DE102021002238A1

DE102021002238A1 - System und Verfahren zur Datenübertragung mittels eines Lichtstroms und technische Anlage

Info

Publication number: DE102021002238A1
Application number: DE102021002238.6A
Authority: DE
Inventors: Josef Schmidt; Zhidong Hua; Thomas Schäfer; Andreas Wanjek; Michael Lindenfelser; Marcel Hammann
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2020-05-28
Filing date: 2021-04-28
Publication date: 2021-12-02
Also published as: WO2021239377A1; EP4158800A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zur Datenübertragung mittels eines Lichtstroms (20), umfassend einen Sender (14) zum Aussenden eines Lichtstroms (20), in welchem die zu übertragenden Daten codiert sind, und einen Empfänger (12) zum Empfangen des von dem Sender (14) ausgesendeten Lichtstroms (20), wobei der Sender (14) eine Polarisationsvorrichtung (30) umfasst, welche den Lichtstrom (20) mit einer zeitlich veränderlichen Datenpolarisation (Θ) erzeugt, wobei die zu übertragenden Daten in der zeitlich veränderlichen Datenpolarisation (Θ) des von der Polarisationsvorrichtung (30) erzeugten Lichtstroms (20) codiert sind, und der Empfänger (12) eine Polarisationseinheit (16) umfasst, welche die jeweilige Datenpolarisation (Θ) des Lichtstroms (20) erkennt, und der Empfänger (12) eine Auswerteeinheit (6) umfasst, welche aus der von der Polarisationseinheit (16) erkannten Datenpolarisation (Θ) des Lichtstroms (20) die zu übertragenden Daten decodiert. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Datenübertragung mittels eines Lichtstroms (20) in einem erfindungsgemäßen System (10), sowie eine technische Anlage, die ein erfindungsgemäßes System (10) umfassend, in welchem eine Datenübertragung mittels eines Lichtstroms (20) mit dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt wird, wobei der Empfänger (12) in oder an einem autonom fahrenden Fahrzeug (25) angeordnet ist, welches eine Antriebseinrichtung, einen elektrischen Energiespeicher zur Versorgung der Antriebseinrichtung sowie eine Steuereinheit zur Steuerung der Antriebseinrichtung aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Datenübertragung mittels eines Lichtstroms, das einen Sender zum Aussenden eines Lichtstroms, in welchem die zu übertragenden Daten codiert sind, und einen Empfänger zum Empfangen des von dem Sender ausgesendeten Lichtstroms umfasst. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Datenübertragung mittels eines Lichtstroms in einem erfindungsgemäßen System. Die Erfindung betrifft ferner eine technische Anlage, die ein erfindungsgemäßes System umfasst, in welchem eine Datenübertragung mittels eines Lichtstroms mit dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt wird.
Aus der DE 10 2016 010 999 A1 sind ein System und ein Verfahren zur Positionsbestimmung eines Fahrzeugs innerhalb einer Anlage bekannt. Das System weist dabei ein Fahrzeug mit einem Empfangsmodul und ein stationär angeordnetes Sendemodul auf. Das Sendemodul weist eine Lichtquelle und ein erstes Polarisationsfilter auf, wobei das erste Polarisationsfilter als lineares Polarisationsfilter ausgeführt ist, so dass linear polarisiertes Licht vom Sendemodul aussendbar ist. Das Empfangsmodul weist einen Lichtsensor, einen Flüssigkristall und ein zweites Polarisationsfilter auf, wobei das zweite Polarisationsfilter als lineares Polarisationsfilter ausgeführt ist.
Aus der DE 10 2018 006 988 B3 sind ein System und ein Verfahren zur Datenübertragung mittels sichtbarem Licht bekannt. Das System weist einen Empfänger mit einem Bildsensor, dessen lichtsensitive Fläche zeilenweise abgetastet wird, und einen Sender mit einem steuerbaren Leuchtmittel, welches moduliertes Licht abstrahlt, auf.
Das Dokument US 6,310,707 B1 offenbart ein optisches, drahtloses Kommunikationssystem sowie einen Sender und einen Empfänger für das besagte System.
Das Dokument US 2009/0128814 A1 offenbart einen Polarisator und ein Verfahren zur Bestimmung der Polarisation eines optischen Signals.
Das Dokument US 2010/0046957 A1 offenbart ein optisches Kommunikationssystem und ein Verfahren zur Übertragung eines optischen Datensignals.
Das Dokument US 2010/0329677 A1 offenbart ein Verfahren zur Wiederherstellung eines Signals, welches zwei lineare Polarisationszustände aufweist, sowie eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens.
Das Dokument US 2009/0079982 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bildgebung mittels linearer Hochgeschwindigkeitspolarisation.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System und ein Verfahren zur Datenübertragung mittels eines Lichtstroms zu verbessern.
