドの内部の水平グリッド線を識別することができ(104)、また、ある変調されたビット数で構成される第2のグリッドワードを有するように垂直グリッド線を変調して、変調されたグリッドワードによってグリッドの内部の水平グリッド線を識別することができる(106)。水平および垂直グリッドワードは、それらが同じソースから変調される場合には、いずれは同一になりうる。それぞれのグリッド線は空間において異なる方向で掃引をしているため、検出器は、一般的には、それらが例えば原点(0,0)において同一であるグリッドの対角線上以外では2つの異なるワードを見出すことになる。

0017

例えば、グリッドワードによって、グリッドの構造または特性が、検出器モジュールが読み取ることができるまたは検出することができるデータまたは情報を提供することが意図されている。更に、グリッドワードは、任意の数の開始もしくは停止ビットデータビット、または誤り確認、訂正もしくはパリティビットを含む任意のビット数で構成されうる。データビットは、一意的な一連のビットを用いて、垂直および水平線を符号化することができる。これらのビットが検出器モジュールによって検出され、プロセッサマイクロプロセッサ、またはそれ以外の回路によって処理されると、グリッドの内部における位置を決定することができる。グリッドワードを水平グリッド線と垂直グリッド線とに符号化するためには、任意の数の既知変調方法を用いることができ、これには、限定は意味しないが、振幅変調(AM)、周波数変調FM)、直角位相振幅変調(QAM)、またはそれらの組み合わせが含まれる。グリッドワードを符号化する態様の一つとして、線を形成するのに用いられているビームを変調することによるものがある。変調は、ビームの強度を変更することによって、および/または、ある周期でビームをブロックすることによって、達成することができる。

0018

グリッドを形成する方法には柔軟性があり、図解されている方法100は単に説明のためのものであることが理解できるであろう。例えば、示されているステップの順序は単に説明のためのものであって、方法100をいかなる意味でも限定することを意図していない。というのは、これらのステップを異なる論理的順序で進行させることが可能であるし、または、本発明の実施形態から逸脱することなく追加的もしくは介入的なステップを含めることも可能であることが理解されるであろう、という理由による。例えば、方法100は、水平グリッド線と垂直グリッド線との複数の追加的な組を、同時に順に投影してグリッドの追加的な部分を形成するステップを含むことがありうる。水平グリッド線と垂直グリッド線との追加的な組は、空間において、相互から物理的に離間させることができる。これらの追加的な線もまた変調することができる。交差する投影された線のそれぞれを異なるように符号化することが可能であるし、または、交差する線の一群を同じように符号化することも可能である。

0019

図3は、方法100の実施形態に従って動作することができるグリッド生成器200を図解している。グリッド変調器202、タイミングモジュール204、第1のビーム生成器206、第2のビーム生成器208、水平ビームスキャナ210、および垂直ビームスキャナ212が、グリッド生成器200に含まれうる。第1のビーム生成器206と第2のビーム生成器208とは、それぞれが、任意の適切な照射源ビームシェイパとを含んでおり、また、照射源がレーザを含みうることが含まれる。図解されている例では、水平グリッド線と垂直グリッド線とは、波長に基づいて一意的に識別可能である。より詳しくは、水平グリッド線は第1のビーム生成器206によって第1の波長で投影され、垂直グリッド線は第2のビーム生成器208によって第2の波長で投影される。

0020

第2のオブジェクトまたは検出器モジュール220は、第1の波長を通過させる第1の光フィルタ222と、第2の波長を通過させる第2の光フィルタ224とを含む。図解されている例では、水平検出器226が第1の光フィルタ222に動作的に結合され、垂直検出器228が第2の光フィルタ224に動作的に結合されている。検出器モジュール220にはプロセッサ230も含まれ、水平検出器226と垂直検出器228とに動作的に結合されていることがありうる。プロセッサ230は、水平検出器226と垂直検出器228とから受け取られる信号の復調と処理とをすることができる任意の適切なプロセッサであり、グリッド生成器200から出力されるグリッドの中での位置を決定することができる。

0021

動作の間、グリッド生成器200は、第1の波長で水平グリッド線を、第2の波長で垂直グリッド線を、同時に出力することができる。より詳しくは、グリッド変調器202は、第1のビーム生成器206と第2のビーム生成器208との両方から放出されたビームを変調することができる。タイミングモジュール204は、グリッド変調器202、水平ビームスキャナ210、および垂直ビームスキャナ212のタイミングを制御することができる。第1の波長を有するビームは、第1のビーム生成器206から放出され、水平ビームスキャナ210によって走査されて、線を形成する。同様に、第2の波長を有するビームは、第2のビーム生成器208から放出され、垂直ビームスキャナ212によって走査されて、線を形成する。

