DE112020002819T5

DE112020002819T5 - Lichtempfangende Vorrichtung

Info

Publication number: DE112020002819T5
Application number: DE112020002819.4T
Authority: DE
Inventors: Koya TAKATA; Hiroki Sugiyama; Fujio Okumura
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2019-06-13
Filing date: 2020-06-08
Publication date: 2022-03-24
Also published as: JPWO2020250850A1; CN113811798A; JP7140286B2; US11817910B2; WO2020250850A1; US20220360341A1; CN113811798B

Abstract

Um eine kontinuierliche optische Raumkommunikation zu ermöglichen, selbst wenn ein Teil einer Lichtempfangsfläche abgeschirmt ist, umfasst diese Lichtempfangsvorrichtung: eine Lichtleiterplatte (11), bei der es sich um ein transparentes Element handelt, das eine erste und eine zweite Oberfläche als Hauptflächen aufweist, die einander gegenüberliegen, und die an mindestens einem Ende ein Emissionsende aufweist; eine Wellenplatte (12), die auf der ersten Oberfläche der Lichtleiterplatte (11) angeordnet ist und ein optisches Signal mit zirkularer Polarisation in lineare Polarisation umwandelt; eine Hologrammschicht (13), die auf der zweiten Oberfläche der lichtleitenden Platte angeordnet ist und die Ausbreitungsrichtung des in lineare Polarisation umgewandelten optischen Signals in Richtung des Emissionsendes der Lichtleiterplatte leitet; und einen Lichtempfänger (17), der das von dem Emissionsende der Lichtleiterplatte (11) emittierte optische Signal empfängt und das empfangene optische Signal in ein elektrisches Signal umwandelt.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lichtempfangsvorrichtung, die ein optisches Signal empfängt. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Lichtempfangsvorrichtung, die ein optisches Signal empfängt, das für die optische Raumkommunikation verwendet wird.
Stand der Technik
Bei der Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation oder der Straße-Fahrzeug-Kommunikation kann eine sichere Kommunikation mit großer Kapazität ohne Störung durch Funkwellen durchgeführt werden, wenn eine optische Raumkommunikation verwendet wird, bei der ein optisches Signal, das sich durch den Raum ausbreitet, gesendet und empfangen wird.
PTL 1 offenbart eine optische Sende-/Empfangsvorrichtung, die eine lichtemittierende Einheit, die ein optisches Signal zu einem anderen Fahrzeug sendet, eine lichtempfangende Einheit, die ein optisches Signal von einem anderen Fahrzeug empfängt, und eine omnidirektionale optische Komponente umfasst. Die Vorrichtung von PTL 1 ist beispielsweise an einem oberen Teil eines Automobils angebracht und kann durch die Lichtempfangseinheit optische Signale aus allen Richtungen in einer im Wesentlichen horizontalen Richtung empfangen, die von dem anderen Fahrzeug übertragen werden, um einen omnidirektionalen Empfang durchzuführen.
PTL 2 offenbart einen Fahrzeugdecoder mit einer Hologrammschicht, die ein von außen in einer vorbestimmten Richtung einfallendes optisches Signal beugt, einer Lichtleiterplatte, die das gebeugte optische Signal überträgt, einem Lichtempfangselement, das das übertragene optische Signal empfängt, und einem Decoder, der das empfangene optische Signal decodiert. Die Vorrichtung von PTL 2 wird beispielsweise in der Nähe einer Heckscheibe oder einer Frontscheibe angebracht und kann für die optische Raumkommunikation zwischen Fahrzeugen oder zwischen einer Straße und einem Fahrzeug verwendet werden.
Druckschriften
Patentliteratur

PTL 1: JP 2018-026095 A
PTL 2: JP 06-068379 A

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
In einem Fall, in dem ein abschirmendes Objekt wie Schlamm oder Schnee an einer Lichtempfangsfläche haftet, kann die Vorrichtung PTL 1 nicht mit einer Richtung kommunizieren, in der das abschirmende Objekt haftet. Da die Vorrichtung PTL 1 eine besondere Form hat, ist es außerdem schwierig, Maßnahmen wie das Anbringen eines Wischers zu ergreifen. Das heißt, die Vorrichtung PTL 1 hat das Problem, dass es schwierig ist, die Kommunikation in dem Fall fortzusetzen, in dem das abschirmende Objekt an einem Transceiver haftet.
Da in der Vorrichtung von PTL 2 das optische Signal von einem einzigen Lichtempfangselement empfangen wird, kann eine Lichtempfangsfläche, auf die das optische Signal von außen einfällt, eindimensional ausgedehnt werden, aber nicht zweidimensional erweitert werden. Wenn die Lichtempfangsfläche zweidimensional ausgedehnt werden kann, kann die Kommunikation fortgesetzt werden, selbst wenn das abschirmende Objekt an einem Teil der Lichtempfangsfläche haftet, aber eine Vielzahl von Lichtempfangselementen ist erforderlich.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die oben beschriebenen Probleme zu lösen und eine Lichtempfangsvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, eine kontinuierliche optische Raumkommunikation durchzuführen, selbst wenn ein Teil einer Lichtempfangsfläche abgeschirmt ist.
Lösung des Problems
Eine Lichtempfangsvorrichtung nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst: eine Lichtleiterplatte, die ein transparentes Element ist, das als Hauptoberflächen eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche aufweist, die einander zugewandt sind, und die ein Emissionsende aufweist, das an mindestens einem Endabschnitt der Lichtleiterplatte ausgebildet ist; eine Wellenplatte, die auf der ersten Oberfläche der Lichtleiterplatte angeordnet ist und ein optisches Signal aus zirkular polarisiertem Licht in linear polarisiertes Licht umwandelt; eine Hologrammschicht, die auf der zweiten Oberfläche der Lichtleiterplatte angeordnet ist und eine Ausbreitungsrichtung des in das linear polarisierte Licht umgewandelten optischen Signals in Richtung des Emissionsendes der Lichtleiterplatte leitet; und einen Lichtempfänger, der das von dem Emissionsende der Lichtleiterplatte emittierte optische Signal empfängt und das empfangene optische Signal in ein elektrisches Signal umwandelt.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine lichtempfangende Vorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, eine kontinuierliche optische Raumkommunikation durchzuführen, selbst wenn ein Teil einer lichtempfangenden Oberfläche abgeschirmt ist.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels einer Lichtempfangsvorrichtung gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Querschnittsansicht des Beispiels der Lichtempfangsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine weitere Querschnittsansicht des Beispiels der Lichtempfangsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein konzeptionelles Diagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels eines Automobils, an dem die Lichtempfangsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angebracht ist.
5 ist ein konzeptionelles Diagramm, das sich auf das Anwendungsbeispiel 1 bezieht, in dem die Lichtempfangsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung an einer Frontscheibe des Kraftfahrzeugs installiert ist.
6 ist ein konzeptionelles Diagramm zur Beschreibung der Lichtführung eines optischen Signals im Anwendungsbeispiel 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
7 ist ein konzeptionelles Diagramm zur Beschreibung des Lichtempfangs des optischen Signals in Anwendungsbeispiel 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
8 ist ein konzeptionelles Diagramm zur Beschreibung eines Lichtempfangsbereichs für das optische Signal im Anwendungsbeispiel 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
9 ist ein konzeptionelles Diagramm zur Beschreibung des Lichtempfangs des optischen Signals in einem Fall, in dem Wassertropfen an einer Oberfläche der Lichtempfangsvorrichtung haften, die an der Frontscheibe des Kraftfahrzeugs in Anwendungsbeispiel 1 gemäß der ersten Beispielsausführungsform der vorliegenden Erfindung installiert ist.
10 ist ein konzeptionelles Diagramm zu Anwendungsbeispiel 2, in dem die Lichtempfangsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auf einer Motorhaube des Automobils installiert ist.
11 ist ein konzeptionelles Diagramm, das sich auf das Anwendungsbeispiel 3 bezieht, in dem die Lichtempfangsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auf einem Dach des Automobils installiert ist.
12 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels einer Lichtempfangsvorrichtung gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
13 ist eine Querschnittsansicht des Beispiels der Lichtempfangsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
14 ist eine weitere Querschnittsansicht des Beispiels der Lichtempfangsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
15 ist ein konzeptionelles Diagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels eines Kraftfahrzeugs, an dem die Lichtempfangsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angebracht ist.
16 ist ein konzeptionelles Diagramm, das sich auf das Anwendungsbeispiel 4 bezieht, in dem die Lichtempfangsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung an einem Scheinwerfer des Automobils installiert ist.
