WO2015185481A1 - Lichtkanal und verfahren zum herstellen eines lichtkanals - Google Patents

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WO2015185481A1
WO2015185481A1 PCT/EP2015/062083 EP2015062083W WO2015185481A1 WO 2015185481 A1 WO2015185481 A1 WO 2015185481A1 EP 2015062083 W EP2015062083 W EP 2015062083W WO 2015185481 A1 WO2015185481 A1 WO 2015185481A1
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light channel
channel
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Frank Deicke
Tobias Schneider
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4298—Coupling light guides with opto-electronic elements coupling with non-coherent light sources and/or radiation detectors, e.g. lamps, incandescent bulbs, scintillation chambers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a light channel for conducting light. Furthermore, the invention relates to a light channel system and a light element. Furthermore, the invention relates to a method for creating a light channel, a light channel system or a light element.
  • a communication system has at least one transmitter and one receiver and can be constructed in different ways.
  • wireless radio-based communication systems with small to medium range (such as Bluetooth, ZigBee or WLAN)
  • optical communication systems have become increasingly popular in recent years.
  • optical communication systems have the advantage of having no communication controls, no interference from electromagnetic interference, and no interference from other transmissions.
  • the emitted radiation is usually confined to a room since the infrared light commonly used for optical transmission systems has similar characteristics as visible light.
  • optical signals in optical communication systems need not necessarily propagate on a direct line of sight from a respective optical transmitter to an optical receiver.
  • An indirect propagation of the signals is possible if they are reflected on walls or ceilings. Nevertheless, for many applications, the greatest possible spread, ie beam shaping, is desirable.
  • the achievable transmission range is directly proportional to an opening of a transmission or reception angle of the respective optical transmitter or receiver. If, for example, a graded transmission should take place over the greatest possible distance, it would be desirable to be able to influence both the emission characteristic and the reception characteristic of the respective optical transmitters or receivers in such a way that as little light power as possible is emitted in undesired spatial directions or out of undesired ones Spatial directions is received. It is understood that an increase in the range of the transmission can also be achieved by increasing the transmission power. However, this approach is diametrically opposed not only by the desire to save as much energy as possible, but also by the fact that protection regulations (Eye Safety Regulations) must be adhered to.
  • optical performance sensitivity, coverage, dynamic range
  • optical performance sensitivity, coverage, dynamic range
  • electrical properties of the detector electrical bandwidth, input capacitance, charge carrier mobility, responsiveness
  • German patent DE 694 25 447 T2 for example, a plurality of light-emitting diodes (LEDs), which are to function as optical transmitters, are first arranged on a mounting plate and then surrounded by a glass-shaped dome.
  • This dome has scattering properties, whereby bundling or collection of a transmitted light beam can be achieved.
  • a plurality of photodiodes serving as optical receivers. These are arranged inside the same dome.
  • the present invention there is also characterized in that a beam shaping takes place both in the receiving part and the transmitting part in each case by the already mentioned dome.
  • DE 102 30 481 A1 discloses a data transmission device between two devices which are movable radially relative to each other about a rotation axis and in which a light guide is arranged in a circular or annular manner about the axis of rotation so that the light to be transmitted is at each set angle of rotation of the first one second device is transmitted between transmitting and receiving units of the two devices.
  • DE 31 1 1 339 A1 discloses a device for signal transmission in motor vehicles.
  • multiple electrical control signals generated by switches on the steering wheel are transmitted optically and digitally to associated control units for the control of various vehicle functions with high reliability and even with steering wheel rollout interference.
  • Essential elements are an electricity / light converter, an annular light transmitter, a light electricity converter, an analog-to-digital converter and a digital-to-analog converter.
  • US 5,829,858 A1 discloses a projector system with an optical fiber optic assembly.
  • the projector system includes a lamp, a reflector-collector optic, a relay optics to image the light from the fiber optic output to an image gate, a light guide, and an image forming device.
  • US 4,496,211 1 A1 discloses a fiber optic network with optical elements for distributing electromagnetic radiation, wherein various male and female coupling elements are shown with corresponding Koliimatorlinsen.
  • the object of the present invention is therefore to provide an improved light channel concept. This object is achieved by a light channel according to claim 1, a light channel system according to claim 7, a light element according to claim 10 or a method for producing a light channel, a light channel system or a light element according to claim 16.
  • the present invention is based on the recognition that a light channel can be advantageously built with a reflective element, so that not only a deflection of a passage of a light beam is made possible, but also a shaping or fanning or bundling of the light beam.
  • This shaping can take place in such a way that the light beam can cover a defined area and, for example, also in such a way that a radially flat all-round view (360 °) is made possible.