Die Aufgabe wird durch ein System zur Datenübertragung mittels eines Lichtstroms mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Datenübertragung mittels eines Lichtstroms mit den in Anspruch 7 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Aufgabe wird auch durch eine technische Anlage mit den in Anspruch 15 angegebenen Merkmalen gelöst.
Ein erfindungsgemäßes System zur Datenübertragung mittels eines Lichtstroms umfasst einen Sender zum Aussenden eines Lichtstroms, in welchem die zu übertragenden Daten codiert sind, und einen Empfänger zum Empfangen des von dem Sender ausgesendeten Lichtstroms. Dabei umfasst der Sender eine Polarisationsvorrichtung, welche den Lichtstrom mit einer zeitlich veränderlichen Datenpolarisation erzeugt, wobei die zu übertragenden Daten in der zeitlich veränderlichen Datenpolarisation des von der Polarisationsvorrichtung erzeugten Lichtstroms codiert sind. Der Empfänger umfasst eine Polarisationseinheit, welche die jeweilige Datenpolarisation des Lichtstroms erkennt. Der Empfänger umfasst ferner eine Auswerteeinheit, welche aus der von der Polarisationseinheit erkannten Datenpolarisation des Lichtstroms die zu übertragenden Daten decodiert.
Der von der Polarisationsvorrichtung ausgesendete Lichtstrom weist also eine Datenpolarisation auf, welche eine Polarisationsrichtung des Lichtstroms darstellt. Jedem bestimmten Datum ist dabei eine bestimmte Datenpolarisation eindeutig zugeordnet. Die Datenpolarisation ist dabei nicht nur auf horizontal und vertikal beschränkt, sondern kann eine feinere Auflösung aufweisen. In Abhängigkeit von einer Auflösung der Datenpolarisation sind somit mehrere unterschiedliche Daten von dem Lichtstrom übertragbar. Beispielsweise ist eine Auflösung von vier oder mehr unterschiedlichen Datenpolarisationen über einen Winkelbereich von 90° denkbar. Die Auswerteeinheit decodiert die zu übertragenden Daten beispielsweise ausschließlich aus der erkannten Datenpolarisation. Es ist aber auch denkbar, dass die Auswerteeinheit die zu übertragenden Daten aus einer Verknüpfung der erkannten Datenpolarisation und einer weiteren Polarisation decodiert.
Vorteilhaft ist die Datenpolarisation des ausgesendeten Lichtstroms auch bei einer verhältnismäßig großen Entfernung zwischen dem Sender und dem Empfänger verhältnismäßig genau messbar. Weiterhin treten beim Empfang des von dem Sender ausgesendeten Lichtstroms nur geringe perspektivische Verzerrungen auf. Durch die zeitliche Veränderung der Datenpolarisation sind mehrere, verschiedene, Daten zeitlich seriell übertragbar.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Sender eine Lichtquelle auf, welche unpolarisiertes Licht erzeugt und das unpolarisierte Licht auf die Polarisationsvorrichtung strahlt. Bei der Lichtquelle handelt es sich beispielsweise um eine LED oder um eine Glühbirne. Eine LED verbraucht bei der Erzeugung des unpolarisiertes Lichts verhältnismäßig wenig Energie.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Sender einen Spiegel auf, welcher vorhandenes Umgebungslicht, insbesondere Sonnenlicht, reflektiert und auf die Polarisationsvorrichtung strahlt. Ein solcher Spiegel verbraucht bei der Reflektion des Lichts gar keine Energie.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Polarisationsvorrichtung einen Polarisator auf, welcher auftreffendes unpolarisiertes Licht zu polarisiertem Licht polarisiert und das polarisierte Licht ausstrahlt. Der Polarisator lässt dabei von dem auftreffenden Licht nur Lichtanteile mit einer definierten Polarisation durch und filtert alle übrigen Lichtanteile mit anderen Polarisationen heraus.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Polarisationsvorrichtung eine Polarisationszelle auf, welche derart ansteuerbar ist, dass aus auftreffendem polarisierten Licht der Lichtstrom mit der zeitlich veränderlichen Datenpolarisation erzeugt wird. Die Polarisationszelle ist bevorzugt derart angeordnet, dass das von dem Polarisator ausgestrahlte polarisierte Licht auf die Polarisationszelle gestrahlt wird. Die zu übertragenden Daten sind somit einfach durch entsprechende Ansteuerung der Polarisationszelle in den Lichtstrom codierbar.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Polarisationszelle einen Flüssigkristall auf, welcher durch Anlegen einer Steuerspannung derart ansteuerbar ist, dass eine Polarisation von auftreffendem polarisierten Licht verändert wird. Durch Anlegen einer zeitlich veränderlichen Steuerspannung an den Flüssigkristall ist somit der Lichtstrom mit der zeitlich veränderlichen Datenpolarisation in der Polarisationszelle erzeugbar. Der Flüssigkristall ermöglicht, je nach anliegender Steuerspannung, insbesondere eine Drehung der Polarisation des auftreffenden polarisierten Lichts um einen Winkel zwischen 0° und 90°. Eine Änderung der Datenpolarisation des Lichtstroms ist damit verhältnismäßig schnell durchführbar, wodurch eine hohe Datenübertragungsrate erzielbar ist. Ferner braucht der Flüssigkristall nur verhältnismäßig wenig Energie. Ein Betrieb der Polarisationszelle ist daher vorteilhaft mit einer Batterie oder mit Solarzellen möglich, wodurch die Polarisationszelle autark betreibbar ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Auswerteeinheit in Form eines Digitalrechners oder in Form eines Prozessors oder in Form eines FPGA ausgeführt.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Datenübertragung mittels eines Lichtstroms in einem erfindungsgemäßen System zur Datenübertragung mittels eines Lichtstroms wird von der Polarisationsvorrichtung des Senders ein Lichtstrom mit einer zeitlich veränderlichen Datenpolarisation erzeugt, wobei die zu übertragenden Daten in der zeitlich veränderlichen Datenpolarisation des von der Polarisationsvorrichtung erzeugten Lichtstroms codiert sind. Von der Polarisationseinheit des Empfängers wird die jeweilige Datenpolarisation des Lichtstroms erkannt, und von der Auswerteeinheit des Empfängers werden aus der von der Polarisationseinheit erkannten Datenpolarisation des Lichtstroms die zu übertragenden Daten decodiert.
