WO2019122169A1 - Verwendung eines bildanzeigegeräts, verfahren für die optische freiraum-signalübertragung nebst dazugehöriger vorrichtung - Google Patents

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WO2019122169A1
WO2019122169A1 PCT/EP2018/086266 EP2018086266W WO2019122169A1 WO 2019122169 A1 WO2019122169 A1 WO 2019122169A1 EP 2018086266 W EP2018086266 W EP 2018086266W WO 2019122169 A1 WO2019122169 A1 WO 2019122169A1
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signal
optical
image display
receiver
signal transmission
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PCT/EP2018/086266
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Gilbert Johannes Martin FORKEL
Peter Adam HÖHER
Adrian KROHN
Stephan Pachnicke
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Christian-Albrechts-Universität Zu Kiel
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    • G08C23/04—Non-electrical signal transmission systems, e.g. optical systems using light waves, e.g. infrared

Definitions

  • the invention relates to the use of an image display device which has an at least partially translucent image display surface with separately controllable image pixels for receiver-side optical signal filtering and / or signal selection of a signal source in the free-space optical signal transmission and / or for transmitter-side optical signal filtering and / or a signal selection of a receiver in the free-space optical signal transmission.
  • the invention also relates to a corresponding method for the optical free-space signal transmission and to a device for the optical free-space signal transmission.
  • free space optical signal transmission also referred to as free space optical communication
  • optical signals are transmitted from a signal source to a receiver or to an optical signal detector of a receiver, respectively.
  • the signal transmission takes place via an exposed signal transmission path, e.g. in the Earth's atmosphere through the air or outside of it through space.
  • Characteristic of the free space transmission is that the signal transmission path is essentially not formed by means of components formed Lichtleitpfade through which the light is guided, d. H. essentially not with optical fibers or similar elements. Nevertheless, even at the free space signal transmission, the optical signal transmission path at certain points have the light influencing elements such. As mirrors or optical filters.
  • optical free-space signal transmission is understood in particular to mean optical signal transmission in which the signal transmission path is at least 90% of its length not formed by optical guide paths formed by means of components.
  • the length of the signal transmission path can range from a few millimeters to many kilometers.
  • free space transmission is not limited to a signal transmission "outdoors", ie outside of buildings.
  • the areas of free space transmission also include indoor signal transmission, ie signal transmission within or inside buildings, at least partially underwater signal transmission and signal transmission from the ground to aircraft and satellites and vice versa or between aircraft and / or satellites.
  • the optical signal arriving at the receiver in the free-space optical signal transmission is typically a superimposition of useful signal and interference signal components.
  • any light sources in the environment that are not designed for optical signal transmission, and of course also other foreign optical signal sources cause a noise signal component.
  • the inven tion is based on the object to improve the signal transmission with respect to such interference in the optical free-space signal transmission.
  • US 2011/0 069 960 A1 discloses systems and methods for communication with visible light.
  • WO 2008/068 544 A1 discloses a method and a device for wireless optical data transmission.
  • an image display device which has an at least partially translucent image display surface with separately controllable image pixels for a receiver-side optical signal filtering and / or a signal selection of a signal source in the optical free space signal transmission and / or for a transmitter side optical signal filtering and / or a signal selection of a receiver in the free-space optical signal transmission.
  • a further advantage of the invention lies in the fact that a selection of the signals of different optical signal sources of the same communication system can also be carried out by a signal selection in the region of the receiver using the image display device, more precisely by driving the image display surface, for example by by driving the segments (eg image pixels) a receiver-side optical signal filtering and / or a signal selection is carried out.
  • conventional image display devices with at least partially transparent image display surface such as LCD displays or transmissive e-paper displays such as droplet-driven displays are suitable as optical reception filters in the optical free space signal transmission.
  • image display devices which have a high contrast range, eg a contrast range of at least 1:10, or at least 1:30 or at least 1: 100, eg PVA / MVA with contrast values of, for example, 1: 1500 ,
  • a partially translucent surface is understood to mean that the light transmittance can be varied between two or more states.
  • Flierunter is understood in particular a clear / diffuse surface (for example a PDLC film), a reflective / diffuse surface (for example a switchable mirror) or an absorbent / permeable surface (for example LCD, electrochromic glass, transmissive e-paper). It is advantageous to provide the highest possible permeability of the surface in order to influence the useful signal as little as possible. Furthermore, it is advantageous to provide the greatest possible contrast between two states (contrast ratio) in order to reduce the interference. It is suitable, e.g. a PDLC film with about 80% transmission + -10% tolerance, where a low contrast ratio can be tolerated. Also suitable is an LCD which has a high contrast ratio, in which a lower permeability can be accepted.
  • An image display device is understood to mean both a single element and an arrangement of a plurality of discrete elements. It does not have to be set up and / or used to display an image.
  • the image display device may be designed differently with regard to the number of image pixels. Image display devices with a comparatively small number of image pixels up to image display devices with a high number of image pixels can be used, e.g. high-resolution image display devices.
  • the image display device can be used on the receiver side for opti cal signal filtering and / or signal selection. It is the same advantageously possible to use such an image display device transmitter side, for example, at the transmitter side to select a desired receiver or a desired signal detector of the receiver. It is also possible to use an image display device on the receiver side and an image display device on the transmitter side. Hereby, for example, a protection of the optical communication against eavesdropping can be achieved, or the avoidance of the user's being.
  • the above-mentioned object is also achieved by a method for the free-space optical signal transmission in which optical signals are transmitted from at least one signal source to at least one receiver, wherein in the optical signal transmission path between the signal source and the receiver an optical signal filter element , for example, an image display device which is provided for image display and which has an (at least partially) transparent (image display) surface with separately controllable image pixels, and by activation of the image pixels a receiver-side and / or transmitter-side optical signal filtering and / or or a signal selection is performed.