17 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für ein Empfangssystem gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
18 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels einer Lichtempfangsvorrichtung gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Ausführungsbeispiel
Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Obwohl die nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele technisch vorteilhafte Beschränkungen für die Ausführung der vorliegenden Erfindung aufweisen, ist der Umfang der Erfindung nicht auf das Folgende beschränkt. In allen Zeichnungen, die für die Beschreibung der folgenden Ausführungsbeispiele verwendet werden, werden ähnliche Bauteile mit denselben Bezugszeichen versehen, es sei denn, es liegt ein besonderer Grund vor. In den folgenden Ausführungsbeispielen kann die wiederholte Beschreibung ähnlicher Bauteile und Vorgänge weggelassen werden. In allen Zeichnungen, die für die Beschreibung der folgenden Ausführungsbeispiele verwendet werden, sind die Größen und Formen der Komponenten, die Verbindungsbeziehung, die Positionsbeziehung und dergleichen zwischen den Komponenten Beispiele und nicht auf diese Formen beschränkt. Darüber hinaus ist die Richtung eines Pfeils in den Zeichnungen ein Beispiel und begrenzt nicht die Richtung, in der sich Licht oder ein Signal ausbreitet. Eine Linie, die die Ausbreitung von Licht in den Zeichnungen anzeigt, ist konzeptionell und zeigt nicht genau eine tatsächliche Ausbreitungsrichtung oder einen Zustand des Lichts an. Zum Beispiel kann in den folgenden Zeichnungen eine Änderung der Ausbreitungsrichtung oder des Zustands des Lichts aufgrund von Brechung, Reflexion, Streuung oder ähnlichem an einer Grenzfläche zwischen Luft und einer Substanz weggelassen werden, oder ein Lichtfluss kann durch eine Linie ausgedrückt werden.
Erstes Ausführungsbeispiel
Zunächst wird eine Lichtempfangsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Ein Wellenlängenband eines optischen Signals, das von der Lichtempfangsvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels empfangen wird, liegt in einem Infrarotbereich. Die Lichtempfangsvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels ändert eine Ausbreitungsrichtung eines einfallenden optischen Signals in Richtung eines Lichtempfängers unter Verwendung eines Hologrammelements als eine Art Beugungsgitter.
In einem Fall, in dem linear polarisiertes Signallicht durch das Hologrammelement geleitet wird, wird die Richtung, in die das Signallicht geleitet wird, durch die Polarisationsrichtung des Signallichts beeinflusst. Zum Beispiel, wenn Signallicht von linear polarisiertem Licht mit einer Polarisationsrichtung orthogonal zu einer Polarisationsrichtung (im Folgenden wird diese Polarisationsrichtung auch als eine vorbestimmte Richtung bezeichnet) von linear polarisiertem Licht, das durch das Hologrammelement in Richtung des Lichtempfängers geführt wird, auf das Hologrammelement einfällt, wird das Signallicht nicht in Richtung des Lichtempfängers geführt, und somit wird der größte Teil des optischen Signals nicht vom Lichtempfänger empfangen.
Um eine solche Situation zu vermeiden, wird in einer Lichtsendevorrichtung (nicht dargestellt) ein optisches Signal aus linear polarisiertem Licht mit einer Polarisationsrichtung in zirkular polarisiertes Licht umgewandelt und dann in Richtung der Lichtempfangsvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels übertragen. Beim Empfang des optischen Signals des zirkular polarisierten Lichts, das von der lichtübertragenden Vorrichtung übertragen wird, wandelt die lichtempfangende Vorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine Polarisationsrichtung des Signallichts des zirkular polarisierten Lichts in das linear polarisierte Licht in der vorbestimmten Richtung um und bewirkt dann, dass das linear polarisierte Licht auf das Hologrammelement einfällt. Wenn das optische Signal des linear polarisierten Lichts, dessen Polarisationsrichtung die vorbestimmte Richtung ist, auf das Hologrammelement auftrifft, wird das optische Signal zum Lichtempfänger geleitet. Wie oben beschrieben, wird das linear polarisierte Licht mit einer Polarisationsrichtung in das zirkular polarisierte Licht umgewandelt, und das zirkular polarisierte Licht wird übertragen und empfangen, so dass die Lichtempfangsvorrichtung das linear polarisierte Licht, dessen Polarisationsrichtung die vorbestimmte Richtung ist, zum Lichtempfänger leitet, und der Lichtempfänger das linear polarisierte Licht empfangen kann.
Konfiguration
1 bis 3 sind konzeptionelle Diagramme zur Beschreibung eines Beispiels einer Konfiguration einer Lichtempfangsvorrichtung 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels. 1 ist eine perspektivische Ansicht des Beispiels der Lichtempfangsvorrichtung 10. 2 ist eine Querschnittsansicht der Lichtempfangsvorrichtung 10 entlang einer Linie A-A in 1. 3 ist eine Querschnittsansicht der Lichtempfangsvorrichtung 10 entlang einer Linie B-B in 2. In den 2 und 3 sind Pfeile dargestellt, die konzeptionell einen Zustand der Lichtausbreitung illustrieren.
Die Lichtempfangsvorrichtung 10 umfasst eine Lichtleiterplatte 11, eine Wellenplatte 12, eine Hologrammschicht 13, eine Relais-Lichtleiterplatte 15, eine gerichtete Lichtleiterschicht 16 und einen Lichtempfänger 17.
Die Lichtleiterplatte 11 ist ein plattenförmiges transparentes Element, das als Hauptflächen eine erste Oberfläche 111 und eine zweite Oberfläche 112 aufweist, die einander gegenüberliegen. Das transparente Element ist ein Element mit geringer Lichtdämpfung in einem Wellenlängenbereich, der eine Wellenlänge des optischen Signals einschließt. Die Lichtleiterplatte 11 ist vorzugsweise aus einem Material hergestellt, das eine geringe Lichtdämpfung in einem Wellenlängenbereich aufweist, der einen sichtbaren Bereich und einen Infrarotbereich umfasst. Ein Emissionsende 113 ist an einer Endfläche der Lichtleiterplatte 11 ausgebildet. Die Lichtleiterplatte 11 hat eine plattenartige Außenform, und das Emissionsende 113 ist an einer Endfläche der Lichtleiterplatte 11 ausgebildet. Die erste Fläche 111 ist eine Lichtempfangsfläche, die das optische Signal empfängt, nachdem es die Wellenplatte 12 durchlaufen hat. Das Emissionsende 113 ist ein Endabschnitt, von dem das optische Signal, das sich innerhalb der Lichtleiterplatte 11 ausgebreitet hat, emittiert wird. Es ist zu beachten, dass in 1 die Lichtleiterplatte 11 in einer flachen Plattenform dargestellt ist, die Lichtleiterplatte 11 kann jedoch in einer gekrümmten Oberflächenform ausgebildet sein oder einen gekrümmten Oberflächenabschnitt aufweisen.
Die Wellenplatte 12 ist auf der ersten Oberfläche 111 der Lichtleiterplatte 11 angeordnet. Die Hologrammschicht 13 ist auf der zweiten Oberfläche 112 der Lichtleiterplatte 11 angeordnet. Das heißt, die Lichtleiterplatte 11 ist zwischen der Wellenplatte 12 und der Hologrammschicht 13 eingebettet. Die Relais-Lichtleiterplatte 15 ist am Emissionsende 113 der Lichtleiterplatte 11 angeordnet.
Die Lichtleiterplatte 11 ist aus einem Material geformt, das Licht wie das optische Signal durchlässt. Die Lichtleiterplatte 11 kann zum Beispiel aus einem Material wie Glas oder Kunststoff hergestellt sein.
Die Ausbreitungsrichtung des optischen Signals (linear polarisiertes Licht), das die Wellenplatte 12 durchlaufen hat und von der ersten Oberfläche 111 auf die Innenseite der Lichtleiterplatte 11 auftrifft, wird durch die auf der zweiten Oberfläche 112 angeordnete Hologrammschicht 13 in Richtung des Emissionsendes 113 geändert.
Das optische Signal, dessen Ausbreitungsrichtung durch die Hologrammschicht 13 geändert wurde, breitet sich innerhalb der Lichtleiterplatte 11 in Richtung des Emissionsendes 113 aus. In 3 ist ein Zustand, in dem sich das empfangene optische Signal innerhalb der Lichtleiterplatte 11 in Richtung der Relais-Lichtleiterplatte 15 ausbreitet, durch Pfeile dargestellt.