Der von der Polarisationsvorrichtung ausgesendete Lichtstrom weist also eine Datenpolarisation auf, welche eine Polarisationsrichtung des Lichtstroms darstellt. Jedem bestimmten Datum ist dabei eine bestimmte Datenpolarisation eindeutig zugeordnet. Die Datenpolarisation ist dabei nicht nur auf horizontal und vertikal beschränkt, sondern kann eine feinere Auflösung aufweisen. In Abhängigkeit von einer Auflösung der Datenpolarisation sind somit mehrere unterschiedliche Daten von dem Lichtstrom übertragbar. Beispielsweise ist eine Auflösung von vier oder mehr unterschiedlichen Datenpolarisationen über einen Winkelbereich von 90° denkbar. Von der Auswerteeinheit werden die zu übertragenden Daten beispielsweise ausschließlich aus der erkannten Datenpolarisation decodiert. Es ist aber auch denkbar, dass von der Auswerteeinheit die zu übertragenden Daten aus einer Verknüpfung der erkannten Datenpolarisation und einer weiteren Polarisation decodiert werden.
Vorteilhaft ist die Datenpolarisation des ausgesendeten Lichtstroms auch bei einer verhältnismäßig großen Entfernung zwischen dem Sender und dem Empfänger verhältnismäßig genau messbar. Weiterhin treten beim Empfang des von dem Sender ausgesendeten Lichtstroms nur geringe perspektivische Verzerrungen auf. Durch die zeitliche Veränderung der Datenpolarisation sind mehrere, verschiedene, Daten zeitlich seriell übertragbar.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird von einer Lichtquelle unpolarisiertes Licht erzeugt, und das unpolarisierte Licht wird auf die Polarisationsvorrichtung gestrahlt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorhandenes Umgebungslicht, insbesondere Sonnenlicht, von einem Spiegel reflektiert und auf die Polarisationsvorrichtung gestrahlt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird auf einen Polarisator der Polarisationsvorrichtung unpolarisiertes Licht gestrahlt. Das unpolarisierte Licht wird dabei von dem Polarisator zu polarisiertem Licht polarisiert, und das polarisierte Licht wird von dem Polarisator ausgestrahlt. Von dem Polarisator werden dabei von dem auftreffenden Licht nur Lichtanteile mit einer definierten Polarisation durchgelassen. Alle übrigen Lichtanteile mit anderen Polarisationen werden herausgefiltert.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird auf eine Polarisationszelle der Polarisationsvorrichtung polarisiertes Licht gestrahlt. Die Polarisationszelle wird dabei derart angesteuert, dass aus dem auftreffenden polarisierten Licht der Lichtstrom mit der zeitlich veränderlichen Datenpolarisation erzeugt wird. Bevorzugt wird dabei das von dem Polarisator ausgestrahlte polarisierte Licht auf die Polarisationszelle gestrahlt. Die zu übertragenden Daten werden dabei einfach durch entsprechende Ansteuerung der Polarisationszelle in den Lichtstrom codiert.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Flüssigkristall der Polarisationszelle durch Anlegen einer Steuerspannung derart angesteuert, dass eine Polarisation von auftreffendem polarisierten Licht verändert wird. Durch Anlegen einer zeitlich veränderlichen Steuerspannung an den Flüssigkristall wird somit der Lichtstrom mit der zeitlich veränderlichen Datenpolarisation in der Polarisationszelle erzeugt. Der Flüssigkristall ermöglicht, je nach anliegender Steuerspannung, insbesondere eine Drehung der Polarisation des auftreffenden polarisierten Lichts um einen Winkel zwischen 0° und 90°. Eine Änderung der Datenpolarisation des Lichtstroms ist damit verhältnismäßig schnell durchführbar, wodurch eine hohe Datenübertragungsrate erzielt wird.
