使用主动束操纵的自由空间光通信的系统和方法与流程

文档序号:23068505发布日期:2020-11-25 17:56阅读:104来源:国知局
使用主动束操纵的自由空间光通信的系统和方法与流程

本公开大体上针对使用主动束操纵的自由空间光通信系统和方法。



背景技术:

存在多种用于建立高数据速率通信的不同技术。许多当前最快和/或最高容量的传输技术都需要安装物理连接,诸如光纤缆线。这些物理连接通常埋在地下。然而,安装光纤和其他物理连接所需的挖掘是昂贵的,并且在某些区域(例如,在城市的限度内被禁止)并非总是可能、可行或允许的。自由空间光学(fso)是一种通信技术,其利用通过自由空间(露天)的光传播来无线传输数据,并从而提供了一种实现高数据速率通信的替代方案,而无需在网络节点之间扩展物理连接。

然而,虽然不需要物理连接,但是fso通信依赖于fso网络中每个相邻节点集之间的物理空间不受阻碍,以使得可以在节点之间传输编码光束。这提供了挑战,因为景观、城市、城镇等可能会随着时间的推移不断变化。作为结果,在安装时清空和/或通常无障碍的fso链接可能会暂时或永久被阻碍。

因此,在本领域中持续需要这样的高数据速率通信系统和方法,该系统和方法不需要物理连接并且适应于随时间的推移变化的条件。



技术实现要素:

本公开针对用于自由空间光(fso)通信、特别是针对环境变化自动调整的发明系统和方法。环境变化可能包括天气事件或物体阻挡传输光束,诸如被树木生长到光传输路径中。本文公开的系统包括多个fso单元和一个或多个智能镜,如果在传输路径中检测到传输错误(例如,由于沿传输路径阻挡数据传输的障碍物),则该一个或多个智能镜有助于确定fso单元之间的备选传输路径。智能镜可以包括半反射表面,该半反射表面被布置为允许入射光的一部分传输通过该表面至光学传感器组件,同时反射入射光的其余部分。光学传感器组件可以确定入射光撞击反射表面的位置。智能镜可以将该位置传送给传输光束的fso单元和/或智能镜可以包括致动器,使得可以调整fso单元和/或智能镜的(多个)取向以将光更准确地引导至所意图的目标,同时避免障碍物。

通常,在一个方面,提供了一种用于与多个路灯组件执行自由空间光通信的方法。该方法包括沿传输路径将光束从第一路灯组件的第一自由空间光学(fso)单元传输到第二路灯组件的第二fso单元;在沿传输路径传输光束的同时检测传输错误;获取一个或多个智能镜的位置;确定从第一fso单元到第二fso单元或第三fso单元的备选传输路径,该备选传输路径包括来自一个或多个智能镜的光束的反射;使第一fso单元相对于备选传输路径取向;沿备选传输路径传输来自第一fso单元的光束。

在一个实施例中,传输错误与阻碍光束传输的障碍物(26)有关,或者与沿着传输路径的光束的链路预算质量有关,该链路预算质量被确定为低于链路预算质量的预设阈值。

在一个实施例中,障碍物包括树木、建筑物、雪、雨、雾、烟雾、灰尘、或包括上述至少一项的组合。在一个实施例中,该方法还包括利用光学传感器组件感测光束在智能镜上的入射光位置。在一个实施例中,感测包括通过智能镜的反射表面传输光束的入射部分的传输部分,以及利用光学传感器组件接收传输部分。

在一个实施例中,该方法还包括将入射光位置传送到第一fso单元。在一个实施例中,该方法还包括重新计算备选传输路径,并根据重新计算的备选传输路径来调整第一fso单元的取向。在一个实施例中,该方法还包括利用第一fso单元调节光束的一个或多个操作参数。

在一个实施例中,该方法还包括使智能镜重新取向以改变来自智能镜的光束的反射部分的方向。在一个实施例中,重新取向包括驱动一个或多个致动器以沿一个或多个方向移动或旋转智能镜或重新配置智能镜的反射表面。在一个实施例中,一个或多个智能镜包括多个智能镜,并且备选传输路径包括来自所述智能镜中每个智能镜的反射。