  • the present invention further provides a light channel system comprising two light channels, which is characterized by a small form factor and easy handling by a user.
  • a light channel system is created, which can be extended according to a preferred embodiment without much effort by additional optics.
  • the present invention further provides a light element configured for optical wireless communication (“Optical Transceiver.")
  • an optical transmitter is associated with a first light channel and an optical receiver is coupled with a second light channel or light pipe
  • the receiving light guide allows a radially flat receiving area such that light from all directions (360 ° all-round view) can fall on a single light receiver.
  • the present invention further provides a light element in which a light channel has at least two disc segments and light from both disc segments can be coupled to one and the same light receiver.
  • the present invention further provides a light-emitting element in which a light channel has at least two slice segments and light from both slice segments can be coupled to a respective light receiver.
  • the present invention provides a method of manufacturing a light channel, a light channel system or a light element.
  • Fig. 1 is a schematic perspective view of a light channel, in which a
  • Fig. 2 is a schematic perspective view of a light channel having a quarter-circle-shaped cross-section; 3 shows a schematic perspective view of a light channel which has a quarter-circle-shaped cross-section;
  • FIG. 4 is a schematic perspective view of a light channel system comprising two telescopic light channels
  • FIG. 5 shows a schematic view of a light element with a light emitter and a light receiver
  • FIG. 8 shows a schematic view of a light element which enables a vertical deflection of a transmitted or received light beam
  • FIG. Figure 7 is a schematic view of a light element with two disc segments, of which light can be coupled to one and the same light receiver.
  • Fig. 8 is a schematic view of a light element with two angular executed
  • Disk segments that allow a homogeneous shaping of a light beam Disk segments that allow a homogeneous shaping of a light beam
  • FIG. 9 shows a schematic view of a light element with two segment pairs, of which light can be coupled to one and the same light receiver
  • FIG. 10 shows a schematic view of a light element with two segment pairs, of which light can be coupled to two different light receivers.
  • FIG. 1 shows a schematic perspective view of a light channel 10 for conducting light, with a first portion 12 and a second portion 14.
  • the first portion 12 extends in a first direction 16 and the second portion in a second direction 18.
  • Die First direction 16 and the second direction 18 are arranged according to a preferred embodiment, at least in a tolerance range of +/- 5 ° orthogonal to each other. It is understood that a different orientation of the two directions to each other is conceivable.
  • the first section 12 is designed as an example trapezoidal, while the second section is cuboidal.
  • a reflective element 22 is arranged between the first section 12 and the second section 14. This may be, for example, a mirror or a reflective surface. Alternatively, the reflective element 22 may be constructed of a material having a (total) reflection property.
  • the reflective element 22 is further arranged so that it assumes approximately a 45 n angle with respect to the first direction 16 or with respect to the second direction 18.
  • the reflective element 22 may also occupy a different angle with respect to the first direction 16 or the second direction 18, for example 30 °, 80 ° or another angle between 0 ° and 90 °.
  • the first portion 12 further includes a first width extension 24, exemplified along a straight edge that bounds the first portion 12 on a side that is not connected to the second portion 14. It is also conceivable that the first width extension 24 extends along a curvature.
  • the first portion 12 further includes a first longitudinal extent 26 that extends along a second edge of the first portion 12 that is approximately orthogonal to the first edge of the first portion 12. Again, an extension along a curvature or curved edge would be conceivable.
  • the first width extension 24 is greater than the first longitudinal extent 28.
  • the first portion 12 is here approximately in the form of a trapezoid, ie, it tapers towards the second portion 14, the second portion 14 in turn has a second width extension 28 which extends along a front edge of the second portion 14 extends. In other words, the second width extension 28 extends at an edge located at an end of the second portion 14 that is not connected to the first portion 12.
  • the second section 14 also has a second longitudinal extension 32.
  • the second longitudinal extension 32 further extends approximately orthogonal to the second width extension 28. This is shown here only by way of example and can also be embodied differently.
  • the first width extension 24 is larger than the second width extension 28. This means that the first width extension 24 could be made larger, for example, whereby the shape of the first portion 16 would change without the shape of the second portion 14 being affected thereby , It is conceivable, for example, that the first width extension 24 extends twice as far as shown here in FIG. It would also be conceivable that the first width extension 24 is curved. A corresponding embodiment will be explained in the figure description of FIG. 2. It is also conceivable that the second width extent 28 is the same size as the second length extent 32. In this case, the second portion 14 would have, for example, a square or circular cross section.
  • a light channel or light guide can have an axisymmetric cross section.
  • light channels or light guides can have a polygonal cross section.