Vorzugsweise umfasst der Lichtstrom mindestens ein Datenpaket, welches eine Mehrzahl von zeitlich seriellen Datenelementen aufweist. Dabei weist jedes der Datenelemente eine bestimmte Datenpolarisation auf, wobei die zu übertragenden Daten in den Datenpolarisationen der Datenelemente codiert sind. Die Datenpolarisationen der Datenelemente werden von der Polarisationseinheit erkannt. Durch die Verwendung der Mehrzahl von zeitlich seriellen Datenelementen, welche jeweils eine eigene Datenpolarisation aufweisen, ist eine serielle Übertragung von Daten mittels des Lichtstroms möglich. Vorzugsweise weisen alle Datenelemente des Datenpakets eine gleiche Zeitdauer auf.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das Datenpaket ein zu den Datenelementen zeitlich serielles Referenzelement auf, welches eine Referenzpolarisation aufweist. Dabei wird die Referenzpolarisation des Referenzelements von der Polarisationseinheit erkannt, und von der Auswerteeinheit werden aus einer Verknüpfung der Datenpolarisationen der Datenelemente und der Referenzpolarisation des Referenzelements die zu übertragenden Daten der Datenelemente decodiert. Das Referenzelement weist also eine Referenzpolarisation auf, welche als Bezugsrichtung für die relative Ausrichtung der Datenpolarisation jedes einzelnen Datenelements des Datenpakets dient. Die Verknüpfung der Datenpolarisation und der Referenzpolarisation ist beispielsweise die Differenz aus der Datenpolarisation des einzelnen Datenelements und der Referenzpolarisation. Somit ist die Decodierung der zu übertragenden Daten unabhängig von einer Ausrichtung des Empfängers zu dem Sender. Vorzugsweise weist das Referenzelement eine gleiche Zeitdauer wie die Datenelemente des Datenpakets auf.
Vorzugsweise ist die Verknüpfung der Datenpolarisation eines Datenelements und der Referenzpolarisation des Referenzelements die Differenz aus der Datenpolarisation des Datenelements und der Referenzpolarisation des Referenzelements.
Eine erfindungsgemäße technische Anlage umfasst ein erfindungsgemäßes System zur Datenübertragung mittels eines Lichtstroms, in welchem eine Datenübertragung mittels eines Lichtstroms mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Datenübertragung mittels eines Lichtstroms durchgeführt wird. Dabei ist der Empfänger in oder an einem autonom fahrenden Fahrzeug angeordnet, welches eine Antriebseinrichtung, einen elektrischen Energiespeicher zur Versorgung der Antriebseinrichtung sowie eine Steuereinheit zur Steuerung der Antriebseinrichtung aufweist. Die Antriebseinrichtung umfasst beispielsweise einen Elektromotor, ein Getriebe und Antriebsräder. Bei dem autonom fahrenden Fahrzeug handelt es sich insbesondere um ein fahrerloses Transportsystem zum Transport von Gegenständen innerhalb der technischen Anlage.
Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert. Die Erfindung ist nicht auf die in den Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Abbildungen stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar. Es zeigen:

1: eine schematische Darstellung eines Systems zur Datenübertragung mittels eines Lichtstroms,
2: eine schematische Darstellung eines Senders,
3: eine zeitliche Darstellung eines Datenpakets,
4: eine beispielhafte Zuordnung von Daten zu Datenpolarisationen,
5: ein autonom fahrendes Fahrzeug gemäß einer ersten Ausführung,
6: ein autonom fahrendes Fahrzeug gemäß einer zweiten Ausführung und
7: ein autonom fahrendes Fahrzeug gemäß einer dritten Ausführung.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems 10 zur Datenübertragung mittels eines Lichtstroms 20. Das System 10 zur Datenübertragung mittels eines Lichtstroms 20 umfasst einen Sender 14, welcher den Lichtstrom 20 aussendet, in welchem die zu übertragenden Daten codiert sind, und einen Empfänger 12, welcher den von dem Sender 14 ausgesendeten Lichtstrom 20 empfängt.
Der Sender 14 weist vorliegend eine Lichtquelle 8 auf. Bei der Lichtquelle 8 handelt es sich beispielsweise um eine LED, eine Deckenlampe oder eine Glühbirne, welche unpolarisiertes Licht 22 abstrahlt. Es ist auch denkbar, dass der Sender 14 einen Spiegel aufweist, welcher vorhandenes Umgebungslicht reflektiert.
