Brevet FR3020533A1 — publié le 20151030

DISPOSITIF SEMI-TRANSPARENT DE COMMUNICATION PAR LUMIERE VISIBLE CODEE PERMETTANT DE VISUALISER UNE IMAGE AU TRAVERS DU DISPOSITIF ET DE RECEVOIR SIMULTANEMENT PLUSIEURS LUMIERES CODEES DIFFERENTES. La présente invention se rapporte aux dispositifs de communication par lumière visible de type VLC (acronyme de Visible Light Communication). ETAT DE LA TECHNIQUE Les dispositifs de communication par lumière visible (VLC) utilisent en général la modulation et la démodulation d'un faisceau lumineux pour transmettre une information entre deux points distants. L'émetteur et le récepteur sont des dispositifs électroniques qui ont pour fonction, pour l'émetteur de transformer des données (sonores, visuelles, informatiques) suivant un codage logique qui pourra être appliqué à la propagation du faisceau lumineux (modulation) et pour le récepteur de lire et de décoder le faisceau lumineux (démodulation) pour y extraire l'information d'origine. Ledit codage logique s'inscrit dans la variation d'une grandeur physique liée au faisceau lumineux, par exemple son intensité ou la fréquence des ondes electromagnétiques, donc la couleur du faisceau lumineux lorsque celui-ci est situé dans le visible. Le transport de la lumière peut se faire dans l'air ou au travers d'un guide de lumière comme une fibre optique. Le seuil de détection de la lumière modulée dépend de la sensibilité des récepteurs électroniques et du contraste entre cette lumière codlée et la lumière ambiante non codée. Les dispositifs électroniques utilisent généralement des diodes électroluminescentes, des photodiodes, des cellules photovoltaïques ou des photo-transistors pour l'émission et/ou la réception des signaux lumineux. Ils possèdent en général une surface plane qui reçoit la lumière de toutes les directions issues de l'espace placé au-dessus de ladite surface. Ledit capteur reçoit donc à la fois la lumière codée et la lumière ambiante qui n'est pas codée. L'intensité lumineuse globale reçue par ledit capteur est la somme des intensités lumineuses de la lumière codée et de la lumière ambiante. Le signal electrique émit par ledit capteur est donc la résultante de cette addition. Lorsque l'intensité de la lumière ambiante est très supérieure à l'intensité de la lumière codée, le signal electrique modulé est proportionnellement très faible par rapport au signal électrique produit par la lumière ambiante. Le seuil de détection dudit signal codé dépend donc du rapport entre l'intensité de la lumière ambiante et l'intensité de la lumière codée. Pour améliorer le contraste entre la lumière codée et la lumière ambiante non codée, donc pour augmenter le seuil de détection des cellules électroniques, on connaît déjà des dispositifs optiques qui utilisent une source de lumière codée qui est colorée, c'est-à-dire qui se limite à une partie seulement du spectre lumineux, et des cellules de détection qui sont recouvertes d'un filtre optique qui ne laisse passer que la couleur de la lumière d'émission, c'est-à-dire que la partie du spectre correspondant à la lumière modulée, ce qui permet d'éteindre la part de la lumière ambiante qui est en dehors du spectre de la lumière codée. D'autres dispositifs pour augmenter le contraste entre la lumière codée et la lumière non codée utilisent soit des lumières codées polarisées et un filtre polarisant au-dessus du capteur de lumière soit une lentille convergente (ou lentille de Fresnel) pour concentrer la lumière codée sur le capteur de lumière. Il existe aussi des dispositifs qui comprennent à la fois un capteurs de lumière codée et un affichage d'informations visuelles; en général l'écran d'affichage et le capteur de lumière sont indépendants. Il serait toutefois intéressant d'augmenter la surface dudit capteur pour augmenter sa sensibilité de réception a la lumière codée sans pour autant augmenter la surface globale dudit dispositif en rendant le capteur de lumière codée serni-transparent et en positionnant la surface d'affichage derrière celui-ci. BUT DE L'INVENTION L'invention a pour but principal de décrire un dispositif optique qui permet à un capteur de lumière codée photovoltaïque d'être en partie transparent pour la lumière ambiante qui est non codée tout en recevant sur sa partie active une importante quantité de la lumière codée afin d'augmenter le contraste, donc le rapport, entre la lumière ambiante qui est non codée et la lumière codée. Augmenter ce contraste va permettre d'une part d'augmenter le seuil de détection de la lumière codée même dans un environnement lumineux intense comme la lumière solaire, et d'autre part de visualiser une image au