通常,在另一方面,提供了一种路灯组件。路灯组件包括一个支架;安装在支架上的灯具;安装在支架上的自由空间光学(fso)单元,该fso单元包括被配置为产生光束的光发射器;致动器,其被配置为设定fso单元相对于支架的取向;控制器,其被配置为:在沿着传输路径向另一fso单元的光束的传输中检测传输错误;获得一个或多个智能镜的位置;并确定备选传输路径,该备选传输路径包括来自一个或多个智能镜的光束的反射。

通常,一方面,提供一种自由空间光通信系统,其包括多个路灯组件和一个或多个智能镜。在一个实施例中,一个或多个智能镜包括光学传感器阵列,该光学传感器阵列被配置为检测光束在智能镜上的入射光位置。在一个实施例中,一个或多个智能镜被配置为将入射光位置传递给一个或多个路灯组件、使自身重新取向以改变光束的反射部分(l3)离开智能镜的方向、或者包含上述至少一项的组合。

应当领会,前述概念和下面更详细讨论的附加概念的所有组合(假设这样的概念并不相互矛盾)被认为是本文公开的发明主题的一部分。特别地,出现在本公开的结尾处的要求保护的主题的所有组合被认为是本文公开的发明主题的一部分。还应领会,本文明确采用的、也可能出现在通过引用并入的任何公开中的术语应被赋予与本文公开的特定概念最一致的含义。

附图说明

在附图中,贯穿不同的视图,相似的附图标记通常指代相同的部分。而且,附图不一定按比例绘制,而是通常将重点放在说明本发明的原理上。

图1图示了根据在此公开的一个实施例的一对自由空间光通信单元。

图2是根据本文公开的一个实施例的利用多个路灯组件的自由空间光学通信系统的顶视图。

图3是根据本文公开的一个实施例的利用智能镜来反射障碍物周围的光束的自由空间光学通信系统的顶视图。

图4是图3的利用智能镜之一在障碍物周围的备选反射路径中反射光束的自由空间光学通信系统的顶视图。

图5示意性地图示了根据本文公开的一个实施例的自由空间光学通信系统的组件。

图6是根据本文公开的一个实施例的智能镜的侧视图。

图7是图示出根据本文公开的一个实施例的与自由空间光学系统通信的方法的流程图。

具体实施方式

本公开描述了自由空间光通信的系统和方法的各种实施例。更一般地,申请人已经认识并领会,提供一种包括智能镜以反射障碍物周围的光束的自由空间光学通信系统将是有益的。利用本公开的某些实施例的特定目标是通过利用包括多个智能镜的自由空间光学通信系统确定备选传输路径,使用主动束操纵来检测并自动校正传输错误和/或维持链路预算质量。

鉴于前述内容,各种实施例和实施方式针对用于自由空间光学(fso)通信、特别是针对环境变化自动进行调整的系统和方法。环境变化可能包括天气事件或物体阻挡传输光束,例如被树木生长到光传输路径中。本文公开的系统包括多个fso单元和一个或多个智能镜,如果在传输路径中检测到传输错误(例如,由于沿传输路径阻挡数据传输的障碍物),则该一个或多个智能镜有助于确定fso单元之间的备选传输路径。智能镜可以包括半反射表面,该半反射表面被布置为允许入射光的一部分传输通过该表面至光学传感器组件,同时反射入射光的其余部分。光学传感器组件可以确定入射光撞击反射表面的位置。智能镜可以将该位置传送给传输光束的fso单元和/或智能镜可以包括致动器,以使得可以调整fso单元和/或智能镜的(多个)取向以将光更准确地引导至所意图的目标,同时避免障碍物。

参考图1,在一个实施例中,描绘了具有多个fso单元12的自由空间光学(fso)通信系统。字母后缀(“a”,“b”等)已经被附加到fso单元中的各个fso单元上,以便于针对fso单元12中的特定单元的讨论。本文针对其他部件利用类似的命名约定(字母后缀应用于基本附图标记)。应当领会,针对具有不包括字母后缀的附图标记的部件的任何讨论通常适用于共用该基本附图标记的所有部件,而不管后缀如何(例如,“fso单元12的讨论”适用于fso单元12a和12b中的每一个)。

