EP4049385A1 - Empfänger für ein system zur lichtübertragung, system zur lichtübertragung und verfahren zum betrieb eines systems zur lichtübertragung - Google Patents

Empfänger für ein system zur lichtübertragung, system zur lichtübertragung und verfahren zum betrieb eines systems zur lichtübertragung

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Publication number
EP4049385A1
EP4049385A1 EP20786456.2A EP20786456A EP4049385A1 EP 4049385 A1 EP4049385 A1 EP 4049385A1 EP 20786456 A EP20786456 A EP 20786456A EP 4049385 A1 EP4049385 A1 EP 4049385A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
light
receiver
attachment element
image
image sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20786456.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Zhidong Hua
Patrick Rech
Thomas Schäfer
Josef Schmidt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Original Assignee
SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SEW Eurodrive GmbH and Co KG filed Critical SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Publication of EP4049385A1 publication Critical patent/EP4049385A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/55—Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B30/00—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
    • G02B30/20—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes
    • G02B30/26—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type
    • G02B30/27—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type involving lenticular arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/11—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
    • H04B10/114—Indoor or close-range type systems
    • H04B10/116—Visible light communication

Definitions

  • the invention relates to a receiver for a system for light transmission, comprising a camera which has an image sensor, a light-sensitive surface of the image sensor comprising several lines of light-sensitive elements, the image sensor being designed such that the light-sensitive surface of the image sensor is scanned line by line or column by column and an attachment element which is arranged in such a way that light incident on the light-sensitive surface of the image sensor passes the attachment element beforehand.
  • the invention also relates to a system for light transmission, comprising a receiver according to the invention and a transmitter.
  • the invention also relates to a method for operating a light transmission system according to the invention.
  • a smartphone camera serves as a receiver for visible light.
  • the camera includes a CMOS image sensor, the light-sensitive surface of which is scanned line by line.
  • a light source in the form of an LED, which emits modulated light, serves as the transmitter.
  • a system and a method for data transmission by means of visible light are also known from DE 102018006988 B3.
  • the system has a receiver with an image sensor, the light-sensitive surface of which is scanned line by line, and a transmitter with a controllable light source which emits modulated light.
  • the receiver has a lenticular sheet or a cylindrical lens array which is arranged between a lens of the receiver and the transmitter.
  • An image projected onto the light-sensitive surface of the image sensor is shown blurred.
  • the document FR 3020533 discloses a system for communication by means of visible light which comprises a light source and a receiver.
  • the document FR 3 061 604 discloses a photovoltaic system for power generation and optical communication.
  • the document US 2015/0365167 A1 discloses a system and a method for optical communication.
  • the document US 2015/0195042 A1 discloses a system and a method for data transmission by means of light.
  • the document US 2012/0133815 A1 discloses a display device for carrying out communication by means of visible light.
  • the invention is therefore based on the object of developing a receiver for a system for light transmission, a corresponding system and a method for operating the system. It should be possible to achieve a data transmission rate which is greater than an image frequency of a camera of the receiver. In addition, it should be possible to project a sharp optical image onto an image sensor of the camera.
  • the object is achieved by a receiver for a system for light transmission with the features specified in claim 1.
  • Advantageous refinements and developments are the subject of the subclaims.
  • the object is also achieved by a system for light transmission with the features specified in claim 7.
  • Advantageous refinements and developments are the subject of the subclaims.
  • the object is also achieved by a method for operating a system for light transmission having the features specified in claim 9.
  • Advantageous refinements and developments are the subject of the subclaims.
  • a generic receiver for a system for light transmission comprises a camera which has an image sensor.
  • a light-sensitive surface of the image sensor comprises several rows of light-sensitive elements.
  • the image sensor is designed in such a way that the light-sensitive surface of the image sensor is scanned line by line or column by column.
  • the receiver also includes an attachment.
  • the attachment element is arranged in such a way that light striking the light-sensitive surface of the image sensor passes the attachment element beforehand.
  • the attachment element of the receiver has at least one lenticular area and at least one planar area.
  • Light that passes through the at least one lenticular area of the attachment element generates a first image on the light-sensitive surface of the image sensor.
  • Light that passes through the at least one planar area of the attachment element generates a second image on the light-sensitive surface of the image sensor.
  • Light that passes through the at least one lenticular area of the attachment element is refracted relatively strongly.
  • the first image generated on the image sensor of the camera is therefore a blurred image.
  • a light beam which originates from a point light source is imaged in the form of a light strip. When modulated light arrives, the said light strip is light and dark in chronological order, depending on the modulation.
  • the light strip can thus have light and dark areas, depending on the modulation.
  • a data stream can be detected from the light and dark areas of said light strip, according to which the light source emits modulated light.
  • the second image generated on the image sensor of the camera is therefore a sharp optical image.