Die Wellenplatte 12 ist auf der ersten Oberfläche der Lichtleiterplatte 11 angeordnet. Die Wellenplatte 12 ist eine Viertelwellenplatte, die einer Polarisationsebene des sich durch den Raum ausbreitenden optischen Signals eine Phasendifferenz von λ/4 (π/2) verleiht und das optische Signal aus dem zirkular polarisierten Licht in das linear polarisierte Licht in der vorbestimmten Richtung umwandelt (λ: Wellenlänge des optischen Signals). Das von der Wellenplatte 12 in das linear polarisierte Licht in der vorgegebenen Richtung umgewandelte optische Signal tritt in die erste Oberfläche 111 der Lichtleiterplatte 11 ein.
Die Hologrammschicht 13 ist auf der zweiten Oberfläche 112 der Lichtleiterplatte 11 angeordnet. Die Hologrammschicht 13 ändert die Ausbreitungsrichtung des optischen Signals (linear polarisiertes Licht in der vorgegebenen Richtung). Die vorbestimmte Richtung ist eine Polarisationsrichtung, nachdem das optische Signal des zirkular polarisierten Lichts die Wellenplatte 12 durchläuft und zu linear polarisiertem Licht wird. Die Hologrammschicht 13 ist entsprechend der Polarisationsrichtung (Polarisationsrichtung in der vorgegebenen Richtung) des optischen Signals, das die Wellenplatte 12 durchlaufen hat und in linear polarisiertes Licht umgewandelt wurde, gestaltet. Die Hologrammschicht 13 leitet das optische Signal, dessen Polarisationsrichtung die vorgegebene Richtung ist und das von der ersten Oberfläche 111 der Lichtleiterplatte 11 auf die Lichtleiterplatte 11 auftrifft, so dass sich das optische Signal in Richtung des Emissionsendes 113 bewegt.
Die Hologrammschicht 13 wird beispielsweise durch eine Hologramm-Lichtleiterfolie realisiert, die selektiv ein optisches Signal (linear polarisiertes Licht) mit einer vorgegebenen Wellenlänge leitet. Beispielsweise liegt die Wellenlänge des optischen Signals (linear polarisiertes Licht), das von der Hologramm-Lichtleiterfolie geleitet wird, in einem 1,5 µm-Band, und das optische Signal ist Infrarotlicht.
Die Hologrammschicht 13 ist beispielsweise als Beugungsgitter vom Reflexionstyp mit einer Struktur konfiguriert, in der eine Vielzahl von Gittern jeweils eine Höhe in der Größenordnung von µm haben. Die Hologrammschicht 13 kann zum Beispiel durch ein Blaze-Beugungsgitter oder ein holografisches Beugungsgitter realisiert werden. Die Hologrammschicht 13 ist mit einem Gitterintervall konfiguriert, in dem sich das von der ersten Oberfläche 111 einfallende Licht in Richtung des Emissionsendes 113 bewegt.
Die Relais-Lichtleiterplatte 15 ist ein transparentes Element mit einer dritten Oberfläche 151 und einer vierten Oberfläche 152, die einander gegenüberliegen. Ein Relais-Emissionsende 153 ist an einer Endfläche der Relais-Lichtleiterplatte 15 ausgebildet. Die dritte Fläche 151 ist eine Lichtempfangsfläche, die das vom Emissionsende 113 der Lichtleiterplatte 11 ausgesendete optische Signal empfängt. Das Relais-Emissionsende 153 ist ein Endabschnitt, von dem das optische Signal, das sich innerhalb der Relais-Lichtleiterplatte 15 ausgebreitet hat, emittiert wird. Die Relais-Lichtleiterplatte 15 ist so angeordnet, dass die dritte Fläche 151 dem Emissionsende 113 der Lichtleiterplatte 11 zugewandt ist. Die gerichtete Lichtleiterschicht 16 ist auf der vierten Oberfläche 152 der Relais-Lichtleiterplatte 15 angeordnet. Der Lichtempfänger 17 ist am Relais-Emissionsende 153 der Relais-Lichtleiterplatte 15 angeordnet.
Das optische Signal, das von der dritten Oberfläche 151 in das Innere der Relais-Lichtleiterplatte 15 gelangt ist, wird durch die gerichtete Lichtleiterschicht 16 geführt, zwischen der dritten Oberfläche 151 und der vierten Oberfläche 152 total reflektiert und breitet sich zum Relais-Emissionsende 153 aus. Das optische Signal, das sich im Inneren der Lichtleiterplatte 11 ausgebreitet und das Relais-Emissionsende 153 erreicht hat, wird von dem Relais-Emissionsende 153 in Richtung des Lichtempfängers 17 ausgestrahlt.
Die gerichtete Lichtleiterschicht 16 ist auf der vierten Oberfläche 152 der Relais-Lichtleiterplatte 15 angeordnet. Die gerichtete Lichtleiterschicht 16 ändert die Ausbreitungsrichtung des optischen Signals so, dass das von der dritten Fläche 151 auf die Innenseite der Relais-Lichtleiterplatte 15 einfallende Licht zum Relais-Emissionsende 153 geleitet wird.
Beispielsweise ist die gerichtete Lichtleiterschicht 16 so konfiguriert, dass sie aus einer Vielzahl von Mikrospiegeln besteht, die die Ausbreitungsrichtung des optischen Signals, das sich innerhalb der Relais-Lichtleiterplatte 15 bewegt, in Richtung des Lichtempfängers 17 reflektiert. Die gerichtete Lichtleiterschicht 16 kann so konfiguriert sein, dass sie aus einer Vielzahl von vorstehenden Strukturen mit einer reflektierenden Oberfläche besteht, die die Ausbreitungsrichtung des optischen Signals von der vierten Oberfläche 152 der Relais-Lichtleiterplatte 15 zum Lichtempfänger 17 reflektiert. Außerdem kann die gerichtete Lichtleiterschicht 16 eine Hologrammschicht ähnlich der Hologrammschicht 13 enthalten.
Der Lichtempfänger 17 ist mit einer Lichtempfangsfläche 171 angeordnet, die dem Relais-Emissionsende 153 der Relais-Lichtleiterplatte 15 zugewandt ist. Der Lichtempfänger 17 empfängt das vom Relaisabstrahlende 153 der Relais-Lichtleiterplatte 15 abgestrahlte optische Signal. Der Lichtempfänger 17 wandelt das empfangene optische Signal in ein elektrisches Signal um. Der Lichtempfänger 17 gibt das umgewandelte elektrische Signal an einen Decoder (nicht dargestellt) aus.
Der Lichtempfänger 17 kann zum Beispiel durch ein Element wie eine Fotodiode oder einen Fototransistor realisiert werden. Wenn der Lichtempfänger 17 durch eine Avalanche-Fotodiode realisiert wird, kann eine Hochgeschwindigkeitskommunikation unterstützt werden. Es ist zu beachten, dass der Lichtempfänger 17 durch ein anderes Element als die Fotodiode, den Fototransistor oder die Avalanche-Fotodiode realisiert werden kann, solange das Element ein optisches Signal in ein elektrisches Signal umwandeln kann.
Der Lichtempfänger 17 empfängt das optische Signal im infraroten Bereich. Der Lichtempfänger 17 empfängt das optische Signal mit einer Wellenlänge beispielsweise im 1,5 µm (Mikrometer)-Band. Es ist zu beachten, dass das Wellenlängenband des vom Lichtempfänger 17 empfangenen optischen Signals nicht auf das 1,5 µm-Band beschränkt ist und entsprechend der Wellenlänge des von der lichtübertragenden Vorrichtung (nicht abgebildet) übertragenen optischen Signals frei eingestellt werden kann. Das Wellenlängenband des vom Lichtempfänger 17 empfangenen optischen Signals kann z. B. auf ein 0,8 µm-Band, ein 1,55 µm-Band oder ein 2,2 µm-Band eingestellt werden. Darüber hinaus kann das Wellenlängenband des vom Lichtempfänger 17 empfangenen optischen Signals z. B. ein 0,8- bis 1-µm-Band sein. Wenn das Wellenlängenband des optischen Signals kürzer ist, ist die Absorption durch Feuchtigkeit in der Atmosphäre geringer, was für die optische Raumkommunikation bei Regen von Vorteil ist.
Auf der Lichtempfangsfläche 171 des Lichtempfängers 17 kann ein Farbfilter angeordnet sein, der selektiv Licht im Wellenlängenbereich des optischen Signals durchlässt. Da der Lichtempfänger 17 das optische Signal im Infrarotbereich empfängt, wird der Farbfilter, der selektiv das Licht im Wellenlängenbereich des empfangenen optischen Signals durchlässt, angeordnet. Wenn der Lichtempfänger 17 so konfiguriert ist, dass der Farbfilter auf der Lichtempfangsfläche 171 des Lichtempfängers 17 angeordnet ist und das optische Signal, das den Farbfilter durchlaufen hat, auf den Lichtempfänger 17 auftrifft, wird das Signal-RauschVerhältnis (S/N-Verhältnis) verbessert.
