DE102013225611B4 - Optical receiver for optical wireless communication - Google Patents

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Abstract

Optischer Empfänger (1) für eine optische drahtlose Kommunikation, mit einer Lichtbrecheinrichtung (2) zum Brechen von einem einfallenden Lichtsignal (LE), um so das einfallende Lichtsignal (LE) in Teillichtsignale (LT) aufzuteilen; einer ersten Konvertereinrichtung (3), welche eine Vielzahl von ersten Konverterelementen (9) zum Einkoppeln eines der Teillichtsignale (LT) in jeweils eine optische Signalleitung (10) umfasst, um so je optischer Signalleitung (10) ein eingekoppeltes Lichtsignal (LK) zu erzeugen; einer Schaltereinrichtung (4), welche eine Einzahl oder eine Mehrzahl von Schaltern (15) aufweist, welche jeweils in einer der optischen Signalleitungen (10) angeordnet und dazu ausgebildet sind, das eingekoppelte Lichtsignal (LK) in einer ersten Schalterstellung weiterzuleiten und in einer zweiten Schalterstellung zu blockieren, um so wenigstens ein eingekoppeltes schaltbares Lichtsignal (LS) zu erzeugen; und einer Detektoreinrichtung (5) mit einer Einzahl oder einer Mehrzahl von Detektorelementen (14) zum Erzeugen eines elektrischen Signals (ES) in Abhängigkeit von wenigstens einem der eingekoppelten schaltbaren Lichtsignale (LS).An optical receiver (1) for optical wireless communication, comprising a refracting means (2) for refracting an incident light signal (LE) so as to divide the incident light signal (LE) into partial light signals (LT); a first converter device (3), which comprises a plurality of first converter elements (9) for coupling one of the partial light signals (LT) in each case an optical signal line (10) so as to produce a coupled optical signal (LK) per optical signal line (10) ; a switch device (4) which has a singular or a plurality of switches (15), which are each arranged in one of the optical signal lines (10) and designed to pass on the coupled-in light signal (LK) in a first switch position and in a second switch position Block switch position, so as to generate at least one coupled switchable light signal (LS); and a detector device (5) having a singular or a plurality of detector elements (14) for generating an electrical signal (ES) as a function of at least one of the coupled switchable light signals (LS).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Empfänger für eine optische drahtlose Kommunikation.The present invention relates to an optical receiver for optical wireless communication.

Optische Transceiver, welche einen optischen Sender und einen optischen Empfänger umfassen, werden heute vielfach für die optische drahtlose Kommunikation eingesetzt. Die Anforderungen an Reichweite und Erfassungsbereich bei gleichzeitig kleiner werdendem Formfaktor steigen dabei stetig an.Optical transceivers comprising an optical transmitter and an optical receiver are widely used today for optical wireless communication. The requirements for range and coverage with a simultaneously decreasing form factor increase steadily.

Die Anforderungen an einen Transceiver für die optische drahtlose Kommunikation bestehen in einer hohen Datenrate, in einer applikationsspezifischen Abstrahlungscharakteristik, in einem applikationsspezifischen Sichtfeld, daraus resultierend in einer großen Reichweite und in einem großen Erfassungsbereich, in einer einfachen Handhabung durch den Anwender, in einem kleinen Formfaktor, in einer hohen Sensitivität, in einem großen Dynamikbereich des Empfängers und in einem Sendeelement, welches den Augensicherheitsanforderungen genügt.The requirements for a transceiver for optical wireless communication consist in a high data rate, in an application-specific radiation characteristic, in an application-specific field of view, resulting in a long range and in a large detection range, in a simple handling by the user, in a small form factor , in a high sensitivity, in a wide dynamic range of the receiver and in a transmitting element, which meets the eye safety requirements.

Heutige Transceiver bzw. optische Empfänger für die optische drahtlose Kommunikation bestehen aus einer Linse und einem Photodetektor. Die optischen Kenndaten, wie Sensitivität, Sichtfeld und Dynamikbereich, dieser Anordnung wird bestimmt durch die Größe der Linse, die Größe des Photodetektors sowie die elektrischen Eigenschaften des Detektors, wie zum Beispiel die elektrische Bandbreite, die Eingangskapazität, die Ladungsträgerbeweglichkeit und die Empfindlichkeit. Da eine hohe Datenrate eine sehr kleine Eingangskapazität des Detektors erfordert, welche aus Proportionalitätsgründen eine sehr kleine Diodenfläche zur Folge hat, ist die Leistungsfähigkeit des Systems bzgl. des Sichtfelds stark eingeschränkt. Eine bedingte Kompensation dieses Nachteils kann durch komplexe und große Optiken erreicht werden. Dadurch wird der Empfänger jedoch zu groß und zu schwer sowie kostentechnisch nicht marktrelevant.Today's transceivers for optical wireless communication consist of a lens and a photodetector. The optical characteristics, such as sensitivity, field of view and dynamic range, of this arrangement are determined by the size of the lens, the size of the photodetector and the electrical properties of the detector, such as electrical bandwidth, input capacitance, carrier mobility and sensitivity. Since a high data rate requires a very small input capacitance of the detector, which for proportionality reasons results in a very small diode area, the performance of the system with respect to the field of view is severely limited. A conditional compensation of this disadvantage can be achieved by complex and large optics. As a result, however, the recipient becomes too large and too heavy as well as not cost-relevant for the market.

Bei kleinem Formfaktor ist mit konventionellen Mitteln kein großes Sichtfeld bei gleichzeitig hoher Datenrate umsetzbar. Anwendungsspezifische Anforderungen können häufig nicht erfüllt werden.With a small form factor, conventional means can not realize a large field of view with a high data rate at the same time. Application-specific requirements can often not be met.

Aus der US 6 983 110 B2 ist ein optischer Empfänger bekannt, der einen Eingangspfad, einen Matrixlichtsensor, eine optische Sammellinse und einen Informationssignalgenerator aufweist. Die Sammellinse ist dem optischen Eingangspfad zugeordnet. Der Matrixlichtsensor beinhaltet Lichtdetektoren und eine lichtempfindliche Oberfläche. Jeder Lichtdetektor erzeugt ein lichtabhängiges elektrisches Signal, welches dem Informationssignalgenerator zugeführt ist.From the US 6,983,110 B2 For example, an optical receiver having an input path, a matrix light sensor, a converging optical lens and an information signal generator is known. The positive lens is associated with the optical input path. The matrix light sensor includes light detectors and a photosensitive surface. Each light detector generates a light-dependent electrical signal which is supplied to the information signal generator.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten optischen Empfänger bereitzustellen.The object of the present invention is to provide an improved optical receiver.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen optischen Empfänger für eine optische drahtlose Kommunikation, mit
einer Lichtbrecheinrichtung zum Brechen von einem einfallenden Lichtsignal, um so das einfallende Lichtsignal in Teillichtsignale aufzuteilen;
einer ersten Konvertereinrichtung, welche eine Vielzahl von ersten Konverterelementen zum Einkoppeln eines der Teillichtsignale in jeweils eine optische Signalleitung umfasst, um so je optischer Signalleitung ein eingekoppeltes Lichtsignal zu erzeugen;
einer Schaltereinrichtung, welche eine Einzahl oder eine Mehrzahl von Schaltern aufweist, welche jeweils in einer der optischen Signalleitungen angeordnet und dazu ausgebildet sind, das eingekoppelte Lichtsignal in einer ersten Schalterstellung weiterzuleiten und in einer zweiten Schalterstellung zu blockieren, um so wenigstens ein eingekoppeltes schaltbares Lichtsignal zu erzeugen; und
einer Detektoreinrichtung mit einer Einzahl oder einer Mehrzahl von Detektorelementen zum Erzeugen eines elektrischen Signals in Abhängigkeit von wenigstens einem der eingekoppelten schaltbaren Lichtsignale.
The object is achieved by an optical receiver for optical wireless communication, with
a refracting means for refracting an incident light signal so as to divide the incident light signal into partial light signals;
a first converter device which comprises a plurality of first converter elements for coupling one of the partial light signals into an optical signal line in each case so as to generate a coupled-in optical signal per optical signal line;
a switch device having a singular or a plurality of switches which are each arranged in one of the optical signal lines and adapted to forward the coupled light signal in a first switch position and to block in a second switch position, so as to at least one coupled switchable light signal produce; and
a detector device with a singular or a plurality of detector elements for generating an electrical signal as a function of at least one of the coupled switchable light signals.

Die Lichtbrecheinrichtung dient dazu, das einfallende Licht so zu brechen, dass jedem der Konverterelemente ein Teil des einfallenden Lichtes, also ein Teillichtsignal, zugeführt wird.The light refraction device is used to break the incident light so that each of the converter elements, a portion of the incident light, ie a partial light signal, is supplied.

Mittels der Lichtbrecheinrichtung ist es möglich, das gewünschte Sichtfeld gezielt einzustellen. Dabei kann das Sichtfeld in Teilsichtfelder aufgeteilt sein, welche jeweils durch eines der erzeugten Teillichtsignale abgebildet wird. Die Teilsichtfelder können dabei überlappend oder nicht überlappend vorgesehen sein.By means of the light refraction device, it is possible to set the desired field of view targeted. In this case, the field of view may be divided into partial fields of view, which are each imaged by one of the generated partial light signals. The partial view fields can be provided overlapping or non-overlapping.

Indem nun jedes der Teillichtsignale mittels der Konvertereinrichtung in eine eigene optische Signalleitung eingekoppelt wird, kann jedes der Teillichtsignale unabhängig von den anderen Teillichtsignalen als eingekoppeltes Lichtsignal weitergeleitet und verarbeitet werden.By now each of the partial light signals is coupled by means of the converter device in a separate optical signal line, each of the partial light signals can be forwarded and processed independently of the other partial light signals as a coupled light signal.

