CN109964421A - 用于可见光通信的接收器、方法、终端设备、光透射结构和系统 - Google Patents

Abstract

一种用于将光信号以及在从不同照明设备传出的光线的重叠的区域中接收到的光信号解码的接收器、方法、终端设备、可见光透射结构和系统，每个光信号发送唯一的ID数据。进入所述接收器(39)的光线(45、46、47)在光电探测器阵列(21)的纵向方向(x)上被光学地扩散开。这样经扩散的光线(45a、46a、47a)在特定光电探测器(22‑28)的辐射活性表面(29)上被光学地发散并且被进一步扩散，从而优化在相应光电探测器(22‑28)处接收到的光量。

Description

用于可见光通信的接收器、方法、终端设备、光透射结构和 系统

技术领域

本公开一般地涉及光通信领域，并且更具体地涉及接收器、方法和终端设备，该终端设备包括用于在可见光通信系统中接收和处理可见光信号的接收器。本公开还涉及接收器的可见光透射结构。

背景技术

可见光通信VLC，特别是基于VLC的定位，正在成为一种颇具吸引力的室内定位技术，以用于确定移动终端的定位。

VLC可以利用现有的和新的照明设备或灯具来安装，使得照明设备不仅可以用于照明目的，还可以提供数据通信。因此，VLC提供了高效的功率消耗，因为所发射的光信号有助于照明和通信二者。

由于VLC不会引起或遭受无线电或电磁干扰，所以它可以替代医院或其他易受到RF辐射的区域或甚至禁止RF数据传输的地区中的射频RF通信和基于RF的定位。

在基于VLC的定位系统中，通常是每个照明设备的光源(诸如发光二极管(LED))，光源发送表示识别照明设备的识别数据ID的经调制的光定位信号。该调制是在如此高的频率下进行的，不会引起可见的闪烁。

在仅支持近距离VLC系统中，例如，其中每个照明设备发送它自己的唯一ID，移动终端设备(例如，包括可见光接收器)根据处理在移动通过由VLC系统覆盖的区域的同时接收到的光信号的ID，以及相应的照明设备的附加定位信息和相关联的ID，可以计算出它在该区域中的位置。例如，该附加定位信息和相关联的ID可以被存储在终端设备中或者从中央数据库或节点接收。

在当前室内可见光定位系统中，例如，提出了多种处理算法，以用于更准确地计算可见光接收器的地理位置或坐标(诸如使用所接收信号强度RSS、到达时间ToA、到达时差TDoA和到达角AoA、从接收到的光信号中获得的信息、以及三角测量)，通过使用在特定位置处的光信号的特定特性、概率方法、数据相关技术、以及使用探测相机的视觉分析的指纹识别。

在通常的场景中，其中每个或多个相邻照明设备(诸如在两个或更多个照明设备的重叠的区域中、被安装在建筑物的天花板上的照明设备)发送它们自己的唯一ID光信号，例如，由单个光电探测器所包括的可见光接收器就不能将从不同光源接收到的光信号解码。

例如，国际专利申请WO2016/086276A1公开了一种光学接收器，该光学接收器具有包括一个或多个孔的前光入射表面和包括光学接收元件或光电探测器(诸如光电二极管)的二维阵列的相对间隔开的后光接收表面。这样，在前入射表面孔处倾斜地入射的光线在后光接收表面(即，光电探测器的阵列)处扩散开一段距离，以用于将光信号解码。

然而，这种解决方案只适用于相对于光入射表面的表面法线以相对大的角度入射的不同光源的光线，并且其入射角基本上彼此不同。然而，在光入射表面处入射的来自重叠的区域中的不同光源的光线，特别是相对于在光入射表面处的法线具有相对小角度的重叠光线，或者仅相对于彼此略有不同的光线通过这些孔将不能在后表面上被充分扩散开，以便为解码的目来区分这些光线。

此外，在特定光学元件处接收到的光量取决于光线的入射角。

美国专利申请2009/0123156A1公开了一种相对昂贵、笨重且复杂的用电机驱动的光电探测器的二维阵列，当从入射光线的传播方向上看时，这些光电探测器被布置成用于将该阵列移动到以最大化在特定光电探测器处从在该阵列的前面所安装的会聚透镜接收到的光量的一个位置。

最大化在光电探测器处接收到的光量有利于保持光电探测器(诸如光电二极管或光电晶体管)的活性区域大小，例如尽可能小，从而减少内部阻力，使得时间常数减小并且因此增加光电探测器的运行速度，这对基于位置的VLC应用是有利的。

