DE19921091A1 - Diffuser for optical mobile communication, has internal wall with material having high reflectivity and inlet/orifice for outlet which has reflected transmission signals in hollow ball/sphere - Google Patents

Diffuser for optical mobile communication, has internal wall with material having high reflectivity and inlet/orifice for outlet which has reflected transmission signals in hollow ball/sphere

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    • H04B10/11—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum

Abstract

Diffuser has a hollow ball/sphere (1), internal wall with a material having a high reflectivity and inlet/orifice (Le) for the outlet which has reflected transmission signals in the hollow ball/sphere. Also, an entry inlet/orifice (Li) for bringing in the transmission signals at which the optical output from the transmission source is arranged and transfers the signals to the hollow ball/sphere. The inlet orifices for the outlets are composed of the one in the hollow ball/sphere fold reflected transmission signals large area/surface or the entire surface of the hollow ball/sphere for the wavelength of the transmission signals to the outside partial material transparent and to the inside diffuse reflecting.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Diffusor für die optische Mobilkommunikation.The invention relates to a diffuser for optical Mobile communication.

Bei der drahtlosen optischen Kommunikation wird häufig ein Diffusor benötigt, der die verfügbare Sendeleistung möglichst gleichmäßig über die zu versorgende Picozelle (Büro, Werkhalle usw.) verteilt.A diffuser is often required for wireless optical communication, the the available transmission power as evenly as possible over the supplying picocell (office, workshop, etc.) distributed.

Dem Stand der Technik nach sind beispielsweise Oberflächenstreuscheiben, Volumenstreuscheiben und Überfangstreuscheiben bekannt (s. Gesamtkatalog der Firma Spindler & Hoyer G3, Bestellnummer 65 00 20, S. C20-C21). Bei den Oberflächenstreuscheiben, die sich zwar einfach realisieren lassen und deren Streuwinkel durch die Korngröße des Mattglases eingestellt werden kann, lassen sich keine weit geöffneten Sendekeulen realisieren. Volumenstreuscheiben aus Opalglas haben einen relativ großen Abstrahlwinkel, jedoch ist die Abstrahlcharakteristik wellenlängenabhängig, und der Abstrahlwinkel ist meist kleiner als beim Lambertstrahler (Lambertstrahler haben eine richtungsunabhängige Strahlungsdichte. Aus der cosinus-förmigen Intensitätsverteilung resultiert ein Abstrahlwinkel < 120°). Die Überfangstreuscheiben garantieren auch bei starkem Streulicht große Bildhelligkeit, weisen eine reflexfreie Oberfläche sowie hohen Kontrast und gute Helligkeitsverteilung ohne "hot spots" auf. Sie realisieren aber nur einen kleinen Streuwinkel, und es entstehen Verluste durch die wellenlängenabhängige Absorption, da sie in Durchstrahlgeometrie eingesetzt sind. According to the state of the art, Volume spreading discs and overlay spreading discs are known (see General catalog of the company Spindler & Hoyer G3, order number 65 00 20, p. C20-C21). With the surface spreading discs, which are simple can be realized and their scattering angle by the grain size of the frosted glass broadly open transmission lobes cannot be set realize. Volume lenses made of opal glass have a relatively large one Radiation angle, however the radiation characteristic is dependent on the wavelength, and the beam angle is usually smaller than with the Lambert radiator (Lambert radiators have a directionally independent radiation density Cosine-shaped intensity distribution results in a radiation angle <120 °). The overlay spreading discs guarantee large ones even with strong scattered light Image brightness, have a non-reflective surface and high contrast and good brightness distribution without "hot spots". But you only realize one small scattering angle, and there are losses due to the wavelength-dependent absorption, since it is used in transmission geometry are.  