  • a data stream with a data transmission rate which is greater than an image frequency of the receiver's camera can thus be detected from the first image.
  • a sharp optical image can be detected from the second image.
  • the receiver according to the invention is therefore advantageously suitable for rapid data transmission and also for the simultaneous recording of sharp optical images.
  • the attachment element is designed in the form of a film or in the form of a plate.
  • the at least one lenticular area has an alternating material thickness, and the at least one planar area has a constant material thickness.
  • the film is translucent. The alternating material thickness ensures that the refraction of an incident light beam is not the same everywhere, but depends on the location of the incident.
  • the material thickness of the at least one lenticular area is constant in a preferred direction and alternating in a transverse direction which runs at right angles to the preferred direction.
  • This configuration of the lenticular area has the effect that an impinging light beam is imaged in the form of a light strip which extends in the transverse direction.
  • the attachment element has a plurality of strip-shaped lenticular areas and a plurality of strip-shaped planar areas. The strip-shaped lenticular areas preferably run parallel to the strip-shaped planar areas.
  • the strip-shaped lenticular areas are preferably oriented parallel to the transverse direction.
  • the strip-shaped planar areas are also oriented parallel to the transverse direction.
  • the receiver further comprises a recording unit.
  • the receiving unit has a first receiving element and a second receiving element which is movable relative to the first receiving element.
  • the camera is received in the first receiving element and the attachment element is received in the second receiving element.
  • the attachment element can thus be moved, for example pivoted or displaced, relative to the camera.
  • the at least one lenticular area has a plurality of elevations which are arranged next to one another in the transverse direction.
  • the elevations of the at least one lenticular area are preferably semicircular.
  • a system according to the invention for light transmission comprises a receiver according to the invention and a transmitter which has at least one controllable light source.
  • the at least one light source of the transmitter emits light that is modulated in accordance with a predetermined data stream.
  • the attachment element of the receiver is arranged between the at least one controllable light source of the transmitter and the camera of the receiver. This ensures that light which strikes the light-sensitive surface of the image sensor of the camera passes the attachment element beforehand.
  • the light-sensitive surface of the image sensor is set line by line or column by column scanned.
  • a first image, which is projected onto the light-sensitive surface through the at least one lenticular area of the attachment element, is processed separately from a second image, which is projected onto the light-sensitive surface through the at least one planar area of the attachment element.
  • the data stream corresponding to which the at least one controllable light source of the transmitter emits modulated light is detected from the first image.
  • the data transmission rate of the data stream is advantageously greater than an image frequency of the receiver's camera.
  • an optical image is detected from the second image.
  • the second image is advantageously a sharp optical image.
  • different information can thus be transmitted from the transmitter to the receiver and recorded by the receiver at the same time using the first image and the second image.
  • coordinates can be coded in the data stream. Localization is then possible by evaluating the data stream detected from the first image. By evaluating the second image, for example, a QR code can be scanned.
  • Figure 1 a schematic representation of a system for light transmission
  • FIG. 2 a plan view of an attachment element according to a first embodiment
  • FIG. 3 a section through the attachment element according to the first embodiment
  • FIG. 4 an overall image projected by the attachment element according to the first embodiment
  • FIG. 5 a plan view of an attachment element according to a second embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a system 10 for light transmission.
  • the system 10 for light transmission comprises a transmitter 14 which has a controllable light source 1.
  • the light source 1 is, for example, an LED, a ceiling lamp or a headlight of a vehicle.
  • the light transmission system 10 further comprises a receiver 12.
  • the receiver 12 includes a camera 6.
  • the camera 6 has an image sensor 4.
  • the image sensor 4 has a light-sensitive surface which comprises several rows and columns of light-sensitive elements. When the camera 6 is in operation, the light-sensitive surface of the image sensor 4 is scanned line by line or column by column. The individual scanned lines are then put together to form an overall image.
  • the camera 6 further comprises an optical element in the form of an optical lens 8.
  • the lens 8 is arranged in front of the image sensor 4, so that light which strikes the light-sensitive surface of the image sensor 4 passes the lens 8 beforehand.
  • the camera 6 also includes signal electronics 5, which are used in particular to scan the light-sensitive surface of the image sensor 4.
  • the receiver 12 also comprises an attachment element 3.
  • the attachment element 3 is arranged in front of the image sensor 4 in such a way that light which strikes the light-sensitive surface of the image sensor 4 passes the attachment element 3 beforehand.
  • the attachment element 3 is in the form of a relatively thin, translucent film formed.
  • the attachment element 3 is arranged between the light source 1 of the transmitter 14 and the camera 6.
  • the camera 6 of the receiver 12 is, for example, part of a commercially available cell phone or smartphone.
  • the receiver 12 optionally also includes a recording unit.
  • the receiving unit is, for example, a case which has a first receiving element and a second receiving element.