0022

それぞれの走査された水平グリッド線と垂直グリッド線とは異なる波長であり、それぞれを、検出器モジュール220によって、他方から分離することができる。より詳しくは、水平検出器226と垂直検出器228とは、それぞれが、対応する波長フィルタ222および224を用いて、一方のビームには対応するが他方には対応しない波長をブロックすることができる。これにより、グリッド生成器200から放出された両方のビームは、対応する波長フィルタ222および224を備えた検出器モジュール220によってそれぞれのビームが検出される限り、干渉なしで同時に走査されることが可能になる。

0023

図4は、方法100の実施形態に従って動作することができるグリッド生成器300を図解している。グリッド生成器300には、グリッド変調器302、タイミングモジュール304、ビーム生成器306、ビームスプリッタ308、第1の偏光器310、水平ビームスキャナ312、第2の偏光器314、および垂直ビームスキャナ316が含まれうる。グリッド変調器302は、ビーム生成器306に動作的に結合されており、そこから放出されるビームを変調することができる。ビーム生成器306は任意の適切な照射源とビームシェイパとを含み、照射源はレーザを含みうる。

0024

グリッド生成器300は、偏光に基づいて一意的に識別可能である水平グリッド線と垂直グリッド線とを投影することができる。更に詳しくは、水平グリッド線と垂直グリッド線との一方は第1の向きを有する偏光された電場を用いて投影することができるし、水平グリッド線と垂直グリッド線との他方は第1の向きとは異なる第2の向きを有する偏光された電場を用いて投影することができる。第1の偏光器310と第2の偏光器314とは、線形偏光器または円偏光器を含む任意の適切な偏光器でありうる。光のそのような偏光状態を用いて、水平グリッド線と垂直グリッド線とが相互に干渉することなく同時に投影されるのに必要な分離が、得られるのである。

0025

本明細書の説明で偏光という用語が用いられているが、偏光とは、光波が伝播する際のその電場の向きによって定義される光の偏光状態を指すことを意味している。光の偏光状態は、2つの向きにおいて、任意の所望の変動程度で変動することが可能である。しかし、用いる場合の容易さのために、2つの異なる向きを直交する対として選択することが可能であり、それによって、一方の偏光が適切に設計された偏光フィルタまたは偏光器を用いてブロックしながら、対応する直交している偏光が透過することが可能になる。

0026

水平グリッド線と垂直グリッド線との一方を、第1の向きを有する偏光された電場を用いて投影することができ、水平グリッド線と垂直グリッド線との他方は第1の向きとは異なる第2の向きを有する偏光された電場を用いて投影することができる。例えば、線形偏光された光は、その電場を、垂直方向または水平方向に偏光させることができる。したがって、第1の向きが水平方向であり、第2の向きが垂直方向でありうる。2つの電場ベクトルは垂直すなわち直交しているので、これらが相互に干渉を生じることはありえない。追加的な例を挙げると、偏光された光は、その電場を円偏光することが可能であり、それによって、この光は、光の伝播軸の周囲を回転する電場ベクトルを有することになる。直交偏光状態は、時計回りおよび反時計回りに回転する電場ベクトルを有し、それぞれが、右手円偏光(RHCP)および左手円偏光(LHCP)と呼ばれる。

0027

第2のオブジェクトまたは検出器モジュール320は、一方の偏光状態を通過させ直交する偏光をブロックすることができる第1の偏光器322と、直交する偏光を通過させる第2の偏光器324とを含む。例示されている例では、水平検出器326が第1の偏光器322に動作的に結合されており、垂直検出器328が第2の偏光器324に動作的に結合されている。

0028

用いられている偏光に応じて、検出器モジュール320が、水平グリッド線と垂直グリッド線との検出を分離するための適切な偏光器を含みうることが理解されるであろう。例えば、検出器モジュール320による検出は、水平偏光のために第1の線形偏光器−検出器を、垂直偏光のために第2の線形偏光器−検出器を、用いることができる。線形偏光された光に対しては、偏光器322および324は、一方の線形偏光を通過させ直交する偏光のすべてをブロックするために、電場ベクトルと位置合わせがなされていなければならない。円偏光は、光学軸の周囲の回転を感知しないため、より有用な場合がありうる。より詳しくは、線形偏光および線形偏光器を用いるときには、偏光を分離された状態に保つために、適切な向きを維持しなければならない。例えば、あるオブジェクトが水平偏光された光を送信している場合には、第2のオブジェクトは2通りの線形偏光器/検出器の組み合わせを有する。すなわち、1つを水平偏光のため、1つを垂直偏光のため、である。そして、第2のオブジェクトが光学軸の周囲を回転する場合には、2つの偏光器/検出器はそれぞれが水平方向および垂直方向に偏光され送信されたビームの成分を見ることになり、2つのビームの要求されている分離は失われてしまう。このように、円偏光は、線形偏光よりも、より有用な場合がありうる。