Indem nun einzelnen oder bevorzugt allen optischen Signalleitungen Schalter zugeordnet sind, welche es ermöglichen, die eingekoppelten Lichtsignale in einer ersten Schalterstellung weiterzuleiten und in einer zweiten Schalterstellung zu blockieren, kann die Gesamtleistung der eingekoppelten schaltbaren Lichtsignale beeinflusst werden. Auf diese Weise kann eine große Empfindlichkeit des Empfängers ohne die Gefahr der Übersteuerung des Empfängers realisiert werden. Wenn beispielsweise das einfallende Lichtsignal eine geringe Leistung aufweist, so können sämtliche Schalter in die erste Schaltstellung gebracht werden, um eine möglichst große Gesamtleistung der eingekoppelten schaltbaren Lichtsignale zu erhalten. Wenn hingegen das einfallende Lichtsignal eine sehr hohe Leistung aufweist, können einige der Schalter in die zweite Schaltstellung gebracht werden, um so die Gesamtleistung der eingekoppelten schaltbaren Lichtsignale zu verringern, so dass eine Übersteuerung des Empfängers vermieden ist. Zudem ist es so möglich, Störsignale gezielt auszublenden. Störsignale können dabei beispielsweise an der Art ihrer Modulation erkannt werden. Die Schalter können dabei durch eine elektronische Steuereinrichtung basierend auf den Eigenschaften des oder der einfallenden Lichtsignale automatisch geschaltet sein.By now individual or preferably all optical signal lines associated with switches, which make it possible to forward the coupled light signals in a first switch position and to block in a second switch position, the total power of the coupled switchable light signals can be influenced. In this way, a great sensitivity of the Receiver can be realized without the risk of overriding the receiver. If, for example, the incident light signal has a low power, then all switches can be brought into the first switching position in order to obtain the greatest possible overall power of the coupled switchable light signals. In contrast, if the incident light signal has a very high power, some of the switches can be brought into the second switching position, so as to reduce the overall power of the coupled switchable light signals, so that an override of the receiver is avoided. In addition, it is possible to selectively hide interference signals. Interference signals can be recognized, for example, by the nature of their modulation. The switches can be switched automatically by an electronic control device based on the characteristics of the incident light signals.

Die Schalter können zum Beispiel als elektro-optische Schalter ausgebildet sein. Die elektrooptischen Schalter können auf organischen oder auf anorganischen Materialien basieren. Möglich sind Flüssigkristallgemische, z. B. eine Mischung aus dem Flüssigkristall E44 und aus Polymethlymethacrylat, sogenannte Dye-Doped Polymer-Stabilized Blue Phase Liquid Crystals (DDPSBP-LC) oder siliziumbasierte Mikroringresonatoren in Kombination mit PIN Dioden (englisch: positive intrinsic negative diode).The switches can be designed, for example, as electro-optical switches. The electro-optical switches can be based on organic or on inorganic materials. Possible are liquid crystal mixtures, for. As a mixture of the liquid crystal E44 and polymethyl methacrylate, so-called Dye-Doped Polymer-Stabilized Blue Phase Liquid Crystals (DDPSBP-LC) or silicon-based microring resonators in combination with PIN diodes (English: positive intrinsic negative diode).

Mit Hilfe der Detektoreinrichtung können die eingekoppelten schaltbaren Lichtsignale in elektrische Signale umgewandelt werden und dann analog und/oder digital weiterverarbeitet werden. Die Detektorelemente können beispielsweise aus Indiumgalliumarsenid (InGaAs) aus Galliumarsenid (GaAs), aus Silizium (Si) oder aus Germanium (Ge) bestehen. Es können insbesondere Photodioden, wie beispielsweise PIN Photodioden, verwendet werden.With the aid of the detector device, the coupled switchable light signals can be converted into electrical signals and then further processed analogously and / or digitally. The detector elements may for example consist of indium gallium arsenide (InGaAs) of gallium arsenide (GaAs), silicon (Si) or germanium (Ge). In particular, photodiodes, such as PIN photodiodes, may be used.