  • the second receiving element can be moved, in particular pivoted, relative to the first receiving element.
  • the mobile phone with the camera 6 is received in the first receiving element, and the attachment element 3 is received in the second receiving element.
  • the attachment element 3 can be moved relative to the camera 6, for example pivotable or displaceable. If no data transmission via the system 10 is desired, the attachment element 3 can be removed from the camera 6 and the camera can record a complete optical image without the attachment element 3.
  • Figure 2 shows a plan view of an attachment element 3 according to a first embodiment.
  • the attachment element 3 has a plurality of strip-shaped lenticular areas 31 and a plurality of strip-shaped planar areas 32.
  • the strip-shaped lenticular regions 31 and planar regions 32 are oriented parallel to a transverse direction Q and at right angles to a preferred direction V.
  • the lenticular areas 31 of the attachment element 3 are designed in such a way that light which passes through the lenticular areas 31 is refracted relatively strongly.
  • a light beam which originates from a point light source 1 is imaged in the form of a light strip.
  • Light which passes through the lenticular areas 31 of the attachment element 3 generates a first image on the light-sensitive surface of the image sensor 4. The first image is out of focus due to the relatively strong refraction of the light.
  • planar areas 32 of the attachment element 3 are designed in such a way that light which passes through the planar areas 32 penetrates the attachment element 3 at least approximately in a straight line, that is, is not refracted or is only slightly refracted. Light which passes through the planar areas 32 of the attachment element 3 generates a second image on the light-sensitive surface of the image sensor 4. The second image is a sharp optical image.
  • Figure 3 shows a section through the attachment element 3 according to the first embodiment. The section shown here runs in the transverse direction Q through one of the strip-shaped planar areas 32. The section shown here through the attachment element 3 runs at right angles to the preferred direction V.
  • planar area 32 of the attachment element 3 visible here has an at least approximately constant material thickness. Thus, light penetrates the planar region 32 at least approximately in a straight line and is not or only insignificantly refracted.
  • the lenticular area 31 of the attachment element 3, which is only partially visible here, has an alternating material thickness.
  • the lenticular area 31 has several elevations 35 which are arranged next to one another in the transverse direction Q. In the present case, the elevations 35 are semicircular. The elevations 35 can also have other configurations.
  • the material thickness of the lenticular region 31 is therefore alternating in the transverse direction Q. In the preferred direction V, the material thickness of the lenticular area 31 is constant. Light impinging on the lenticular area 31 is thus refracted to different degrees depending on the point of impingement.
  • FIG. 4 shows an overall image projected by the attachment element 3 according to the first embodiment.
  • the overall image includes a first image that is generated by light that passes through the lenticular areas 31 of the attachment element 3.
  • the overall image also includes a second image that is generated by light that passes through the planar regions 32 of the attachment element 3.
  • the transmitter 14, which generates the overall image is a motor vehicle in the present case.
  • the motor vehicle has two light sources 1, which are designed as headlights.
  • the two light sources 1 are to be regarded as approximately point-shaped.
  • the light strips generated by the two light sources extend in the direction of the lenticular areas 31, i.e. in the transverse direction Q.
  • the first image thus has two light strips and a plurality of dark strips.
  • the second image is a sharp optical image.
  • the second image shows the transmitter 14 only partially. Nevertheless, the transmitter 14, in the present case a motor vehicle, can be clearly recognized.
  • FIG. 5 shows a plan view of an attachment element 3 according to a second embodiment.
  • the attachment element 3 has exactly one lenticular area 31 and exactly one planar area 32.
  • the lenticular area 31 and the planar area 32 are each rectangular in shape and have approximately the same areas.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Empfänger (12) für ein System (10) zur Lichtübertragung, umfassend eine Kamera (6), welche einen Bildsensor (4) aufweist, wobei eine lichtsensitive Fläche des Bildsensors (4) mehrere Zeilen von lichtsensitiven Elementen umfasst, wobei der Bildsensor (4) derart ausgeführt ist, dass die lichtsensitive Fläche des Bildsensors (4) zeilenweise oder spaltenweise abgetastet wird, und ein Vorsatzelement (3), welches derart angeordnet ist, dass auf die lichtsensitive Fläche des Bildsensors (4) auftreffendes Licht zuvor das Vorsatzelement (3) passiert. Das Vorsatzelement (3) weist dabei mindestens einen lentikularen Bereich (31) und mindestens einen planaren Bereich (32) auf. Die Erfindung betrifft auch ein System (10) zur Lichtübertragung, welches einen erfindungsgemäßen Empfänger (12) und einen Sender (14) umfasst, sowie ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Systems (10) zur Lichtübertragung.

