DE102017130903A1

DE102017130903A1 - Optical free-space signal transmission

Info

Publication number: DE102017130903A1
Application number: DE102017130903.9A
Authority: DE
Inventors: Adrian Krohn; Gilbert Johannes Martin Forkel; Peter Adam Höher; Stephan PACHNICKE
Original assignee: Christian Albrechts Universitaet Kiel
Current assignee: Christian Albrechts Universitaet Kiel
Priority date: 2017-12-21
Filing date: 2017-12-21
Publication date: 2019-06-27
Also published as: EP3729685A1; WO2019122169A1

Abstract

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Bildanzeigegeräts, das eine zumindest teilweise lichtdurchlässige Bildanzeigefläche mit separat ansteuerbaren Bildpixeln aufweist, für eine empfängerseitige optische Signalfilterung und/oder eine Signalauswahl einer Signalquelle in der optischen Freiraum-Signalübertragung und/oder für eine senderseitige optische Signalfilterung und/oder eine Signalauswahl eines Empfängers in der optischen Freiraum-Signalübertragung. Die Erfindung betrifft außerdem ein dementsprechendes Verfahren für die optische Freiraum-Signalübertragung sowie eine Vorrichtung für die optische Freiraum-Signalübertragung.The invention relates to the use of an image display device having an at least partially translucent image display surface with separately controllable image pixels, for a receiver-side optical signal filtering and / or a signal selection of a signal source in the free-space optical signal transmission and / or for a transmitter-side optical signal filtering and / or a Signal selection of a receiver in the free-space optical signal transmission. The invention also relates to a corresponding method for the free-space optical signal transmission and a device for the free-space optical signal transmission.

Description

Bei der optischen Freiraum-Signalübertragung, die auch als optische Freiraum-Kommunikation bezeichnet wird, werden optische Signale von einer Signalquelle zu einem Empfänger bzw. zu einem optischen Signaldetektor eines Empfängers übertragen. Die Signalübertragung erfolgt über eine freiliegende Signalübertragungsstrecke, z.B. im Bereich der Erdatmosphäre durch die Luft oder außerhalb davon durch den Weltraum. Kennzeichnend für die Freiraumübertragung ist, dass die Signalübertragungsstrecke im Wesentlichen nicht durch mittels Bauelementen gebildete Lichtleitpfade gebildet ist, durch die das Licht geführt wird, d. h. im Wesentlichen nicht mit Lichtleitfasern oder ähnlichen Elementen. Dennoch kann auch bei der Freiraum-Signalübertragung die optische Signalübertragungsstrecke an bestimmten Stellen das Licht beeinflussende Elemente aufweisen, wie z. B. Spiegel oder optische Filter. Im Sinne der vorliegenden Anmeldung wird als optische Freiraum-Signalübertragung insbesondere eine optische Signalübertragung verstanden, bei der die Signalübertragungsstrecke zu wenigstens 90% ihrer Länge nicht durch mittels Bauelementen gebildete Lichtleitpfade gebildet ist. Die Länge der Signalübertragungsstrecke kann von wenigen Millimetern bis hin zu vielen Kilometern reichen.In free space optical signal transmission, also referred to as free space optical communication, optical signals are transmitted from a signal source to a receiver and to an optical signal detector, respectively, of a receiver. Signal transmission is via an exposed signal transmission path, e.g. in the Earth's atmosphere through the air or outside of it through space. Characteristic of the free space transmission is that the signal transmission path is essentially not formed by means of components formed Lichtleitpfade through which the light is guided, d. H. essentially not with optical fibers or similar elements. Nevertheless, even at the free space signal transmission, the optical signal transmission path at certain points have the light influencing elements such. As mirrors or optical filters. For the purposes of the present application, optical free-space signal transmission is understood in particular to be an optical signal transmission in which the signal transmission path is at least 90% of its length not formed by optical guide paths formed by means of components. The length of the signal transmission path can range from a few millimeters to many kilometers.

Der Begriff der Freiraumübertragung ist dabei nicht beschränkt auf eine Signalübertragung „im Freien“, d. h. außerhalb von Gebäuden. Vorteilhafte Anwendungsgebiete der Freiraumübertragung beinhalten auch die Indoor-Signalübertragung, d. h. die Signalübertragung innerhalb von Gebäuden oder innerhalb von Räumen, eine zumindest teilweise Unterwasser erfolgende Signalübertragung sowie die Signalübertragung vom Boden zu Flugzeugen und Satelliten hin und umgekehrt oder auch zwischen Flugzeugen und/oder Satelliten.The concept of free space transmission is not limited to a signal transmission "outdoors", d. H. outside of buildings. Advantageous applications of free space transmission include indoor signal transmission, d. H. Signal transmission within buildings or within rooms, at least partially underwater signal transmission and the signal transmission from the ground to aircraft and satellites and vice versa or between aircraft and / or satellite.