Weiterhin sind holographische Diffusoren, wie sie in IEE Proc.-Optoelectron., Vol. 143, No. 6, December 1996, pp 365-369 und in WO 97/34174 beschrieben sind, bekannt. Mittels dieser Diffusoren kann i. a. eine relativ gute Homogenität bei der Ausleuchtung der Zelle erreicht werden. Die Diffusoren können an verschiedene Einsatzzwecke angepaßt werden. Jedoch ist bei den holographischen Diffusoren von Nachteil, daß sie generell einen "hot spot" in der Abstrahlcharakteristik haben, der die mögliche augensichere Sendeleistung reduziert. Außerdem ist auch bei diesen Diffusoren die Abstrahlcharakteristik stark wellenlängenabhängig. Die Herstellung der Diffusoren ist durch den Entwurf und das Schreiben der Matrizen (mittels Elektronenstrahlbelichtung) sehr kostenintensiv.Furthermore, there are holographic diffusers, as described in IEE Proc.-Optoelectron., Vol. 143, No. 6, December 1996, pp 365-369 and in WO 97/34174 are known. By means of these diffusers i. a. a relatively good one Homogeneity in the illumination of the cell can be achieved. The diffusers can be adapted to different purposes. However, with the disadvantageous holographic diffusers that they generally a "hot spot" in of the radiation pattern that the possible eye-safe Transmission power reduced. In addition, with these diffusers Radiation characteristics strongly dependent on wavelength. The manufacture of the Diffusers is through the design and writing of the matrices (by means of Electron beam exposure) very expensive.

Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, einen flächenhaften kostengünstig herstellbaren Strahler mit einem deutlich größeren Abstrahlwinkel als bei einem Lambertstrahler anzugeben, der weitestgehend unabhängig von der optischen Wellenlänge des Senders und von seinem Strahlprofil ist, keine "hot spots" aufweist und eine homogene Ausleuchtung der zu versorgenden Picozelle ermöglicht.Therefore, it is an object of the invention to make a flat inexpensive producible spotlight with a significantly larger beam angle than in specify a Lambert radiator that is largely independent of the optical wavelength of the transmitter and its beam profile is none "hot spots" and a homogeneous illumination of the to be supplied Picocell enables.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Diffusor für die optische Mobilkommunikation gelöst, der eine Hohlkugel aufweist, deren Innenwand mit einem eine hohe Reflektivität aufweisenden Material versehen ist, und die Hohlkugel Mittel zum Einbringen der Sendesignale einer Sendequelle in ihren Innenraum und mindestens eine Öffnung für den Austritt der in der Hohlkugel vielfach reflektierten Sendesignale aufweist.The object is achieved by a diffuser for the optical Mobile communication solved, which has a hollow sphere, the inner wall is provided with a material having a high reflectivity, and the Hollow sphere means for introducing the transmission signals of a transmission source into their Interior and at least one opening for the exit in the hollow sphere has frequently reflected transmission signals.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Durchmesser der Hohlkugel, die Fläche der Austrittsöffnung und die Reflektivität der Innenwand bei Vorgabe des Wirkungsgrades und der oberen Grenzfrequenz der Übertragung bestimmt mittels Lösung der Gleichungen
In one embodiment of the invention, the diameter of the hollow sphere, the area of the outlet opening and the reflectivity of the inner wall, given the efficiency and the upper limit frequency of the transmission, are determined by solving the equations

wobei gilt AK = πD2; AL = Ai + Ae a =Ae/AL,
where A K = πD 2 ; A L = A i + A e a = A e / A L ,

Hierbei ist D - der Innendurchmesser der Hohlkugel, AK - die Oberfläche der vollständigen Hohlkugel, AL - die Gesamtfläche aller Löcher in der Kugelwand, Ai - Fläche des Eintrittslochs, Ae - Fläche des Austrittslochs; tm - die mittlere Flugzeit eines Photons zwischen zwei Reflexionen in der Kugel, τ - die Zeitkonstante, η - der Wirkungsgrad, f0 - die obere Grenzfrequenz der Übertragung, ρ - die Reflektivität der Kugelinnenwand und c - die Lichtgeschwindigkeit ist.Here D - is the inside diameter of the hollow ball, A K - the surface of the complete hollow ball, A L - the total area of all holes in the wall of the ball, A i - area of the entry hole, A e - area of the exit hole; t m - the mean flight time of a photon between two reflections in the sphere, τ - the time constant, η - the efficiency, f 0 - the upper limit frequency of the transmission, ρ - the reflectivity of the inner wall of the sphere and c - the speed of light.

Die Lösung des o. g. Gleichungssystems ergibt die Parameter der Kugelgeometrie für eine als Diffuser für die optische Mobilkommunikation realisierte Ulbrichtkugel. Da sich die Hohlkugel näherungsweise wie ein Tiefpass verhält, können in Kenntnis der o. g. Parameter dann Dämpfung αH und der Phasengang ϕH berechnet werden, die sich ergeben aus
The solution of the system of equations above gives the parameters of the sphere geometry for an integrating sphere realized as a diffuser for optical mobile communication. Since the hollow sphere behaves approximately like a low-pass filter, knowledge of the above parameters can then be used to calculate the damping α H and the phase response ϕ H , which result from

αH(f) = 10 log[η] - 5 log[1 + (f/f0)2] und
ϕH(f) = -arctan(f/f0).α H (f) = 10 log [η] - 5 log [1 + (f / f 0 ) 2 ] and
ϕ H (f) = -arctane (f / f 0 ).