Die Erfindung ermöglicht einen kleinen Formfaktor bei gleichzeitig anwendungsspezifischem Sichtfeld. Möglich ist dabei sogar ein Rundumsichtfeld, so dass selbst ein omnidirektionaler Empfänger möglich wird. Dadurch kann eine optische drahtlose Übertragungsstrecke realisiert werden, deren Reichweite unabhängig von der relativen Ausrichtung von Sender und Empfänger ist. Zusätzlich kann so der Dynamikbereich des Empfängers vergrößert werden, wodurch eine Datenübertragung mit dem gleichen Empfänger bei sehr kurzen bis hin zu mittleren Reichweiten einfach sichergestellt werden kann. D. h. der Empfänger wird bei einer kurzen Reichweite (hohe optische Empfangsleistung) nicht übersteuert und bei großer Reichweite (sehr kleine Empfangsleistung) wird eine ausreichend hohe Sensitivität bereitgestellt. Da die Detektoreinrichtung mehrere Detektorelemente enthalten kann, können diese kleinflächig ausgebildet sein, so dass diese eine kleine Eingangskapazität aufweisen können, so dass der Empfänger mit hohen Datenraten betrieben werden kann.The invention enables a small form factor with simultaneous application-specific field of view. It is even possible to have an all-round view field so that even an omnidirectional receiver becomes possible. As a result, an optical wireless transmission path can be realized whose range is independent of the relative orientation of transmitter and receiver. In addition, the dynamic range of the receiver can be increased so that data transmission with the same receiver can be easily ensured for very short to medium ranges. Ie. the receiver is not overdriven with a short range (high optical reception power) and with sufficiently long range (very small reception power) a sufficiently high sensitivity is provided. Since the detector device can contain a plurality of detector elements, they can be designed to have a small area, so that they can have a small input capacitance, so that the receiver can be operated at high data rates.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Lichtbrecheinrichtung wenigstens ein Linsenarray mit einer Vielzahl von Linsen zum Brechen des empfangenen Lichtsignals. Unter einem Linsenarray wird dabei eine Baueinheit mit einer Vielzahl von Linsen verstanden. Das Linsenarray kann dabei einzeln montierte Linsen oder einen zusammenhängenden Linsenverbund umfassen. Verwendet werden können zum Beispiel plankonvexe Linsen, bikonvexe Linsen, asphärische Linsen, Fresnel-Linsen, CPC-Linsen oder DTIRC-Linsen. Die Linsen können beispielsweise Glas, Kunststoff, Polymere, Silizium, Germanium usw. umfassen. Die Herstellung der Linsen kann in einem Pressverfahren, in einem Spritzgussverfahren, in einem Imprintverfahren, in einem Halbleiterprozess usw. erfolgen. Eine einzelne Linse kann in einem Ausführungsbeispiel das von ihr aufgenommene Licht auf genau ein Konverterelement leiten. In diesem Fall erzeugt die Linse genau eines der Teillichtsignale. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann eine einzelne Linse das von ihr aufgenommene Licht auf mehrere Konverterelemente leiten. In diesem Fall erzeugt die einzelne Linse mehrere Teillichtsignale. In einem anderen Ausführungsbeispiel leiten mehrere der Linsen das jeweils von ihnen aufgenommene Licht auf eine Linse. In diesem Fall erzeugen mehrere Linsen gemeinsam ein Teillichtsignal. Alternativ zum Linsenarray kann ein optisches Gitter oder ein Diffuser eingesetzt werden.According to an advantageous embodiment of the invention, the light refraction device comprises at least one lens array with a plurality of lenses for breaking the received light signal. A lens array is understood to be a structural unit having a multiplicity of lenses. The lens array may comprise individually mounted lenses or a coherent lens composite. For example, plano-convex lenses, biconvex lenses, aspheric lenses, Fresnel lenses, CPC lenses, or DTIRC lenses may be used. The lenses may include, for example, glass, plastic, polymers, silicon, germanium, etc. The production of the lenses can be carried out in a pressing process, in an injection molding process, in an imprint process, in a semiconductor process, etc. A single lens may in one embodiment direct the light received by it to exactly one converter element. In this case, the lens produces exactly one of the partial light signals. In another embodiment, a single lens may direct the light received by it to a plurality of converter elements. In this case, the single lens generates several partial light signals. In another embodiment, a plurality of the lenses direct the respective light received by them on a lens. In this case, several lenses together produce a partial light signal. As an alternative to the lens array, an optical grating or a diffuser can be used.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind wenigstens zwei Linsenarrays vorgesehen, welche aus unterschiedlichen Richtungen einfallende Lichtsignale jeweils in Teillichtsignale aufteilen. Hierdurch kann auf einfache Weise das Sichtfeld vergrößert werden, wobei die Empfindlichkeit des Empfängers in unterschiedlichen Teilsichtfeldern nahezu gleichbleibend sein kann. Beispielsweise können mehrere Konverterarrays jeweils kombiniert mit einem Linsenarray an verschiedenen Seiten eines Empfangsmoduls angeordnet sein, um so ein sehr großes Sichtfeld bereitzustellen. Im Idealfall kann so eine optische omnidirektionale Antenne realisiert werden.According to an advantageous development of the invention, at least two lens arrays are provided, which divide incident light signals from different directions into partial light signals. In this way, the field of view can be increased in a simple manner, wherein the sensitivity of the receiver in different partial fields of view can be almost constant. For example, a plurality of converter arrays may each be combined with a lens array arranged on different sides of a receiving module, so as to provide a very large field of view. Ideally, such an optical omnidirectional antenna can be realized.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die erste Konvertereinrichtung wenigstens ein Konverterarray mit wenigstens einem Teil der ersten Konverterelemente. Unter einem Konverterarray wird dabei eine bauliche Einheit verstanden, welche eine Vielzahl von Konverterelementen umfasst. Jedes Konverterelement kann dabei ein Teillichtsignal, welches von einer Linse oder von mehreren Linsen stammt, in eine optische Faser einkoppeln. Die Konverterelemente eines Konverterarrays können auf planen oder gewölbten Flächen angeordnet sein. Möglich sind insbesondere kreisförmige Anordnungen oder rechteckige Anordnungen der Konverterelemente.According to an advantageous development of the invention, the first converter device comprises at least one converter array with at least a part of the first converter elements. In this case, a converter array is understood to be a structural unit which comprises a large number of converter elements. Each converter element can couple a partial light signal, which originates from one lens or from several lenses, into an optical fiber. The converter elements of a converter array can be on flat or curved surfaces be arranged. In particular, circular arrangements or rectangular arrangements of the converter elements are possible.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die ersten Konverterelemente als Gitterkoppler ausgebildet. Die Gitterkoppler können optional mit einem so genannten Taper versehen sein. Hierdurch wird eine direkte Faserfixierung in einem definierten Abstand zu einem Kopplungsbereich des Gitterkopplers bewirkt. Der Gitterkoppler kann in einem Pressverfahren, in einem Ätzverfahren, in einem Imprintverfahren oder in einem Halbleiterprozess aus Silizium, aus Germanium, aus Glas, oder aus einem Polymer hergestellt sein.According to an advantageous development of the invention, the first converter elements are designed as grating couplers. The grating couplers can optionally be provided with a so-called taper. As a result, a direct fiber fixation is effected at a defined distance from a coupling region of the grating coupler. The grating coupler may be made of silicon, of germanium, of glass, or of a polymer in a pressing process, in an etching process, in an imprint process or in a semiconductor process.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist wenigstens eines der Linsenarrays an einem der Konverterarrays angeordnet. In diesem Fall bilden das Linsenarray und das Konverterarray eine bauliche Einheit. Hierdurch kann eine präzise Ausrichtung des Linsenarrays in Bezug auf das Konverterarray bewirkt werden. Dabei kann jedem Konverterelement genau eine Linse zugeordnet sein. Es ist aber auch möglich, dass jedem Konverterelement mehrere Linsen zugeordnet sind. Schließlich ist es auch möglich, dass sich mehrere Konverterelemente eine Linse teilen.According to an advantageous development of the invention, at least one of the lens arrays is arranged on one of the converter arrays. In this case, the lens array and the converter array form a structural unit. As a result, a precise alignment of the lens array with respect to the converter array can be effected. In this case, each converter element can be assigned exactly one lens. But it is also possible that each converter element is associated with a plurality of lenses. Finally, it is also possible that several converter elements share a lens.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zwischen der Konvertereinrichtung und der Detektoreinrichtung eine Phasenausgleichsanordnung zum Ausgleich von Phasenunterschieden der in unterschiedliche optische Signalleitungen eingekoppelten Lichtsignale vorgesehen. Gerade bei größeren Linsenarrays oder bei der Verwendung von mehreren Linsenarrays kann ein Phasenausgleich der einzelnen optischen Signalleitungen sinnvoll sein, um bei der weiteren Verarbeitung der eingekoppelten Lichtsignale eine gegenseitige Schwächung bzw. Auslöschung der eingekoppelten Lichtsignale zu verhindern. Unter einem Phasenausgleich wird dabei eine Maßnahme verstanden, welche die Phasen der unterschiedlichen Teillichtsignale relativ zueinander angleicht.According to an advantageous development of the invention, a phase compensation arrangement for compensating phase differences of the light signals coupled in different optical signal lines is provided between the converter device and the detector device. Especially with larger lens arrays or when using multiple lens arrays, a phase compensation of the individual optical signal lines may be useful to prevent mutual weakening or extinction of the coupled light signals in the further processing of the coupled light signals. A phase compensation is understood here to mean a measure which equates the phases of the different partial light signals relative to one another.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Phasenausgleichsanordnung wenigstens ein statisches Verzögerungselement, welches einer der optischen Signalleitungen zugeordnet ist. Ein statisches Verzögerungselement, also ein Verzögerungselement, welches ständig eine definierte Verzögerung des jeweiligen eingekoppelten Lichtsignale bewirkt, stellt eine einfache Möglichkeit dar, die Phasen von unterschiedlichen eingekoppelten Lichtsignalen aneinander anzugleichen. Im einfachsten Fall ist das statische Verzögerungselement durch eine Verlängerung der optischen Signalleitung realisiert. Möglich als statische Verzögerungselemente sind jedoch auch Mikroringresonatoren.According to an advantageous development of the invention, the phase compensation arrangement comprises at least one static delay element which is assigned to one of the optical signal lines. A static delay element, ie a delay element which constantly causes a defined delay of the respective coupled-in light signals, represents a simple possibility for matching the phases of different coupled-in light signals to one another. In the simplest case, the static delay element is realized by an extension of the optical signal line. However, microring resonators are also possible as static delay elements.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Phasenausgleichsanordnung wenigstens ein dynamisch zuschaltbares Verzögerungselement, welches einer der optischen Signalleitungen zugeordnet ist. Durch die Verwendung von dynamisch zuschaltbaren Verzögerungselementen kann die Genauigkeit der Phasenanpassung verbessert werden. Insbesondere kann so die Phasenanpassung in Abhängigkeit von einem tatsächlichen Phasenunterschied durchgeführt werden. Die dynamischen Verzögerungselemente können dabei durch eine elektronische Steuereinrichtung automatisch gesteuert werden.According to an advantageous development of the invention, the phase compensation arrangement comprises at least one dynamically connectable delay element which is assigned to one of the optical signal lines. By using dynamically switchable delay elements, the accuracy of phase matching can be improved. In particular, the phase matching can thus be carried out as a function of an actual phase difference. The dynamic delay elements can be controlled automatically by an electronic control device.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zwischen der Konvertereinrichtung und der Detektoreinrichtung eine wellenlängensensitive Filtereinrichtung angeordnet, welche wenigstens ein Filterelement zum Filtern wenigstens eines der in eine der optischen Signalleitungen eingekoppelten Lichtsignale aufweist. Mittels einer derartigen Filtereinrichtung ist es möglich, störende Fremdsignale aus den eingekoppelten Lichtsignalen zu entfernen. Dabei können einzelne oder alle der eingekoppelten Lichtsignale gefiltert werden. Die Filterelemente können statisch oder dynamisch zu- und abschaltbar sein. Der Durchlassbereich der Filterelemente kann beispielsweise im Bereich von 850 nm, im Bereich von 940 nm, im Bereich von 980 nm, im Bereich von 1330 nm oder im Bereich von 1550 nm liegen. Es sind aber auch andere Bereiche möglich. Als Filterelemente können Mikroringresonatoren, zum Beispiel auch so genannte Grating-Assisted Mikroringresonatoren, oder elektrooptisch selektive Materialien verwendet werden.According to an advantageous development of the invention, a wavelength-sensitive filter device is arranged between the converter device and the detector device and has at least one filter element for filtering at least one of the light signals coupled into one of the optical signal lines. By means of such a filter device, it is possible to remove interfering extraneous signals from the injected light signals. In this case, individual or all of the coupled-in light signals can be filtered. The filter elements can be switched on and off statically or dynamically. The passband of the filter elements may be in the range of 850 nm, 940 nm, 980 nm, 1330 nm, or 1550 nm, for example. But there are other areas possible. Micro-ring resonators, for example so-called grating-assisted microring resonators, or electrooptically selective materials can be used as filter elements.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine zweite Konvertereinrichtung vorgesehen, welche eine Einzahl oder eine Mehrzahl von zweiten Konverterelementen zum Auskoppeln des geschalteten Lichtsignals aus wenigstens einer der optischen Signalleitungen umfasst, wobei die Konverterelemente so ausgebildet sind, dass das aus gekoppelte Lichtsignal senkrecht auf die Detektorelemente trifft. Die zweiten Konverterelemente können so wie die ersten Konverterelemente ausgebildet sein, wobei allerdings der Eingang und der Ausgang vertauscht sind.According to an advantageous embodiment of the invention, a second converter device is provided, which comprises a singular or a plurality of second converter elements for coupling the switched light signal from at least one of the optical signal lines, wherein the converter elements are formed so that from coupled light signal perpendicular to the detector elements meets. The second converter elements may be formed as the first converter elements, although the input and the output are reversed.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind einem der Detektorelemente die ausgekoppelten Lichtsignale von wenigstens zwei der optischen Signalleitungen zuführbar. Hierdurch kann die optische Signalleistung an einem der Detektorelemente erhöht werden, so dass eine größere Empfindlichkeit erzielt werden kann.According to an advantageous development of the invention, the coupled-out light signals from at least two of the optical signal lines can be fed to one of the detector elements. As a result, the optical signal power can be increased at one of the detector elements, so that a greater sensitivity can be achieved.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die ersten Konverterelemente eines der ersten Konverterarrays und die dem ersten Konverterarray zugeordneten Schalter und/oder die dem ersten Konverterarray zugeordneten Detektorelemente auf einer oder mehreren Ebenen eines Substrates ausgebildet.According to an advantageous embodiment of the invention, the first converter elements of the first converter arrays and the the first converter array associated switch and / or the first converter array associated detector elements formed on one or more levels of a substrate.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die dem ersten Konverterarray zugeordneten Verzögerungselemente auf dem Substrat ausgebildet.According to an advantageous development of the invention, the delay elements assigned to the first converter array are formed on the substrate.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die dem ersten Konverterarray zugeordneten Filterelemente auf dem Substrat ausgebildet.According to an advantageous development of the invention, the filter elements associated with the first converter array are formed on the substrate.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die dem ersten Konverterarray zugeordneten zweiten Konverterelemente auf dem Substrat ausgebildet.According to an advantageous development of the invention, the second converter elements assigned to the first converter array are formed on the substrate.

Durch die Ausbildung mehrerer der Elemente auf einer oder mehreren Ebenen des gemeinsamen Substrats kann der Empfänger einfach und präzise hergestellt werden.By forming a plurality of the elements on one or more levels of the common substrate, the receiver can be manufactured easily and precisely.

Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen der Erfindung können dabei, außer z. B. in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen, einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.The above-explained and / or reproduced in the dependent claims advantageous embodiments and refinements of the invention can, in addition to z. B. in cases of clear dependencies or incompatible alternatives, individually or in any combination with each other.

Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.The invention and its advantageous embodiments and further developments and advantages thereof are explained in more detail below with reference to drawings.

Es zeigen, jeweils in einer schematischen Prinzipskizze:They show, in each case in a schematic outline sketch:

1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Empfängers; 1 a block diagram of an embodiment of a receiver according to the invention;

2 ein Blockschaltbild eines Linsenarrays und eines Konverterarrays eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Empfängers; 2 a block diagram of a lens array and a converter array of an embodiment of a receiver according to the invention;

3 eine räumliche Darstellung eines Linsenarrays und eines Konverterarrays eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Empfängers; 3 a spatial representation of a lens array and a converter array of an embodiment of a receiver according to the invention;

4 eine räumliche Darstellung eines Konverterelements eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Empfängers; 4 a spatial representation of a converter element of an embodiment of a receiver according to the invention;

5 ein Blockschaltbild einer Lichtbrecheinrichtung, einer Konvertereinrichtung und einer Schaltereinrichtung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Empfängers; 5 a block diagram of a light refracting device, a converter device and a switch device of an embodiment of a receiver according to the invention;

6 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Empfängers; 6 a block diagram of an embodiment of a receiver according to the invention;

7 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Empfängers; 7 a block diagram of an embodiment of a receiver according to the invention;

8 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Empfängers; 8th a block diagram of an embodiment of a receiver according to the invention;

9 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Empfängers; und 9 a block diagram of an embodiment of a receiver according to the invention; and

10 eine räumliche Darstellung eines Konverterarrays, einer Phasenausgleichsanordnung, einer Schaltereinrichtung und einer Detektoreinrichtung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Empfängers. 10 a spatial representation of a converter array, a phase compensation arrangement, a switch device and a detector device of an embodiment of a receiver according to the invention.

