DE60309358T2 - Optisches Kopplungselement und Transceiver, der es benutzt - Google Patents

Optisches Kopplungselement und Transceiver, der es benutzt Download PDF

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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches Element und eine optische Komponente, die die gleiche nutzt. Im besonderen betrifft die Erfindung ein optisches Element zum Reflektieren übertragenen Lichtes und dabei Umwandeln eines Lichtweges bzw. einer Lichtbahn und Konvergieren von Licht und ein optisches Gerät bzw. Einrichtung, die die gleiche verwendet.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Ein optischer Transceiver 11 bzw. ein kombiniertes optisches Sende-/Empfangsgerät aus dem Stand der Technik wird unter Bezugnahme auf die 1A und 1B erläutert. 1A zeigt eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen optischen Transceivers 11, während 1B eine vergrößerte Ansicht eines Lichtaufnahmesystems aus Richtung A betrachtet von diesem zeigt. Die gestrichelten bzw. unterbrochenen Linien in den 1A und 1B verdeutlichen Lichtbahnen bzw. Lichtwege. In diesem optischen Transceiver 11, wie in 1A gezeigt, wird Licht, das von einem Lichtprojektionselement 5 emittiert bzw. ausgestrahlt wird, an Linsen 18 konvergiert bzw. zusammengeführt. Danach wird die Lichtbahn davon bis um etwa bzw. über 90 Grad durch geneigte Oberflächen eines dreieckigen Prismas 17 gebeugt und an der Endoberfläche eines optischen Wellenleiters 4 gebündelt bzw. zusammengeführt. Licht, das von einem optischen Lichtwellenleiter 4 ausgeworfen wird, dringt in einen Lichtführungsabschnitt 20 ein und wird durch ein Lichtaufnahmeelement 6 aufgenommen. Das US-Patent Nr. 6,075,913 von Cohen et al.; die europäische Patentanmeldung EP 1 253 447 A2 der Omron Corporation, US-Patent Nr. 4,403,472 von Blumentritt et al. und die europäische Patentanmeldung EP 1 109 041 A1 der Japan Aviation Electronics Industry offenbaren jede Beispiele für optische Kopplungseinrichtungen.
  • Zur Zeit existiert auf dem Fachgebiet der optischen Kommunikationen eine Forderung nach hoher Kommunikationsgeschwindigkeit und mit dieser Forderung einhergehend gibt es eine andere Forderung nach kompakter Größe eines Lichtaufnahmeelementes in einem optischen Transceiver. Jedoch wird in diesem optischen Transceiver 11, in welchem ein optisches Element eines Lichtaufnahmesystems, das zwischen dem Lichtaufnahmeelement 6 und dem optischen Lichtwellenleiter 4 angeordnet ist, Licht nicht zusammenführt, Licht, das vom optischen Lichtwellenleiter 4 ausgeworfen wird, sich ausbreiten bzw. streuen wie in 1B gezeigt. Deshalb werden die Lichtverluste L groß werden, wenn die Größe des Lichtaufnahmeelementes zu klein bzw. schmal ausgeführt ist. Und in diesem optischen Transceiver 11 mit einer deratigen Struktur bzw. derartigem Aufbau, wird, weil die Lichtaufnahmefläche des Lichtaufnahmeelementes 6 der Richtung des optischen Wellenleiters 4 gegenüberliegt, Licht, das von einem Lichtprojektionselement 5 ausgestrahlt bzw. ausgeworfen und an der Endoberfläche des optischen Wellenleiters 4 reflektiert wird, als zurückgesandtes Licht durch das Lichtaufnahmeelement 6 aufgenommen werden, ein Übersprechen verursachend. Dies ist ein Problem im Stand der Technik gewesen.
  • Wenn Licht, das von einem Lichtprojektionselement 5 emittiert wird, zu einem optischen Lichtwellenleiter 4 zu führen ist, oder Licht, das aus dem optischen Lichtwellenleiter 4 austritt, zum Lichtaufnahmeelement 6 zu führen ist, kann, falls eine Lichtbahn umgewandelt wird (abgelenkt) und ein optisches Element zum Konvergieren von Licht genutzt wird, der Lichtaufnahmewirkungsgrad bzw. die Lichtaufnahmeeffizienz vergrößert werden. Als ein Beispiel für ein derartiges optisches Element wird ein Umwandlungselement 1 der Lichtbahn bzw. Lichtbahnumwandlungselement 1 unter Bezugnahme auf die 2A und 2B erläutert. 2A zeigt eine Perspektivansicht des Lichtbahnumwandlungselementes 1, während 2b eine Ansicht von oben auf einen gekrümmten Wellenleiter 10 in Kanalbauform bzw. Hohlbauform darstellt, dessen Querschnittsfläche mit der Eintrittsfläche S1 und der Austrittsfläche S2 von diesem variiert und auch Lichtverläufe im gekrümmten Wellenleiter 10 zeigt. In diesem Lichtbahnumwandlungselement 1, ist ein gekrümmter Wellenleiter 10, welcher aus einem transparenten Harz hergestellt ist, an der oberen Fläche eines Substrates 8 ausgebildet. Wenn Licht L, das durch den optischen Lichtwellenleiter 4 hindurchgeht, von der Eintrittsfläche S1 in den Wellenleiter 10 eintritt, wird das Licht L, welches in den gekrümmten Wellenleiter 10 eintritt, wiederholt vollständig an den oberen und unteren Flächen und linken und rechten Seitenflächen des gekrümmten Wellenleiters 10 reflektiert bzw. zurückgeworfen und geht durch den gekrümmten Wellenleiter 10 hindurch. Das Licht L, das von der Austrittsfläche S2 des gekrümmten Wellenleiters 10 ausgeworfen wird, wird durch das Lichtaufnahmeelement 6 aufgenommen, welches gegenüber der Austrittsfläche S2 angeordnet ist. Daher wird die Übertragungsrichtung des Lichtes L, das durch den gekrümmten Wellenleiter 10 hindurchtritt, durch die Krümmung des gekrümmten Wellenleiters 10 gebeugt bzw. abgelenkt. Da die Fläche bzw. der Flächeninhalt der Austrittsfläche S2 des gekrümmten Wellenleiters 10 kleiner als der der Eintrittsfläche S1 ausgeführt ist, wird Licht L, das an der Austrittsfläche S2 des gekrümmten Wellenleiters 10 austritt, konvergiert und wird effizient durch das Lichtaufnahmeelement 6 mit einem kleineren Lichtaufnahmebereich bzw. Lichtaufnahmefläche aufgenommen.
  • Jedoch, wird in einem derartig gekrümmten Wellenleiter 10, in dem Fall, in welchem die Fläche bzw. der Flächeninhalt der Eintrittsfläche S1 nicht gleich zu der der Austrittsfläche S2 ist, die Krümmung an der äußeren Umfangsoberfläche groß werden. Deshalb entweicht bzw. tritt, wie in der 2B dargestellt, Licht, das durch das Innere des Wellenleiters 10 hin hindurchgeht, an der äußeren Umfangsoberfläche des gekrümmten Wellenleiters 10 aus, einen Verlust an Licht L' verursachend, und die Lichtübertragungsleistung bzw. der Wirkungsgrad wird verschlechtert werden. Daher war es in Fällen, die die Umwandlung einer Lichtbahn in einem optischen Lichtwellenleiter 4 des gleichen Durchmessers oder so ähnlich einschließen, möglich, Querschnittsflächen eines Wellenleiters einheitlich zu gestalten und es gab keine Schwierigkeiten. Jedoch in Fällen, die die Umwandlung von Licht L, das von dem optischen Lichtwellenleiter 4 ausgeworfen wird und die Aufnahme von Licht durch das Lichtaufnahmeelement 6 mit einer kleinen Lichtaufnahmefläche einschließen, würden die Lichtübertragungsverluste groß werden. Im Ergebnis erscheint ein derartiger konventionell gekrümmter Wellenleiter unbrauchbar. Dies ist ein anderes Problem gemäß dem Stand der Technik gewesen.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Ein optisches Element gemäß der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise als eines ausgeführt bzw. verkörpert werden, dass ein transparentes Material mit festgelegtem Brechungsindex beinhaltet. Das optische Element ist ausgestattet mit einer Lichteintrittsfläche, einer Lichtaustrittsfläche, die nicht parallel zur Lichteintrittsfläche ist, einem Paar von Ebenen bzw. Ebenenpaar, die einander gegenüberliegen und eine gekrümmte Umwandlungsfläche der Lichtbahn, wobei das optische Element dadurch gekennzeichnet ist, dass das Ebenenpaar senkrecht zur Lichteintrittsfläche und zur Lichtaustrittsfläche ausgeführt ist und die gekrümmte Umwandlungsfläche der Lichtbahn nahezu senkrecht zum Ebenenpaar ausgeführt ist und deren Form so definiert ist, das von der Lichteintrittsfläche stammende Licht zu reflektieren und konvergieren, und das von der Lichteintrittsfläche in das optische Element eindringende Licht trifft auf die Umwandlungsfläche der Lichtbahn zwischen dem Ebenenpaar und über eine Lichtbahn für das Licht, um an der Umwandlungsfläche für das Licht reflektiert und konvergiert zu werden und tritt aus der Lichtaustrittsfläche aus, und wenn die Lichtbahn auf eine Ebene, die parallel zu den Ebenen ist, projiziert wird, wird das Licht nur an der Umwandlungsfläche der Lichtbahn zurückgeworfen und der Abstand zwischen dem ebenen Paar des optischen Elementes wird allmählich schmaler mit dem Abstand von der Lichteintrittsfläche entlang der Umwandlungsfläche der Lichtbahn in Richtung zur Lichtaustrittsfläche, wie in Anspruch 1 beschrieben.
