用于车辆的光无线通信系统
阅读说明：本技术 用于车辆的光无线通信系统 (Optical wireless communication system for vehicle ) 是由 安托万·德拉姆勃特力 弗朗西斯-泽维尔·阿米耶尔 萨米拉·姆巴塔 文森特·杜布瓦 托马斯·卡 于 2019-07-11 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于车辆(2)的光无线通信系统。该系统包括光子器件和被配置为控制光子器件的控制电子装置。所述光子器件包括以二维矩阵阵列排列的多个光子部件,并且所述控制电子装置被配置为单独地或成组地控制所述多个光子部件的光子部件。每个光子部件或每组光子部件被配置为在适当的情况下与光学器件相结合,以便在可与分别通过多个光子部件中的至少另一个光子部件或至少另一组光子部件发射和/或接收的光无线通信信号的传播方向区分开的传播方向上,发射和/或接收至少一个光无线通信信号。(The invention relates to an optical wireless communication system for a vehicle (2). The system includes a photonic device and control electronics configured to control the photonic device. The photonic device comprises a plurality of photonic components arranged in a two-dimensional matrix array and the control electronics are configured to control the photonic components of the plurality of photonic components individually or in groups. Each photonic component or group of photonic components is configured, where appropriate in combination with an optical device, to emit and/or receive at least one optical wireless communication signal in a propagation direction distinguishable from a propagation direction of an optical wireless communication signal emitted and/or received, respectively, by at least another photonic component or group of photonic components of the plurality of photonic components.)
技术领域
本发明涉及与机动车辆有关的新兴通信领域。在车辆彼此通信或与基础设施通信的这种领域中，出现了与网络安全、通信数据的完整性和电磁污染有关的问题。
背景技术
已知与机动车辆有关的多种通信技术，其中某些通信技术利用WifiTM技术，其它通信技术利用蓝牙
本发明更具体地涉及一种用于车辆的光无线通信系统以及一种配备有这种系统的车辆光学器件。
实施用于在包括至少一个发光装置的发射器机动车辆与目标之间通信的方法的这种通信系统是已知的。该方法主要包括自动调制由发光装置发射的光信号以便在车辆与目标之间进行通信的步骤，其中该发光装置选自照明装置、日间行车灯(DRL)和位置灯。
与这种类型的系统有关的一个问题源于以下所述的事实：即，通信系统的通信信号可以由除了这些信号被寻址到的车辆或基础设施之外的车辆或基础设施接收或甚至读取。所述问题还源于以下所述的事实，即，在现有技术的通信系统中，接收通信信号的车辆或基础设施不能明确地确定其发射器。因此，通信信号可能会被非接收者系统读取或从不确定的发射器接收，这使得当前的通信系统无效且易受入侵。
发明内容
本发明的目的是至少部分地补救当前技术的局限性。
为此，本发明的第一方面涉及一种用于车辆的光无线通信系统，该系统包括至少一个光子器件和被配置为控制所述至少一个光子器件的控制电子装置。所述通信系统本质上使得所述至少一个光子器件包括多个光子部件，并且所述控制电子装置被配置为单独地或成组地控制所述多个光子部件的光子部件，每个光子部件或每组光子部件都被配置为，在能够与分别通过所述多个光子部件中的至少另一个光子部件或至少另一组光子部件组发射和/或接收的光无线通信信号的传播方向区分开的传播方向上，发射和/或接收至少一个光无线通信信号。