In der technischen Optik finden Ulbrichtkugeln als Strahlungsintegratoren Anwendung. Die Ulbrichtkugel ist eine Hohlkugel, in der das Licht an der Innenwand der Kugel vielfach reflektiert wird. In dem Artikel "Die Ulbrichtsche Kugel - Theorie und Anwendungsbeispiele in der optischen Strahlungsmeßtechnik" in Photonik, 4/98; S. 6-9, AT-Fachverlag GmbH, Stuttgart werden neben theoretischen Betrachtungen der idealen und realen Integrations-Hohlkugel auch Überlegungen zum Einsatz der Ulbrichtkugel bei verschiedenen Meßverfahren angestellt. So ist u. a. die konkrete Ausführung der Ulbrichtkugel zur Messung der Strahldichte- und Leuchtdichtestandards dargestellt, die Leuchtfelder mit hoher Gleichförmigkeit der Leucht- bzw. Strahldichte sowie einer diffusen Abstrahlcharakteristik (Lambert-Strahler) erfordert. Es wird berichtet, daß der Aufbau solcher Flächenstrahler mit Ulbrichtkugeln unterschiedlichen Durchmessers erfolgt, die Änderung anderer Parameter ist nicht angegeben. Da die Vielwegeausbreitung des in die Ulbrichtkugel eingestrahlten Lichts natürlich auch hohe Verluste mit sich bringt und eine unerwünschte Flugzeitstreuung auftritt, kommt die Ulbrichtkugel in ihrer bisher bekannten Realisierung für die Lösung der vorerwähnten Aufgabe zunächst nicht in Betracht. Jedoch hat sich herausgestellt, daß bei Vorgabe der gewünschten Parameter Wirkungsgrad und obere Grenzfrequenz der Übertragung, bei einer sehr hohen Reflektivität und bei einer vergleichsweise großen Auskoppelfläche im Vergleich zur Gesamtfläche der Kugel (αErfindung = 0,95; αStand d. Technik ≧ 0,99) eine in ihren Abmessungen sehr kleine Kugel für Übertragungsraten von ca. 600 Mbit/s realisiert werden kann.In technical optics, integrating spheres are used as radiation integrators. The integrating sphere is a hollow sphere in which the light is often reflected on the inner wall of the sphere. In the article "The Ulbricht Ball - Theory and Examples of Use in Optical Radiation Measurement" in Photonik, 4/98; Pp. 6-9, AT-Fachverlag GmbH, Stuttgart, in addition to theoretical considerations of the ideal and real integration hollow sphere, considerations regarding the use of the integrating sphere in various measurement methods are also made. For example, the concrete design of the integrating sphere for measuring the radiance and luminance standards is shown, which requires luminous fields with high uniformity of luminance or radiance as well as a diffuse radiation characteristic (Lambert radiator). It is reported that such surface emitters are constructed with integrating spheres of different diameters, the change of other parameters is not specified. Since the multipath propagation of the light radiated into the integrating sphere naturally also entails high losses and undesirable time-of-flight scattering occurs, the integrating sphere in its previously known implementation is initially out of the question for the solution of the aforementioned task. However, it has been found that, given the desired parameters, the efficiency and upper limit frequency of the transmission, with a very high reflectivity and with a comparatively large coupling-out area in comparison to the total area of the sphere (α invention = 0.95; α state of the art ≧ 0 , 99) a very small sphere can be realized for transmission rates of approximately 600 Mbit / s.

Der erfindungsgemäße Diffusor hat eine homogen leuchtende Austrittsfläche (flächenhafter Strahler), was für die Augen- und Hautsicherheit ideal ist, und weist vergleichbare Abstrahlwinkel wie ein Lambertstrahler auf, was in vielen Räumen von Vorteil ist, da die Räume meist breiter als hoch sind.The diffuser according to the invention has a homogeneously illuminated exit surface (extensive spotlight), which is ideal for eye and skin safety, and has comparable beam angles to a Lambertian, which in many It is advantageous to clear rooms because the rooms are usually wider than they are high.