  • Ein anderes optisches Element gemäß der Vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise als eines, wie in Anspruch 1 beschrieben, ausgeführt sein, worin die Umwandlungsfläche der Lichtbahn als gekrümmtes Vieleck aufgebaut ist. Ein anderes optisches Element gemäß der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise als eines, wie in Anspruch 1 beschrieben, ausgeführt sein, worin die Umwandlungsfläche der Lichtbahn mit einem reflektierenden Film überzogen ist und das Licht, das von der Lichteintrittsfläche in das optische Element zur Lichtaustrittsfläche stammt, auf dem reflektierenden Film zurückgeworfen wird und aus der Lichtaustrittsfläche heraustritt. Ein anderes optisches Element gemäß der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise als eines ausgeführt werden, welches in Anspruch 1 beschrieben ist, worin ein Halbspiegel auf der Umwandlungsfläche der Lichtbahn gebildet wird und ein Teil des einfallenden Lichtes aus der Lichteintrittsfläche in das optische Element durch die Umwandlungsfläche der Lichtbahn eindringt und sonstiges Licht auf der Umwandlungsfläche der Lichtbahn reflektiert wird und aus der Lichtaustrittsfläche austritt. Ein anderes optisches Element gemäß der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise als eines wie in Anspruch 1 beschrieben ausgeführt sein, wobei eine Rasterung auf der Umwandlungsfläche der Lichtbahn gebildet wird, Licht einer bestimmten Wellenlänge unter dem Licht, das von der Lichteintrittsfläche in das optische Element stammt, dringt durch die Umwandlungsfläche der Lichtbahn und Licht mit anderer Wellenlänge wird auf der Umwandlungsfläche der Lichtbahn reflektiert und tritt aus der Lichtaustrittsfläche heraus. Ein anderes optisches Element gemäß der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise ausgeführt sein wie eines, wie in Anspruch 1 beschrieben, worin mehrfach gekrümmte Oberflächen mit unterschiedlichen Lichtbrennpunkten auf der Umwandlungsfläche der Lichtbahn ausgebildet werden und wenn das Licht aus der Lichteintrittsfläche in das optische Element eintritt, auf der Umwandlungsfläche der Lichtbahn zurückgeworfen wird, wird das Licht durch die mehrfach gekrümmten Oberflächen verzweigt und tritt aus verschiedenen Abschnitten der Lichtaustrittsfläche aus. Ein anderes optisches Element gemäß der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise ausgeführt sein als eines, wie in Anspruch 1 beschrieben, bei welchem der vorstehende Bereich an der Lichtaustrittsfläche angeordnet ist, um so über die Lichtaustrittsfläche außerhalb des optischen Elementes herauszuragen und der vorstehende Teilbereich in Richtung senkrecht zur Lichtaustrittsfläche hervorsteht und so ausgebildet ist, dass der Querschnittsbereich der Oberfläche parallel zur Lichtaustrittsfläche nach außen von der Lichtaustrittsfläche her allmählich kleiner wird und Licht, das die Lichtaustrittsfläche erreicht, durch das Innere des vorstehenden Teilbereiches geführt und konvergiert wird.
  • Ein optisches Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise ausgeführt sein als eines, umfassend ein Lichteprojektionselement, ein erstes optisches Element gemäß Anspruch 1 und ein optisches Element, das aus transparentem Material mit einem festgelegten Brechungsindex hergestellt ist, wobei das zweite optische Element ein dreieckiges Prisma enthält, das aus transparentem Material mit einem Brechungsindex hergestellt ist, das Licht, das von einer zweiten Lichteintrittsfläche eintritt, reflektiert und das Licht zu einer zweiten Lichtaustrittsfläche überträgt, und eine Lichtfokussierlinse, die auf der zweiten Lichteintrittsfläche angeordnet ist, das erste optische Element und das zweite optische Element derart angeordnet sind, dass die erste Lichteintrittsfläche und die zweite Lichtaustrittsfläche mit einem optischen Lichtwellenleiter verbunden sind, das Lichtprojektionselement derart angeordnet ist, dass Licht in die Linse der zweiten Lichteintrittsfläche eintritt, das Lichtaufnahmeelement ist an der ersten Lichtaustrittsfläche angeordnet, zu der das von der ersten Lichteintrittsfläche einfallende Licht an der Umwandlungsfläche der Lichtbahn zurückgeworfen wird und konvergiert wird.
  • Ein anderes optisches Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise ausgeführt sein als eines, umfassend ein Lichtprojektionselement, ein Lichtaufnahmeelement, ein erstes optisches Element gemäß Anspruch 1 und ein zweites optisches Element, wobei das zweite optische Element ein Kernstück beinhaltet, das aus einem transparenten Material mit einem hohen Brechungsindex hergestellt ist, der Licht, das von der zweiten Lichteintrittsfläche eintrifft, zu der zweiten Lichtaustrittsfläche überträgt, ein Hüllsubstrat, das aus Material besteht, welches das Kernstück umhüllt und dessen Brechungsindex niedriger ist als der des Kernstückes, wobei der Querschnittsbereich der Fläche parallel zur zweiten Lichteintrittsfläche dadurch gekennzeichnet ist, dass dieser allmählich von der zweiten Lichteintrittsfläche zur zweiten Lichtaustrittsfläche hin kleiner wird, das erste optische Element und das zweite optische Element mit einer Trennschicht beschichtet sind, so dass die erste Lichtaustrittsfläche und die zweite Lichteintrittsfläche auf derselben Einzelebene liegen, das Lichtprojektionselement nahe der ersten Lichteintrittsfläche angeordnet ist, das Lichtaufnahmeelement nahe der zweiten Lichtaustrittsfläche angeordnet ist.
  • Noch ein anderes optisches Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise ausgeführt sein als eines, das ein optisches Element gemäß Anspruch 1 umfasst und einen Eingangs-/Ausgangsanschluss, wobei der Eingangs-/Ausganganschluss so verbunden sind, dass er mit Licht, das aus der Lichtaustrittsfläche des optischen Elementes austritt, zusammengeschlossen ist, und das optische Element und der Eingangs-/Ausganganschluss in einem Gehäuse untergebracht sind.
  • Kurzbeschreibung der Figuren
  • Die 1A verdeutlicht eine Querschnittsansicht eines konventionellen optischen Transceivers, während 1B eine vergrößerte Ansicht von oben bei A des Lichtaufnahmesystems von diesem zeigt.
  • Die 2A verdeutlicht eine Perspektivansicht eines gekrümmten Wellenleiters in Kanalbauweise, dessen Querschnittsfläche mit der Eintrittsfläche und der Austrittsfläche variiert, als ein konventionelles optisches Element, während 2B eine Ansicht von oben auf diesen darstellt.
  • Die 3 verdeutlicht eine Perspektivansicht dieses Lichtbahnumwandlungselementes.
  • Die 4A und 4B zeigen Lichtstrahlablaufverfolgungsfiguren des Lichtes, das durch das Lichtbahnumwandlungselement gemäß 3 hindurchtritt.
  • Die 5 zeigt eine Perspektivansicht zur Erläuterung eines Falls, bei welchem ein optischer Lichtwellenleiter gegenüberliegend zur Lichteintrittsfläche des Lichtbahnumwandlungselementes als eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines optischen Elementes gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet ist und ein Lichtaufnahmeelement gegenüber der Lichtaustrittsfläche angeordnet ist.
  • Die 6A und 6B verdeutlichen Lichtstrahlablaufverfolgungsfiguren des Lichtes, das durch das Lichtbahnumwandlungselement hindurchtritt.
  • Die 7 zeigt ein Schema zur Erläuterung der Form der Umwandlungsfläche der Lichtbahn des Lichtbahnumwandlungselementes.
  • Die 8 zeigt ein Schema zur Erläuterung eines modifizierten Beispiels eines Lichtbahnumwandlungselementes.
  • Die 9 zeigt ein Schema zur Erläuterung eines weiteren modifizierten Beispieles des Lichtbahnumwandlungselementes.
  • Die 10 verdeutlicht eine Ansicht von oben auf ein Lichtbahnumwandlungselement gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Die 11 zeigt eine Ansicht von oben auf ein Lichtbahnumwandlungselement gemäß noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Die 12 zeigt eine Perspektivansicht auf einen optischen Kombinierer bzw. Wellenlängenmischer und einen optischen Separator bzw. Wellenlängenentmischer gemäß einer noch anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Die 13 zeigt ein Schema zur Erläuterung der Funktionen des optischen Kombinierers bzw. Wellenlängenmischers und Seperators bzw. Wellenlängenentmischers gemäß 12.
  • Die 14 verdeutlicht eine Perspektivansicht eines optischen Kombinierers bzw. Wellenlängenmischers und Verzweigers gemäß noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Die 15 verdeutlicht ein Schema zur Erläuterung der Funktion des optischen Kombinierers und Verzweigers gemäß 14.
  • Die 16 verdeutlicht eine Perspektivansicht eines optischen Kombinierers bzw. Wellenlängenmischers und Verzweigers gemäß noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Die 17 verdeutlicht ein Schema zur Erläuterung der Funktion des optischen Kombinierers und Verzweigers gemäß 16.
  • Die 18A verdeutlicht eine Querschnittsansicht eines Aufbaus eines optischen Transceivers, während 18B eine Ansicht von oben bei B von 18A zeigt, die einen Lichtaufnahmebereich des optischen Transceivers darstellt.
  • Die 19 verdeutlicht eine Perspektivansicht eines optischen Transceivers gemäß noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform, bei welchem ein optisches Element der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.
  • Die 20A zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung eines optischen Elementes, angewandt im optischen Transceiver gemäß 19, während 20B ein Schema zur Erläuterung der Verbindung bzw. des Anschlusses des optischen Lichtwellenleiters mit dem optischen Element zeigt.
  • Die 21 zeigt eine Perspektivansicht eines optischen Transceivers gemäß noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform, bei welchem ein optisches Element der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
  • Die 22A verdeutlicht eine Perspektivansicht in Explosionsdarstellung des optischen Elementes, das im optischen Transceiver gemäß 21 angewandt wird, während 22B ein Schema zur Erläuterung der Verbindung des optischen Lichtwellenleiters mit dem optischen Element darstellt.
  • Die 23 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Aufbaus eines gekrümmten Verbinders, bei welchem ein optisches Element gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.