发明内容

本公开的目的是提供一种改进的、节省成本的和高性能的基于光电探测器的可见光接收器，特别是用在基于VLC的定位中，适用于将在VLC系统的两个或更多个照明设备的重叠的区域中所发射的携带有光信号的ID信息解码。

在第一方面中，提供了一种用于可见光通信的接收器，包括：

光电探测器阵列，该光电探测器阵列具有在第一方向上被依次布置的多个光电探测器，并且每个光电探测器在第一方向和与第一方向不同的第二方向上延伸一段距离，以用于接收可见光信号并将其转换为电信号；

处理器，该处理器被布置成用于处理电信号，以及

可见光透射结构，该可见光透射结构被布置成用于在光电探测器阵列处接收和引导包括可见光信号的可见光线，

包括光入射表面和光出射表面的可见光透射结构，该可见光透射结构被布置成用于在出射表面处将以不同入射角进入光入射表面的光线在第一方向上扩散开并且在第二方向上发散。

所公开的可见光透射结构提供了对入射光线的双扩散或发散。在重叠的区域中的不同光源的光线(例如，相对于在光入射表面处的表面法线以不同角度入射可见光透射结构)，沿着光电探测器阵列的第一方向分离，从而以在第一方向上被间隔开地离开可见光透射结构。这使得不同光源的光线由被定位成与出射表面相对的光电探测器阵列中的光电探测器中的一个不同的光电探测器接收。

为了优化在光电探测器的阵列中的特定光电探测器处入射的被间隔开的光线的光量，使光线被可见光透射结构沿着第二方向发散，以便覆盖相应光电探测器的表面区域的尽可能大的部分。从而使得光电探测器的性能能够在光电探测器的活性区域大小和运行速度方面得到优化，并且解决例如在第二方向上在光电探测器的位置上的公差问题。也就是说，例如，光电探测器阵列中的光电探测器的活性区域可以被做得相对小，从而提供相对高的运行速度，因为可见光透射结构在光电探测器处引导相对大的光量。

为了本公开的目的，术语光电探测器或光电传感器将被解释为：当被包括在探测电路中时，将冲击在探测电路的活性区域上或击打探测电路的活性区域的可变光信号转换为例如可变电压或电流的设备。光电探测器可以按他们的探测机制进行分类，诸如作为放大光电二极管的光电晶体管；具有光电子生成层的电荷耦合设备CCD；以及其他光电发射的、光伏的或光电的探测器或传感器。

在接收器的一个实施例中，从可见光透射结构的外侧看时，光入射表面包括在第一方向上的内凹形状，以及光出射表面包括在第二方向上的外凸形状。

通过利用弯曲的光透射表面，可以通过改变表面的曲率有效地控制和设置入射光线的扩散。这特别有利于将重叠的区域中的、以彼此仅略有不同的角度进入或相对于表面法线以小的入射角进入接收器(即，其光入射表面)的不同照明设备的光线扩散开。为了覆盖光电探测器的光学活性表面区域的尽可能大的部分，可以独立于光入射表面的曲率来优化地设置出射表面的曲率。

在接收器的一个实施例中，光入射表面包括半圆柱形的内凹形状，半圆柱形的内凹形状的纵向轴线在第二方向上延伸。也就是说，内凹表面被形成为圆柱表面的一部分，即，半圆柱表面，其纵向轴线在第二方向上延伸，并且其弯曲部分在第一方向延伸。这样，在与半圆柱形光入射表面的纵向轴线正交或横向的入射的平面中进入光入射表面的光线沿着第一方向被偏转和被发散。因此，可见光透射结构用作空间滤波器，将在与圆柱形结构的纵向轴线横向的虚拟平面中入射的光线在第一方向上间隔开。

在接收器的另一实施例中，从可见光透射结构的外侧看时，光出射表面包括多个被相邻布置的子表面，每个子表面包括在第二方向上的外凸形状。每个子表面都允许被优化设计成用于将扩散开的光线发散穿过特定光电探测器的光学活性表面区域上。

在接收器的一个实施例中，为了增强从未被定位在一条直线上的照明器材(即，例如，在第二方向上被交错定位的照明器材)的光的捕捉，光出射表面包括半圆柱形的外凸形状，半圆柱形的外凸形状的纵向轴线在第一方向上延伸。