In Ausführungsformen der Erfindung ist bei dem Diffusor das Mittel zum Einbringen der Sendesignale eine Eintrittsöffnung in der Hohlkugel, an der der optische Ausgang der Sendequelle angeordnet ist und die Signale in die Hohlkugel überträgt, oder aus der in der Hohlkugel angeordneten Sendequelle gebildet. Vorzugsweise ist als Sendequelle ein Laser oder eine Leuchtemitterdiode eingesetzt. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Eintrittsöffnung und die Austrittsöffnung in der Hohlkugel axialsymmetrisch angeordnet sind.In embodiments of the invention, the means for the diffuser Introducing the transmission signals into an inlet opening in the hollow sphere at which the optical output of the transmission source is arranged and the signals in the Hollow sphere transmits, or from the arranged in the hollow sphere Broadcast source formed. A laser or a is preferably used as the transmission source Light emitter diode used. In a further embodiment of the Invention is provided that the inlet opening and the outlet opening in the hollow ball are arranged axially symmetrically.

Weiterhin hat sich herausgestellt, daß durch zusätzliche Maßnahmen, die den bisher als "ungestört" zu bezeichnenden Diffusor in seiner Wirkung derart verändern, der Abstrahlwinkel bis zu 160° aufgeweitet und die Abstrahlcharakteristik noch stärker homogenisiert werden kann. Furthermore, it has been found that additional measures that the previously known as "undisturbed" diffuser in its effect change, the beam angle expanded up to 160 ° and the Beam characteristics can be homogenized even more.  

So ist in Ausführungsformen vorgesehen, daß in der Hohlkugel mindestens eine Streuscheibe angeordnet ist. Vorzugsweise ist diese eine Streuscheibe im Mittelpunkt der Hohlkugel bzw. zwischen Mittelpunkt und Austrittsöffnung der Hohlkugel angeordnet. Der Durchmesser dieser Streuscheibe ist in Abhängigkeit der geforderten Homogenisierung der Abstrahlcharakteristik der Hohlkugel ausgebildet. Die Anordnung einer weiteren Streuscheibe in der Hohlkugel dient ebenfalls der Verbesserung der Abstrahlcharakteristik.It is provided in embodiments that at least in the hollow sphere a diffuser is arranged. This is preferably a lens in the center of the hollow sphere or between the center and the outlet opening the hollow sphere arranged. The diameter of this lens is in Dependence of the required homogenization of the radiation characteristics of the Hollow ball formed. The arrangement of another lens in the Hollow ball also serves to improve the radiation characteristics.

Untersuchungen haben für einen "ungestörten" Diffusor und für einen "gestörten" Diffusor mit mindestens einer oben erwähnten Streuscheibe ergeben, daß es durch einfache Veränderungen an/in der Hohlkugel möglich ist, die Sendekeule aufzuweiten und gleichzeitig eine möglichst hohe Bandbreite und eine möglichst niedrige Einfügedämpfung zu erreichen. So wurde festgestellt, daß
Studies have shown for an "undisturbed" diffuser and for a "disturbed" diffuser with at least one of the above-mentioned lenses that simple changes to / in the hollow sphere make it possible to widen the transmitting lobe and at the same time to maximize the bandwidth and the lowest possible insertion loss to reach. It was found that