  • Die 24 verdeutlicht eine Perspektivansicht eines Anwendungsbeispiels auf einen optischen Transceiver gemäß noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Die 25A beziehungsweise 25B verdeutlichen eine Ansicht von oben und eine Ansicht von rechts auf einen Lichtaufnahmekern bzw. ein Lichtaufnahmekernstück des optischen Transceivers, der in 24 dargestellt ist.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Ein Lichtbahnumwandlungselement eines optischen Elementes, das nicht der beanspruchten Erfindung entspricht, jedoch hilfreich ist, um die Erfindung zu verstehen, wird mit Bezug zu den 3 und 4 unten erläutert. Die 3 verdeutlicht eine Perspektivansicht dieses Lichtbahnumwandlungselementes 100, während die 4A und 4B Lichtstrahlablaufverfolgungsfiguren für Licht, das durch das Lichtbahnumwandlungselement 100 hindurchgeht, zeigen. Wie in der 3 dargestellt, wird in der nachstehenden Erläuterung die Z-Achse in der Richtung des Lichtes definiert, das in das Lichtbahnumwandlungselement 100 eintritt, die X-Achse wird in der Richtung des Lichtes, das aus dem Lichtbahnumwandlungselement 100 heraustritt, definiert und die Y-Achse ist in der Richtung senkrecht zur Z-Achse und X-Achse (die Richtung nahezu senkrecht zur Hauptoberfläche des Lichtbahnumwandlungselementes 100) definiert.
  • Dieses Lichtbahnumwandlungselement 100 wird aus einem transparenten Harz mit einem großen Brechungsindex (zum Beispiel, Brechungsindex n = 1.4–1.5 oder so), solche wie Polycarbonatharz oder Methacrylatharz oder so ähnlich gegossen (zum Beispiel durch Spritzgießen) und wird ummantelt mit oberen und unteren Hauptflächen 122 und 123 nahezu parallel zur Z-X-Ebene. Das Lichtbahnumwandlungselement wird weiter abgedeckt bzw. ummantelt mit einer Lichteintrittsfläche S101 (X-Y-Ebene) beziehungsweise einer Lichtaustrittfläche S102 (Y-Z-Ebene) im rechten Winkel zu den obigen Hauptflächen und mit einer Umwandlungsfläche 126 der Lichtbahn, die in einer Bogenform gekrümmt ist.
  • Als nächstes werden mit Bezug auf die 4A und 4B die Funktionen und Wirkungen des Lichtbahnumwandlungselementes 100 erläutert. Es wird angenommen, dass ein optischer Lichtwellenleiter 104 in einer Lage nahe der Umwandlungsfläche 126 der Lichtbahn unter der Lichteintrittsfläche S101 des Lichtbahnumwandlungselementes 100 angeordnet ist, und ein Lichtaufnahmeelement 106, wie zum Beispiel eine Fotodiode, ein Fototransistor oder so ähnlich, an der Lichtaustrittsfläche S102 angeordnet ist. Licht, das von dem optischen Lichtwellenleiter 104 ausgegeben wird und an der Lichteintrittsfläche S101 in das Innere des Lichtbahnumwandlungselementes 100 abstrahlt und wird im Lichtbahnumwandlungselement 100 eingeschlossen. Wie in der 4B dargestellt, werden Lichtstrahlen wiederholt an den oberen und unteren Hauptoberflächen 122 und 123 des Lichtbahnumwandlungselementes 100 reflektiert und setzen sich in Z-Achsrichtung fort. Licht, das sich in Z-Achsrichtung wie oben erwähnt ausbreitet, wie in der 4A gezeigt, tritt in die gekrümmte Umwandlungsfläche 126 der Lichtbahn ein, wo das Licht vollständig reflektiert bzw. zurückgeworfen wird und dadurch die axiale Richtung des Lichtes davon um ungefähr 90 Grad gebeugt bzw. abgelenkt wird. Demzufolge beginnt das Licht in X-Achsrichtung weiter zu gehen und Licht, das von der Lichtausgangsfläche S102 ausgeworfen wird, wird vom Lichtaufnahmeelement 106 aufgenommen.
  • Wie oben erwähnt, dringt das Licht, das durch das Lichtbahnumwandlungselement 100 hindurchtritt, vor, die vollständige Reflexion an den oberen und unteren Hauptflächen 122 und 123 wiederholend, während es an der gekrümmten Umwandlungsfläche 126 der Lichtbahn nur einmal reflektiert wird (einmal durch die Gestaltung, jedoch stellt es auch kein Problem dar, falls es einen Lichtstrahl gibt, der zwei – oder mehrmals reflektiert wird). Daher wird Licht wohl kaum aus der Umwandlungsfläche 126 der Lichtbahn als Verlust aus- bzw. durchtreten. Zusätzlich, wie in 4A gezeigt, wird Licht, das vollständig an der Umwandlungsfläche 126 der Lichtbahn reflektiert wird, in Richtung des Lichtaufnahmeelementes 106 konvergiert. Als eine Konsequenz ist es möglich, die Lichtkombinier- bzw. mischungseffizienz bzw. den Lichtkombinier- bzw. mischungswirkungsgrad zwischen dem optischen Lichtwellenleiter 104 und dem Lichtaufnahmeelement 106 hochzuhalten und auch die Lichtachsen in hohem Maße zu beugen bzw. zu krümmen. Und weil die Lichtachsen in hohem Maße an der Umwandlungsfläche 126 der Lichtbahn gebeugt werden können, darf das Licht nur einmal an der Umwandlungsfläche 126 der Lichtbahn reflektiert werden. Als ein Ergebnis ist es möglich, eine Lichtbahn in einer kleineren Fläche bzw. einem kleineren Bereich umzuwandeln und das Lichtbahnumwandlungselement 100 in kompakter Größe zu gestalten. Demgemäß wird eine innere Umfangsfläche nahezu parallel zur Umwandlungsfläche 126 der Lichtbahn, die an der äußeren Umfangsseite angeordnet ist, nicht angeordnet (die lichtreflektierende Fläche der inneren Umfangsseite ist durch die Lichtbahn verdrängt). Somit ist der Aufbau derart ausgeführt, dass das Licht nicht an der Lichteintrittsfläche S101 oder der Lichtaustrittsfläche 102 reflektiert wird. Des weiteren verwendet dieses optische Element 100 eine flache ebene Form, welche eine wünschenswerte Raumausnutzung und einen Feldaufbau ermöglicht. Und, obwohl nicht hierin dargestellt, ermöglicht die Anordnung eines Lichtprojektionselementes an der Stelle des Lichtaufnahmeelementes 106, die Lichtstrahlen, die von jedem Lichtprojektionselement emittiert werden, an der gekrümmten Fläche 126 zu reflektieren und diese in Richtung der Endoberfläche des optischen Lichtwellenleiters 104 zu konvergieren und in dem optischen Lichtwellenleiter 104 zu kombinieren beziehungsweise zusammenzufassen.
  • Erste Ausführungsform
  • 5 verdeutlicht ein Lichtbahnumwandlungselement 100 als bevorzugte Ausführungsform eines optischen Elementes gemäß der vorliegenden Erfindung. Dieses Lichtbahnumwandlungselement 100 dient der Erhöhung der Lichtzusammenführungseffizienz (light converging efficiency) und die Dicke von diesem ist derart ausgeführt, dass dieses von der Lichteintrittsseite in Richtung zur Lichtaustrittsseite zu allmählich dünner wird. Zum Beispiel, wird die Dicke dieses Lichtbahnumwandlungselementes 100, wie in 5 gezeigt, an der Lichteintrittsfläche S101 am dicksten sein, während diese an der Seite (Endfläche 130), die gegenüber der Lichteintrittsfläche S101 liegt, am dünnsten ist. Für diesen Aufbau, scheint das Lichtbahnumwandlungselement 100, in Richtung senkrecht zur Lichtaustrittsfläche S102 betrachtet, in Keilform vorzuliegen.
  • 5 zeigt den Fail, bei welchem ein optischer Lichtwellenleiter 104 so angeordnet ist, dass dieser gegenüber der Lichteintrittsfläche S101 des Lichtbahnumwandlungselementes 100 liegt und ein Lichtaufnahmeelement 106, wie zum Beispiel eine Fotodiode, ein Fototransistor oder so ähnlich, angeordnet wird, so dass dieses der Lichtaustrittsfläche S102 gegenüberliegt. 6A zeigt Lichtverläufe bzw. das Lichtverhalten, betrachtet aus Y-Achsrichtung, wenn das Licht vom optischen Lichtwellenleiter 104 ausgeworfen wird, während 6B Lichtverläufe bzw. das Lichtverhalten, betrachtet aus X-Achsrichtung (negativ) verdeutlicht. In einer Ansicht von oben in Y-Achsrichtung wird Licht, das von dem optischen Lichtwellenleiter 104 ausgesandt wird und abstrahlt, einmal vollständig an der Umwandlungsfläche 126 der Lichtbahn reflektiert und dabei konvergiert. Dann werden Lichtstrahlen in der Lichtaufnahmefläche des Lichtaufnahmeelementes 106 gesammelt. Des weiteren, in einer Ansicht von oben in X-Achsrichtung, wird, da die Dicke des Lichtbahnumwandlungselementes 100 allmählich dünner entlang der Lichtausbreitungsrichtung ausgeführt ist, das Licht allmählich auch in Dickenrichtung des Lichtbahnumwandlungselementes 100 konvergiert und Licht, das in einem Bereich schmäler als die Dicke der Lichteintrittsfläche S101 konvergiert wird, wird durch das Lichtaufnahmeelement 106 aufgenommen. Demzufolge wird Licht in diesem Lichtbahnumwandlungselement 100 sowohl in der Z-X-Ebene und der Y-Z-Ebene konvergiert, folglich zeigt es einen Aufbau für eine hohe Lichtkonvergenzeffizienz bzw. -Wirkungsgrad.