Die Konfiguration der Lichtempfangsvorrichtung 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels wurde oben beschrieben. Es ist zu beachten, dass die in den 1 bis 3 dargestellte Konfiguration ein Beispiel ist und dass die Konfiguration der Lichtempfangsvorrichtung 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels nicht auf diese Form beschränkt ist.
Anwendungsbeispiel
Im Folgenden wird das Anwendungsbeispiel 1 der Lichtempfangsvorrichtung 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 4 ist ein Konzeptdiagramm, das ein Beispiel für ein Fahrzeug 100 zeigt, an dem die Lichtempfangsvorrichtung 10 montiert ist.
Anwendungsbeispiel 1
Anwendungsbeispiel 1 ist ein Beispiel, in dem die Lichtempfangsvorrichtung 10 an einer Frontscheibe 101 des Fahrzeugs 100 angebracht ist. 5 ist eine Querschnittsansicht der Lichtempfangsvorrichtung 10, die an der Frontscheibe 101 installiert ist, entlang einer Linie C-C in 4. Man beachte, dass die Lichtempfangsvorrichtung 10 an einer Heckscheibe oder einer Seitenscheibe des Fahrzeugs 100 angebracht werden kann. Die Lichtempfangsvorrichtung 10 kann auch an einer Spiegelfläche wie einem Rückspiegel oder einem Seitenspiegel des Fahrzeugs angebracht werden.
Die Lichtempfangsvorrichtung 10 wird an einer Stelle der Frontscheibe 101 installiert, wobei die Wellenplatte 12 zur Außenseite des Fahrzeugs und die Hologrammschicht 13 zur Innenseite des Fahrzeugs zeigt. Beispielsweise wird die Lichtempfangsvorrichtung 10 an einer Außenseite oder einer Innenseite einer Fensterscheibe der Frontscheibe 101 angebracht. Die lichtempfangende Vorrichtung 10 kann auch anstelle der Frontscheibe 101 eingebaut werden.
Licht in einem anderen Wellenlängenband als dem Wellenlängenband des optischen Signals, das in dem Licht enthalten ist, das durch die Wellenplatte 12 hindurchgeht und in die Lichtleiterplatte 11 eintritt, passiert die Hologrammschicht 13 und tritt in das Fahrzeug 100 ein. Daher wird das Sichtfeld eines Fahrzeuginsassen im Fahrzeug 100 nicht blockiert, selbst wenn die Lichtempfangsvorrichtung 10 an der Frontscheibe 101 angeordnet ist.
In einem Fall, in dem die Lichtempfangsvorrichtung 10 auf der Frontscheibe 101 angeordnet ist, ist es wünschenswert, dass eine Oberfläche der Lichtempfangsvorrichtung 10 mit einem Photokatalysator oder ähnlichem beschichtet ist, so dass es weniger wahrscheinlich ist, dass Schmutz an der Oberfläche haftet. Die Oberfläche der Lichtempfangsvorrichtung 10 kann einer hydrophilen oder wasserabweisenden Behandlung unterzogen werden, um das Anhaften von Wassertropfen zu verhindern. So ist die Lichtempfangsvorrichtung 10 vorzugsweise so gestaltet, dass die an der Oberfläche der Lichtempfangsvorrichtung 10 anhaftenden Wassertröpfchen mit einem Wischer abgewischt werden. Darüber hinaus kann z. B. eine Heizung an der Frontscheibe 101 angebracht sein, um eine Betauung der Oberfläche der Lichtempfangsvorrichtung 10 zu verhindern.
6 ist ein konzeptionelles Diagramm zur Beschreibung eines Ausbreitungszustandes des optischen Signals in dem Beispiel, in dem die Lichtempfangsvorrichtung 10 an der Frontscheibe 101 des Automobils installiert ist. Das von außen kommende optische Signal wird durch die Wellenplatte 12 von zirkular polarisiertem Licht in linear polarisiertes Licht umgewandelt und tritt in die Lichtleiterplatte 11 ein. Wie in 6 dargestellt, wird die Ausbreitungsrichtung des optischen Signals, das in die Lichtleiterplatte 11 eingetreten ist, durch die Hologrammschicht 13 in Richtung der Relais-Lichtleiterplatte 15 geändert, und das optische Signal breitet sich innerhalb der Lichtleiterplatte 11 aus. Die Ausbreitungsrichtung eines Teils des optischen Signals, das von der Lichtleiterplatte 11 in die Relais-Lichtleiterplatte 15 eingetreten ist, wird durch die gerichtete Lichtleiterschicht 16 in Richtung des Lichtempfängers 17 geändert und vom Lichtempfänger 17 empfangen.
7 ist ein konzeptionelles Diagramm zur Beschreibung der Lichtführung des optischen Signals in dem Beispiel, in dem die Lichtempfangsvorrichtung 10 an der Frontscheibe 101 des Fahrzeugs 100 installiert ist. In dem Fall, in dem die lichtempfangende Vorrichtung 10 an der Frontscheibe 101 installiert ist, kann die gesamte Oberfläche der Wellenplatte 12 ein lichtempfangender Bereich sein. Daher wird, wie in 7 dargestellt, das auf die Wellenplatte 12 auftreffende optische Signal von dem Lichtempfänger 17 auch dann empfangen, wenn das optische Signal von irgendeinem der Lichtempfangsbereiche 140 empfangen wird, von denen jeder von einem gestrichelten Kreis umgeben ist. Selbst wenn also einige der Lichtempfangsbereiche 140, von denen jeder von einem gestrichelten Kreis umgeben ist, abgeschirmt sind, wird das von einem anderen der Lichtempfangsbereiche 140 empfangene optische Signal zum Lichtempfänger 17 geleitet.
8 zeigt ein Beispiel, bei dem der größte Teil einer Frontscheibe 101 eines hinterherfahrenden Fahrzeugs 100-2 durch ein vorausfahrendes Fahrzeug 100-1 verdeckt wird. In dem Beispiel von 8 ist die Lichtempfangsvorrichtung 10 zumindest an der Frontscheibe 101 des Fahrzeugs 100-2 angebracht. Selbst in dem in 8 dargestellten Fall, wenn ein Teil der Frontscheibe 101 des Fahrzeugs 100-2 von der Lichtübertragungsvorrichtung (nicht dargestellt) aus gesehen wird, kann das optische Signal von jedem der Lichtempfangsbereiche 140 der an der Frontscheibe 101 des Fahrzeugs 100-2 installierten Lichtempfangsvorrichtung 10 empfangen werden.
9 ist ein konzeptionelles Diagramm zur Beschreibung des Lichtempfangs des optischen Signals in einem Fall, in dem Wassertropfen an der Oberfläche der Lichtempfangsvorrichtung 10 haften, die an der Frontscheibe 101 des Fahrzeugs 100 installiert ist, in dem die Lichtempfangsvorrichtung 10 installiert ist. Wie in 9 dargestellt, enthält ein Lichtempfangsbereich 140, der von einem gestrichelten Kreis umgeben ist, selbst in dem Fall, in dem die Wassertröpfchen an der Oberfläche der Lichtempfangsvorrichtung 10 haften, einen Abschnitt, in dem die Wassertröpfchen nicht haften. Daher kann die Lichtempfangsvorrichtung 10 selbst in dem Fall, in dem die Wassertröpfchen an der Oberfläche der Lichtempfangsvorrichtung 10 anhaften, das optische Signal in dem Bereich empfangen, in dem die Wassertröpfchen nicht anhaften. In einem Fall, in dem die gesamte Oberfläche der Lichtempfangsvorrichtung 10 nass ist, wird ein Wasserfilm auf der Oberfläche der Lichtempfangsvorrichtung 10 mit dem Wischer (nicht dargestellt) abgewischt, so dass die Lichtempfangsvorrichtung 10 weiterhin das optische Signal empfangen kann.
Wenn die Lichtempfangsvorrichtung 10 wie im Anwendungsbeispiel 1 an der Frontscheibe 101 des Fahrzeugs 100 angebracht ist, kann das von vorne ausgesandte optische Signal von einer breiten Lichtempfangsfläche empfangen werden. In dem Fall, in dem die Lichtempfangsvorrichtung 10 an der Frontscheibe 101 des Fahrzeugs 100 installiert ist, ist es einfach, das optische Signal zu empfangen, das im Wesentlichen horizontal von der Vorderseite des Fahrzeugs 100 übertragen wird. Es ist zu beachten, dass die Lichtempfangsvorrichtung 10 an der Heckscheibe, der Seitenscheibe, einem Spiegel oder ähnlichem des Fahrzeugs 100 installiert werden kann. Darüber hinaus kann die Lichtempfangsvorrichtung 10 nicht nur im Fahrzeug 100, sondern auch an einem beliebigen Fenster in einem Transportmittel, einem Gebäude oder dergleichen installiert werden.