在所图示的实施例中,fso单元12中的每一个都包括被配置为产生光束15的光学发射器14和被配置为接收光束15的检测器16。在图1中,两个分开的光束15a和15b分别由发射机14a和14b产生,这使得能够在fso单元12a和12b之间进行双向通信。即,来自单元12a的光束15a可以被引导到单元12b的检测器16b并被其接收,而来自单元12b的光束15b可以被引导到该单元12a的检测器16a并被其接收。光学发射器14可以包括激光器。

fso单元12可以使用用于在光束中传输数据的任何技术或协议。例如,可以通过利用包含期望传输的信息的调制信号来调制载波信号,来利用信息对光束15进行编码。如果期望的话,可以将束15的波长设置在可见光谱之外,这可以使检测器16能够更容易地将光束15与环境光区分开,并从而检测束15。在一个实施例中,束15的波长取决于一天中的时间而改变,以计及环境条件的变化,例如,由于全天来自太阳或其他光源的光谱的变化。此外,束15可以以准直或平行的方式传输,而几乎很少或没有发散,例如,以便于精确的长距离传输。在一个实施例中,fso单元12中的每一个可以包括用于发射多个束15的光发射器14的多个实例。

在图2中示意性地图示了自由空间光通信系统10,其中布置了多个路灯组件18(单独地标识了路灯组件18a和18b),其包括一个或多个fso单元12(即fso单元12a和12b,以及其他未提供字母后缀的单元)。在所图示的实施例中,每个路灯组件18包括一对彼此大体上相反方向取向的fso单元12,但是应当领会,每个路灯组件18可以包括单个fso单元12和/或以任意数量的方向取向的多于两个的fso单元12。

如本文所使用的,术语“路灯”或“街灯”是指包括诸如灯具20之类的灯具的任何室外照明基础设施,该灯具从诸如杆22之类的支架延伸,以照亮与路灯相邻的区域。杆22可以专门为路灯组件18构建,或者可以用于其他目的,例如,电线杆。应当领会,在其他实施例中,一个或多个路灯组件18可以包括或从其他类型的基础设施(诸如标牌、建筑物、桥梁等)延伸。

有利地,必须已经电连接以向灯具20供电的路灯组件18可以为fso单元12提供电联机。另外,fso单元12可以在升高的位置处安装到路灯组件18,以避免fso单元12被人、车辆等阻挡或干扰。此外,路灯通常以规则的间隔沿着道路、街道、人行道或其他路径安装,该道路、街道、人行道或其他路径延伸到人们居住、工作或以其他方式期望高数据速率通信的各个位置和/或在这些位置之间。以这种方式,通过将fso单元12安装在路灯组件18,系统10可以形成为fso单元12的连接网络,例如,以任何期望的方向延伸到整个城市、城镇或城市、城镇的一部分、或其他位置。另外,应当领会,可以通过在现有路灯上改装fso单元12来将现有路灯基础设施用于路灯组件18。还应当领会,并非系统10中的每个fso单元12都需要安装在路灯上。例如,某些fso单元12可以安装在标牌、建筑物或其他基础设施上。

鉴于图2,可以领会自由空间光学系统10面临的一个问题。在该示例中,直接光路24(例如,如果直接从fso单元12a发送到fso单元12b,则束15将遵循的最短路径)被一个或多个障碍物26阻挡。障碍物26可以至少是部分阻挡或妨碍光束中信息准确传输的任何事物。例如,障碍物26可以包括物理对象,诸如树,或者由天气或环境事件(诸如雨、雪、雾、烟雾、灰尘、或其他空气传播粒子)产生或作为其结果。由于fso通信依赖于无障碍的光路,因此障碍物26防止或阻碍了fso单元12a和12b之间的数据传输。