  • - die Zeitkonstante mit wachsender Auskoppelfläche abnimmt, was bedeutet, daß die Bandbreite mit größerer Austrittsöffnung zunimmt (gilt allgemein, d. h. zutreffend für "ungestörten" und "gestörten" Diffusor);- The time constant decreases with increasing coupling area, what means that the bandwidth increases with larger outlet opening (applies general, d. H. applicable to "undisturbed" and "disturbed" diffuser);
  • - sowohl der Wirkungsgrad als auch die Bandbreite bei kleineren Austrittsöffnungen kleiner wird (gilt ebenfalls allgemein);- Both the efficiency and the bandwidth for smaller ones Outlet openings become smaller (also applies generally);
  • - abgesehen von sehr hohen Frequenzen die Übertragungsfunktion praktisch unabhängig vom Abstrahlwinkel ist (gilt ebenfalls allgemein);- Apart from very high frequencies, the transfer function is practical is independent of the beam angle (also applies in general);
  • - je größer die Scheibe ist und je stärker die Austrittsöffnung durch die Streuscheibe abgedeckt wird, desto länger bleiben die Photonen in der Hohlkugel und desto größer wird die Zeitkonstante und um so geringer wird die Bandbreite, da - wie bereits erwähnt - die Zeitkonstante umgekehrt proportional der oberen Grenzfrequenz der Übertragung ist (gilt wie die folgend ausgeführten Feststellungen - für den "gestörten" Diffusor);- The larger the disc and the stronger the outlet opening through the Lens is covered, the longer the photons stay in the Hollow sphere and the greater the time constant and the smaller becomes the bandwidth because - as already mentioned - the time constant is inversely proportional to the upper limit frequency of the transmission (applies as the following statements - for the "disturbed" Diffuser);
  • - bei Vorhandensein einer Streuscheibe der Wirkungsgrad abnimmt (hier wird deutlich, daß man Einbußen hinnehmen muß, da trotz der hohen Reflektivität ein erheblicher Teil der Leistung in der Kugel wegen der Vielfachreflexionen verlorengeht);- If there is a lens, the efficiency decreases (here it becomes clear that you have to accept losses, because despite the high  Reflectivity is a significant part of the performance in the sphere because of the Multiple reflections are lost);
  • - sich der Wirkungsgrad verringert bei größer werdendem Durchmesser der Streuscheibe;- The efficiency decreases with increasing diameter of the Lens;
  • - die Abstrahlcharakteristik der Hohlkugel homogenisiert werden kann sowohl durch Vergrößerung des Durchmessers der Streuscheibe als auch durch eine Verschiebung der Streuscheibe näher zur Austrittsöffnung hin;- The radiation characteristics of the hollow sphere can be homogenized both by increasing the diameter of the lens and by moving the lens closer to the outlet opening;
  • - die Abstrahlcharakteristik um so homogener ist, je kleiner die Austrittsöffnung im Vergleich zur Streuscheibe ist;- The smaller the radiation pattern, the more homogeneous it is Exit opening is compared to the lens;
  • - für einen großen Öffnungswinkel eine möglichst große Streuscheibe zu wählen ist.- For a large opening angle, the largest possible diffuser is to choose.

Es wird also deutlich, daß durch Änderungen an der Streuscheibe die Abstrahlcharakteristik stärker homogenisiert werden kann. Zwar verschlechtern sich dadurch gleichzeitig Bandbreite und Wirkungsgrad, jedoch kann dies durch Vergrößerung der Auskoppelfläche kompensiert werden, da sowohl die Bandbreite als auch der Wirkungsgrad der Hohlkugel mit wachsendem Auskoppelfaktor (1-α) größer werden. Ein größeres Austrittsloch wirkt sich aber wiederum nachteilig auf die Abstrahlcharakteristik aus. Es muß also auch bei Veränderungen an der Streuscheibe ein geeigneter Kompromiß zwischen Bandbreite und Wirkungsgrad auf der einen Seite und Öffnungswinkel der Strahlkeule auf der anderen Seite gemacht werden. Auch eine maßstabliche Verkleinerung der Hohlkugel führt zu einer größeren Bandbreite.It is therefore clear that the changes to the lens Beam characteristics can be homogenized more. Though this worsens bandwidth and efficiency at the same time, however, this can be compensated for by increasing the coupling area because both the bandwidth and the efficiency of the hollow sphere get bigger with increasing coupling factor (1-α). A bigger one Exit hole, however, in turn has an adverse effect on the radiation characteristic out. So it must be a change in the lens suitable compromise between bandwidth and efficiency on the one hand Side and opening angle of the beam lobe made on the other side become. A scaling down of the hollow sphere also leads to a wider bandwidth.