  • In diesem Lichtbahnumwandlungselement 100 wird ein Teilbereich, der nicht an der Lichtbahnumlenkung mitwirkt, nämlich eine Endfläche 130, die der Lichteintrittsfläche S101 gegenüberliegt, beschnitten bzw. gekürzt und parallel zur Lichteintrittsfläche S101 ausgeführt, wobei das Lichtbahnumwandlungselement 100 in kompakterer Ausführung gestaltet werden kann und des weiteren die Anzahl der Referenzflächen zur leichten Konfektionierung und Handhabung erhöht wird. Und, obwohl nicht hierin dargestellt, kann die Anordnung eines Lichtprojektionselementes anstelle des Lichtaufnahmeelementes 106 es ermöglichen, Lichtstrahlen, die von jedem Lichtprojektionselement ausgestrahlt werden, an der gekrümmten Fläche 126 zu reflektieren und diese in Richtung der Endfläche des optischen Lichtwellenleiters 104 zu konvergieren bzw. zusammenzuführen und in dem optischen Lichtwellenleiter 104 zu kombinieren bzw. zu vereinigen.
  • Um die Lichtkonvergenzeffizienz- bzw. -Wirkungsgrad weiter zu verbessern, kann, wie in der 7 gezeigt, die Umwandlungsfläche 126 der Lichtbahn derart ausgeführt werden, dass diese ein Teil einer Ellipse 132 in der Ansicht von oben wird. Die Endfläche eines Lichtprojektionsmoduls, wie beispielsweise ein Lichtprojektionselement, ein optischer Lichtwellenleiter 104 oder so ähnlich, kann in einem Fokus bzw. Brennpunkt O1 der Ellipse 132 positioniert werden, während das Lichtaufnahmemodul, wie beispielsweise das Lichtaufnahmeelement 106, ein optischer Lichtwellenleiter oder so ähnlich, in dem anderen Fokus bzw. Brennpunkt O2 der Ellipse 132 angeordnet werden kann. Im Besonderen ist es bevorzugt, dass der Winkel α zwischen der Lichtachse 133 eines Lichtprojektionsmoduls, wie beispielsweise dem optischen Lichtwellenleiter 104, und die Längsachse 134 der Ellipse 132 mit 45 Grad ausgeführt ist. In solch einer Anordnung wie oben genannt, wird Licht, das von dem Lichtprojektionsmodul (an einem Fokus O1 der Ellipse) ausgestrahlt wird, an der Umwandlungsfläche 126 der Lichtbahn reflektiert, wird dann im anderen Fokus O2 der Ellipse konvergiert. Deshalb wird Licht in dem Lichtaufnahmemodul auf effiziente Art und Weise konvergiert und die Lichtkonvergenzeffizienz bzw. -Wirkungsgrad wird möglichst hoch werden.
  • Die Umwandlungsfläche der Lichtbahn 126 ist in der Ansicht von oben nicht auf eine gekrümmte in einer bogenförmigen Form beschränkt. Wie ein in der 8 oder in der 9 dargestelltes Lichtbahnumwandlungselement 100 verdeutlicht, kann es auch als gekrümmtes Vieleck ausgeführt werden. Vorzugsweise kann eine spezifische Umwandlungsfläche 126 der Lichtbahn, die gekrümmt in einer bogenförmigen Form ausgeführt ist, aus polygonen bzw. vieleckigen Flächen aufgebaut sein. Diese Lichtbahnumwandlungselemente 100 können durch Spritzgießen oder Schneiden eines transparenten Substrates erzeugt werden. Demzufolge ist es möglich, Lichtbahnumwandlungselemente 100 herzustellen, die eine extrem einfache und leichte Lichtbahnumlenkung und Lichtzusammenführung ermöglichen, und die Herstellungskosten zu begrenzen.
  • Des weiteren, kann, wie in der 10 dargestellt, in dem Fall, in welchem ein Teilbereich durch welchen Licht nicht hindurch tritt (der Bereich 138, verdeutlicht durch eine unterbrochene Linie) im wesentlichen entfernt werden, wodurch es möglich wird, die Größe davon kleiner zu gestalten, und so auch den Herstellungspreis durch Reduzierung der Rohmaterialkosten zu reduzieren. Zum Beispiel, in dem Fall, wenn die Anzahl der Aperturen (Na) eines optischen Lichtwellenleiters 0.5 beträgt, und der Brechungsindex des Lichtbahnumwandlungselementes 100 1,5 beträgt, stellt sich der Lichtausbreitungs- bzw. Lichtstreuungswinkel in dem Moment, wenn das Licht durch das Lichtbahnumwandlungselement 100 hindurchtritt, bei ungefähr 40 Grad ein. In Anbetracht dieses Lichtausbreitungs- bzw. Lichtstreuungswinkels kann der Bereich 138 entfernt werden.
  • Des weiteren kann, wie in der 11 gezeigt, ein reflektierender Film 140 an einem erforderlichen Teilbereich der Umwandlungsoberfläche 126 der Lichtbahn durch Auftragen eines metallischen Filmes oder dem Ausbilden mehrfach reflektierender Schichten ausgebildet werden. Durch Anordnung eines reflektierenden Filmes 140 an der Umwandlungsfläche 126 der Lichtbahn des optischen Elementes 100 in der oben genannten Art ist es möglich, zu verhindern, dass Licht von der Umwandlungsfläche 126 der Lichtbahn entweicht und die Lichtübertragungseffizienz bzw. -Wirkungsgrad weiter zu erhöhen.
  • Zweite Ausführungsform
  • Die 12 verdeutlicht eine Perspektivansicht eines optischen Wellenkombinierers- bzw. Wellenmischers und Wellenseperators bzw. Wellenentmischers 101 als noch weitere bevorzugte Ausführungsform eines optischen Elementes gemäß der vorliegenden Erfindung. In diesem optischen Wellenkombinierer und Separator 101 ist eine Rasterung (ein optisches Muster einer Rasterungsform) 143 an der Umwandlungsfläche 126 der Lichtbahn des Lichtbahnumwandlungselementes 100 gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet. Mit anderen Worten, ein Muster bzw. Design von V-förmigen Kerben bzw. Schlitzen, die sich in Y-Achsrichtung ausdehnen, ist entlang der Umwandlungsfläche 126 der Lichtbahn angeordnet und dadurch wird die Rasterung ausgebildet.
  • 13 verdeutlicht einen Fall, in welchem der optische Wellenkombinierer- bzw. Wellenmischer und Wellenseperator bzw. Wellenentmischer 101 von 12 zur optischen Wellentrennung bzw. Lichtwellenentmischung eingesetzt wird. Ein optischer Lichtwellenleiter 104 ist so angeordnet, dass dieser der Lichteintrittsfläche S101 gegenüberliegt, ein Lichtaufnahmeelement 106a ist nahe der Lage des Brennpunktes von reflektierten Licht einer Wellenlänge λ1 durch die Rasterung 143 an der Lichtaustrittsfläche S102 angeordnet und das andere Lichtaufnahmeelement 106b ist nahe der Lage des Brennpunktes des durchdringenden Lichtes der Wellelänge λ2 durch die Rasterung 143 so angeordnet, dass dieses gegenüber dem optischen Lichtwellenleiter 104 gegenüber der Rasterung liegt. In dieser Anordnung, wie in 13 gezeigt, wird das Licht L, das Lichtstrahlen der Wellenlängen λ1 und λ2 aufweist, die durch den optischen Lichtwellenleiter 104 überschneidend übertragen werden, an der Endfläche des optischen Lichtwellenleiters 104 ausgeworfen und wird dann durch das Lichtbahnumwandlungselement 100 geführt. Wenn das Licht L die Rasterung 143 erreicht, wird Licht L1 einer Wellenlänge λ1 an der Rasterung 143 reflektiert und in Richtung des Lichtaufnahmeelementes 106a konvergiert und vom Lichtaufnahmeelement 106a aufgenommen. Licht 12 der anderen Wellenlänge λ2 dringt in die Rasterung ein und wird in Richtung des Lichtaufnahmeelementes 106b konvergiert und wird vom Lichtaufnahmeelement 106b aufgenommen.
  • Und obgleich nicht hierin dargestellt, wird, falls ein Lichtprojektionselement zur Erzeugung von Licht der Wellenlänge λ1 anstelle des Lichtaufnahmeelementes 106a angeordnet ist, und ein anderes Lichtprojektionselement zur Erzeugung von Licht der Wellenlänge λ2 anstelle des Lichtaufnahmeelementes 106b angeordnet ist, Licht der Wellenlänge λ1, das vom erstgenannten Lichtprojektionselement emittiert wird, an der Rasterung 143 reflektiert und danach im optischen Lichtwellenleiter 104 zusammengeführt, während Licht der Wellenlänge λ2, das vom letztgenannten Lichtprojektionselement ausgestrahlt wird, durch die Rasterung 143 durchdringt und danach im optischen Lichtwellenleiter 104 zusammengeführt wird. Dadurch wird Licht der Wellenlänge λ1 und Licht der Wellenlänge λ2 in dem optischen Lichtwellenleiter 104 miteinander kombiniert bzw. gemischt. Mit anderen Worten, eine Einrichtung dieser bevorzugten Ausführungsform kann als ein optischer Wellenkombinierer- bzw. Wellenmischer eingesetzt werden.
  • Dritte Ausführungsform
  • 14 zeigt eine Perspektivansicht auf einen optischen Wellenkombinierer- bzw. Wellenmischer und Verzweiger 102 als noch weitere bevorzugte Ausführungsform eines optischen Elementes gemäß der vorliegenden Erfindung. In diesem optischen Wellenkombinierer- bzw. Wellenmischer und Verzweiger 102 ist ein Halbspiegel 145 an der Umwandlungsfläche 126 der Lichtbahn eines Lichtbahnumwandlungselementes 100 gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet bzw. angefügt. 15 zeigt einen Fall, in welchem der optische Wellenkombinierer und Verzweiger 102 gemäß 14 zur optischen Wellenaufteilung – bzw. Entmischung eingesetzt wird. Ein optischer Lichtwellenleiter 104 ist derart angeordnet, das er der Lichteintrittsfläche S101 gegenüberliegt, ein Lichtaufnahmeelement 106a ist an der Lichtaustrittsfläche S102 angeordnet, während das andere Lichtaufnahmeelement 106b an der Vorderseite des optischen Lichtwellenleiters 104 gegenüber dem Halbspiegel 145 angeordnet ist.