鉴于图3,可以领会系统10的实施例,其中系统10包括远离fso单元12的智能镜28。术语“智能镜”旨在意指根据本文公开的实施例的被配置(除了反射光束15之外)为响应于检测到的传输错误(例如,由阻挡光束15传输的障碍物26之一引起),协助系统10沿备选传输路径主动操纵束15的设备。还注意到,系统10的组件的物理变化可能导致传输错误。例如,路灯18的振动或弯曲(例如,由于附近的建筑活动、风或其他刺激),可能导致任何给定的一对fso单元12之间的连接不良。因此,如本文使用的,术语“传输错误”指的是信号质量低于某个阈值量的下降,这可能是传输通信的完全阻挡,或者被认为是不可接受的信号质量的下降。例如,在一些实施例中,可以设置阈值以维持足够可接受的链路预算质量,其中以低于预设阈值的链路预算质量传输的任何信号都被视为出于本文公开的实施例的目的的“传输错误”。

如上所讨论的,光束15由fso单元12之一(例如,经由如图1所示的光发射器14)产生,并且被引导向智能镜28中指定的一个,如图3所示。路灯组件18可以包括致动器30,该致动器被布置成使得fso单元12能够在不同方向上对准(例如,使得能够沿着或相对于任何期望的轴线旋转、平移等),使得光束15可以指向所意图的目标(例如,智能镜28之一或各fso单元12中的另一fso单元)。

路灯组件18可以包括控制器32或与控制器32通信,该控制器32被布置为促进路灯组件18的部件(特别是fso单元12和/或致动器30)的操作。例如,控制器32可以包括处理器34、存储器36、和/或通信模块38。处理器34可以采用任何合适的形式,诸如微控制器、多个微控制器、电路系统、单个处理器或配置为执行软件指令的多个处理器。存储器36可以采用任何合适的形式或多个形式,包括易失性存储器,诸如随机存取存储器(ram),或非易失性存储器,诸如只读存储器(rom)、闪存、硬盘驱动器(hdd)、固态驱动器(ssd)或其他数据存储介质。存储器36可以由处理器34在其操作期间用于数据的临时存储。数据和软件(诸如经由束15传输的数据和/或调制信号以生成束15、分析传输的数据、利用致动器30使fso单元12取向所必需的算法或软件)以及操作系统、固件或其他应用程序可以安装在存储器36中。通信模块38被布置为实现系统10的部件之间的通信。通信模块28可以是能够利用包括但不限于wi-fi(例如,ieee802.11)、蓝牙、蜂窝、以太网、zigbee等的技术来实现传输和/或接收有线或无线通信信号的任何模块、设备或装置。

控制器32可以被嵌入到fso单元12或灯具20中(例如,以实现智能或连接的灯系统的功能)。在一个实施例中,系统10和/或路灯组件18包括多个控制器,其提供本文公开的至少一些功能,并且一起形成所描述的控制器32。另外,应当领会,控制器32的一些或全部计算资源可以由指定的网络基础设施和/或基于云的计算设备(例如,经由互联网或其他数据网络与系统10通信的服务器、网关、路由器或其他计算设备)来实现。

智能镜28包括反射表面40。在一个实施例中,反射表面40是半反射的,这意味着表面40被配置为反射束15的一部分同时允许束15的一部分传输通过表面40。例如,表面40可以是或包括二向色镜、单向镜、半透明镜、分束器或任何其他光学元件,该光学元件被配置为反射来自表面的光的一部分,同时将该光的其余部分传输通过表面。这在图3中图示为撞击表面40的束15的传入或入射部分l1,并被分成传输部分l2和反射部分l3。反射部分l3的强度可以是入射部分l1的强度的相对较大的百分比。例如,在一个实施例中,反射部分l3约为入射部分l1的光强度的95%,尽管在其他实施例中该强度可以更多或更少。在一个实施例中,通过光的波长和表面40的性质之间的关系来调节传输部分l2和反射部分l3的光强度。例如,表面40可以包括箔或其他依赖于波长的材料,即,根据光的波长反射/传输不同比例的入射光的材料。作为另一示例,表面40可以包括偏振箔或其他偏振滤光器,并且可以调节入射光的偏振(例如,由fso单元12设置)以改变反射和传输的光的比例。