Der Sender 14 weist ferner eine Polarisationsvorrichtung 30 auf. Die Polarisationsvorrichtung 30 sendet den Lichtstrom 20 mit einer zeitlich veränderlichen Datenpolarisation Θ aus. Die zu übertragenden Daten sind in der zeitlich veränderlichen Datenpolarisation Θ des von der Polarisationsvorrichtung 30 ausgesendeten Lichtstroms 20 codiert.
Der Empfänger 12 umfasst eine Polarisationskamera 1, welche in der Lage ist, eine Polarisation des einfallendem Lichtstroms 20 mit einer Winkelauflösung von beispielsweise 1° zu erkennen. Die Polarisationskamera 1 weist eine optische Linse 2 und eine Polarisationseinheit 16 auf. Der Empfänger 12 umfasst auch eine Blende 5. Die Blende 5 und die Linse 2 sind derart angeordnet, dass der Lichtstrom 20, welcher auf die Polarisationseinheit 16 auftrifft, zuvor die Blende 5 und die Linse 2 passiert.
Die Polarisationseinheit 16 der Polarisationskamera 1 erkennt die jeweilige Datenpolarisation Θ des von der Polarisationsvorrichtung 30 ausgesendeten Lichtstroms 20. Die Polarisationseinheit 16 umfasst ein Polarisationsfilter 3, welches Bereiche aufweist, die jeweils Licht mit unterschiedlicher Polarisation durchlassen, und einen Pixelblock 4, auf welchen von den besagten Bereichen des Polarisationsfilters 3 durchgelassenes Licht auftrifft.
Der Empfänger 12 umfasst auch eine Auswerteeinheit 6. Die Auswerteeinheit 6 decodiert aus den Datenpolarisationen Θ des von der Polarisationsvorrichtung 30 ausgesendeten Lichtstroms 20, welche die Polarisationseinheit 16 erkennt, die zu übertragenden Daten. Die Auswerteeinheit 6 ist beispielsweise in Form eines Digitalrechners, eines Prozessors oder eines FPGA ausgeführt.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Senders 14 des in 1 dargestellten Systems 10 zur Datenübertragung mittels eines Lichtstroms 20. Der Sender 14 weist, wie bereits erwähnt, die Lichtquelle 8 und die Polarisationsvorrichtung 30 auf. Die Lichtquelle 8 strahlt unpolarisiertes Licht 22 auf die Polarisationsvorrichtung 30.
Die Polarisationsvorrichtung 30 weist einen Polarisator 33 und eine Polarisationszelle 35 auf. Das von der Lichtquelle 8 abgestrahlte unpolarisierte Licht 22 trifft auf den Polarisator 33. Der Polarisator 33 polarisiert das auftreffende unpolarisierte Licht 22 zu polarisiertem Licht 24 und strahlt das polarisierte Licht 24 auf die Polarisationszelle 35.
Die Polarisationszelle 35 weist eine erste Elektrode 31, eine zweite Elektrode 32 und einen Flüssigkristall 37 auf. Der Flüssigkristall 37 ist dabei zwischen den beiden Elektroden 31, 32 angeordnet. Zwischen den beiden Elektroden 31, 32 ist eine Spannungsquelle angeschlossen, welche eine einstellbare Steuerspannung V liefert. An dem Flüssigkristall 37 liegt somit die von der Spannungsquelle gelieferte Steuerspannung V an. Das polarisierte Licht 24 strahlt durch die erste Elektrode 31 hindurch und dringt in den Flüssigkristall 37 ein.
Der Flüssigkristall 37 dreht, je nach anliegender Steuerspannung V, die Polarisation des auftreffenden polarisierten Lichts 24 um einen Winkel zwischen 0° und 90°. Beispielsweise erfolgt bei einer Steuerspannung V von 0 V eine Drehung der Polarisation um 90°, und bei einer Steuerspannung V von 6 V erfolgt eine Drehung der Polarisation um 0°. Bei einer Steuerspannung V zwischen 0 V und 6 V erfolgt eine Drehung der Polarisation um einen Winkel zwischen 0° und 90°. Der Zusammenhang zwischen der Steuerspannung V und Winkel, um den die Drehung erfolgt, ist dabei in der Regel nicht linear.
Der Flüssigkristall 37 wird also durch Anlegen der einstellbaren Steuerspannung V derart angesteuert, dass die Polarisation des auftreffenden polarisierten Lichts 24 verändert, insbesondere gedreht, wird. Durch entsprechende Ansteuerung des Flüssigkristall 37 der Polarisationszelle 35 wird somit aus dem auftreffendem polarisierten Licht 24 der Lichtstrom 20 mit der zeitlich veränderlichen Datenpolarisation Θ erzeugt. Dabei ist durch Ändern der Steuerspannung V die Datenpolarisation Θ des Lichtstroms 20 änderbar.