  • an optical signal filter element for example, an image display device which is provided for image display and which has an (at least partially) transparent (image display) surface with separately controllable image pixels, and by activation of the image pixels a receiver-side and / or transmitter-side optical signal filtering and / or or a signal selection is performed.
  • Signal source to a particular signal detector of the receiver to be passed or not let through.
  • the optical signal source can, for. B. be designed as a light emitting diode or other suitable light source.
  • the signal detector can be designed as a commercially available photo detector, z. B. as a semiconductor photodetector.
  • the signal detector may comprise a single detection element (detection pixel) or several detection elements, eg. B. a plurality of arrayed detection pixels.
  • the segments eg image pixels
  • the light passing through the filter surface or image display surface can be attenuated either slightly or severely, depending on the control of the segments (eg image pixels).
  • the different positioning of the signal sources relative to the signal detector and / or different optical spectra of the signal sources can be utilized for these signal sources.
  • those segments (eg image pixels) arranged in the optical signal transmission path from a desired signal source and a desired signal detector of the receiver are switched to a different state than other image pixels.
  • Wavelength-dependent filtering is possible with an optical signal filter element (image display device) which has segments (eg image pixels) with wavelength dependency.
  • image display device image display device
  • a conventional color image display device can distinguish red, green and blue signals or signal components.
  • An equalization of signal levels is z. B. with an image display device with grayscale representation possible or z. B. by means of a corresponding change in state of the segments (eg image pixels) such.
  • an image display surface of the optical signal filter element simultaneously carries out a plurality of signal transmissions between different combinations of signal source and signal detector independently of one another. In this way, different simultaneous signal transmissions can be guided through the one image display area and selected from one another. Flier notes a higher data throughput of the signal transmission can be realized when multiple signal detectors are present.
  • the position of the signal source and / or the receiver is determined on the basis of the segments (eg image pixels) controlled for the optical release of a signal transmission path between a signal source and a receiver.
  • the method according to the invention can be used not only for improving the data transmission, but additionally at least for estimating the position of the sender and / or the recipient.
  • an optical communication connection is present between the signal source and the receiver, for example in the form of radiated identifications.
  • a device for free-space optical signal transmission comprising at least one signal source for emitting optical signals and at least one receiver for receiving the optical signals, wherein in the optical signal transmission path between the signal source and the receiver an optical signal filter element (image display device) which has an at least partially translucent image display surface with separately controllable segments (eg image pixels) is arranged.
  • image display device which has an at least partially translucent image display surface with separately controllable segments (eg image pixels) is arranged.
  • the image display surface ie the surface of the optical signal filter
  • the image display surface is planar or curved, in particular spherically curved.
  • the image display surface may for example be formed as a flexible film, which is brought into the corresponding curved shape.
  • the image display area may be hemispherical or spherical around a signal detector.
  • a planar image display area for. B. a flat screen of conventional construction can be used.
  • the image display surface is formed from a plurality of image display partial surfaces.
  • This image display surface formed from a plurality of image display partial surfaces may itself be planar or non-planar, for example arched or curved.
  • the individual image display partial surfaces can each be planar or non-planar, for example arched or curved.
  • a cube-shaped image display area can be formed by a cube-like composition of six planar image display partial areas.
  • Other geometrical forms can also be advantageously realized, eg an approximation to a spherical shape (geodesic dome).
  • the image display device is designed as a monochrome image display device, as a grayscale image display device, as a color image display device or as a wavelength-dependent image display device.
  • Examples of applications of the invention are the suppression of ambient light and of intersymbol interference.
  • natural light sources such as the sun as well as artificial sources
  • ambient light such as conventional room lighting.
  • the separation can be done both on the different directions of incidence and the different spectrum.
  • Intersymbol interference arises in interiors mainly through reflections and scatters. The interference signal therefore indicates
  • the advantage of the invention over filtering of the received signal after detection is, firstly, that the reduced reception power also reduces the noise power at the receiver, eg caused by shot noise from the photocurrent, and secondly, that the directionality and spectral information of the received signal can. These are no longer available during filtering after detection.
  • MIMO multiple-input multiple-output
  • the invention allows the separation of different signal sources by suppressing as much as possible the signal source (s) not required by the image display device.
  • Application scenarios can be achieved, for example, by several users in the room, each with individual signals, and to reduce the interference power at the respective other receivers.
  • the invention may further be implemented so that a plurality of data streams are evaluated at a receiver.
  • a plurality of signal detectors can be arranged under an optical signal filter element (image display device) or, alternatively, each signal detector can be equipped with a separate optical signal filter element (image display device). This scenario is shown in FIG.
  • the control of the image pixels of the optical signal filter element can take place by means of an algorithm on the evaluation of the received signal, for example by a sequence of patterns on the optical signal filter element (image display device) are shown and a change of the received signal is achieved.
  • a consideration of knowledge about the arrangement is possible.
  • Another application of the invention is the evaluation of directional information to estimate the position and orientation of the receiver (s) and / or the transmitter (s).
  • a possible viewing angle dependency of the image display device and / or the receiver can also be taken into account in the signal evaluation and / or contribute to the filter effect.
  • the invention can also be used in metrology.
  • the number of required signal detectors can typically be selected to be identical to the number of independently detectable data streams, and is thus typically much lower.
  • FIGS. 1 to 4 show different variants of an optical free-space signal transmission in a highly schematized representation
  • FIGS. 5 to show exemplary measurement results relating to the directional selectivity in the case of two optical signal sources and FIGS
  • FIG. 1 shows two optical signal sources 1, 7, for example in the form of
  • a receiver 4 is present for receiving the optical signals emitted by one of the signal sources 1, 7.