  • In dieser Anordnung, wie in 15 dargestellt, wird, wenn Licht L von dem optischen Lichtwellenleiter 104 ausgestrahlt wird, ein Teil des Lichtes, der durch das Lichtbahnumwandlungselement 100 hindurchtritt und in den Halbspiegel 145 an der Umwandlungsfläche 126 der Lichtbahn am Halbspiegel 145 eintritt am Halbspiegel 145 reflektiert und konvergiert in Richtung des Lichtaufnahmeelementes 106a und wird durch das Lichtaufnahmeelement 106a aufgenommen. In der Zwischenzeit wird Licht L, das durch den Halbspiegel 145 hindurchtritt, gemäßigt konvergiert und durch das Lichtaufnahmeelement 106b aufgenommen. Demgemäß wird Licht L, das von dem optischen Lichtwellenleiter 104 ausgestrahlt wird, durch den Halbspiegel 145 separiert bzw. entmischt und wird von den Lichtaufnahmeelementen 106a und 106b aufgenommen.
  • Ist anstelle des Halbspiegels in dieser bevorzugten Ausführungsform ein dichroitischer bzw. dichromatischer Spiegel an der Umwandlungsfläche 126 der Lichtbahn angefügt, kann die Einrichtung dieser bevorzugten Ausführungsform als ein optischer Wellenseparator bzw. Wellenteiler genutzt werden. Und falls, hierin jedoch nicht dargestellt, Lichtprojektionselemente anstelle der Lichtaufnahmeelemente 106a und 106b vorgesehen werden, wird Licht, das von einem Lichtprojektionselement emittiert wird, am Halbspiegel 145 reflektiert und Licht, das von dem anderen Lichtprojektionselement emittiert wird, tritt in den Halbspiegel 145 ein. Daher können beide Lichter in Richtung der Endfläche des optischen Lichtwellenleiters 104 konvergiert werden und können in dem optischen Lichtwellenleiter miteinander kombiniert bzw. gemischt werden. Mit anderen Worten, eine Einrichtung dieser bevorzugten Ausführungsform kann als optischer Wellenkombinierer bzw. Wellenmischer genutzt werden.
  • Vierte Ausführungsform
  • 16 zeigt eine Perspektivansicht eines optischen Wellenkombinierers bzw. Wellenmischers und Verzweigers 103 als noch weitere bevorzugte Ausführungsform eines optischen Elementes gemäß der vorliegenden Erfindung. In diesem optischen Wellenkombinierer bzw. Wellenmischer und Verzweiger 103 sind eine Mehrzahl benachbarter gekrümmter Oberflächen an der Umwandlungsfläche 126 der Lichtbahn des Lichtbahnumwandlungselementes 100 gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet. In 17 sind zwei gekrümmte Oberflächen 147a und 147b an der Umwandlungsfläche 126 der Lichtbahn ausgebildet. 17 verdeutlicht einen Fall, bei welchem der optische Wellenkombinierer bzw. Wellenmischer und Verzweiger 103 als ein optischer Wellenteiler eingesetzt wird. Ein optischer Lichtwellenleiter 104 ist angeordnet, so dass dieser gegenüber der Lichteintrittsfläche S101 liegt. Licht L, das von dem optischen Lichtwellenleiter 104 ausgeworfen wird, geht durch das Lichtbahnumwandlungselement 100 hindurch und wird vollständig an der Umwandlungsfläche 126 der Lichtbahn reflektiert. Licht L, das an der gekrümmten Oberfläche 147a reflektiert wird und Licht L, das an der gekrümmten Oberfläche 147b reflektiert wird, wird an unterschiedlichen Stellen an der Lichtaustrittsfläche S102 zusammengeführt. Deshalb ist es möglich, wenn ein Lichtaufnahmeelement 106a in der Nähe des Lichtkonvergenzpunktes des Lichtes L, das durch die gekrümmte Oberfläche 147a reflektiert wird, angeordnet ist, während das andere Lichtaufnahmeelement 106b in der Nähe des Lichtkonvergenzpunktes des Lichtes L, das durch die gekrümmte Oberfläche 147b reflektiert wird, angeordnet ist, Licht des optischen Lichtwellenleiters 104 gleichzeitig zur Umwandlung von dessen Bahn zu verzweigen und kann durch die Lichtaufnahmeelemente 106a und 106b aufgenommen werden.
  • Ferner kann, obgleich hierin nicht dargestellt, falls Lichtprojektionselemente anstelle der Lichtaufnahmeelemente 106a und 106b vorgesehen werden, das Licht, das von jedem Lichtprojektionselement ausgestrahlt wird, an den gekrümmten Oberflächen 147a beziehungsweise 147b reflektiert und in Richtung der Endfläche des optischen Lichtwellenleiters 104 konvergiert werden und kombiniert in dem optischen Lichtwellenleiter 104. Mit anderen Worten, kann eine Einrichtung dieser bevorzugten Ausführungsform als ein optischer Wellenkombinierer genutzt werden.
  • Erste bevorzugte Ausführungsform, angewandt in einer optischen Einrichtung bzw. einem optischen Gerät
  • 18 verdeutlicht ein Beispiel einer Anwendung eines optischen Elementes gemäß der vorliegenden Erfindung in einem optischen Gerät. 18A zeigt eine Querschnittsdarstellung des Aufbaus eines optischen Transceivers 111, während 18B eine Ansicht von oben gemäß B auf 18A verdeutlicht, darstellend einen Lichtaufnahmeteilbereich des optischen Transceivers 111. Die unterbrochenen Linien in den 18A und 18B verdeutlichen optische Lichtbahnen. In diesem optischen Transceiver 111 ist ein Lichtprojektionselement 105 an einem Elementenstützbereich angeordnet, der an der oberen Oberfläche einer Basis bzw. Grundplatte angeordnet ist, und ein dreieckiges Prisma 117 ist in Richtung des Lichtes, das aus dem Lichtprojektionselement 105 austritt, angeordnet. Eine Linse 118 ist an einer Oberfläche des dreieckigen Prismas 117 angeordnet, die dem Lichtprojektionselement 105 gegenüberliegt. Ein Lichtbahnumwandlungselement 100 wird in einer Lage benachbart zum dreieckigen Prisma 117 befestigt. (Ein optischer Wellenkombinierer bzw. Wellenmischer und Separator bzw. Wellenentmischer 101, oder ein optischer Wellenkombinierer bzw. Wellenmischer und Verzweiger 102 oder 103 kann an dieser Stelle auch eingesetzt werden. Dies ist nachstehend das gleiche). Auch ist ein Lichtaufnahmeelement 106 an einer Lichtaustrittsfläche S102 des Lichtbahnumwandlungselementes 100 angefügt. Des weiteren werden die Lichtaustrittsfläche des dreieckigen Prismas 117 und die Lichteintrittsfläche S101 des optischen Elementes mit dem optischen Lichtwellenleiter 104 zusammengeschlossen.
  • In diesem optischen Transceiver 111 wird, wie in 18A gezeigt, Licht, das horizontal vom Lichtprojektionselement 105 emittiert wird, an Linsen 118 konvergiert, danach wird dieses vollständig nach oben an der geneigten Fläche des dreieckigen Prismas 117 reflektiert und wird an der Endfläche des optischen Lichtwellenleiters 104 zusammengeführt. Im Gegensatz dazu tritt Licht, wie in 18B dargestellt, das von dem optischen Lichtwellenleiter 104 ausgestrahlt wird, von der Lichteintrittsfläche S101 in das Lichtbahnumwandlungselement 100, worin das Licht geführt und vollständig an der Umwandlungsfläche 126 der Lichtbahn reflektiert wird. Dabei wird die Lichtbahn an dieser um 90 Grad gebeugt und Licht wird konvergiert und durch das Lichtaufnahmeelement 106 aufgenommen, welches an der Lichtaustrittsfläche S102 angeordnet ist.
  • Entsprechend solch einem optischen Transceiver 111 ist es möglich, die Lichtbahn des eintretenden Lichtes am Lichtbahnumwandlungselement 100 zu beugen und gleichzeitig Licht in das Lichtaufnahmeelement 106 zu konvergieren. Als Konsequenz ist eine separate Linse zum Konvergieren von Licht oder so ähnlich nicht erforderlich und des weiteren ist es möglich, optische Signale effizient zu erhalten, indem Lichtaufnahmeelemente 106 mit einem kleinen Lichtaufnahmebereich genutzt werden.
  • Und, weil die Lichtaufnahmefläche des Lichtaufnahmeelementes 106 nicht der Endfläche des optischen Lichtwellenleiters 104 gegenüberliegt, ist es möglich, zu verhindern, dass Licht, das vom Lichtprojektionselement 105 ausgestrahlt wird und an der Endoberfläche des optischen Lichtwellenleiters 104 reflektiert wird, als zurückgeworfenes Licht durch das Lichtaufnahmeelement 106 aufgenommen wird. Deshalb ist es möglich, ein Übersprechen des optischen Transceivers 111 zu vermeiden. Darüber hinaus tritt kaum Licht in das Lichtbahnumwandlungselement 100 ein, weil die Ebene, in welcher Licht, das vom Lichtprojektionselement 105 ausgestrahlt wird, übertragen wird, (die Ebene parallel zur Papierebene gemäß 18A) in einem rechten Winkel zur Ebene angeordnet ist, in welcher das Licht vom Lichtaufnahmeelement 106 aufgenommen wird, (die Ebene senkrecht zur Oberfläche des Papiers gemäß 18A), auch wenn Licht, das vom Lichtprojektionselement 105 emittiert wird und an der Endoberfläche des optischen Lichtwellenleiters 104 reflektiert wird, in das Lichtbahnumwandlungselement eintritt. Als ein Ergebnis ist es möglich, ein Übersprechen effizienter zu verhindern.