因此，本发明规定通信信号的传播方向形成每个光子器件组或设定的一组光子部件的发射特性集的一部分。
此外，根据本发明的第一方面的通信系统的光子器件还可以被配置成根据光子部件的激活而不同地照亮位于车辆周围的区域，特别是为了利用该单个器件生成近光(低光)或远光(高光)；这要求至少某些光子部件具有与其它光子部件相对不同的发射方向性。相反，光子器件的这种照明功能不是单独要求光信号在可与分别通过多个光子部件中的至少另一个光子部件或至少另一组光子部件发射和/或接收的光信号的传播方向相对区分开的传播方向上，通过光子部件或一组光子部件被发射和/或接收。
“可区分开”是指其质量可以被辨别、区分、区别。
借助于根据本发明的第一方面的系统，通信信号可以具体地向一个或多个识别的目标发射，或者从一个或多个识别的发射器接收所述信号，以便仅被该目标/这些目标接收或甚至读取，或者以便使得可以分别无歧义地知道这种消息源自哪个发射器。
因此，可以避免由除了信号被寻址到的目标之外的目标接收通信信号。
本发明还允许通过接收到的信号的鉴别能力(或区分能力)使接收通信信号的车辆或基础设施能够明确地确定其发射器。
因此，可以防止从不确定的发射器接收通信信号以及防止通信信号被非接收者系统接收、甚至读取，这使得根据本发明的第一方面的通信系统有效并且更能抵抗入侵。
此外，由使用现有技术的通信技术(特别是由于其广播性质)引起的电磁污染和带宽拥塞被显著地减少。
例如，给定的多个光子部件以二维矩阵阵列排列。
在适当的情况下，至少一组多个光子部件被配置成与光子器件的成形光学器件相结合。
根据一个特性，所述多个光子部件包括被配置为发射成第一发射锥体形式的光无线通信信号的至少一个第一光子部件或一个第一组光子部件、和被配置为发射成第二发射锥体形式的光无线通信信号的至少一个第二光子部件或一个第二组光子部件，所述第一发射锥体和所述第二发射锥体彼此不同。
根据另一特性，多个光子部件包括被配置为接收成第一接收锥体形式的光无线通信信号的至少一个第一光子部件或一个第一组光子部件、和被配置为接收成第二接收锥体形式的光无线通信信号的至少一个第二光子部件或一个第二组光子部件，所述第一接收锥体和所述第二接收锥体彼此不同。
优选地，第一发射和/或接收锥体和第二发射和/或接收锥体至少在通信系统的有效(例如最大)通信距离上彼此不同。
根据另一特性，所述多个光子部件包括被配置为发射连续的光无线通信信号的至少一个光子部件或一组光子部件，并且所述控制电子装置还被配置为控制每个信号的强度和持续时间以及所述光通信信号的相互连续的频率中的至少一个。
因此，根据本发明的第一方面的通信系统允许对发射和/或接收的信息进行编码。
根据另一特性，光通信信号的相互连续的频率被参数化，以便所述频率允许在小的时间间隔中传输大量的数据。当一起通信的车辆以相对相当大的速度相对于彼此移动时，或者当与例如位于道路边缘上的基础设施通信的车辆以相当大的速度移动时，这可能证明是必要的。
根据另一特性，所述多个光子部件包括被配置为发射其波长属于人眼可见的光谱的光无线通信信号的光子部件或一组光子部件、以及被配置为发射人类可见光谱之外的光无线通信信号的至少一个第二光子部件或一个第二组光子部件中的至少一个光子部件，所述人类可见光谱之外的光无线通信信号例如在红外线或紫外线中。
因此，根据本发明的第一方面的通信系统允许使用属于各种光谱的通信信号。
根据另一特性，所述多个光子部件包括被配置为发射其波长属于人类可见的光谱的光无线通信信号的至少一个光子部件或一组光子部件，所述光无线通信信号被参数化以便与其通信功能同时或相继地参与至少一个被调节光度功能，所述至少一个被调节光度功能选自远光灯功能、近光灯功能、日间行车灯功能、位置灯功能和雾灯功能。
因此，同一光子器件允许执行将信息通信给另一车辆或基础设施的功能和调节光度功能。
根据另一特性，多个光子部件包括被配置为连续地发射和接收所述至少一个光无线通信信号的至少一个光子部件或一组光子部件。
给定的光子部件因此可以被配置成发射通信信号，然后接收通信信号，或者反之亦然。
根据另一特性，该系统还包括照相机，所述照相机功能性地连接到所述控制电子装置，并且被配置为定位或者甚至识别与该照相机通信的目标。
因此，照相机有利地配置成获取关于通信系统的环境的信息，因此，可以基于所需信息，尤其是通过控制电子装置，自动地控制通信系统的操作。
根据另一特性，该系统还包额外的通信装置，所述额外的通信装置功能性地连接到所述控制电子装置，并且被配置为实施WifiTM技术、蓝牙技术和全向光无线通信技术中的至少一种通信技术。
因此，可以定义多种通信模式。