在接收器的另一实施例中，子表面包括半圆柱形的外凸形状，半圆柱形的外凸形状的纵向轴线在第一方向上延伸。当与上面所公开的半圆柱形的内凹形状的光入射表面相结合时，半圆柱形的子表面的纵向轴线和与半圆柱形的内凹形状的光入射表面的纵向轴线横向的入射的平面对齐，这样使得在出射表面处的光线被有效地导通到由可见光透射结构的出射表面的外凸半圆柱形子表面限定的空间中。

在这样的一个实施例中，从重叠的区域中的位于多个平行平面中的不同照明设备入射的光线被有效地间隔开并且被引导穿过特定光电探测器，使得所发送的光信号可以被有效地解码。

在一个实施例中，光电探测器阵列是在第一方向上延伸的被间隔开的光电探测器的线性阵列。这种接收器，例如，被最佳地布置成用于将由在纵向轴线方向上被依次布置(诸如在走廊处、在市政隧道中、在街道处、布置在高速公路上等的照明设备(室内和室外均可)发射的光信号解码。

接收器的一个紧凑实施例的特征在于，光入射表面和光出射表面被间隔开特定距离并且被相对布置。

从接收器处的光线的入射的方向上看时，可以通过应用在光入射表面的前面所定位的隔膜来进一步增强可见光透射结构的空间光线滤波性能。该隔膜可以包括用于限制在光入射表面处入射的一束光线的尺寸的光透射孔。例如，具有直径范围从0.5mm至8mm(通常为1mm或5mm)的圆形孔，或者在第一方向上延伸并且具有例如大约2mm至10mm的长度和可达0.5mm至5mm的宽度的尺寸的细长狭缝或槽型孔。

在适合大范围实际应用的接收器的一个实施例中，可见光透射结构特别地被布置成用于将相对于光入射表面的主轴线以0度、30度和60度的角度中的每个角度入射的光线扩散，以用于由光电探测器阵列中的光电探测器中的一个不同的光电探测器接收，并且用于将在相应的光电探测器处的每个经扩散的光线发散。

如要了解的，接收器的可见光透射结构可以被制作为单片光学透明材料，诸如玻璃，例如，硅酸盐玻璃等，或者被制作为透明的塑料或聚合物材料，如聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、或聚碳酸酯PC、或聚对苯二甲酸乙二醇酯PET，特别是通过挤压工艺被制作为挤压产品。这使得如所公开的接收器可以以非常节省成本的方式生产，这使这样的接收器适合于大规模使用，例如，用在各种设备的基于VLC的定位中。

在一个实施例中，接收器的处理器被布置成用于从经转换的、接收到的可见光信号中提取识别信号。如本公开的背景技术部分所示，处理器可以被布置和被编程成用于处理经解码的或经识别的光信号，以用于通信和/或定位目的。

在第二方面中，提供了一种终端设备，特别是移动终端设备，包括根据前述权利要求中的任一项的接收器。要了解的是，用于解码和处理光信号数据的算法也可以被包括在终端设备的处理器中。

在第三方面中，提供了一种可见光透射结构，该结构用在如上面所公开的那样所布置和所构造的可见光接收器中。

本公开的第四方面涉及一种可见光通信系统，该可见光通信系统包括被布置成用于发送可见光信号的至少一个照明设备，以及如上面所公开的至少一个接收器。

根据第五方面，提供了一种处理可见光通信系统的可见光信号的方法，可见光信号由在可见光接收器上入射的光线所包括，该接收器包括具有多个在第一方向上被依次布置的光电探测器的光电探测器阵列，并且每个光电探测器在第一方向和与第一方向不同的第二方向上延伸一段距离，以用于接收可见光信号并将可见光信号转换为电信号，该方法包括：

