EP4655634A1 - Linsenmodul, optisch-kabelloser transceiver und optisch-kabelloses system - Google Patents

Linsenmodul, optisch-kabelloser transceiver und optisch-kabelloses system

Info

Publication number
EP4655634A1
EP4655634A1 EP24701398.0A EP24701398A EP4655634A1 EP 4655634 A1 EP4655634 A1 EP 4655634A1 EP 24701398 A EP24701398 A EP 24701398A EP 4655634 A1 EP4655634 A1 EP 4655634A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
optical
lens module
optical wireless
section
wireless transceiver
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24701398.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tobias Schneider
René Kirrbach
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102023204393.9A external-priority patent/DE102023204393A1/de
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP4655634A1 publication Critical patent/EP4655634A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/08—Catadioptric systems
    • G02B17/0856—Catadioptric systems comprising a refractive element with a reflective surface, the reflection taking place inside the element, e.g. Mangin mirrors
    • G02B17/086—Catadioptric systems comprising a refractive element with a reflective surface, the reflection taking place inside the element, e.g. Mangin mirrors wherein the system is made of a single block of optical material, e.g. solid catadioptric systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/08—Catadioptric systems
    • G02B17/0856—Catadioptric systems comprising a refractive element with a reflective surface, the reflection taking place inside the element, e.g. Mangin mirrors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0004—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
    • G02B19/0028—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed refractive and reflective surfaces, e.g. non-imaging catadioptric systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/02—Simple or compound lenses with non-spherical faces
    • G02B3/08—Simple or compound lenses with non-spherical faces with discontinuous faces, e.g. Fresnel lens
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/11—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
    • H04B10/114—Indoor or close-range type systems
    • H04B10/1143—Bidirectional transmission
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/40—Transceivers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/80—Optical aspects relating to the use of optical transmission for specific applications, not provided for in groups H04B10/03 - H04B10/70, e.g. optical power feeding or optical transmission through water
    • H04B10/801—Optical aspects relating to the use of optical transmission for specific applications, not provided for in groups H04B10/03 - H04B10/70, e.g. optical power feeding or optical transmission through water using optical interconnects, e.g. light coupled isolators, circuit board interconnections
    • H04B10/803—Free space interconnects, e.g. between circuit boards or chips