根据另一个特性，给定的多个光子部件形成单片阵列。
因此，根据本发明的第一方面的通信系统有利地是紧凑且高性能的。
根据另一方面，本发明还涉及一种照明装置，所述照明装置能够至少部分地执行至少一个调节光度功能，并包括根据本发明的第一方面的至少一个通信系统。优选地，通信系统的光子器件至少部分地参与所述至少一个调节光度功能的执行。
本发明还涉及一种机动车辆，所述机动车辆包括能够至少部分地执行至少一个调节光度功能的照明装置，并且包括至少一个根据本发明的第一方面的通信系统。
附图说明
从下面的示例性描述和附图中，将更好地理解本发明的其它特征和优点，其中：
图1示意性地示出了根据现有技术的光无线通信系统的发射侧操作；
图2示出了根据本发明的一个实施例的光无线通信系统的光子器件；
图3示意性地示出了由根据本发明的一个实施例的光无线通信系统实施的通信方法；
图4示意性地示出了根据本发明的一个实施例的光无线通信系统的发射侧操作；
图5示意性地示出了根据现有技术的光无线通信系统的接收侧操作；以及
图6示意性地示出了根据本发明的一个实施例的光无线通信系统的接收侧操作。
具体实施方式
除非另外特别指出，对于一个给定实施例详细描述的技术特征可以与在通过示例而非限制性地描述的其它实施例的上下文中所描述的技术特征组合。
同样，除非另外具体指出，术语“下游”和“前”被理解为表示本发明的元件沿着从光子器件发出并从光子器件出射的辐射的路径进一步至下游的相对布置。术语“上游”或“后”具有相反的含义。
“像素”是指用于发射和接收光的区域的最小元素，无论其是否可见，所述最小元素可以单独地与至少一个强度或甚至一种颜色的光相关联。
“光学器件”是指光无线通信系统的前部，该光无线通信系统包括组成该光无线通信系统的所有折射介质。
“成形光学器件”是指被配置成使发光装置或光子器件发射的光线中的至少一条偏离的光学器件。“偏离”是指光线进入成形光学器件的入射方向不同于光线从成形光学器件出射的方向。成形光学器件包括至少一个光学元件，例如一个或多个透镜、一个或多个反射器、一个或多个光导或这些光学元件的可能的组合。
“被调节的光度功能”是指旨在允许、管理或增加机动车辆使用的安全性的照明功能。例如，可在远光灯功能、近光灯功能、日问行车灯功能、位置灯功能、雾灯功能和信号指示灯功能中选择“被调节的光度功能”。
“区分”是指两个元件的质量至少在一定程度上不一致/不能合并/不能区分，并且优选地彼此不重叠或交叉。
图1、图4、图5和图6示出了与“右侧驾驶”车辆的使用相关的道路场景。当然，下面描述的本发明可应用于“左侧驾驶”车辆的使用。
在其最广泛的接受度中，本发明根据其第一方面涉及用于车辆2的光无线通信系统1。参照图2、图3、图4和图6，该系统包括至少一个光子器件11和至少一组控制电子装置12。控制电子装置12被配置成控制光子器件11。光子器件11包括多个光子部件111，并且控制电子装置12被配置成单独地或成组地控制多个光子部件中的光子部件。每个光子部件或每组光子部件都被配置成在与光无线通信信号的传播方向可相对进行区分的传播方向上发射和/或接收至少一个光无线通信信号100，光无线通信信号由所述多个光子部件中的至少另一个光子部件或至少另一组光子部件组发射和/或接收。
所述至少一个光无线通信信号100能够携载包括以下信息片段中的至少一个的消息：
-发射车辆的位置和/或速度，这允许分析碰撞的风险；
-在两辆车辆之间传递的口头信息，例如从一个驾驶员到另一个驾驶员的个人消息；
-由警察服务提供的并寻址到接收车辆的信息；以及
-与发射车辆的环境有关的信息，例如与发射车辆周围的交通状况或与气候条件有关的信息。
根据本发明的第一方面的一个优选实施例，给定的多个光子部件111以图2所示的方式被布置在二维矩阵阵列中。例如，在图2中由填充有斜线的正方形示出的光子部件111是发射光子的光子部件，而其它光子部件的是不发射光子的光子部件，或者反之亦然，这取决于控制电子装置12施加在光子部件111的二维矩阵阵列上的几乎瞬时控制。光子器件11因此能够投射像素化光束。每个光子部件111都是基本发射器，所述基本发射器可选择性地激活以便发射基本光束。
此外，通信系统1可以包括成形光学器件，所述成形光学器件被配置成与至少多个光子部件中的光子部件111相结合，以便每个以像素的形式投射所述基本光束。像素一起形成所述像素化光束。
有利地，控制电子装置12能够基于从处理单元13接收到的控制指令选择性地控制像素化光束的像素中的每一个的光强度，并且特别地，选择性地激活所述像素化光束的像素中的每一个或使所述像素化光束的像素中的每一个失活，例如如图3所示。