智能镜28的反射表面40的形状可以弯曲以利于束15的瞄准(例如,用于将反射部分l3引导在期望的方向上)。例如,反射表面的凸曲率可在束15上产生光学发散效果。在一些实施例中,使束15光学发散可用于在束行进时增大其尺寸,从而增加将束准确定位在所意图的目标的机会。在没有光学发散的情况下,诸如由激光器产生的窄光束的直径可能只有几厘米,并且因此更难以定位在所意图的目标fso单元的检测器上或与之一起定位。

束15的传输部分l2由位于表面40的相对侧上的光学传感器组件42检测。例如,在一个实施例中,产生的光束15具有已知的和可测量的特性,例如在视觉频谱外部的已知波长和/或利用具有设定基频的载波信号进行调制,以使得传感器组件42可以轻松检测束15的传输部分l2。以这种方式,外界光和/或来自其他源的光的影响可以被最小化或消除。如果需要,可以将附加的光学滤波应用于传感器组件42,以衰减外界光源或其他干扰光源。

传感器组件42被配置成收集可用于确定光束15的入射部分l1到达智能镜28的表面40上的位置的数据。例如,虽然束15可以仅几厘米宽,但是表面40的宽度、高度或其他尺寸可以比其大一个数量级或更大。特别地,如果表面40是弯曲的,则找到束15的入射部分l1的位置可能是有用的,因为可以通过跨弯曲的表面移动束15来将束15操纵到其意图的目的地。

在所图示的实施例中,传感器组件42包括布置成阵列的多个分段44。应当领会,智能镜28在图3中以横截面被图示出,并且传感器组件42的分段44可以跨越半反射表面40上的整个后面区域。分段44可以由布置成阵列的各个传感器模块形成,或者传感器组件42可以被布置有划分成实现可标识位置感测能力的多个分段或区域的一个或多个传感器。在图3的示例中,光束15的传输部分l2被图示为激活多个被指定为子集45的分段44,其可用于确定束15的入射部分l1撞击表面40的位置。

智能镜28可以包括例如类似于通信模块38的通信模块46,该通信模块46布置成将检测到的位置传回发射束15的fso单元12。由于表示入射部分l1的位置的数据仅需要有限的数据传输,可以使用相对较短的范围和/或较低的数据速率通信技术(例如wi-fi)来传送此信息。

路灯组件18可以被配置为响应于接收到检测到的光束15撞击表面40的位置而进行操作。例如,诸如方向(例如,相对于x,y和/或z坐标)、焦点、强度、波长或调制特性的操作参数可以例如通过控制器32来调节。在一个实施例中,致动器30被驱动以布置fso单元12所取向的角度以调节束15如何被智能镜28反射,从而更准确地将束15引导到其意图的位置。如果fso单元12被操作以改变束15的焦点,例如以加宽光束15,则它还可以成比例地增加光功率以维持足够的信噪比水平。

系统10的一个实施例在图4中被图示出,其中系统10包括多个智能镜28(即,示出了镜28a、28b和28c)。智能镜28中的每一个可以附接到固定物体48,诸如建筑物或其他结构。如本文中所讨论的,智能镜28可以用于在物体或障碍物周围的路径中反射光束(例如,束15)。例如,如图4中所示,由fso单元12a产生的束15a遵循反射的光路,该光路具有在fso单元12a和智能镜28a之间的第一段50a以及从智能镜28a反射到fso单元12b的第二段50b。以这种方式,段50a和50b形成用于束15a的备选传输路径52,其绕过或避免了位于fso单元12a和12b之间的障碍物26,并且使得能够在单元12a和12b之间实现高数据速率通信。应当领会,fso单元12b可以在相反的方向上利用备选传输路径52来向fso单元12a发送通信。

如上所讨论的,可以调整fso单元12的取向以将束15引导至其意图的目标。例如,当沿着备选传输路径52传输光束15时,fso单元12a相对于直接光路24以角度α取向。类似地,对于fso单元12b,可以确定相对于直接光路24的角度β以沿备选路径52进行通信。应当领会,图4是顶视图,并且fso单元12也可以使用计及垂直差异的角度。