在第一方向上将以不同入射角进入光接收器的光线光学地扩散开来，

在第二方向上将扩散开的光线光学地发散，以及

通过从电信号中提取识别信号并且处理该识别信号，来处理电信号，该电信号由相应光电探测器从相应的光电探测器处接收到的光线的可见光信号转换得到。

参照下文所描述的实施例，本公开的上述和其他方面将变得显而易见并得以阐明。

附图说明

图1示出了室内可见光通信(VLC)系统的通常应用场景。

图2以示意性透视图示出了在本公开的一个实施例中具有入射光线的可见光接收器的光学光接收部分。

图3以示意性透视图示出了在本公开的另一实施例中具有入射的光线的可见光接收器的光学光接收部分。

图4以示意性透视图示出了放大比例的图3的光学可见光透射结构。

图5示出了图3中所示出的可见光接收器的光学光接收部分和入射光线的正视图。

图6示出了图3中所示出的可见光接收器的光学光接收部分和入射光线的侧视图。

图7示出了图3中所示出的可见光接收器，该可见光接收器包括处理器，该处理器被布置成用于处理从由接收器的光电探测器阵列接收到的光信号转换而来的电信号。

图8示出了简化流程图，该简化流程图图示了在根据本公开的方法中所执行的步骤的一个示例。

图9a、图9b和图9c示出了根据本公开的在VLC系统中的可见光接收器的通常应用场景。

具体实施方式

在图1中的附图标记10表示通常室内可见光通信(VLC)系统的示例。VLC系统包括多个在空间或房间11的天花板14处所安装的照明设备12、13。除了房间11的照明外，照明设备12、13，即照明设备12、13的光源(诸如发光二极管LED)发射振幅、相位和/或频率经调制的光线15、16，产生用于通信目的的光信号。

在基于VLC的定位系统中，例如，照明设备12、13的经调制的光信号发送唯一识别VLC系统10的特定照明设备12、13的识别数据ID。

在VLC系统10的一个基本实施例中，例如在房间11中从左移到右的可见光接收器18的移动的地理位置和方向可以通过接收和解码由接收器18在移动的同时接收到的光信号的ID以及与照明设备12、13的ID相关联的照明设备12、13的附加地理定位信息来创建。

在房间12中，在由附图标记17表示的区域内，光线15、16相互重叠。存在于重叠的区域17中并且包括被布置成用于将接收到的可见光信号转换为电信号的光电探测器的接收器18不能同时将接收到的两个照明设备12、13的光信号解码，使得在重叠的区域17中的接收器18的位置不能被VLC系统10确定。

图2示出了根据本公开的可见光接收器20的第一实施例的光学组件。光接收器20包括光电探测器阵列21，该光电探测器阵列21具有多个被依次布置的、间隔开的光电探测器，例如，7个光电二极管22-28，每个光电二极管被布置成用于将在光电二极管的辐射活性表面29处接收到的可见光信号转换为电信号。在所示的实施例中，光电二极管阵列21是沿着图2所示的x-、y-、z-坐标系的x-坐标延伸的线性阵列。每个光电二极管22-28的辐射活性表面29在x-方向上延伸一段距离并且在y-方向上延伸一段距离。这些距离可以是相等的，也可以是不同的，取决于光电二极管的特定大小和形状，即，光电二极管的辐射接收表面29。

在光电二极管22-28的前面(即，在它们的辐射活性表面29的前面)，定位有可见光透射主体或结构30。可见光透射结构30包括光入射表面31和被间隔开的、被相对布置的光出射表面32。光入射表面31和光出射表面32以及被包括在光入射表面31与光出射表面32之间的结构30的一部分对于可见光是透射的或不透明的。

在所示的实施例中，从可见光透射结构30的外侧看时，光入射表面31具有内凹形状。相对于图2所示的正交的x-、y-、z-坐标系，光入射表面31具有半圆柱形状，其纵向轴线沿着y-坐标或y-方向延伸并且其内凹弯曲沿着x-坐标或x-方向延伸。

在所示的实施例中，从可见光透射结构30的外侧看时，光出射表面32具有半圆柱形的外凸形状。然而，光出射表面32的弯曲沿着y-坐标延伸并且外凸半圆柱形的光出射表面32的纵向轴线沿着x-坐标延伸。

为了解释可见光透射结构30的操作的目的，在横向于半圆柱形状的光入射表面31的纵向轴线延伸的虚拟入射平面33(即，如图所示，与由x-z-坐标限定的平面平行的入射平面)中，假定光线35、36入射或冲击在光入射表面31上。

在操作中，根据斯涅尔定律(Snell’s Law)，入射光线35、36被可见光透射结构30在第一方向或x-方向上被折射分开。归因于光入射表面31的内凹形状，入射光线35、36将通过折射偏转并且沿着x-坐标或x-方向以一定角度发散。这个角度的值(其可以相对于在光线35、36的入射位置处的光入射表面31的光轴或表面法线来表示)例如，取决于相应光线相对于表面法线的入射角、在光线入射位置处的光入射表面31的曲率、主体或结构30的可见光的折射率以及光线传播通过的介质(通常是环境空气)。应注意，除了在真空中，否则折射率随入射光的波长而不同。因此，入射光的发散量也会随所发射的光的颜色而不同。