成形光学器件可以被布置成使得像素化束具有至少5°的竖直幅度和至少5°的水平幅度。该水平幅度和竖直幅度使得可以确保像素化光束被投射到道路的区域，所述区域足够大以执行通过在道路上的投影来写入该像素化光束中的图案的功能，并且特别执行在地面上显示标记的功能、驾驶员被辅助和GPS信息被投射的功能，或者甚至是需要将照明光束像素化的自适应照明功能，并且特别是诸如产生不刺眼的远光或在转弯期间移动的动态照明光束的那些被调节的光度功能。成形光学器件因此可以包括以下光学部件之一或多个以下光学部件的组合：透镜、反射器、导向器、准直器、棱镜。
在适当的情况下，光子器件11可以包括至少20列和至少20行的基本发射器，特别是至少32行和32列的基本发射器。
基本发射器的列和行的这些最小数量与前述水平幅度和竖直幅度相结合，使得针对基本光束中的每一个，可选地一旦经由成形光学器件被投射，就可以获得小于0.5°或甚至小于0.3°的孔径角或者立体角σ。因此，像素化光束在被投射到道路上时具有最小分辨率，使得由像素化光束投射的所述图案可以被道路使用者和/或如此装备的车辆的驾驶员满意地感知到。
光子部件111和可选地成形光学器件可以被布置成使得两个相邻的像素(即，在二维矩阵阵列的给定行或给定列中相邻的两个像素)是相连的，即，所述两个相邻像素的相邻边缘重合。
根据光子器件11的第一特定实施例，每个光子部件都可以更具体地包括至少一个发光二极管，所述发光二极管发射光。相关的成形光学器件可以更具体地包括数字微镜器件(DMD)，所述数字微镜器件通过反射将从光子部件发出的光线例如朝向成形光学器件的另一元件引导。在适当的情况下，成形光学器件的另一元件允许收集从光子部件发出的光线，以便聚集所述光线并将所述光线朝向数字微镜器件的表面引导。每个微镜都可以在两个设定位置之间枢转，使得每个微镜反射光线的一部分，对位置改变的致动和控制允许经由成形光学器件发射并且最后发射到道路上的光束的形状被修改。
根据光子器件11的第二特定实施例，每个光子部件包括发射激光束的激光源，并且成形光学器件包括激光扫描系统，该激光扫描系统被配置成利用每个发射的激光束扫描波长转换元件的表面。光束的扫描通过扫描系统以足够高的速度完成，使得人眼不能感知到所述扫描光束在投射光束中的移动。同步地控制激光源的打开和光束的扫描移动允许像素化的光束被控制。这里，扫描系统更具体地包括多个可移动微镜，从而允许通过激光束的反射来扫描波长转换元件的表面。微镜例如是微机电系统(MEMS)。然而，本发明决不限于这种扫描装置，而是可以使用其他种类的扫描装置，例如布置在旋转元件上的一系列反射镜，其中元件的旋转使得激光束扫描透射表面。
根据光子器件11的第三实施例，所述光子器件包括固态光源。固态光源包括作为光子部件111的多个所谓的电致发光基本元件，所述电致发光基本元件以矩阵阵列的形式以至少两列和两行的方式排列。这种电致发光元件的示例包括发光二极管(或LED)、有机发光二极管(或OLED)、或聚合物发光二极管(或PLED)、或甚至微LED。
优选地，固态光源包括电致发光元件的至少一个单片阵列，即，也被简称为单片阵列。在单片阵列中，电致发光元件从公共衬底生长，并被电连接以便可选择性地单独地或以电致发光元件的子集的方式被激活。衬底可以主要由半导体制成。衬底可以包括一种或多种其它材料，例如非半导体。因此，每个电致发光元件或一组电致发光元件可以形成发光像素，并且可以在被供电时发光。然而，每个电致发光元件或一组电致发光元件可以收集光辐射，在适当的情况下，所述光辐射具有基本上设定的波长和一个特定方向，以便将所述光辐射的光子转换成电流。
单片阵列可以采取电致发光元件的二维矩阵阵列的形式。相对于旨在要焊接到印刷电路板上的传统发光二极管，这种单片阵列允许可选择性激活的像素彼此非常接近地排列。此外，通过多个电致发光元件获得的亮度至少为60Cd/mm2，优选至少为80Cd/mm2。
在本发明的上下文中，单片阵列包括电致发光元件，所述电致发光元件的主要延伸尺寸(即，所述电致发光元件的高度)基本上垂直于公共衬底，且该高度至多等于1微米。
如上所述，光子器件11可以耦合到控制电子装置12以用于控制所述光子器件11的发光。因此，控制电子装置12可以控制(也可以说“驱动”)由光子器件11生成和/或投射像素化光束。控制电子装置12可以被集成到光子器件11中。控制电子装置12可以被配置为控制一个或多个单片阵列。
控制电子装置12可以包括中央处理单元13或与中央处理单元13结合地布置。中央处理单元13通常耦合到存储器，在该存储器中存储有计算机程序，该计算机程序包括允许处理器执行生成信号的步骤的指令，该信号允许光子器件11被控制。控制电子装置12因此例如可以单独地控制单片二维矩阵阵列的每个像素的光发射。