Description

Empfänger für ein System zur Lichtübertragung, System zur Lichtübertragung und Verfahren zum Betrieb eines Systems zur Lichtübertragung
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft einen Empfänger für ein System zur Lichtübertragung, umfassend eine Kamera, welche einen Bildsensor aufweist, wobei eine lichtsensitive Fläche des Bildsensors mehrere Zeilen von lichtsensitiven Elementen umfasst, wobei der Bildsensor derart ausgeführt ist, dass die lichtsensitive Fläche des Bildsensors zeilenweise oder spaltenweise abgetastet wird, und ein Vorsatzelement, welches derart angeordnet ist, dass auf die lichtsensitive Fläche des Bildsensors auftreffendes Licht zuvor das Vorsatzelement passiert. Die Erfindung betrifft auch ein System zur Lichtübertragung, umfassend einen erfindungsgemäßen Empfänger und einen Sender. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Systems zur Lichtübertragung.
Aus dem Artikel "Using a CMOS Camera Sensor for Visible Light Communication", Danakis et. al., 978-1-4673-4941-3, IEEE, sind ein System und ein Verfahren zur Datenübertragung mittels sichtbarem Licht bekannt. Dabei dient eine Kamera eines Smartphones als Empfänger für sichtbares Licht. Die Kamera umfasst einen CMOS-Bildsensor, dessen lichtsensitive Fläche zeilenweise abgetastet wird. Als Sender dient eine Lichtquelle in Form einer LED, welche moduliertes Licht abstrahlt. Durch Ausnutzug des Rolling-Shutter-Effekts des CMOS- Bildsensors wird eine Datenübertragungsrate erzielt, welche größer ist als eine Bildfrequenz der Kamera.
Aus der DE 102018006988 B3 sind ebenfalls 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. Dabei weist der Empfänger eine Lentikularfolie oder ein Zylinderlinsenarray auf, welche zwischen einer Linse des Empfängers und dem Sender angeordnet ist. Ein auf die lichtsensitive Fläche des Bildsensors projiziertes Bild ist dabei unscharf abgebildet. Durch Ausnutzug des Rolling- Shutter-Effekts des Bildsensors wird eine erhöhte Datenübertragungsrate erzielt.
Das Dokument FR 3020533 offenbart ein System zur Kommunikation mittels sichtbarem Licht, welches eine Lichtquelle und einen Empfänger umfasst. Das Dokument FR 3 061 604 offenbart ein Photovoltaiksystem zur Energieerzeugung und zur optischen Kommunikation. Das Dokument US 2015/0365167 A1 offenbart ein System und ein Verfahren zur optischen Kommunikation. Das Dokument US 2015/0195042 A1 offenbart ein System und ein Verfahren zur Datenübertragung mittels Licht. Das Dokument US 2012/0133815 A1 offenbart ein Anzeigegerät zur Durchführung einer Kommunikation mittels sichtbarem Licht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Empfänger für ein System zur Lichtübertragung, ein entsprechendes System und ein Verfahren zum Betrieb des Systems weiter zu bilden. Dabei soll eine Datenübertragungsrate erzielbar sein, welche größer ist als eine Bildfrequenz einer Kamera des Empfängers. Zusätzlich soll ein scharfes optisches Bild auf einen Bildsensor der Kamera projiziert werden können.
Die Aufgabe wird durch einen Empfänger für ein System zur Lichtübertragung mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Aufgabe wird auch durch ein System zur Lichtübertragung mit den in Anspruch 7 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Betrieb eines Systems zur Lichtübertragung mit den in Anspruch 9 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein gattungsgemäßer Empfänger für ein System zur Lichtübertragung umfasst eine Kamera, welche einen Bildsensor aufweist. Dabei umfasst eine lichtsensitive Fläche des Bildsensors mehrere Zeilen von lichtsensitiven Elementen. Der Bildsensor ist derart ausgeführt, dass die lichtsensitive Fläche des Bildsensors zeilenweise oder spaltenweise abgetastet wird. Der Empfänger umfasst auch ein Vorsatzelement. Das Vorsatzelement ist dabei derart angeordnet, dass auf die lichtsensitive Fläche des Bildsensors auftreffendes Licht zuvor das Vorsatzelement passiert.