3 zeigt eine zeitliche Darstellung eines Datenpakets 40. Dabei ist auf der Abszisse die Zeit T aufgetragen, und auf der Ordinate ist die Datenpolarisation Θ aufgetragen. Der Lichtstrom 20 umfasst mehrere zeitlich serielle Datenpakete 40, welche jeweils eine Mehrzahl von zeitlich seriellen Datenelementen 51 aufweisen. Das hier dargestellte Datenpaket 40 weist auch ein Referenzelement 50 auf.
Jedes der Datenelemente 51 weist eine bestimmte Datenpolarisation Θ auf. Die zu übertragenden Daten sind dabei in den Datenpolarisationen Θ der einzelnen Datenelemente 51 codiert. Das Referenzelement 50 weist eine Referenzpolarisation Oref auf. Vorliegend befindet sich das Referenzelement 50 zeitlich vor den Datenelementen 51. Das Referenzelement 50 und die Datenelemente 51 weisen eine gleiche Zeitdauer L auf.
Die Datenpolarisationen Θ der Datenelemente 51 und die Referenzpolarisation Oref des Referenzelements 50 werden von der Polarisationseinheit 16 des Empfängers 12 erkannt. Aus den erkannten Datenpolarisationen Θ und der erkannten Referenzpolarisation Oref werden die mittels des Lichtstroms 20 zu übertragenden Daten von der Auswerteeinheit 6 des Empfängers 12 decodiert.
4 zeigt eine beispielhafte Zuordnung von Daten d zu Datenpolarisationen Θ. Jedes Datenelement 51 überträgt dabei ein Datum d mit m Bit. Jedem bestimmten Datum d mit 0 ≤ d < 2^m ist dabei eine bestimmte Datenpolarisation Θ mit 0° < Θ < 90° eindeutig zugeordnet. Die beispielhafte Zuordnung von Daten d zu Datenpolarisationen Θ ist für m = 2 in einem Diagramm dargestellt. Dabei sind die Daten d als zweistellige Binärzahlen dargestellt, und die zugeordneten Datenpolarisationen Θ sind als Winkel angegeben.
Die Datenpolarisation Θ des jeweiligen Datenelements 51 errechnet sich beispielsweise für alle Datenelemente 51 des Datenpakets 40 in Abhängigkeit von der Referenzpolarisation Θref des Referenzelements 50 folgendermaßen: $Θ = (2 d + 1) * 90 ° / 2^{(m + 1)} - Θ ref$
In diesem Fall decodiert die Auswerteeinheit 6 aus einer Verknüpfung der Datenpolarisationen Θ der Datenelemente 51 und der Referenzpolarisation Oref des Referenzelements 50 die zu übertragenden Daten d der Datenelemente 51.
Im vorliegenden Fall ist die Referenzpolarisation Θref des Referenzelements 50 gleich 0°. Die Datenpolarisation Θ der Datenelemente 51 berechnet sich dann beispielsweise folgendermaßen: $Θ = (2 d + 1) * 90 ° / 2^{(m + 1)}$
In diesem Fall decodiert die Auswerteeinheit 6 aus der von der Polarisationseinheit 16 erkannten Datenpolarisation Θ der Datenelemente 51 die zu übertragenden Daten d der Datenelemente 51.
5 zeigt ein autonom fahrendes Fahrzeug 25 gemäß einer ersten Ausführung. Das Fahrzeug 25 weist eine Antriebseinrichtung, einen elektrischen Energiespeicher zur Versorgung der Antriebseinrichtung sowie eine Steuereinheit zur Steuerung der Antriebseinrichtung auf. Die hier nicht explizit dargestellte Antriebseinrichtung umfasst beispielsweise einen Elektromotor, ein Getriebe und Antriebsräder.
Das Fahrzeug 25 befindet sich auf einem horizontal ausgerichteten Boden in einer technischen Anlage, beispielsweise in einem Produktionswerk. Bei dem autonom fahrenden Fahrzeug 25 handelt es sich insbesondere um ein fahrerloses Transportsystem zum Transport von Gegenständen innerhalb der technischen Anlage. Die technische Anlage weist ein System 10 zur Datenübertragung mittels eines Lichtstroms 20 auf, das in 1 dargestellt ist.
Das Fahrzeug 25 weist den Empfänger 12 des Systems 10 auf. Der Empfänger 12 ist vertikal ausgerichtet. Der Sender 14 des Systems 10 ist beispielsweise an einer Decke oberhalb des Fahrzeugs 25 montiert. Ein Lichtstrom 20, der von dem Sender 14 ausgesendet wird, ist von dem Empfänger 12 empfangbar.
6 zeigt ein autonom fahrendes Fahrzeug 25 gemäß einer zweiten Ausführung. Das Fahrzeug 25 weist eine Antriebseinrichtung, einen elektrischen Energiespeicher zur Versorgung der Antriebseinrichtung sowie eine Steuereinheit zur Steuerung der Antriebseinrichtung auf. Die hier nicht explizit dargestellte Antriebseinrichtung umfasst beispielsweise einen Elektromotor, ein Getriebe und Antriebsräder.