控制电子装置12可以形成能够控制电致发光元件111的电子装置。控制电子装置可以是集成电路。集成电路(也称为电子芯片)是执行一个或多个电子功能并且可以例如在小体积中(即在小晶片上)包括多种类型的基本电子元件的电子元件。这使得电路易于实现并且易于集成到例如机动车辆2的车前灯21中，如图3所示。
集成电路可以是例如ASIC或ASSP。ASIC(专用集成电路的缩写)是为至少一个特定应用(即，为一个客户)开发的集成电路。因此，ASIC是专用(微电子)集成电路。通常，ASIC将大量的单一或定制功能分组到一起。ASSP(专用标准产品的缩写)是将满足一般标准化应用的需要的大量功能组合在一起的(微电子)集成电子电路。ASIC被设计用于比ASSP更特定(特殊)的需要。单片阵列通过控制电子装置12被供电，其中控制电子装置12本身例如使用至少一个连接器将该控制电子装置12连接到电源而被供电。根据本发明，电源可以在通信系统1的内部或外部。控制电子装置12为光子器件11供电。
根据光子器件11的一个优选实施例，光子器件11包括至少一个单片二维矩阵阵列，该矩阵阵列的电致发光元件111从公共衬底突出，其中所述电致发光元件111分别从所述公共衬底生长。只要电致发光元件的主延伸尺寸中的一个基本上垂直于公共衬底，并且由以电气的方式被分组在一起的一个或多个电致发光元件形成的像素之间的间隔与焊接到印刷电路板的扁平方形芯片的已知排列所拥有的间隔相比是小的，则电致发光元件111的各种布置可以满足单片阵列的这种限定。
特别地，光子器件11根据其优选实施例可以包括例如将在下面更详细描述的彼此不同的多个电致发光元件111，所述多个电致发光元件111从衬底单独生长并且被电连接以便在适当的情况下成组或成子组地可选择性地激活。在每个电致发光元件111内，棒可以同时被激活。更特别地，电致发光元件具有亚毫米尺寸并且从衬底突出以形成具有六边形横截面的棒。电致发光棒平行于光子器件11的光轴延伸。
电致发光棒特别是通过专用于每个阵列的电连接被分组到一起，成为多个可选择性激活的段。电致发光棒开始于衬底的第一表面。例如使用氮化镓(GaN)形成的每个电致发光棒从例如基于硅的衬底垂直或大致垂直地突出。在不背离本发明的范围的情况下，可以使用诸如碳化硅的其它材料。例如，电致发光棒可以由铝镓氮(AlGaN)合金制成，或者由铝、铟和磷化镓(AlInGaP)合金制成。每个电致发光棒沿限定其高度的伸长轴线延伸，每个棒的基部放置在衬底的上表面的平面中。
给定单片阵列的电致发光棒有利地具有相同的形状和相同的尺寸。所述电致发光棒分别由端面和沿棒的伸长轴线延伸的圆周壁限定。当电致发光棒被掺杂和偏置时，从棒输出的产生的光基本上从圆周壁发射，但是可以理解光线也可以从端面出射。因此，每个棒用作单个发光二极管，并且一方面通过该电致发光棒的密度，另一方面通过由圆周壁限定的照明区域的尺寸，提高了该光源的亮度，其中所述圆周壁因此在棒的整个周界上和整个高度上延伸。棒的高度可以在2μm和10μm之间，并且优选基本等于8μm；棒的端面的最大尺寸小于2μm，并且优选地小于或等于1μm。
应当理解，在电致发光棒的形成期间，可以从光子器件11的一个区域到下一个区域改变高度，以便当其组成棒的平均高度增加时，增加相应区域的亮度。因此，一组电致发光棒可以具有与另一组电致发光棒不同的一个或多个高度，其中这两组是同一单片阵列的组成部分。电致发光棒的形状，特别是在棒的横截面和端面的形状方面，也可以从一个单片阵列到另一个单片阵列变化。棒具有圆柱形的大体形状，并且所述棒可以特别地具有多边形的横截面，并且更特别地具有六边形的形状。应当理解，重要的是，光能够穿过圆周壁发射，而与所述棒是否具有多边形形状或圆形形状无关。
此外，端面可以具有大致平坦并垂直于圆周壁的形状，使得所述端面基本上平行于衬底的上表面延伸，或者实际上所述端面可以具有弯曲形状或者在所述端面中心处具有尖端，以便增加从该端面出射的光的发射方向。
电致发光棒优选以二维矩阵阵列排列。这种排列可以使得棒交错排列。通常，棒以规则间隔被放置在衬底上，并且在矩阵阵列的每个维度上，将两个紧邻的电致发光棒分开的距离必须至少等于2μm，并且优选地在3μm和10μm之间，以便由每个棒的圆周壁发射的光能够从电致发光棒的矩阵阵列出射。此外，将规定在相邻棒的两个伸长轴线之间测量的这些分离距离不大于100μm。
根据光子器件11的优选实施例的一个变形例，单片阵列可以包括通过使电致发光元件层(特别是由n掺杂GaN制成的第一层和由p掺杂GaN制成的第二层)在例如由碳化硅制成的单个衬底上外延生长而形成的电致发光元件，其中所述单个衬底被切割(通过研磨和/或磨削)以便形成分别从同一衬底获得的多个电致发光元件。利用这种设计，从同一衬底获得多个电致发光芯片，这些芯片被电连接以便可相互选择性地激活。