travers dudit capteur de lumière codée puisque ledit capteur de lumière codée est semi-transparent. D'autre part ledit dispositif optique selon l'invention pourra recevoir et gérer une multitude de lumières codées indépendantes qui proviennent de directions différentes tout en conservant sa semi-transparence ce qui lui permettra de s'intégrer facilement dans des dispositifs d'affichage. RESUME DE L'INVENTION Le dispositif de communication par lumière visible selon l'invention comprend d'une part au moins une source de lumière qui émettent chacune une lumière porteuse d'une information codée grâce à la variation de son intensité lumineuse et d'autre part un capteur de lumière photovoltaïque semi-transparent placé devant une image de sorte qu'un observateur puisse voir au moins une partie de ladite image au travers dudit capteur de lumière photovoltaïque semi-transparent, ledit capteur de lumière photovoltaïque reçoit la ou lesdites lumières codées et les convertit en des signaux électriques porteurs de la même information codée, ledit dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que ledit capteur de lumière photovoltaïque semi-transparent est composé d'une multitude de zones photovoltaïques espacées par des zones de transparence, lesdites zones photovoltaïques sont au choix des surfaces actives en forme de bandes rectilignes parallèles en elles ou en forme de disques, de carrés, de rectangles ou de tout autre type de polygones. Selon un mode de réalisation particulier ladite image est composée de pixels imprimés ou de pixels électroniques éclairés par la face avant ou par la face arrière et de préférence de type LCD (Liquid Cristal Display) ou OLED (Organic Light Ennited Diode). Dans un autre mode de réalisation particulier lesdites zones photovoltaïques ont des dimensions inférieures au pouvoir séparateur de l'oeil de manière à les rendre individuellement invisibles à l'oeil nu. Par exemple lorsque lesdites zones photovoltaïques ont la forme de bandes parallèles, la largeur des bandes est réduite à moins de 100 microns pour les rendre sensiblement invisibles à l'oeil nu. Dans un mode de réalisation particulier ledit capteur de lumière photovoltaïque est placé sous une surface lenticulaire composée d'au moins une lentille convergente de sorte qu'une partie au moins de la ou desdites lumières codées est redirigée par réfraction par la ou lesdites lentilles vers lesdites zones photovoltaïques et qu'une partie au moins de la lumière ambiante non codée est redirigée par la ou lesdites lentilles vers lesdites zones de transparence puis vers l'image qui est positionnée derrière le capteur photovoltaïque, de sorte qu'un observateur pourra voir ladite image au travers de la surface lenticulaire et du capteur de lumière photovoltaïque semi-transparent et de sorte que l'intensité globale de la lumière reçue par le capteur photovoltaïque sera composée principalement par l'intensité de la lumière codée et peu ou pas par l'intensité de la lumière ambiante. En effet la lumière non codée provenant d'une direction différente de celle de la lumière codée ladite lumière non codée sera redirigée en dehors des zones actives de sorte que le capteur de lumière ne recevront que la lumière codée et non la lumière non codée. Il résulte de cette séparation optique que le seuil de détection du message codé, alors même que ladite lumière codée sera noyée dans un environnement de lumière non-codée, sera beaucoup plus élevé qu'en l'absence des lentilles. Dans un mode de réalisation un peu différent du mode précédant la ou lesdites lentilles qui composent la surface lenticulaire possèdent au moins une des caractéristiques suivantes: rectiligne, convexe, concave, symétrique, asymétrique, sphérique, linéaire, prismatique, avec au moins un dioptre plan ou un dioptre courbe dont l'indices de réfraction est supérieur à 1,1. Dans un autre mode de réalisation particulier qui reprend les caractéristiques des deux modes de réalisation précédant, chaque lentille qui compose la surface lenticulaire recouvre une multitude de zones photovoltaïques indépendantes qui reçoivent chacune individuellement une lumière codée émise par une source de lumière issue de directions différentes de sorte que ledit dispositif de communication gère simultanément une multitude de liaisons communicatives indépendantes. En effet chaque lentille pourra recouvrir une multitude de capteurs photo-actifs indépendants qui recevront individuellement des sources de lumière codée issues de directions différentes de sorte que le dispositif de communication pourra gérer simultanément une multitude de liaisons communicatives indépendantes. L'électronique