Das am Empfänger ankommende optische Signal bei der optischen Freiraum-Signalübertragung ist typischerweise eine Überlagerung von Nutzsignal- und Störsignalanteilen. Insbesondere können beliebige Lichtquellen in der Umgebung, die nicht für die optische Signalübertragung ausgebildet sind, und natürlich auch andere fremde optische Signalquellen einen Störsignalanteil hervorrufen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Signalübertragung im Hinblick auf solche Störeinflüsse bei der optischen Freiraum-Signalübertragung zu verbessern.The optical signal arriving at the receiver in the free-space optical signal transmission is typically a superposition of useful signal and interference signal components. In particular, any light sources in the environment that are not designed for the optical signal transmission, and of course other foreign optical signal sources cause a noise signal component. The invention has for its object to improve the signal transmission in view of such interference in the optical free-space signal transmission.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Verwendung eines Bildanzeigegeräts, das eine zumindest teilweise lichtdurchlässige Bildanzeigefläche mit separat ansteuerbaren Bildpixeln aufweist, für eine empfängerseitige optische Signalfilterung und/oder eine Signalauswahl einer Signalquelle in der optischen Freiraum-Signalübertragung und/oder für eine senderseitige optische Signalfilterung und/oder eine Signalauswahl eines Empfängers in der optischen Freiraum-Signalübertragung. Die Erfindung ermöglicht es, auf einfache und kostengünstig zu realisierende Weise, das Verhältnis von Nutzsignal zu Störsignal und damit die Empfangseigenschaften bei der optischen Freiraum-Signalübertragung zu verbessern. Zudem wird es möglich, unerwünschte optische Signalquellen auszublenden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass auch eine Selektion der Signale unterschiedlicher optischer Signalquellen desselben Kommunikationssystems durchgeführt werden kann, und zwar durch eine Signalauswahl im Bereich des Empfängers unter Verwendung des Bildanzeigegeräts, genauer gesagt durch Ansteuerung der Bildanzeigefläche, z.B. indem durch Ansteuerung der Bildpixel eine empfängerseitige optische Signalfilterung und/oder eine Signalauswahl durchgeführt wird. Es wurde festgestellt, dass herkömmliche Bildanzeigegeräte mit zumindest teilweise durchlässiger Bildanzeigefläche, wie z. B. LCD-Displays oder transmissive E-Paper Displays wie Droplet-Driven-Displays, als optische Empfangsfilter in der optischen Freiraum-Signalübertragung geeignet sind. Es ist hierbei vorteilhaft, Bildanzeigegeräte einzusetzen, die über einen hohen Kontrastumfang verfügen, z.B. einen Kontrastumfang von wenigstens 1:10, oder wenigstens 1: 30 oder wenigstens 1: 100, z.B. PVA/MVA mit Kontrastwerten von z.B. 1:1500.This object is achieved by the use of an image display device which has an at least partially transparent image display surface with separately controllable image pixels for receiver-side optical signal filtering and / or signal selection of a signal source in the free-space optical signal transmission and / or for optical transmitter signal filtering and / or or a signal selection of a receiver in the free-space optical signal transmission. The invention makes it possible, in a simple and cost-effective manner, to improve the ratio of useful signal to interference signal and thus the reception properties in the free-space optical signal transmission. It also makes it possible to hide unwanted optical signal sources. A further advantage of the invention is that also a selection of the signals of different optical signal sources of the same communication system can be carried out, by a signal selection in the area of the receiver using the image display device, more precisely by driving the image display surface, e.g. in that a receiver-side optical signal filtering and / or a signal selection is carried out by driving the image pixels. It has been found that conventional image display devices with at least partially transparent image display surface such. As LCD displays or transmissive e-paper displays such as droplet-driven displays are suitable as optical reception filters in the optical free-space signal transmission. It is advantageous here to use image display devices which have a high contrast range, e.g. a contrast range of at least 1:10, or at least 1:30 or at least 1: 100, e.g. PVA / MVA with contrast values of e.g. 1: 1500th

Das Bildanzeigegerät kann hinsichtlich der Zahl der Bildpixel unterschiedlich ausgebildet sein. Es können Bildanzeigegeräte mit einer vergleichsweise geringen Anzahl von Bildpixeln bis hin zu Bildanzeigegeräten mit einer hohen Anzahl von Bildpixeln eingesetzt werden, z.B. hochauflösende Bildanzeigegeräte.The image display device may be formed differently in terms of the number of image pixels. It is possible to use image display devices with a comparatively small number of image pixels up to image display devices with a high number of image pixels, e.g. high-resolution image display devices.

Wie bisher beschrieben, kann das Bildanzeigegerät empfängerseitig für die optische Signalfilterung und/oder die Signalauswahl eingesetzt werden. Ebenso ist es vorteilhaft möglich, ein solches Bildanzeigegerät senderseitig einzusetzen, beispielsweise um senderseitig einen gewünschten Empfänger oder einen gewünschten Signaldetektor des Empfängers auszuwählen. Es ist auch möglich, ein Bildanzeigegerät empfängerseitig und ein Bildanzeigegerät senderseitig einzusetzen. Hiermit kann z.B. ein Schutz der optischen Kommunikation gegen Abhören erreicht werden, oder die Vermeidung des Blendens eines Nutzers.As described so far, the image display device can be used on the receiver side for optical signal filtering and / or signal selection. Likewise, it is advantageously possible to use such an image display device transmitter side, for example, to select the transmitter side a desired receiver or a desired signal detector of the receiver. It is also possible to enter Image display device on the receiver side and an image display device on the transmitter side. Hereby, for example, a protection of the optical communication against eavesdropping can be achieved, or the avoidance of the dazzling of a user.

Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Verfahren für die optische Freiraum-Signalübertragung, bei der optische Signale von wenigstens einer Signalquelle zu wenigstens einem Empfänger übertragen werden, wobei in der optischen Signalübertragungsstrecke zwischen der Signalquelle und dem Empfänger ein Bildanzeigegerät, das eine zumindest teilweise lichtdurchlässige Bildanzeigefläche mit separat ansteuerbaren Bildpixeln aufweist, angeordnet wird und durch Ansteuerung der Bildpixel eine empfängerseitige und/oder senderseitige optische Signalfilterung und/oder eine Signalauswahl durchgeführt wird. Auch hierdurch können die zuvor erläuterten Vorteile realisiert werden. Durch entsprechende Ansteuerung der Bildpixel des Bildanzeigegeräts kann auf einfache Weise festgelegt werden, welche optischen Signale zu dem Empfänger durchgelassen werden bzw. welche Signale von einer Signalquelle zu einem bestimmten Signaldetektor des Empfängers durchgelassen werden oder nicht durchgelassen werden.The above-mentioned object is also achieved by a method for the free-space optical signal transmission in which optical signals are transmitted from at least one signal source to at least one receiver, wherein in the optical signal transmission path between the signal source and the receiver, an image display device that at least partially has translucent image display surface with separately controllable image pixels, is arranged and by driving the image pixels, a receiver-side and / or transmitter-side optical signal filtering and / or a signal selection is performed. This also makes it possible to realize the advantages explained above. By appropriate control of the image pixels of the image display device can be easily determined which optical signals are transmitted to the receiver or which signals are transmitted from a signal source to a particular signal detector of the receiver or not transmitted.

Die optische Signalquelle kann z. B. als Leuchtdiode oder anderes geeignetes Leuchtmittel ausgebildet sein. Der Signaldetektor kann als handelsüblicher Fotodetektor ausgebildet sein, z. B. als Halbleiter-Fotodetektor. Der Signaldetektor kann ein einziges Erfassungselement (Erfassungspixel) oder mehrere Erfassungselemente aufweisen, z. B. mehrere in Matrixform angeordnete Erfassungspixel.The optical signal source can, for. B. be designed as a light emitting diode or other suitable light source. The signal detector may be formed as a commercially available photodetector, for. B. as a semiconductor photodetector. The signal detector may comprise a single detection element (detection pixel) or a plurality of detection elements, e.g. B. a plurality of arrayed detection pixels.