  • Zweite bevorzugte Ausführungsform, angewandt in einem optischen Gerät
  • Die 19 und 20 verdeutlichen ein Beispiel einer Anwendung eines optischen Elementes gemäß der vorliegenden Erfindung auf ein weiteres optisches Gerät. 19 verdeutlicht eine Perspektivansicht eines optischen Transceivers 112. Ein Lichtprojektionselement 105, ein optischer Lichtwellenleiter 104 und ein Lichtaufnahmeelement 106 sind im optischen Element 160 angeordnet. 20A zeigt eine Perspektivansicht des optischen Elementes 160 in Explosionsdarstellung, das in dem optischen Transceiver 112 eingesetzt wird, während 20B ein Schema zur Erläuterung der Verbindung bzw. des Anschlusses des optischen Lichtwellenleiters 104 mit dem optischen Element 160 darstellt. In dem optischen Element 160, das hierin eingesetzt wird, ist wie in der 20A gezeigt, ein Übertragungskern bzw. Übertragungskernstück 163 in einen geraden Schlitz 162 eingebettet, der in einem Hüllsubstrat 161 angeordnet ist, und das Hüllsubstrat 161 und der Übertragungskern 163 sind mit einer Trennschicht 164 überzogen bzw. bedeckt und zum Beispiel ein Lichtbahnumwandlungselement 100, wie in den 3 oder 5 gezeigt (An dieser Stelle können auch ein optischer Wellenkombinierer und Separator 101 oder ein optischer Wellenkombinierer und Verzweiger 102 oder 103 eingesetzt werden. Dies ist nachstehend das gleiche.) wird laminiert bzw. geschichtet, wie ein Aufnahmekern an der Trennschicht 164. Der Brechungsindex des Übertragungskerns 163 und des Aufnahmekerns (Lichtbahnumwandlungselement 100) wird größer ausgeführt als der der Trennschicht 164 und des Hüllsubstrats 161. Der Übertragungskern 163 ist in einer konischen Form ausgebildet, worin der Bereich der einen Endfläche (Eintrittsendfläche 166) größer ist als der der anderen Endfläche (Austrittsendfläche 167).
  • Im optischen Transceiver 112, wie in der 19 dargestellt, ist das Lichtprojektionselement 105 an der Endfläche des Hüllsubstrats 161 angeordnet, so dass dieses der Eintrittsendfläche 166 des Übertragungskerns 163 gegenüberliegt, und das Lichtaufnahmeelement 106 wird an die Lichtaustrittsfläche S102 des Aufnahmekerns (Lichtbahnumwandlungselement 100) angefügt. Und die Austrittsendfläche 167 des Übertragungskerns 163, wird wie in der 20b dargestellt, unter der Lichteintrittsfläche S101 des Aufnahmekerns 165 positioniert. Ein Ende des optischen Ein-Kern-Lichtwellenleiters 104 wird mit dem Endbereich des optischen Transceivers 112 verbunden bzw. angeschlossen, so dass dieser der Austrittsendfläche 167 des Übertragungskerns 163 gegenüberliegt und der Lichteintrittsfläche S101 des Aufnahmekerns (Lichtbahnumwandlungselement 100). Wie auch in der 20B dargestellt, wird der optischen Lichtwellenleiter 104 so angeschlossen, dass die Austrittsendfläche 167 des Übertragungskerns 163 eingeschlossen ist im Bereich der Endfläche des optischen Lichtwellenleiters 104.
  • In der oben genannten Anordnung, wie in der 19 gezeigt, geht Licht, das vom Lichtprojektionselement 105 ausgestrahlt wird, von der Eintrittsendfläche 166 in den Übertragungskern 163 und geht durch den Übertragungskern 163. Licht, das von der Austrittsendfläche 167 des Übertragungskerns 163 ausgestrahlt wird, tritt in den optischen Lichtwellenleiter 104 ein und wird durch den optischen Lichtwellenleiter 104 übertragen. Im Gegensatz dazu tritt Licht, das durch den optischen Lichtwellenleiter 104 hindurchgeht, von der Lichteintrittsfläche S101 in den Aufnahmekern (Lichtbahnumwandlungselement 100), wird reflektiert an der Umwandlungsfläche 126 der Lichtbahn des Aufnahmekerns (Lichtbahnumwandlungselement 100) und wird gleichzeitig konvergiert. Dann wird das Licht von der Lichtaustrittsfläche S102 ausgeworfen und vom Lichtaufnahmeelement 106 aufgenommen. Dieser optische Transceiver 111 kann in dem Fall eingesetzt werden, in welchem Licht, das projiziert und aufgenommen wird, zum Beispiel von einem fotoelektrischen Sensor oder so ähnlich bereitgestellt wird durch Nutzung eines optischen Ein-Kern-Lichtwellenleiters 104.
  • Dritte bevorzugt Ausführungsform, eingesetzt in einem optischen Gerät
  • Die 21 und 22 verdeutlichen ein Beispiel einer Anwendung eines optischen Elementes gemäß der vorliegen Erfindung in noch einem weiteren optischen Gerät. Die 21 verdeutlicht eine Perspektivansicht auf einen optischen Transceiver 113. Ein Lichtprojektionselement 105, ein optischer Lichtwellenleiter 104 und ein Lichtaufnahmeelement 106 sind in einem optischen Element 169 angeordnet bzw. zusammengefasst. Die 22A verdeutlicht eine Perspektivansicht eines optischen Elementes 169 in einer Explosionsdarstellung, das in einem optischen Transceiver 113 eingesetzt wird, während 22B ein Schema zur Erläuterung des Anschlusses des optischen Lichtwellenleiters 104 an das optische Element 169 wiedergibt. In dem optischen Element 169, das darin eingesetzt wird, wie in der 22A gezeigt, ist ein Aufnahmekern 171 in einem geraden Schlitz bzw. Nut 170, die in einem Hüllsubstrat 161 angeordnet ist, eingebettet, und das Hüllsubstrat 161 und der Aufnahmekern 171 sind von einer Trennschicht 164 umschlossen bzw. bedeckt und zum Beispiel ein Lichtbahnumwandlungselement 100, wie in den 3 oder 5 dargestellt (Es kann an dieser Stelle auch ein optischer Wellenkombinierer bzw. Wellenmischer und Separator bzw. Wellenentmischer 101, oder ein optischer Wellenkombinierer bzw. Wellenmischer und Verzweiger 102 oder 103 eingesetzt werden. Dies ist nachstehend das gleiche.) wird geschichtet wie ein Übertragungskern an der Trennschicht 164. Hier ist der Brechungsindex des Aufnahmekerns 171 und des Übertragungskerns (Lichtbahnumwandlungselement 100) größer ausgeführt als der der Trennschicht 164 und des Hüllsubstrates 161. Der Aufnahmekern 171 ist in konischer Form ausgebildet, wobei der Bereich einer Endfläche (Eintrittsendfläche 166) größer ist als der der anderen Endfläche (Austrittsendfläche 167).
  • In dem optischen Transceiver 113, wie in der 21 dargestellt, ist das Lichtaufnahmeelement 106 an der Endfläche des Hüllsubstrats 161 so angeordnet, dass es gegenüber der Austrittsendfläche 167 des Aufnahmekerns 171 liegt, und das Lichtprojektionselement 105 ist an der Lichteintrittsfläche S101 des Übertragungskerns (Lichtbahnumwandlungselement 100) befestigt. Und die Eintrittsendfläche 166 des Aufnahmekerns 171 ist wie in 22B gezeigt, unterhalb der Lichtaustrittsfläche S102 des Übertragungskerns (Lichtbahnumwandlungselement 100) positioniert. Ein Ende des optischen Ein-Kern-Lichtwellenleiters 104 ist mit dem Endbereich des optischen Transceivers 113 so verbunden, dass dieser der Eintrittsendfläche 166 des Aufnahmekerns 171 und der Lichtaustrittsfläche S102 des Übertragungskerns (Lichtbahnumwandlungselement 100) gegenüberliegt. Wie in 22B auch gezeigt, ist der optische Lichtwellenleiter 104 so angeschlossen, dass die Eintrittsendfläche 166 des Aufnahmekerns 171 aus dem Bereich der Endfläche des optischen Lichtwellenleiters 104 herausragt.
  • In der oben erwähnten Anordnung, wie in der 21 gezeigt, tritt Licht, das vom Lichtprojektionselement 105 ausgestrahlt wird, von der Lichteintrittsfläche S101 in den Übertragungskern (Lichtbahnumwandlungselement 100) und wird an der Umwandlungsfläche 126 der Lichtbahn des Übertragungskerns (Lichtbahnumwandlungselement 100) reflektiert und gleichzeitig konvergiert. Das Licht wird dann von der Lichtaustrittsfläche S102 ausgeworfen und tritt in die Endfläche des optischen Lichtwellenleiters 104 ein und wird entlang des optischen Lichtwellenleiters 104 übertragen. Im Gegensatz dazu tritt das Licht, das durch den optischen Lichtwellenleiter 104 hindurchgeht, von der Eintrittsendfläche 166 in den Aufnahmekern 171 ein und wird durch den Aufnahmekern 171 übertragen. Licht, das von der Austrittsendfläche 167 des Aufnahmekerns 171 ausgestrahlt wird, wird vom Lichtaufnahmeelement 106 aufgenommen. In Beachtung der oben genannten optischen Transceiver 111, 112 und 113 ist es möglich, einen optischen Transceiver in kompakter Größe herzustellen und eine hohe Kommunikationsgeschwindigkeit zu erreichen und des weiteren die Lichtverluste und ein Übersprechen (cross talk) zu reduzieren.