de multiplexage nécessaire à cette réception simultanée de multiples signaux est connue de l'homme de métier et non décrite dans ce descriptif. Les liaisons électroniques entre lesdites zones photovoltaïques sont de préférence en mode série afin d'élever le seuil de détection du signal codé reçu sur l'ensemble desdites zones photovoltaïques, toutefois dans le cas particulier d'un multiplexage en réception simultanée de multiple signaux codées à chaque canal de réception pourra correspondre un groupe électriquement indépendant de zones photovoltaïques montées en mode série. Dans un autre mode de réalisation particulier ledit capteur de lumière photovoltaïque affiche ou envoie une ou des informations électriques, numériques ou visuelles qui sont proportionnelles à l'intensité de la ou des lumières codées qu'il reçoit de manière à aider un utilisateur ou permettre à un automatisme électronique, d'orienter ledit capteur de lumière et/ou ladite surface lenticulaire par rapport à la ou auxdites sources de lumière codée afin d'obtenir l'intensité de réception optimale de la ou des lumières codées sur lesdites zones photovoltaïques. En effet si la source de la lumière codée et la position du capteur de lumière se déplacent l'un par rapport à l'autre il est nécessaire d'orienter le capteur et/ou sa lentille pour que le faisceau lumineux issu de la source de lumière codée soit redirigé principalement vers la surface du capteur. Cette manipulation peut se faire d'une manière manuelle ou automatique. Dans les deux cas, le détecteur de lumière peut afficher ou envoyer un signal qui est proportionnel à l'intensité de la lumière codée qu'il reçoit de manière à aider l'utilisateur, ou permettre à un automatisme, la recherche de la direction optimale de réception. Enfin ledit dispositif de communication par lumière codée selon l'invention et 30 suivant les différents modes de réalisation précédant peut s'intégrer dans tous types d'appareils ou de surfaces d'affichages afin de permettre auxdits appareils ou auxdites surfaces d'affichage de recevoir ou d'échanger des informations avec leur environnement grâce à une lumière visible codée, et ce même dans un environnement ensoleillé. DESCRIPTION DETAILLEE L'invention est maintenant décrite plus en détail grâce aux quatre figures annexées. La figure 1 est un schéma de principe en coupe transversale du dispositif (1) 10 selon l'invention. La figure 2 est un schéma de principe en coupe transversale d'un cas particulier lorsque le capteur de lumière (5) est recouvert d'une surface lenticulaire (4). La figure 3 est un schéma de principe en coupe transversale d'un cas 15 particulier lorsque le capteur de lumière (5) est composé d'une multitude de zones actives (C1,C2,C3,C4,C5) qui sont recouvertes par une lentille (40). La figure 4 illustre un exemple de réalisation dans le domaine de la communication par lumière visible entre véhicules automobiles. 20 En référence à la figure 1, le dispositif (1) selon l'invention est composé d'une source de lumière (2) qui émet une lumière porteuse d'une information codée (2a,2b,2c,2d,2e) grâce à la variation de son intensité lumineuse, d'un capteur de lumière photovoltaïque semi-transparent (5) qui est éclairé par ladite lumière codée (2a,2b,2c,2d,2e) et qui convertit le signal codé de ladite lumière (2a,2b,2c,2d,2e) en 25 un signal électrique modulé (9) porteur de la même information codée (1001101010011), et d'une image (8) qui est placée derrière le capteur de lumière (5). Le capteur de lumière (5) est composé de zones photovoltaïques (6a,6b,6c,6d,6e) espacées par des zones de transparence (7a,7b,7c,7d) ce qui le rend semi-transparent. Un observateur (3b) peut voir en partie l'image (8) qui est 30 placée derrière ledit capteur de lumière photovoltaïque (5). La figure 2 reprend les mêmes composants que ceux de la figure 1 plus une surface lenticulaire (4) qui recouvre le capteur de lumière (5). Une composition et une disposition particulièrement intéressante de la surface lenticulaire apparaît lorsque ladite surface lenticulaire (4) est composé d'un réseau de lentilles identiques convergentes et rectilignes, par exemple de forme demi-cylindrique, chaque lentille étant positionnée au-dessus d'une zone photovoltaïque (6a,6b,6c,6d,6e) ayant la forme d'une bande dont l'axe longitudinal est parallèle à l'axe longitudinal de ladite lentille. La largeur des bandes photovoltaïques (6a,6b,6c,6d,6e) étant inférieure à la largeur des lentilles et lesdites bandes étant positionnées proche du plan focal des lentilles, il en résulte que la lumière codée (2a,2b,2c,2d,2e) se concentre davantage sur les surfaces actives (6a,6b,6c,6d,6e) du capteur (5) alors que la lumière ambiante (3a) (y compris la lumière solaire directe) est redirigée principalement par les lentilles en dehors des zones actives donc au travers ds zones de transparente (7a,7b,7c,7d). Sous un certain angle un observateur (3b) verra l'image (8) par transparence alors que sous un autre angle la lumière codée (2a,2b,2c,2d,2e) sera redirigée vers les zones photovoltaïques (6a,6b,6c,6d,6e) et la lumière ambiante (3a) sera redirigée en dehors (7a,7b,7c,7d) des zones photovoltaïques. Le capteur semitransparent (5) recevra alors une lumière codée (2a,2b,2c,2d,2e) beaucoup plus concentrée et contrastée qu'en l'absence du réseau lenticulaire (4). La figure 3 est un schéma de principe d'un mode de réalisation particulier dans lequel une lentille convergente (40) recouvre une multitude de zones photovoltaïques (C1,C2,C3,C4,C5) séparées par des zones de transparence. Chaque zone photovoltaïque (C1,C2,C3,C4,C5) reçoit une lumière codée issue d'une direction différente (21,22,23,24,25) et la transforme en un signal électrique codé (1001101010011) propre à chaque source de lumière (21,22,23,24,25). Il en résulte que le capteur de lumière (5) permet de recevoir en simultané plusieurs sources de lumière codée (21,22,23,24,25) sans que l'intensité lumineuse de l'une d'entre elles, ni la lumière ambiante fasse diminuer son seuil de détection. D'autre part une image (non représentée) est placée sous les zones photovoltaïques du capteur de lumière (5) et pourra être vue par un observateur au travers du capteur semi-transparent (5) et de la lentille (40). La figure 4 illustre schématiquement un exemple de réalisation dans lequel un dispositif de communication par lumière visible est installé à bord des véhicules automobiles de sorte que la source de lumière codée (2) soit incorporée aux dispositifs d'éclairage des véhicules, à l'avant et à l'arrière des véhicules. Les plaques minéralogiques (8) servent de récepteurs de lumière codée et sont recouvertes d'un capteur de lumière semi-transparent (5) composé d'un réseau de cellules photovoltaïques en forme de bandes rectangulaires parallèles de la même longueur que la plaque minéralogique et de 1 mm de largeur. Le capteur (5) est recouvert d'une surface lenticulaire (4) composée de lentilles demi-cylindriques de 2 mm de largeur et dont l'axe longitudinal est à l'horizontal (Hz) et parallèle à l'axe longitudinal des zones photovoltaïques. Les zones photovoltaïques sont positionnées à proximité du plan focal des lentilles (4) de sorte qu'elles ne reçoivent que les rayons lumineux (2a,2b) dont la source (2) est sensiblement à la même hauteur que ledit capteur (5). Les rayons lumineux du soleil (3a) n'atteignent donc pas les zones actives et un observateur (3b) verra l'image de la plaque minéralogique (8) du véhicule au travers du dispositif. Le capteur de lumière (5) est reliée à un dispositif électronique de démodulation (non illustré) qui transforme la lumière modulée en provenance des phares (2) d'un autre véhicule en une information électrique binaire qui est retransmise en clair sur le tableau de bord dudit véhicule. Le dispositif peut recevoir des informations d'autres véhicules en mouvement, notamment ceux qui sont positionnés devant ou derrière ledit véhicule et qui sont capables d'émettre une lumière modulée par l'intermédiaire de leurs feux de route ou de leurs feux arrières de position, ou bien le dispositif peut recevoir des informations de bornes fixes placées le long des voies de circulation et à faibles hauteurs, notamment pour avertir les automobilistes sur les conditions de circulation, les limitations de vitesse, les dangers de parcours. Le dispositif de communication visuel selon l'invention permet donc de fonctionner même le jour grâce à son seuil de détection élevé. Une amélioration supplémentaire consisterait à utiliser l'énergie électrique produite par le capteur photovoltaïque pour rendre ledit dispositif autonome en énergie. AVANTAGES DE L'INVENTION En définitive l'invention répond bien aux buts fixés en permettant de visualiser une image au travers d'un capteur de lumière codée semi-transparent et d'améliorer le contraste entre la lumière codée qu'il reçoit et la lumière ambiante, donc d'améliorer le seuil de détection de ladite lumière codée notamment lorsque le dispositif de communication est placé en extérieur, de jour sous la lumière directe du soleil. REVENDICATIONS1. Dispositif de communication par lumière visible (1) comprenant d'une part au moins une source de lumière (2 ou 21,22,23,24,25) qui émettent chacune une lumière (2a,2b,2c,2d,2e) porteuse d'une information codée