  • sen z, B. triangular, quadrangular, polygonal, symmetric or asymmetrical to radiate light in certain directions or to receive from certain directions.
  • the light channel 10 furthermore has an inner side which is reflective for light.
  • a material from which the light guide is formed has a total reflection property. This material may include, for example, plastic or plexiglass.
  • the light channel 10 is formed so that light from one end of the second portion 14, which is not the end, which is connected to the first portion 12, einkop- pein can.
  • the thus coupled light is then deflected or deflected at the reflective element 22 to pass through the first portion 12 and exit from the end of the first portion 12 which is not contiguous with the second portion 14.
  • a shaping or fanning of a light beam is made possible. This may be influenced by changing the geometry of the first section 12 as desired by a user.
  • the light takes the opposite route, that is, in the first section 12, more precisely in the end of the first portion 12, which is not related to the second portion 14, enters, is deflected at the reflective element 22 or deflected and, after having passed through the second portion 14, out of the light channel 10 from the end of the second portion 14 which is not associated with the first portion 12. Then the light is not fanned out, but bundled.
  • An advantage of the embodiment of the light channel 10 shown here is that an application-specific beam divergence ("beam divergence”) can be made possible, for example, the light beam can be formed radially flat, Alternatively, an application-specific field of view can be made possible. Here too, for example, a radially flat expansion is conceivable. In other words, a defined or desired coverage can be made possible, and the light channel 10 can be constructed with a small form factor, which can be useful, for example, for meeting application-specific requirements. Likewise, due to the low degree of geometrical complexity, the user is easy to handle It is further understood that a control or configurable coverage (“coverage”) may also result in a long range of optical communication. In other words, the benefits of the light channel 10 are a combination of small form factor and application specific coverage (in the extreme). reminder: 380 ° all-round view), which can increase the optical performance ("performance”) of an optically wireless transmission link in terms of range and orientation.
  • use of the light channel 10 for an optical communication system or optical transceiver can offer many advantages: high data rates, appication-specific beam divergence (eg radially flat), an application-specific field of view (eg radial flat) resulting in: long reach and coverage, ease of use by the user, small form factor, high sensitivity, large dynamic range of the receiver, and ease of manufacture. Furthermore, high coverage or coverage can be implemented with a simultaneously high data rate, and application-specific requirements can be met.
  • FIG. 2 shows a schematic view of a light channel 20 which has a first section 34 and a second section 36.
  • the first section 34 extends along the direction 16 and the second section 36 extends along the direction 18.
  • the first section 34 has the longitudinal extension 26.
  • the first section 34 furthermore has a first width extension 38, which is embodied here by way of example along a curved line, such that the first section 34 extends along a quarter circle. In other words, the first section 34 here has a quarter-circle-shaped cross-section.
  • the first width extension 38 extends along a semicircle or entire circle. In this case, the first width extension 38 may indicate the extent of a circumference.
  • the second section 36 has a second longitudinal extension 42 and a second lateral extension 44.
  • the second width extension 44 is here carried out by way of example also quarter-circle.
  • the second width extension 44 extends along a curved line.
  • the second section 36 thus has a section-wise circular sector-shaped cross section.
  • a quarter-circle sector is shown here, but it is understood that other cross-sectional shapes can also result, such as semicircular or three-quadrant mig.
  • the second width extension 44 extends along a circumference.
  • the second portion 36 could have a circular cross-section.
  • the reflective element 46 is formed by a circular bevel (centrally between the first section 34 and the second section 36).
  • FIG. 3 shows a schematic view of a light channel 30 having a first section 48 and a second section 52, each extending along the already known directions 16 and 18. In contrast to the light channel 20 described in the description of FIG.
  • the first section 48 here has a first longitudinal extension 54, which is shown as being smaller, for example, than the first longitudinal extension 26 (see FIG. 2).
  • the second portion 52 has a second longitudinal extent 56 which is smaller than the second longitudinal extent 42 (see FIG. 2).
  • the lengthwise extensions 54 and 56 are in this case designed in an exemplary manner such that a circular-sector-shaped cross-section results both for the first section 48 and for the second section 52.
  • a semicircular-sector-shaped or three-quarter-circle-sector-shaped or circular-shaped cross-section is also conceivable.
  • the first width extension 38 or the second width extension 44 extend along a respective circumference.
  • a reflective element 47 which is formed here by an inner (quarter) circular bevel, is arranged between the first section 48 and the second section 52. It again results in an approximately vertical deflection of a light beam. This distraction can also be done at a different angle.