Definitions

  • Lens module optical wireless transceiver and optical wireless system
  • the present invention relates to a lens module for redirecting optical wireless signals, to an optical wireless transceiver with such a lens module and to an optical wireless system with an optical wireless transceiver described herein.
  • the present invention relates in particular to providing optical-wireless communication in rotating systems with angled lens modules and to transceivers with an internal deflection surface that provides total reflection.
  • the invention also relates to an optical design for a rotatable optical short-range transceiver for optical-wireless or optical-cable-free data transmission based on the principle of deflection by reflection.
  • a typical optical data link consists of two optical wireless transceivers. Such a scenario is shown as an example in Fig. 8a and Fig. 8b.
  • the transceivers 1000i and IOOO2 each contain a transmitting unit TX 1002i or 10022 and a receiving unit RX 1004i or 10042.
  • a transmitting unit is always opposite a receiving unit, as shown in Fig. 8a with the note rotation 0°.
  • a respective transmitting beam IOO61 or 10O62 hits the receiver 10022 or 1002i and the data link works.
  • the transceiver rotates by 180° about a rotation axis 1008, as shown in Fig. 8b, visual contact is lost and the data link breaks off. The problem occurs especially when the distance between two transceivers is on the order of the transceiver size.
  • Fig. 8a shows a 0° starting position in which the data link is intact and Fig. 8b shows a state after 180° rotation in which the data link is interrupted because there is no longer any mutual visual contact.
  • the transceivers are usually designed to radiate perpendicularly from the substrate surface/circuit board surface along the surface normal. To radiate tangentially along the surface, for example, an additional reflector is required or the component must be placed at an angle, which is a laborious process.
  • Typical application examples are printed circuit boards (PCBs), data connections, an optical slip ring replacement on rotating machine parts or the like.
  • the transceiver is arranged on the axis of rotation. For example, for galvanic coupling on a circuit board, communication tangential to the circuit board surface is required, for example for high-speed optocouplers.
  • a transceiver link in optical-wireless or optical-cable data transmission has a transmitting unit 1002 with a light source.
  • the radiation profile can be formed with the transmitting optics.
  • a transceiver has a receiving unit 1004 with a photodiode, which in turn can have its own receiving optics to collect the light signal.
  • These two elementary components are usually arranged next to each other. If the distance between the two transceivers is small compared to the size of the transceivers, they cannot be rotated against each other around the optical axis without the transmission being interrupted, since the transmitter and receiver are no longer facing each other, as shown in Fig. 8b. In addition, the radiation angle and reception angle are limited along the preferred direction of the circuit board or the substrate.
  • An object of the present invention is therefore to provide a lens module, an optical wireless transceiver and an optical wireless system which enables rotation of transceivers relative to one another, offers little additional effort compared to known concepts and a high degree of adjustability with regard to the optical wireless signal routing.
  • a core idea of the present invention is to have recognized that a lens module can be designed in such a way that it both deflects one direction of the optical wireless signals and at least two beam paths of optical wireless signals can be deflected by the lens module. This allows an optic that is modified compared to optics already in use to be used with little effort, which at the same time offers a high degree of adjustability with regard to a deflection angle and can be designed on this basis in such a way that a transceiver with a corresponding lens module can be rotated.
  • a lens module is provided with a first surface and a second surface inclined relative to the first surface.
  • the first surface and the second surface are optically coupled to one another via a third surface inclined relative to the first surface and second surface.
  • Each of the first, second and third surfaces has a respective first surface section and a second surface section.
  • the first surface sections of the first, second and third surfaces are associated with one another and the second surface sections of the first, second and third surfaces are associated with one another and form a respective optical arrangement.
  • the lens module is designed to provide a light exit from the first surface section of the second surface based on light entering the first surface section of the first surface by means of total reflection at the first surface section of the third surface, or vice versa.
  • the lens module is designed to provide a light exit from the second surface section of the second surface based on light entering the second surface section of the first surface by means of total reflection at the second surface section of the third surface, or vice versa.
  • the first surface is a combinatorial lens surface of a first and a second lens.
  • the second surface is a combinatorial lens surface of the first and second lens and the third surface is a combinatorial deflection surface of the first and second lens.
  • a reflection surface is particularly suitable for the implementation of such a third surface.
  • the combinatorial design of lens surfaces offers a space-saving option for arranging the optical emitters or detectors, while accepting the corresponding design effort.
  • the first surface is designed in a transition region between the first surface section and the second surface section or within the first or second surface section such that it has a discontinuous surface shape.
  • the second surface has a discontinuous surface shape in a transition between the first surface section and the second surface section or within the first or second surface section.
  • the third surface has a discontinuous surface shape in a transition between the first surface section and the second surface section or within the first or second surface section.
  • the first surface section and the second surface section of the first surface are arranged laterally adjacent to one another.
  • the second surface section of the second surface is arranged to enclose the first surface section of the second surface.
  • the second surface section of the third surface is arranged to enclose the first surface section of the third surface. While the arrangement of the surface sections of the first surface laterally adjacent to one another enables a laterally adjacent arrangement of optical receivers and/or emitters, an enclosing arrangement of surface sections to one another makes it possible to provide a high optical-wireless transmission quality during rotation.
  • the first surface section of the second surface is rotationally symmetrical about a rotation axis and the second surface section of the second surface is rotationally symmetrical about the rotation axis. This enables precise beam deflection during rotation of the lens module, for example while it is installed in a transceiver.
  • the first surface, the second surface and the third surface are inclined relative to one another in order to cause a deflection of a main beam direction of a first optical arrangement of the lens module, in particular approximately at a right angle, that is to say with a deflection angle of 90° within a tolerance range of ⁇ 30°.
  • the essentially right-angled deflection enables a precise arrangement of the components of different transceivers relative to one another.
  • the first surface sections of the first, second and third surfaces form a first optical arrangement for a first beam shaping for a first optical channel.
  • the second surface sections of the first, second and third surfaces combinatorically form a second optical arrangement for a second beam shaping for a second optical channel.
  • the first beam shaping is independent of the second beam shaping. This enables an individual design of the beam-shaping optics of different optical channels in a module.
  • the first optical channel and the second optical channel are substantially free of channel crosstalk, which enables a high transmission quality.
  • the first optical channel and the second optical channel are arranged locally disjointly from one another on the first surface, the second surface and the third surface by means of the first surface sections and the second surface sections.
  • the local separation enables a high degree of avoidance of channel crosstalk.
  • the second surface section of the first surface is formed in a continuous manner and the second surface section of the second surface has several locally disjoint sub-areas.
  • the second surface section of the third surface is simultaneously designed to convert an optical signal between the continuous second surface section of the first surface and the locally disjoint sub-areas of the second surface section of the second surface.
  • Beam shaping implemented for this purpose to split the beam into the locally disjoint sub-areas or to combine them into the continuous area enables a high degree of flexibility in determining the directions of the optical wireless channels.
  • each of the first, second and third surfaces has at least one respective third surface section, for example to provide a third optical channel.
  • the lens module effects individual beam shaping between the at least three optical channels. This enables a high degree of adaptation to the respective area of application.
  • the lens module is formed monolithically or in one piece. This enables precise manufacturing of the lens module and precise operation.
  • the lens module is formed from a plastic material, preferably a high-temperature plastic that supports a reflow process.
  • a plastic material preferably a high-temperature plastic that supports a reflow process.
  • the material Sabic EXTEMTM has proven to be particularly suitable for this purpose.
  • the use of such a suitable plastic material allows the lens module to be manufactured in a time- and cost-saving manner using injection molding.
  • the lens module can also be used in automated soldering processes, which saves time and money.
  • an optical wireless transceiver has a lens module described herein and is further equipped with an optical receiver and an optical transmitter.
  • the optical receiver is aligned with the second partial area of the first surface and is configured to receive a first optical wireless signal arriving at the second partial area of the second surface from the first partial area of the first surface.
  • the optical transmitter is aligned with the first partial area of the first surface and is configured to send a second optical wireless signal to the first partial area of the first surface.
  • the lens module is configured to direct and shape the second optical signal to the first partial area of the second surface. This enables optical wireless transceivers with a small size that are also well suited for rotating applications, in particular with regard to the deflection by the third surface of the lens module.
  • the optical receiver and the optical transmitter are arranged on a common substrate.
  • the optical-wireless transceiver has a holding structure which is arranged on the substrate and which is designed to hold the lens module with respect to the optical receiver and the optical transmitter. This enables a combinatorial alignment of the lens module with respect to the optical transmitter and the optical receiver, which is advantageously low-cost.
  • a main receiving direction for receiving the first optical signal and a transmitting direction which is a main radiation direction of the transmitted second optical wireless signal, parallel to each other, which is particularly advantageous in two-way point-to-point communication.
  • an optical wireless system includes at least two of the optical wireless transceivers described herein.
  • the first optical wireless transceiver is configured to receive the first optical wireless signal and to transmit the second optical wireless signal.
  • the second optical wireless transceiver is configured to receive the second optical wireless signal and to transmit the first optical wireless signal.
  • the respective second sides of the lens modules of the optical wireless transceivers face each other. This, and in particular in an arrangement in which the lenses are congruent when projected onto a common projection surface, enables high data transmission quality in the event of rotation of the transceivers relative to each other.
  • the first optical wireless transceiver is designed to rotate with respect to the second optical wireless transceiver about a main transmission direction along which the second optical wireless signal is sent through the second side of the first lens module.
  • the second optical wireless transceiver is designed to rotate with respect to the first optical wireless transceiver about a main transmission direction along which the first optical wireless signal is sent through the second side of the second lens module. This means that one or both transceivers can be moved in a rotational manner.
  • the optical wireless system is configured for full-duplex communication between the first optical wireless transceiver and the second optical wireless transceiver.
  • the lens modules of the optical wireless transceivers are configured for optical separation of opposing optical wireless signals.
  • FIG. 1 is a schematic side sectional view of a lens module according to an embodiment
  • Fig. 2 is a schematic side sectional view of a lens module according to an embodiment, as a part of an optical wireless transceiver according to an embodiment;
  • Fig. 3 is a schematic side sectional view of an optical wireless system with two optical wireless transceivers according to an embodiment
  • Fig. 4a-c are schematic views of the optical wireless transceiver of Fig. 2 from different directions according to an embodiment
  • Fig. 4d a comparison of the different viewing directions of Fig. 4a-c;
  • Fig. 5a-c show views comparable to Fig. 4a-c of an optical wireless transceiver according to an embodiment in which two receiving optics are assigned to an optical receiver;
  • Fig. 6a-c show representations comparable to Fig. 4a-c and 5a-c of an optical wireless transceiver according to an embodiment, which has a lens module according to an embodiment that enables a transmission signal to be divided into several partial signals;
  • Fig. 7 is a schematic perspective view of a mode of operation of a beam-splitting or beam-merging surface or partial surface area according to an embodiment.
  • FIG. 8a-b schematic representations of a known data link.
  • Embodiments described below are described in connection with a large number of details. However, embodiments can also be implemented without these detailed features. Furthermore, for the sake of clarity, embodiments are described using block diagrams as a substitute for a detailed representation. Furthermore, details and/or features of individual embodiments can easily be combined with one another, as long as it is not explicitly described to the contrary.
  • the following embodiments relate to optical wireless signal transmission or data transmission.
  • this is also referred to as LiFi (Light Fidelity).
  • LiFi refers to terms such as IrDA (Infrared Data Association) or OWC (Optical Wireless Communication).
  • IrDA Infrared Data Association
  • OWC Optical Wireless Communication
  • Optical wireless data transmission is understood here to mean transmitting an electromagnetic signal through a free transmission medium, for example air or another gas or fluid.
  • An optical wireless data transmission can also comprise the use of one or more optical fibers, for example by using a fiber for an emitter and/or receiver, from which or into which a signal is coupled out/coupled, whereby a fiber-based optical data transmission, which is implemented for example by means of optical fibers or optical fiber cables, is optional.
  • Fig. 1 shows a schematic side sectional view of a lens module 10 according to an embodiment.
  • the lens module 10 comprises three surfaces 12, 14 and 16.
  • Each of the surfaces 12, 14 and 16 comprises at least a first and a second surface section 12a and 12b, 14a and 14b or 16a and 16b.
  • the surface sections of different surfaces 12, 14 and/or 16 can be formed continuously or discontinuously and/or connected to one another continuously or discontinuously.
  • the lens module 10 can provide the function of a lens in which the surface 12 and the surface 14 can function as an entrance surface or exit surface of a respective optical channel at least in a respective surface section.
  • the surfaces 12, 14 and 16 are shown exaggerated with respect to an uneven design.
  • at least the first surface 12 and the second surface 14 can be understood as describing a surface plane 18 or 22 and possibly being uneven compared to the surface planes 18 or 22.
  • the surface planes 18 and 22 can alternatively or additionally be understood as being perpendicular to the respective main viewing direction of optical channels.
  • a conventional lens can, for example, cause light to be focused or defocused as a light beam passes through, the lens module 10 can also cause a significant deflection of the direction.
  • the surface sections 16a and 16b of the surface 16 can optically couple the surfaces 12 and 14 to one another.
  • the surface sections 16a and 16b can thus provide a deflection surface to deflect incoming light that arrives from side 12 or side 14. Reflective surfaces are particularly suitable for this, for example to cause total reflection. Compared to a conventional lens, a direction deflection can therefore also be effected by means of a deflection surface. Conversely, if a prism or a beam splitter is used as a comparison object, additional beam shaping can be achieved by means of sides 12 and/or 14.
  • independent optical channels 28 and 32 can be implemented, which can be independent of one another both in terms of the direction along which light is sent through the lens module 10 and with regard to the beam shaping implemented.
  • a combined transmitting-receiving optics or transceiver optics can be implemented by the lens module 10.
  • Corresponding optical channels 28 and 32 are exemplary via the main beam directions 24 and 26, respectively, which are deflected by means of the surface sections 16a and 16b with a deflection angle 34 for the optical channel 28 and with an angle 36 for the optical channel 32.
  • light entry at a surface section 12a or 12b of the surface 12 can be provided by means of total reflection at the associated surface section 16a or 16b of the surface 16, light exit at the respectively associated surface section 14a or 14b, or vice versa.
  • This can be understood as light passing through from the side 12 to the side 14 or light passing through from the side 14 to the side 12.
  • different optical channels 28 and 32 can be designed independently of one another with regard to beam-forming properties and preferred light flow directions.
  • Fig. 2 shows a schematic side sectional view of a lens module 20 according to an embodiment.
  • the lens module 20 can, for example, be part of an optical wireless transceiver 25, at least parts of which are also shown.
  • an optical receiver 38 such as a photodetector, PD, and an optical transmitter 42 (light source, LS) can be arranged on a common or individual substrate 44, for example comprising a printed circuit board, PCB.
  • the optical receiver 38 can optionally have an active region 39 of the optical receiver, just like the optical transmitter 42.
  • Beam-forming optics can optionally be arranged in relation to the active region, for example to pre-converge the emitter beam and thus facilitate the design of the transceiver optics.
  • additional optics on the PD can be useful in order to maximize the light conductance (etendue) of the entire optical receiver channel.
  • a reception angle of a possible photodetector can be close to 90°.
  • a sensible implementation of such an approach can take place within the framework of a semiconductor process, for example to apply a silicon (Si) lens to a laser diode and/or photodiode.
  • the arrangement of the optical receiver 38 and/or the optical receiver 42 on the substrate 44 which can have a normal vector or a normal direction 46, can lead to preferred directions of the optical receiver 38 and/or the optical transmitter 42 parallel to the normal direction 46.
  • An orientation of the surface 16 or of the surface sections 16a and 16b can influence or determine an angle a at which the optical channels are deflected.
  • a first optical channel can be formed which is enclosed by a second optical channel beyond the side 14.
  • the surface section 14b can be arranged to enclose the surface section 14a of the surface 14.
  • the surface section 16b of the surface 16 is arranged to enclose the surface section 16a of the surface 16.
  • the surface sections 12a and 12b are arranged laterally adjacent to one another, which enables a laterally adjacent arrangement of the optical receiver 38 and the optical transmitter 42.
  • a first optical signal 48 for example a received beam directed at the optical receiver 38, can thus be directed independently but also simultaneously to a second optical signal 52, for example a transmitted beam, with the lens module 20.
  • the exemplary transmitted signal 52 can be shaped by the lens module 20 into a shaped transmitted signal 53; an exemplary received signal 48 can be shaped by the lens module 20 into a shaped signal 49.
  • the configuration shown makes it possible to set up a symmetrical transmission field and reception field with respect to a possible rotation axis 54, while the field of view of the optical receiver 38, like the illuminated field of the optical transmitter 42, is tilted or even arranged perpendicular to the normal vector 46 in space.
  • the axis 54 can also be understood, independently of the mechanical rotation, as the main reception direction for receiving an optical signal and/or as the main transmission direction or main emission direction of a transmitted optical-wireless signal.
  • the main reception direction and the main transmission direction can preferably run parallel to one another and/or be congruent.
  • a holding structure 56 can be arranged in the optical wireless transceiver 25, such as a frame, a holder or fastening or a spacer, wherein the fastening structure 56 can be arranged on the substrate 44 and can be designed to hold the lens module, such as the lens module 10 or 20, with respect to the optical receiver 38 and the optical transmitter 42, that is to say to fix it in place.
  • the embodiments described herein can be implemented particularly advantageously if at least one, but also several or even all of the surfaces 12, 14 and/or 16 are formed discontinuously.
  • the surface 12 can have a discontinuous surface shape in a transition region between the surface section 12a and the surface section 12b or within the surface section 12a and/or 12b. This is shown by way of example in the surface section 12a, which is arranged opposite the optical receiver 38. Alternatively or additionally, a discontinuity can also be present in the transition region between the surface section 12b arranged in front of the optical transmitter 42 and the section 12a.
  • a discontinuity 58 is arranged between or in the transition region of the surface subregions 14a and 14b.
  • the surface 16 is also shown as an example with a discontinuity 62, which can be used, for example, due to different inclinations relative to the substrate 44 and/or the normal vector 46 to implement different deflection angles within the lens module 20.
  • the surface 14 thus has the discontinuous surface shape in a transition between the surface sections 14a and 14b.
  • a discontinuity can also be arranged within a surface section 14a and/or 14b.
  • some of the surface sections are arranged so as to enclose one another and in other surfaces surface sections are arranged laterally next to one another.
  • the respective design can be freely selected, but it is preferred, particularly with regard to a rotation about the rotation axis 54, if the surface section 14b is arranged so as to enclose the surface section 14a in the surface 14. and/or when the surface section 16b is arranged to enclose the surface section 16a of the surface 16. This can be combined particularly advantageously when the surface sections 12a and 12b are arranged laterally adjacent to one another.
  • Fig. 2 also shows, with reference to the angle a between the normal vector 46 and the rotation axis 54, that a preferred embodiment of a lens module described herein is that the surfaces 12 and 14 as well as the surface 16 are inclined relative to one another at an angle in such a way as to cause a deflection of a main ray direction of the optical arrangement of the surface sections 12a, 14a and 16a on the one hand and/or the optical arrangement comprising the surface sections 12b, 14b and 16b on the other hand by 90° within a tolerance range of ⁇ 30°, ⁇ 20° or ⁇ 10°, preferably less.