Anwendungsbeispiel 2
Anwendungsbeispiel 2 ist ein Beispiel, in dem die Lichtempfangsvorrichtung 10 auf einer Motorhaube 103 des Fahrzeugs 100 installiert ist. 10 ist eine Querschnittsansicht der Lichtempfangsvorrichtung 10, die auf der Motorhaube 103 installiert ist, entlang der Linie C-C in 4. Es ist zu beachten, dass die Lichtempfangsvorrichtung 10 an einer Tür, einer Karosserie oder dergleichen des Fahrzeugs 100 angebracht sein kann. Die Lichtempfangsvorrichtung 10 ist auf der Motorhaube 103 installiert, wobei die Wellenplatte 12 zur Außenseite des Fahrzeugs 100 und die Hologrammschicht 13 zur Innenseite des Fahrzeugs 100 zeigt.
Anwendungsbeispiel 3
Anwendungsbeispiel 3 ist ein Beispiel, in dem die Lichtempfangsvorrichtung 10 auf einem Dach 102 des Fahrzeugs 100 installiert ist. 11 ist eine Querschnittsansicht der auf dem Dach 102 installierten Lichtempfangsvorrichtung 10 entlang der Linie C-C in 4. Die Lichtempfangsvorrichtung 10 ist auf dem Dach 102 installiert, wobei die Wellenplatte 12 zur Außenseite des Fahrzeugs 100 und die Hologrammschicht 13 zur Innenseite des Fahrzeugs 100 zeigt.
In dem Fall, in dem die Lichtempfangsvorrichtung 10 auf der Haube 103 oder dem Dach 102 installiert ist, wie in Anwendungsbeispiel 2 oder Anwendungsbeispiel 3, ist es nicht notwendig, die Transmission von anderem Licht als dem optischen Signal zu berücksichtigen. Daher ist in dem Fall, in dem die Lichtempfangsvorrichtung 10 auf der Haube 103 oder dem Dach 102 installiert ist, der Freiheitsgrad bei der Auswahl der Lichtdurchlässigkeit der Hologrammschicht 13 und der Dicke der Lichtempfangsvorrichtung 10 größer als in dem Fall, in dem die Lichtempfangsvorrichtung 10 auf der Frontscheibe 101 installiert ist.
Wenn die Lichtempfangseinrichtung 10 auf der Haube 103 oder dem Dach 102 installiert ist, kann das von oben gesendete optische Signal außerdem leichter empfangen werden, als wenn die Lichtempfangseinrichtung 10 auf der Frontscheibe 101 installiert ist. In einem Fall, in dem die Lichtübertragungsvorrichtung für das optische Signal in einer Ampel oder einer Straßenlaterne installiert ist, vergrößert die Installation der Lichtempfangsvorrichtung 10 auf der Haube 103 oder dem Dach 102, wie in Anwendungsbeispiel 2 oder Anwendungsbeispiel 3, die Lichtempfangsfläche für das optische Signal und verbessert eine Lichtempfangseffizi enz.
Wenn darüber hinaus Lichtempfangsvorrichtungen 10 an mindestens zwei der Frontscheibe 101, der Motorhaube 103 und dem Dach 102 installiert sind, kann ein Lichtempfangsbereich für das optische Signal weiter vergrößert werden, und somit kann das optische Signal kontinuierlich empfangen werden, selbst wenn eine optische Achse des übertragenen optischen Signals leicht verschoben ist. Wenn die Lichtempfangsvorrichtungen 10 an mehreren Stellen des Fahrzeugs 100 installiert sind und die Empfangsflächen für das optische Signal auf einer Oberfläche des Fahrzeugs 100 verteilt sind, kann die Kommunikation fortgesetzt werden, selbst wenn ein Teil der Lichtempfangsflächen abgeschirmt ist.
Die Lichtempfangsvorrichtung 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann nicht nur an der Frontscheibe 101, der Motorhaube 103 oder dem Dach 102, sondern auch an der Front, dem Heck, der Seite oder dergleichen des Fahrzeugs 100 angebracht werden. Wenn die Lichtempfangsvorrichtung 10 an der Tür, einem vorderen oder hinteren Stoßfänger oder dergleichen des Fahrzeugs 100 installiert ist, ist es einfach, das optische Signal zu empfangen, das im Wesentlichen horizontal in Bezug auf eine Straßenoberfläche übertragen wird.
Wie oben beschrieben, umfasst die Lichtempfangsvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels die Lichtleiterplatte, die Wellenplatte, die Hologrammschicht und den Lichtempfänger. Die Lichtempfangsvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels umfasst ferner die Relais-Lichtleiterplatte und die gerichtete Lichtleiterschicht, die das vom Emissionsende der Lichtleiterplatte emittierte optische Signal an den Lichtempfänger weiterleiten. Die Lichtleiterplatte ist das transparente Element, das als Hauptoberflächen die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche aufweist, die einander zugewandt sind, und hat das Emissionsende, das an mindestens einem Endabschnitt der Lichtleiterplatte ausgebildet ist. Die Wellenplatte ist auf der ersten Oberfläche der Lichtleiterplatte angeordnet und wandelt das optische Signal des zirkular polarisierten Lichts in das linear polarisierte Licht um. Die Hologrammschicht ist auf der zweiten Oberfläche der Lichtleiterplatte angeordnet und leitet die Ausbreitungsrichtung des in das linear polarisierte Licht umgewandelten optischen Signals in Richtung des Emissionsendes der Lichtleiterplatte. Die Relais-Lichtleiterplatte ist das transparente Element mit der dritten Oberfläche und der vierten Oberfläche, die einander zugewandt sind, hat das Relais-Emissionsende, das an mindestens einem Endabschnitt der Relais-Lichtleiterplatte ausgebildet ist, und ist so angeordnet, dass die dritte Oberfläche dem Emissionsende der Lichtleiterplatte zugewandt ist. Die gerichtete Lichtleiterschicht ist auf der vierten Oberfläche angeordnet und ändert die Ausbreitungsrichtung des optischen Signals, das sich innerhalb der Relais-Lichtleiterplatte bewegt, in Richtung des Relais-Sendeendes. Der Lichtempfänger empfängt das vom Relais-Emissionsende der Relais-Lichtleiterplatte emittierte optische Signal und wandelt das empfangene optische Signal in das elektrische Signal um.
In einem Aspekt des vorliegenden Ausführungsbeispiels leitet die Hologrammschicht das optische Signal des linear polarisierten Lichts, dessen Polarisationsrichtung die vorgegebene Richtung ist, zum Lichtempfänger. In einem Aspekt des vorliegenden Ausführungsbeispiels sind die Ausbreitungsrichtung des optischen Signals, das sich innerhalb der Lichtleiterplatte ausbreitet, und die Ausbreitungsrichtung des optischen Signals, das sich innerhalb der Relais-Lichtleiterplatte ausbreitet, einander kreuzende Richtungen. In einem Aspekt des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist die Wellenplatte die Viertelwellenplatte, die das optische Signal mit der Wellenlänge im Infrarotbereich vom zirkular polarisierten Licht in das linear polarisierte Licht umwandelt.
Beispielsweise wird die Lichtempfangsvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels auf mindestens einem Teil einer Oberfläche einer Fahrzeugkarosserie des Fahrzeugs installiert. Die Lichtempfangsvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird beispielsweise an einem Fenster des Fahrzeugs angebracht. Die Lichtempfangsvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird beispielsweise an einem Fenster eines anderen Transportmittels als des Fahrzeugs oder eines Gebäudes angebracht.
Die Lichtempfangsvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann zum Beispiel in einem Kraftfahrzeug installiert werden. Wenn die Lichtempfangsvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels installiert ist, kann eine Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation durch räumliche optische Kommunikation zwischen Fahrzeugen durchgeführt werden. Wenn die Lichtempfangsvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels so konfiguriert ist, dass sie das optische Signal empfängt, das von der auf einer Straße installierten Lichtsendevorrichtung (nicht dargestellt) übertragen wird, kann außerdem eine Kommunikation von Straße zu Fahrzeug durch räumliche optische Kommunikation zwischen der Straße und dem Fahrzeug durchgeführt werden.