  • the receiver 4 comprises a signal detector 3, at which the received optical signals, i. H. received light beams, to be evaluated.
  • the optical signals from the signal source 1 to the signal detector 3 are transmitted via an optical signal transmission path 2 in the free space.
  • an image display device is arranged, of which only the image display surface 5 with a plurality of separately controllable image pixels 6 (i.e., segments) is shown in FIG.
  • optical signals are sent over a signal transmission path 8 in the direction of the signal detector 3.
  • the image pixels 6 are driven in such a way that they pass the optical signals on the signal transmission path 2 in the best possible way, they have a low or at best no attenuation.
  • at least the image pixels lying in the region of the signal transmission path 8 are at a high level Controlled attenuation, so that the optical signals of the signal transmission route 8 do not arrive or at least strongly attenuated at the signal detector 3.
  • the other image pixels can be driven to high attenuation.
  • FIG. 2 shows a variant of the invention in which the image display surface 5 is spherically curved, for B. hemispherical or semi-cylindrical. In this case, only the one signal source 1 with the signal transmission path 2 is shown.
  • FIG. 3 shows a further variant of the invention, in which the image display surface 5 is formed to be arched over the full circumference around the signal detector 3, for B. cylindrical or spherical.
  • FIG. 4 shows a variant of the invention, in which the receiver 4, in addition to the signal detector 3 already described, has a further signal detector 10 which is arranged at a distance from the signal detector 3. This makes it possible, for example, for parallel optical signals to be received at the signal detector 3 from the signal source 1 and at the signal detector 10 from the signal source 7. With regard to its image pixels 6, the image display surface 5 is now controlled so that, as described in FIG.
  • the optical signals are transmitted via the signal transmission path 2 to the signal detector 3 and the optical signals from the light source 7 are transmitted via a signal transmission path 11 to the further sig naldetektor 10 are allowed to pass.
  • Other transmission paths are blocked by controlling the image pixels 6, in particular the signal transmission path 8 (between the signal source 7 and the signal detector 3) and a signal transmission path 9 (between the signal source 1 and the further signal detector 10). In this way, a Sig nalübertragung can be performed simultaneously on multiple optical channels.
  • FIG. 5 shows an optical reception power detected at the signal detector 3 of the optical signals transmitted, for example, via the signal transmission path 2, plotted over a spatial coordinate of the image display area (eg image pixel area). Number).
  • a curve of the light transmitted via the signal transmission path 2 can be seen in the course of the curve 21, and in the course of the curve 22 the light transmitted via the signal transmission path 8 (if this signal transmission path is enabled by appropriate control of the image pixels).
  • the lower curve course 20 is measured when no optical signal source 1, 7 is switched on. In this case, the good selectivity and selectivity of the image display device when used as an optical reception filter becomes clear.
  • FIG. 6 shows a receiver 4 which has a plurality of signal detectors 3 arranged in different spatial orientations. Illustrated by way of example are six signal detectors 3, which are arranged in the form of a cube. The signal detectors 3 are surrounded by an image display surface 5 formed from a plurality of image display sub-areas, which is arranged concentrically cube-shaped around the signal detectors 3. For example, each side of the cube of the image display area may have 2 ⁇ 2 image pixels 6. In this way, the light arriving at the receiver 4 can be filtered or passed through from different spatial directions, if necessary with an attenuation.

Abstract

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Bildanzeigegeräts, das eine zumindest teilweise lichtdurchlässige Bildanzeigefläche mit separat ansteuerbaren Bildpixeln aufweist, für eine empfängerseitige optische Signalfilterung und/oder eine Signalauswahl einer Signalquelle in der optischen Freiraum-Signalübertragung und/oder für eine senderseitige optische Signalfilterung und/oder eine Signalauswahl eines Empfängers in der optischen Freiraum-Signalübertragung. Die Erfindung betrifft außerdem ein dementsprechendes Verfahren für die optische Freraum-Signalübertragung sowie eine Vorrichtung für die optische Freiraum-Signalübertragung.

Description

Verwendung eines Bildanzeigegeräts, Verfahren für die optische Freiraum- Signalübertragung nebst dazugehöriger Vorrichtung
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Bildanzeigegeräts, das eine zumin- dest teilweise lichtdurchlässige Bildanzeigefläche mit separat ansteuerbaren Bild- pixeln aufweist, für eine empfängerseitige optische Signalfilterung und/oder eine Signalauswahl einer Signalquelle in der optischen Freiraum-Signalübertragung und/oder für eine senderseitige optische Signalfilterung und/oder eine Signalaus- wahl eines Empfängers in der optischen Freiraum-Signalübertragung. Die Erfin- düng betrifft außerdem ein dementsprechendes Verfahren für die optische Frei- raum-Signalübertragung sowie eine Vorrichtung für die optische Freiraum-Signal- übertragung.