从可见光透射结构30的外部看时，并且归因于光出射表面32的外凸形状，当入射在光出射表面32处时，如此经偏转的、经发散的光线35、36被折射，沿着y-坐标或y-轴以另一角度发散。该另一角度的值可以相对于在经发散的光线35、36的入射位置处的光出射表面31的表面法线来表示，并且取决于在经发散的光线的入射位置处的光出射表面31的曲率、可见光透射结构30的主体的可见光的折射率、经发散的光线的入射角、光线离开可见光透射结构30所通过的介质(通常是环境空气)、以及光的颜色(即，光的波长)。

当光出射表面32的表面法线位于入射平面33中时，在光入射表面31处被偏转的光线35、36穿过主体或结构30，并且在光出射表面32处再次被偏转，并且使在虚拟平面中的光出射表面32与入射平面33重合(诸如，分别是经偏转或经折射的光线35a和36a)。当入射平面33与光出射表面31的表面法线不重合时，经偏转的光线35、36会沿着y-轴发散(诸如，例如由光线35b、35c和36b、36c表示的)分别对应不同的入射平面。

应注意，照明设备(诸如，图1所示的照明设备12、13)，在实践中，在与光入射表面31和光出射表面32处的两个表面法线均成角度的相应的入射平面中，将发射冲击在光入射表面31上的一束光线15、16。这些入射平面沿着光入射表面31的纵向轴线(即，在y-方向上)被进一步分布，从而有效地在光出射表面32上将入射光线35、36扩散。

如图2示意性地图示，可见光透射结构30的光入射表面31和光出射表面32一致地用作弯曲的内凹/外凸镜，在第一方向(x-方向)上沿着光电二极管阵列21将光线35、36扩散，并且在第二方向(y-方向)上将光线35、36发散，每个单个的光电二极管22-28(即，每个单个的光电二极管22-28的辐射活性表面29)在该第二方向上延伸。结果，如上面所阐明，在重叠的区域17中以不同的入射角进入可见光透射结构30的光线35、36，每个光线35、36被引导，即，在光电二极管22-28中的一个不同的光电二极管的辐射活性表面29上分布或扩散。从而优化在特定光电二极管22-28处被引导的光量以便提供特定光电二极管22-28的最佳性能，以用于将光信号解码为电信号。

图3示出了在本公开的另一实施例中(例如，具有入射的光线45、46、47)的可见光接收器39的光学光接收部分。在光电二极管阵列21中的光电二极管22-28的前面(即，在其辐射活性表面29的前面)，定位有可见光透射主体或结构40。可见光透射结构40包括光入射表面41和相对被间隔的光出射表面42。光入射表面41和光出射表面42以及被包括在光入射表面41与光出射表面42之间的结构40的一部分对于可见光是透射的或不透明的。

在所示的实施例中，从可见光线45、46、47的入射方向看时，与可见光透射结构30的光入射表面31相似，光入射表面41也具有半圆柱形的内凹形状，该半圆柱形的内凹形状以相同的方式相对于所示正交的x-、y-、z-坐标系延伸。

与图2所示的光出射表面32不同，光出射表面42包括多个被相邻布置的子表面48，如在图4中更详细地示出，图4是可见光透射结构40的放大透视图。从可见光透射结构40的外侧看时，每个子表面48具有在y-方向(即，第二方向)上延伸的外凸形状，并且相对于可见光接收器39的光电二极管阵列21沿着x-方向(即，第一方向)直线地延伸。

在所示的实施例中，子表面48包括半圆柱形的外凸形状，半圆柱形的外凸形状的纵向轴线沿着x-坐标或x-方向延伸并且形成相邻的光引导通道49。

可见光透射结构40的长度L和宽度W可基本上相等，例如，在20mm至30mm范围内，以便覆盖和扩散特定入射角范围的光线45、46、47。在一个实施例中，光电探测器(诸如，具有2mm2至10mm2的光学或辐射活性表面的光电二极管)可以被应用在根据本公开的接收器中。

在光入射表面41的前面，从绘图平面中看时，可见光接收器39包括具有通过光透射孔44的隔膜50，该通过光透射孔44在隔膜50的上表面53和底表面54中是开口的，以用于接收在接收器39处入射的光线45、46、47，并且用于将光线45、46、47引导到可见光透射结构40的进入表面41上。隔膜50(即，隔膜50的上表面53和隔膜50的下表面54)可变得不透明(例如，涂覆或覆盖有不透射可见光的材料)。