1 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Empfängers 1 für eine optische drahtlose Kommunikation, mit
einer Lichtbrecheinrichtung 2 zum Brechen von einem einfallenden Lichtsignal LE, um so das einfallende Lichtsignal LT in n Teillichtsignale LT1 bis LTn aufzuspalten;
einer ersten Konvertereinrichtung 3, welche eine Vielzahl von ersten Konverterelementen zum Einkoppeln eines der Teillichtsignale LT1 bis LTn in jeweils eine optische Signalleitung umfasst, um so je optischer Signalleitung ein eingekoppeltes Lichtsignal LK1 bis LKn zu erzeugen;
einer Schaltereinrichtung 4, welche eine Einzahl oder eine Mehrzahl von Schaltern aufweist, welche jeweils in einer der optischen Signalleitungen angeordnet und dazu ausgebildet sind, das eingekoppelte Lichtsignal LK1 bis LKn in einer ersten Schaltstellung weiterzuleiten und in einer zweiten Schalterstellung zu blockieren, um so wenigstens ein eingekoppeltes schaltbares Lichtsignal LS1 bis LSn zu erzeugen; und
einer Detektoreinrichtung 5 mit einer Einzahl oder einer Mehrzahl von Detektorelementen zum Erzeugen eines elektrischen Signals ES1 bis ESm in Abhängigkeit von wenigstens einem der eingekoppelten schaltbaren Lichtsignale LS1 bis LSn.
1 shows a block diagram of an embodiment of a receiver according to the invention 1 for optical wireless communication, with
a light-breaking device 2 for breaking an incident light signal LE so as to split the incident light signal LT into n partial light signals LT1 to LTn;
a first converter device 3 comprising a plurality of first converter elements for coupling one of the partial light signals LT1 to LTn in each case an optical signal line so as to produce a coupled optical signal LK1 to LKn per optical signal line;
a switch device 4 which has a singular or a plurality of switches which are each arranged in one of the optical signal lines and adapted to forward the coupled light signal LK1 to LKn in a first switching position and to block in a second switch position, so at least one coupled switchable light signal Generate LS1 to LSn; and
a detector device 5 with a singular or a plurality of detector elements for generating an electrical signal ES1 to ESm in dependence on at least one of the coupled switchable light signals LS1 to LSn.

Mittels der Lichtbrecheinrichtung 2 ist es möglich, das gewünschte Sichtfeld gezielt einzustellen. Dabei kann das Sichtfeld in Teilsichtfelder aufgeteilt sein, welche jeweils durch eines der erzeugten Teillichtsignale LT1 bis LTn abgebildet wird. Die Teilsichtfelder können dabei überlappend oder nicht überlappend vorgesehen sein.By means of the light refraction device 2 It is possible to set the desired field of view targeted. In this case, the field of vision can be divided into partial fields of view, which are each imaged by one of the generated partial light signals LT1 to LTn. The partial view fields can be provided overlapping or non-overlapping.

Indem nun jedes der Teillichtsignale LT1 bis LTn mittels der Konvertereinrichtung 3 in eine eigene optische Signalleitung eingekoppelt wird, kann jedes der Teillichtsignale LT1 bis LTn unabhängig von den anderen Teillichtsignalen LT1 bis LTn als eingekoppeltes Lichtsignal LK1 bis LKn weitergeleitet und verarbeitet werden. Die Anzahl n der Teillichtsignale entspricht dabei der Anzahl n der optischen Signalleitungen und damit der Anzahl n der eingekoppelten Lichtsignale LK1 bis LKn.By now each of the partial light signals LT1 to LTn by means of the converter device 3 is coupled into its own optical signal line, each of the partial light signals LT1 to LTn independently of the other partial light signals LT1 to LTn forwarded as a coupled light signal LK1 to LKn and are processed. The number n of the partial light signals corresponds to the number n of the optical signal lines and thus the number n of the coupled-in light signals LK1 to LKn.

Indem nun einzelnen oder bevorzugt allen optischen Signalleitungen Schalter zugeordnet sind, welche es ermöglichen, das eingekoppelte Lichtsignal LK1 bis LKn in einer ersten Schalterstellung weiterzuleiten und in einer zweiten Schalterstellung zu blockieren, kann die Gesamtleistung der eingekoppelten schaltbaren Lichtsignale LK1 bis LKn beeinflusst werden. Auf diese Weise kann eine große Empfindlichkeit des Empfängers 1 ohne die Gefahr der Übersteuerung des Empfängers 1 realisiert werden. Wenn beispielsweise das einfallende Lichtsignal LE eine geringe Leistung aufweist, so können sämtliche Schalter in die erste Schaltstellung gebracht werden, um eine möglichst große Gesamtleistung der eingekoppelten schaltbaren Lichtsignale LS1 bis LSn zu erhalten. Wenn hingegen das einfallende Lichtsignal LE eine sehr hohe Leistung aufweist, können einige der Schalter in die zweite Schaltstellung gebracht werden, um so die Gesamtleistung der eingekoppelten schaltbaren Lichtsignale LS1 bis LSn zu verringern, so dass eine Übersteuerung des Empfängers 1 vermieden ist. Zudem ist es so möglich, Störsignale gezielt auszublenden. Störsignale können dabei beispielsweise an der Art ihrer Modulation erkannt werden. Die Schalter können dabei durch eine elektronische Steuereinrichtung basierend auf den Eigenschaften des oder der einfallenden Lichtsignale LE automatisch geschaltet sein.By now individual or preferably all optical signal lines associated with switches, which make it possible to forward the coupled light signal LK1 to LKn in a first switch position and to block in a second switch position, the total power of the coupled switchable light signals LK1 to LKn can be influenced. In this way, a great sensitivity of the receiver 1 without the risk of overriding the receiver 1 will be realized. If, for example, the incident light signal LE has a low power, then all the switches can be brought into the first switching position in order to obtain the greatest possible overall power of the coupled switchable light signals LS1 to LSn. In contrast, if the incident light signal LE has a very high power, some of the switches can be brought into the second switching position, so as to reduce the total power of the coupled switchable light signals LS1 to LSn, so that an override of the receiver 1 is avoided. In addition, it is possible to selectively hide interference signals. Interference signals can be recognized, for example, by the nature of their modulation. The switches can be automatically switched by an electronic control device based on the properties of the incident light signals or LE.

Mit Hilfe der Detektoreinrichtung 5 können die eingekoppelten schaltbaren Lichtsignale LS1 bis LSn in elektrische Signale ES1 bis ESm umgewandelt werden und dann analog und/oder digital weiterverarbeitet werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass jedes der eingekoppelten schaltbaren Lichtsignale LS1 bis LSn genau einem Detektorelement zugeführt und in ein individuelles elektrisches Signal ES1 bis ESm umgewandelt wird. In diesem Fall entspricht die Anzahl n der eingekoppelten schaltbaren Lichtsignale LS1 bis LSn der Anzahl m der elektrischen Signale ES1 bis ESm. Es ist aber auch möglich, eine Gruppe von Lichtsignalen LS1 bis LSn gemeinsam zu einem der Detektorelemente zu führen. Dann ist die Anzahl n der eingekoppelten Lichtsignale LS1 bis LSn größer als die Anzahl m der elektrischen Signale ES1 bis ESm. Die Detektorelemente können in einem Detektorarray 19 angeordnet sein, wobei unter einem Detektorarray 19 eine bauliche Einheit mit einer Vielzahl von Detektorelementen verstanden wird.With the help of the detector device 5 For example, the coupled switchable light signals LS1 to LSn can be converted into electrical signals ES1 to ESm and then further processed analogously and / or digitally. It can be provided that each of the coupled switchable light signals LS1 to LSn is fed to exactly one detector element and converted into an individual electrical signal ES1 to ESm. In this case, the number n of the coupled switchable light signals LS1 to LSn corresponds to the number m of the electrical signals ES1 to ESm. However, it is also possible to guide a group of light signals LS1 to LSn together to one of the detector elements. Then, the number n of the coupled-in light signals LS1 to LSn is greater than the number m of the electrical signals ES1 to ESm. The detector elements may be in a detector array 19 be arranged, wherein under a detector array 19 a structural unit with a plurality of detector elements is understood.

Die Erfindung ermöglicht einen kleinen Formfaktor bei gleichzeitig anwendungsspezifischem Sichtfeld. Möglich ist dabei sogar ein Rundumsichtfeld, so dass selbst ein omnidirektionaler Empfänger 1 möglich wird. Dadurch kann eine optische drahtlose Übertragungsstrecke realisiert werden, deren Reichweite unabhängig von der relativen Ausrichtung von Sender und Empfänger 1 ist. Zusätzlich kann so der Dynamikbereich des Empfängers 1 vergrößert werden, wodurch eine Datenübertragung mit dem gleichen Empfänger 1 bei sehr kurzen bis hin zu mittleren Reichweiten einfach sichergestellt werden kann. D. h. der Empfänger 1 wird bei einer kurzen Reichweite (hohe optische Empfangsleistung) nicht übersteuert und bei großer Reichweite (sehr kleine Empfangsleistung) wird eine ausreichend hohe Sensitivität bereitgestellt. Da die Detektoreinrichtung 5 mehrere Detektorelemente 14 enthalten kann, können diese kleinflächig ausgebildet sein, so dass diese eine kleine Eingangskapazität aufweisen können, so dass der Empfänger 1 mit hohen Datenraten betrieben werden kann.The invention enables a small form factor with simultaneous application-specific field of view. It is even possible to have an all-round view field, so that even an omnidirectional receiver 1 becomes possible. As a result, an optical wireless transmission path can be realized whose range is independent of the relative orientation of transmitter and receiver 1 is. In addition, so can the dynamic range of the receiver 1 be enlarged, thereby transmitting data with the same receiver 1 can be easily ensured at very short to medium ranges. Ie. the recipient 1 is not overdriven with a short range (high optical reception power) and with a long range (very low reception power) a sufficiently high sensitivity is provided. Since the detector device 5 several detector elements 14 can contain, they can be designed small area, so that they can have a small input capacitance, so that the receiver 1 can be operated at high data rates.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Lichtbrecheinrichtung 2 wenigstens ein Linsenarray 6 mit einer Vielzahl von Linsen zum Brechen des empfangenen Lichtsignals LE. Unter einem Linsenarray 6 wird dabei eine Baueinheit mit einer Vielzahl von Linsen verstanden. Das Linsenarray 6 kann dabei einzeln montierte Linsen oder einen zusammenhängenden Linsenverbund umfassen. Verwendet werden können zum Beispiel plankonvexe Linsen, bikonvexe Linsen, asphärische Linsen, Fresnel-Linsen, CPC-Linsen oder DTIRC-Linsen. Die Linsen können beispielsweise Glas, Kunststoff, Polymere, Silizium, Germanium usw. umfassen. Die Herstellung der Linsen kann in einem Pressverfahren, in einem Spritzgussverfahren, in einem Imprintverfahren, in einem Halbleiterprozess usw. erfolgen. Eine einzelne Linse kann das Licht auf ein oder auf mehrere Konverterelemente fokussieren. Alternativ zum Linsenarray kann ein optisches Gitter oder ein Diffuser eingesetzt werden.According to an advantageous development of the invention, the light-breaking device comprises 2 at least one lens array 6 with a plurality of lenses for breaking the received light signal LE. Under a lens array 6 In this case, an assembly with a plurality of lenses is understood. The lens array 6 may include individually mounted lenses or a contiguous lens composite. For example, plano-convex lenses, biconvex lenses, aspheric lenses, Fresnel lenses, CPC lenses, or DTIRC lenses may be used. The lenses may include, for example, glass, plastic, polymers, silicon, germanium, etc. The production of the lenses can be carried out in a pressing process, in an injection molding process, in an imprint process, in a semiconductor process, etc. A single lens can focus the light onto one or more converter elements. As an alternative to the lens array, an optical grating or a diffuser can be used.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die erste Konvertereinrichtung 3 wenigstens ein Konverterarray 8 mit wenigstens einem Teil der ersten Konverterelemente. Unter einem Konverterarray 8 wird dabei eine bauliche Einheit verstanden, welche eine Vielzahl von Konverterelementen umfasst. Jedes Konverterelement kann dabei ein Teillichtsignal, welches von einer Linse oder von mehreren Linsen stammt, in eine optische Faser einkoppeln. Die Konverterelemente eines Konverterarrays 8 können auf planen oder gewölbten Flächen angeordnet sein. Möglich sind insbesondere kreisförmige Anordnungen oder rechteckige Anordnungen der Konverterelemente.According to an advantageous development of the invention, the first converter device comprises 3 at least one converter array 8th with at least a part of the first converter elements. Under a converter array 8th In this case, a structural unit is understood which comprises a multiplicity of converter elements. Each converter element can couple a partial light signal, which originates from one lens or from several lenses, into an optical fiber. The converter elements of a converter array 8th can be arranged on plan or curved surfaces. In particular, circular arrangements or rectangular arrangements of the converter elements are possible.