0029

図解されている例では、第1の偏光器310がRHCP偏光器であり、第2の偏光器314がLHCPである場合には、第1の偏光器322はRHCPであり、第2の偏光器はLHCPでありうる。このようにして、対応する右および左手円偏光器が、水平および垂直ビーム送信機出力と対応する検出器入力とに用いられる。これにより、水平グリッド線と垂直グリッド線とは、偏光されたビームの直交性により分離された状態に維持され、両方のビームを同時に送信することが可能になる。プロセッサ330が、検出器モジュール320に含まれ、水平検出器326と垂直検出器328とに動作的に結合されている場合がありうる。プロセッサ330は、水平検出器326と垂直検出器328とから受け取られる信号を復調し処理して、グリッド生成器300によって出力されるグリッドの中の位置を決定することができる。

0030

動作の間、照射源またはビーム生成器306は、単一の光ビームを放出することができる。この単一の光ビームは、次にビームスプリッタ308を通過するが、このビームスプリッタ308によって2つの光ビームに分離される。それぞれの光ビームは、次に、それぞれが第1の偏光器310と第2の偏光器314とによって偏光される。第1の偏光器310が右手円偏光器である場合には、右手円偏光された電場により、水平グリッド線が投影されうる。同様にして、第2の偏光器314が左手円偏光器である場合には、左手円偏光された電場により、垂直グリッド線が投影されうる。これにより、グリッド生成器300が、検出器モジュール320によって一意的に識別可能である水平グリッド線と垂直グリッド線とを、同時に出力することが可能になる。より詳しくは、水平偏光器326と垂直偏光器328とは、それぞれが、対応する円偏光器322および324を用いて、一方のビームに対応するが他方のビームには対応しない送信フィールドを、ブロックすることができる。これにより、両方のビームは、それぞれのビームが対応する偏光器を備えた検出器によって検出される限り、干渉のない同時的な走査をすることができる。

0031

図5は、空間の中に、偏光に基づいてそれぞれが一意的に識別可能である水平グリッド線と垂直グリッド線とを同時に投影することが可能な、別のグリッド生成器400を図解している。グリッド生成器400は、上述したグリッド生成器300と同じ特徴の多くを含んでいるので、同様の部分は100を加えた同様の参照番号を用いて識別されており、格別に指摘しない場合には、同様の部分に関する従前の説明は、この別の実施形態に適用されるものと理解してほしい。

0032

1つの違いは、ビーム生成器406は、レーザ440とビームシェイパ442とを含むものとして図解されている点である。更に、ミラー445と検流計ドライブ446とを有する検流計444が図解されている。検流計444は、ビーム生成器406からの単一の光ビームを走査して、水平グリッド線と垂直グリッド線との少なくとも一方を形成するのに用いることができる。更に詳しくは、検流計444は、ビームスプリッタ408の一部に沿ったビームを走査することができる。ビームスプリッタ408は、偏光された水平グリッド線と偏光された垂直グリッド線とを単一のビームから作成する偏光キューブビームスプリッタでありうる。シンクロナイザ448を用いて、グリッド生成器400のために、変調、検流計の走査速度、および電子的な同期を制御することができる。別の差異として、第1のミラー450と第2のミラー452とが含まれている点がある。第1および第2のミラー450および452は、偏光された水平グリッド線と偏光された垂直グリッド線とを、同一平面内に、その平面と垂直な方向に投影するように用いることができる。

0033

図解されている例では、第1の偏光器410は右手円偏光器であって、垂直グリッド線は右手円偏光された電場を用いて投影されうる。同様にして、第2の偏光器414は左手円偏光器であって、水平グリッド線は、左手円偏光された電場を用いて投影されうる。このように、左手円偏光器414は線形偏光された水平グリッド線を、右手円偏光器410は線形偏光された垂直グリッド線を、それぞれの円偏光状態に変換するのに用いられる。

0034

動作の間、レーザ440は、ビームシェイパ442を通過して送信され、検流計444によって回転されているミラー445から反射される光ビームを生成する。検流計444は、空間的なビーム走査機能を達成している。検流計444は、それ自体、例えば水平方向または垂直方向のいずれか一方であり両方ではない一方向だけで、走査をすることができる。