被示出为圆孔的孔44用来限制在光入射表面41处入射的一束光线45、46、47的尺寸，以便设置光接收器的有效操作范围，例如，用于将相对于光入射表面的主轴线以0度、30度和60度的中的每个角度入射的光线扩散，以用于由光电二极管阵列21中的光电二极管22-28中的一个不同的光电二极管接收，并且用于将在相应光电二极管处的每个经扩散的光线45、46、47发散。

关于图5和图6进一步图示了光接收器39的操作。图5是从隔膜50的前侧51处看时(如图3所示)可见光接收器39的正视图。

按照相对于图2所解释的相同方式，在内凹光入射表面41处以不同角度入射的进入孔44的光线45、46、47被两次折射和发散，并且作为经折射或经偏转的光线45a、46a、47a离开光出射表面41，即在x-方向上(即，在光电二极管阵列21中的光电二极管22-28被间隔开的方向上)扩散开。即，在光电二极管24处引导经偏转的光线45a，在光电二极管22处引导经偏转的光线46a，并且在光电二极管25处引导经偏转的光线47a。

可见光透射结构40的主体的高度H(基本上在光入射表面41与光出射表面42之间所测量的)以及光入射表面41的曲率半径确定了特定光线的偏转量。即，光线的偏转随着光入射表面41与光出射表面42之间的距离的增加而增加。在一个实施例中，例如，当高度H被设置在1.5mm至5mm之间时，例如，光入射表面41的曲率合计为0.01至0.5(1/mm)。光出射表面的曲率可具有，例如，5mm至100mm的半径。在一个半圆柱形的实施例中，光出射表面在纵向方向上可以具有，例如，范围从0.3mm至5mm的长度。

在图4所示的隔膜50的侧52处的侧视图中，图6示意性地图示了(从y-方向看时)经偏转的光线45a、46a、47a是如何在特定光电二极管的辐射活性表面29上被扩散或发散的。归因于可见光透射结构40的半圆柱形的子表面48的通道或隧道效应，经发散的、经偏转的光线45a、46a、47a在特定光电二极管的辐射活性表面29上被有效地扩散。从而优化通过在光电二极管阵列21中的特定光电二极管处的孔44所发送的光量。

要了解的是，孔44的形状和尺寸可以最佳地适于可见光透射结构40的出射表面42的形状和尺寸以及光电二极管阵列21中的光电二极管的辐射活性表面的布置和形状。

可见光接收器20、39的可见光透射结构30、40可被制作为单片的光学透明材料(诸如可见光透明塑胶材料，如聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，也被称为丙烯酸或丙烯酸玻璃或聚碳酸酯PC，或聚对苯二甲酸乙二醇酯PET，或如玻璃(诸如硅酸盐玻璃等))。例如，可见光透射结构30、40可以通过挤压工艺或3D打印工艺制作。

图7示出了可见光接收器39，该可见光接收器39包括上文所公开的可见光透射结构40、隔膜50和光电二极管阵列21，它们都被布置在外壳43中。隔膜50的孔44可从外壳43的外部进入，用于接收包括VLC系统(例如，VLC系统10)的光信号的光线。

可见光接收器39还包括处理器55(诸如微处理器μP、微控制器、或任何其他可编程数据处理设备)，光电二极管阵列21中的光电二极管电气连接至处理器55。处理器55被布置成用于处理从由光电二极管阵列21中的光电二极管接收到的光信号所产生的电信号。为了供电和数据输入/输出的目的，处理器55连接至供电接口57和数据通信接口56。

除了用于存储处理器55的程序数据之外，处理器55还进一步连接至数据存储或存储器58，以用于处理和提取例如来自接收到的和经转换的可见光信号的识别信号。存储58还可以包括用于计算在VLC系统中的可见光接收器的地理位置或坐标的一个或多个处理算法，诸如，例如在本公开的发明内容部分中所公开的。

应注意，外壳43可表示终端设备，特别是移动终端设备，诸如在特定地理区域中操作的移动电话或移动设备，在房间等中操作的用于清洁目的的机器人设备、或可根据所谓的物联网IoT协议操作的设备。

图8在简化的流程图类型的图示60中图示了一种处理可见光信号或VLC系统的光信号的方法的基本步骤，该光信号由入射在可见光接收器上的光线所包括。接收器包括光电二极管阵列，该光电二极管阵列具有在第一方向上被依次布置的多个光电二极管并且每个光电二极管在所述第一方向和与所述第一方向不同的第二方向上延伸一段距离，以用于接收可见光信号并将可见光信号转换为电信号。