2 zeigt ein Blockschaltbild eines Linsenarrays 6 und eines Konverterarrays 8 eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Empfängers. Die Konfiguration der 2 kann dabei bei jedem der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Empfängers vorgesehen sein. In 2 umfasst die Lichtbrecheinrichtung 2 beispielhaft ein Linsenarray 6, welches j Linsen 7.1 bis 7.j aufweist. Im Ausführungsbeispiel der 2 entspricht die Anzahl j der Linsen 7.1 bis 7.j der Anzahl n der ersten Konverterelemente und damit der Anzahl n der eingekoppelten Lichtsignale LK1 bis LKn. In anderen Ausführungsbeispielen kann j aber auch größer oder kleiner als n sein. 2 shows a block diagram of a lens array 6 and a converter array 8th an embodiment of a receiver according to the invention. The configuration of 2 can be provided in each of the embodiments of the inventive receiver described here be. In 2 includes the light refraction device 2 by way of example a lens array 6 which j lenses 7.1 to 7.J having. In the embodiment of 2 corresponds to the number j of the lenses 7.1 to 7.J the number n of the first converter elements and thus the number n of the coupled-in light signals LK1 to LKn. In other embodiments, however, j can also be greater or smaller than n.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist wenigstens eines der Linsenarrays 6 an einem der Konverterarrays 8 angeordnet. In diesem Fall bilden das Linsenarray 6 und das Konverterarray 8 eine bauliche Einheit. Hierdurch kann eine präzise Ausrichtung des Linsenarrays 6 in Bezug auf das Konverterarray 8 bewirkt werden. Dabei kann jedem Konverterelement genau eine Linse 7.1 bis 7.j zugeordnet sein. Es ist aber auch möglich, dass jedem Konverterelement mehrere Linsen 7.1 bis 7.j zugeordnet sind. Schließlich ist es auch möglich, dass sich mehrere Konverterelemente eine Linse 7.1 bis 7.j teilen.According to an advantageous development of the invention, at least one of the lens arrays is 6 on one of the converter arrays 8th arranged. In this case form the lens array 6 and the converter array 8th a structural unit. This allows a precise alignment of the lens array 6 with respect to the converter array 8th be effected. In this case, each converter element exactly one lens 7.1 to 7.J be assigned. But it is also possible that each converter element multiple lenses 7.1 to 7.J assigned. Finally, it is also possible for several converter elements to be a lens 7.1 to 7.J share.

3 zeigt eine räumliche Darstellung eines Linsenarrays 6 und eines Konverterarrays 8 eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Empfängers 1. Einfallendes Licht LE fällt auf eine als Linsenarray 6 ausgebildete Lichtbrecheinrichtung 2. Auf diese Weise entsteht gebrochenes Licht LT welches auf die als Konverterarrays 8 ausgebildete erste Konvertereinrichtung 3 fällt. 3 shows a spatial representation of a lens array 6 and a converter array 8th an embodiment of a receiver according to the invention 1 , Incident light LE falls on one as a lens array 6 trained light refraction device 2 , In this way, broken light LT arises which as the converter arrays 8th trained first converter device 3 falls.

4 zeigt eine räumliche Darstellung eines Konverterelements 9 eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Empfängers 1. 4 shows a spatial representation of a converter element 9 an embodiment of a receiver according to the invention 1 ,

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die ersten Konverterelemente 9 als Gitterkoppler 9 ausgebildet. Die Gitterkoppler 9 können optional mit einem so genannten Taper versehen sein. Hierdurch wird eine direkte Fixierung der optischen Signalleitung 10 in einem definierten Abstand zu einem Kopplungsbereich des Gitterkopplers 9 bewirkt. Der Gitterkoppler 9 kann in einem Pressverfahren, in einem Ätzverfahren, in einem Imprintverfahren oder in einem Halbleiterprozess aus Silizium, aus Germanium, aus Glas, oder aus einem Polymer hergestellt sein.According to an advantageous development of the invention, the first converter elements 9 as a grating coupler 9 educated. The grating coupler 9 can be optionally equipped with a so-called Taper. As a result, a direct fixation of the optical signal line 10 at a defined distance to a coupling region of the grating coupler 9 causes. The grating coupler 9 may be made of silicon, of germanium, of glass, or of a polymer in a pressing process, in an etching process, in an imprint process or in a semiconductor process.

5 zeigt ein Blockschaltbild einer Lichtbrecheinrichtung 2, einer Konvertereinrichtung 3 und einer Schaltereinrichtung 4 eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Empfängers 1. 5 shows a block diagram of a light refraction device 2 , a converter device 3 and a switch device 4 an embodiment of a receiver according to the invention 1 ,

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind wenigstens zwei Linsenarrays 6.1 bis 6.3 vorgesehen, welche aus unterschiedlichen Richtungen einfallende Lichtsignale LE1 bis LE3 jeweils in Teillichtsignale aufteilen. Hierdurch kann auf einfache Weise das Sichtfeld vergrößert werden, wobei die Empfindlichkeit des Empfängers 1 in unterschiedlichen Teilsichtfeldern nahezu gleichbleibend sein kann. Beispielsweise können mehrere Konverterarrays 8.1 bis 8.3 jeweils kombiniert mit einem Linsenarray 6.1 bis 6.3 an verschiedenen Seiten eines Empfangsmoduls 1 angeordnet sein, um so ein sehr großes Sichtfeld bereitzustellen. Im Idealfall kann so eine optische omnidirektionale Antenne realisiert werden.According to an advantageous development of the invention, at least two lens arrays 6.1 to 6.3 provided, which divide incident light signals LE1 to LE3 from each other in partial light signals. As a result, the field of view can be increased in a simple manner, wherein the sensitivity of the receiver 1 can be almost constant in different partial fields of view. For example, multiple converter arrays 8.1 to 8.3 each combined with a lens array 6.1 to 6.3 on different sides of a receiving module 1 be arranged so as to provide a very large field of view. Ideally, such an optical omnidirectional antenna can be realized.

6 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Empfängers 1. 6 shows a block diagram of an embodiment of a receiver according to the invention 1 ,

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zwischen der Konvertereinrichtung 2 und der Detektoreinrichtung 5 eine Phasenausgleichsanordnung 11 zum Ausgleich von Phasenunterschieden der in unterschiedliche optische Signalleitungen eingekoppelten Lichtsignale LK1 bis LKn vorgesehen. Gerade bei größeren Linsenarrays 6 oder bei der Verwendung von mehreren Linsenarrays 6 kann ein Phasenausgleich der einzelnen optischen Signalleitungen sinnvoll sein, um bei der weiteren Verarbeitung der eingekoppelten Lichtsignale LK1 bis LKn eine gegenseitige Schwächung bzw. Auslöschung der eingekoppelten Lichtsignale LK1 bis LKn zu verhindern.According to an advantageous embodiment of the invention is between the converter device 2 and the detector device 5 a phase compensation arrangement 11 to compensate for phase differences of the coupled into different optical signal lines light signals LK1 to LKn provided. Especially with larger lens arrays 6 or when using multiple lens arrays 6 a phase compensation of the individual optical signal lines can be useful in order to prevent mutual weakening or extinction of the coupled-in light signals LK1 to LKn in the further processing of the coupled-in light signals LK1 to LKn.

Unter einem Phasenausgleich wird dabei eine Maßnahme verstanden, welche die Phasen der unterschiedlichen Teillichtsignale LK1 bis LKn relativ zueinander angleicht.A phase compensation is understood to mean a measure which equates the phases of the different partial light signals LK1 to LKn relative to one another.