Bei der optischen Freiraum-Signalübertragung, die auch als optische Freiraum- Kommunikation bezeichnet wird, werden optische Signale von einer Signalquelle zu einem Empfänger bzw. zu einem optischen Signaldetektor eines Empfängers übertragen. Die Signalübertragung erfolgt über eine freiliegende Signalübertra- gungsstrecke, z.B. im Bereich der Erdatmosphäre durch die Luft oder außerhalb davon durch den Weltraum. Kennzeichnend für die Freiraumübertragung ist, dass die Signalübertragungsstrecke im Wesentlichen nicht durch mittels Bauelementen gebildete Lichtleitpfade gebildet ist, durch die das Licht geführt wird, d. h. im We- sentlichen nicht mit Lichtleitfasern oder ähnlichen Elementen. Dennoch kann auch bei der Freiraum-Signalübertragung die optische Signalübertragungsstrecke an bestimmten Stellen das Licht beeinflussende Elemente aufweisen, wie z. B. Spie- gel oder optische Filter. Im Sinne der vorliegenden Anmeldung wird als optische Freiraum-Signalübertragung insbesondere eine optische Signalübertragung ver- standen, bei der die Signalübertragungsstrecke zu wenigstens 90% ihrer Länge nicht durch mittels Bauelementen gebildete Lichtleitpfade gebildet ist. Die Länge der Signalübertragungsstrecke kann von wenigen Millimetern bis hin zu vielen Ki- lometern reichen.
Der Begriff der Freiraumübertragung ist dabei nicht beschränkt auf eine Signal- Übertragung„im Freien“, d. h. außerhalb von Gebäuden. Vorteilhafte Anwen- dungsgebiete der Freiraumübertragung beinhalten auch die Indoor-Signalübertra- gung, d. h. die Signalübertragung innerhalb von Gebäuden oder innerhalb von Räumen, eine zumindest teilweise Unterwasser erfolgende Signalübertragung so- wie die Signalübertragung vom Boden zu Flugzeugen und Satelliten hin und um- gekehrt oder auch zwischen Flugzeugen und/oder Satelliten.
Das am Empfänger ankommende optische Signal bei der optischen Freiraum-Sig- nalübertragung ist typischerweise eine Überlagerung von Nutzsignal- und Störsig- nalanteilen. Insbesondere können beliebige Lichtquellen in der Umgebung, die nicht für die optische Signalübertragung ausgebildet sind, und natürlich auch an- dere fremde optische Signalquellen einen Störsignalanteil hervorrufen. Der Erfin dung liegt die Aufgabe zugrunde, die Signalübertragung im Hinblick auf solche Störeinflüsse bei der optischen Freiraum-Signalübertragung zu verbessern. Aus der US 2011 / 0 069 960 A1 sind Systeme und Verfahren für die Kommunika- tion mit sichtbarem Licht bekannt. Aus der WO 2008 / 068 544 A1 ist ein Verfah- ren und ein Gerät für die drahtlose optische Datenübertragung bekannt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Verwendung eines Bildanzeigegeräts, das eine zumindest teilweise lichtdurchlässige Bildanzeigefläche mit separat ansteuer- baren Bildpixeln aufweist, für eine empfängerseitige optische Signalfilterung und/oder eine Signalauswahl einer Signalquelle in der optischen Freiraum-Signal- übertragung und/oder für eine senderseitige optische Signalfilterung und/oder eine Signalauswahl eines Empfängers in der optischen Freiraum-Signalübertragung. Die Erfindung ermöglicht es, auf einfache und kostengünstig zu realisierende
Weise, das Verhältnis von Nutzsignal zu Störsignal und damit die Empfangseigen- schaften bei der optischen Freiraum-Signalübertragung zu verbessern. Zudem wird es möglich, unerwünschte optische Signalquellen auszublenden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass auch eine Selektion der Signale unterschied- licher optischer Signalquellen desselben Kommunikationssystems durchgeführt werden kann, und zwar durch eine Signalauswahl im Bereich des Empfängers un- ter Verwendung des Bildanzeigegeräts, genauer gesagt durch Ansteuerung der Bildanzeigefläche, z.B. indem durch Ansteuerung der Segmente (z.B. Bildpixel) eine empfängerseitige optische Signalfilterung und/oder eine Signalauswahl durchgeführt wird. Es wurde festgestellt, dass herkömmliche Bildanzeigegeräte mit zumindest teilweise durchlässiger Bildanzeigefläche, wie z. B. LCD-Displays oder transmissive E-Paper Displays wie Droplet-Driven-Displays, als optische Emp- fangsfilter in der optischen Freiraum-Signalübertragung geeignet sind. Es ist hier- bei vorteilhaft, Bildanzeigegeräte einzusetzen, die über einen hohen Kontrastum- fang verfügen, z.B. einen Kontrastumfang von wenigstens 1 :10, oder wenigstens 1 : 30 oder wenigstens 1 : 100, z.B. PVA/MVA mit Kontrastwerten von z.B. 1 :1500.
Unter einer teilweise lichtdurchlässigen Fläche wird verstanden, dass die Licht- durchlässigkeit zwischen zwei oder mehr Zuständen variierbar ist. Flierunter wird insbesondere eine klare/diffuse Fläche (z.B. eine PDLC-Folie), eine reflektiv/dif- fuse Fläche (z.B. ein schaltbarer Spiegel) oder eine absorbierend/durchlässige Fläche (z.B. LCD, elektrochromes Glas, transmissives e-Paper) verstanden. Vorteilhaft ist es eine möglichst hohe Durchlässigkeit der Fläche vorzusehen, um das Nutzsignal möglichst wenig zu beeinflussen. Weiterhin ist es vorteilhaft, einen möglichst großen Kontrast zwischen zwei Zuständen (Kontrastverhältnis) vorzuse- hen, um die Störeinflüsse zu reduzieren. Geeignet ist z.B. eine PDLC-Folie mit etwa 80% Durchlässigkeit +-10% Toleranz, bei der ein geringes Kontrastverhältnis hingenommen werden kann. Geeignet ist auch ein LCD das ein hohes Kontrast- verhältnis aufweist, bei dem eine geringere Durchlässigkeit hingenommen werden kann.