假定流程图60的流向是从表格的顶部到底部。在附图标记61所指示的第一步骤中，接收包括光信号的光线。在第二步骤62中，这样接收到的光线在所述第一方向上被光学地扩散开，而在第三步骤63中，这样被扩散开的光线在所述第二方向上被光学地发散。

因此，如在第四步骤64中所指示，例如，通过从所述电信号提取识别信号并且处理该识别信号的，由此在相应光电二极管处被引导和接收的光学信号被转换成电信号并被处理。

该方法可以由合适的光学组件中光学地实现和执行，并且在软件程序或代码的控制下电气地实现和执行，例如，在终端设备43的微控制器或微处理器42中执行。

图9a、图9b、图9c示意性地图示了根据本公开的可见光接收器70的操作。接收器70包括线性光电二极管阵列71，该线性光电二极管阵列71由被间隔开的光电二极管72-76和根据本公开的类型的光学可见光透射结构77所包括，例如，诸如参照图2和图3所示出和所描述的。

由照明设备81、82、83和84所包括的VLC系统80以唯一识别相应照明设备81、82、83和84的数据的形式发送光信号。即，每个照明设备81、82、83和84分别发送包括与特定照明设备相对应的ID数据的光线85、86、87和88。

当可见光接收器70(即，被并入接收器70的移动设备)在箭头78所指示的方向上移动经过照明设备81、82、83、84时，归因于根据本公开的光接收器70的操作，在接收器70(即，光学光透射结构77)处的重叠光线均由如上所图示的光电二极管72-76中的一个相应的光电二极管接收。

将接收器70置于图9a所示的位置中，光电二极管72接收照明设备83的光线87，光电二极管74接收照明设备82的光线86，并且光电二极管76接收照明设备81的光线85。

当接收器70被移动至图9b所示的位置时，光电二极管73接收照明设备83的光线87，光电二极管75接收照明设备82的光线86，并且没有光电二极管接收照明设备81的光线85。

当接收器进一步被移动至图9c所示的位置时，光电二极管74接收照明设备83的光线87，光电二极管76接收照明设备82的光线86，并且光电二极管72现在接收来自新照明设备84的光线88。

如图示可以看出，特定照明设备的光线始终在接收器70的光电二极管阵列71中的光电二极管中的一个特定光电二极管处被接收，使得特定照明设备的光信号可由接收器70的处理器来解码(在图9a、图9b、图9c中没有明确示出)。例如，从这样经解码的ID，根据其中光电二极管72-76随后接收相应照明设备81-84的ID的顺序和照明设备81-84在房间中的地理位置信息，可以很容易地确定接收器的移动78的位置和方向。

当考虑特定光线的入射角时，可以更准确地确定接收器的位置，为此，例如，光透射结构77可以被设计成用于将以特定已知角度(诸如30°、45°、60°、75°或其他合适的角度)进入的光线引导至光电二极管72-76中的一个特定光电二极管。

虽然已经在附图和前面的描述中详细图示并且描述了本公开，但是这种图示和描述被认为是说明性的和/或例示性的而不是限制性的；本公开不限于所公开的实施例。

例如，可以在其中可见光透射结构的光入射表面和光出射表面不是相对间隔的(诸如在棱镜类结构中)实施例中操作本公开。光出射表面也可以具有抛物面形状等。光电二级管阵列中的光电二极管可以以交错方式而不是线性方式布置，以增强在特定光电二极管处的光的收集。光电二极管阵列可以由例如，两行或更多行光电二极管组成，并且每行光电二极管在第一方向(即，如图中所示的x-方向)上延伸，其中，例如，在第二方向(即，如图中所示的y-方向)上延伸的相邻光电二极管可以被操作地耦合以便并行地操作。在对附图的描述中所使用的术语光电二极管应通过示例的方式来解释并且可以被用于将接收到的光信号转换为电信号的任何其他光电传感器或光电探测器或光学元件所替代。

通过学习附图、公开内容、和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时可以理解和实现所公开的实施例的其他变型。在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现在权利要求书中所叙述的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中所叙述某些测量的纯粹事实并不指示不能有利地使用这些测量的组合。计算机程序可以被存储/分布在合适的介质(诸如，光学存储介质或与其他硬件一起供应或作为其他硬件的一部分供应的固态介质)上，但也可以以其他形式(诸如，经由互联网或其他有线或无线通信系统)分布。权利要求书中的任何附图标记都不应被解释为对权利要求范围的限制。