Das Fahrzeug 25 befindet sich auf einem horizontal ausgerichteten Boden in einer technischen Anlage, beispielsweise in einem Produktionswerk. Bei dem autonom fahrenden Fahrzeug 25 handelt es sich insbesondere um ein fahrerloses Transportsystem zum Transport von Gegenständen innerhalb der technischen Anlage. Die technische Anlage weist ein System 10 zur Datenübertragung mittels eines Lichtstroms 20 auf, das in 1 dargestellt ist.
Das Fahrzeug 25 weist den Empfänger 12 des Systems 10 auf. Der Empfänger 12 ist horizontal ausgerichtet. Das Fahrzeug 25 weist ferner einen Spiegel 26 auf. Der Sender 14 des Systems 10 ist beispielsweise an einer Decke oberhalb des Fahrzeugs 25 montiert. Der Spiegel 26 ist derart angeordnet und ausgerichtet, dass ein Lichtstrom 20, der von dem Sender 14 ausgesendet wird, von dem Spiegel 26 umgelenkt wird und von dem Empfänger 12 empfangbar ist.
7 zeigt ein autonom fahrendes Fahrzeug 25 gemäß einer dritten Ausführung. Das Fahrzeug 25 weist eine Antriebseinrichtung, einen elektrischen Energiespeicher zur Versorgung der Antriebseinrichtung sowie eine Steuereinheit zur Steuerung der Antriebseinrichtung auf. Die hier nicht explizit dargestellte Antriebseinrichtung umfasst beispielsweise einen Elektromotor, ein Getriebe und Antriebsräder.
Das Fahrzeug 25 befindet sich auf einem horizontal ausgerichteten Boden in einer technischen Anlage, beispielsweise in einem Produktionswerk. Bei dem autonom fahrenden Fahrzeug 25 handelt es sich insbesondere um ein fahrerloses Transportsystem zum Transport von Gegenständen innerhalb der technischen Anlage. Die technische Anlage weist ein System 10 zur Datenübertragung mittels eines Lichtstroms 20 auf, das in 1 dargestellt ist.
Das Fahrzeug 25 weist den Empfänger 12 des Systems 10 auf. Der Empfänger 12 ist horizontal ausgerichtet. Der Sender 14 des Systems 10 ist beispielsweise an einer Wand auf Höhe des Fahrzeugs 25 montiert. Ein Lichtstrom 20, der von dem Sender 14 ausgesendet wird, ist von dem Empfänger 12 empfangbar.
Bezugszeichenliste

1: Polarisationskamera
2: Linse
3: Polarisationsfilter
4: Pixelblock
5: Blende
6: Auswerteeinheit
8: Lichtquelle
10: System
12: Empfänger
14: Sender
16: Polarisationseinheit
20: Lichtstrom
22: unpolarisiertes Licht
24: polarisiertes Licht
25: Fahrzeug
26: Spiegel
30: Polarisationsvorrichtung
31: erste Elektrode
32: zweite Elektrode
33: Polarisator
35: Polarisationszelle
37: Flüssigkristall
40: Datenpaket
50: Referenzelement
51: Datenelement
V: Steuerspannung
T: Zeit
L: Zeitdauer
Θ: Datenpolarisation
Θref: Referenzpolarisation

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016010999 A1 [0002]
DE 102018006988 B3 [0003]
US 6310707 B1 [0004]
US 2009/0128814 A1 [0005]
US 2010/0046957 A1 [0006]
US 2010/0329677 A1 [0007]
US 2009/0079982 A1 [0008]

Claims

System zur Datenübertragung mittels eines Lichtstroms (20), umfassend einen Sender (14) zum Aussenden eines Lichtstroms (20), in welchem die zu übertragenden Daten codiert sind, und einen Empfänger (12) zum Empfangen des von dem Sender (14) ausgesendeten Lichtstroms (20), dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (14) eine Polarisationsvorrichtung (30) umfasst, welche den Lichtstrom (20) mit einer zeitlich veränderlichen Datenpolarisation (O) erzeugt, wobei die zu übertragenden Daten in der zeitlich veränderlichen Datenpolarisation (Θ) des von der Polarisationsvorrichtung (30) erzeugten Lichtstroms (20) codiert sind, und dass der Empfänger (12) eine Polarisationseinheit (16) umfasst, welche die jeweilige Datenpolarisation (Θ) des Lichtstroms (20) erkennt, und dass der Empfänger (12) eine Auswerteeinheit (6) umfasst, welche aus der von der Polarisationseinheit (16) erkannten Datenpolarisation (Θ) des Lichtstroms (20) die zu übertragenden Daten decodiert.
System (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (14) eine Lichtquelle (8) aufweist, welche unpolarisiertes Licht (22) erzeugt und das unpolarisierte Licht (22) auf die Polarisationsvorrichtung (30) strahlt, und/oder dass der Sender (14) einen Spiegel aufweist, welcher vorhandenes Umgebungslicht reflektiert und auf die Polarisationsvorrichtung (30) strahlt.