在根据该变形例的一个示例实施例中，单片矩阵阵列的衬底可具有包括在100μm和800μm之间的厚度，并且特别地等于200μm的厚度；每个芯片都可以具有包括在50μm至500μm之间的宽度，并且优选地包括在100μm至200μm之间的宽度。所述芯片的长度和宽度可以彼此相等。每个芯片的高度小于500μm，优选小于300μm。每个芯片的出射表面可以由与外延生长相对的一侧上的衬底形成。将两个相邻电致发光芯片分开的距离可以小于1μm，特别是小于500μm，并且优选地小于200μm。
电致发光芯片的每个单片阵列都可以更具体地具有以下特征中的至少一个：
-电致发光芯片的数量可以在250和几千之间，且典型值为大约一千个芯片；
-总体形状通常是正方形形状，并且也可以是矩形形状。更特别地，所述芯片的纵横比通常被包括在1∶1和1∶5之间；以及
-在现有技术中，单位像素的特征尺寸被包括在100μm和300μm之间。
根据光子器件11的另一实施例，其中所述光子器件11既可应用于分别从同一衬底突出的电致发光棒(如上所述)，又可应用于通过切割叠置在同一衬底上的电致发光层而获得的电致发光芯片，单片矩阵阵列还可以包括聚合物材料层，其中电致发光元件至少部分地嵌入该聚合物材料层中。因此，该层可以在衬底的整个范围上延伸，或者仅在被限定的一组电致发光元件上延伸。聚合物材料(尤其是基于硅酮的聚合物材料)产生保护层，该保护层允许电致发光元件被保护且不妨碍光线的漫射。此外，可以将波长转换装置和例如发光体集成到该聚合物材料层中，其中所述波长转换装置和例如发光体能够吸收由元件中的一个发射的光线中的至少一些并能够将所述吸收的激发光中的至少一些转换成具有与激发光的波长不同的波长的光发射。可以规定，发光体嵌入到聚合物材料的本体中，或者实际上发光体被放置在该聚合物材料层的表面上。
光源还可以包括由反射材料制成的涂层，以便使光线朝向光子器件11的输出表面偏离。
亚毫米级尺寸的电致发光元件在基本上平行于衬底的平面中限定了一被限定的输出区域。应当理解，该出射区域的形状由形成出射区域的电致发光元件的数量和布置限定。因此，可以限定基本上为矩形形状的发射区域，但是应当理解，在不背离本发明的范围的情况下，可以改变这种形状并可以使用任何形状。
图3示意性地示出了根据本发明的一个实施例的由光无线通信系统实施的通信方法。
非限制性地，诸如图3中所示的通信系统1除了该通信系统的上面介绍的部件之外还包括照相机22(或另一传感器，例如激光器)，在适当的情况下所述照相机在功能上经由处理单元13连接到控制电子装置12，并且被配置为至少定位或者甚至识别要与控制电子装置12通信的目标。
照相机22有利地被配置成获取关于通信系统1的环境的信息，因此可以基于所获取的信息自动控制通信系统1的操作。这种自动控制必然需要使用控制电子装置12，并且可能需要使用处理单元13。
再次参考图3，光通信信号101可以以设定频率或等效地以受控时间间隔相继跟随，以便采取光脉冲序列的形式，所述光脉冲序列可选地被脉冲宽度调制。信号可以采用其它形式，例如幅度或频率调制的光信号的形式。
在所示的示例中，光脉冲的强度是恒定的，而所述光脉冲的持续时间和/或分隔两个连续脉冲的时间间隔是变化的。相反的情况也是可以想象的。同样，可以设想，三个参数中的每一个都是变化的，所述三个参数是强度、持续时间和两个连续脉冲之间的时间间隔。
图3中所示的脉冲序列101表示以下所述的情况，即在彼此不同的持续时间上向第一光子部件或第一组光子部件连续地提供相同的电流，并且两个脉冲之间的时间间隔是无规律的。
不管限定脉冲序列的一个或多个变化，都将理解，这样的脉冲序列能够对数据以数字的方式编码。还应当理解，这些数据可以基于例如由处理单元13产生的数字数据通过控制电子装置12被编码。
再次在图3所示的示例中，光脉冲序列101被发射到基础设施3，该基础设施3也包括根据本发明的通信系统1。更具体地说，基础设施3包括光子器件11和控制电子装置12，其中所述光子器件11中的至少某些光子部件能够接收光脉冲序列101，并且所述控制电子装置12能够确定或者更确切地为处理单元13转录关于三个前述参数中的至少一个的特性，使得处理单元13可以解释这些特性以便确定以所述脉冲序列101的形式中被编码的数据。
图1示出了在使用当前通信系统期间遇到的情况。在这种情况下，以A为标记的机动车辆2(以下称为车辆A)全向地发射通信信号，该通信信号旨在用于以C为标记的机动车辆2(以下称为车辆C)。因此，信号在每个方向上被发射，并且因此也在以B为标记的机动车辆2(以下称为车辆B)的方向上发射，其中所述信号不是针对所述机动车辆2。因此，可以看出，通信信号不是专门发送给一个特定的道路用户，这里是车辆C，或者不是发送给一个特定的道路基础设施3。通信信号可能被不适当的通信系统或者至少不是预期作为接收者的通信系统读取，这导致通信无效和入侵的风险。此外，在每个方向上发射通信信号导致电磁污染和带宽拥塞。根据本发明的例如如上所述的通信系统，允许这种情况以图4中所示的方式来解决。