在一个实施例中,系统10已知障碍物26、反射镜28和fso单元12的坐标和/或相对位置(例如,由用户手动键入、由全球定位系统确定等),并且系统10被配置为确定和仅使用未被障碍物26阻挡的那些光学传输路径。fso单元12、障碍物26和/或智能镜28的位置(如果为系统10所知,则为了启用系统10)可以用于针对每个传输路径(例如,经由角度α和β)确定fso单元12的正确取向(例如,由致动器30设定)。例如,智能镜28可以被布置为例如经由通信模块46将其位置传送到fso单元12。在一个实施例中,fso单元12、障碍物26和/或智能镜28的位置通过用户将与这些位置有关的信息手动键入到系统10中而由系统10来标识。例如,用户可以键入指定不能使用光路24的信息,或者可以键入指定、描述和/或定义所意图的备选传输路径的信息。

在一个实施例中,fso单元12a被配置成首先尝试经由光路24将光束15直接传输到fso单元12b。在该实施例中,fso单元12b可以包括其自己的用于如上讨论的双向通信的光学发射机,并被配置为在接收到光束15时,将确认信号(例如,类似于图1中的束15a和15b)传回fso单元12a。如果fso单元12b接收到部分或不完全传输(例如,束15仅被部分阻挡或质量降低),则系统10可以利用校验和或其他数据完整性方法来检测错误。fso单元12可以检测到例如由障碍物26、风或其他刺激引起的传输错误(例如,通过fso单元12a没有从fso单元12b接收到确认信号、接收到无效的校验和、或以其他方式未能通过数据完整性检查)。在检测到错误时,系统10可以确定利用一个或多个智能镜28的备选传输路径(诸如利用智能镜28a的路径52)以绕过障碍物。

在以上使用智能镜28a的示例中,仅需要束15a反弹(反射)一次以到达其意图的目标(即,从fso单元12a到fso单元12b)。然而,应当领会,在其他情况下,光束可以从两个fso单元12之间的任何数量的串联反射镜反射。例如,来自fso单元12c的束15c在图3中被图示为从智能镜28b和28c两者反射。束15可以在相对大的距离(例如,高达数百或数千米)上反射。为了促进长距离传输,特别是在多次反射上的传输,束15的光可以是准直的,或者几乎是完全平行的(例如,如上所述由激光器产生)。

鉴于图5,可以领会系统10的另一实施例。在该实施例中,fso单元12a使用智能镜28a沿备选传输路径54将光束15a反射到路灯组件18c的fso单元12d。例如,可以将fso单元12d选择为fso单元12a的束15a的所意图的目标,因为fso单元12d具有到各fso单元和/或fso单元12b没有的智能镜的可能的传输路径。作为另一示例,可以尝试在第一备选传输路径(例如,图4中的路径52)上的传输,但是在该传输中检测到传输错误。例如,这可能是由于另一种障碍物,或者是由于路灯组件18的移动(例如,风导致fso单元12a的振动或位置偏移),该移动使得数据传输很难在fso单元12a和12b之间准确地发生。代替利用同一个镜(例如,智能镜28a)将光束反射到一不同的fso单元,应当领会,可以使用一不同的镜来创建到同一个fso单元的备选路径(例如,除了智能镜28a以外的镜用于将光束引导至fso单元12b)和/或到一不同的fso单元的备选路径(例如,除了智能镜28a以外的镜将光束引导至fso单元12d,诸如使用智能镜28b将光束从fso单元12a引导至fso单元12c)。在这些示例中,诸如图4中的备选路径52和/或图5中的替代路径54之类的备选传输路径可以由系统10利用智能镜28、fso单元12和/或障碍物26的已知位置来确定,并尝试在这些备选路径中的每条路径上进行数据传输,以确定哪条路径产生合适的结果(例如,准确的数据传输)。