Berechnet werden können die wichtigen Parameter für den erfindungsgemäßen - nunmehr in seiner Ausführung "gestörten" - Diffusor mittels des von A. Ziegler, H. Hess, H. Schimpl in "Rechnersimulation von Ulbrichtkugeln", Optik, Band 101, No. 3 (1996), S. 130-136 beschriebenen Algorithmus. Hierbei werden jeweils die Wege verfolgt, die einzelne Photonen in der Kugel durchlaufen. An der Austrittsfläche wird dann eine Statistik erstellt, in welche Richtungen die Teilchen geflogen sind (Abstrahlcharakteristik) und welche Zeit sie bis zum Verlassen der Hohlkugel benötigt haben (Impulsantwort). Der Algorithmus liefert die Photonenzahl (n) in Abhängigkeit von der Abstrahlrichtung (Richtung des Sendesignals in die Hohlkugel - r) und der Zeit (t). Der Wirkungsgrad ist dann das Verhältnis der Zahl der in die Hohlkugel eingestrahlten Photonen (Ni) zur Zahl der aus der Hohlkugel austretenden Photonen (Na). Die Impulsantwort ergibt sich aus der statistischen Photonenlaufzeit durch die Kugel und ist formal das Integral über die Verteilung n(r, t), d. h. h(t) = ∫ n(r, t)dr, wobei über die Richtungsvektoren integriert werden muß, die von Interesse sind. Zur Bestimmung der Abstrahlcharakteristik werden die Photonen gezählt, die in einen bestimmten Raumwinkel abgestrahlt werden. Mit dem bekannten Algorithmus können die Kugelparameter in Abhängigkeit der gewünschten Abstrahlcharakteristik, der Impulsantwort und des Wirkungsgrades somit auch für einen "gestörten" Diffusor berechnet werden, wobei unter Berücksichtigung der bereits erwähnten Abhängigkeiten, die sich zum Teil auch gegenläufig beeinflussen, in Abhängigkeit des konkreten Einsatzes des erfindungsgemäßen Diffusors die effektivsten Parameter ausgewählt werden.The important parameters for the diffuser according to the invention - now "disturbed in its execution" - can be calculated by means of the one by A. Ziegler, H. Hess, H. Schimpl in "Computer simulation of integrating spheres", Optik, volume 101, no. 3 (1996), pp. 130-136. The paths that individual photons traverse in the sphere are traced. Statistics are then drawn up on the exit surface in which directions the particles have flown (radiation characteristic) and the time it took for them to leave the hollow sphere (impulse response). The algorithm supplies the number of photons (n) as a function of the direction of radiation (direction of the transmission signal into the hollow sphere - r) and the time (t). The efficiency is then the ratio of the number of photons (N i ) irradiated into the hollow sphere to the number of photons (N a ) emerging from the hollow sphere. The impulse response results from the statistical photon transit time through the sphere and is formally the integral over the distribution n (r, t), ie h (t) = ∫ n (r, t) dr, whereby the direction vectors have to be integrated are of interest. To determine the radiation characteristic, the photons are counted, which are emitted in a certain solid angle. With the known algorithm, the spherical parameters depending on the desired radiation characteristic, the impulse response and the efficiency can thus also be calculated for a "disturbed" diffuser, taking into account the dependencies already mentioned, which in part also influence one another in a dependent manner, depending on the specific application the most effective parameters of the diffuser according to the invention can be selected.

In einer letzten Ausführung der Erfindung sind die Öffnungen für den Austritt der in der Hohlkugel vielfach reflektierten Sendesignale großflächig bzw. die gesamte Oberfläche der Hohlkugel aus einem für die Wellenlänge der Sendesignale nach außen teilweise transparentem und nach innen diffus reflektierendem Material gebildet. So ist es möglich, einen Diffusor zu realisieren, der durch die gezielte Ausbildung seiner Oberfläche in definierte Richtungen (beispielsweise zylindersvymmetrisch oder isotrop) die in der Hohlkugel vielfach reflektierten Sendesignale nach außen gibt.In a last embodiment of the invention, the openings are for the exit of the transmission signals reflected in the hollow sphere over a large area or the entire surface of the hollow sphere from one for the wavelength of the Transmit signals partially transparent to the outside and diffuse to the inside reflective material. So it is possible to use a diffuser realize that through the targeted training of its surface in defined Directions (for example, cylinder symmetrical or isotropic) in the Hollow sphere sends reflected signals to the outside.

Die Erfindung wird in folgendem Ausführungsbeispiel anhand einer Figur näher erläutert.The invention is illustrated in the following embodiment with reference to a figure explained in more detail.