7 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Empfängers 1. 7 shows a block diagram of an embodiment of a receiver according to the invention 1 ,

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zwischen der Konvertereinrichtung 3 und der Detektoreinrichtung 5 eine wellenlängensensitive Filtereinrichtung 12 angeordnet, welche wenigstens ein Filterelement zum Filtern wenigstens eines der in eine der optischen Signalleitungen eingekoppelten Lichtsignale LK1 bis LKn aufweist. Mittels einer derartigen Filtereinrichtung 12 ist es möglich, störende Fremdsignale aus den eingekoppelten Lichtsignalen LK1 bis LKn zu entfernen. Dabei können einzelne oder alle der eingekoppelten Lichtsignale LK1 bis LKn gefiltert werden. Die Filterelemente können statisch oder dynamisch zu- und abschaltbar sein. Der Durchlassbereich der Filterelemente kann beispielsweise im Bereich von 850 nm, im Bereich von 940 nm, im Bereich von 980 nm, im Bereich von 1330 nm oder im Bereich von 1550 nm liegen. Es sind aber auch andere Bereiche möglich. Als Filterelemente können Mikroringresonatoren, zum Beispiel auch so genannte Grating-Assisted Mikroringresonatoren, oder elektrooptisch selektive Materialien verwendet werden.According to an advantageous embodiment of the invention is between the converter device 3 and the detector device 5 a wavelength-sensitive filter device 12 which has at least one filter element for filtering at least one of the light signals LK1 to LKn coupled into one of the optical signal lines. By means of such a filter device 12 it is possible to remove interfering extraneous signals from the coupled-in light signals LK1 to LKn. In this case, individual or all of the coupled-in light signals LK1 to LKn can be filtered. The filter elements can be switched on and off statically or dynamically. The passband of the filter elements may be in the range of 850 nm, 940 nm, 980 nm, 1330 nm, or 1550 nm, for example. But there are other areas possible. Micro-ring resonators, for example so-called grating-assisted microring resonators, or electrooptically selective materials can be used as filter elements.

8 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Empfängers 1. 8th shows a block diagram of an embodiment of a receiver according to the invention 1 ,

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine zweite Konvertereinrichtung 13 vorgesehen, welche eine Einzahl oder eine Mehrzahl von zweiten Konverterelementen zum Auskoppeln des geschalteten Lichtsignals LS1 bis LSn aus wenigstens einer der optischen Signalleitungen umfasst, wobei die Konverterelemente so ausgebildet sind, dass das ausgekoppelte Lichtsignal LA1 bis LA auf n senkrecht auf die Detektorelemente trifft. Die zweiten Konverterelemente können so wie die ersten Konverterelemente ausgebildet sein, wobei allerdings der Eingang und der Ausgang vertauscht sind.According to an advantageous embodiment of the invention is a second converter device 13 is provided, which comprises a singular or a plurality of second converter elements for coupling out the switched light signal LS1 to LSn from at least one of the optical signal lines, wherein the converter elements are formed such that the decoupled light signal LA1 to LA hits n perpendicular to the detector elements. The second converter elements may be formed as the first converter elements, although the input and the output are reversed.

9 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Empfängers 1. Hierbei sind die wesentlichen Blöcke des Empfängers die bereits beschriebene Lichtbrecheinrichtung 2, die bereits beschriebene erste Konvertereinrichtung 3, die bereits beschriebene Phasenausgleichsanordnung 11, die bereits beschriebene Schalteinrichtung 4, die bereits beschriebene Filtereinrichtung 12, die bereits beschriebene zweite Konvertereinrichtung 13 und die bereits beschriebene Detektoreinrichtung 5 9 shows a block diagram of an embodiment of a receiver according to the invention 1 , Here, the essential blocks of the receiver are the already described light-breaking device 2 , the already described first converter device 3 , the phase compensation arrangement already described 11 , the switching device already described 4 , the filter device already described 12 , the already described second converter device 13 and the already described detector device 5

10 zeigt eine räumliche Darstellung eines Konverterarrays 8, einer Phasenausgleichsanordnung 11, einer Schaltereinrichtung 4 und einer Detektoreinrichtung 5 eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Empfängers 1. Dabei weist die erste Konvertereinrichtung 3 ein Konverterarray mit insgesamt neun ersten Konverterelementen 9.0 bis 9.8 auf. Jedes der Konverterelemente 9.0 bis 9.8 ist dabei mit einer der optischen Signalleitungen 10.0 bis 10.8 verbunden, um jeweils einen Teil des durch die nicht gezeigte Lichtbrecheinrichtung 2 gebrochenen Lichts in die jeweilige optische Signalleitung 10.0 bis 10.8 einzukoppeln. 10 shows a spatial representation of a converter array 8th , a phase compensation arrangement 11 , a switch device 4 and a detector device 5 an embodiment of a receiver according to the invention 1 , In this case, the first converter device 3 a converter array with a total of nine first converter elements 9.0 to 9.8 on. Each of the converter elements 9.0 to 9.8 is doing with one of the optical signal lines 10.0 to 10.8 each connected to a part of the light refractor, not shown 2 refracted light into the respective optical signal line 10.0 to 10.8 couple.

Die Schaltereinrichtung 4 umfasst insgesamt beispielhaft neun Schalter 15.0 bis 15.8, wobei jeder der Schalter 15.0 bis 15.8 zum Schalten einer der Signalleitungen 10.0 bis 10.8 vorgesehen ist. Die Schalter 15.0 bis 15.8 können zum Beispiel als elektro-optische Schalter 15.0 bis 15.8 ausgebildet sein. Die elektrooptischen Schalter 15.0 bis 15.8 können auf organischen oder auf anorganischen Materialien basieren. Möglich sind Flüssigkristallgemische, z. B. eine Mischung aus dem Flüssigkristall E44 und aus Polymethlymethacrylat, sogenannte Dye-Doped Polymer-Stabilized Blue Phase Liquid Crystals (DDPSBP-LC) oder siliziumbasierte Mikrowellenresonanzforen in Kombination mit PIN Dioden (englisch: positive intrinsic negative diode).The switch device 4 includes a total of nine switches 15.0 to 15.8 where each of the switches 15.0 to 15.8 for switching one of the signal lines 10.0 to 10.8 is provided. The switches 15.0 to 15.8 can be used as electro-optical switches, for example 15.0 to 15.8 be educated. The electro-optical switches 15.0 to 15.8 can be based on organic or on inorganic materials. Possible are liquid crystal mixtures, for. B. a mixture of the liquid crystal E44 and polymethyl methacrylate, so-called Dye-Doped Polymer-Stabilized Blue Phase Liquid Crystals (DDPSBP-LC) or silicon-based microwave resonance forums in combination with PIN diodes (English: positive intrinsic negative diode).

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Phasenausgleichsanordnung 11 wenigstens ein statisches Verzögerungselement 16, welches einer der optischen Signalleitungen 10.0 bis 10.8 zugeordnet ist. Ein statisches Verzögerungselement 16, also ein Verzögerungselement 16, welches ständig eine definierte Verzögerung des jeweiligen eingekoppelten Lichtsignale bewirkt, stellt eine einfache Möglichkeit dar, die Phasen von unterschiedlichen eingekoppelten Lichtsignale aneinander anzugleichen. Im einfachsten Fall ist das statische Verzögerungselement durch eine Verlängerung der optischen Signalleitung realisiert. Möglich als statische Verzögerungselemente sind jedoch auch, wie in 10 gezeigt, Mikroringresonatoren 16.According to an advantageous development of the invention, the phase compensation arrangement comprises 11 at least one static delay element 16 which is one of the optical signal lines 10.0 to 10.8 assigned. A static delay element 16 , so a delay element 16 , which constantly causes a defined delay of the respective coupled light signals, is an easy way to equalize the phases of different coupled light signals to each other. In the simplest case, the static delay element is realized by an extension of the optical signal line. However, as static delay elements are also possible, as in 10 shown, micro ring resonators 16 ,

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Phasenausgleichsanordnung 11 wenigstens ein dynamisch zuschaltbares Verzögerungselement 17.1 bis 17.3, welches einer der optischen Signalleitungen 10.0 bis 10.8 zugeordnet ist. Durch die Verwendung von dynamisch zuschaltbaren Verzögerungselementen 17.1 bis 17.3 kann die Genauigkeit der Phasenanpassung verbessert werden. Insbesondere kann so die Phasenanpassung in Abhängigkeit von einem tatsächlichen Phasenunterschied durchgeführt werden. Die dynamischen Verzögerungselemente 17.1 bis 17.3 können dabei durch eine elektronische Steuereinrichtung automatisch gesteuert werden.According to an advantageous development of the invention, the phase compensation arrangement comprises 11 at least one dynamically switchable delay element 17.1 to 17.3 which is one of the optical signal lines 10.0 to 10.8 assigned. By using dynamically switchable delay elements 17.1 to 17.3 the accuracy of phase matching can be improved. In particular, the phase matching can thus be carried out as a function of an actual phase difference. The dynamic delay elements 17.1 to 17.3 can be controlled automatically by an electronic control device.

Die Detektorelemente 14.0 bis 14.2 können beispielsweise aus Indiumgalliumarsenid (InGaAs) aus Galliumarsenid (GaAs), aus Silizium (Si) oder aus Germanium (Ge) bestehen. Es können insbesondere Photodioden, wie beispielsweise PIN Photodioden, verwendet werden.The detector elements 14.0 to 14.2 For example, indium gallium arsenide (InGaAs) may be gallium arsenide (GaAs), silicon (Si), or germanium (Ge). In particular, photodiodes, such as PIN photodiodes, may be used.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind einem der Detektorelemente 14.0 bis 14.2 die ausgekoppelten Lichtsignale von wenigstens zwei der optischen Signalleitungen 10.0 bis 10.8 zuführbar. Hierdurch kann die optische Signalleistung an einem der Detektorelemente 14.0 bis 14.2 erhöht werden, so dass eine größere Empfindlichkeit erzielt werden kann. So werden im Beispiel der 10 die ausgekoppelten Lichtsignale der Signalleitungen 10.0 bis 10.2 dem Detektorelement 14.0, die ausgekoppelten Lichtsignale der Signalleitungen 10.3 bis 10.5 dem Detektorelement 14.1 und die aus gekoppelten Lichtsignale der Signalleitungen 10.6 bis 10.8 dem Detektorelement 14.2 zugeführt.According to an advantageous embodiment of the invention are one of the detector elements 14.0 to 14.2 the decoupled light signals from at least two of the optical signal lines 10.0 to 10.8 fed. As a result, the optical signal power at one of the detector elements 14.0 to 14.2 be increased, so that a greater sensitivity can be achieved. So in the example of the 10 the decoupled light signals of the signal lines 10.0 to 10.2 the detector element 14.0 , the decoupled light signals of the signal lines 10.3 to 10.5 the detector element 14.1 and the coupled light signals of the signal lines 10.6 to 10.8 the detector element 14.2 fed.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die ersten Konverterelemente 9 eines der ersten Konverterarrays 8 und die dem ersten Konverterarray zugeordneten Schalter 15 und/oder die dem ersten Konverterarray 8 zugeordneten Detektorelemente 14 auf einer Ebene eines Substrates ausgebildet.According to an advantageous development of the invention, the first converter elements 9 one of the first converter arrays 8th and the switches associated with the first converter array 15 and / or the first converter array 8th associated detector elements 14 formed on a plane of a substrate.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die dem ersten Konverterarray 8 zugeordneten Verzögerungselemente 16, 17 auf der Ebene des Substrates ausgebildet. According to an advantageous embodiment of the invention, the first converter array 8th associated delay elements 16 . 17 formed at the level of the substrate.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die dem ersten Konverterarray 8 zugeordneten Filterelemente auf der Ebene des Substrates ausgebildet.According to an advantageous development of the invention, the first converter array 8th associated filter elements formed on the level of the substrate.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die dem ersten Konverterarray 8 zugeordneten zweiten Konverterelemente auf der Ebene des Substrates ausgebildet.According to an advantageous embodiment of the invention, the first converter array 8th associated second converter elements formed on the level of the substrate.