  • the respective optical arrangements comprising the surface sections 12a, 14a and 16a on the one hand and 12b, 14b and 16b on the other hand can each be used for an arrangement-specific beam formation of incoming or outgoing optical wireless signals and form a respective optical channel.
  • Such independent beam formation can be used, for example, to collimate an outgoing beam path as much as possible, while an incoming beam is focused on an optical receiver.
  • different surface sections can be adapted to the local differences in the lens module and set for the same function, such as focusing.
  • a respective section or optical channel can be set up so that the lens module sends several collimated output signals that are as disjoint as possible.
  • the different optical channels are essentially free of channel crosstalk, for example by not exceeding 1%, not exceeding 0.1%, not exceeding 0.01% of the optical power of the respective channel or less in the respective other optical channel crosstalk.
  • Crosstalk is understood to mean the impact of a part of a first transmission signal 52 on the other photodetector in addition to a second reception beam 49, which takes into account the acceptance angle of the surface sections used for reception and internal crosstalk due to Fresnel reflections.
  • the passage of light can be problem-free in itself, it can lead to quality losses at the location of the respective optical receiver, which is why channel crosstalk is preferably avoided.
  • the lens module 10 and/or the lens module 20 provides a good starting position for this, in that the optical channels on the surfaces 12, 14 and 16 are arranged spatially disjointly from one another by means of the respective different surface sections 12a, 12b; 14a, 14b and 16a, 16b.
  • each of the surfaces 12, 14 and 16 has more than two surface sections, i.e. at least a third and possibly a fourth or more surface sections.
  • an even higher number of optical channels can be formed and redirected by the same lens module.
  • optical channels it is possible but not necessary for all optical channels to be formed with an identical number of, for example, one surface section on each of the surfaces 12, 14 and 16. According to other embodiments, it is possible for optical channels to have, independently of one another, a number of surface sections in at least one of the surfaces 12, 14 and/or 16 that differs from other surfaces and/or other optical channels. Examples are discussed in Figs. 5a-c, 6a-c and 7.
  • the lens modules 10 and 20 are described in such a way that the number of respective surface sections that are spatially connected is identical.
  • Other embodiments relate to the fact that in particular the surface section 14b of the surface 14 can comprise several spatially disjoint sub-areas, which will be discussed in more detail later.
  • the lens module 10 and/or 20, like other lens modules described herein, can be monolithic or integrally formed, that is, it can be applied to the implement tation of joints or the like can be dispensed with.
  • lens modules described herein are ground, milled or cast from a transparent material.
  • a preferred material for the formation of lens modules described herein is a plastic material.
  • Plastic materials that can be referred to as high-temperature plastics and that support a reflow process, for example, are preferred. This means that an overall structure, of which the lens module can be a part, can be heated to a temperature at which a solder material, for example comprising tin or the like, is liquefied in order to form stable solder joints after cooling.
  • Enabling the reflow process means that the lens module experiences no or a negligible impairment of the optical quality during this process, as would happen, for example, through melting of surfaces and/or through deformation.
  • Suitable for a reflow process and for lens modules described herein is, for example, the Sabic EXTEMTM material.
  • a transmitting optic comprising the surface areas 12a, 14a and 16a and a receiving optic comprising the surface areas 12b, 14b and 16b to be integrated into one another in such a way that a single, complex transceiver optic is created, the lens module 10 and/or 20 or other lens modules described herein.
  • Fig. 2 shows a sectional view through such a transceiver or a section thereof.
  • the transceiver optic 20 is connected to a substrate 44 via a holding structure 56.
  • the electrical components are arranged on this substrate. These comprise a transmitting element 42 and a receiving element 38.
  • the complex transceiver optics 20 can integrate both the transmitting optics 12a, 14a, 16a and a receiving optics 12b, 14b, 16b, each of which can comprise its own optically active surfaces.
  • the beam shaping and beam guidance consists of or at least comprises two optically refractive interfaces 12a, 12b on the one hand and 14a, 14b on the other hand and a reflective surface 16a, 16b arranged between them.
  • the first two optically refractive interfaces 12a, 12b form at least parts of the input surface 12 of the complex optics.
  • the two reflective surfaces 16a, 16b form the deflection surface 16 of the complex optics at least partially.
  • the second two optically refractive interfaces 14a, 14b form the output surface 14 of the complex optics at least partially.
  • the optical surfaces 12a, 12b, 14a, 14b are arranged in such a way that they can emit a transmission beam 52/53 symmetrically to the rotation axis 54 (12a, 14a) or receive a reception beam 48/49 (12b, 14b).
  • Output beam 52 of a first transceiver to the reception beam of another, second transceiver The same applies in the opposite direction for a bidirectional, rotatable transceiver link, which is described in more detail in connection with Fig. 3.
  • the compact transceiver optics enable the rotation capability for a 360° rotation even at very short distances.
  • the rotation axis 54 is tilted by an angle a around the normal vector 46 of the transceiver substrate 44.
  • This angle is preferably in the range of 0° « a « 180°.
  • the deflection angle refers to the respective main transmission/reception axes. A deviation from this is also possible but not advantageous from a manufacturing and design perspective.
  • An angle of 90° is shown as an example in the illustration in Fig. 2.
  • This present embodiment of the invention enables communication tangential to the substrate surface or the circuit board on which the transceiver was placed, without the transceiver itself having to be placed at an angle on the circuit board. Such a structure can manage without additional mirrors. Depending on the choice of angle a, however, a different direction can also be implemented.
  • Fig. 1 and Fig. 2 show exemplary representations of a lens module or, in the case of Fig. 2, of such a transceiver.
  • a transceiver can consist of several mutually independent transmitting optics 12a, 14a, 16a and/or receiving optics 12b, 14b, 16b. These can then be arranged adjacent to one another in the complex transceiver optics and each have the two optically refractive interfaces as partial surfaces of the surfaces 12, 14 and a reflective interface arranged between them as a partial surface area of the surface 16.
  • m transmitting elements or receiving elements 38, 42 are assigned to each of these n multiple transmitting optics or receiving optics 12, 14.
  • 1 ⁇ m ⁇ n applies, where n > 1.
  • Each transmitting element is therefore assigned at least one transmitting optic 12a, 14a, 16a consisting of two optically refractive interfaces 12a, 14a and the reflective interface 16a arranged between them in the beam path.
  • each receiving element 38 is assigned at least one receiving optic 12b, 14b, 16b comprising two optically refractive interfaces 12b, 14b and the reflective interface 16b arranged between them in the beam path.
  • the number of assigned optics between the transmitting element and the receiving element can also depend on this. may differ.
  • the transmitting optics may be useful to divide the transmitting optics into several parts in order to divide the total output power into several parts and thus improve the eye safety of an optical transceiver in which the output surfaces are arranged at distributed points on the output surface.
  • the embodiment explained above relates to an advantageous design. However, it is possible to deviate from this by assigning only one transmitting optics to two or more transmitting elements and/or assigning only one receiving optics to two or more receiving elements.
  • This type of design does increase the electrical complexity, which may run counter to the optimization goal when optimizing the system design to make it simpler; however, it does enable the use or achievement of higher transmitting power, which is advantageous, for example, for achieving long transmission distances, for which the increase in complexity can be accepted.
  • the electrical receiver element 38 is arranged adjacent to the electrical transmitter element 42 on the carrier 44.
  • the electrical receiver element 38 can comprise, for example, a PIN diode, an avalanche diode, a metal-semiconductor-metal diode or the like.
  • the electrical transmitter element 42 can comprise, for example, a laser diode LD, a light-emitting diode (LED).
  • the wavelength can be in any wavelength range, preferably in an ultraviolet wavelength range, in a visible wavelength range and/or in an infrared wavelength range.
  • an optical wireless transceiver in accordance with embodiments comprises a lens module as described herein as well as an optical receiver 38 and an optical transmitter 42.
  • the optical receiver 38 is aligned with the partial area 12b of the first surface 12 and is configured to receive a first optical wireless signal 48 arriving at the partial area 14b of the surface 14 from the partial area 14b of the surface 14.
  • the optical transmitter 42 is aligned with the partial area 12a of the surface 12 and is configured to transmit the second optical wireless signal 48.
  • optical-wireless signal 52 to the first partial area 12a of the surface 12.
  • the lens module is designed to direct and shape the optical-wireless signal 52 to the partial area 14a of the surface 14.
  • Fig. 2 shows a basic structure of the transceiver with beam guidance of the output beam 52 towards the transmission beam 53 as well as the beam guidance of an incident transmission beam 48 towards the reception beam 49 on the detector 38.
  • Fig. 3 shows a schematic side sectional view of an optical wireless system with two optical wireless transceivers 25i and 25 2 that are set up and aligned for mutual communication.
  • Each of the optical wireless transceivers 25i and 25 2 can be formed as a transceiver according to Fig. 2, although other optical wireless transceivers with lens modules described herein can also be used.
  • the reception of the optical signal 52 or 53 transmitted by the optical wireless transceiver 25i at the optical wireless transceiver 25 2 is shown as an example. As long as a light cone 64 of the shaped signal 53 hits at least parts of the surface section 14b 2 of the transceiver 25 2 , a corresponding portion of light can be directed to an optical receiver 38 2 of the optical wireless transceiver 25 2. This is where the preferred design of the lens module comes into play, according to which surface sections assigned to the reception of an optical wireless signal are arranged to enclose a surface section of the surface 14 used for transmission. The increasing divergence of the beam can thus be used effectively on the receiver side.
  • both optical wireless transceivers 25i and 25 2 are mounted so as to be rotatable about rotation axes 54i and 54 2 respectively.
  • the optical wireless transceiver 25i is designed to perform a rotation 681 about the rotation axis 54i, which can correspond to a main transmission direction along which the optical wireless signal 53 is sent through the side 14 of the lens module 20i.
  • the optical wireless transceiver 25 2 can be designed to perform a rotation 68 2 with respect to the optical wireless transceiver 25i about a main transmission direction, which can correspond to the rotation axis 54 2 and along which the transmission signal of the optical wireless transceiver 25 2 can be sent out.
  • the rotation axis can also be tilted to a main transmission direction and/or main reception direction, ie the rotations can be on a parallel or coincident axis, but the transmitting and/or receiving directions may differ.
  • the rotation axis 54i, around which the optical wireless transceiver 25i can be rotated, is arranged, for example, parallel to a z-direction in space.
  • a tilting and/or displacement 66 of the rotation axis 542 of the optical wireless transceiver 252 along and/or around an x-axis and/or y-axis can be tolerated as long as the respective signal to be received still hits the lens module within the reception angle of the respective receiver lens.
  • optical wireless transmitter/receiver pairs 42i and 38 2 or 42 2 and 38i do not have to be directed towards each other, the corresponding optical wireless signals can be redirected accordingly by the direction redirection by means of the lens modules 20i and 20 2 , wherein it is preferred that the sides 14i and 14 2 are arranged facing each other, which does not exclude tilting and/or displacement 66.
  • the optical wireless system 30 can be configured for full-duplex communication between the optical wireless transceivers 25i and 252. Due to the spatial separation of the respective transmit signal and receive signal, interference-free communication operation can be maintained even if both optical wireless transceivers 25i and 252 transmit simultaneously. This is due to the fact that the lens modules 20i and 202 can be configured for optical separation of opposing optical wireless signals.
  • rotation 681 and 682 is each considered advantageous, but that only one of the two components can easily be arranged in a rotational manner with respect to the other component, which may be arranged in a stationary manner. It should also be noted that the advantages of the direction redirection and optical separation according to the invention can also be used if both transceivers 25i and 252 are stationary or at least do not rotate.
  • FIG. 3 shows an example of a complete data link.
  • a first transceiver 25i transmits the beam shifted to the rotation axis 54i of the first transceiver 25i in the direction of a second transceiver 252.
  • the transmission beam is received by the two-
  • the transceiver 252 is focused onto the electrical receiver element 382 by means of the receiving optics 14 2, 16 2, 12 2.
  • the two transceivers can be tilted and/or shifted relative to one another within a certain range, as shown by the shift/tilt 66. This results in the transceiver 252 having a second axis of rotation 542.
  • the area of the second transmitting surface 12a2, 16a2, 14a2 is not used for focusing.
  • one or both transceivers 25i and/or 252 can be permanently rotated relative to one another.
  • Fig. 3 shows a complex data link consisting of two transceivers.
  • One transmission direction is shown here as an example.
  • An example of tilting and translation is shown in combination with the reference number 66.
  • FIG. 4a-c show schematic views of the optical wireless transceiver 25 from Fig. 2.
  • Fig. 4d shows a comparison of different viewing directions or viewing positions 72i, 722 and 723 on the transceiver 25, with the viewing direction 72i being shown in Fig. 4a, the viewing direction 722 in Fig. 4b and the viewing direction 72a in Fig. 4c.
  • Figs. 4b and 4c the enclosing arrangement of the surface sub-region 16b around the surface sub-region 16a and the surface sub-region 14b around the surface sub-region 14a is shown, while in Fig. 4a the laterally adjacent arrangement of the surface sub-regions 12a and 12b is clearly visible.
  • Fig. 4a shows a bottom view, with the substrate 44 only being indicated at the edge by way of example.
  • the transmitting element 42 and the receiving element 38 with the complex optics 20 arranged above it and the holding structure 56 can be seen.
  • the first optically refractive interface 12a of the transmitting optics and the first optically refractive interface 12b of the receiving optics are highlighted in each case.
  • Fig. 4b shows a top view showing the complex optics 20, the support structure 56 and the substrate 44.
  • the reflective optical interface of the transmitting optics 16a and the reflective optical interface of the receiving optics 16b are highlighted.
  • Fig. 4c shows a front view showing the complex optics 20, the holding structure 56 and the substrate 44.
  • the second optically refractive interface 14a of the transmitting optics and the second optically refractive interface 14b of the receiving optics are highlighted.
  • Fig. 4a-d show exemplary top views of the respective optical interfaces of the embodiment shown in Fig. 2 in order to illustrate their shape.
  • Fig. 4a-c show top views of the optical interfaces of a first embodiment with a transmitting optics and a receiving optics.
  • Fig. 5a-c show views of an optical wireless transceiver 25' comparable to Fig. 4a-c, in which the optical receiver 38 is assigned two receiving optics 12b- 1, 16b- 1 and 14b- 1 on the one hand and 12b-2, 16b-2 and 14b-2 on the other.
  • the receiving optics can be split in two compared to the lens module 20.
  • the transmitting optics is placed as an example as a circular ring element 16a or 14a between the two receiver areas 16b- 1 and 16b-2 and 14b- 1 and 14b-2.
  • each receiving optic is assigned its own optical receiver. This can be easily adjusted using a corresponding deflection on the surface 16.
  • Fig. 5a-c show exemplary top views of the respective optical interfaces of a further embodiment with one transmitting optics and two receiving optics.
  • Fig. 5a-c show plan views of the optical interfaces of a second embodiment with one transmitting optics and two receiving optics.
  • Fig. 6a-c show representations of an optical wireless transceiver 25", comparable to Fig. 4a-c and Fig. 5a-c, which has a lens module 20", which, compared to the embodiments for Fig. 5a-c, enables a transmission signal to be divided into several partial signals. While the lens module 20' arranged in the optical-wireless transceiver 25' can be formed such that the surface section 14b of the surface 14 and/or the surface section 16b of the surface 16 is divided into several locally disjoint and spaced-apart sub-areas 14b-1, 14b-2 or 16b-1 and 16b-2, in the case of Fig.
  • the surface sections 14a of the surface 14 and 16a of the surface 16 can be divided, the number of four sub-areas 14a-1-14a-4 and 16a-1-16a-4 being chosen as an example. Even if the number of sub-areas in the respective surface sub-areas 14a and 16a is preferably identical, the number of four is, for example, one, as in the lens module 10 or 20, two, three or more than four.
  • the surface partial area 12a can be formed as a continuous area or can also be subdivided into disjoint partial areas.
  • the surface partial section 12a of the surface 12 is formed as a continuous area
  • the surface partial section 16a of the surface 16 is designed to convert an optical signal between the continuous surface partial section 12a of the surface 12 and the locally disjoint partial areas 14a-1-14a-4 of the surface 14. This means, for example, dividing in the transmission case, whereby with reference to Fig. 5a-c, a merging of disjoint partial signals can be carried out in the reception case.
  • a continuous but not continuous area can be used or even required for the division.
  • exemplary top views of the respective optical interfaces of a further embodiment with four transmitting optics 12a-1-12a-4, 14a-1-14a-4 and 16a-1-16a-4 and a receiving optics 12b, 14b, 16b are shown.
  • Four transmitting optics are assigned to the transmitting unit 42 or the transmitting beam is split or divided into four segments on the surface 12a. This means that several transmitting elements can be used and/or a transmitting beam can be divided.
  • the reflective surfaces 16a-1-16a-4 and/or the refracting surfaces 14a-1-14a-4 can each be arranged within the receiving surfaces 14, 16.
  • the shape of the surfaces in the drawings shown in the embodiments shown here is to be understood as an example.
  • the area of application can have an influence on the actual design. In principle, all possible geometric surface shapes and/or free forms are possible.
  • the respective complexity or the willingness to make the corresponding effort can provide a limit here.
  • Fig. 6a-c show top views of the optical interface of a third embodiment with four transmitting optics and one receiving optics.
  • Fig. 7 shows a schematic perspective representation of the functioning of a beam-splitting or beam-combining surface or partial surface area 12a or 12b, which shows that the optical functioning is reversible with respect to its direction.
  • the optical receiver 38 can be used in the same way as the optical transmitter 42.
  • the respective associated partial surface areas 12b-1 to 12b-4 or 12a-1 to 12a-4 can be connected to neighboring areas by means of discontinuities 76-1 to 76-4, for example in order to join different curvatures together.
  • the division surface shown can be arranged in the surface 12 and/or in the surface 14. Both are conceivable. Such a division can alternatively or additionally also be implemented in the deflection surface, the surface 16.
  • the merging or division by means of the surface 16 can then take place in such a way that one of the two surface sections 12a or 12b or 14a or 14b of one of the two surfaces 12 or 14 is formed in a continuous manner and the associated surface section of the other surface is subdivided into several, i.e. at least two, locally disjoint subsections.
  • the associated surface section of the third surface 16 is designed to convert, i.e. divide or merge, the optical signal between the associated continuous surface section and the associated locally disjoint subsections of the other surface section.
  • aspects have been described in connection with a device, it is understood that these aspects also represent a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Analogously, aspects that have been described in connection with or as a method step also represent a description of a corresponding block or details or feature of a corresponding device.
  • embodiments of the invention may be implemented in hardware or in software.
  • the implementation may be carried out using a digital storage medium, for example a floppy disk, a DVD, a Blu-ray disc, a CD, a ROM, a PROM, an EPROM, an EEPROM or a FLASH memory, a hard disk or another magnetic or optical storage device on which electronically readable control signals are stored that can interact or interact with a programmable computer system in such a way that the respective method is carried out. Therefore, the digital storage medium may be computer-readable.
  • Some embodiments according to the invention thus comprise a data carrier that has electronically readable control signals that are able to interact with a programmable computer system in such a way that one of the methods described herein is carried out.
  • embodiments of the present invention can be implemented as a computer program product with a program code, wherein the program code is effective to carry out one of the methods when the computer program product runs on a computer.
  • the program code can also be stored on a machine-readable medium, for example.
  • inventions include the computer program for performing one of the methods described herein, wherein the computer program is stored on a machine-readable medium.
  • an embodiment of the method according to the invention is thus a computer program which has a program code for carrying out one of the methods described herein when the computer program is executed on a computer. is running.
  • a further embodiment of the method according to the invention is thus a data carrier (or a digital storage medium or a computer-readable medium) on which the computer program for carrying out one of the methods described herein is recorded.
  • a further embodiment of the method according to the invention is thus a data stream or a sequence of signals which represents the computer program for carrying out one of the methods described herein.
  • the data stream or the sequence of signals can be configured, for example, to be transferred via a data communication connection, for example via the Internet.
  • a further embodiment comprises a processing device, for example a computer or a programmable logic device, which is configured or adapted to carry out one of the methods described herein.
  • a processing device for example a computer or a programmable logic device, which is configured or adapted to carry out one of the methods described herein.
  • a further embodiment comprises a computer on which the computer program for carrying out one of the methods described herein is installed.
  • a programmable logic device e.g., a field programmable gate array, an FPGA
  • a field programmable gate array may cooperate with a microprocessor to perform any of the methods described herein.
  • the methods are performed by any hardware device. This may be general-purpose hardware such as a computer processor (CPU) or hardware specific to the method such as an ASIC.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