Mittels der Bildpixel kann das durch die Bildanzeigefläche hindurchtretende Licht entweder geringfügig oder stark gedämpft werden, je nach Ansteuerung der Bildpixel. Zur Trennung verschiedener Signalquellen kann die unterschiedliche Positionierung der Signalquellen relativ zum Signaldetektor und/oder unterschiedliche optische Spektren der Signalquellen ausgenutzt werden.By means of the image pixels, the light passing through the image display surface can be attenuated either slightly or greatly, depending on the control of the image pixels. To separate different signal sources, the different positioning of the signal sources relative to the signal detector and / or different optical spectra of the signal sources can be utilized.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass diejenigen Bildpixel, die in der optischen Signalübertragungsstrecke von einer gewünschten Signalquelle und einem gewünschten Signaldetektor des Empfängers angeordnet sind, in einen anderen Zustand geschaltet werden als andere Bildpixel. Auf diese Weise kann Streulicht ausgeblendet werden, ebenso wie andere dem Signaldetektor nicht zugeordnete Signalquellen. Eine wellenlängenabhängige Filterung ist mit einem Bildanzeigegerät möglich, welches Bildpixel mit Wellenlängenabhängigkeit aufweist. Z. B. lässt sich mit einem herkömmlichen Farbbildanzeigegerät rote, grüne und blaue Signale bzw. Signalanteile unterscheiden. Ein Angleichen von Signalpegeln ist z. B. mit einem Bildanzeigegerät mit Graustufendarstellung möglich oder z. B. mittels entsprechender Zustandsänderung der Bildpixel wie z. B. einer Reduzierung der Signalintensität durch Reduzierung der Anzahl der lichtdurchlässigen Bildpixel.According to an advantageous development of the invention, it is provided that those image pixels which are arranged in the optical signal transmission path from a desired signal source and a desired signal detector of the receiver are switched to a different state than other image pixels. In this way, stray light can be hidden, as well as other signal sources not assigned to the signal detector. Wavelength-dependent filtering is possible with an image display device having image pixels with wavelength dependency. For example, a conventional color image display device can distinguish red, green and blue signals or signal components. An equalization of signal levels is z. B. with an image display device with grayscale representation possible or z. B. by means of a corresponding change in state of the image pixels such. B. a reduction of the signal intensity by reducing the number of translucent image pixels.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass durch eine Bildanzeigefläche des Bildanzeigegeräts gleichzeitig mehrere Signalübertragungen zwischen unterschiedlichen Kombinationen von Signalquelle und Signaldetektor unabhängig voneinander durchgeführt werden. Auf diese Weise können unterschiedliche simultane Signalübertragungen durch die eine Bildanzeigefläche geführt werden und voneinander selektiert werden. Hierdurch kann ein höherer Datendurchsatz der Signalübertragung realisiert werden, wenn mehrere Signaldetektoren vorhanden sind.According to an advantageous development of the invention, it is provided that an image display surface of the image display device simultaneously several signal transmissions between different combinations of signal source and signal detector are performed independently. In this way, different simultaneous signal transmissions can be passed through the one image display area and selected from each other. As a result, a higher data throughput of the signal transmission can be realized if a plurality of signal detectors are present.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass anhand der für die optische Freigabe einer Signalübertragungsstrecke zwischen einer Signalquelle und einem Empfänger angesteuerten Bildpixel die Position der Signalquelle und/oder des Empfängers bestimmt wird. Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur zur Verbesserung der Datenübertragung eingesetzt werden, sondern zusätzlich zumindest zum Abschätzen der Position des Senders und/oder des Empfängers. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn eine optische Kommunikationsverbindung zwischen der Signalquelle und dem Empfänger vorhanden ist, beispielsweise in Form von ausgestrahlten Kennungen.According to an advantageous development of the invention, it is provided that the position of the signal source and / or of the receiver is determined on the basis of the image pixel which is controlled for the optical release of a signal transmission path between a signal source and a receiver. In this way, the inventive method can be used not only to improve the data transmission, but in addition at least to estimate the position of the transmitter and / or the receiver. It is advantageous if an optical communication connection between the signal source and the receiver is present, for example in the form of radiated identifiers.

Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gelöst durch eine Vorrichtung für die optische Freiraum-Signalübertragung, aufweisend wenigstens eine Signalquelle zum Aussenden optischer Signale und wenigstens einen Empfänger zum Empfangen der optischen Signale, wobei in der optischen Signalübertragungsstrecke zwischen der Signalquelle und dem Empfänger ein Bildanzeigegerät, das eine zumindest teilweise lichtdurchlässige Bildanzeigefläche mit separat ansteuerbaren Bildpixeln aufweist, angeordnet ist. Auch hierdurch können die zuvor erläuterten Vorteile realisiert werden.The object mentioned at the outset is also achieved by a device for free-space optical signal transmission, comprising at least one signal source for emitting optical signals and at least one receiver for receiving the optical signals, wherein in the optical signal transmission path between the signal source and the receiver, an image display device has an at least partially transparent image display surface with separately controllable image pixels is arranged. This also makes it possible to realize the advantages explained above.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung mehrere Signalquellen und/oder mehrere Signaldetektoren im Empfänger aufweist, wobei zwischen Paaren von Signalquelle und Signaldetektor jeweilige voneinander unabhängige optische Signalübertragungsstrecken vorhanden sind, die die Bildanzeigefläche schneiden. Auf diese Weise können unterschiedliche simultane Signalübertragungen durch die eine Bildanzeigefläche geführt werden und voneinander selektiert werden. Hierdurch kann ein höherer Datendurchsatz der Signalübertragung realisiert werden, wenn mehrere Signaldetektoren vorhanden sind.According to an advantageous embodiment of the invention it is provided that the device comprises a plurality of signal sources and / or a plurality of signal detectors in the receiver, wherein between pairs of signal source and signal detector respective independent optical signal transmission paths are present, which intersect the image display area. In this way, different simultaneous signal transmissions can be passed through the one image display area and selected from each other. This can make a higher Data throughput of the signal transmission can be realized when multiple signal detectors are present.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Bildanzeigefläche planar oder gekrümmt ist, insbesondere sphärisch gekrümmt. Hierzu kann die Bildanzeigefläche beispielsweise als flexible Folie ausgebildet sein, die in die entsprechende gekrümmte Form gebracht wird. So kann die Bildanzeigefläche beispielsweise halbkugelförmig oder kugelförmig um einen Signaldetektor herum angeordnet sein. Im Fall einer planaren Bildanzeigefläche kann z. B. ein Flachbildschirm üblicher Bauart eingesetzt werden.According to an advantageous development of the invention it is provided that the image display surface is planar or curved, in particular spherically curved. For this purpose, the image display surface may be formed, for example, as a flexible film, which is brought into the corresponding curved shape. For example, the image display area may be hemispherical or spherical around a signal detector. In the case of a planar image display area, for. B. a flat screen of conventional design can be used.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Bildanzeigefläche aus mehreren Bildanzeige-Teilflächen gebildet ist. Diese aus mehreren Bildanzeige-Teilflächen gebildete Bildanzeigefläche kann selbst planar oder nicht planar ausgebildet sein, z.B. gewölbt oder gekrümmt. Die einzelnen Bildanzeige-Teilflächen können jeweils planar oder nicht planar ausgebildet sein, z.B. gewölbt oder gekrümmt. So kann beispielsweise durch ein würfelartiges Zusammensetzen von sechs planaren Bildanzeige-Teilflächen eine würfelförmige Bildanzeigefläche gebildet werden. Auch andere geometrische Formen sind vorteilhaft realisierbar, z.B. eine Annäherung an eine sphärische Form (geodätische Kuppel). In diesem Zusammenhang kann es vorteilhaft sein, mehrere Signaldetektoren einzusetzen, die in mehreren Ebenen und/oder Orientierungen angeordnet sind, z.B. ebenfalls in einer Würfelform.According to an advantageous development of the invention, it is provided that the image display surface is formed from a plurality of image display partial surfaces. This image display surface formed of a plurality of image display patches may itself be planar or non-planar, e.g. arched or curved. The individual image display patches may each be planar or non-planar, e.g. arched or curved. For example, a cube-shaped image display surface may be formed by cube-like assembly of six planar image display patches. Other geometrical shapes are also advantageously feasible, e.g. an approximation to a spherical shape (geodesic dome). In this context, it may be advantageous to employ a plurality of signal detectors arranged in multiple planes and / or orientations, e.g. also in a cube shape.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Bildanzeigegerät als Monochrom-Bildanzeigegerät, als Graustufen-Bildanzeigegerät, als Farb-Bildanzeigegerät oder als wellenlängenabhängiges Bildanzeigegerät ausgebildet ist.According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the image display device is designed as a monochrome image display device, as a grayscale image display device, as a color image display device or as a wavelength-dependent image display device.