Dabei zeigt die Figur schematisch einen erfindungsgemäßen Diffusor in der Ausführung einer "gestörten" axialsymmetrischen Hohlkugel. Die Hohlkugel 1 weist einen Durchmesser D = 10 mm auf, das Austrittsloch Le hat einen Durchmesser von d = 5 mm. Gegenüber dem Austrittsloch Le befindet sich das Eintrittsloch Li. Die Größe dieses Loches Li ist aber so klein, daß es vernachlässigt werden kann. Um zu verhindern, daß die Sendequelle, beispielsweise ein Halbleiter-Laser mit der Sende-Wellenlänge von 1,55 µm, der hier nicht dargestellt ist, direkt durch die Kugel hindurch strahlt, befindet sich im Kugelmittelpunkt eine runde Streuscheibe 2 mit dem Durchmesser b = 3 mm. Sowohl die Dicke dieser Streuscheibe 2 als auch die notwendige Halterung werden vernachlässigt. Die Innenwand der Hohlkugel 1 und die Streuscheibe 2 haben eine Reflektivität von ρ = 0,99. Der in diesem Ausführungsbeispiel beschriebene Diffusor hat einen Wirkungsgrad von < 80% und annähernd ein Lambertsches Fernfeld. Aufgrund der Vielfachreflexion in der Kugel beträgt die mittlere Flugzeit 280 ps. Die erhaltene elektrische Bandbreite des IR-Senders beträgt 570 MHz. Bei 900 nm liefert der Diffusor eine augengeschützte Sendeleistung bis 1 W.The figure shows schematically a diffuser according to the invention in the design of a "disturbed" axially symmetrical hollow sphere. The hollow ball 1 has a diameter D = 10 mm, the outlet hole L e has a diameter of d = 5 mm. The entry hole L i is located opposite the exit hole L e . The size of this hole L i is so small that it can be neglected. In order to prevent the transmission source, for example a semiconductor laser with the transmission wavelength of 1.55 μm, which is not shown here, from radiating directly through the sphere, there is a round diffusing screen 2 with the diameter b = in the center of the sphere 3 mm. Both the thickness of this lens 2 and the necessary bracket are neglected. The inner wall of the hollow sphere 1 and the lens 2 have a reflectivity of ρ = 0.99. The diffuser described in this embodiment has an efficiency of <80% and approximately a Lambertian far field. Due to the multiple reflection in the sphere, the mean flight time is 280 ps. The electrical bandwidth of the IR transmitter obtained is 570 MHz. At 900 nm, the diffuser delivers an eye-protected transmission power of up to 1 W.

Claims (13)