  • Vierte bevorzugte Ausführungsform, eingesetzt in einem optischen Gerät
  • 23 verdeutlicht ein Beispiel einer Anbindung eines optischen Elementes gemäß der vorliegenden Erfindung in noch einem anderen optischen Gerät. 23 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Aufbaus eines gekrümmten Verbinders bzw. Anschlusses 114. In diesem gekrümmten Verbinder 114 ist eine Endfläche des optischen Ein-Kern-Lichtwellenleiters 104 so angeordnet, dass diese der Lichteintrittsfläche S101 und einer Lichtaustrittsfläche S102 des Lichtbahnumwandlungselementes 100 gemäß der vorliegenden Erfindung gegenüberliegt (An dieser Stelle kann auch ein optischer Wellenkombinierer bzw. Wellenmischer und Separator bzw. Wellenentmischer 101, oder ein optischer Wellenkombinierer bzw. Wellenmischer und Verzweiger 102 oder 103 eingesetzt werden. Dies ist nachstehend das gleiche.) und die Basisendfläche eines Eingangs-/Ausgangsanschlusses 187 angeordnet ist, um der Lichtaustrittsfläche S102 oder der Lichteintrittsfläche 101 des Lichtbahnumwandlungselementes 100 gegenüberzuliegen.
  • Dieser gekrümmte Verbinder bzw. Anschluss 114, welcher Licht in beiden Richtungen zwischen dem optischen Lichtwellenleiter 104 und dem Eingangs-/Ausgangsanschluss 187 übertragen kann, ist optisch mit einem dazu passenden Verbinder bzw. Anschluss durch Einfügen des Eingangs-/Ausgangsanschlussteilbereiches 187 davon in solch einen zugeordneten Verbinder bzw. Anschluss (zum Beispiel ein Verbinder bzw. Anschluss für Eingangs- und ausgehende Signale angeordnet an einem Gerät) verbunden bzw. angeschlossen. So kann zum Beispiel durch Anordnung dieses gekrümmten Verbinders 114 an beiden Enden eines Kabels (ein optischer Lichtwellenleiter 104) und durch Einfügen dieses gekrümmten Verbinders bzw. Anschlusses in zwei Geräte zur optischen Kommunikation, die optische Kommunikation zwischen diesen zwei Geräten realisiert werden.
  • In solch einem gekrümmten Verbinder 114, wenn dieser in ein Gerät eingefügt wird, wird dessen Kabel oder Verbinder bzw. Anschluss nicht so weit hervorstehen wie in einem Verbinder gerader Bauform, welcher bevorzugt wird. Jedoch, war es schwierig, solch einen gekrümmten Verbinder in kompakter Größe auszuführen, wenn solch ein gekrümmter Verbinder durch Biegung eines optischen Lichtwellenleiters in einem Verbinder erzeugt wurde, weil der Minimalkurvenradius eines optischen Wellenleiters so groß wie 25 mm war. Mittlerweile, ist es entsprechend einem gekrümmten Verbinder 114, genutzt in einem optischen Element der vorliegenden Erfindung, möglich, ein optisches Element zur Beugung einer Lichtbahn um rund 3 bis 5 mm zu realisieren, im Ergebnis ist es möglich, einen extrem kleinen gekrümmten Verbinder herzustellen. Des weiteren ermöglicht dieser gekrümmte Verbinder 114 auch, Lichtstrahlen durch ein Lichtbahnumwandlungselement 100 zu konvergieren. Demgemäß kann dieser gekrümmte Verbinder mit einem optischen Lichtwellenleiter oder einem optischen Leiter (einem Wellenleiter) und ähnlichen mit unterschiedlichen Kerndurchmessern verbunden bzw. zusammengeschlossen werden.
  • Die entsprechend bevorzugten Ausführungsformen, die oben genannt sind, sind nicht speziell beschränkt auf die Verwendung eines Lichtprojektionsmoduls oder eines Lichtaufnahmemoduls und ein Fachmann würde darunter jede Anordnung verstehen, zum Beispiel ein Lichtprojektionselement → ein optisches Element → ein Lichtaufnahmeelement, ein Lichtprojektionselement → ein optisches Element → ein optischer Lichtwellenleiter, und ein optischer Lichtwellenleiter → ein optisches Element → ein Lichtaufnahmeelement. Während als ein optischer Lichtwellenleiter ein plastischer optischer Stufenindexlichtwellenleiter (Stepp index plastic optical fiber) eingesetzt werden kann, ist die vorliegende Erfindung jedoch nicht auf diesen Typ beschränkt.
  • Fünfte Ausführungsform, eingesetzt in einem optischen Gerät
  • Die 24 und 25 zeigen ein Beispiel einer Anwendung eines optischen Elementes gemäß der vorliegenden Erfindung auf noch ein weiteres optisches Gerät. 24 verdeutlicht eine Perspektivansicht auf ein Anwendungsbeispiel in einem optischen Transceiver 115. Die 25a beziehungsweise 25b zeigen eine Ansicht von oben und eine Ansicht von rechts auf ein Lichtbahnumwandlungselement 191 (Ein optischer Wellenkombinierer bzw. Wellenmischer und Separator bzw. Wellenentmischer 101, oder ein optischer Wellenkombinierer bzw. Wellenmischer und Verzweiger 102 oder 103 können auch an dieser Stelle eingesetzt werden. Dies ist nachfolgend das gleiche.), das als ein Aufnahmekern des optischen Transceivers 115, der in 24 dargestellt ist, eingesetzt wird. Dieser optische Transceiver 115 wird als einer ausgeführt, bei welchem ein Lichtprojektionselement 105, ein optischer Lichtwellenleiter 104 und ein kompaktes Lichtaufnahmeelement 206 für Hochgeschwindigkeitskommunikation optisch mit einem Lichtbahnumwandlungselement 191 verbunden bzw. angeschlossen sind.
  • Der optische Transceiver 115 umfasst ein Hüllsubstrat 161, einen Übertragungskern 163, der in einem Schlitz an der Oberfläche des Hüllsubstrats 161 ausgebildet ist, eine Trennschicht 164, die am Hüllsubstrat 161 ausgebildet ist, und ein Lichtbahnumwandlungselement 191, das an der Trennschicht 164 ausgebildet ist. Ein Lichtprojektionselement 105 ist in einer Lage der Lichteintrittsfläche des Übertragungskerns 163 gegenüberliegend angeordnet, während ein optischer Lichtwellenleiter 104 in einer Lage angeordnet ist, in der dieser dem Lichtaustrittsende des Übertragungskerns 163 und dem Lichteintrittsende des Lichtbahnumwandlungselementes 191 gegenüberliegt. Ferner ist ein Lichtaufnahmeelement 206 in einer Lage der Endfläche des vorstehenden Teilbereiches 191a des Lichtbahnumwandlungselementes 191 gegenüberliegend angeordnet.
  • Wie in den 25A und 25B dargestellt, weist das Lichtbahnumwandlungselement 191 des optischen Transceivers 115 eine Form auf, in welcher nahe des Lichtaustrittsendes des Lichtaufnahmekernes (Lichtbahnumwandlungselement 100) des optischen Transceivers 112, wie in einer Perspektivansicht in 19 und einer Explosionsperspektivansicht in 20 dargestellt, einen vorspringen Teilbereich 191a beigefügt wird, der eine Verjüngung bzw. einen Konus aufweist, so dass die Höhe und die Weite allmählich in Richtung von dessen Ende verkleinert wird. Die Endoberfläche dieses vorspringenden Bereiches 191a wird zur Lichtausgangsfläche des Lichtbahnumwandlungselementes 191. Die Neigung einer jeden Ebene, die den vorspringenden Teilbereich 191a konfiguriert, ist so ausgeführt, dass der Bereich und die Form der Endfläche des vorspringenden Teilbereiches 191a als Lichtaufnahmefläche für das Lichtaufnahmeelement 206 geeignet sind.
  • Jedoch zum Zwecke und der Begrenzung der Übertragungsverluste in dem vorspringenden Teilbereich 191a ist es bevorzugt, dass jede Seitenfläche, die den vorspringen Teilbereich 191a konfiguriert, mit einer Neigung angeordnet ist für das Licht, um in einem Winkel über dem Gesamtreflexionswinkel zu gehen. Während in der 24 eine Verjüngung bzw. ein Konus in Höhen- und Weitenrichtung ausgebildet ist, kann eine Verjüngung bzw. ein Konus jedoch auch entweder in Höhenrichtung oder in Weitenrichtung ausgebildet sein.
  • In der oben genannten Anordnung wird Licht, das von einem optischen Lichtwellenleiter 104 in Richtung des Lichteintrittsendes des Lichtbahnumwandlungselementes 191 gestrahlt wird, von der Umwandlungsfläche 126 der Lichtbahn des Lichtbahnumwandlungselementes 191 reflektiert und dessen Übertragungsrichtung wird um etwa bzw. über 90 Grad geändert und das Licht tritt in den vorspringenden Teilbereich 191a ein. Der Öffnungsteilbereich an der Lichteintrittsseite des vorspringenden Teilbereiches 191a weist einen Bereich bzw. Fläche auf, die ausreicht für das gesamte oder das meiste Licht, das von der Umwandlungsfläche 126 der optischen Bahn reflektiert wird, und ist auch an solch einer Lage für das gesamte oder das meiste Licht, das von der Umwandlungsfläche 126 der Lichtbahn reflektiert wird, angeordnet. Das Gebiet der Endfläche an der Lichtaustrittsseite des vorstehenden Teilbereiches 191a wird kleiner ausgeführt als das der Lichtaufnahmefläche des Lichtaufnahmeelementes 206. Als ein Ergebnis wird Licht, das in den vorstehenden Teilbereich 191a eintritt, an der oberen und unteren Oberfläche oder der linken und der rechten Oberfläche davon reflektier und konvergiert in Richtung der Lichtaufnahmefläche des Lichtaufnahmeelementes 206, infolgedessen ist es möglich, das Licht in das Lichtaufnahmeelement 206 ohne Verluste eintreten zu lassen.