System (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationsvorrichtung (30) einen Polarisator (33) aufweist, welcher auftreffendes unpolarisiertes Licht (22) zu polarisiertem Licht (24) polarisiert und das polarisierte Licht (24) ausstrahlt.
System (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationsvorrichtung (30) eine Polarisationszelle (35) aufweist, welche derart ansteuerbar ist, dass aus auftreffendem polarisierten Licht (24) der Lichtstrom (20) mit der zeitlich veränderlichen Datenpolarisation (Θ) erzeugt wird.
System (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationszelle (35) einen Flüssigkristall (37) aufweist, welcher durch Anlegen einer Steuerspannung (V) derart ansteuerbar ist, dass eine Polarisation von auftreffendem polarisierten Licht (24) verändert wird.
System (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (6) in Form eines Digitalrechners oder in Form eines Prozessors oder in Form eines FPGA ausgeführt ist.
Verfahren zur Datenübertragung mittels eines Lichtstroms (20) in einem System (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass von der Polarisationsvorrichtung (30) des Senders (14) ein Lichtstrom (20) mit einer zeitlich veränderlichen Datenpolarisation (O) erzeugt wird, wobei die zu übertragenden Daten in der zeitlich veränderlichen Datenpolarisation (Θ) des von der Polarisationsvorrichtung (30) erzeugten Lichtstroms (20) codiert sind, und dass von der Polarisationseinheit (16) des Empfängers (12) die jeweilige Datenpolarisation (Θ) des Lichtstroms (20) erkannt wird, und dass von der Auswerteeinheit (6) des Empfängers (12) aus der von der Polarisationseinheit (16) erkannten Datenpolarisation (Θ) des Lichtstroms (20) die zu übertragenden Daten decodiert werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass von einer Lichtquelle (8) unpolarisiertes Licht (22) erzeugt, und das unpolarisierte Licht (22) auf die Polarisationsvorrichtung (30) gestrahlt wird, und/oder dass von einem Spiegel vorhandenes Umgebungslicht reflektiert und auf die Polarisationsvorrichtung (30) gestrahlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf einen Polarisator (33) der Polarisationsvorrichtung (30) unpolarisiertes Licht (22) gestrahlt wird, dass das unpolarisierte Licht (22) von dem Polarisator (33) zu polarisiertem Licht (24) polarisiert wird, und dass das polarisierte Licht (24) von dem Polarisator (33) ausgestrahlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf eine Polarisationszelle (35) der Polarisationsvorrichtung (30) polarisiertes Licht (24) gestrahlt wird, und dass die Polarisationszelle (35) derart angesteuert wird, dass aus dem auftreffenden polarisierten Licht (24) der Lichtstrom (20) mit der zeitlich veränderlichen Datenpolarisation (Θ) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Flüssigkristall (37) der Polarisationszelle (35) durch Anlegen einer Steuerspannung (V) derart angesteuert wird, dass eine Polarisation von auftreffendem polarisierten Licht (24) verändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstrom (20) mindestens ein Datenpaket (40) umfasst, welches eine Mehrzahl von zeitlich seriellen Datenelementen (51) aufweist, wobei jedes der Datenelemente (51) eine bestimmte Datenpolarisation (Θ) aufweist, wobei die zu übertragenden Daten in den Datenpolarisationen (Θ) der Datenelemente (51) codiert sind, und wobei die Datenpolarisationen (Θ) der Datenelemente (51) von der Polarisationseinheit (16) erkannt werden.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Datenpaket (40) ein zu den Datenelementen (51) zeitlich serielles Referenzelement (50) aufweist, welches eine Referenzpolarisation (Θref) aufweist, wobei die Referenzpolarisation (Θref) des Referenzelements (50) von der Polarisationseinheit (16) erkannt wird, und dass von der Auswerteeinheit (16) aus einer Verknüpfung der Datenpolarisationen (Θ) der Datenelemente (51) und der Referenzpolarisation (Θref) des Referenzelements (50) die zu übertragenden Daten der Datenelemente (51) decodiert werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verknüpfung der Datenpolarisation (Θ) eines Datenelements (51) und der Referenzpolarisation (Θref) des Referenzelements (50) die Differenz aus der Datenpolarisation (Θ) des Datenelements (51) und der Referenzpolarisation (Θref) des Referenzelements (50) ist.
Technische Anlage, umfassend ein System (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, in welchem eine Datenübertragung mittels eines Lichtstroms (20) mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14, durchgeführt wird, wobei der Empfänger (12) in oder an einem autonom fahrenden Fahrzeug (25) angeordnet ist, welches eine Antriebseinrichtung, einen elektrischen Energiespeicher zur Versorgung der Antriebseinrichtung sowie eine Steuereinheit zur Steuerung der Antriebseinrichtung aufweist.