  • the respective reflective element 22, 46, 47 an optics arrangement for influencing a radiation characteristic or a reception characteristic of the respective light channel or, for example, a wavelength-selective filter.
  • FIG. 4 shows a perspective view of a light channel system 40.
  • a light channel 50 is shown, as may result, for example, from the light channel 20, as shown in FIG. 2, when the first width extension 38 and the second width extension 44 (see FIG. 2) are each made along a circumference.
  • the light channel 50 has a first section 62 and a second section 64.
  • the first section 62 extends along a radial direction which is orthogonal to a second direction along which the second section 64 extends.
  • the light channel 50 also has a reflective element 86, which is formed here in the shape of a cone.
  • FIG. 4 shows a light channel 60, as may result, for example, from the light channel 30 as shown in FIG. 3, when the first width extension 38 or the second width extension 44 (see FIG. 3) respectively are executed along a respective circumference.
  • the light channel 80 furthermore has a first section 68 and a second section 72, which in turn are arranged within a tolerance range of +/- 5 ° orthogonal to one another.
  • the first portion 88 or the second portion 72 of the light channel 60 may each have a circular cross-section.
  • a reflective element 71 Arranged between the first section 68 and the second section 72 is a reflective element 71, which is formed by a circular inner chamfer.
  • a circumference which externally delimits the second section 64 of the light channel 50 here corresponds approximately to a further circumference which bounds the second section 72 of the second light channel 80 inwards.
  • an outer wall of the second portion 64 of the first light channel 50 has a shape that is adapted to a shape of an inner wall of the second portion 72 of the second light channel 80, so that the first light channel 50 and the second light channel 80 may be disposed adjacent to each other can.
  • an axis of symmetry 74 which is designed so that both the light channel 50 and the light channel 60 are rotationally symmetrical with respect to it.
  • the light channel 50 and the common channel 60 are further arranged along the axis of rotation 74 so that the light channel 50 and the light channel 60 could be plugged into one another. This is indicated by the downwardly directed, lying on the axis of rotation 74 arrow 78.
  • the arrow 78 indicates a direction along which both the second portion 84 of the first light channel 50 and the second portion 72 of the second light channel 80 extend.
  • FIG. 5 shows a cross-section of a light element 70, as may result from the configuration of two light channels or the light channel system 40 (see FIG. 4) explained in the preceding figure description.
  • a top view of the resulting light element 70 can be seen in an upper image area and a cross section of the light element 70 in a central image area.
  • an optical transmission / reception module is! arranged having a light emitter 92 and light receiver 94.
  • To illustrate the symmetry axis 74 is further indicated.
  • the light emitter or light emitter 92 is embodied as an annular ring and is arranged below the second section 72 of the second light channel 60.
  • the light emitter 92 can have one or more modulatable light sources (eg LED, laser diode, etc.).
  • the light sources z. B. be arranged annularly.
  • the light emitter 92 comprises 8 or 7 ring-shaped or equidistantly arranged LEDs, but also a different number is conceivable.
  • An additional optic 98 eg plano-convex, plano-concave, aspherical, Fresnel lenses, diffuser
  • the light receiver or photodetector 94 is designed in an exemplary circular fashion and arranged below the second section 64 of the first light channel 50. In other words, the photodetector 94 is disposed under the receiving optical fiber.
  • the photodetector 94 may be provided with additional optics 96 (eg, plano-convex, plano-concav, aspheres, Fresnel lenses, diffuser) over a light entrance window, which may correspond to a lower end of the second section 64.
  • Each of the (optional) optics 98 and 98 may be, for example, a lens or a lens combination or a wavelength-selective filter.
  • the optics 96 and 98 may also be formed to allow for targeted focusing of light.
  • Fresnel lenses or fusoren Between the optics 98 and 98 and the respective Lichtkana! For example, a coating or an air gap may be arranged. The use of an air gap can result in an increased number of degrees of freedom.
  • the light element 70 may also have optional optics 97 and 99, respectively, at a respective other end of the first light channel 50 and the second light channel 80.
  • the light element 70 has here by way of example a total height extension 81 of 4 cm. Alternatively, this can be in the range between 3 cm and 5 cm.
  • the first section 62 of the first light channel 50 has a height extension 83 of 0.75 cm, which may alternatively be designed with a tolerance of +/- 0.25 cm.
  • a total width 85 of the light element 70 in the upper image area may be 5 cm (alternatively in the range of 4 cm to 6 cm), while for a total width extension 87 in the lower image area may be 2 to 4 cm.
  • the first and the second portions of the first light channel and the second light channel are further dimensioned such that ends of the portions are arranged at the same height with respect to a first direction and a second direction within a tolerance of +/- 5 mm.