Ein Linsenmodul weist eine erste Fläche und eine gegenüber der ersten Fläche geneigte zweite Fläche auf, die über eine gegenüber der ersten Fläche und der zweiten Fläche geneigte dritte Fläche optisch miteinander gekoppelt sind. Jede der ersten Fläche, der zweiten Fläche und der dritten Fläche weist einen ersten Flächenteilabschnitt und einen zweiten Flächenteilabschnitt auf, wobei die ersten Flächenteilabschnitte einander zugeordnet sind und die zweiten Flächenteilabschnitte einander zugeordnet sind und eine jeweilige optische Anordnung bilden.

Description

Linsenmodul, optisch-kabelloser Transceiver und optisch-kabelloses System
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Linsenmodul zur Richtungsumlenkung optisch-kabelloser Signale, auf einen optisch-kabellosen Transceiver mit einem solchen Linsenmodul und auf ein optisch-kabelloses System mit einem hierin beschriebenen optischkabellosen Transceiver.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Bereitstellung optisch-kabelloser Kommunikation in rotierenden Systemen mit abgewinkelten Linsenmodulen und auf Transceiver mit einer internen Umlenkfläche, die eine Totalreflexion bereitstellt. Die Erfindung bezieht sich dabei auch auf ein Optikdesign für einen rotationsfähigen optischen Kurzstreckentransceiver für die optisch-drahtlose bzw. optisch-kabellose Datenübertragung nach dem Prinzip der Umlenkung durch Reflexion.
Ein typischer optischer Datenlink besteht aus zwei optisch-drahtlosen Transceivern. Ein derartiges Szenario ist beispielhaft in Fig. 8a und in Fig. 8b dargestellt. Die Transceiver 1000i und IOOO2 enthalten jeweils eine Sendeeinheit TX 1002i bzw. 10022 sowie eine Empfangseinheit RX 1004i bzw. 10042. Dabei ist typischerweise immer eine Sendeeinheit einer Empfangseinheit gegenübergestellt, wie es in Fig. 8a mit dem Vermerk Rotation 0° dargestellt ist. Ein jeweiliger Sendestrahl IOO61 bzw. 10O62 trifft den Empfänger 10022 bzw. 1002i und der Datenlink funktioniert. Rotiert der Transceiver jedoch um 180° um eine Drehachse 1008, wie es in der Fig. 8b dargestellt ist, geht der Sichtkontakt verloren und der Datenlink bricht ab. Das Problem tritt insbesondere dann auf, wenn der Abstand zwischen zwei Transceivern in der Größenordnung der Transceivergröße liegt.
In der dargestellten Rotation eines herkömmlichen drahtlosen T ransceivers zeigt die Fig. 8a eine O°-Ausgangsstellung, bei der der Datenlink intakt ist und die Fig. 8b einen Zustand nach 180°-Rotation, bei der der Datenlink unterbrochen ist, da kein wechselseitiger Sichtkontakt mehr besteht.
Ein weiteres Problem besteht darin, dass die Transceiver meist so ausgeführt sind, dass sie senkrecht von der Substratoberfläche/Leiterplattenoberfläche entlang der Oberflächennormal abstrahlen. Um beispielsweise tangential entlang der Oberfläche abzustrahlen, wird ein zusätzlicher Reflektor benötigt oder die Komponente muss aufwendig schräg platziert werden. Typische Anwendungsbeispiele sind Leiterplatten, Printed Circuit Boards (PCB), Datenverbindungen, ein optischer Schleifringersatz an rotierenden Maschinenteilen oder dergleichen. Dabei ist der Transceiver auf der Drehachse angeordnet. Zur galvanischen Kopplung auf einer Leiterplatte wird beispielsweise die Kommunikation tangential zur Leiterplattenoberfläche benötigt, etwa für Hochgeschwindigkeits-Optokoppler.
Unabhängig hiervon weist ein Transceiverlink in der optisch-drahtlosen oder optisch-kabellosen Datenübertragung eine Sendeeinheit 1002 mit einer Lichtquelle auf. Das Abstrahlprofil kann mit der Sendeoptik geformt werden. Gleichzeitig besitzt ein Transceiver eine Empfangseinheit 1004 mit einer Photodiode, welche wiederum eine eigene Empfangsoptik aufweisen kann, um das Lichtsignal einzusammeln. Diese beiden elementaren Bestandteile sind in der Regel nebeneinander angeordnet. Ist die Distanz zwischen beiden Transceivern klein verglichen mit der Größe der Transceiver, können sie nicht gegeneinander um die optische Achse rotiert werden, ohne dass die Übertragung unterbrochen wird, da sich Sender und Empfänger nicht mehr gegenüberstehen, wie es anhand der Fig. 8b dargestellt ist. Außerdem ist der Abstrahlwinkel und Empfangswinkel begrenzt entlang der Vorzugsrichtung der Leiterplatte bzw. des Substrats.
Es besteht ein Bedarf an optisch-kabellosen Datenlinks, die eine Rotation zweier Transceiver zueinander ermöglichen, einen geringen Mehraufwand gegenüber bestehenden Lösungen und im Weiteren ein hohes Grad an Einsteilbarkeit bieten.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein Linsenmodul, einen optisch-kabellosen Transceiver sowie ein optisch-kabelloses System bereitzustellen, welches eine Rotation von Transceivern zueinander ermöglicht, einen geringen Mehraufwand gegenüber bekannten Konzepten sowie ein hohes Maß an Einsteilbarkeit bezüglich der optisch-kabellosen Signalführung bietet.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Eine Kernidee der vorliegenden Erfindung besteht darin, erkannt zu haben, dass ein Linsenmodul dergestalt ausgeführt werden kann, dass es sowohl eine Umlenkung einer Richtung der optisch-kabellosen Signale vornimmt als auch zumindest zwei Strahlengänge optisch-kabelloser Signale durch das Linsenmodul umgelenkt werden können. Hierdurch kann eine gegenüber bereits in Verwendung befindlichen Optiken veränderte Optik mit geringem Aufwand eingesetzt werden, die gleichzeitig ein hohes Maß an Einstell- barkeit im Hinblick auf einen Umlenkwinkel bietet und basierend darauf so ausgelegt werden kann, dass eine Rotationsfähigkeit eines Transceivers gegeben ist, der ein entsprechendes Linsenmodul aufweist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein Linsenmodul mit einer ersten Fläche und einer gegenüber der ersten Flächen geneigten zweiten Fläche bereitgestellt. Die erste Fläche und die zweite Fläche sind über eine gegenüber der ersten Fläche und zweiten Fläche geneigten dritten Fläche optisch miteinander gekoppelt. Jede der ersten, zweiten und dritten Fläche weist einen jeweiligen ersten Flächenteilabschnitt und einen zweiten Flächenteillabschnitt auf. Die ersten Flächenteilabschnitte der ersten, zweiten und dritten Fläche sind einander zugeordnet und die zweiten Flächenteilabschnitte der ersten, zweiten und dritten Fläche sind einander zugeordnet und bilden eine jeweilige optische Anordnung.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Linsenmodul ausgebildet, um basierend auf einem Lichteintritt an dem ersten Flächenteilabschnitt der ersten Fläche vermittels einer Totalreflexion an dem ersten Flächenteilabschnitt der dritten Fläche einen Lichtaustritt aus dem ersten Flächenteilabschnitt der zweiten Fläche bereitzustellen oder andersherum. Alternativ oder zusätzlich ist das Linsenmodul ausgebildet, um basierend auf einem Lichteintritt an dem zweiten Flächenteilabschnitt der ersten Fläche vermittels einer Totalreflexion an dem zweiten Flächenteilabschnitt der dritten Fläche einen Lichtaustritt aus dem zweiten Flächenteilabschnitt der zweiten Fläche bereitzustellen oder andersherum. Dies ermöglicht eine Voll-Duplex-Kommunikation zwischen zwei Transceivern oder eine Datenübertragung über zwei parallel betriebene aber interferenzarm ausgestaltete optisch-kabellose Kanäle.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die erste Fläche eine kombinatorische Linsenfläche einer ersten und einer zweiten Linse. Die zweite Fläche ist eine kombinatorische Linsenfläche der ersten und zweiten Linse und die dritte Fläche ist eine kombinatorische Umlenkfläche der ersten und zweiten Linse. Besonders geeignet für die Implementierung einer derartigen dritten Fläche ist eine Reflexionsfläche. Die kombinatorische Ausgestaltung von Linsenflächen bietet unter Inkaufnahme der entsprechenden Auslegungsaufwände eine platzsparende Möglichkeit zur Anordnung der optischen Emitter oder Detektoren. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die erste Fläche in einem Übergangsbereich zwischen dem ersten Flächenteilabschnitt und dem zweiten Flächenteilabschnitt oder innerhalb des ersten oder zweiten Flächenteilabschnitts so ausgestaltet, dass sie eine diskontinuierliche Oberflächenform aufweist. Alternativ oder zusätzlich weist die zweite Fläche in einem Übergang zwischen dem ersten Flächenteilabschnitt und dem zweiten Flächenteilabschnitt oder innerhalb des ersten oder zweiten Flächenteilabschnitts eine diskontinuierliche Oberflächenform auf. Alternativ oder zusätzlich weist die dritte Fläche in einem Übergang zwischen dem ersten Flächenteilabschnitt und dem zweiten Flächenteilabschnitt oder innerhalb des ersten oder zweiten Flächenteilabschnitts eine diskontinuierliche Oberflächenform auf. Die diskontinuierlichen Oberflächenformen ermöglichen eine Anpassung der Linsengeometrien an beide optisch-kabellosen Übertragungskanäle und gleichzeitig die Verwendung eines gemeinsamen Linsenmoduls.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind der erste Flächenteilabschnitt und der zweite Flächenteilabschnitt der ersten Fläche lateral benachbart zueinander angeordnet. Alternativ oder zusätzlich ist der zweite Flächenteilabschnitt der zweiten Fläche als den ersten Flächenteilabschnitt der zweiten Fläche umschließend angeordnet. Alternativ oder zusätzlich ist der zweite Flächenteilabschnitt der dritten Fläche den ersten Flächenteilabschnitt der dritten Fläche umschließend angeordnet. Während die Anordnung der Flächenteilabschnitte der ersten Fläche lateral benachbart zueinander eine lateral benachbarte Anordnung optischer Empfänger und/oder Emitter ermöglicht, ermöglicht es eine umschließende Anordnung von Flächenteilabschnitten zueinander, eine hohe optisch-kabellose Übertragungsqualität während einer Rotation bereitzustellen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der erste Flächenteilabschnitt der zweiten Fläche rotationssymmetrisch um eine Rotationsachse und der zweite Flächenteilabschnitt der zweiten Fläche rotationssymmetrisch um die Rotationsachse gebildet. Dies ermöglicht eine präzise Strahlumlenkung während einer Rotation des Linsenmoduls, etwa während es in einem Transceiver verbaut ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die erste Fläche, die zweite Fläche und die dritte Fläche gegeneinander geneigt, um eine Umlenkung einer Hauptstrahlrichtung einer ersten optischen Anordnung des Linsenmoduls zu bewirken, insbesondere in etwa rechtwinklig, das bedeutet, mit einem Umlenkwinkel von 90° innerhalb eines Toleranzbereichs von ±30°. Die im Wesentlichen rechtwinklige Umlenkung ermöglicht eine präzise Anordnung der Komponenten unterschiedlicher Transceiver zueinander. Gemäß einem Ausführungsbeispiel bilden die ersten Flächenteilabschnitte der ersten, zweiten und dritten Fläche eine erste optische Anordnung für eine erste Strahlformung für einen ersten optischen Kanal. Die zweiten Flächenteilabschnitte der ersten, zweiten und dritten Fläche bilden kombinatorisch eine zweite optische Anordnung für eine zweite Strahlumformung für einen zweiten optischen Kanal. Die erste Strahlformung ist dabei unabhängig von der zweiten Strahlformung. Dies ermöglicht eine individuelle Auslegung der strahlformenden Optiken unterschiedlicher optischer Kanäle in einem Modul.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der erste optische Kanal und der zweite optische Kanal im Wesentlichen frei von Kanalübersprechen, was eine hohe Übertragungsqualität ermöglicht.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind der erste optische Kanal und der zweite optische Kanal an der ersten Fläche, der zweiten Fläche und der dritten Fläche vermittels der ersten Flächenteilabschnitte und der zweiten Flächenteilabschnitte örtlich disjunkt voneinander angeordnet. Die örtliche Separation ermöglicht ein hohes Maß an Vermeidung von Kanalübersprechen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der zweite Flächenteilabschnitt der ersten Fläche zusammenhängend gebildet und der zweite Flächenteilabschnitt der zweiten Fläche weist mehrere örtlich disjunkte Teilbereiche auf. Der zweite Flächenteilabschnitt der dritten Fläche ist gleichzeitig ausgebildet, um ein optisches Signal zwischen dem zusammenhängenden zweiten Flächenteilabschnitt der ersten Fläche und den örtlich disjunkten Teilbereichen des zweiten Flächenteilabschnitts der zweiten Fläche umzusetzen. Eine hierfür umgesetzte Strahlformung zur Strahlteilung in die örtlich disjunkten Teilbereiche oder die Zusammenführung in den zusammenhängenden Bereich ermöglicht ein hohes Maß an Flexibilität bei der Bestimmung der Richtungen der optisch-kabellosen Kanäle.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist jede der ersten, zweiten und dritten Fläche zumindest einen jeweiligen dritten Flächenteilabschnitt auf, etwa um einen dritten optischen Kanal bereitzustellen. Das Linsenmodul bewirkt eine individuelle Strahlformung zwischen den zumindest drei optischen Kanälen. Dies ermöglicht ein hohes Maß an Anpassung an den jeweiligen Einsatzbereich. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Linsenmodul monolithisch oder einstückig gebildet. Dies ermöglicht eine präzise Herstellung des Linsenmoduls und einen präzisen Betrieb.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Linsenmodul umfassend ein Kunststoffmaterial, bevorzugt ein Hochtemperaturkunststoff, der einen Reflow-Prozess unterstützt, gebildet. Als besonders geeignet hat sich hierbei das Material Sabic EXTEM™ herausgestellt. Die Verwendung eines derartig geeigneten Kunststoffmaterials erlaubt es, das Linsenmodul zeitsparend und kostensparend im Spritzguss herzustellen. Durch die Unterstützung eines Reflow-Prozesses kann das Linsenmodul auch in automatisierten Löt-Prozessen eingesetzt werden, was eine Zeitersparnis und Kostenersparnis mit sich bringt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein optisch-kabelloser Transceiver bereitgestellt. Dieser weist ein hierin beschriebenes Linsenmodul auf und ist ferner mit einem optischen Empfänger und einem optischen Sender ausgestattet. Der optische Empfänger ist auf den zweiten Teilflächenbereich der ersten Fläche ausgerichtet und zum Empfang eines an dem zweiten Teilflächenbereich der zweiten Fläche eintreffenden ersten optisch-kabellosen Signals von dem ersten Teilflächenbereich der ersten Fläche eingerichtet. Der optische Sender ist auf den ersten Teilflächenbereich der ersten Fläche ausgerichtet und zum Senden eines zweiten optisch-kabellosen Signals an den ersten Teilflächenbereich der ersten Fläche eingerichtet. Das Linsenmodul ist zum Lenken und Formen des zweiten optischen Signals auf den ersten Teilflächenbereich der zweiten Fläche eingerichtet. Dies ermöglicht optisch-kabellose T ransceiver mit geringer Baugröße, die gleichzeitig gut für rotierende Anwendungen geeignet sind, insbesondere im Hinblick auf die Umlenkung durch die dritte Fläche des Linsenmoduls.