  • Weil in dem optischen Transceiver 112, wie in der 19 gezeigt, wird, wenn die Eingangsfläche einer Seitenfläche des Aufnahmekerns (Lichtbahnumwandlungselement 100) als Lichtaustrittsendfläche ausgeführt ist, wird der Querschnittsbereich des bzw. der Lichtstrahlen, die von dem optischen Lichtwellenleiter 104 in den Aufnahmekern (Lichtbahnumwandlungselement 100) eintreten, ähnlich dem Querschnittsbereich von Lichtstrahlen, die von dem Aufnahmekern (Lichtbahnumwandlungselement 100) zum Lichtaufnahmeelement 106 ausgestrahlt werden, ausgeführt. Deshalb war es nicht möglich, wenn ein optischer Lichtwellenleiter 104, der einen relativ großen Strahlungsquerschnittsbereich aufweist, eingesetzt wurde, den Querschnittsbereich für austretendes Licht so klein wie den Bereich bzw. die Fläche des Lichtaufnahmebereiches des Lichtaufnahmeelementes 206 auszuführen, um für Hochgeschwindigkeitskommunikation in Kompaktgröße genutzt zu werden kleiner als das Lichtaufnahmeelement 106. Deshalb, selbst wenn ein Lichtaufnahmeelement für Hochgeschwindigkeitskommunikation mit einem geringen Lichtaufnahmeflächenbereich angeordnet ist und mit einem Aufnahmekern (Lichtbahnumwandlungselement 100) verbunden bzw. angeschlossen, wie in der 19 gezeigt, wird das Licht nicht effektiv durch die Lichtaufnahmefläche aufgenommen und im Ergebnis werden die Verbindungsverluste größer.
  • Jedoch gemäß dem optischen Transceiver 115 der vorliegenden Ausführungsform, die in 24 gezeigt ist, ist der vorspringende Teilbereich 191a an dem Lichtbahnumwandlungselement 191 angeordnet und das Lichtaustrittsende ist ausgebildet, um der Form und die Größe der Lichtaufnahmefläche des Lichtaufnahmeelementes 206 zu entsprechen. Als Ergebnis ist es möglich, die Verbindungsverluste in den Lichtaufnahmeelementen zu begrenzen.

Claims (10)

  1. Ein optisches Element (100), das aus transparentem Material mit einem festgelegten Brechungsindex hergestellt ist und beinhaltet: eine Lichteintrittsfläche (S101), eine Lichtaustrittsfläche (S102), die nicht parallel zur Lichteintrittsfläche (S101) liegt, ein Ebenenpaar (122, 123), das einander gegenüberliegt, und eine Umwandlungsfläche der Lichtbahn (126), das Ebenenpaar (122, 123) ist nahezu senkrecht zur Lichteintrittsfläche (S101) und zur Lichtaustrittsfläche (S102) gestaltet, die Umwandlungsfläche der Lichtbahn (126) ist eine gekrümmte Umwandlungsfläche der Lichtbahn (126), die senkrecht zum Ebenenpaar (122, 123) ausgebildet ist und deren Form so gestaltet ist, dass von der Lichteintrittsfläche stammende Licht zu reflektieren und zu konvergieren, das von der Lichteintrittsfläche (S101) in das optische Element eindringende Licht trifft auf die Umwandlungsfläche der Lichtbahn (126) zwischen dem Ebenenpaar (122, 123) und über eine Lichtbahn, so dass das Licht auf der Umwandlungsfläche der Lichtbahn (126) reflektiert und konvergiert wird, und aus der Lichtaustrittsfläche (S102) heraustritt, wenn die Lichtbahn auf eine Ebene, die parallel zu einer der Ebenen (122, 123) ist, projiziert wird, das Licht nur auf die Umwandlungsfläche der Lichtbahn (126) zurückgeworfen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Ebenenpaar (122, 123) des optischen Elementes allmählich schmaler wird mit dem Abstand von der Lichteintrittsfläche (S101) entlang der Umwandlungsfläche der Lichtbahn (126) zur Lichtaustrittsfläche (S102).
  2. Ein optisches Element nach Anspruch 1, wobei die Umwandlungsfläche der Lichtbahn (126) als gekrümmtes Vieleck aufgebaut ist.
  3. Ein optisches Element nach Anspruch 1, wobei die Umwandlungsfläche der Lichtbahn (126) mit einem reflektierenden Film (140) überzogen ist und das Licht, das aus der Lichteintrittsfläche (S101) in das optische Element zur Lichtaustrittsfläche (S102) stammt, auf dem reflektierenden Film zurückgeworfen wird und aus der Lichtaustrittsfläche heraustritt.
  4. Ein optisches Element nach Anspruch 1, wobei ein Halbspiegel (145) auf der Umwandlungsfläche der Lichtbahn (126) gebildet wird und ein Teil des einfallenden Lichts aus der Lichteintrittsfläche (S101) in das optische Element durch die Umwandlungsfläche der Lichtbahn (126) eindringt und sonstiges Licht auf der Umwandlungsfläche der Lichtbahn (126) reflektiert wird und aus der Lichtaustrittsfläche (S102) austritt.
  5. Ein optisches Element nach Anspruch 1, wobei eine Rasterung (143) auf der Umwandlungsfläche der Lichtbahn (126) gebildet wird, und wobei Licht mit einer spezifischen Wellenlänge unter dem Licht, das von der Lichteintrittsfläche (S101) in das optische Element durch die Umwandlungsfläche der Lichtbahn (126) eindringt und Licht mit anderer Wellenlänge auf der Umwandlungsfläche der Lichtbahn (126) reflektiert wird und aus der Lichtaustrittsfläche (S102) heraustritt.
  6. Ein optisches Element nach Anspruch 1, wobei mehrfach gekrümmte Oberflächen (147a, 147b) mit unterschiedlichen Lichtbrennpunkten auf der Umwandlungsfläche der Lichtbahn (126) gebildet werden und wenn Licht aus der Lichteintrittsfläche (S101) in das optische Element eintritt, auf der Umwandlungsfläche der Lichtbahn (126) zurückgeworfen wird und das Licht durch die mehrfach gekrümmten Oberflächen verzweigt wird und aus verschiedenen Abschnitten der Lichtaustrittsfläche (S102) austritt.
  7. Ein optisches Element nach Anspruch 1, wobei der vorstehende Teilbereich (191a) auf der Lichtaustrittsfläche (S102) angeordnet ist, um so über der Lichtaustrittsfläche (S102) außerhalb des optischen Elements herauszuragen und der vorstehende Teilbereich (191a) in Richtung senkrecht zur Lichtaustrittsfläche (S102) hervorsteht und so ausgebildet ist, dass der Querschnittsbereich der Oberfläche parallel zur Lichtaustrittsfläche (S102) nach außen von der Lichtaustrittsfläche (S102) her allmählich kleiner wird und Licht, das die Lichtaustrittsfläche (S102) erreicht, durch das Innere des vorstehenden Teilbereichs (191a) führt und konvergiert wird.
  8. Ein optisches Gerät, das beinhaltet: ein Lichtprojektionselement (105), ein Lichtempfangselement (106), ein erstes optisches Element (100) nach Anspruch 1 und ein zweites optisches Element, das aus transparentem Material mit einem festgelegten Brechungsindex hergestellt ist, wobei das zweite optische Element ein dreieckiges Prisma (117) enthält, das aus transparentem Material hergestellt ist mit einer zweiten Lichteintrittsfläche und einer zweiten Lichtaustrittsfläche, das Licht zurückwirft, das von der zweiten Lichteintrittsfläche eintrifft und das Licht zu der zweiten Lichtaustrittsfläche überträgt und eine Lichtfokussierlinse (118), die auf der zweiten Lichteintrittsfläche angebracht ist, das erste optische Element (100) und das zweite optische Element (117) so angeordnet sind, dass die erste Lichteintrittsfläche (S101) und die zweite Lichtaustrittsfläche mit einem optischen Lichtwellenleiter (104) verbunden sind; das Lichtprojektionselement (105) so angeordnet ist, dass das Licht in die Linse (118) der zweiten Lichteintrittsfläche führt, das Lichtaufnahmeelement (106) auf der ersten Lichtaustrittsfläche (S102) angeordnet ist, zu der das eintreffende Licht der ersten Lichteintrittsfläche (S101) von der Umwandlungsfläche der Lichtbahn (126) zurückgeworfen wird und konvergiert wird.
  9. Ein optisches Gerät, das beinhaltet: ein Lichtprojektionselement (105), ein Lichtaufnahmeelement (106), ein erstes optisches Element (100) nach Anspruch 1 und ein zweites optisches Element, das eine zweite Lichteintrittsfläche und eine zweite Lichtaustrittsfläche besitzt, wobei das zweite optische Element ein Kernstück aus transparentem Material mit einem Brechungsindex beinhaltet, der Licht, das von der zweiten Lichteintrittsfläche (166) eintrifft zu der zweiten Lichtaustrittsfläche (167) weiterleitet, ein Hüllsubstrat (161), das aus Material besteht, welches das Kernstück umhüllt und dessen Brechungsindex niedriger als der des Kernstücks ist, wobei der Querschnittsbereich des Kernstücks der Fläche, parallel zur zweiten Lichteintrittsfläche (166) dadurch gekennzeichnet ist, dass er allmählich von der zweiten Lichteintrittsfläche (166) zur zweiten Lichtaustrittsfläche (167) hin kleiner wird, das erste optische Element (100) und das zweite optische Element, die mit einer Trennschicht (164) beschichtet sind, so dass die erste Lichtaustrittsfläche (S102) und die zweite Lichteintrittsfläche (166) auf derselben Einzelebene liegen, das Lichtprojektionselement (105) neben der ersten Lichteintrittsfläche (S101) angeordnet ist, das Lichtaufnahmeelement (106) neben der zweiten Lichtaustrittsfläche (167) angeordnet ist.
  10. Ein optisches Gerät, das beinhaltet: ein optisches Element (100) nach Anspruch 1 und einen Eingangs-/Ausgangsanschluss (187), wobei der Eingangs-/Ausgangsanschluss (187) so verbunden ist, dass er mit Licht, das aus der Lichtaustrittsfläche (S102) des optischen Elementes (100) austritt zusammengeschlossen ist, und das optische Element (100) und der Eingangs-/Ausgangsanschluss (187) in einem Gehäuse untergebracht sind.
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