grâce à la variation de son intensité lumineuse et d'autre part un capteur de lumière photovoltaïque semi-transparent (5) placé devant une image (8) de sorte qu'un observateur (3b) puisse voir au moins une partie de ladite image au travers dudit capteur de lumière photovoltaïque semi-transparent (5), ledit capteur de lumière photovoltaïque (5) reçoit la ou lesdites lumières codées ou 21,22,23,24,25) et les convertit en des signaux électriques porteurs de la même information codée (9), ledit dispositif (1) est caractérisé en ce que ledit capteur de lumière photovoltaïque semi-transparent (5) est composé d'une multitude de zones photovoltaïques(6a,6b,6c,6d,6e) espacées par des zones de transparence (7a,7b,7c,7d), lesdites zones photovoltaïques (6a,6b,6c,6d,6e) sont au choix des surfaces actives en forme de bandes rectilignes parallèles en elles ou en forme de disques, de carrés, de rectangles ou de tout autre type de polygones. 2. Dispositif de communication par lumière visible (1) selon la revendication 1. précédente caractérisé en ce que l'image (8) est composée de pixels imprimés ou de pixels électroniques éclairés par la face avant ou par la face arrière, de préférence de type LCD (Liquid Cristal Display) ou OLED (Organic Light Emited Diode). 3. Dispositif de communication par lumière visible (1) selon la revendication 1 ou 2 précédente caractérisé en ce que lesdites zones photovoltaïques (6a,6b,6c,6d,6e ou C1,C2,C3,C4,C5) ont des dimensions inférieures au pouvoir séparateur de l'oeil de manière à les rendre individuellement invisibles à l'oeil nu. Dispositif de communication par lumière visible (1) selon la revendication 1 ou 2 ou 3 précédentes caractérisé en ce que ledit capteur de lumière photovoltaïque (5) est placé sous une surface lenticulaire (4) composée d'au moins une lentille convergente de sorte qu'une partie au moins de la ou desdites lumières 5 codées (2a,2b,2c,2d,2e ou 21,22,23,24,25) est redirigée par la (40) ou lesdites lentilles (4) vers lesdites zones photovoltaïques (6a,6b,6c,6d,6e ou 21,22,23,24,25) et qu'une partie au moins de la lumière ambiante non codée (3a) est redirigée par la ou lesdites lentilles (4) vers lesdites zones de transparence (7a,7b,7c,7d) puis vers l'image (8) qui est positionnée derrière ledit capteur de lumière photovoltaïque (5) de 10 sorte qu'un observateur (3b) pourra voir ladite image (8) au travers de la surface lenticulaire (4) et du capteur de lumière photovoltaïque semi-transparent (5) et de sorte que l'intensité globale de la lumière reçue par le capteur photovoltaïque (5) sera composée principalement par l'intensité de la lumière codée (2a,2b,2c,2d,2e ou 21,22,23,24,25) et peu ou pas par l'intensité de la lumière ambiante (3a). 15 - Dispositif de communication par lumière visible (1) selon la revendications 4 précédentes, caractérisé en ce que la (40) ou lesdites lentilles qui composent la surface lenticulaire (4) possèdent au moins une des caractéristiques suivantes: rectiligne, convexe, concave, symétrique, asymétrique, sphérique, linéaire, 20 prismatique, avec au moins un dioptre plan ou un dioptre courbe dont l'indices de réfraction est supérieur à 1,1. 6 - Dispositif de communication par lumière visible (1) selon les revendications 4 ou 5 précédentes, caractérisé en ce que chaque lentille (40) qui 25 compose la surface lenticulaire (4) recouvre une multitude de zones photovoltaïques indépendantes (C1,C2,C3,C4,C5) qui reçoivent chacune individuellement une lumière codée émise par une source de lumière issue de directions différentes (21,22,23,24,25) de sorte que ledit dispositif de communication (1) gère simultanément une multitude de liaisons communicatives indépendantes. 307 - Dispositif de communication par lumière visible (1) selon l'une des revendications 4 à 6 précédentes caractérisé en ce que ledit capteur de lumière photovoltaïque (5) affiche ou envoie une ou des informations électriques, numériques ou visuelles qui sont proportionnelles à l'intensité de la ou des lumières 5 codées (2a,2b,2c,2d,2e ou 21,22,23,24,25) qu'il reçoit de manière à aider un utilisateur ou permettre à un automatisme électronique, d'orienter ledit capteur de lumière (5) et/ou ladite surface lenticulaire (4) par rapport à la ou auxdites sources de lumière codée (2,21,22,23,24,25) afin d'obtenir l'intensité de réception optimale de la ou des lumières codées (2a,2b,2c,2d,2e ou 21,22,23,24,25) sur lesdites zones 10 photovoltaïques (6a,6b,6c,6d,6e ou C1,C2,C3,C4,C5). 8 - Appareil ou surface d'affichage caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif de communication par lumière visible (1) selon l'une des revendications précédentes. 15