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind der optische Empfänger und der optische Sender an einem gemeinsamen Substrat angeordnet. Der optisch-kabellose T ransceiver weist eine Haltestruktur auf, die an dem Substrat angeordnet ist und die ausgebildet ist, um das Linsenmodul bezüglich dem optischen Empfänger und dem optischen Sender zu halten. Dies ermöglicht eine kombinatorische Ausrichtung des Linsenmoduls bezüglich des optischen Senders und des optischen Empfängers, was vorteilhaft aufwendungsarm ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel verlaufen eine Hauptempfangsrichtung zum Empfang des ersten optischen Signals und eine Senderichtung, welche eine Hauptabstrahlrichtung des ausgesendeten zweiten optisch-kabellosen Signals beschreibt, parallel zueinander, was insbesondere bei einer zweiseitigen Punkt-zu-Punkt-Kommunikation von Vorteil ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein optisch-kabelloses System bereitgestellt, das zumindest zwei der hierin beschriebenen optisch-kabellosen Transceiver aufweist. Der erste optisch-kabellose Transceiver ist zum Empfangen des ersten optisch-kabellosen Signals und zum Senden des zweiten optisch-kabellosen Signals konfiguriert. Andersherum ist der zweite optisch-kabellose Transceiver zum Empfangen des zweiten optisch-kabellosen Signals und zum Senden des ersten optisch-kabellosen Signals konfiguriert.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die jeweiligen zweiten Seiten der Linsenmodule der optisch-kabellosen Transceiver einander zugewandt. Dies und insbesondere bei einer Anordnung, dass die Linsen bei einer Projektion in eine gemeinsame Projektionsfläche deckungsgleich sind, ermöglicht eine hohe Datenübertragungsqualität im Falle einer Rotation der Transceiver zueinander.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der erste optisch-kabellose T ransceiver ausgebildet, um eine Rotation bezüglich des zweiten optisch-kabellosen Transceivers um eine Sendehauptrichtung entlang der das zweite optisch-kabellose Signal durch die zweite Seite des ersten Linsenmoduls gesendet wird, auszuführen. Alternativ oder zusätzlich ist der zweite optisch-kabellose Transceiver ausgebildet, um eine Rotation bezüglich des ersten optischkabellosen Transceivers um eine Sendehauptrichtung entlang der das erste optisch-kabel- lose Signal durch die zweite Seite des zweiten Linsenmoduls gesendet wird, auszuführen. Das bedeutet, einer oder beide Transceiver können rotatorisch bewegt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das optisch-kabellose System für eine Voll-Duplex- Kommunikation zwischen dem ersten optisch-kabellosen Transceiver und dem zweiten optisch-kabellosen Transceiver eingerichtet. Die Linsenmodule der optisch-kabellosen T ransceiver sind für eine optische Separation gegenläufiger optisch-kabelloser Signale eingerichtet.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind der Gegenstand abhängiger Patentansprüche.
Besonders bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Seitenschnittansicht eines Linsenmoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 eine schematische Seitenschnittansicht eines Linsenmoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel, als einen Teil eines optisch-kabellosen Transceivers gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 3 eine schematische Seitenschnittansicht eines optisch-kabellosen Systems mit zwei optisch-kabellosen Transceivern gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 4a-c schematische Ansichten des optisch-kabellosen Transceivers aus Fig. 2 aus unterschiedlichen Richtungen gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 4d eine Gegenüberstellung der unterschiedlichen Betrachtungsrichtungen der Fig. 4a-c;
Fig. 5a-c zu den Fig. 4a-c vergleichbare Ansichten eines optisch-kabellosen Transceivers gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei welchem einem optischen Empfänger zwei Empfangsoptiken zugeordnet sind;
Fig. 6a-c zu den Fig. 4a-c und 5a-c vergleichbare Darstellungen eines optisch-kabellosen Transceivers gemäß einem Ausführungsbeispiel, der ein Linsenmodul gemäß einem Ausführungsbeispiel aufweist, das eine Aufteilung eines Sendesignals in mehrere Teilsignale ermöglicht;
Fig. 7 eine schematische perspektivische Darstellung einer Funktionsweise einer strahlaufteilenden oder strahlzusammenführenden Fläche bzw. Teilflächenbereich gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
Fig. 8a-b schematische Darstellungen eines bekannten Datenlinks.
Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte und/oder Strukturen in den unterschiedli- chen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung dieser Elemente untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.
Nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiele werden im Zusammenhang mit einer Vielzahl von Details beschrieben. Ausführungsbeispiele können jedoch auch ohne diese detaillierten Merkmale implementiert werden. Des Weiteren werden Ausführungsbeispiele der Verständlichkeit wegen unter Verwendung von Blockschaltbildern als Ersatz einer Detaildarstellung beschrieben. Ferner können Details und/oder Merkmale einzelner Ausführungsbeispiele ohne Weiteres mit einander kombiniert werden, solange es nicht explizit gegenteilig beschrieben ist.
Nachfolgende Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine optisch-kabellose Signalübertragung oder Datenübertragung. Diese wird im Rahmen der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele auch als LiFi (Light Fidelity; Lichtübertragung) bezeichnet. Der Begriff „LiFi“ bezieht sich dabei auf die Begriffe wie IrDA (Infrared Data Association) oder OWC (Optical Wireless Communication; optische drahtlose Kommunikation). Das bedeutet, die Ausdrücke „optisch-drahtlose Datenübertragung“, „optisch-kabelloser Datenübertragung“ und „LiFi“ werden synonym verwendet. Als optisch-kabellose Datenübertragung wird hierbei verstanden, ein elektromagnetisches Signal durch ein freies Übertragungsmedium, beispielsweise Luft oder ein anderes Gas oder ein Fluid, zu übertragen. Hierfür können beispielsweise Wellenlängen in einem ultravioletten (UV) Bereich mit zumindest 53 nm und dem Infrarotbereich, beispielsweise höchstens 1550 nm, verwendet werden, wobei auch andere Wellenlängen möglich sind, die sich von für Funkstandards benutzten Wellenlängen unterscheiden. Eine optisch-kabellose Datenübertragung kann auch die Verwendung einer oder mehrerer lichtleitender Fasern umfassen, etwa indem für einen Emitter und/oder Empfänger eine Faser benutzt wird, aus welcher oder in welches ein Signal ausgekoppelt/ein- gekoppeltwird, wobei eine fasergebundene optische Datenübertragung , die beispielsweise mittels Lichtwellenleiter oder Lichtwellenleiterkabel implementiert wird, optional ist.
Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenschnittansicht eines Linsenmoduls 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Linsenmodul 10 umfasst drei Flächen 12, 14 und 16. Jede der Flächen 12, 14 und 16 umfasst zumindest einen ersten und einen zweiten Flächenteilabschnitt 12a und 12b, 14a und 14b bzw. 16a und 16b. Die Flächenteilabschnitte unterschiedlicher Flächen 12, 14 und/oder 16 können dabei kontinuierlich oder diskontinuierlich gebildet sein und/oder kontinuierlich oder diskontinuierlich miteinander verbunden sein. Das Linsenmodul 10 kann die Funktion einer Linse bereitstellen, bei der die Fläche 12 und die Fläche 14 zumindest in einem jeweiligen Flächenteilabschnitt als Eintrittsfläche oder Austrittsfläche eines jeweiligen optischen Kanals fungieren können.
Die Flächen 12, 14 und 16 sind bezüglich einer unebenen Ausgestaltung überzeichnet dargestellt. Allerdings können zumindest die erste Fläche 12 und die zweite Fläche 14 so verstanden werden, dass sie eine Flächenebene 18 bzw. 22 beschreiben und möglicherweise uneben gegenüber den Flächenebenen 18 bzw. 22 ausgebildet sind. Die Flächenebenen 18 und 22 können alternativ oder zusätzlich so verstanden werden, dass sie senkrecht zur jeweiligen Hauptblickrichtung optischer Kanäle stehen. Während eine herkömmliche Linse beispielsweise eine Fokussierung oder Defokussierung von Licht während eines Durchlaufens eines Lichtstrahls bewirken kann, kann das Linsenmodul 10 ferner eine signifikante Umlenkung der Richtung bewirken. Diese kann zumindest 20°, zumindest 30° oder zumindest 45° betragen, bevorzugt erfolgt eine Umlenkung zumindest einer Hauptstrahlrichtung 24 und/oder 26 einer optischen Anordnung des Linsenmoduls um in etwa 90° innerhalb eines Toleranzbereichs von ±30°, ±20° oder ±10° oder weniger.
Die Flächenteilabschnitte 16a und 16b der Fläche 16 können die Flächen 12 und 14 miteinander optisch koppeln. So können die Flächenteilabschnitte 16a und 16b eine Umlenkfläche bereitstellen, um eintreffendes Licht, welches von der Seite 12 oder der Seite 14 eintrifft, umzulenken. Hierzu eignen sich insbesondere Reflexionsflächen, etwa um eine Totalreflexion zu bewirken. Verglichen mit einer herkömmlichen Linse kann also zusätzlich noch eine Richtungsumlenkung vermittels einer Umlenkfläche bewirkt werden. Wird andersherum als Vergleichsobjekt ein Prisma oder ein Strahlteiler herangezogen, kann vermittels der Seiten 12 und/oder 14 noch eine zusätzliche Strahlformung erhalten werden. Gleichzeitig können aufgrund der vorgesehenen Zuordnung der jeweiligen Flächen 12a, 14a und 16a zueinander, ebenso wie die Zuordnung der Flächenteilabschnitte 12b, 14b und 16b zueinander zu einer jeweiligen optischen Anordnung unabhängige optische Kanäle 28 und 32 implementiert werden, die sowohl in ihrer Richtung, entlang der Licht durch das Linsenmodul 10 geschickt wird als auch im Hinblick auf die implementierte Strahlformung unabhängig voneinander sein können.
Insbesondere bei einer Kombination unterschiedlicher Richtungen optischer Kanäle 28 und 32 bzgl. Sendesignale und Empfangssignale eines Transceivers, der ein solches Linsen- modul aufweist kann dabei abweichend von einer reinen Sendeoptik und einer reinen Empfangsoptik eine kombinierte Sende-Empfangsoptik bzw. T ransceiveroptik durch das Linsenmodul 10 implementiert werden.
Entsprechende optische Kanäle 28 und 32 sind beispielhaft über die Hauptstrahlrichtungen 24 bzw. 26, welche vermittels der Flächenteilabschnitte 16a und 16b mit einem Umlenkwinkel 34 für den optischen Kanal 28 bzw. mit einem Winkel 36 für den optischen Kanal 32 umgelenkt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann ein Lichteintritt an einem Flächenabschnitt 12a oder 12b der Fläche 12 vermittels einer Totalreflexion an dem zugeordneten Flächenteilabschnitt 16a bzw. 16b der Fläche 16 ein Lichtaustritt an dem jeweils zugeordneten Flächenteilabschnitt 14a bzw. 14b bereitgestellt werden oder andersherum. Dies kann als ein Durchwandern von Licht von der Seite 12 zur Seite 14 oder ein Durchwandern von Licht von der Seite 14 zur Seite 12 verstanden werden. Wie soeben erwähnt, können unterschiedliche optische Kanäle 28 und 32 bezüglich strahlformender Eigenschaften und bevorzugter Lichtdurchflussrichtungen unabhängig voneinander ausgebildet sein.
Fig. 2 zeigt eine schematische Seitenschnittansicht eines Linsenmoduls 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Linsenmodul 20 kann beispielsweise Teil eines optisch-kabellosen Transceivers 25 sein, von dem zumindest Teile ebenfalls dargestellt sind. So können beispielsweise ein optischer Empfänger 38, etwa ein Photodetektor, PD, und ein optischer Sender 42 (Light Source, LS) an einem gemeinsamen oder individuellen Substrat 44 angeordnet sein, etwa umfassend eine Leiterplatte, Printed Circuit Board, PCB.
Der optische Empfänger 38 kann optional ebenso wie der optische Sender 42 einen aktiven Bereich 39 des optischen Empfängers aufweisen. Bezüglich des aktiven Bereichs kann optional eine strahlformende Optik angeordnet sein, um zum Beispiel den Emitterstrahl vorab zu konvergieren und so den Entwurf der T ransceiver Optik zu erleichtern. Ebenso kann eine zusätzliche Optik auf dem PD sinnvoll sein um den Lichtleitwert (Etendue) des gesamten optischen Empfängerkanals zu maximieren. Ein Empfangswinkel eines möglichen Photodetektors kann nahe 90° liegen. Eine Sinnvolle Realisierung eines solchen Ansatzes kann im Rahmen eines Halbleiterprozesses erfolgen, etwa um eine Silizium (Si)-Linse auf einer Laserdiode und/oder Photodiode aufzubringen. Die Anordnung von optischem Empfänger 38 und/oder optischem Empfänger 42 an dem Substrat 44, welches einen Normalenvektor oder eine Normalenichtung 46 aufweisen kann, kann zu Vorzugsrichtungen von optischem Empfänger 38 und/oder optischem Sender 42 parallel zur Normalenrichtung 46 führen. Eine Orientierung der Fläche 16 bzw. der Flächenteillabschnitte 16a und 16b kann einen Winkel a beeinflussen oder bestimmen, mit dem die optischen Kanäle umgelenkt werden. So kann beispielsweise aufgrund einer Zuordnung der Flächenteilabschnitte 12a, 14a und 16a zu einer optischen Anordnung ein erster optischer Kanal gebildet werden, der von einem zweiten optischen Kanal jenseits der Seite 14 umschlossen ist. Hierzu kann beispielsweise der Flächenteilabschnitt 14b den Flächenteilabschnitt 14a der Fläche 14 umschließend angeordnet sein. Alternativ aber bevorzugt kombinatorisch ist der Flächenteilabschnitt 16b der Fläche 16 als den Flächenteilabschnitt 16a der Fläche 16 umschließend angeordnet. Unabhängig hiervon aber bevorzugt in Kombination sind die Flächenteilabschnitte 12a und 12b lateral benachbart zueinander angeordnet, was eine lateral benachbarte Anordnung von optischem Empfänger 38 und optischem Sender 42 ermöglicht.
Ein erstes optisches Signal 48, beispielsweise ein auf den optischen Empfänger 38 gerichteter Empfangsstrahl, kann insofern unabhängig aber auch gleichzeitig zu einem zweiten optischen Signal 52, beispielsweise ein Sendestrahl mit dem Linsenmodul 20 gelenkt werden. Das beispielhafte Sendesignal 52 kann durch das Linsenmodul 20 zu einem geformten Sendesignal 53 geformt werden; ein beispielhaft empfangenes Signal 48 kann durch das Linsenmodul 20 zu einem geformten Signal 49 geformt werden.
Die dargestellte Konfiguration ermöglicht es, gegenüber einer möglichen Rotationsachse 54 ein symmetrisches Sendefeld und Empfangsfeld aufzubauen, während das Sichtfeld des optischen Empfängers 38 ebenso wie das beleuchtete Feld des optischen Senders 42 verkippt oder gar senkrecht zu dem Normalenvektor 46 im Raum angeordnet ist. Die Achse 54 kann unabhängig von der mechanischen Rotation auch als Hauptempfangsrichtung zum Empfang eines optischen Signals und/oder als Hauptsenderichtung oder Hauptabstrahlrichtung eines ausgesendeten optisch-kabellosen Signals verstanden werden. Die Hauptempfangsrichtung und die Hauptsenderichtung können bevorzugt parallel zueinander verlaufen und/oder deckungsgleich sein
In dem optisch-kabellosen Transceiver 25 kann gemäß einem Ausführungsbeispiel, insbesondere bei einer optionalen Anordnung des optischen Empfängers 38 und des optischen Senders 42 an einem gemeinsamen Substrat 44, eine Haltestruktur 56 angeordnet sein, etwa einen Rahmen, eine Halterung oder Befestigung oder einen Abstandshalter, wobei die Befestigungsstruktur 56 an dem Substrat 44 angeordnet sein kann und ausgebildet sein kann, um das Linsenmodul, etwa das Linsenmodul 10 oder 20, bezüglich dem optischen Empfänger 38 und dem optischen Sender 42 zu halten, das bedeutet, örtlich zu fixieren.
Hierin beschriebene Ausführungsbeispiele können besonders vorteilhaft implementiert werden, wenn zumindest eine aber auch mehrere oder gar alle der Flächen 12, 14 und/oder 16 diskontinuierlich gebildet sind. So kann z. B. die Fläche 12 in einem Übergangsbereich zwischen dem Flächenteilabschnitt 12a und dem Flächenteilabschnitt 12b oder innerhalb des Flächenteilabschnitts 12a und/oder 12b eine diskontinuierliche Oberflächenform aufweisen. Dies ist beispielhaft im Flächenteilabschnitt 12a dargestellt, der dem optischen Empfänger 38 gegenüberliegend angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich kann auch in dem Übergangsbereich zwischen dem dem optischen Sender 42 angeordneten Flächenteilabschnitt 12b und dem Teilabschnitt 12a eine Diskontinuität vorliegen.