Als Anwendungen der Erfindung sei beispielhaft die Unterdrückung von Umgebungslicht und von Intersymbolinterferenz genannt. Als Umgebungslicht werden dabei natürliche Lichtquellen, wie die Sonne ebenso wie künstliche Quellen also etwa eine konventionelle Raumbeleuchtung bezeichnet. Die Trennung kann dabei sowohl über die unterschiedlichen Einfallrichtungen als auch das unterschiedliche Spektrum erfolgen. Intersymbolinterferenz entsteht in Innenräumen vor allem durch Reflexionen und Streuungen. Das Interferenzsignal weist deswegen zum Teil andere Einfallswinkel als der Nutzsignalanteil auf. Bei Bedarf können auch nur bestimmte Anteile des Störsignales durch selektive Auswahl der zu blockierenden Pixel gedämpft werden.Examples of applications of the invention are the suppression of ambient light and of intersymbol interference. In this case, natural light sources, such as the sun as well as artificial sources, are referred to as ambient light, such as conventional room lighting. The separation can be done both on the different directions of incidence and the different spectrum. Intersymbol interference arises in interiors mainly through reflections and scattering. The interference signal therefore has different angles of incidence than the useful signal component. If necessary, only certain portions of the interference signal can be attenuated by selective selection of the pixels to be blocked.

Der Vorteil der Erfindung gegenüber einer Filterung des Empfangssignals nach der Detektion (z.B. Software-Filterung) ist erstens, dass durch die verringerte Empfangsleistung auch die Rauschleistung am Empfänger, z.B. hervorgerufen durch Schrotrauschen durch den Fotostrom, reduziert wird, und zweitens, dass die Richtungs- und Spektralinformation des Empfangssignals berücksichtigt werden können. Diese stehen bei der Filterung nach der Detektion nicht mehr zur Verfügung.The advantage of the invention over filtering of the received signal after detection (e.g., software filtering) is, first, that the reduced received power also increases the noise power at the receiver, e.g. caused by shot noise from the photocurrent, and second, that the directional and spectral information of the received signal can be taken into account. These are no longer available during filtering after detection.

Weitere Anwendungen nutzen typischerweise mehrere Signalquellen und/oder Signaldetektoren, um den Datendurchsatz zu erhöhen. Diese Verfahren werden in der Literatur als Multiple-input multiple-output (MIMO) bezeichnet. Die Erfindung erlaubt die Trennung verschiedener Signalquellen, indem die jeweils nicht benötigte(n) Signalquelle(n) durch das Bildanzeigegerät möglichst stark unterdrückt werden. Anwendungsszenarien sind etwa mehrere Benutzer im Raum mit jeweils individuellen Signalen zu erreichen und die Interferenzleistung an den jeweils anderen Empfängern zu reduzieren. Zusätzlich oder alternativ kann die Erfindung ferner so ausgeführt werden, dass mehrere Datenströme an einem Empfänger ausgewertet werden. Hierzu können mehrere Signaldetektoren unter einem Bildanzeigegerät angeordnet werden oder alternativ jeder Signaldetektor mit einem separaten Bildanzeigegerät ausgestattet werden. Dieses Szenario wird in 4 gezeigt.Other applications typically use multiple signal sources and / or signal detectors to increase data throughput. These methods are referred to in the literature as multiple-input multiple-output (MIMO). The invention allows the separation of different signal sources by suppressing the signal source (s), which are not required in each case, as much as possible by the image display device. Application scenarios can be achieved, for example, by several users in the room, each with individual signals, and by reducing the interference power at the other receivers. Additionally or alternatively, the invention may further be implemented so that a plurality of data streams are evaluated at a receiver. For this purpose, a plurality of signal detectors can be arranged under an image display device or, alternatively, each signal detector can be equipped with a separate image display device. This scenario is in 4 shown.