Erfindungsgemäß weist das Vorsatzelement des Empfängers mindestens einen lentikulären Bereich und mindestens einen planaren Bereich auf. Licht, das den mindestens einen lentikulären Bereich des Vorsatzelements passiert, erzeugt ein erstes Bild auf der lichtsensitiven Fläche des Bildsensors. Licht, das den mindestens einen planaren Bereich des Vorsatzelements passiert, erzeugt ein zweites Bild auf der lichtsensitiven Fläche des Bildsensors. Licht, das den mindestens einen lentikulären Bereich des Vorsatzelements passiert, wird verhältnismäßig stark gebrochen. Das auf dem Bildsensor der Kamera erzeugte erste Bild ist daher ein unscharfes Bild. Insbesondere wird dabei ein Lichtstrahl, welcher von einer punktförmigen Lichtquelle stammt, in Form eines Leuchtstreifens abgebildet. Wenn moduliertes Licht eintrifft, so ist der besagte Leuchtstreifen in zeitlicher Abfolge hell und dunkel, in Abhängigkeit von der Modulation. Durch die zeilenweise oder spaltenweise Abtastung der lichtsensitiven Fläche des Bildsensors kann der Leuchtstreifen, in Abhängigkeit von der Modulation, somit helle und dunkele Bereiche aufweisen. Aus den hellen und dunklen Bereichen des besagten Leuchtstreifens kann ein Datenstrom detektiert werden, entsprechend welchem die Lichtquelle moduliertes Licht abstrahlt.
Licht, das den mindestens einen planaren Bereich des Vorsatzelements passiert, durchdringt das Vorsatzelement zumindest annährend geradlinig. Das auf dem Bildsensor der Kamera erzeugte zweite Bild ist daher ein scharfes optisches Bild.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Empfängers kann somit aus dem ersten Bild ein Datenstrom mit einer Datenübertragungsrate detektiert werden, welche größer ist als eine Bildfrequenz der Kamera des Empfängers. Aus dem zweiten Bild kann ein scharfes optisches Bild detektiert werden. Vorteilhaft ist der erfindungsgemäße Empfänger somit zur schnellen Datenübertragung und auch zur gleichzeitigen Aufnahme von scharfen optischen Bildern geeignet.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Vorsatzelement in Form einer Folie oder in Form einer Platte ausgebildet. Dabei weist der mindestens eine lentikuläre Bereich eine alternierende Materialstärke auf, und der mindestens eine planare Bereich weist eine konstante Materialstärke auf. Die Folie ist dabei lichtdurchlässig. Durch die alternierende Materialstärke wird erreicht, das die Brechung eines auftreffenden Lichtstrahls nicht überall gleich, sondern von dem Ort des Auftreffens abhängig ist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Material stärke des mindestens einen lentikulären Bereichs in einer Vorzugsrichtung konstant und in einer Querrichtung, welche rechtwinklig zu der Vorzugsrichtung verläuft, alternierend. Diese Ausgestaltung des lentikulären Bereichs bewirkt, dass ein auftreffender Lichtstrahl in Form eines Leuchtstreifens abgebildet wird, der sich in die Querrichtung erstreckt. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Vorsatzelement eine Mehrzahl von streifenförmigen lentikulären Bereichen und eine Mehrzahl von streifenförmigen planaren Bereichen auf. Bevorzugt verlaufen die streifenförmigen lentikulären Bereiche parallel zu den streifenförmigen planaren Bereichen.
Vorzugsweise sind die streifenförmigen lentikulären Bereiche dabei parallel zu der Querrichtung orientiert. Vorzugsweise sind auch die die streifenförmigen planaren Bereiche dabei parallel zu der Querrichtung orientiert.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst der Empfänger ferner eine Aufnahmeeinheit. Die Aufnahmeeinheit weist ein erstes Aufnahmeelement und ein zweites Aufnahmeelement, welches relativ zu dem ersten Aufnahmeelement bewegbar ist, auf. Dabei ist die Kamera in dem ersten Aufnahmeelement aufgenommen, und das Vorsatzelement ist in dem zweiten Aufnahmeelement aufgenommen. Somit ist das Vorsatzelement relativ zu der Kamera bewegbar, beispielsweise schwenkbar oder verschiebbar.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der mindestens eine lentikuläre Bereich mehrere Erhebungen auf, welche in Querrichtung nebeneinander angeordnet sind.
Vorzugsweise sind die Erhebungen des mindestens einen lentikulären Bereichs dabei halbkreisförmig ausgebildet.