Alternativ oder zusätzlich ist beispielhaft eine Diskontinuität 58 zwischen oder im Übergangsbereich der Flächenteilbereiche 14a und 14b angeordnet. Exemplarisch ist auch die Fläche 16 mit einer Diskontinuität 62 dargestellt, welche beispielsweise aufgrund unterschiedlicher Neigungen gegenüber dem Substrat 44 und/oder dem Normalenvektor 46 dazu genutzt werden kann, unterschiedliche Umlenkwinkel innerhalb des Linsenmoduls 20 zu implementieren.
In der dargestellten Ausführungsform weist somit die Fläche 14 in einem Übergang zwischen den Flächenteilabschnitten 14a und 14b die diskontinuierliche Oberflächenform auf. Alternativ oder zusätzlich kann auch innerhalb eines Flächenteilabschnitts 14a und/oder 14b eine Diskontinuität angeordnet sein. Selbiges gilt für die Fläche 16, bei der sowohl zwischen den Flächenteilabschnitten 16a und 16b als auch alternativ oder zusätzlich innerhalb des Flächenteilabschnitts 16a und/oder des Flächenteilabschnitts 16b eine diskontinuierliche Oberflächenform gebildet sein kann.
Wie es in der schematischen Seitenschnittansicht der Fig. 2 angedeutet ist, sind analog zum Linsenmodul 10 manche der Flächenteilabschnitte als einander umschließend angeordnet und in anderen Flächen Flächenteilabschnitte lateral nebeneinander angeordnet. Je nach Implementierung ist die jeweilige Ausgestaltung frei wählbar, bevorzugt ist es aber insbesondere im Hinblick auf eine Rotation um die Rotationsachse 54, wenn der Flächenteilabschnitt 14b den Flächenteilabschnitt 14a in der Fläche 14 umschließend angeordnet ist und/oder wenn der Flächenteilabschnitt 16b als den Flächenteilabschnitt 16a der Fläche 16 umschließend angeordnet ist. Dies ist besonders vorteilhaft kombinierbar, wenn die Flächenteilabschnitte 12a und 12b lateral benachbart zueinander angeordnet sind.
Besonders bevorzugt ist es, insbesondere im Hinblick um eine Rotation um die Rotationsachse 54, wenn der Flächenteilabschnitt 14a der Fläche 14 rotationssymmetrisch um die Rotationsachse 54 und der Flächenteilabschnitt 14b der Fläche 14 ebenfalls rotationssymmetrisch um die Rotationsachse 54 gebildet ist. Dies kann in Kombination mit der umschließenden Anordnung beispielsweise eine konzentrische Anordnung der Flächenteilabschnitte 14a und 14b bedeuten.
Die Fig. 2 zeigt ebenfalls unter Bezugnahme auf den Winkel a zwischen dem Normalenvektor 46 und der Rotationsachse 54, dass eine bevorzugte Ausgestaltung eines hierin beschriebenen Linsenmoduls darin liegt, dass die Flächen 12 und 14 sowie die Fläche 16 derart gegeneinander mit einem Winkel geneigt sind, um eine Umlenkung einer Hauptstrahlrichtung der optischen Anordnung der Flächenteilabschnitte 12a, 14a und 16a einerseits und/oder der optischen Anordnung umfassend die Flächenteilabschnitte 12b, 14b und 16b andererseits um 90° innerhalb eines Toleranzbereichs von ±30°, ±20° oder ±10°, bevorzugt weniger, zu bewirken.
Die jeweiligen optischen Anordnungen umfassend die Flächenteilabschnitte 12a, 14a und 16a einerseits als auch 12b, 14b und 16b andererseits können jeweils für eine anordnungsindividuelle Strahlformung eintreffender oder austretender optisch-kabelloser Signale genutzt werden und einen jeweiligen optischen Kanal bilden. Eine derartige unabhängige Strahlformung kann beispielsweise dazu genutzt werden, einen austretenden Strahlengang möglichst zu kollimieren, während ein eintreffender Strahl auf einen optischen Empfänger fokussiert wird. Werden beispielhaft mehrere optische Empfänger genutzt, können unterschiedliche Flächenteilabschnitte auf die örtlichen Unterschiede des Linsenmoduls angepasst werden und für eine selbe Funktion, etwa eine Fokussierung, eingestellt werden. Werden beispielhaft mehrere optische Sender verwendet, kann ein jeweiliger Teilabschnitt bzw. optischer Kanal so eingerichtet werden, dass das Linsenmodul mehrere möglichst disjunkte kollimierte Ausgangssignale sendet.
Dabei ist es bevorzugt, wenn die unterschiedlichen optischen Kanäle im Wesentlichen frei von Kanalübersprechen sind, beispielsweise indem maximal 1 %, maximal 0,1%, maximal 0,01 % der optischen Leistung des jeweiligen Kanals oder weniger in den jeweiligen anderen optischen Kanal übersprechen. Als Übersprechen wird dabei ein Auftreffen eines Teils eines ersten Sendesignal 52 auf dem jeweils anderen Photodetektor zusätzlich zu einem zweiten Empfangsstrahl 49 verstanden, was den Aktzeptanzwinkel der für den Empfang genutzten Flächenteilabschnitte und internes Übersprechen aufgrund von Fresnel Reflexionen mitberücksichtigt. Zwar kann der Übertritt von Licht für sich genommen problemlos sein, allerdings kann es zu Qualitätsverlusten am Ort des jeweiligen optischen Empfängers kommen, weswegen bevorzugt ein Kanalübersprechen vermieden wird.
Das Linsenmodul 10 und/oder das Linsenmodul 20 liefert hierfür eine gute Ausgangslage, indem die optischen Kanäle an den Flächen 12, 14 und 16 vermittels der jeweiligen unterschiedlichen Flächenteilabschnitte 12a, 12b; 14a, 14b und 16a, 16b örtlich disjunkt voneinander angeordnet sind.
Wenngleich die Linsenmodule 10 und 20 so beschrieben sind, dass die jeweiligen Flächen 12, 14 und 16 genau zwei Flächenteilabschnitte aufweisen, liefern weitere Ausführungsbeispiele Linsenmodule, bei denen jede der Flächen 12, 14 und 16 mehr als zwei Flächenteilabschnitte aufweist, also zumindest einen dritten und ggf. einen vierten oder mehr Flächenteilabschnitte. Hierdurch kann eine noch höhere Anzahl optischer Kanäle durch dasselbe Linsenmodul geformt und umgelenkt werden.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass es möglich aber nicht notwendig ist, dass alle optischen Kanäle mit einer identischen Anzahl von bspw. einem Flächenteilabschnitt an jeder der Flächen 12, 14 und 16 gebildet ist. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen ist es möglich, dass optische Kanäle unabhängig voneinander eine in zumindest einer der Flächen 12, 14 und/oder 16 eine von andere Flächen und/oder anderen optischen Kanälen abweichende Anzahl von Flächenteilabschnitten aufweisen. Beispiele werden in den Fig. 5a-c, Fig. 6a-c und Fig. 7 erörtert. Zurückkommend zur Fig. 1 und zur Fig. 2 sind die Linsenmodule 10 und 20 dabei so beschrieben, dass die Anzahl der jeweiligen Flächenteilabschnitte, die örtlich zusammenhängend sind, identisch ist. Andere Ausführungsbeispiele beziehen sich darauf, dass insbesondere der Flächenteilabschnitt 14b der Fläche 14 mehrere örtlich disjunkte Teilbereiche umfassen kann, worauf später noch im Detail eingegangen wird.
Das Linsenmodul 10 und/oder 20 kann ebenso wie andere hierin beschriebene Linsenmodule monolithisch oder einstückig gebildet sein, das bedeutet, es kann auf die Implemen- tierung von Fügestellen oder dergleichen verzichtet werden. Beispielsweise sind hierin beschriebene Linsenmodule aus einem transparenten Material geschliffen, gefräst oder gegossen. Ein bevorzugtes Material für die Bildung hierin beschriebener Linsenmodule ist ein Kunststoffmaterial. Dabei werden Kunststoff material ien bevorzugt, die als Hochtemperaturkunststoff bezeichnet werden können und beispielsweise einen Reflow-Prozess unterstützen. Das bedeutet, ein Gesamtaufbau, Teil dessen das Linsenmodul sein kann, kann auf eine Temperatur erwärmt werden, bei welcher ein Lotmaterial, etwa umfassend Zinn oder dergleichen, verflüssigt wird, um nach einem Abkühlen stabile Lötstellen zu bilden. Das Ermöglichen des Reflow- Prozesses bedeutet dabei, dass das Linsenmodul während dieses Prozesses keine oder eine vernachlässigbare Beeinträchtigung der optischen Qualität erfährt, wie es beispielsweise durch ein Aufschmelzen von Oberflächen und/oder durch eine Verformung geschehen würde. Geeignet für einen Reflow-Prozess und für hierin beschriebene Linsenmodule ist beispielsweise das Sabic EXTEM™ Material.
In anderen Worten sehen Ausführungsbeispiele vor, eine Sendeoptik umfassend die Flächenteilbereiche 12a, 14a und 16a sowie eine Empfangsoptik umfassend die Flächenteilbereiche 12b, 14b und 16b so ineinander zu integrieren, dass eine einzige, komplexe Transceiveroptik entsteht, das Linsenmodul 10 und/oder 20 oder andere hierin beschriebene Linsenmodule. Beispielsweise zeigt Fig. 2 eine Schnittdarstellung durch einen solchen T ransceiver bzw. einen Ausschnitt hiervon. Die T ransceiveroptik 20 ist dabei über eine Haltestruktur 56 mit einem Substrat 44 verbunden. Auf diesem Substrat sind die elektrischen Komponenten angeordnet. Diese umfassen ein Sendeelement 42 und ein Empfangselement 38.
In weiter anderen Worten kann die komplexe Transceiveroptik 20 sowohl die Sendeoptik 12a, 14a, 16a und eine Empfangsoptik 12b, 14b, 16b integrieren, wobei jede ihre eigenen optisch aktiven Flächen umfassen kann. Die Strahlformung und Strahlführung besteht aus oder zumindest umfasst je zwei optisch brechende Grenzflächen 12a, 12b einerseits als auch 14a, 14b andererseits und eine dazwischen angeordnete reflektierende Oberfläche 16a, 16b. Die beiden ersten optisch brechenden Grenzflächen 12a, 12b bilden zumindest Teile der Eingangsfläche 12 der Komplexoptik. Die beiden reflektierenden Oberflächen 16a, 16b bilden die Umlenkfläche 16 der Komplexoptik zumindest teilweise. Die beiden zweiten optisch brechenden Grenzflächen 14a, 14b bilden die Ausgangsfläche 14 der Komplexoptik zumindest teilweise. Die optischen Oberflächen 12a, 12b, 14a, 14b sind dabei so angeordnet, dass sie einen Sendestrahl 52/53 symmetrisch zu der Rotationsachse 54 aussenden (12a, 14a) bzw. einen Empfangsstrahl 48/49 empfangen (12b, 14b) können. Dabei wird ein Ausgangsstrahl 52 eines ersten Transceivers zum Empfangsstrahl eines anderen, zweiten Transceivers. Selbiges gilt in umgekehrter Richtung für einen bidirektionalen, rotationsfähigen Transceiverlink, was im Zusammenhang mit der Fig. 3 näher beschrieben ist. Durch die kompakte Transceiveroptik kann die Rotationsfähigkeit für eine 360°-Rotation auch bei sehr kurzen Abständen ermöglicht werden.
Die Rotationsachse 54 ist dabei um einen Winkel a um den Normalenvektor 46 des Transceiversubstrats 44 verkippt. Dieser Winkel ist bevorzugt im Bereich von 0° « a « 180°. Für eine derartige Betrachtung wird davon ausgegangen, dass das Transceiversubstrat 44 im Wesentlichen plan ist. Ist dies nicht der Fall, so bezieht sich der Umlenkwinkel auf die jeweiligen Hauptsende-/Hauptempfangsachsen. Eine Abweichung davon ist ebenfalls möglich aber aus Fertigungs- und Entwurfssicht nicht vorteilhaft. In der Darstellung der Fig. 2 ist beispielhaft ein Winkel von 90° gezeigt. Diese vorliegende Ausführung der Erfindung ermöglicht eine Kommunikation tangential zur Substratoberfläche bzw. der Leiterplatte, auf der der Transceiver platziert wurde, ohne dass der Transceiver selbst schräg auf der Leiterplatte platziert werden muss. Eine derartige Struktur kann ohne zusätzliche Spiegel auskommen. Je nach Wahl des Winkels a ist aber auch eine andere Richtung implementierbar.
Die Fig. 1 und Fig. 2 zeigen dabei exemplarische Darstellungen eines Linsenmoduls bzw. im Fall der Fig. 2 eines solchen Transceivers. Ein solcher Transceiver kann aus mehreren zueinander unabhängigen Sendeoptiken 12a, 14a, 16a und/oder Empfangsoptiken 12b, 14b, 16b bestehen. Diese können dann in der komplexen Transceiveroptik benachbart zueinander angeordnet werden und weisen jeweils die beiden optisch brechenden Grenzflächen als Teilflächen der Flächen 12, 14 sowie eine dazwischen angeordnete reflektierende Grenzfläche als Flächenteilbereich der Fläche 16 auf.
Diesen n multiple Sendeoptiken oder Empfangsoptiken 12, 14 sind gemäß einem Ausführungsbeispiel jeweils m Sendeelemente oder Empfangselemente 38, 42 zugeordnet. Dabei gilt bevorzugt 1 < m < n, wobei n > 1. Jedem Sendeelement ist also mindestens eine Sendeoptik 12a, 14a, 16a bestehend aus zwei optisch brechenden Grenzflächen 12a, 14a und der im Strahlengang dazwischen angeordneten reflektierenden Grenzfläche 16a zugeordnet. Genauso ist jedem Empfangselement 38 mindestens eine Empfangsoptik 12b, 14b, 16b umfassend zwei optisch brechende Grenzflächen 12b, 14b und der im Strahlengang dazwischen angeordneten reflektierenden Grenzfläche 16b zugeordnet. Dabei kann die Anzahl zugeordneter Optiken zwischen Sendeelement und Empfangselement auch hiervon abweichend sein. Beispielsweise kann es sinnvoll sein, die Sendeoptik in mehrere Teile zu unterteilen, um die gesamte Ausgangsleistung in mehrere Teile zu unterteilen und so die Augensicherheit eines optischen Transceivers zu verbessern, in dem die Ausgangsflächen an verteilten Punkten der Ausgangsfläche angeordnet sind. Dabei ist bevorzugt auf eine symmetrische Verteilung um die Rotationsachse 54 zu achten, um die Rotationsfähigkeit des Transceivers zu erhalten, etwa indem stets ein Sendestrahl auf einen optischen Empfänger trifft.
Das vorangehen erläuterte Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine vorteilhafte Auslegung. Es ist abweichend hiervon aber ohne weiteres möglich, zwei oder mehr Sendeelementen nur eine Sendeoptik zuzuweisen und/oder zwei oder mehreren Empfangselementen lediglich einer Empfangsoptik zuweisen. Zwar wird mit einer derartigen Auslegung die elektrische Komplexität erhöht, was bei einer Optimierung der Systemauslegung hin zu einfachen System möglicherweise dem Optimierungsziel zuwider läuft; es ermöglicht aber die Verwendung bzw. das Erreichen höherer Sendeleistungen, was bspw. zum Erreichen hoher Übertragungsstrecken vorteilhaft ist, wofür die Komplexitätssteigerung in Kauf genommen werden kann.
In Fig. 2 ist das elektrische Empfängerelement 38 dabei benachbart zum elektrischen Sendeelement 42 auf dem Träger 44 angeordnet. Das elektrische Empfängerelement 38 kann z. B. eine PIN-Diode, eine Avalanche-Diode, eine Metall-Halbleiter-Metall-Diode oder ähnliches umfassen. Das elektrische Sendeelement 42 kann z. B. eine Laserdiode LD, eine lichtemittierende Diode (engl.: light-emitting diode, LED) umfassen. Die Wellenlänge kann dabei in einem beliebigen Wellenlängenbereich liegen, bevorzugt in einem ultravioletten Wellenlängenbereich, in einem sichtbaren Wellenlängenbereich und/oder in einem Infrarotwellenlängenbereich.
Wie es in Fig. 2 dargestellt ist, weist ein optisch-kabelloser T ransceiver in Übereinstimmung mit Ausführungsbeispielen ein hierin beschriebenes Linsenmodul sowie einen optischen Empfänger 38 und einen optischen Sender 42 auf. Der optische Empfänger 38 ist auf den Teilflächenbereich 12b der ersten Fläche 12 ausgerichtet und zum Empfang eines an dem Teilflächenbereich 14b der Fläche 14 eintreffenden ersten optisch-kabellosen Signals 48 von dem Teilflächenbereich 14b der Fläche 14 eingerichtet. Der optische Sender 42 ist auf den Teilflächenbereich 12a der Fläche 12 ausgerichtet und zum Senden des zweiten op- tisch-kabellosen Signals 52 an den ersten Teilflächenbereich 12a der Fläche 12 eingerichtet. Das Linsenmodul ist zum Lenken und Formen des optisch-kabellosen Signals 52 auf den Teilflächenbereich 14a der Fläche 14 eingerichtet.