Die Lichtempfangsvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann nicht nur für das Automobil, sondern auch für die räumliche optische Kommunikation zwischen sich bewegenden Körpern wie Flugzeugen, Schiffen, Zügen, Motorrädern, Fahrrädern und Drohnen eingesetzt werden. Die Lichtempfangsvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann auch für die räumliche optische Kommunikation zwischen Objekten in einem Zustand angewendet werden, in dem mindestens eines der Objekte stillsteht. Es ist zu beachten, dass die Anwendungsbeispiele der Lichtempfangsvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt sind, und die Lichtempfangsvorrichtung kann für die räumliche optische Kommunikation zwischen beliebigen Objekten angewendet werden, die an Positionen angeordnet sind, an denen das optische Signal gesendet und empfangen werden kann.
Gemäß der Lichtempfangsvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann die Lichtempfangsfläche für das optische Signal vergrößert werden, so dass der Lichtempfang des optischen Signals selbst dann weniger wahrscheinlich unterbrochen wird, wenn ein Teil der Lichtempfangsfläche durch ein Hindernis behindert wird oder eine Einfallsachse des optischen Signals leicht verschoben ist. Das heißt, dass gemäß der Lichtempfangsvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine kontinuierliche optische Raumkommunikation durchgeführt werden kann, selbst wenn ein Teil der Lichtempfangsfläche abgeschirmt ist.
Darüber hinaus kann in einem Fall, in dem das optische Signal das zirkular polarisierte Licht ist und die Lichtführung durch die Hologrammschicht von der Polarisationsrichtung des linear polarisierten Lichts abhängt, Rauschen in dem empfangenen optischen Signal auftreten, wenn zusätzlich zu dem optischen Signal auch Sonnenlicht empfangen wird. In der Lichtempfangsvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels leitet die Hologrammschicht das optische Signal (linear polarisiertes Licht), nachdem es die Wellenplatte durchlaufen hat, die das optische Signal des zirkular polarisierten Lichts in das linear polarisierte Licht umwandelt, dessen Polarisationsrichtung die vorgegebene Richtung ist, und somit kann das optische Signal selektiv vom Lichtempfänger empfangen werden. Daher ist es gemäß der Lichtempfangsvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels möglich, das Rauschen zu reduzieren, das bei der optischen Raumkommunikation aufgrund von externem Licht auftreten kann.
Zweites Ausführungsbeispiel
Nachfolgend wird eine Lichtempfangsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die Lichtempfangsvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels dadurch, dass eine Relais-Lichtleiterplatte und eine gerichtete Lichtleiterschicht nicht enthalten sind.
Konfiguration
12 bis 14 sind konzeptionelle Diagramme zur Beschreibung eines Beispiels für eine Konfiguration einer Lichtempfangsvorrichtung 20 des vorliegenden Ausführungsbeispiels. 12 ist eine perspektivische Ansicht des Beispiels der Lichtempfangsvorrichtung 20. 13 ist eine Querschnittsansicht der Lichtempfangsvorrichtung 20 entlang einer Linie D-D in 12. 14 ist eine Querschnittsansicht der Lichtempfangsvorrichtung 20 entlang einer Linie E-E in 12. In den 13 und 14 sind Pfeile dargestellt, die konzeptionell einen Zustand der Ausbreitung eines optischen Signals innerhalb der Lichtempfangsvorrichtung 20 illustrieren.
Die Lichtempfangsvorrichtung 20 umfasst eine Lichtleiterplatte 21, eine Wellenplatte 22, eine Hologrammschicht 23 und einen Lichtempfänger 27. Die Lichtleiterplatte 21, die Wellenplatte 22, die Hologrammschicht 23 und der Lichtempfänger 27 haben Konfigurationen, die der Lichtleiterplatte 11, der Wellenplatte 12, der Hologrammschicht 13 bzw. dem Lichtempfänger 17 der Lichtempfangsvorrichtung 10 des ersten Ausführungsbeispiels entsprechen.
Die Lichtleiterplatte 21 ist ein plattenförmiges transparentes Element, das als Hauptflächen eine erste Oberfläche 211 und eine zweite Oberfläche 212 aufweist, die einander gegenüberliegen. Das transparente Element ist ein Element, das Licht in einem Wellenlängenbereich durchlässt, der eine Wellenlänge des optischen Signals einschließt. Die Lichtleiterplatte 21 ist vorzugsweise ein Element, das Licht in einem Wellenlängenbereich durchlässt, der einen sichtbaren Bereich und einen Infrarotbereich umfasst. Die erste Fläche 211 ist eine Lichtempfangsfläche, die das sich im Raum ausbreitende optische Signal empfängt. Die Lichtleiterplatte 21 hat eine tropfenförmige äußere Form, und ein Emissionsende 213 ist an einer Endfläche eines Scheitelabschnitts der Lichtleiterplatte 21 ausgebildet. Das Emissionsende 213 ist ein Endabschnitt, von dem das optische Signal, das sich innerhalb der Lichtleiterplatte 21 ausbreitet, nach außen abgestrahlt wird. Es ist zu beachten, dass die Lichtleiterplatte 21 eine andere äußere Form als die Tropfenform haben kann, solange die Lichtleiterplatte 21 das Emissionsende 213 bilden kann, von dem das optische Signal in Richtung des einzelnen Lichtempfängers 27 emittiert wird. So kann die Lichtleiterplatte 21 beispielsweise eine beliebige Form wie einen Kreis, eine Ellipse, ein Vieleck, eine Eiform oder eine Kürbisform haben. Das Emissionsende 213 muss nicht an einem Scheitelpunkt oder einer Ecke positioniert sein, solange sich das Emissionsende 213 an einem Endabschnitt der Lichtleiterplatte 21 befindet.
Die Wellenplatte 22 ist auf der ersten Oberfläche 211 der Lichtleiterplatte 21 angeordnet. Die Hologrammschicht 23 ist auf der zweiten Oberfläche 212 der Lichtleiterplatte 21 angeordnet. Das heißt, die Lichtleiterplatte 21 ist zwischen der Wellenplatte 22 und der Hologrammschicht 23 eingebettet. Darüber hinaus ist der Lichtempfänger 27 am Austrittsende 213 der Lichtleiterplatte 21 angeordnet. Die Lichtleiterplatte 21 unterscheidet sich von der Lichtleiterplatte 11 des ersten Ausführungsbeispiels durch ihre äußere Form und dadurch, dass das Emissionsende 213, von dem das optische Signal in Richtung des einzelnen Lichtempfängers 27 emittiert wird, ausgebildet ist, aber ein Material, eine Funktion und dergleichen sind ähnlich denen der Lichtleiterplatte 11.
Die Ausbreitungsrichtung des optischen Signals (linear polarisiertes Licht), das die Wellenplatte 22 durchquert hat und von der ersten Oberfläche 211 auf die Innenseite der Lichtleiterplatte 21 auftrifft, wird durch die auf der zweiten Oberfläche 212 angeordnete Hologrammschicht 23 in Richtung des Emissionsendes 213 geändert. Das optische Signal, dessen Ausbreitungsrichtung durch die Hologrammschicht 23 geändert wurde, breitet sich innerhalb der Lichtleiterplatte 21 in Richtung des Emissionsendes 213 aus. In 14 ist ein Zustand, in dem sich das empfangene optische Signal innerhalb der Lichtleiterplatte 21 in Richtung des Lichtempfängers 27 ausbreitet, durch Pfeile dargestellt.
Die Wellenplatte 22 ist auf der ersten Oberfläche der Lichtleiterplatte 21 angeordnet. Die Wellenplatte 22 ist eine Viertelwellenplatte, die einer Polarisationsebene des sich im Raum ausbreitenden optischen Signals eine Phasendifferenz von λ/4 (π/2) verleiht und das optische Signal von zirkular polarisiertem Licht in linear polarisiertes Licht umwandelt (λ: Wellenlänge des optischen Signals). Das von der Wellenplatte 22 in linear polarisiertes Licht umgewandelte optische Signal tritt in die erste Oberfläche 211 der Lichtleiterplatte 21 ein. Die Wellenplatte 22 hat eine ähnliche Konfiguration wie die Wellenplatte 12 des ersten Ausführungsbeispiels.
Die Hologrammschicht 23 ist auf der zweiten Oberfläche 212 der Lichtleiterplatte 21 angeordnet. Die Hologrammschicht 23 ändert die Ausbreitungsrichtung des optischen Signals (linear polarisiertes Licht). Die Hologrammschicht 23 ist entsprechend einer Polarisationsrichtung in einer vorgegebenen Richtung ausgebildet. Die Hologrammschicht 23 leitet das optische Signal so, dass das von der ersten Oberfläche 211 der Lichtleiterplatte 21 auf die Lichtleiterplatte 21 einfallende Licht in Richtung des Emissionsendes 213 wandert. Die Hologrammschicht 23 hat eine ähnliche Konfiguration wie die Hologrammschicht 13 des ersten Ausführungsbeispiels.