Durch die Ausbildung mehrerer der Elemente auf einer gemeinsamen Ebene des Substrats kann der Empfänger einfach und präzise hergestellt werden.By forming a plurality of the elements on a common plane of the substrate, the receiver can be manufactured simply and precisely.

Der erfindungsgemäße Empfänger umfasst in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel folgende Bestandteile:

  • • Ein Linsenarray, bestehend aus einzeln montierten Linsen oder einem zusammenhängendem Linsenverbund. Die Linsen sind z. B. plankonvex, bikonvex, Asphären, Fresnellinsen, CPC oder DTIRC. Das Material kann Glas, Kunststoff, Polymere, Silizium oder Germanium umfassen. Die Herstellung kann mittels Pressverfahren, Spritzguss, Imprint oder Halbleiterprozessen erfolgen. Eine Linse kann Licht auf ein Konverterelement des Konverterarrays oder auf das gesamte Konverterarray fokussieren. Die Linsen können auch direkt auf das Konverterarray aufgebracht werden (ein Linsenelement auf ein Konverterelement, mehrere Linsenelemente auf ein Konverterelement, eine Linse auf mehrere Konverterelemente). Als Alternative zum Linsenarray kann ein optisches Gitter oder ein Diffusor eingesetzt werden.
  • • Ein Konverterarray, bestehend aus mehreren Konverterelementen, die jeweils das Licht einer Linse (oder mehrerer Linsen) in je eine optische Faser (auch optische Signalleitung) einkoppeln. Das Konverterelement kann z. B. ein Gitterkoppler, optional mit Taper (direkte Faserfixierung in definiertem Abstand) sein. Bei dem Material kann es sich um Silizium, Germanium, Glas oder um ein Polymer handeln. Die Herstellung kann durch Pressverfahren, Ätzen, Imprint, Halbleiterprozesse erfolgen. Die Anordnung der Konverterelemente kann auf verschiedene Weise beispielsweise auf planen oder gewölbten Flächen erfolgen. Beispielsweise sind kreisförmige Anordnungen oder rechteckigem Muster möglich. Es können mehrere Konverterarrays (jeweils kombiniert mit Linsenarray) an verschiedenen Seiten eines Empfangsmoduls angeordnet werden und so eine zusätzlich vergrößerte Coverage erzeugen (im Idealfall auch als Omnidirektionale Antenne).
  • • Eine Schaltmatrix bei der einzelne der n Signalleitung abgeschaltet werden können, um so definierte Bereiche des Empfängers abzuschalten (Reduktion von optischer Leistung oder Störungen). Dazu können z. B. elektro-optische Schalter eingesetzt werden. Elektrooptische Schalter sind ausgebildet über organische oder anorganische Materialien (z. B. Flüssigkritallgemisch (z. B. PMMA/E44 Composite, Dye-Doped Polymer-Stabilized Blue Phase Liquid Crystals (DDPSBP-LC)) oder siliziumbasierte Mikroringresonatoren in Kombination mit PIN Dioden oder andere elektrooptische Schalterprinzipien). Zusätzlich können aus n optischen Signalleitungen mehrere Signalleitungen zusammengeschaltet werden, um so die optische Signalleistung pro Leitung zu erhöhen. Die Anzahl resultierender m Ausgangssignale kann größer gleich eins sein.
  • • Ein Detektorarray mit einem bis m Detektoren (z. B. InGaAs, GaAs, Si PIN Photodioden). Das Licht fällt bevorzugt aus dem Konverterarray jeweils senkrecht auf die Detektoroberfläche.
  • • Eine Phasenausgleichsanordnung. Bei sehr großen Arrays oder der Anwendung mehrerer Linsen-/Konverterarrays kann ein Phasenausgleich der einzelnen optischen Signalleitungen optional notwendig werden. Der Phasenausgleich kann über statische oder dynamisch zuschaltbare Delayelemente erfolgen. Als statische Verzögerungselemente können unterschiedliche Signallängen oder Mikroringresonatoren verwendet werden. Als dynamische Verzögerungselemente können z. B. über elektrooptische Schalter schaltbare Delayelemente bedarfsgerecht in den Signalweg geschaltet werden.
  • • Eine Filtermatrix, mit der jedes der n Signale wellenlängenselektiv gefiltert wird. Die Filter können fest verdrahtet sein oder dynamisch je nach Anwendung zu- oder abgeschaltet werden. Die Wellenlängenselektivität kann z. B. in einem Bereich um 850 nm, 940 nm, 980 nm, 1330 nm, 1550 nm oder in einem anderen Bereich liegen. Die Filter können z. B. mittels Mikroringresonator (z. B. auch Grating-Assisted Mikroringresonator, elektrooptisch selektiver Materialien) realisiert werden. Die Filtermatrix ist optional. Der Phasenausgleich, die Schaltermatrix und die Filtermatrix können auf derselben physikalischen Ebene (gleiches Substrat) wie die Konverterelemente angeordnet sein. Eine zweite Variante besteht in der Aufteilung auf mehrere planare oder andere Substratebenen (mindestens zwei), die z. B. gestackt (übereinander gestapelt) werden können.
  • • Ein zweites Konverterarray ist optional und kann das optische Signal senkrecht zu dem Detektorarray leiten. Vom Aufbau können beim zweiten Konverterarray ähnliche Herstellungstechnologien wie beim ersten Konverterarray verwendet werden. Das zweite Konverterarray kann weniger Elemente aufweisen als das erste.
The receiver according to the invention comprises in a preferred embodiment the following components:
  • • A lens array consisting of individually mounted lenses or a coherent lens assembly. The lenses are z. Planoconvex, biconvex, aspheres, Fresnel lenses, CPC or DTIRC. The material may include glass, plastic, polymers, silicon or germanium. The production can be carried out by means of compression molding, injection molding, imprinting or semiconductor processes. A lens can focus light on a converter element of the converter array or on the entire converter array. The lenses can also be applied directly to the converter array (a lens element on a converter element, a plurality of lens elements on a converter element, a lens on a plurality of converter elements). As an alternative to the lens array, an optical grating or a diffuser can be used.
  • • A converter array, consisting of several converter elements, each of which couple the light of one lens (or several lenses) into one optical fiber (also optical signal line). The converter element can, for. As a grating coupler, optionally with taper (direct fiber fixation in a defined distance) be. The material may be silicon, germanium, glass or a polymer. The production can be done by pressing, etching, imprint, semiconductor processes. The arrangement of the converter elements can be done in various ways, for example on plan or curved surfaces. For example, circular arrangements or rectangular patterns are possible. Several converter arrays (each combined with a lens array) can be arranged on different sides of a receiving module and thus produce an additionally increased coverage (ideally also as an omnidirectional antenna).
  • • A switching matrix in which one of the n signal lines can be switched off in order to switch off defined areas of the receiver (reduction of optical power or interference). These can z. B. electro-optical switch can be used. Electro-optical switches are designed using organic or inorganic materials (eg liquid-crystal mixture (eg PMMA / E44 composite, dye-dyed polymer-stabilized blue phase liquid crystals (DDPSBP-LC)) or silicon-based microring resonators in combination with PIN diodes or other electro-optical switch principles). In addition, a plurality of signal lines can be interconnected from n optical signal lines so as to increase the optical signal power per line. The number of resulting m output signals can be greater than or equal to one.
  • • A detector array with one to m detectors (eg InGaAs, GaAs, Si PIN photodiodes). The light preferably falls from the converter array in each case perpendicular to the detector surface.
  • • A phase compensation arrangement. For very large arrays or the use of multiple lens / converter arrays, a phase compensation of the individual optical signal lines may optionally be necessary. The phase compensation can be done via static or dynamically switchable delay elements. As static delay elements, different signal lengths or micro ring resonators can be used. As dynamic delay elements z. B. switchable via electro-optical switch delay elements can be switched as needed in the signal path.
  • • A filter matrix that filters each of the n signals wavelength-selectively. The filters can be hardwired or dynamically turned on or off depending on the application. The wavelength selectivity z. B. in a range around 850 nm, 940 nm, 980 nm, 1330 nm, 1550 nm or in another range. The filters can z. B. by means of micro-ring resonator (eg., Grating-assisted microring resonator, electro-optically selective materials) can be realized. The filter matrix is optional. The phase compensation, the switch matrix and the filter matrix can be arranged on the same physical plane (same substrate) as the converter elements. A second variant consists in the division of several planar or other substrate levels (at least two), the z. B. stacked (stacked) can be.
  • A second converter array is optional and can direct the optical signal perpendicular to the detector array. The structure of the second converter array similar manufacturing technologies can be used as the first converter array. The second converter array may have fewer elements than the first.