Die Ansteuerung der Bildpixel des Bildanzeigegeräts kann mittels eines Algorithmus über die Auswertung des Empfangssignals erfolgen, z.B. indem eine Abfolge von Mustern auf dem Bildanzeigegerät dargestellt werden und eine Veränderung des Empfangssignals erreicht wird. Auch eine Berücksichtigung von Kenntnis über die Anordnung ist möglich. Eine weitere Anwendung der Erfindung ist die Auswertung der Richtungsinformation, um die Position und Orientierung des/der Empfänger(s) und/oder der/des Sender(s) zu schätzen. Auch eine mögliche Blickwinkelabhängigkeit des Bildanzeigegeräts und/oder des Empfängers kann bei der Signalauswertung berücksichtigt werden und/oder zur Filterwirkung beitragen. Die Erfindung kann neben der Datenkommunikation auch in der Messtechnik Anwendung finden.The control of the image pixels of the image display device can be carried out by means of an algorithm via the evaluation of the received signal, e.g. by displaying a succession of patterns on the image display device and achieving a change of the received signal. A consideration of knowledge about the arrangement is possible. Another application of the invention is the evaluation of the directional information to estimate the position and orientation of the receiver (s) and / or the transmitter (s). Also, a possible viewing angle dependence of the image display device and / or the receiver can be taken into account in the signal evaluation and / or contribute to the filter effect. The invention can be used in addition to the data communication in metrology application.

Gegenüber anderen Ansätzen wie z.B. richtungssensitive Empfänger mit mehreren in den Raum ausgerichteten Signaldetektoren kann typischerweise die Anzahl der benötigten Signaldetektoren identisch zu der Anzahl der unabhängig zu erfassenden Datenströme gewählt werden und ist damit typischerweise um ein vielfaches geringer.Compared to other approaches such. Directionally sensitive receivers having a plurality of signal detectors aligned in the space can typically be chosen to be the number of required signal detectors identical to the number of independently detectable data streams and are thus typically many times smaller.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert.The invention will be explained in more detail by means of embodiments using drawings.

Es zeigen

1 bis 4 - verschiedene Varianten einer optischen Freiraum-Signalübertragung in stark schematisierter Darstellung und
5 - beispielhafte Messergebnisse bezüglich der Richtungsselektivität bei zwei optischen Signalquellen und
6 - eine weitere Anwendung eines Bildanzeigegeräts.

Show it

1 to 4 - Different variants of a free-space optical signal transmission in a highly schematic representation and
5 exemplary measurement results with respect to the directional selectivity in two optical signal sources and
6 Another application of an image display device.

Die 1 zeigt zwei optische Signalquellen 1, 7, beispielsweise in Form von Leuchtdioden. Des Weiteren ist ein Empfänger 4 zum Empfang der von einer der Signalquellen 1, 7 abgegebenen optischen Signale vorhanden. Der Empfänger 4 weist einen Signaldetektor 3 auf, an dem die empfangenen optischen Signale, d. h. empfangene Lichtstrahlen, ausgewertet werden. Die optischen Signale von der Signalquelle 1 zum Signaldetektor 3 werden über eine optische Signalübertragungsstrecke 2 im Freiraum übertragen. Im Strahlengang dieser Signalübertragungsstrecke 2 ist ein Bildanzeigegerät angeordnet, von dem in der 1 lediglich die Bildanzeigefläche 5 mit einer Vielzahl von separat ansteuerbaren Bildpixeln 6 dargestellt ist (in Seitenansicht).The 1 shows two optical signal sources 1 . 7 , For example in the form of light emitting diodes. Furthermore, there is a receiver 4 to receive from one of the signal sources 1 . 7 emitted optical signals present. The recipient 4 has a signal detector 3 on, at which the received optical signals, ie received light beams, are evaluated. The optical signals from the signal source 1 to the signal detector 3 be via an optical signal transmission path 2 transferred in the open space. In the beam path of this signal transmission path 2 an image display device is arranged, of which in the 1 only the image display area 5 with a large number of separately controllable image pixels 6 is shown (in side view).