应当领会,可以对智能镜28进行修改和/或增加附加特征。例如,在图6中图示了根据一个实施例的智能镜28'。智能镜28'包括一个或多个致动器56,其可以被主动地操作以改变智能镜28'的取向和/或智能镜28'的反射表面40'。例如,致动器56可以是线性致动器,其可以单独地改变长度以如上所述地旋转智能镜28'相对于光束15的入射部分l1的相对角度,从而使得智能镜28'能够有助于将反射部分(例如,关于图3讨论的反射部分l3)操纵至朝向意图的目标。在该实施例中,即使智能镜28'具有平坦的反射表面,光束也可以被它操纵。应当领会,除非另外指出,否则在关于智能镜28和/或表面40进行的任何描述通常适用于智能镜28'和/或表面40'。

在一个实施例中,致动器56可以用于选择性地使智能镜28'的反射表面40'平坦或弯曲。例如,通过在反射表面下方应用耐用且柔性的材料,致动器56的操控可导致镜的表面曲率改变。以这种方式,可以设定光的方向以及准直、发散、会聚的程度等。作为另一个示例,镜的表面40'可以是各个段的马赛克,每个段布置有一个离散的可致动元件(例如,为每个块或马赛克段布置的致动器56之一)。这些小的段可以胶合到柔性材料、嵌入支撑结构中(例如,以形成易于清洁的基本平坦的表面)、和/或在平铺区域之间提供狭缝以利于弯曲/重新取向。

在一个实施例中,智能镜可以以这样的方式非对称地弯曲:使得旋转智能镜(例如,经由布置为旋转致动器的致动器56)将使反射光束指向一不同的位置。与平面镜相比,这可以减少致动器56设定智能镜的期望取向所需的自由度数量。

在一个实施例中,代替通信模块46和/或除了通信模块46之外,智能镜可以通过例如利用致动器56调制镜的移动和/或形状来传送来自传感器组件42的数据。例如,致动器56可以被配置为以这样的频率使镜振荡,该频率可以被fso单元12检测到并解释为改变fso单元12的方向的指令。例如,智能镜可以被配置为以第一频率(例如,1khz)振荡,第一频率指示fso单元12需要将束移至其“左边”或其他方向,而以第二频率(例如2khz)的振荡可以用于指示fso单元12需要将其束向“右边”或某个其他方向移动。以此方式,束15的入射部分l1的位置可以被传回fso单元,使得fso单元可以对传输路径进行微小的调整。这在其中智能镜28不包括通信模块46的实施例中可能尤其有利,例如作为较低成本的选项。首次在fso单元和智能镜之间设立连接以使镜与系统10“配对”也可以是有用的。在一个实施例中,fso单元具有飞行时间(tof)感测功能,并且致动器56被配置为同相地同时被致动,以便缩短/延长tof测量。以这种方式,tof测量值的变化可用于将附加信息从智能镜传送到fso单元。有利地,使用同时的致动器调整和tof测量来传达信息增加了安全级别,因为在没有专用设备的情况下,第三方很难感测或拦截这种类型的通信。

在一个实施例中,智能镜可以被天气化和/或包括环境应对特征,诸如用于融化雪的加热元件、用于摇动松散的碎屑或沉淀的振动发生器(例如,通过压电元件)、用于清洁反射表面的刮水器等。在一实施例中,传感器组件42可以被布置成收集能量(例如,由于许多光学传感器通过响应于感测到的光而产生电流来操作)。以这种方式,可以收集未被智能镜用于调整其取向(例如,为致动器56供电)和/或用于与fso单元12通信(例如,为通信模块46供电)的任何多余能量,并存储在例如电池中,以供稍后使用或其他目的。在一个实施例中,可以调节发射fso单元的输出强度以提供足够水平的功率以由智能镜收集以维持操作。在一个实施例中,智能镜可以将低能量状态传送到发射fso单元(例如,经由本文讨论的任何方法),并且fso单元可以相应地调节其输出功率。另外,可以调节光的性质以改变从智能镜的表面反射和传输通过智能镜的表面的光的比例(例如,如本文所讨论的那样,利用依赖波长的箔片或偏振箔片),使得可以从传入光束中获取更多或更少的功率(以降低链路预算质量为代价)。