车辆A的光子器件11的多个光子部件111可以包括至少一个第一光子部件或第一组光子部件，所述至少一个第一光子部件或第一组光子部件被配置成发射立体角为σ的第一发射锥体41形式的通信信号，其中所述第一发射锥体朝向车辆C而不是朝向车辆B定向。至少一个第二光子部件或一组光子部件可以被配置成发射为第二发射锥体42形式的通信信号，例如图4中所示，第二发射锥体42不同于第一发射锥体41，并且第二光子部件不同于第一光子部件。例如，可以使用第一光子部件来专门与车辆C通信，并且同时或相继地使用第二光子部件来专门与车辆B通信。
在其中假定车辆特别是以能够达到130km/h的速度相对于彼此移动的这种特定配置中，重要的是相对快速地发射通信信号。这就是为什么对于上述光子器件，可以在发射侧获得通信信号的相互连续的频率，使得在短时间间隔内发射大量数据。当与例如位于道路边缘上的基础设施通信的车辆以相当大的速度移动时，这也可以证明是必要的。
具体地，优选的是，通过相同的光子部件来确保端到端的通信。如果通信的所有数据实际上能够在短时间内经由单个发射锥体传输到接收方，则情况将是这样。
如果数据的传输频率不足，或者等效地，如果一起通信的车辆的相对速度对于由相同的光子部件确保端到端的通信来说太高，则可以设想使用对应于另一发射锥体的其它光子部件来继续通信。这些其它光子部件将可能基于收集关于通信车辆的环境的数据(例如，经由发射车辆所配备的照相机22收集的数据)根据需要来确定。
借助于根据本发明的第一方面的系统，通信信号可以被具体地朝向一个或多个目标引导，以便仅由该目标/这些目标接收或甚至读取。因此，避免了向除了信号所寻址到的一个或多个目标之外的目标传输通信信号。因此，可以防止通信信号被不是所述通信信号所针对的系统读取，这使得根据本发明的第一方面的通信系统有效并且更能抵抗入侵。此外，由使用现有技术的通信技术(特别是由于其广播性质)引起的电磁污染和带宽拥塞被显著地减少。
图5示出了在使用当前通信系统期间遇到的情况。在这种情况下，车辆A全向地发射用于车辆C的通信信号，并且车辆B也全向地发射用于车辆C的通信信号。假设信号至少部分地同时发射。因此，可以看出，对于车辆C，从车辆A接收到的通信信号不能与从车辆B接收到的通信信号区分。车辆C可能不能仅基于接收到的光通量来确定车辆A和B中的哪一个发射两个接收到的消息中的一个，以及车辆A和B中的哪一个发射车辆发射两个接收到的消息中的另一个。此外，在每个方向上发射通信信号导致电磁污染和带宽拥塞。
根据本发明的通信系统，如上所述，允许这种情况以图6中所示的方式被解决。
车辆C的光子器件11的多个光子部件111可以包括至少一个第一光子部件或一个第一组光子部件，所述至少一个第一光子部件或一个第一组光子部件被配置成接收立体角为σ的第一接收锥体41形式的通信信号，其中所述第一接收锥体朝向车辆A而不朝向车辆B定向。此外，车辆C的光子器件11的多个光子部件111可以进一步包括至少一个第二光子部件或一个第二组光子部件，所述至少一个第二光子部件或一个第二组光子部件被配置成接收立体角为σ第二接收锥体形式的通信信号，其中所述第二接收锥体朝向车辆B而不朝向车辆A定向。如图6中所示，第二接收锥体52不同于第一接收锥体51，并且第二光子部件不同于第一光子部件不同。
由于车辆再次易于特别是以能够达到130km/h的速度相对于彼此移动，因此重要的是相对快速地接收通信信号。这就是为什么对于上述光子器件，有利的是在接收侧可以获得信号的相互连续的频率，使得在短时间间隔内接收大量数据。当与例如位于道路边缘上的基础设施通信的车辆以相当大的速度移动时，这也可以证明是必要的。
具体地，优选的是，通过相同的光子部件来确保端到端的通信。如果在所述光子部件从发射车辆接收相应信号期间的短时间内，接收方实际上可以经由单个发射锥体接收通信的所有数据，则情况将是这样。
如果数据的接收频率不足，或者等效地，如果一起通信的车辆的相对速度对于由相同的光子部件确保端到端的通信来说太高，则可以设想使用对应于另一发射锥体的其它光子部件来继续通信。这些其它光子部件将可能基于收集关于通信车辆的环境的数据(例如，经由发射车辆所配备的照相机22收集的数据)根据需要来确定。
借助于根据本发明的第一方面的系统，可以从一个或多个被识别的发射器接收通信信号，以及这种消息源自哪一个发射器。因此，通信系统允许经由所接收的信号的鉴别能力(或区分能力)使接收通信信号的车辆或基础设施能够明确地确定其发射器。因此，可以防止能够从不确定的发射器接收通信信号，这使得根据本发明的第一方面的通信系统有效并且更能抵抗入侵。此外，由使用现有技术的通信技术(特别是由于其广播性质)引起的电磁污染和带宽拥塞被显著地减少。