In anderen Worten zeigt Fig. 2 einen prinzipiellen Aufbau des Transceivers mit Strahlführung des Ausgangsstrahls 52 hin zum Sendestrahl 53 als auch die Strahlführung eines einfallenden Sendestrahls 48 hin zum Empfangsstrahl 49 auf den Detektor 38.
Fig. 3 zeigt eine schematische Seitenschnittansicht eines optisch-kabellosen Systems mit zwei optisch-kabellosen Transceivern 25i und 252, die zur wechselseitigen Kommunikation eingerichtet und ausgerichtet sind. Jeder der optisch-kabellosen Transceiver 25i und 252 kann dabei als Transceiver gemäß der Fig. 2 gebildet sein, wobei auch andere optischkabellose Transceiver mit hierin beschriebenen Linsenmodulen einsetzbar sind.
Beispielhaft dargestellt ist der Empfang des von dem optisch-kabellosen Transceiver 25i ausgesendeten optischen Signals 52 bzw. 53 an dem optisch-kabellosen Transceiver 252. Solange ein Lichtkegel 64 des geformten Signals 53 zumindest Teile des Flächenteilabschnitts 14b2 des Transceivers 252 trifft, kann ein entsprechender Lichtanteil auf einen optischen Empfänger 382 des optisch-kabellosen Transceivers 252 gelenkt werden. Hier kommt die bevorzugte Ausgestaltung des Linsenmoduls zum Tragen, demgemäß Flächenteilabschnitte, welche dem Empfang eines optisch-kabellosen Signals zugeordnet sind, einen zum Senden genutzten Flächenteilabschnitt der Fläche 14 umschließend angeordnet sind. Die zunehmende Divergenz des Strahlenbündels kann so empfängerseitig gut genutzt werden.
Im optisch-kabellosen System 30 sind beispielhaft beide optisch-kabellosen Transceiver 25i und 252 rotatorisch um Rotationsachsen 54i bzw. 542 gelagert. Beispielhaft ist der op- tisch-kabellose Transceiver 25i ausgebildet, um eine Rotation 681 um die Rotationachse 54i auszuführen, welche einer Sendehauptrichtung entsprechen kann, entlang der das op- tisch-kabellose Signal 53 durch die Seite 14 des Linsenmoduls 20i gesendet wird. Alternativ oder zusätzlich kann der optisch-kabellose Transceiver 252 ausgebildet sein, um eine Rotation 682 bezüglich des optisch-kabellosen Transceivers 25i um eine Sendehauptrichtung, die der Rotationsachse 542 entsprechen kann und entlang der das Sendesignal des optischkabellosen Transceivers 252 ausgesendet werden kann, auszuführen. Es sei darauf hingewiesen, dass die Rotationsachse zu einer Hauptsenderichtung und/oder Hauptempfangsrichtung auch verkippt sein kann, d. h., die Rotationen können auf einer parallelen oder deckungsgleichen Achse erfolgen, aber die Senderichtungen und/oder Empfangsrichtungen können voneinander abweichen.
Die Rotationsachse 54i, um welche der optisch-kabellose Transceiver 25i rotierbar sein kann, ist beispielhaft parallel zu einer z-Richtung im Raum angeordnet. Eine Verkippung und/oder Verschiebung 66 der Rotationsachse 542 des optisch-kabellosen Transceivers 252 entlang und/oder um eine x-Achse und/oder y-Achse kann toleriert werden, solange das jeweilige zu empfangende Signal noch innerhalb des Empfangswinkels der jeweiligen Empfängerlinse auf das Linsenmodul trifft.
Obwohl die optisch-kabellosen Sender/Empfänger-Paare 42i und 382 bzw. 422 und 38i nicht aufeinander gerichtet sein müssen, können die entsprechenden optisch-kabellosen Signale durch die Richtungsumlenkung vermittels der Linsenmodule 20i und 202 entsprechend umgelenkt werden, wobei es bevorzugt ist, dass die Seiten 14i und 142 einander zugewandt angeordnet sind, was eine Verkippung und/oder Verschiebung 66 nicht ausschließt.
Das optisch-kabellose System 30 kann für eine Voll-Duplex-Kommunikation zwischen den optisch-kabellosen Transceivern 25i und 252 eingerichtet sein. Aufgrund der räumlichen Separation von jeweiligem Sendesignal und Empfangssignal kann ein störungsfreier Kommunikationsbetrieb aufrechterhalten werden selbst, wenn beide optisch-kabellosen Transceiver 25i und 252 gleichzeitig senden. Hierbei kommt zum Tragen, dass die Linsenmodule 20i und 2O2 für eine optische Separation gegenläufiger optisch-kabelloser Signale eingerichtet sein können.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Rotation 681 und 682 jeweils als vorteilhaft betrachtet wird, dass aber ohne weiteres auch lediglich eine der beiden Komponenten rotatorisch bezüglich der anderen ggf. ortsfest angeordneten Komponente angeordnet sein kann. Es sei ferner darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäßen Vorteile der Richtungsumlenkung und optischen Separation auch nutzbar sind, wenn beide Transceiver 25i und 252 ortsfest sind oder zumindest nicht rotieren.
In anderen Worten zeigt die Fig. 3 exemplarisch einen kompletten Datenlink. Ein erster Transceiver 25i sendet den auf die Drehachse 54i des ersten Transceivers 25i verschobenen Strahl in Richtung eines zweiten Transceivers 252 aus. Der Sendestrahl wird vom zwei- ten Transceiver 252 mittels der Empfangsoptik 14 2, 16 2, 12 2 auf das elektrische Empfängerelement 382 fokussiert. Die beiden Transceiver können dabei in einem gewissen Rahmen gegeneinander verkippt und/oder gegeneinander verschoben werden, wie es durch die Verschiebung/Verkippung 66 gezeigt ist. Hierdurch wird erhalten, dass der Transceiver 252 eine zweite Rotationsachse 542 aufweist. Der Bereich der zweiten Sendefläche 12a2, 16a2, 14a2 wird dabei nicht für die Fokussierung benutzt werden. Während der Datenübertragung können einer oder beide Transceiver 25i und/oder 252 permanent gegeneinander rotiert werden.
In weiter anderen Worten zeigt Fig. 3 einen komplexen Datenlink bestehend aus zwei Transceivern. Dabei ist hier eine Übertragungsrichtung exemplarisch gezeigt. Eine beispielhafte Verkippung als auch Translation ist kombinatorisch mit dem Bezugszeichen 66 dargestellt.
Die Fig. 4a-c zeigen schematische Ansichten des optisch-kabellosen Transceivers 25 aus Fig. 2. Die Fig. 4d zeigt zur besseren Übersichtlichkeit eine Gegenüberstellung unterschiedlicher Betrachtungsrichtungen oder Betrachtungspositionen 72i, 722 und 723 auf den Transceiver 25, wobei die Betrachtungsrichtung 72i in der Fig. 4a, die Betrachtungsrichtung 722 in der Fig. 4b und die Betrachtungsrichtung 72a in der Fig. 4c dargestellt ist. In den Fig. 4b und Fig. 4c ist die umschließende Anordnung des Flächenteilbereichs 16b um den Flächenteilbereich 16a und des Flächenteilbereichs 14b um den Flächenteilbereich 14a dargestellt, während in der Fig. 4a die lateral benachbarte Anordnung der Flächenteilbereiche 12a und 12b gut erkennbar ist.
In anderen Worten zeigt die Fig. 4a eine Unteransicht, wobei das Substrat 44 beispielhaft nur am Rand angedeutet ist. Erkennbar ist das Sendeelement 42 und das Empfangselement 38 mit der darüber angeordneten Komplexoptik 20 und der Haltestruktur 56. Jeweils hervorgehoben sind die erste optisch brechende Grenzfläche 12a der Sendeoptik und die erste optisch brechende Grenzfläche 12b der Empfangsoptik.
Die Fig. 4b zeigt eine Oberansicht, bei der die Komplexoptik 20, die Haltestruktur 56 und das Substrat 44 gezeigt ist. Jeweils hervorgehoben ist die reflektierend ausgestaltete optische Grenzfläche der Sendeoptik 16a und die reflektierende optische Grenzfläche der Empfangsoptik 16b. Die Fig. 4c zeigt eine Frontansicht, bei der die Komplexoptik 20, die Haltestruktur 56 und das Substrat 44 gezeigt ist. Jeweils hervorgehoben ist die zweite optisch brechende Grenzfläche 14a der Sendeoptik und die zweite optisch brechende Grenzfläche 14b der Empfangsoptik.
In anderen Worten zeigen die Fig. 4a-d exemplarisch Draufsichten auf die jeweiligen optischen Grenzflächen des in der Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiels, um die Ausformung derer zu verdeutlichen. Die Fig. 4a-c zweigen dabei Draufsichten auf die optischen Grenzflächen eines ersten Ausführungsbeispiels mit einer Sendeoptik und einer Empfangsoptik.
Die Fig. 5a-c zeigen zu den Fig. 4a-c vergleichbare Ansichten eines optisch-kabellosen Transceivers 25‘, bei welchem dem optischen Empfänger 38 zwei Empfangsoptiken 12b- 1 , 16b- 1 und 14b- 1 einerseits und 12b-2, 16b-2 und 14b-2 andererseits zugeordnet sind. Anders ausgedrückt können die Empfangsoptiken gegenüber dem Linsenmodul 20 zweigeteilt sein. Eine höhere Aufteilung in mehr als zwei Elemente ist ebenfalls vorstellbar. Im dargestellten Fall wird die Sendeoptik beispielhaft als Kreisringelement 16a bzw. 14a zwischen die beiden Empfängerbereiche 16b- 1 und 16b-2 sowie 14b- 1 und 14b-2 platziert. Es ist ohne weiteres denkbar, dass jeder Empfangsoptik ein eigener optischer Empfänger zugeordnet wird. Dies ist über eine entsprechende Umlenkung an der Fläche 16 problemlos einstellbar. Anders ausgedrückt zeigen die Fig. 5a-c beispielhafte Draufsichten auf die jeweiligen optischen Grenzflächen eines weiteren Ausführungsbeispiels mit einer Sendeoptik und zweier Empfangsoptiken.
In anderen Worten zeigen die Fig. 5a-c Draufsichten auf die optischen Grenzflächen eines zweiten Ausführungsbeispiels mit einer Sendeoptik und zweier Empfangsoptiken.
Die Fig. 6a-c zeigen zu den Fig. 4a-c und Fig. 5a-c vergleichbare Darstellungen eines optisch-kabellosen Transceivers 25“, der ein Linsenmodul 20“ aufweist, das gegenüber den Ausführungen zu den Fig. 5a-c eine Aufteilung eines Sendesignals in mehrere Teilsignale ermöglicht. Während das in dem optisch-kabellosen Transceiver 25‘ angeordnete Linsenmodul 20‘ so gebildet sein kann, dass der Flächenteilabschnitt 14b der Fläche 14 und/oder der Flächenteilabschnitt 16b der Fläche 16 in mehrere örtlich disjunkte und beabstandete Teilbereiche 14b-1 , 14b-2 bzw. 16b- 1 und 16b-2 aufgeteilt ist, können im Falle der Fig. 6a- c die Flächenteilabschnitte 14a der Fläche 14 und 16a der Fläche 16 aufgeteilt werden, wobei die Anzahl von vier Teilbereichen 14a-1-14a-4 sowie 16a-1-16a-4 beispielhaft gewählt ist. Auch wenn die Anzahl der Teilbereiche in den jeweiligen Flächenteilbereichen 14a und 16a bevorzugt identisch ist, ist die Anzahl von vier beispielhaft eins, wie im Linsenmodul 10 oder 20, zwei, drei oder mehr als vier.
Der Flächenteilbereich 12a kann dabei zusammenhängend gebildet sein oder ebenfalls in disjunkte Teilbereiche untergliedert sein. Insbesondere in einer Ausgestaltung, bei der der Flächenteilabschnitt 12a der Fläche 12 zusammenhängend gebildet ist, ist es bevorzugt, dass der Flächenteilabschnitt 16a der Fläche 16 ausgebildet ist, um ein optisches Signal zwischen dem zusammenhängenden Flächenteilabschnitt 12a der Fläche 12 und den örtlich disjunkten Teilbereichen 14a-1-14a-4 der Fläche 14 umzusetzen. Das bedeutet beispielweise im Sendefall aufzuteilen, wobei unter Verweis auf die Fig. 5a-c entsprechend im Empfangsfall eine Zusammenführung disjunkter Teilsignale ausgeführt werden kann. Anders ausgedrückt, kann für die Aufteilung eine zusammenhängende aber nicht stetige Fläche genutzt oder gar benötigt werden. Im Falle von vier Teilstrahlen kann es Viertelflächen mit jeweils vier Unstetigkeitsbereichen geben, wie es beispielhaft anhand der Fig. 7 dargestellt ist.
Unter Verweis auf die Fig. 6a-c werden dort exemplarische Draufsichten auf die jeweiligen optischen Grenzflächen eines weiteren Ausführungsbeispiels mit vier Sendeoptiken 12a-1- 12a-4, 14a-1-14a-4 und 16a-1-16a-4 sowie einer Empfangsoptik 12b, 14b, 16b gezeigt. Dabei werden der Sendeeinheit 42 vier Sendeoptiken zugeordnet bzw. wird der Sendestrahl an der Oberfläche 12a in vier Segmente aufgesplittet oder aufgeteilt. Das bedeutet, es können mehrere Sendeelemente genutzt werden und/oder es kann eine Aufteilung eines Sendestrahls erfolgen. Die reflektierenden Oberflächen 16a-1-16a-4 und/oder die brechenden Oberflächen 14a-1-14a-4 können dabei jeweils innerhalb der Empfangsoberflächen 14, 16 angeordnet sein. Die Form der Oberflächen in den in den hier gezeigten Ausführungsbeispielen dargestellten Zeichnungen ist dabei beispielhaft zu verstehen. Der Einsatzbereich kann einen Einfluss auf die tatsächliche Ausgestaltung geben. Es sind prinzipiell alle möglichen geometrischen Flächenformen und/oder Freiformen möglich. Die jeweilige Komplexität bzw. die Bereitschaft einen entsprechenden Aufwand zu treiben, können hierbei eine Grenze bereitstellen.
In anderen Worten zeigen die Fig. 6a-c Draufsichten auf die optische Grenzfläche eines dritten Ausführungsbeispiels mit vier Sendeoptiken und einer Empfangsoptik. Fig. 7 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung einer Funktionsweise einer strahlaufteilenden oder strahlzusammenführenden Fläche bzw. Teilflächenbereich 12a o- der 12b, was zeigt, dass die optische Funktionsweise bezüglich ihrer Richtung reversibel ist. So kann beispielsweise der optische Empfänger 38 ebenso verwendet werden wie der optische Sender 42. Die jeweils zugeordneten Teilflächenbereiche 12b- 1 bis 12b-4 oder 12a-1 bis 12a-4 können mit benachbarten Bereichen vermittels Unstetigkeit 76-1 bis 76-4 verbunden sein, etwa um unterschiedliche Krümmungen aneinanderzufügen.
Die dargestellte Aufteilungsfläche kann dabei in der Fläche 12 und/oder in der Fläche 14 angeordnet sein. Beides ist denkbar. Eine derartige Aufteilung ist alternativ oder zusätzlich auch in der Umlenkfläche, der Fläche 16, implementierbar.
Die Zusammenführung oder Aufteilung vermittels der Fläche 16 kann dann dergestalt erfolgen, dass einer der beiden Flächenteilabschnitte 12a oder 12b bzw. 14a oder 14b einer der beiden Flächen 12 oder 14 zusammenhängend gebildet ist und der zugeordnete Flächenteilbereich der anderen Fläche in mehrere d. h. zumindest zwei örtlich disjunkte Teilbereiche untergliedert ist. Der zugeordnete Flächenteilabschnitt der dritten Fläche 16 ist ausgebildet, um das optische Signal zwischen dem zugeordneten zusammenhängenden Flächenteilabschnitt und den zugeordneten örtlich disjunkten Teilbereichen des anderen Flächenteilabschnitts umzusetzen, d. h. aufzuteilen oder zusammenzuführen.
Auch wenn hierin beschriebene Ausführungsbeispiele den Fall einer Rotation betrachten, ist auch bei Ausnutzung der Umlenkung optisch-kabelloser Signale tangential zur Leiterplattenoberfläche eine Rotationsfähigkeit nicht zwingend notwendig, es kann dennoch von einer kompakten Bauweise durch die Integration von Sendeoptik, Empfangsoptik mit der jeweils integrierten Umlenkfläche profitiert werden. Weiter kann beispielsweise an Fernbedienungen für eine optisch-kabellose Fernbedienung von Geräten gedacht werden. Dabei liegt beispielsweise das PCB flach in der Hand und man möchte senkrecht zur PCB- Normalen abstrahlen. Es ist in vielen Fällen von der Integration der Gesamtelektronik im finalen Produkt abhängig, in welche Richtung Signale abgestrahlt werden sollen oder aus welcher Richtung Signale empfangen werden sollen. In der hierin beschriebenen Idee kann der Abstrahlwinkel, beispielsweise bezeichnet als Winkel a in Fig. 2, variabel aber definiert eingestellt werden. Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart Zusammenwirken können oder Zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein. Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahingehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft. Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.
Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist.
Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ab- läuft. Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahingehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahingehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor Zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.