Die Vorteile der beschriebenen Erfindung bestehen in einer Kombination aus kleinem Formfaktor sowie gleichzeitig anwendungsspezifischer Coverage (im Extremfall: Omnidirektionaler Empfänger). Dadurch kann die optische Performance einer optisch drahtlosen Übertragungsstrecke bzgl. Reichweite und Ausrichtung von Sender und Empfänger erhöht werden. Zusätzlich ist der Dynamikbereich des beschriebenen Empfängers vergrößert, wodurch eine Datenübertragung mit dem gleichen Empfänger bei sehr kurzen bis hin zu mittleren Reichweiten einfach sichergestellt werden kann. D. h. der Empfänger wird bei einer kurzen Reichweite (hohe optische Empfangsleistung) nicht übersteuert und bei großer Reichweite (sehr kleine Empfangsleistung) wird eine ausreichend hohe Sensitivität bei kleinen (kBit/s) mittleren (Mbit/s) und hohen Datenraten (Multi Gbit/s) bereitgestellt.The advantages of the described invention consist in a combination of small form factor and at the same time application-specific coverage (in extreme cases: omnidirectional receiver). As a result, the optical performance of an optically wireless transmission path with respect to range and orientation of the transmitter and receiver can be increased. In addition, the dynamic range of the described receiver is increased, whereby a data transmission with the same receiver at very short to medium ranges can be easily ensured. Ie. the receiver is not overdriven with a short range (high optical reception power) and with long range (very small reception power) a sufficiently high sensitivity at low (kbit / s) medium (Mbit / s) and high data rates (multi Gbit / s) provided.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Optischer EmpfängerOptical receiver
22
LichtbrecheinrichtungLight crusher
33
erste Konvertereinrichtungfirst converter device
44
Schaltereinrichtungswitch means
55
Detektoreinrichtungdetector device
66
Linsenarraylens array
77
Linselens
88th
Konverterarrayconverter array
99
erstes Konverterelementfirst converter element
1010
optische Signalleitungoptical signal line
1111
PhasenausgleichsanordnungPhase compensation arrangement
1212
Filtereinrichtungfiltering device
1313
zweite Konvertereinrichtungsecond converter device
1414
Detektorelementdetector element
1515
Schalterswitch
1616
statisches Verzögerungselementstatic delay element
1717
dynamisches Verzögerungselementdynamic delay element
1818
zweites Konverterarraysecond converter array
1919
Detektorarray niDetector array ni
LELE
einfallendes Lichtsignalincident light signal
LTLT
TeillichtsignalPartial light signal
LKLK
eingekoppeltes Lichtsignalcoupled light signal
LSLS
eingekoppeltes geschaltetes Lichtsignalcoupled switched light signal
ESIT
elektrisches Signalelectrical signal
LALA
ausgekoppeltes Lichtsignaldecoupled light signal

Claims (17)

Optischer Empfänger (1) für eine optische drahtlose Kommunikation, mit einer Lichtbrecheinrichtung (2) zum Brechen von einem einfallenden Lichtsignal (LE), um so das einfallende Lichtsignal (LE) in Teillichtsignale (LT) aufzuteilen; einer ersten Konvertereinrichtung (3), welche eine Vielzahl von ersten Konverterelementen (9) zum Einkoppeln eines der Teillichtsignale (LT) in jeweils eine optische Signalleitung (10) umfasst, um so je optischer Signalleitung (10) ein eingekoppeltes Lichtsignal (LK) zu erzeugen; einer Schaltereinrichtung (4), welche eine Einzahl oder eine Mehrzahl von Schaltern (15) aufweist, welche jeweils in einer der optischen Signalleitungen (10) angeordnet und dazu ausgebildet sind, das eingekoppelte Lichtsignal (LK) in einer ersten Schalterstellung weiterzuleiten und in einer zweiten Schalterstellung zu blockieren, um so wenigstens ein eingekoppeltes schaltbares Lichtsignal (LS) zu erzeugen; und einer Detektoreinrichtung (5) mit einer Einzahl oder einer Mehrzahl von Detektorelementen (14) zum Erzeugen eines elektrischen Signals (ES) in Abhängigkeit von wenigstens einem der eingekoppelten schaltbaren Lichtsignale (LS).Optical receiver ( 1 ) for an optical wireless communication, with a light refracting device ( 2 ) for breaking an incident light signal (LE) so as to divide the incident light signal (LE) into partial light signals (LT); a first converter device ( 3 ), which a plurality of first converter elements ( 9 ) for coupling one of the partial light signals (LT) in each case an optical signal line ( 10 ), so as to each optical signal line ( 10 ) to generate a coupled light signal (LK); a switch device ( 4 ) containing a singular or a plurality of switches ( 15 ), which in each case in one of the optical signal lines ( 10 ) are arranged and adapted to forward the coupled-in light signal (LK) in a first switch position and to block in a second switch position, so as to generate at least one coupled switchable light signal (LS); and a detector device ( 5 ) with a singular or a plurality of detector elements ( 14 ) for generating an electrical signal (ES) as a function of at least one of the coupled switchable light signals (LS). Empfänger (1) nach vorstehendem Anspruch, wobei die Lichtbrecheinrichtung (2) wenigstens ein Linsenarray (6) mit einer Vielzahl von Linsen (7) zum Brechen des einfallenden Lichtsignals (LE) umfasst.Receiver ( 1 ) according to the preceding claim, wherein the light-breaking device ( 2 ) at least one lens array ( 6 ) with a plurality of lenses ( 7 ) for breaking the incident light signal (LE). Empfänger (1) nach Anspruch 2, wobei wenigstens zwei Linsenarrays (6) vorgesehen sind, welche aus unterschiedlichen Richtungen einfallende Lichtsignale (LE) jeweils in Teillichtsignale (LT) aufteilen.Receiver ( 1 ) according to claim 2, wherein at least two lens arrays ( 6 ) are provided, which divide from different directions incident light signals (LE) each in partial light signals (LT). Empfänger (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Konvertereinrichtung (3) wenigstens ein Konverterarray (8) mit wenigstens einem Teil der ersten Konverterelemente (9) umfasst.Receiver ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the first converter device ( 3 ) at least one converter array ( 8th ) with at least a part of the first converter elements ( 9 ). Empfänger (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die ersten Konverterelemente (9) als Gitterkoppler (9) ausgebildet sind.Receiver ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the first converter elements ( 9 ) as a grating coupler ( 9 ) are formed. Empfänger (1) nach Anspruch 4 oder 5 bei dessen Rückbezug auf Anspruch 2 oder 3, wobei wenigstens eines der Linsenarrays (6) an einem der Konverterarrays (8) angeordnet ist.Receiver ( 1 ) according to claim 4 or 5 when referenced back to claim 2 or 3, wherein at least one of the lens arrays ( 6 ) on one of the converter arrays ( 8th ) is arranged. Empfänger (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zwischen der ersten Konvertereinrichtung (3) und der Detektoreinrichtung (5) eine Phasenausgleichsanordnung (11) zum Ausgleich von Phasenunterschieden der in unterschiedliche optische Signalleitungen (10) eingekoppelten Lichtsignale (LK) vorgesehen ist.Receiver ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein between the first converter device ( 3 ) and the detector device ( 5 ) a phase compensation arrangement ( 11 ) to compensate for phase differences in different optical signal lines ( 10 ) coupled light signals (LK) is provided. Empfänger (1) nach Anspruch 7, wobei die Phasenausgleichsanordnung (11) wenigstens ein statisches Verzögerungselement (16) umfasst, welches einer der optischen Signalleitungen (10) zugeordnet ist.Receiver ( 1 ) according to claim 7, wherein the phase compensation arrangement ( 11 ) at least one static delay element ( 16 ), which is one of the optical signal lines ( 10 ) assigned. Empfänger (1) nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Phasenausgleichsanordnung (11) wenigstens ein dynamisch zuschaltbares Verzögerungselement (17) umfasst, welches einer der optischen Signalleitungen (10) zugeordnet ist.Receiver ( 1 ) according to claim 7 or 8, wherein the phase compensation arrangement ( 11 ) at least one dynamically switchable delay element ( 17 ), which is one of the optical signal lines ( 10 ) assigned. Empfänger (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zwischen der ersten Konvertereinrichtung (3) und der Detektoreinrichtung (5) eine wellenlängensensitive Filtereinrichtung (12) angeordnet ist, welche wenigstens ein Filterelement zum Filtern wenigstens eines der in eine der optischen Signalleitungen (10) eingekoppelten Lichtsignale (LK) aufweist. Receiver ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein between the first converter device ( 3 ) and the detector device ( 5 ) a wavelength-sensitive filter device ( 12 ) is arranged, which at least one filter element for filtering at least one of the in one of the optical signal lines ( 10 ) has coupled light signals (LK). Empfänger (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine zweite Konvertereinrichtung (13) vorgesehen ist, welche eine Einzahl oder eine Mehrzahl von zweiten Konverterelementen zum Erzeugen eines aus wenigstens einer der optischen Signalleitungen (10) ausgekoppelten Lichtsignals (LA) umfasst, wobei die zweiten Konverterelemente so ausgebildet sind, dass das ausgekoppelte Lichtsignal (LA) senkrecht auf die Detektorelemente (14) trifft.Receiver ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein a second converter device ( 13 ) is provided which comprises a singular or a plurality of second converter elements for generating one from at least one of the optical signal lines ( 10 ), wherein the second converter elements are formed so that the coupled-out light signal (LA) perpendicular to the detector elements ( 14 ) meets. Empfänger (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei einem der Detektorelemente (14) die ausgekoppelten Lichtsignale (LA) von wenigstens zwei der optischen Signalleitungen (10) zuführbar sind.Receiver ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein one of the detector elements ( 14 ) the decoupled light signals (LA) of at least two of the optical signal lines ( 10 ) can be supplied. Empfänger (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die ersten Konverterelemente (9) eines der ersten Konverterarrays (8) und die dem ersten Konverterarray (8) zugeordneten Schalter (15) auf einer oder mehreren Ebenen eines Substrates ausgebildet sind.Receiver ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the first converter elements ( 9 ) one of the first converter arrays ( 8th ) and the first converter array ( 8th ) associated switch ( 15 ) are formed on one or more levels of a substrate. Empfänger (1) nach Anspruch 13 bei dessen Rückbezug auf Anspruch 4, wobei die dem ersten Konverterarray (8) zugeordneten Detektorelemente (14) auf einer oder mehreren Ebenen des Substrates ausgebildet sind.Receiver ( 1 ) according to claim 13 when referenced back to claim 4, wherein the said first converter array ( 8th ) associated detector elements ( 14 ) are formed on one or more levels of the substrate. Empfänger (1) nach Anspruch 13 oder 14 bei dessen Rückbezug auf Anspruch 8 oder 9, wobei die dem ersten Konverterarray (8) zugeordneten Verzögerungselemente (16, 17) auf dem Substrat ausgebildet sind.Receiver ( 1 ) according to claim 13 or 14 when referenced back to claim 8 or 9, wherein the said first converter array ( 8th ) associated delay elements ( 16 . 17 ) are formed on the substrate. Empfänger (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 15 bei dessen Rückbezug auf Anspruch 10, wobei die dem ersten Konverterarray (8) zugeordneten Filterelemente auf dem Substrat ausgebildet sind.Receiver ( 1 ) according to any one of claims 13 to 15 when referenced back to claim 10, wherein the first converter array ( 8th ) associated filter elements are formed on the substrate. Empfänger (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 16 bei dessen Rückbezug auf Anspruch 11, wobei die dem ersten Konverterarray (8) zugeordneten zweiten Konverterelemente auf dem Substrat ausgebildet sind.Receiver ( 1 ) according to any one of claims 13 to 16 when referred back to claim 11, wherein the said first converter array ( 8th ) associated second converter elements are formed on the substrate.
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