Unter einem Bildanzeigegerät wird sowohl ein einzelnes Element, als auch eine Anordnung von mehreren diskreten Elementen verstanden. Es muss nicht zur An- zeige eines Bildes eingerichtet sein und/oder genutzt werden. Das Bildanzeigege- rät kann hinsichtlich der Zahl der Bildpixel unterschiedlich ausgebildet sein. Es können Bildanzeigegeräte mit einer vergleichsweise geringen Anzahl von Bildpi- xeln bis hin zu Bildanzeigegeräten mit einer hohen Anzahl von Bildpixeln einge- setzt werden, z.B. hochauflösende Bildanzeigegeräte.
Wie bisher beschrieben, kann das Bildanzeigegerät empfängerseitig für die opti sche Signalfilterung und/oder die Signalauswahl eingesetzt werden. Ebenso ist es vorteilhaft möglich, ein solches Bildanzeigegerät senderseitig einzusetzen, bei spielsweise um senderseitig einen gewünschten Empfänger oder einen ge- wünschten Signaldetektor des Empfängers auszuwählen. Es ist auch möglich, ein Bildanzeigegerät empfängerseitig und ein Bildanzeigegerät senderseitig einzuset- zen. Hiermit kann z.B. ein Schutz der optischen Kommunikation gegen Abhören erreicht werden, oder die Vermeidung des Biendens eines Nutzers.
Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Verfahren für die optische Freiraum-Signalübertragung, bei der optische Signale von wenigstens ei- ner Signalquelle zu wenigstens einem Empfänger übertragen werden, wobei in der optischen Signalübertragungsstrecke zwischen der Signalquelle und dem Empfän- ger ein optisches Signalfilterelement, bspw. ein an sich zur Bildanzeige vorgese- henes Bildanzeigegerät, das eine zumindest teilweise lichtdurchlässige (Bildan- zeige-) Fläche mit separat ansteuerbaren Bildpixeln aufweist, angeordnet wird und durch Ansteuerung der Bildpixel eine empfängerseitige und/oder senderseitige op- tische Signalfilterung und/oder eine Signalauswahl durchgeführt wird. Auch hier- durch können die zuvor erläuterten Vorteile realisiert werden. Durch entspre- chende Ansteuerung der Segmente (z.B. Bildpixel) des Signalfilterelementes (Bild anzeigegeräts) kann auf einfache Weise festgelegt werden, welche optischen Sig- nale zu dem Empfänger durchgelassen werden bzw. welche Signale von einer
Signalquelle zu einem bestimmten Signaldetektor des Empfängers durchgelassen werden oder nicht durchgelassen werden.
Die optische Signalquelle kann z. B. als Leuchtdiode oder anderes geeignetes Leuchtmittel ausgebildet sein. Der Signaldetektor kann als handelsüblicher Fo- todetektor ausgebildet sein, z. B. als Halbleiter-Fotodetektor. Der Signaldetektor kann ein einziges Erfassungselement (Erfassungspixel) oder mehrere Erfassungs- elemente aufweisen, z. B. mehrere in Matrixform angeordnete Erfassungspixel. Mittels der Segmente (z.B. Bildpixel) kann das durch die Filterfläche bzw. Bildan- zeigefläche hindurchtretende Licht entweder geringfügig oder stark gedämpft wer- den, je nach Ansteuerung der Segmente (z.B. Bildpixel). Zur Trennung verschie- dener Signalquellen kann die unterschiedliche Positionierung der Signalquellen re- lativ zum Signaldetektor und/oder unterschiedliche optische Spektren der Signal- quellen ausgenutzt werden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass dieje- nigen Segmente (z.B. Bildpixel), die in der optischen Signalübertragungsstrecke von einer gewünschten Signalquelle und einem gewünschten Signaldetektor des Empfängers angeordnet sind, in einen anderen Zustand geschaltet werden als an- dere Bildpixel. Auf diese Weise kann Streulicht ausgeblendet werden, ebenso wie andere dem Signaldetektor nicht zugeordnete Signalquellen. Eine wellenlängen- abhängige Filterung ist mit einem optischen Signalfilterelement (Bildanzeigegerät) möglich, welches Segmente (z.B. Bildpixel) mit Wellenlängenabhängigkeit auf- weist. Z. B. lässt sich mit einem herkömmlichen Farbbildanzeigegerät rote, grüne und blaue Signale bzw. Signalanteile unterscheiden. Ein Angleichen von Signalpe- geln ist z. B. mit einem Bildanzeigegerät mit Graustufendarstellung möglich oder z. B. mittels entsprechender Zustandsänderung der Segmente (z.B. Bildpixel) wie z. B. einer Reduzierung der Signalintensität durch Reduzierung der Anzahl der licht- durchlässigen Segmente (z.B. Bildpixel). Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass durch eine Bildanzeigefläche des optischen Signalfilterelementes (Bildanzeigegerätes) gleichzeitig mehrere Signalübertragungen zwischen unterschiedlichen Kombinatio- nen von Signalquelle und Signaldetektor unabhängig voneinander durchgeführt werden. Auf diese Weise können unterschiedliche simultane Signalübertragungen durch die eine Bildanzeigefläche geführt werden und voneinander selektiert wer- den. Flierdurch kann ein höherer Datendurchsatz der Signalübertragung realisiert werden, wenn mehrere Signaldetektoren vorhanden sind.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass an- hand der für die optische Freigabe einer Signalübertragungsstrecke zwischen ei- ner Signalquelle und einem Empfänger angesteuerten Segmente (z.B. Bildpixel) die Position der Signalquelle und/oder des Empfängers bestimmt wird. Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur zur Verbesserung der Da- tenübertragung eingesetzt werden, sondern zusätzlich zumindest zum Abschätzen der Position des Senders und/oder des Empfängers. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn eine optische Kommunikationsverbindung zwischen der Signalquelle und dem Empfänger vorhanden ist, beispielsweise in Form von ausgestrahlten Ken- nungen.
Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gelöst durch eine Vorrichtung für die optische Freiraum-Signalübertragung, aufweisend wenigstens eine Signal- quelle zum Aussenden optischer Signale und wenigstens einen Empfänger zum Empfangen der optischen Signale, wobei in der optischen Signalübertragungsstre- cke zwischen der Signalquelle und dem Empfänger ein optisches Signalfilterele- ment (Bildanzeigegerät), das eine zumindest teilweise lichtdurchlässige Bildanzei- gefläche mit separat ansteuerbaren Segmente (z.B. Bildpixeln) aufweist, angeord- net ist. Auch hierdurch können die zuvor erläuterten Vorteile realisiert werden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung mehrere Signalquellen und/oder mehrere Signaldetektoren im Emp- fänger aufweist, wobei zwischen Paaren von Signalquelle und Signaldetektor je- weilige voneinander unabhängige optische Signalübertragungsstrecken vorhan- den sind, die die Bildanzeigefläche schneiden. Auf diese Weise können unter- schiedliche simultane Signalübertragungen durch die eine Bildanzeigefläche ge- führt werden und voneinander selektiert werden. Hierdurch kann ein höherer Da- tendurchsatz der Signalübertragung realisiert werden, wenn mehrere Signaldetek- toren vorhanden sind. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Bildanzeigefläche, d.h. die Fläche des optischen Signalfilters, planar oder ge- krümmt ist, insbesondere sphärisch gekrümmt. Hierzu kann die Bildanzeigefläche beispielsweise als flexible Folie ausgebildet sein, die in die entsprechende ge- krümmte Form gebracht wird. So kann die Bildanzeigefläche beispielsweise halb- kugelförmig oder kugelförmig um einen Signaldetektor herum angeordnet sein. Im Fall einer planaren Bildanzeigefläche kann z. B. ein Flachbildschirm üblicher Bau- art eingesetzt werden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Bildanzeigefläche aus mehreren Bildanzeige-Teilflächen gebildet ist. Diese aus mehreren Bildanzeige-Teilflächen gebildete Bildanzeigefläche kann selbst planar oder nicht planar ausgebildet sein, z.B. gewölbt oder gekrümmt. Die einzelnen Bildanzeige-Teilflächen können jeweils planar oder nicht planar ausgebildet sein, z.B. gewölbt oder gekrümmt. So kann beispielsweise durch ein würfelartiges Zu- sammensetzen von sechs planaren Bildanzeige-Teilflächen eine würfelförmige Bildanzeigefläche gebildet werden. Auch andere geometrische Formen sind vor- teilhaft realisierbar, z.B. eine Annäherung an eine sphärische Form (geodätische Kuppel). In diesem Zusammenhang kann es vorteilhaft sein, mehrere Signaldetek- toren einzusetzen, die in mehreren Ebenen und/oder Orientierungen angeordnet sind, z.B. ebenfalls in einer Würfelform.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Bildanzeigegerät als Monochrom-Bildanzeigegerät, als Graustufen-Bildanzeigege- rät, als Farb-Bildanzeigegerät oder als wellenlängenabhängiges Bildanzeigegerät ausgebildet ist.
Als Anwendungen der Erfindung sei beispielhaft die Unterdrückung von Umge- bungslicht und von Intersymbolinterferenz genannt. Als Umgebungslicht werden dabei natürliche Lichtquellen, wie die Sonne ebenso wie künstliche Quellen also etwa eine konventionelle Raumbeleuchtung bezeichnet. Die Trennung kann dabei sowohl über die unterschiedlichen Einfallrichtungen als auch das unterschiedliche Spektrum erfolgen. Intersymbol Interferenz entsteht in Innenräumen vor allem durch Reflexionen und Streuungen. Das Interferenzsignal weist deswegen zum
Teil andere Einfallswinkel als der Nutzsignalanteil auf. Bei Bedarf können auch nur bestimmte Anteile des Störsignales durch selektive Auswahl der zu blockierenden Segmente (Pixel) gedämpft werden. Der Vorteil der Erfindung gegenüber einer Filterung des Empfangssignals nach der Detektion (z.B. Software-Filterung) ist erstens, dass durch die verringerte Empfangsleistung auch die Rauschleistung am Empfänger, z.B. hervorgerufen durch Schrotrauschen durch den Fotostrom, reduziert wird, und zweitens, dass die Richtungs- und Spektral Information des Empfangssignals berücksichtigt werden können. Diese stehen bei der Filterung nach der Detektion nicht mehr zur Verfü- gung.
Weitere Anwendungen nutzen typischerweise mehrere Signalquellen und/oder Signaldetektoren, um den Datendurchsatz zu erhöhen. Diese Verfahren werden in der Literatur als Multiple-input multiple-output (MIMO) bezeichnet. Die Erfindung erlaubt die Trennung verschiedener Signalquellen, indem die jeweils nicht benö- tigte(n) Signalquelle(n) durch das Bildanzeigegerät möglichst stark unterdrückt werden. Anwendungsszenarien sind etwa mehrere Benutzer im Raum mit jeweils individuellen Signalen zu erreichen und die Interferenzleistung an den jeweils an- deren Empfängern zu reduzieren. Zusätzlich oder alternativ kann die Erfindung ferner so ausgeführt werden, dass mehrere Datenströme an einem Empfänger ausgewertet werden. Hierzu können mehrere Signaldetektoren unter einem opti schen Signalfilterelement (Bildanzeigegerät) angeordnet werden oder alternativ je- der Signaldetektor mit einem separaten optischen Signalfilterelement (Bildanzei- gegerät) ausgestattet werden. Dieses Szenario wird in Figur 4 gezeigt.