Ein erfindungsgemäßes System zur Lichtübertragung umfasst einen erfindungsgemäßen Empfänger und einen Sender, welcher mindestens eine steuerbare Lichtquelle aufweist. Die mindestens eine Lichtquelle des Senders strahlt dabei entsprechend einem vorgegebenen Datenstrom moduliertes Licht ab.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Vorsatzelement des Empfängers dabei zwischen der mindestens einen steuerbaren Lichtquelle des Senders und der Kamera des Empfängers angeordnet. Somit ist sichergestellt, dass Licht, welches auf die lichtsensitive Fläche des Bildsensors der Kamera auftrifft, zuvor das Vorsatzelement passiert.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Systems zur Lichtübertragung wird die lichtsensitive Fläche des Bildsensors zeilenweise oder spaltenweise abgetastet. Dabei wird ein erstes Bild, welches durch den mindestens einen lentikulären Bereich des Vorsatzelements auf die lichtsensitive Fläche projiziert wird, separat von einem zweiten Bild, welches durch den mindestens einen planaren Bereich des Vorsatzelements auf die lichtsensitive Fläche projiziert wird, verarbeitet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird dabei aus dem ersten Bild der Datenstrom detektiert, entsprechend welchem die mindestens eine steuerbare Lichtquelle des Senders moduliertes Licht abstrahlt. Vorteilhaft ist die Datenübertragungsrate des Datenstroms dabei größer ist als eine Bildfrequenz der Kamera des Empfängers.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird aus dem zweiten Bild ein optisches Bild detektiert. Vorteilhaft handelt es sich bei dem zweiten Bild dabei um ein scharfes optisches Bild.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren können somit verschieden Informationen mittels des ersten Bildes und des zweiten Bildes gleichzeitig von dem Sender zu dem Empfänger übertragen und von dem Empfänger aufgenommen werden. Beispielsweise können in dem Datenstrom Koordinaten kodiert sein. Durch Auswertung des aus dem ersten Bild detektierten Datenstroms ist dann eine Ortung möglich. Durch Auswertung des zweiten Bildes kann beispielsweise ein QR-Code gescannt werden.
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:
Figur 1: eine schematische Darstellung eines Systems zur Lichtübertragung,
Figur 2: eine Draufsicht auf ein Vorsatzelement gemäß einer ersten Ausführungsform,
Figur 3: einen Schnitt durch das Vorsatzelement gemäß der ersten Ausführungsform,
Figur 4: ein durch das Vorsatzelement gemäß der ersten Ausführungsform projiziertes Gesamtbild und
Figur 5: eine Draufsicht auf ein Vorsatzelement gemäß einer zweiten Ausführungsform.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems 10 zur Lichtübertragung. Das System 10 zur Lichtübertragung umfasst einen Sender 14, welcher eine steuerbare Lichtquelle 1 aufweist. Bei der Lichtquelle 1 handelt es sich beispielsweise um eine LED, eine Deckenlampe oder einen Scheinwerfer eines Fahrzeugs. Das System 10 zur Lichtübertragung umfasst ferner einen Empfänger 12.
Der Empfänger 12 umfasst eine Kamera 6. Die Kamera 6 weist einen Bildsensor 4 auf. Der Bildsensor 4 weist eine lichtsensitive Fläche auf, die mehrere Zeilen und Spalten von lichtsensitiven Elementen umfasst. Im Betrieb der Kamera 6 wird die lichtsensitive Fläche des Bildsensors 4 zeilenweise oder spaltenweise abgetastet. Die einzelnen abgetasteten Zeilen werden anschließend zu einem Gesamtbild zusammengesetzt. Die Kamera 6 umfasst ferner ein optisches Element in Form einer optischen Linse 8. Die Linse 8 ist dabei vor dem Bildsensor 4 angeordnet, so dass Licht, welches auf die lichtsensitive Fläche des Bildsensors 4 auftrifft, zuvor die Linse 8 passiert. Die Kamera 6 umfasst auch eine Signalelektronik 5, welche insbesondere zum Abtasten der lichtsensitiven Fläche des Bildsensors 4 dient.
Der Empfänger 12 umfasst auch ein Vorsatzelement 3. Das Vorsatzelement 3 ist derart vor dem Bildsensor 4 angeordnet, dass Licht, welches auf die lichtsensitive Fläche des Bildsensors 4 auftrifft, zuvor das Vorsatzelement 3 passiert. Das Vorsatzelement 3 ist in Form einer verhältnismäßig dünnen, lichtdurchlässigen Folie ausgebildet. Das Vorsatzelement 3 ist zwischen der Lichtquelle 1 des Senders 14 und der Kamera 6 angeordnet.
Die Kamera 6 des Empfängers 12 ist beispielsweise Teil eines handelsüblichen Mobiltelefons oder Smartphones. Der Empfänger 12 umfasst optional auch eine Aufnahmeeinheit. Die Aufnahmeeinheit ist beispielsweise ein Etui, welches ein erstes Aufnahmeelement und ein zweites Aufnahmeelement aufweist. Dabei ist das zweite Aufnahmeelement relativ zu dem ersten Aufnahmeelement bewegbar, insbesondere schwenkbar. Das Mobiltelefon mit der Kamera 6 ist in dem ersten Aufnahmeelement aufgenommen, und das Vorsatzelement 3 ist in dem zweiten Aufnahmeelement aufgenommen. Somit ist das Vorsatzelement 3 relativ zu der Kamera 6 bewegbar, beispielsweise schwenkbar oder verschiebbar. Wenn keine Datenübertragung über das System 10 gewünscht ist, so kann das Vorsatzelement 3 von der Kamera 6 entfernt werden, und die Kamera kann ein vollständiges optisches Bild ohne das Vorsatzelement 3 aufnehmen.
Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf ein Vorsatzelement 3 gemäß einer ersten Ausführungsform. Das Vorsatzelement 3 weist eine Mehrzahl von streifenförmigen lentikulären Bereichen 31 und eine Mehrzahl von streifenförmigen planaren Bereichen 32 auf. Die streifenförmigen lentikulären Bereiche 31 und planaren Bereiche 32 sind parallel zu einer Querrichtung Q und rechtwinklig zu einer Vorzugsrichtung V orientiert.
Die lentikulären Bereiche 31 des Vorsatzelements 3 sind derart ausgebildet, dass Licht, welches die lentikulären Bereiche 31 passiert, verhältnismäßig stark gebrochen wird. Insbesondere wird dabei ein Lichtstrahl, welcher von einer punktförmigen Lichtquelle 1 stammt, in Form eines Leuchtstreifens abgebildet. Licht, welches die lentikulären Bereiche 31 des Vorsatzelements 3 passiert, erzeugt ein erstes Bild auf der lichtsensitiven Fläche des Bildsensors 4. Das erste Bild ist aufgrund der verhältnismäßig starken Brechung des Lichts unscharf.
Die planaren Bereiche 32 des Vorsatzelements 3 sind derart ausgebildet, dass Licht, welches die planaren Bereiche 32 passiert, das Vorsatzelement 3 zumindest annährend geradlinig durchdringt, also nicht oder nur unwesentlich gebrochen wird. Licht, welches die planaren Bereiche 32 des Vorsatzelements 3 passiert, erzeugt ein zweites Bild auf der lichtsensitiven Fläche des Bildsensors 4. Das zweite Bild ist ein scharfes optisches Bild. Figur 3 zeigt einen Schnitt durch das Vorsatzelement 3 gemäß der ersten Ausführungsform. Der hier gezeigte Schnitt verläuft dabei in der Querrichtung Q durch einen der streifenförmigen planaren Bereiche 32. Der hier gezeigte Schnitt durch das Vorsatzelement 3 verläuft rechtwinklig zu der Vorzugsrichtung V.
Der hier sichtbare planare Bereich 32 des Vorsatzelements 3 weist eine zumindest annähernd konstante Materialstärke auf. Somit durchdringt Licht den planaren Bereich 32 zumindest annährend geradlinig und wird nicht oder nur unwesentlich gebrochen.
Der hier nur teilweise sichtbare lentikuläre Bereich 31 des Vorsatzelements 3 weist eine alternierende Material stärke auf. Der lentikuläre Bereich 31 weist mehrere Erhebungen 35 auf, welche in Querrichtung Q nebeneinander angeordnet sind. Die Erhebungen 35 sind vorliegend halbkreisförmig ausgebildet. Die Erhebungen 35 können auch andere Ausgestaltungen aufweisen. Die Materialstärke des lentikulären Bereichs 31 ist also in der Querrichtung Q alternierend. In der Vorzugsrichtung V ist die Materialstärke des lentikulären Bereichs 31 konstant. Auf den lentikulären Bereich 31 auftreffendes Licht wird somit in Abhängigkeit von der Stelle des Auftreffens unterschiedlich stark gebrochen.
Figur 4 zeigt ein durch das Vorsatzelement 3 gemäß der ersten Ausführungsform projiziertes Gesamtbild. Das Gesamtbild umfasst ein erstes Bild, welches von Licht erzeugt wird, das die lentikulären Bereiche 31 des Vorsatzelements 3 passiert. Das Gesamtbild umfasst auch ein zweites Bild, welches von Licht erzeugt wird, das die planaren Bereiche 32 des Vorsatzelements 3 passiert. Bei dem Sender 14, welcher das Gesamtbild erzeugt, handelt es sich vorliegend um ein Kraftfahrzeug. Das Kraftfahrzeug weist zwei Lichtquellen 1 auf, welche als Scheinwerfer ausgebildet sind. Die beiden Lichtquellen 1 sind als annähernd punktförmig anzusehen.
Das von den Lichtquellen 1 ausgestrahlte Licht, welches rechtwinklig auf einen lentikulären Bereich 31 des Vorsatzelements 3 trifft, wird gebrochen und in Form eines Leuchtstreifens abgebildet. Die von den beiden Lichtquellen erzeugten Leuchtstreifen erstrecken sich dabei in Richtung der lentikulären Bereiche 31, also in die Querrichtung Q. Lentikuläre Bereiche 31, auf welche kein Licht der Lichtquellen 1 rechtwinklig trifft, erzeugen Streifen mit deutlich geringerer Helligkeit, welche sich ebenfalls in die Querrichtung Q erstrecken. Das erste Bild weist somit zwei Leuchtstreifen und eine Mehrzahl von dunklen Streifen auf. Das von den übrigen Teilen des Senders 14 ausgestrahlte Licht, welches rechtwinklig auf einen planaren Bereich 32 des Vorsatzelements 3 trifft, durchdringt das Vorsatzelement 3 zumindest annährend geradlinig. Dadurch entsteht ein streifenförmiges zweites Bild. Das zweite Bild ist dabei ein scharfes optisches Bild. Das zweite Bild zeigt den Sender 14 zwar nur teilweise. Trotzdem ist der Sender 14, vorliegend ein Kraftfahrzeug, deutlich erkennbar.