Der Lichtempfänger 27 ist mit einer Lichtempfangsfläche 271 angeordnet, die dem Emissionsende 213 der Lichtleiterplatte 21 zugewandt ist. Der Lichtempfänger 27 empfängt das vom Emissionsende 213 der Lichtleiterplatte 21 emittierte optische Signal. Der Lichtempfänger 27 ist ein ähnliches Element wie der Lichtempfänger 17 des ersten Ausführungsbeispiels.
Die Konfiguration der Lichtempfangsvorrichtung 20 des vorliegenden Ausführungsbeispiels wurde oben beschrieben. Es ist zu beachten, dass die in den 12 bis 14 dargestellte Konfiguration ein Beispiel ist und dass die Konfiguration der Lichtempfangsvorrichtung 20 des vorliegenden Ausführungsbeispiels nicht auf diese Form beschränkt ist.
Anwendungsbeispiel
Nachfolgend werden Anwendungsbeispiele für die Lichtempfangsvorrichtung 20 des vorliegenden Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 15 ist ein Konzeptdiagramm, das ein Beispiel für ein Fahrzeug 200 zeigt, an dem die Lichtempfangsvorrichtung 20 montiert ist.
Anwendungsbeispiel 4
Anwendungsbeispiel 4 ist ein Beispiel, bei dem die Lichtempfangsvorrichtung 20 an einem Scheinwerfer 205 des Fahrzeugs 200 angebracht ist. 16 ist eine Querschnittsansicht der Lichtempfangsvorrichtung 20, die am Scheinwerfer 205 installiert ist, entlang einer Linie F-F in 15.
Der Scheinwerfer 205 enthält eine Lampe 251, das Bestrahlungslicht aussendet. An der Innenseite des Scheinwerfers 205 ist eine Reflexionsspiegelfläche 252 ausgebildet, die das von der Lampe 251 abgegebene Bestrahlungslicht reflektiert.
Die Lichtempfangsvorrichtung 20 wird an einer Position eines Bestrahlungsfensters des Scheinwerfers 205 installiert, wobei die Wellenplatte 22 der Außenseite des Scheinwerfers 205 und die Hologrammschicht 23 der Innenseite des Scheinwerfers 205 zugewandt ist. Die Lichtempfangsvorrichtung 20 kann an einer Außenseite des Bestrahlungsfensters, an einer Innenseite des Bestrahlungsfensters oder anstelle des Bestrahlungsfensters angeordnet sein.
Das optische Signal von außen wird durch die Wellenplatte 22 von zirkulär polarisiertem Licht in linear polarisiertes Licht umgewandelt und tritt in die Lichtleiterplatte 21 ein. Die Ausbreitungsrichtung des optischen Signals, das in die Lichtleiterplatte 21 eingetreten ist, wird durch die Hologrammschicht 23 in Richtung des Lichtempfängers 27 geändert, und das optische Signal wird von dem Lichtempfänger 27 empfangen. Das vom Ventil 251 emittierte Strahlungslicht wird von der Reflexionsspiegelfläche 252 reflektiert, durchläuft die Lichtempfangsvorrichtung 20 und wird nach außen abgestrahlt.
Wenn die Lichtempfangsvorrichtung 20 wie in Anwendungsbeispiel 4 am Scheinwerfer 205 angebracht ist, ist es einfach, Signallicht zu empfangen, das im Wesentlichen horizontal in Bezug auf eine Straßenoberfläche von der Vorderseite des Fahrzeugs ausgesendet wird. Es ist zu beachten, dass die Lichtempfangsvorrichtung 20 nicht nur am Scheinwerfer 205, sondern auch an einer Bremsleuchte, einem Fahrtrichtungsanzeiger oder ähnlichem angebracht sein kann. Die Lichtempfangsvorrichtung 20 kann nicht nur im Fahrzeug 200, sondern auch an jeder beliebigen Beleuchtung angebracht werden.
Wie oben beschrieben, umfasst die Lichtempfangsvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels die Lichtleiterplatte, die Wellenplatte, die Hologrammschicht und den Lichtempfänger. Die Lichtleiterplatte ist das transparente Element, das als Hauptoberflächen die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche hat, die einander gegenüberliegen, und das Emissionsende hat, das an mindestens einem Endabschnitt der Lichtleiterplatte ausgebildet ist. Die Wellenplatte ist auf der ersten Oberfläche der Lichtleiterplatte angeordnet und wandelt das optische Signal des zirkular polarisierten Lichts in das linear polarisierte Licht um. Die Hologrammschicht ist auf der zweiten Oberfläche der Lichtleiterplatte angeordnet und leitet die Ausbreitungsrichtung des in das linear polarisierte Licht umgewandelten optischen Signals in Richtung des Emissionsendes der Lichtleiterplatte. Der Lichtempfänger empfängt das vom Emissionsende der Lichtleiterplatte emittierte optische Signal und wandelt das empfangene optische Signal in ein elektrisches Signal um.
Die Form jeder der Hauptoberflächen der Lichtleiterplatte eines Aspekts des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist die Form eines Tropfens, bei der das Emissionsende am Scheitelabschnitt ausgebildet ist. Beispielsweise ist die Lichtempfangsfläche des Lichtempfängers mit dem am Scheitelabschnitt der tropfenförmigen Lichtleiterplatte ausgebildeten Emissionsende verbunden.
Beispielsweise wird die Lichtempfangsvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels auf mindestens einem Teil einer Oberfläche einer Fahrzeugkarosserie des Fahrzeugs installiert. Die Lichtempfangsvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird beispielsweise an einer Beleuchtung des Fahrzeugs angebracht. Die Lichtempfangsvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird beispielsweise an einer Beleuchtung eines anderen Transportmittels als des Fahrzeugs oder eines Gebäudes angebracht.
Drittes Ausführungsbeispiel
Als nächstes wird ein Empfangssystem gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 17 beschrieben. Das Empfangssystem des vorliegenden Ausführungsbeispiels umfasst die lichtempfangende Vorrichtung des ersten oder zweiten Ausführungsbeispiels. Das Empfangssystem des vorliegenden Ausführungsbeispiels dekodiert ein optisches Signal, das von der Lichtempfangsvorrichtung empfangen wird, und gibt dekodierte Informationen aus.
17 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration eines Empfangssystems 300 des vorliegenden Ausführungsbeispiels zeigt. Wie in 17 dargestellt, umfasst das Empfangssystem 300 eine Lichtempfangsvorrichtung 30, einen Decoder 31 und eine Ausgabevorrichtung 32.
Die Lichtempfangsvorrichtung 30 ist mit dem Decoder 31 verbunden. Bei der Lichtempfangseinrichtung 30 handelt es sich um mindestens eine der Lichtempfangseinrichtung 20 des ersten Ausführungsbeispiels oder der Lichtempfangseinrichtung 10 des zweiten Ausführungsbeispiels. Die Lichtempfangsvorrichtung 30 wandelt das empfangene Signal in ein elektrisches Signal um und überträgt das umgewandelte elektrische Signal an den Decoder 31.
Der Decoder 31 ist mit der Lichtempfangseinrichtung 30 und der Ausgabevorrichtung 32 verbunden. Der Decoder 31 empfängt das elektrische Signal von der Lichtempfangsvorrichtung 30. Der Decoder 31 dekodiert Daten aus dem empfangenen elektrischen Signal. Der Decoder 31 überträgt die dekodierten Daten an die Ausgabevorrichtung 32.
Die Ausgabevorrichtung 32 ist mit dem Decoder 31 verbunden. Die Ausgabevorrichtung 32 empfängt die Daten vom Decoder 31. Die Ausgabevorrichtung 32 gibt die empfangenen Daten aus. Beispielsweise wandelt die Ausgabevorrichtung 32 die empfangenen Daten in ein Bild oder einen Ton um und gibt das Bild oder den Ton aus. Die Ausgabevorrichtung 32 wird z. B. durch eine Anzeigevorrichtung oder eine Audiovorrichtung realisiert.
Das Empfangssystem 300 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist oben beschrieben worden. Es ist zu beachten, dass die Konfiguration in 17 ein Beispiel ist, und die Konfiguration des Empfangssystems 300 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist nicht auf diese Form beschränkt.