Die Ansteuerung der Bildpixel des optischen Signalfilterelement (Bildanzeigege- räts) kann mittels eines Algorithmus über die Auswertung des Empfangssignals er- folgen, z.B. indem eine Abfolge von Mustern auf dem optischen Signalfilterelement (Bildanzeigegerät) dargestellt werden und eine Veränderung des Empfangssignals erreicht wird. Auch eine Berücksichtigung von Kenntnis über die Anordnung ist möglich. Eine weitere Anwendung der Erfindung ist die Auswertung der Richtungs- information, um die Position und Orientierung des/der Empfänger(s) und/oder der/des Sender(s) zu schätzen. Auch eine mögliche Blickwinkelabhängigkeit des Bildanzeigegeräts und/oder des Empfängers kann bei der Signalauswertung be- rücksichtigt werden und/oder zur Filterwirkung beitragen. Die Erfindung kann ne- ben der Datenkommunikation auch in der Messtechnik Anwendung finden. Gegenüber anderen Ansätzen wie z.B. richtungssensitive Empfänger mit mehre- ren in den Raum ausgerichteten Signaldetektoren kann typischerweise die Anzahl der benötigten Signaldetektoren identisch zu der Anzahl der unabhängig zu erfas- senden Datenströme gewählt werden und ist damit typischerweise um ein vielfa- ches geringer. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwen- dung von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 bis 4 - verschiedene Varianten einer optischen Freiraum-Signalübertra- gung in stark schematisierter Darstellung und Fig. 5 - beispielhafte Messergebnisse bezüglich der Richtungsselektivität bei zwei optischen Signalquellen und
Fig. 6 - eine weitere Anwendung eines Bildanzeigegeräts. Die Figur 1 zeigt zwei optische Signalquellen 1 , 7, beispielsweise in Form von
Leuchtdioden. Des Weiteren ist ein Empfänger 4 zum Empfang der von einer der Signalquellen 1 , 7 abgegebenen optischen Signale vorhanden. Der Empfänger 4 weist einen Signaldetektor 3 auf, an dem die empfangenen optischen Signale, d. h. empfangene Lichtstrahlen, ausgewertet werden. Die optischen Signale von der Signalquelle 1 zum Signaldetektor 3 werden über eine optische Signalübertra- gungsstrecke 2 im Freiraum übertragen. Im Strahlengang dieser Signalübertra- gungsstrecke 2 ist ein Bildanzeigegerät angeordnet, von dem in der Figur 1 ledig lich die Bildanzeigefläche 5 mit einer Vielzahl von separat ansteuerbaren Bildpi- xeln 6 (d.h. Segmenten) dargestellt ist (in Seitenansicht).
Von der Signalquelle 7 werden optische Signale über eine Signalübertragungs- strecke 8 in Richtung zum Signaldetektor 3 ausgesandt. Im dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel wird angenommen, dass lediglich das von der Signalquelle 1 ausge- sandte Licht am Signaldetektor 3 empfangen und ausgewertet werden soll. Dem- entsprechend sind die Bildpixel 6 derart angesteuert, dass sie die optischen Sig nale auf der Signalübertragungsstrecke 2 bestmöglich durchlassen, sie weisen eine niedrige oder bestenfalls gar keine Dämpfung auf. Dagegen sind zumindest die im Bereich der Signalübertragungsstrecke 8 liegenden Bildpixel auf eine hohe Dämpfung angesteuert, so dass die optischen Signale der Signalübertragungs- strecke 8 nicht oder zumindest stark gedämpft am Signaldetektor 3 ankommen.
Um sonstige Störsignal-Einstreuungen am Signaldetektor 3 zu minimieren, können auch die übrigen Bildpixel auf hohe Dämpfung angesteuert sein.
Die Figur 2 zeigt eine Variante der Erfindung, bei der die Bildanzeigefläche 5 sphärisch gewölbt ist, z. B. halbkugelförmig oder halbzylinderförmig. In diesem Fall ist nur die eine Signalquelle 1 mit der Signalübertragungsstrecke 2 dargestellt.
Die Figur 3 zeigt eine weitere Variante der Erfindung, bei der die Bildanzeigefläche 5 über den vollen Umfang um den Signaldetektor 3 herum gewölbt ausgebildet ist, z. B. zylinderförmig oder kugelförmig. Die Figur 4 zeigt eine Variante der Erfindung, bei der der Empfänger 4 außer dem bereits beschriebenen Signaldetektor 3 einen weiteren Signaldetektor 10 aufweist, der etwas beabstandet vom Signaldetektor 3 angeordnet ist. Dies ermöglicht es beispielsweise, dass parallel optische Signale am Signaldetektor 3 von der Signal- quelle 1 und am Signaldetektor 10 von der Signalquelle 7 empfangen werden. Die Bildanzeigefläche 5 ist hinsichtlich ihrer Bildpixel 6 nun so angesteuert, dass, wie bei der Figur 1 beschrieben, die optischen Signale über die Signalübertragungs- strecke 2 zum Signaldetektor 3 durchgelassen werden und die optischen Signale von der Lichtquelle 7 über eine Signalübertragungsstrecke 11 zum weiteren Sig naldetektor 10 durchgelassen werden. Andere Übertragungswege sind durch An- Steuerung der Bildpixel 6 gesperrt, insbesondere die Signalübertragungsstrecke 8 (zwischen der Signalquelle 7 und dem Signaldetektor 3) sowie eine Signalübertra- gungsstrecke 9 (zwischen der Signalquelle 1 und dem weiteren Signaldetektor 10). Auf diese Weise kann gleichzeitig auf mehreren optischen Kanälen eine Sig nalübertragung durchgeführt werden.