因此，本发明利用了以下所述事实，即，通信信号的传播方向形成每个光子部件或被限定的一组光子部件的发射和/或接收特性集的一部分。
图4中所示的发射锥体41、42和图6中所示的接收锥体51、52以成对的方式被严格区分。换句话说，即使所述锥体无限延伸，所述锥体也不会交互。然而，本发明不限于锥体之间的这种类型的区别。例如，锥体可以在特定距离处相交，并且特别地在无穷远处相交，只要该距离大于通信信号100所承载的消息可以被传送经过的距离。更具体地，由于光无线通信信号100在有效通信距离方面具有有限的范围，所以重要的是发射和/或接收光锥体至少在通信系统的有效通信距离上彼此不同。
具体地，在光子器件的每个光子部件或每组光子部件的发射和/或接收方向性方面的约束分别在发射和/或接收锥体的立体角方面是可量化的。该立体角σ的值基本上取决于光子部件的特性，并且在适当的情况下取决于这些部件与之一起布置的光学装置，例如前述的成形光学器件。换句话说，每个光子部件或一组光子部件的发射和/或接收锥体的立体角的值基本上与被设置或至少不会大幅度变化的物理特性有关。所述立体角的值还可以与光子部件的操作参数有关(例如，提供给部件的电流)，或者与光学装置相对于光子部件的任何移动有关。此外，就发射和/或接收锥体具有被限定的立体角而言，在光子器件的每个光子部件或每组光子部件的发射和/或接收方向性方面的约束可以被转换成其发射和/或接收锥体与另一光子部件或另一组光子部件的发射和/或接收锥体不相交的项。发射和/或接收锥体的不相交的概念可以取决于通信信号的发射和接收的地点之间的距离。因此，这些锥体在通信系统的被限定的、优选地最大的有效通信距离之外不会相交或不可察觉地相交就足够了。在这种意义上，光子部件的发射和/或接收波长、所提供的电流和光发射的范围是多个参数，所述多个参数允许调节所述有效通信距离，并因此可选地以常规试验为代价允许在通信效力的约束与发射和/或接收方向性的约束之间找到折衷。
多个光子部件111可以包括第一光子部件或第一组光子部件，所述第一光子部件或第一组光子部件被配置为发射光无线通信信号100，该光无线通信信号100的波长属于人类可见的光谱，且具有或不具有波长转换装置。在这种情况下，可以对光无线通信信号进行参数化，以便同时或相继地不仅参与其通信功能，而且参与调节光度功能。因此，根据该特征的通信系统1具有除了发光装置21允许执行所述调节光度功能之外还避免了额外的源和额外模块的优点。
可选地或另外地，多个光子部件111可以包括第二光子部件或第二组光子部件，所述第二光子部件或第二组光子部件被配置为发射人类可见的光谱之外的诸如红外线或紫外线的光无线通信信号。
此外，发射车辆所配备的光子器件11和接收车辆所配备的光子器件11可以有利地彼此相同。如上所述的光子器件11可以有效地用于发射和接收光无线通信信号100。然而，接收侧所使用的光子部件不能与发射侧一起使用，反之亦然。然而，有利的是可以在接收侧使用光子器件11的某些光子部件，而光子器件11的其它光子部件在发射侧以伴随的方式被使用。
根据另一方面，本发明还涉及一种发光装置21，例如图3中所示的发光装置，所述发光装置能够至少部分地执行至少一个调节光度功能，并且包括至少一个例如上述的通信系统1。发光装置21不限于位于机动车辆的前部处的前灯，而是例如还可以是位于车辆的后部处的停车灯或指示灯。这种发光装置还可以执行优化照明功能，例如ADB功能(ADB是自适应驾驶光束的首字母缩写)、DBL功能(DBL是动态转向灯的首字母缩写)、或产生不耀眼远光的类型的功能。
本发明不限于所描述的实施例，而是包括由所附权利要求覆盖的任何实施例。
特别地，该通信系统还可以包括额外的通信装置，所述通信装置功能性地连接到控制电子装置，并且被配置为实施WifiTM技术、蓝牙技术和全向光无线通信技术中的至少一种通信技术。
因此，可以限定多个通信模式，尤其是实施光子器件11的第一通信模式和实施现有技术的通信技术中的至少一个通信模式。这些通信模式可以被连续地实施。例如，第一通信模式可以用于将数据通信给目标，其中该数据允许将用于随后经由现有技术通信技术发射的加密数据在从第一通信模式转到至少一个第二通信模式之后被解密。
应当注意，与VLC(可见光通信的缩写)通信系统相反，根据本发明的通信系统1，即使在一天的中间，因为该通信系统利用的通信信号的方向性，因此允许有效的通信，特别是与发射对人可见的光的光子部件的通信。具体地，由于光子部件仅捕获被记录在限定的接收锥体中的光信号，所以所述光子部件不易受光学噪声的影响或影响较小。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：用于调整光源的方法