Wie oben beschrieben, umfasst das Empfangssystem des vorliegenden Ausführungsbeispiels die Lichtempfangsvorrichtung des ersten oder zweiten Ausführungsbeispiels, den Decoder, der die Daten unter Verwendung des von der Lichtempfangsvorrichtung umgewandelten elektrischen Signals decodiert, und die Ausgabevorrichtung, die die vom Decoder decodierten Daten ausgibt.
Viertes Ausführungsbeispiel
Als Nächstes wird eine Lichtempfangsvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf 18 beschrieben. Die Lichtempfangsvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels weist eine Konfiguration auf, in der die Lichtempfangsvorrichtungen der ersten und zweiten Ausführungsbeispiele vereinfacht sind.
18 ist ein konzeptionelles Diagramm zur Beschreibung eines Beispiels für eine Konfiguration einer Lichtempfangsvorrichtung 40 des vorliegenden Ausführungsbeispiels. Die Lichtempfangsvorrichtung 40 umfasst eine Lichtleiterplatte 41, eine Wellenplatte 42, eine Hologrammschicht 43 und einen Lichtempfänger 47.
Die Lichtleiterplatte 41 ist ein transparentes Element, das als Hauptflächen eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche aufweist, die einander gegenüberliegen. An mindestens einem Endabschnitt der Lichtleiterplatte 41 ist ein Emissionsende ausgebildet.
Die Wellenplatte 42 ist auf der ersten Oberfläche der Lichtleiterplatte 41 angeordnet. Die Wellenplatte 42 wandelt ein optisches Signal aus zirkulär polarisiertem Licht in linear polarisiertes Licht um.
Die Hologrammschicht 43 ist auf der zweiten Oberfläche der Lichtleiterplatte 41 angeordnet. Die Hologrammschicht 43 leitet die Ausbreitungsrichtung des in linear polarisiertes Licht umgewandelten optischen Signals in Richtung des Emissionsendes der Lichtleiterplatte 41.
Der Lichtempfänger 47 empfängt das vom Emissionsende der Lichtleiterplatte 41 ausgestrahlte optische Signal. Der Lichtempfänger 47 wandelt das empfangene optische Signal in ein elektrisches Signal um.
Wie oben beschrieben, umfasst die Lichtempfangsvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels die Lichtleiterplatte, die Wellenplatte, die Hologrammschicht und den Lichtempfänger. Die Lichtleiterplatte ist das transparente Element, das als Hauptflächen die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche aufweist, die einander gegenüberliegen. Das Emissionsende ist an mindestens einem Endabschnitt der Lichtleiterplatte ausgebildet. Die Wellenplatte ist auf der ersten Oberfläche der Lichtleiterplatte angeordnet. Die Wellenplatte wandelt das optische Signal des zirkular polarisierten Lichts in das linear polarisierte Licht um. Die Hologrammschicht ist auf der zweiten Oberfläche der Lichtleiterplatte angeordnet. Die Hologrammschicht lenkt die Ausbreitungsrichtung des in linear polarisiertes Licht umgewandelten optischen Signals in Richtung des Emissionsendes der Lichtleiterplatte. Der Lichtempfänger empfängt das vom Emissionsende der Lichtleiterplatte emittierte optische Signal. Der Lichtempfänger wandelt das empfangene optische Signal in ein elektrisches Signal um.
Da die Lichtempfangsvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels Licht durch eine zweidimensional erweiterte Lichtempfangsfläche empfängt, kann eine kontinuierliche optische Raumkommunikation durchgeführt werden, selbst wenn ein Teil der Lichtempfangsfläche abgeschirmt ist.
Obwohl die vorliegende Erfindung insbesondere anhand von beispielhaften Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt.
Es wird von denjenigen, die über die üblichen Kenntnisse auf dem Gebiet der Technik verfügen, verstanden werden, dass verschiedene Änderungen in Form und Details darin vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung, wie sie durch die Ansprüche definiert ist, abzuweichen.
Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-110496 , die am 13. Juni 2019 eingereicht wurde und deren Offenbarung hier vollständig durch Bezugnahme aufgenommen ist, und beansprucht deren Priorität.
Bezugszeichenliste

10, 20: Lichtempfangsvorrichtung
11, 21: Lichtleiterplatte
12, 22: Wellenplatte
13, 23: Hologrammschicht
15: Relais Lichtleiterplatte
16: gerichtete Lichtleiterschicht
17, 27: Lichtempfänger
30: Lichtempfangsvorrichtung
31: Decoder
32: Ausgabevorrichtung
100, 200: Fahrzeug
101: Frontscheibe
102: Dach
103: Haube
205: Scheinwerfer
251: Ventil
252: Reflexionsspiegelfläche
300: Empfangssystem

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2018026095 A [0004]
JP 6068379 A [0004]
JP 2019110496 [0093]

Claims

Lichtempfangsvorrichtung, die Folgendes umfasst: eine Lichtleiterplatte, bei der es sich um ein transparentes Element handelt, das als Hauptoberflächen eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche aufweist, die einander zugewandt sind, und die ein Emissionsende aufweist, das an mindestens einem Endabschnitt der Lichtleiterplatte ausgebildet ist; eine Wellenplatte, die auf der ersten Oberfläche der Lichtleiterplatte angeordnet ist und ein optisches Signal aus zirkular polarisiertem Licht in linear polarisiertes Licht umwandelt; eine Hologrammschicht, die auf der zweiten Oberfläche der Lichtleiterplatte angeordnet ist und eine Ausbreitungsrichtung des in das linear polarisierte Licht umgewandelten optischen Signals in Richtung des Emissionsendes der Lichtleiterplatte leitet; und einen Lichtempfänger, der das vom Emissionsende der Lichtleiterplatte ausgestrahlte optische Signal empfängt und das empfangene optische Signal in ein elektrisches Signal umwandelt.
Lichtempfangsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Hologrammschicht das optische Signal des linear polarisierten Lichts, dessen Polarisationsrichtung eine vorbestimmte Richtung ist, zum Lichtempfänger leitet.
Lichtempfangsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Form jeder der Hauptoberflächen der Lichtleiterplatte eine Tropfenform ist, bei der das Emissionsende an einem Scheitelabschnitt ausgebildet ist.
Lichtempfangsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die ferner Folgendes umfasst: eine Relais-Lichtleiterplatte und eine gerichtete Lichtleiterschicht, die das von dem Emissionsende der Lichtleiterplatte emittierte optische Signal an den Lichtempfänger weiterleiten, wobei die Relais-Lichtleiterplatte und die gerichtete Lichtleiterschicht zwischen dem Emissionsende der Lichtleiterplatte und dem Lichtempfänger vorgesehen sind, wobei die Relais-Lichtleiterplatte ein transparentes Element ist, das eine dritte Oberfläche und eine vierte Oberfläche hat, die einander gegenüberliegen, ein Relais-Emissionsende hat, das an mindestens einem Endabschnitt der Relais-Lichtleiterplatte ausgebildet ist, und so angeordnet ist, dass die dritte Oberfläche dem Emissionsende der Lichtleiterplatte gegenüberliegt, die gerichtete Lichtleiterschicht auf der vierten Oberfläche angeordnet ist und die Ausbreitungsrichtung des optischen Signals, das sich innerhalb der Relais-Lichtleiterplatte ausbreitet, in Richtung des Relais-Emissionsendes ändert, und der Lichtempfänger das vom Relais-Emissionsende der Relais-Lichtleiterplatte emittierte optische Signal empfängt und das empfangene optische Signal in ein elektrisches Signal umwandelt.
Lichtempfangsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Ausbreitungsrichtung des optischen Signals, das sich innerhalb der Lichtleiterplatte ausbreitet, und die Ausbreitungsrichtung des optischen Signals, das sich innerhalb der Relais-Lichtleiterplatte ausbreitet, sich kreuzende Richtungen sind.
Lichtempfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Wellenplatte eine Viertelwellenplatte ist, die das optische Signal mit einer Wellenlänge im Infrarotbereich aus dem zirkular polarisierten Licht in das linear polarisierte Licht umwandelt.
Fenster, an dem die Lichtempfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 angebracht ist.
Beleuchtung, an der die Lichtempfangseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 angebracht ist.
Fahrzeug, bei dem die Lichtempfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auf mindestens einem Teil einer Oberfläche einer Fahrzeugkarosserie installiert ist.
Empfangssystem, das Folgendes umfasst: die Lichtempfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5; einen Decoder, der Daten aus dem von der Lichtempfangsvorrichtung umgewandelten elektrischen Signal decodiert; und eine Ausgabevorrichtung, die die vom Decoder dekodierten Daten ausgibt.