Figur 5 zeigt eine Draufsicht auf ein Vorsatzelement 3 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Das Vorsatzelement 3 weist genau einen lentikulären Bereich 31 und genau einen planaren Bereich 32 auf. Der lentikuläre Bereich 31 und der planare Bereich 32 sind dabei jeweils rechteckförmig ausgebildet und weisen annähernd gleiche Flächen auf.
Bezugszeichenliste
1 Lichtquelle 3 Vorsatzelement
4 Bildsensor
5 Signalelektronik
6 Kamera 8 Linse 10 System 12 Empfänger 14 Sender
31 lentikulärer Bereich
32 planarer Bereich 35 Erhebung
Q Querrichtung V Vorzugsrichtung

Claims

Patentansprüche:
1. Empfänger (12) für ein System (10) zur Lichtübertragung, umfassend eine Kamera (6), welche einen Bildsensor (4) aufweist, wobei eine lichtsensitive Fläche des Bildsensors (4) mehrere Zeilen von lichtsensitiven Elementen umfasst, wobei der Bildsensor (4) derart ausgeführt ist, dass die lichtsensitive Fläche des Bildsensors (4) zeilenweise oder spaltenweise abgetastet wird, und ein Vorsatzelement (3), welches derart angeordnet ist, dass auf die lichtsensitive Fläche des Bildsensors (4) auftreffendes Licht zuvor das Vorsatzelement (3) passiert, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorsatzelement (3) mindestens einen lentikulären Bereich (31) und mindestens einen planaren Bereich (32) aufweist.
2. Empfänger (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorsatzelement (3) in Form einer Folie oder in Form einer Platte ausgebildet ist, wobei der mindestens eine lentikuläre Bereich (31) eine alternierende Materialstärke aufweist, und der mindestens eine planare Bereich (32) eine konstante Materialstärke aufweist.
3. Empfänger (12) nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Materialstärke des mindestens einen lentikulären Bereichs (31) in einer Vorzugsrichtung (V) konstant ist und in einer Querrichtung (Q), welche rechtwinklig zu der Vorzugsrichtung (V) verläuft, alternierend ist.
4. Empfänger (12) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorsatzelement (3) eine Mehrzahl von streifenförmigen lentikulären Bereichen (31) und eine Mehrzahl von streifenförmigen planaren Bereichen (32) aufweist.
5. Empfänger (12) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die streifenförmigen lentikulären Bereiche (31) parallel zu der Querrichtung (Q) orientiert sind.
6. Empfänger (12) nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner umfassend eine Aufnahmeeinheit, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinheit ein erstes Aufnahmeelement und ein zweites Aufnahmeelement, welches relativ zu dem ersten Aufnahmeelement bewegbar ist, aufweist, wobei die Kamera (6) in dem ersten Aufnahmeelement aufgenommen ist, und das Vorsatzelement (3) in dem zweiten Aufnahmeelement aufgenommen ist.
7. Empfänger (12) nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine lentikuläre Bereich (31) mehrere Erhebungen (35) aufweist, welche in Querrichtung (Q) nebeneinander angeordnet sind.
8. Empfänger (12) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (35) halbkreisförmig ausgebildet sind.
9. System (10) zur Lichtübertragung, umfassend einen Empfänger (12) nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche und einen Sender (14), welcher mindestens eine steuerbare Lichtquelle (1) aufweist, welche entsprechend einem vorgegebenen Datenstrom moduliertes Licht abstrahlt.
10. System (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorsatzelement (3) zwischen der mindestens einen steuerbaren Lichtquelle (1) und der Kamera (6) angeordnet ist.
11. Verfahren zum Betrieb eines Systems (10) zur Lichtübertragung nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtsensitive Fläche des Bildsensors (4) zeilenweise oder spaltenweise abgetastet wird, wobei ein erstes Bild, welches durch den mindestens einen lentikulären Bereich (31) des Vorsatzelements (3) auf die lichtsensitive Fläche projiziert wird, separat von einem zweiten Bild, welches durch den mindestens einen planaren Bereich (32) des Vorsatzelements (3) auf die lichtsensitive Fläche projiziert wird, verarbeitet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem ersten Bild der Datenstrom detektiert wird, entsprechend welchem die mindestens eine steuerbare Lichtquelle (1) des Senders (14) moduliertes Licht abstrahlt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem zweiten Bild ein optisches Bild detektiert wird.
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