Die Figur 5 zeigt eine am Signaldetektor 3 erfasste optische Empfangsleistung der beispielsweise über die Signalübertragungsstrecke 2 übertragenen optischen Sig nale, aufgetragen über eine Ortskoordinate der Bildanzeigefläche (z. B. Bildpixel- Nummer). Erkennbar ist im Kurvenverlauf 21 ein Verlauf des über die Signalüber- tragungsstrecke 2 übertragenen Lichts, im Kurvenverlauf 22 das über die Signal- Übertragungsstrecke 8 übertragene Licht (wenn diese Signalübertragungsstrecke durch entsprechende Ansteuerung der Bildpixel freigeschaltet ist). Der untere Kur- venverlauf 20 wird gemessen, wenn keine optische Signalquelle 1 , 7 eingeschaltet ist. Hierbei wird die gute Trennschärfe und Selektivität des Bildanzeigegeräts bei Verwendung als optischer Empfangsfilter deutlich.
Die Figur 6 zeigt einen Empfänger 4, der mehrere in unterschiedlichen räumlichen Orientierungen angeordnete Signaldetektoren 3 aufweist. Beispielhaft dargestellt sind sechs Signaldetektoren 3, die in Form eines Würfels angeordnet sind. Die Signaldetektoren 3 sind von einer aus mehreren Bildanzeige-Teilflächen gebildete Bildanzeigefläche 5 umgeben, die konzentrisch würfelförmig um die Signaldetekto- ren 3 herum angeordnet ist. Beispielsweise kann jede Seite des Würfels der Bild- anzeigefläche 2 x 2 Bildpixel 6 aufweisen. Auf diese Weise kann das am Empfän- ger 4 ankommende Licht aus unterschiedlichen räumlichen Richtungen gefiltert o- der durchgelassen werden, ggf. mit einer Dämpfung.

Claims

Patentansprüche
1. Verwendung eines Bildanzeigegeräts, das eine zumindest teilweise licht- durchlässige Bildanzeigefläche (5) mit separat ansteuerbaren Bildpixeln (6) aufweist, für eine empfängerseitige optische Signalfilterung und/oder eine Signalauswahl einer Signalquelle (1 , 7) in der optischen Freiraum-Signal- übertragung und/oder für eine senderseitige optische Signalfilterung und/o- der eine Signalauswahl eines Empfängers (4) in der optischen Freiraum-Sig- nalübertragung.
2. Verfahren für die optische Freiraum-Signalübertragung, bei der optische Sig nale von wenigstens einer Signalquelle (1 , 7) zu wenigstens einem Empfän- ger (4) übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, dass in der optischen Signalübertragungsstrecke (2, 8, 9, 11 ) zwischen der Signalquelle (1 , 7) und dem Empfänger (4) ein optisches Signalfilterelement, das eine zumindest teilweise lichtdurchlässige Filterfläche (5) mit separat ansteuerbaren Seg- menten (6) aufweist, angeordnet wird und durch Ansteuerung der Segmente (6) eine empfängerseitige und/oder senderseitige optische Signalfilterung und/oder eine Signalauswahl durchgeführt wird.
3. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass diejenigen Segmente (6), die in der optischen Signalübertragungsstre- cke (2, 8, 9, 11 ) von einer gewünschten Signalquelle (1 , 7) und einem ge- wünschten Signaldetektor (3, 10) des Empfängers (4) angeordnet sind, in ei- nen anderen Zustand geschaltet werden als andere Segmente (6).
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Filterfläche (5) des optischen Signalfilterelementes gleichzeitig mehrere Signalübertragungen zwischen unterschiedlichen Kombinationen von Signalquelle (1 , 7) und Signaldetektor (3, 10) unabhängig voneinander durchgeführt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der für die optische Freigabe einer Signalübertragungsstrecke (2, 8, 9, 11 ) zwischen einer Signalquelle (1 , 7) und einem Empfänger (4) angesteu- erten Bildpixel (6) die Position der Signalquelle (1 , 7) und/oder des Empfän- gers (4) bestimmt wird.
6. Vorrichtung für die optische Freiraum-Signalübertragung, aufweisend we- nigstens eine Signalquelle (1 , 7) zum Aussenden optischer Signale und we- nigstens einen Empfänger (4) zum Empfangen der optischen Signale, dadurch gekennzeichnet, dass in der optischen Signalübertragungsstrecke (2, 8, 9, 11 ) zwischen der Signalquelle (1 , 7) und dem Empfänger (4) ein opti- schen Signalfilterelement, das eine zumindest teilweise lichtdurchlässige Fil- terfläche (5) mit separat ansteuerbaren Segmenten (6) aufweist, angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mehrere Signalquellen (1 , 7) und/oder mehrere Signal- detektoren (3, 10) im Empfänger aufweist, wobei zwischen Paaren von Sig nalquelle und Signaldetektor jeweilige voneinander unabhängige optische Signalübertragungsstrecken (2, 8, 9, 11 ) vorhanden sind, die die Filterfläche (5) schneiden.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterfläche (5) planar oder gekrümmt ist, insbesondere sphärisch gekrümmt.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterfläche (5) aus mehreren Bildanzeige-Teilflächen gebildet ist.
10 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das optischen Signalfilterelement als Monochrom-Bildanzeigegerät, als Graustufen-Bildanzeigegerät, als Farb-Bildanzeigegerät oder als wellenlän- genabhängiges Bildanzeigegerät ausgebildet ist.
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