图7中图示了用于操作自由空间光通信系统的方法100。在步骤102,确定第一(发送)fso单元和第二(接收)fso单元之间的第一路径(例如,如上所述,通过利用fso单元、障碍物和/或智能镜的已知位置)。在步骤104,第一fso单元相对于所确定的传输路径取向(例如,致动器30用于为fso单元12a设定角度α)。在使第一fso单元取向之后,或者如果已经使第一fso单元取向,则在步骤106,第一fso单元发射光束(例如,束15)。

可以在步骤108中检测例如由于光传输路径中的障碍物(例如,如以上关于光路径24所讨论的)的传输错误。如果检测到传输错误,则可以在步骤110中获得其他附近的智能镜和/或fso单元的位置(例如,存储在存储器36中)。在步骤112,可以从其他智能镜和/或fso单元的已知位置确定备选传输路径(例如,通过控制器32)。步骤112可以返回到步骤106,在步骤106,光束被发射(现在按照步骤112中确定的备选传输路径)。在步骤114,在智能镜处接收光束。

在步骤116,通过智能镜检测光束的入射部分(例如,光束15的入射部分l1)的位置。例如,可以通过准许光束的一部分传输通过智能镜的半反射表面(例如,表面40)来确定位置,其中该传输的部分由光学传感器组件(例如,传感器组件42)检测。在步骤118,检测到的位置被传输到第一fso单元(例如,经由通信模块46和/或通过利用致动器56操控智能镜的形状/取向)。在步骤120,改变智能镜的形状、尺寸和/或取向以帮助将束操纵到目标位置(例如,使用致动器56)。

步骤118和/或120可以使方法100返回到较早的步骤,诸如步骤102(和/或步骤106或112),其中基于在步骤118中从智能镜传输的输入来重新计算传输路径。如果新确定的路径消除了使用根据步骤102最初被选作“第二fso单元”的fso单元的需要,则第二fso单元(所意图的接收方)此时可以改变。附加地或替换地,步骤120可以进行到步骤122,在步骤122,光束被智能镜反射到所意图的目标。如果光束被精确地对准,则步骤114也可以进行到步骤122。如果需要多个智能镜的反射,则对于第一fso单元和第二fso单元之间的链中的每个镜,步骤122返回到步骤114。最终,第二fso单元在步骤124接收到光束。然后,方法100可以重复,其中之前迭代的第二fso单元代替第一fso单元,并选择另一fso单元来代替第二fso单元。

尽管已经在本文中描述和图示了若干发明实施例,但是本领域普通技术人员将容易想到用于执行功能和/或获得结果和/或本文所描述的优点中的一个或多个优点的多种其他手段和/或结构,并且这样的变型和/或修改中的每一个都被认为在本文描述的发明实施例的范围内。更一般地,本领域技术人员将容易领会,本文描述的所有参数、尺寸、材料和配置意在是示例性的,并且实际参数、尺寸、材料和/或配置将取决于本发明的教导所用于的一个或多个具体应用。使用不超过常规实验,本领域技术人员将认识到或能够确定本文描述的具体发明实施例的许多等同方案。因此,应当理解,前述实施例仅通过示例的方式给出,并且在所附权利要求及其等同物的范围内,可以不同于具体描述和要求保护的方式来实践发明实施例。本公开的发明实施例针对本文描述的每个单独的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法。另外,如果这样的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法不是相互矛盾的,则两个或更多个这样的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法的任何组合被包括在本公开的发明范围内。

如本文中说明书和权利要求书中使用的短语“和/或”应当理解为意指这样结合的元素中的“任一个或两者”,即,在一些情况下共同存在且在其他情况下不共同存在的元素。用“和/或”列出的多个元素应当以相同的方式解释,即,如此结合的元素中的“一个或多个”。除了由“和/或”子句具体标识的元素之外,可以可选地存在其他元素,无论与那些具体标识的元素相关还是无关。如本文在说明书和权利要求书中所使用的,“或”应当被理解为具有与以上定义的“和/或”相同的含义。

还应当理解的是,除非有明确的相反指示,否则在本文要求保护的包括多个步骤或动作的任何方法中,该方法的步骤或动作的顺序不必限于叙述该方法的步骤或动作的顺序。

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