1. Diffusor für die optische Mobilkommunikation, aufweisend eine Hohlkugel (1), deren Innenwand mit einem eine hohe Reflektivität aufweisenden Material versehen ist, die Mittel zum Einbringen der Sendesignale einer Sendequelle in die Hohlkugel (1) und mindestens eine Öffnung (Le) für den Austritt der in der Hohlkugel (1) vielfach reflektierten Sendesignale aufweist.1. Diffuser for optical mobile communication, comprising a hollow sphere ( 1 ), the inner wall of which is provided with a material having a high reflectivity, the means for introducing the transmission signals of a transmission source into the hollow sphere ( 1 ) and at least one opening (L e ) for has the exit of the transmission signals often reflected in the hollow sphere ( 1 ). 2. Diffusor nach Anspruch 1, bei dem bei Vorgabe der Parameter Wirkungsgrad (η) und obere Grenzfrequenz der Übertragung (f0) mittels Lösung der Gleichungen
nach dem Durchmesser D der Hohlkugel (1), nach der Fläche Ae der Austrittsöffnung (Le) und nach der Reflektivität der Innenwand ρ die Kugelgeometrie bestimmt ist, wobei gilt AK = πD2; AL = Ai + Ae; a = Ae/AL,
und D - der Innendurchmesser der Hohlkugel, AK - die Oberfläche der vonständigen Hohlkugel, AL - die Gesamtfläche aller Löcher in der Kugelwand, Ai - Fläche des Eintrittslochs, Ae - Fläche des Austrittslochs, tm - die mittlere Flugzeit eines Photons zwischen zwei Reflexionen in der Kugel, τ - die Zeitkonstante, η - der Wirkungsgrad, f0 - die obere Grenzfrequenz der Übertragung, c - die Lichtgeschwindigkeit ist. 2. Diffuser according to claim 1, in which given the parameters efficiency (η) and upper limit frequency of the transmission (f 0 ) by solving the equations
the spherical geometry is determined according to the diameter D of the hollow sphere ( 1 ), according to the area A e of the outlet opening (L e ) and according to the reflectivity of the inner wall ρ, where A K = πD 2 ; A L = A i + A e ; a = A e / A L ,
and D - the inside diameter of the hollow sphere, A K - the surface of the permanent hollow sphere, A L - the total area of all holes in the wall of the sphere, A i - area of the entry hole, A e - area of the exit hole, t m - the mean flight time of a photon between two reflections in the sphere, τ - the time constant, η - the efficiency, f 0 - the upper limit frequency of the transmission, c - the speed of light. 3. Diffusor nach Anspruch 1, bei dem das Mittel zum Einbringen der Sendesignale eine Eintrittsöffnung (Li) in der Hohlkugel (1) ist, an der der optische Ausgang der Sendequelle angeordnet ist und die Signale in die Hohlkugel (1) überträgt.3. Diffuser according to claim 1, wherein the means for introducing the transmission signals is an inlet opening (L i ) in the hollow sphere ( 1 ), at which the optical output of the transmission source is arranged and transmits the signals into the hollow sphere ( 1 ). 4. Diffusor nach Anspruch 1, bei dem das Mittel zum Einbringen der Sendesignale aus der in der Hohlkugel (1) angeordneten Sendequelle gebildet ist.4. Diffuser according to claim 1, wherein the means for introducing the transmission signals is formed from the transmission source arranged in the hollow sphere ( 1 ). 5. Diffusor nach Anspruch 3 oder 4, bei dem die Sendequelle ein Laser ist.5. Diffuser according to claim 3 or 4, wherein the transmission source is a laser. 6. Diffusor nach Anspruch 3 oder 4, bei dem die Sendequelle eine Leuchtemitterdiode ist.6. Diffuser according to claim 3 or 4, wherein the transmission source Light emitter diode is. 7. Diffusor nach Anspruch 3, bei dem die Eintrittsöffnung (L1) und die Austrittsöffnung (Le) in der Hohlkugel (1) axialsymmetrisch angeordnet sind.7. Diffuser according to claim 3, wherein the inlet opening (L1) and the outlet opening (L e ) in the hollow sphere ( 1 ) are arranged axially symmetrically. 8. Diffusor nach Anspruch 1, bei dem in der Hohlkugel (1) mindestens eine Streuscheibe (2) angeordnet ist.8. Diffuser according to claim 1, in which in the hollow sphere ( 1 ) at least one diffuser ( 2 ) is arranged. 9. Diffusor nach Anspruch 1, bei dem die mindestens eine Streuscheibe (2) im Mittelpunkt der Hohlkugel (1) bzw. zwischen Mittelpunkt und Austrittsöffnung der Hohlkugel (1) angeordnet ist.9. Diffuser according to claim 1, wherein the at least one diffuser ( 2 ) is arranged in the center of the hollow sphere ( 1 ) or between the center and the outlet opening of the hollow sphere ( 1 ). 10. Diffusor nach Anspruch 9, bei dem der Durchmesser der mindestens einen Streuscheibe (2) in Abhängigkeit von der geforderten Homogenisierung der Abstrahlcharakteristik der Hohlkugel (1) ausgebildet ist.10. Diffuser according to claim 9, wherein the diameter of the at least one diffusing screen ( 2 ) is designed as a function of the required homogenization of the radiation characteristic of the hollow sphere ( 1 ). 11. Diffusor nach Anspruch 8, bei dem mindestens eine weitere Streuscheibe in der Hohlkugel zur Verbesserung der Abstrahlcharakteristik angeordnet ist. 11. Diffuser according to claim 8, in which at least one further diffuser is arranged in the hollow sphere to improve the radiation characteristic.   12. Diffusor nach Anspruch 1, bei dem die Öffnungen für den Austritt der in der Hohlkugel vielfach reflektierten Sendesignale großflächig und aus einem für die Wellenlänge der Sendesignale nach außen teilweise transparentem und nach innen diffus reflektierendem Material gebildet sind.12. Diffuser according to claim 1, wherein the openings for the exit of the in the hollow sphere often reflected transmission signals over a large area and from one partially transparent for the wavelength of the transmission signals to the outside and formed inwardly diffusely reflective material. 13. Diffusor nach Anspruch 12, bei dem die gesamte Oberfläche der Hohlkugel aus einem für die Wellenlänge der Sendesignale nach außen teilweise transparentem und nach innen diffus reflektierendem Material gebildet ist.13. Diffuser according to claim 12, wherein the entire surface of the Hollow sphere from one for the wavelength of the transmission signals to the outside partly transparent and diffusely reflecting material on the inside is formed.
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