0035

偏光ビームスプリッタ408は、回転している検流計444から反射されるビームの経路に存在する。偏光ビームスプリッタ408は、偏光ビームスプリッタ408を通過して直進する線形偏光の状態を送信し、偏光ビームスプリッタ408の対角方向インターフェースから90度の偏角を有する直交線形偏光状態を反射する。偏光ビームスプリッタ408に入射するレーザ光は偏光解除されるか、または、そのレーザ光は円偏光されるか、もしくは、偏光ビームスプリッタ408の軸によって定義される入射平面に対して45度の偏光方位で線形偏光され、それによって、光の50%が偏光ビームスプリッタ408を通過し、50%が偏光ビームスプリッタ408の対角方向インターフェースで反射されることになる。これら2つのビームは、現時点では伝播角度が90度になるように分離され、ビームの形状は向きに関して同一であって、検流計444の走査動作は、2つのビームが偏光ビームスプリッタ408を出る時点において同じ方向にある。

0036

第1のミラー450は、偏光ビームスプリッタ408を通過したビームの経路に配置されており、入射角は45度であり、入射平面は偏光ビームスプリッタ408によって画定される入射平面と垂直である。図解されている例における第1のミラー450は、走査ビームが図面のページからページを見ている者の側へ向かって送信されるように、向けることができる。走査動作は、ページを見ている者の観点から垂直となる。第2のミラー452は、偏光ビームスプリッタ408の対角方向インターフェースから反射されたビームの経路に配置されており、第1のミラー450と同じように向けられているが、しかし、時計回り方向に90度回転されている。第2のミラー452は、走査ビームもまた図面のページから出てくる方向に反射されるように、向けることができる。このビームは水平な走査動作を有しており、ビームの形状もまた垂直走査ビームから90度回転している。したがって、2つの平行なビームが作成され、それぞれが垂直および水平という異なる方向において走査を行う。対応するビームの形状もまた、相互から90度回転されている。

0037

先に説明した実施形態と同様に、2つのグリッド線における情報を分離するために、2つのビームのそれぞれが、円形で直交する偏光状態に変換される。これは、第1および第2の円偏光器410および414を用いて達成される。それぞれのビームは、偏光ビームスプリッタ408により既に偏光されており、円偏光を、±45度に向けられた単純なλ/4波長板を用いることによって作成することができる。信号処理は、上述した検出器モジュール320と類似の検出器モジュールを用いて行うことができる。

0038

上述した実施形態は、この実施形態によると2つの光ビームを同時に送信して水平および垂直グリッド線を形成することができることを含め、様々な長所を提供した。垂直および水平グリッド線は一意的に識別可能であるから、現在のシーケンシャルなアプローチとは異なり、水平および垂直の両方の走査を同時的な態様で生じさせることが可能になる。これにより、変調波形または検出帯域幅周波数を増加させずに、現在の実装例と比較して、データレートを2倍に向上させることが可能になる。

0039

この書面による説明では、最良の方式を含めて本発明を開示するために、更には、任意のデバイスもしくはシステムを作成し使用すること、および任意の組み込まれた方法を実行することを含め、当業者であれば誰でも本発明を実施できるようにするための例が用いられている。本発明の特許が与えられるべき範囲は、特許請求の範囲によって画定され、当業者が想到する他の例も含みうる。そのような他の例は、それらが特許請求の範囲の文言と差異のない構造的要素を持つ場合や、特許請求の範囲の文言と実質的な差異のない均等な構造的要素を含む場合にも、特許請求の範囲内に入るものとする。

0040

10グリッド生成器
12送信フィールド
14 第1のグリッド
16 第2のグリッド
18 第1の垂直線
20 第2の垂直線
22 第1の水平線
24 第2の水平線
26 点
28 第1の垂直線
30 第2の垂直線
32 第1の水平線
34 第2の水平線
36 点
38検出器モジュール
100 方法
102水平グリッド線と垂直グリッド線とを同時に投影
104 水平グリッド線を変調
106 垂直グリッド線を変調
200 グリッド生成器
202 グリッド変調器
204タイミングモジュール
206 第1のビーム生成器
208 第2のビーム生成器
210水平ビームスキャナ
212垂直ビームスキャナ
220 検出器モジュール
222 第1の光フィルタ
224 第2の光フィルタ
226水平検出器
228 垂直検出器
230プロセッサ
300 グリッド生成器
302 グリッド変調器
304 タイミングモジュール
306 ビーム生成器
308ビームスプリッタ
310 第1の偏光器
312 水平ビームスキャナ
314 第2の偏光器
316 垂直ビームスキャナ
320 検出器モジュール
322 第1の偏光器
324 第2の偏光器
326 水平検出器
328 垂直検出器
330 プロセッサ
400 グリッド生成器
406 ビーム生成器
408 ビームスプリッタ
410 第1の偏光器
414 第2の偏光器
440レーザ
442ビームシェイパ
444検流計
445ミラー
446 検流計ドライブ
448シンクロナイザ
450 第1のミラー
452 第2のミラー

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