Claims (15)

1.一种用于可见光通信的接收器(20；39；70)，包括：

光电探测器阵列(21；71)，具有在第一方向(x)上被依次布置的多个光电探测器(22-28；71-76)，并且每个光电探测器(22-28；72-76)在所述第一方向(x)和与所述第一方向不同的第二方向(y)上延伸一段距离，以用于接收可见光信号并将所述可见光信号转换为电信号；

处理器(55)，被布置成用于处理所述电信号，以及

可见光透射结构(30；40；77)，包括光入射表面(31；41)和光出射表面(32；42)，所述可见光透射结构(30；40；77)被布置成用于在所述光电探测器阵列(21；71)处接收和引导包括可见光信号的可见光线，

所述可见光透射结构(30；40；77)，被布置成用于在所述出射表面(32；42)处将以不同的入射角进入所述光入射表面(31；41)的光线在所述第一方向上扩散开并且在所述第二方向上发散。

2.根据权利要求1所述的接收器，其中从所述可见光透射结构(30；40；77)的外侧看时，所述光入射表面(31；41)包括在所述第一方向上的内凹形状，并且所述光出射表面(32；42)包括在所述第二方向上的外凸形状。

3.根据权利要求2所述的接收器，其中所述光入射表面(31；41)包括半圆柱形的内凹形状，所述半圆柱形的内凹形状的纵向轴线在所述第二方向上延伸。

4.根据权利要求2或3所述的接收器，其中所述光出射表面(32；42)包括半圆柱形的外凸形状，所述半圆柱形的外凸形状的纵向轴线在所述第一方向上延伸。

5.根据权利要求2或3所述的接收器，其中所述光出射表面(42)包括多个被相邻布置的子表面(48)，每个子表面包括在所述第二方向上的外凸形状。

6.根据权利要求5所述的接收器，其中所述子表面(48)包括半圆柱形的外凸形状，所述半圆柱形的外凸形状的纵向轴线在所述第一方向上延伸。

7.根据前述权利要求中任一项所述的接收器，其中所述光入射表面(31；41)与所述光出射表面(32；42)被相对地并且彼此相距一段距离布置。

8.根据前述权利要求中任一项所述的接收器，还包括在所述光透射结构(30；40)的所述光入射表面(31；41)的前面的隔膜(50)，以用于接收在所述接收器处入射的光线，所述隔膜(50)包括用于在所述光入射表面(31；41)处引导接收到的光线的光透射孔(44)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的接收器，其中所述第一方向(x)与所述第二方向(y)正交。

10.根据权利要求9所述的接收器，其中所述可见光透射结构(30；40；77)被布置成：用于将相对于所述光入射表面(31；41)的主轴线以0度、30度和60度的角度中的每个角度入射的光线扩散，以用于由所述光电探测器阵列(21；71)中的所述光电探测器(22-28；72-76)中的一个不同的光电探测器接收；以及用于将在相应的光电探测器(22-28；72-76)处的每个经扩散的光线发散。

11.根据前述权利要求中任一项所述的接收器，其中所述处理器(55)被布置成用于从经转换的、接收到的可见光信号提取识别信号。

12.一种终端设备(43)，特别是移动终端设备，包括根据前述权利要求中任一项所述的接收器(20；39；70)。

13.一种根据权利要求1-11中任一项所述的接收器中所布置的可见光透射结构(30；40；77)，特别地其中所述可见光透射结构是由光学透明材料制成的单片材料。

14.一种可见光通信系统(80)，包括被布置成用于发送可见光信号的至少一个照明设备(81-84)以及至少一个根据权利要求1-11中任一项所述的接收器(20；39；70)。

15.一种处理(60)可见光通信系统的可见光信号的方法，所述可见光信号由在可见光接收器上入射的光线所包括，所述接收器包括光电探测器阵列，所述光电探测器阵列具有在第一方向上被依次布置的多个光电探测器，并且每个光电探测器在所述第一方向和与所述第一方向不同的第二方向上延伸一段距离，以用于接收可见光信号并将所述可见光信号转换为电信号，所述方法包括：

在所述第一方向上将以不同的入射角进入所述光接收器的光线光学地扩散开(63)；

在所述第二方向上将被扩散开的光线光学地发散(64)，以及

通过从所述电信号提取识别信号并且处理所述识别信号，来处理电信号，所述电信号由所述相应的光电探测器从在相应的光电探测器处接收到的所述光线的可见光信号转换得到(65)。