Von der Signalquelle 7 werden optische Signale über eine Signalübertragungsstrecke 8 in Richtung zum Signaldetektor 3 ausgesandt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird angenommen, dass lediglich das von der Signalquelle 1 ausgesandte Licht am Signaldetektor 3 empfangen und ausgewertet werden soll. Dementsprechend sind die Bildpixel 6 derart angesteuert, dass sie die optischen Signale auf der Signalübertragungsstrecke 2 bestmöglich durchlassen, sie weisen eine niedrige oder bestenfalls gar keine Dämpfung auf. Dagegen sind zumindest die im Bereich der Signalübertragungsstrecke 8 liegenden Bildpixel auf eine hohe Dämpfung angesteuert, so dass die optischen Signale der Signalübertragungsstrecke 8 nicht oder zumindest stark gedämpft am Signaldetektor 3 ankommen.From the signal source 7 be optical signals over a signal transmission path 8th towards the signal detector 3 sent. In the illustrated embodiment, it is assumed that only that of the signal source 1 emitted light at the signal detector 3 should be received and evaluated. Accordingly, the image pixels 6 controlled so that they the optical signals on the signal transmission path 2 pass through as best they can, they have a low or at best no attenuation. By contrast, at least those in the field of signal transmission path 8th lying image pixels are driven to a high attenuation, so that the optical signals of the signal transmission path 8th not or at least strongly attenuated at the signal detector 3 arrive.

Um sonstige Störsignal-Einstreuungen am Signaldetektor 3 zu minimieren, können auch die übrigen Bildpixel auf hohe Dämpfung angesteuert sein.To other interference signal interference at the signal detector 3 To minimize, the remaining image pixels can be driven to high attenuation.

Die 2 zeigt eine Variante der Erfindung, bei der die Bildanzeigefläche 5 sphärisch gewölbt ist, z. B. halbkugelförmig oder halbzylinderförmig. In diesem Fall ist nur die eine Signalquelle 1 mit der Signalübertragungsstrecke 2 dargestellt.The 2 shows a variant of the invention, in which the image display area 5 is spherically curved, z. B. hemispherical or semi-cylindrical. In this case, only the one signal source 1 with the signal transmission path 2 shown.

Die 3 zeigt eine weitere Variante der Erfindung, bei der die Bildanzeigefläche 5 über den vollen Umfang um den Signaldetektor 3 herum gewölbt ausgebildet ist, z. B. zylinderförmig oder kugelförmig.The 3 shows a further variant of the invention, in which the image display area 5 over the full circumference around the signal detector 3 is formed curved around, z. B. cylindrical or spherical.

Die 4 zeigt eine Variante der Erfindung, bei der der Empfänger 4 außer dem bereits beschriebenen Signaldetektor 3 einen weiteren Signaldetektor 10 aufweist, der etwas beabstandet vom Signaldetektor 3 angeordnet ist. Dies ermöglicht es beispielsweise, dass parallel optische Signale am Signaldetektor 3 von der Signalquelle 1 und am Signaldetektor 10 von der Signalquelle 7 empfangen werden. Die Bildanzeigefläche 5 ist hinsichtlich ihrer Bildpixel 6 nun so angesteuert, dass, wie bei der 1 beschrieben, die optischen Signale über die Signalübertragungsstrecke 2 zum Signaldetektor 3 durchgelassen werden und die optischen Signale von der Lichtquelle 7 über eine Signalübertragungsstrecke 11 zum weiteren Signaldetektor 10 durchgelassen werden. Andere Übertragungswege sind durch Ansteuerung der Bildpixel 6 gesperrt, insbesondere die Signalübertragungsstrecke 8 (zwischen der Signalquelle 7 und dem Signaldetektor 3) sowie eine Signalübertragungsstrecke 9 (zwischen der Signalquelle 1 und dem weiteren Signaldetektor 10). Auf diese Weise kann gleichzeitig auf mehreren optischen Kanälen eine Signalübertragung durchgeführt werden.The 4 shows a variant of the invention, wherein the receiver 4 except the already described signal detector 3 another signal detector 10 which is slightly spaced from the signal detector 3 is arranged. This makes it possible, for example, that parallel optical signals at the signal detector 3 from the signal source 1 and at the signal detector 10 from the signal source 7 be received. The image display area 5 is in terms of their image pixels 6 now so controlled that, as with the 1 described, the optical signals over the signal transmission path 2 to the signal detector 3 be transmitted and the optical signals from the light source 7 via a signal transmission path 11 to the other signal detector 10 be let through. Other transmission paths are by driving the image pixels 6 locked, in particular the signal transmission path 8th (between the signal source 7 and the signal detector 3 ) and a signal transmission path 9 (between the signal source 1 and the other signal detector 10 ). In this way, a signal transmission can be performed simultaneously on multiple optical channels.