Claims

Patentansprüche
1. Ein Linsenmodul mit einer ersten Fläche (12) und einer gegenüber der ersten Fläche (12) geneigten zweiten Fläche (14), die über eine gegenüber der ersten Fläche und der zweiten Fläche (14) geneigten dritten Fläche (16) optisch mit einander gekoppelt sind; wobei jede der ersten Fläche (12), der zweiten Fläche (14) und der dritten Fläche (16) einen ersten Flächenteilabschnitt (12a, 14a, 16a) und einen zweiten Flächenteilabschnitt (12b, 14b, 16b) aufweist; wobei die ersten Flächenteilabschnitte (12a, 14a, 16a) einander zugeordnet sind; und wobei die zweiten Flächenteilabschnitte (12b, 14b, 16b) einander zugeordnet sind und eine jeweilige optische Anordnung bilden.
2. Das Linsenmodul gemäß Anspruch 1 , die ausgebildet ist, um basierend auf einem Lichteintritt an dem ersten Flächenteilabschnitt (12a) der ersten Fläche (12) vermittels einer Totalreflexion an dem ersten Flächenteilabschnitt (16a) der dritten Fläche (16) einen Lichtaustritt aus dem ersten Flächenteilabschnitt (14a) der zweiten Fläche (14) bereitzustellen oder andersherum; und/oder um basierend auf einem Lichteintritt an dem zweiten Flächenteilabschnitt (12b) der ersten Fläche (12) vermittels einer Totalreflexion an dem zweiten Flächenteilabschnitt (16b) der dritten Fläche (16) einen Lichtaustritt aus dem zweiten Flächenteilabschnitt (14b) der zweiten Fläche (14) bereitzustellen oder andersherum.
3. Das Linsenmodul gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die erste Fläche (12) eine kombinatorische Linsenfläche einer ersten und einer zweiten Linse ist; und die zweite Fläche (14) eine kombinatorische Linsenfläche der ersten und zweiten Linse ist; und die dritte Fläche (16) eine kombinatorische Umlenkfläche, etwa eine Reflexionsfläche, der ersten und zweiten Linse ist.
4. Das Linsenmodul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die erste Fläche (12) in einem Übergangsbereich zwischen dem ersten Flächenteilabschnitt (12a) und dem zweiten Flächenteilabschnitt (12b) oder innerhalb des ersten oder zweiten Flächenteilabschnitts (12a-b) eine diskontinuierliche Oberflächenform aufweist; und/oder bei der die zweite Fläche (14) in einem Übergang zwischen dem ersten Flächenteilabschnitt (14a) und dem zweiten Flächenteilabschnitt (14b) oder innerhalb des ersten oder zweiten Flächenteilabschnitts (14a-b) eine diskontinuierliche Oberflächenform aufweist; und/oder bei der die dritte Fläche (16) in einem Übergang zwischen dem ersten Flächenteilabschnitt (16a) und dem zweiten Flächenteilabschnitt (16b) oder innerhalb des ersten oder zweiten Flächenteilabschnitts (16a-b) eine diskontinuierliche Oberflächenform aufweist.
5. Das Linsenmodul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der zweite Flächenteilabschnitt (12b) der ersten Fläche (12) zu dem ersten Flächenteilabschnitt (12a) der ersten Fläche (12) lateral benachbart angeordnet ist.
6. Das Linsenmodul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der zweite Flächenteilabschnitt (14b) der zweiten Fläche (14) den ersten Flächenteilabschnitt (14a) der zweiten Fläche (14b) umschließend angeordnet ist.
7. Das Linsenmodul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der zweite Flächenteilabschnitt (16b) der dritten Fläche (16) den ersten Flächenteilabschnitt (16a) der dritten Fläche (16) umschließend angeordnet ist.
8. Das Linsenmodul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der erste Flächenteilabschnitt (14a) der zweiten Fläche (14) rotationssymmetrisch um eine Rotationsachse (54) und der zweite Flächenteilabschnitt (14b) der zweiten Fläche (14) rotationssymmetrisch um die Rotationsachse (54) gebildet ist.
9. Das Linsenmodul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die erste Fläche (12), die zweite Fläche (14) und die dritte Fläche (16) gegeneinander geneigt sind, um eine Umlenkung einer Hauptstrahlrichtung einer ersten optischen Anordnung des Linsenmoduls zu bewirken.
10. Das Linsenmodul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die ersten Flächenteilabschnitte (12a, 14a, 16a) der erste Fläche (12), der zweiten Fläche (14) und der dritten Fläche (16) eine erste optische Anordnung für eine erste Strahlformung für einen ersten optischen Kanal (28) bilden; und bei dem die zweiten Flächenteilabschnitte (12b, 14b, 16b) der erste Fläche (12), der zweite Fläche (14) und der dritten Fläche (16) eine zweite optische Anordnung für eine zweite Strahlformung für einen zweiten optischen Kanal (32) bilden; wobei die erste Strahlformung unabhängig von der zweiten Strahlformung ist.
11. Das Linsenmodul gemäß Anspruch 10, bei dem der erste optische Kanal (28) und der zweite optische Kanal (32) im Wesentlichen frei von Kanalübersprechen sind.
12. Das Linsenmodul gemäß Anspruch 10 oder 11 , bei dem der erste optische Kanal (28) und der zweite optische Kanal (32) an der ersten Fläche (12), der zweiten Fläche (14) und der dritten Fläche (16) vermittels der ersten Flächenteilabschnitte (12a, 14a, 16a) und der zweiten Flächenteilabschnitte (12b, 14b, 16b) örtlich disjunkt voneinander sind.
13. Das Linsenmodul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der zweite Flächenteilabschnitt (12b) der ersten Fläche (12) zusammenhängend gebildet ist; und der zweite Flächenteilabschnitt (14b) der zweiten Fläche (14b) mehrere örtlich disjunkte Teilbereiche (14b-1 , 14b-2) umfasst; wobei der zweite Flächenteilabschnitt (16b) der dritten Fläche (16) ausgebildet ist, um ein optisches Signal zwischen dem zusammenhängenden zweiten Flächenteilabschnitt (12b) der ersten Fläche (12) und den örtlich disjunkten Teilbereichen (14a-1 , 14a-2) des zweiten Flächenteilabschnitts (14a) der zweiten Fläche (14) umzusetzen.
14. Das Linsenmodul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jede der ersten Fläche (12), der zweiten Fläche (14) und der dritten Fläche (16) zumindest einen jeweiligen dritten Flächenteilabschnitt aufweist; und das Linsenmodul eine individuelle Strahlformung zumindest dreier optischer Kanäle bewirkt.
15. Das Linsenmodul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, das monolithisch oder einstückig gebildet ist.
16. Das Linsenmodul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, das umfassend einem Kunststoff material, bevorzugt einem Hochtemperaturkunststoff, der einen Re- flow-Prozess unterstützt, insbesondere einem Sabic EXTEM™ Material gebildet ist.
17. Ein optisch-kabelloser Transceiver (25; 25‘; 25“) mit: einem Linsenmodul (10; 20; 20‘; 20“) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche; einem optischen Empfänger (38), der auf den zweiten (12b) Teilflächenbereich der ersten Fläche (12) ausgerichtet ist; und der zum Empfang eines an dem zweiten Teilflächenbereich (14b) der zweiten Fläche (14) eintreffenden ersten optisch-kabellosen Signals (49) von dem zweiten Teilflächenbereich (12b) der ersten Fläche (12) eingerichtet ist; und einem optischen Sender (42), der auf den ersten Teilflächenbereich (12a) der ersten Fläche (12) ausgerichtet ist; und der zum Senden eines zweiten optisch-kabellosen Signals (52) an den ersten Teilflächenbereich (12a) der ersten Fläche (12) eingerichtet ist; und das Linsenmodul zum Lenken und Formen des zweiten optisch-kabellosen Signals (52) auf den ersten Teilflächenbereich (14a) der zweiten Fläche (14) eingerichtet ist.
18. Der optisch-kabellose Transceiver gemäß Anspruch 17, bei dem der optische Empfänger (38) und der optische Sender (42) an einem gemeinsamen Substrat (44) angeordnet sind; und der optisch-kabellose Transceiver eine Haltestruktur (56) aufweist, die an dem Substrat (44) angeordnet ist; und die ausgebildet ist, um das Linsenmodul bezüglich dem optischen Empfänger (38) und dem optischen Sender (42) zu halten.
19. Der optisch kabellose Transceiver gemäß Anspruch 17 oder 18, bei dem eine Hauptempfangsrichtung zum Empfang des ersten optischen Signals (48) und eine Senderichtung, die eine Hauptabstrahlrichtung des ausgesendeten zweiten optisch-kabellosen Signals (53) beschreibt, parallel zueinander verlaufen.
20. Ein optisch-kabelloses System (30) mit: einem ersten optisch-kabellosen Transceiver (25i) gemäß einem der Ansprüche 17 bis 19, der zum Empfangen des ersten optisch-kabellosen Signals (48) und zum Senden des zweiten optisch-kabellosen Signals (53) konfiguriert ist; und einem zweiten optisch-kabellosen Transceiver (252) gemäß einem der Ansprüche 17 bis 19, der zum Empfangen des zweiten optisch-kabellosen Signals (53) und zum Senden des ersten optisch-kabellosen Signals (48) konfiguriert ist.
21. Das optisch-kabellose System gemäß Anspruch 20, bei dem das Linsenmodul des ersten optisch-kabellosen Transceiver ein erstes Linsenmodul ist und das Linsenmodul des zweiten optisch-kabellosen Transceiver ein zweites Linsenmodul ist; wobei die zweite Seite (14i) des ersten Linsenmoduls und die zweite Seite (142) des zweiten Linsenmoduls einander zugewandt sind.
22. Das optisch-kabellose System gemäß Anspruch 21 , bei dem der erste optisch-kabel- lose Transceiver (25i) ausgebildet ist, um eine Rotation (681) bezüglich des zweiten optisch-kabellosen Transceivers (252) um eine Sendehauptrichtung entlang der das zweite optisch-kabellose Signal (53) durch die zweite Seite (14i) des ersten Linsenmoduls gesendet wird, auszuführen und/oder; bei dem der zweite optisch-kabellose Transceiver (252) ausgebildet ist, um eine Rotation (682) bezüglich des ersten optisch-kabellosen Transceivers (25i) um eine Sendehauptrichtung entlang der das erste optisch-kabellose Signal (48) durch die zweite Seite (142) des zweiten Linsenmoduls gesendet wird, auszuführen.
23. Das optisch-kabellose System gemäß einem der Ansprüche 20 bis 22, das für eine Voll-Duplex-Kommunikation zwischen dem ersten optisch-kabellosen Transceiver (25i) und dem zweiten optisch-kabellosen Transceiver (252) eingerichtet ist; wobei die Linsenmodule der optisch-kabellosen Transceiver für eine optische Separation gegenläufiger optisch-kabelloser Signale eingerichtet sind.
EP24701398.0A 2023-01-23 2024-01-19 Linsenmodul, optisch-kabelloser transceiver und optisch-kabelloses system Pending EP4655634A1 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102023200482 2023-01-23
DE102023204393.9A DE102023204393A1 (de) 2023-01-23 2023-05-11 Linsenmodul, optisch-kabelloser Transceiver undoptisch-kabelloses System
PCT/EP2024/051282 WO2024156612A1 (de) 2023-01-23 2024-01-19 Linsenmodul, optisch-kabelloser transceiver und optisch-kabelloses system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4655634A1 true EP4655634A1 (de) 2025-12-03

Family

ID=89663160

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP24701398.0A Pending EP4655634A1 (de) 2023-01-23 2024-01-19 Linsenmodul, optisch-kabelloser transceiver und optisch-kabelloses system

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20250350361A1 (de)
EP (1) EP4655634A1 (de)
WO (1) WO2024156612A1 (de)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101076603B1 (ko) * 2008-07-16 2011-10-26 옵티시스 주식회사 광학적 파장분할다중 방식 광통신모듈
CN111355533B (zh) * 2018-12-20 2022-06-28 福州高意光学有限公司 基于vcsel的自由空间有源光学收发组件
DE202019106231U1 (de) * 2019-11-08 2019-12-20 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Rotationsfähiger optischer Kurzstrecken-Transceiver

Also Published As

Publication number Publication date
WO2024156612A1 (de) 2024-08-02
US20250350361A1 (en) 2025-11-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10105943B4 (de) Faseroptisches Linsensystem zum Koppeln von Fasern mit oberflächenbefestigten Bauelementen
EP0600267B1 (de) Bidirektionaler optischer Sende- und Empfangsmodul
DE102005019562B4 (de) Optisches Sende- und Empfangsmodul
DE69927636T2 (de) Multiport optischer Zirkulator welcher eine Abbildungslinse und ein korrigierendes optisches Element benutzt
EP1425619B1 (de) Sende- und empfangsanordnung für eine bidirektionale optische datenübertragung
EP3535615A1 (de) Verfahren zur herstellung eines optischen systems und optisches system
DE102016221806B4 (de) Wellenlängen-Multiplexeinheit, Wellenlängen-Multiplexsystem und Verfahren zum Bilden einer Wellenlängen-Multiplexeinheit
DE10238741A1 (de) Planare optische Komponente und Kopplungsvorrichtung zur Kopplung von Licht zwischen einer planaren optischen Komponente und einem optischen Bauteil
DE4440976A1 (de) Optische Sende- und Empfangseinrichtung mit einem oberflächenemittierenden Laser
EP0395854A2 (de) Anordnung zur Ankopplung eines Lichtwellenleiters an ein optisches Sende- oder Empfangselement
DE102007041927A1 (de) Vorrichtung zum Übertragen von Daten zwischen zwei zueinander beweglichen Systemen
DE19742895A1 (de) Elektrooptische Anordnung
DE3925128A1 (de) Optoelektrische sende- und empfangsvorrichtung
DE19917596A1 (de) Bidirektionales optisches Kommunikationsbauteil und bidirektionale optische Kommunikationsvorrichtung
DE10201127C2 (de) Anordnung zum Ein- und/oder Auskoppeln optischer Signale mindestens eines optischen Datenkanals in bzw. aus einem Lichtwellenleiter
DE10121529B4 (de) Lichtleiteranordnung zur seriellen, bidirektionalen Signalübertragung und optische Leiterplatine
DE102019202766C5 (de) Optische Sende/Empfangs-Einheit und Vorrichtung zur Signalübertragung
DE60133117T2 (de) Optische serielle verbindung
WO2024156612A1 (de) Linsenmodul, optisch-kabelloser transceiver und optisch-kabelloses system
DE102023204393A1 (de) Linsenmodul, optisch-kabelloser Transceiver undoptisch-kabelloses System
EP0942302A2 (de) Elektrooptisches Modul
EP3776919B1 (de) Optische sende/empfangs-einheit und vorrichtung zur signalübertragung
DE102018209368A1 (de) Optik für Sende- und/oder Empfangs-Element, Kommunikationsmodul, Arrays aus Kommunikationsmodulen, System aus mehreren Kommunikationsmodulen und Verfahren zur Herstellung einer Optik
DE3737251C2 (de) Halbleiter-Trägerelement für ein elektro-optisches Modul
DE202019106231U1 (de) Rotationsfähiger optischer Kurzstrecken-Transceiver

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20250721

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)