Die 5 zeigt eine am Signaldetektor 3 erfasste optische Empfangsleistung der beispielsweise über die Signalübertragungsstrecke 2 übertragenen optischen Signale, aufgetragen über eine Ortskoordinate der Bildanzeigefläche (z. B. Bildpixel-Nummer). Erkennbar ist im Kurvenverlauf 21 ein Verlauf des über die Signalübertragungsstrecke 2 übertragenen Lichts, im Kurvenverlauf 22 das über die Signalübertragungsstrecke 8 übertragene Licht (wenn diese Signalübertragungsstrecke durch entsprechende Ansteuerung der Bildpixel freigeschaltet ist). Der untere Kurvenverlauf 20 wird gemessen, wenn keine optische Signalquelle 1, 7 eingeschaltet ist. Hierbei wird die gute Trennschärfe und Selektivität des Bildanzeigegeräts bei Verwendung als optischer Empfangsfilter deutlich.The 5 shows one at the signal detector 3 detected optical reception power of the example via the signal transmission path 2 transmitted optical signals plotted over a location coordinate of the image display area (eg, image pixel number). Recognizable is in the curve 21 a course of the over the signal transmission path 2 transmitted light, in the course of the curve 22 that via the signal transmission path 8th transmitted light (when this signal transmission path is enabled by appropriate control of the image pixels). The lower curve 20 is measured when no optical signal source 1 . 7 is turned on. In this case, the good selectivity and selectivity of the image display device when used as an optical reception filter becomes clear.

Die 6 zeigt einen Empfänger 4, der mehrere in unterschiedlichen räumlichen Orientierungen angeordnete Signaldetektoren 3 aufweist. Beispielhaft dargestellt sind sechs Signaldetektoren 3, die in Form eines Würfels angeordnet sind. Die Signaldetektoren 3 sind von einer aus mehreren Bildanzeige-Teilflächen gebildete Bildanzeigefläche 5 umgeben, die konzentrisch würfelförmig um die Signaldetektoren 3 herum angeordnet ist. Beispielsweise kann jede Seite des Würfels der Bildanzeigefläche 2 x 2 Bildpixel 6 aufweisen. Auf diese Weise kann das am Empfänger 4 ankommende Licht aus unterschiedlichen räumlichen Richtungen gefiltert oder durchgelassen werden, ggf. mit einer Dämpfung.The 6 shows a receiver 4 , the signal detectors arranged in different spatial orientations 3 having. Illustrated are six signal detectors 3 , which are arranged in the form of a cube. The signal detectors 3 are of an image display area formed of a plurality of image display patches 5 surrounded, concentrically cube-shaped around the signal detectors 3 is arranged around. For example, each side of the cube of the image display area may be 2 x 2 image pixels 6 respectively. In this way, this can be done at the receiver 4 incoming light from different spatial directions are filtered or transmitted, possibly with a damping.

Claims

Use of an image display device having an at least partially translucent image display surface (5) with separately controllable image pixels (6), for a receiver-side optical Signal filtering and / or a signal selection of a signal source (1, 7) in the free-space optical signal transmission and / or for a transmitter-side optical signal filtering and / or a signal selection of a receiver (4) in the free-space optical signal transmission.

Method for free-space optical signal transmission, in which optical signals are transmitted from at least one signal source (1, 7) to at least one receiver (4), characterized in that in the optical signal transmission path (2, 8, 9, 11) between the Signal source (1, 7) and the receiver (4) an image display device having an at least partially transparent image display surface (5) with separately controllable image pixels (6) is arranged, and by driving the image pixels (6) a receiver-side and / or transmitter optical Signal filtering and / or a signal selection is performed.

Method according to the preceding claim, characterized in that those image pixels (6) in the optical signal transmission path (2, 8, 9, 11) from a desired signal source (1, 7) and a desired signal detector (3, 10) of the receiver (4) are arranged to be switched to a different state than other image pixels (6).

Method according to one of Claims 2 to 3 , characterized in that an image display surface (5) of the image display device simultaneously several signal transmissions between different combinations of signal source (1, 7) and signal detector (3, 10) are performed independently.

Method according to one of Claims 2 to 4 , characterized in that on the basis of the optical release of a signal transmission path (2, 8, 9, 11) between a signal source (1, 7) and a receiver (4) controlled image pixel (6), the position of the signal source (1, 7) and / or the receiver (4) is determined.

Device for free-space optical signal transmission, comprising at least one signal source (1, 7) for emitting optical signals and at least one receiver (4) for receiving the optical signals, characterized in that in the optical signal transmission path (2, 8, 9, 11 ) between the signal source (1, 7) and the receiver (4) an image display device having an at least partially translucent image display surface (5) with separately controllable image pixels (6) is arranged.

Device according to the preceding claim, characterized in that the device comprises a plurality of signal sources (1, 7) and / or a plurality of signal detectors (3, 10) in the receiver, wherein between pairs of signal source and signal detector respective independent optical signal transmission links (2, 8, 9, 11) intersecting the image display surface (5).

Device according to one of Claims 6 to 7 , characterized in that the image display surface (5) is planar or curved, in particular spherically curved.

Device according to one of Claims 6 to 8th , characterized in that the image display surface (5) is formed of a plurality of image display patches.

Device according to one of Claims 6 to 9 , characterized in that the image display device is designed as a monochrome image display device, as a grayscale image display device, as a color image display device or as a wavelength-dependent image display device.