  • the light element 70 shown here is characterized in that both sender and receiver are designed for the construction. In an alternative embodiment, optionally only the transmitter is executed. In a further alternative embodiment, only the receiver is executed.
  • the light element 70 can be used for optical wireless communication. From the embodiment shown here, various advantages can result: high data rates can be realized with a small form factor, the light reception It can be built with high sensitivity and high dynamic range, and manufacturing is easy.
  • a light receiver can have a small area and thus a small input capacitance. This can result in a high data rate of optical transmission.
  • FIG. 6 shows a schematic view of a light element 100 which has an inner light channel 102 and an outer further light channel 104.
  • a view of the complete light element 100 can be seen.
  • an opening angle for the inner light channel 102 of about 60 ° results.
  • the first portion 106 of the first light channel 102 is thus designed so that it has a circular sector-shaped cross section.
  • the configuration shown can therefore also be referred to as a disk segment.
  • the segment can also be constructed aspherically (eg elliptical, freeform ). This can be advantageous, for example, for directional optical transmissions over as long a distance as possible.
  • Light incident in the opening of the disk segment is deflected by means of a reflective element 108, so that it can fall on an optical receiver 12 arranged below the first light channel 102.
  • an optical arrangement 1 14 Arranged above the optical receiver 1 12 is still an optical arrangement 1 14.
  • the light can pass through this optical arrangement and possibly through an air gap (between the optical arrangement 1 14 and the receiving light conductor 102).
  • An optical transmitter 1 18, which is designed to emit light and to couple it into the optical waveguide 104, can be seen in a lower image area.
  • the light can be changed via the optional optics assembly 1 18 in its properties. There is a vertical deflection of the light for both the optical transmission and the optical reception path.
  • FIG. 7 shows, as a further preferred exemplary embodiment, a schematic view of a light element 120 with a light channel system that has two pane segments 122 and 124. It is thus possible to collect light from two different directions.
  • the light element 120 further comprises a light receiver or photodetector 126.
  • an optics assembly 128 Arranged thereon again is an optics assembly 128. This may now include, for example, a wavelength selective filter to filter light from the left wheel segment 122 or the right wheel segment 124.
  • light having a wavelength of 640 nm, 980 nm, 1330 nm or 1500 nm can be distinguished or filtered. It is also conceivable that light with a wavelength of 840 nm is selectively filtered with a tolerance of +/- 40 nm.
  • FIG. 8 shows a schematic view of a light element 130, which in turn has two pane segments 132 and 134. However, these are now no longer circular sector-shaped, but (triangular) square. This results in a polygonal cross section of the outer light guide, from which a homogeneous Lichtstrahlausformung can result. This can, for example, for undirected optical transmissions over a z. B. short distance be advantageous because this arrangement enhances the light scattering.
  • FIG. 9 shows, as a further embodiment, a schematic view of a light element 140 which now has four individual segments 142, 144, 148 and 148. These individual segments can be combined into one or more pairs. For example, the sub-segments 142 and 144 and the sub-segments 146 and 148 can each be combined into a pair. The segment couples can couple light to one and the same receiver.
  • FIG. 10 shows a schematic view of a light element 150 which has four individual segments 142 to 148 as in the preceding figure description.
  • two receiving light guides or photodetectors 152 and 154 are now arranged by way of example at the location of the receiving light guide.
  • a respective optical system 158 or 158 is arranged above each of these.
  • the light element 150 is designed to receive light from different directions and to couple it in each case to a separate photodetector. This can also be done, for example, by filtering the light to wavelengths by means of optical arrangements 158 or 158 (eg, a division can be made into: visible light, infrared light, etc.). Also conceivable is a training of Photo detectors 152 and 154 such that z. B.
  • the light element 150 thus enables directional, multi-channel, optical transmission. This can be advantageous for.
  • Conceivable is a use of a light element z. B. for assembly line control machines or their wireless communication with each other.
  • the optical receivers 152 and 154 are arranged so that substantially no light from an outer Lichtkanai is coupled into the respective light receiver.
  • optical fibers may have a complete circular cross-section or consist of only one disk segment or several disk segments. The same applies to all n-sided cross sections.
  • the light guide consists of segments, these can be combined into one or more pairs.
  • Optical fibers can deflect the light through an oblique surface or a reflective element perpendicular. Alternatively, the light can be deflected at a different angle.
  • Optical fibers can have optics at the inlet and outlet openings (eg plano-convex, plano-concav, aspheres, Fresnel lenses, diffuser), either at the inlet and / or outlet opening.
  • the light path can be adapted both with respect to a light emitter or a photodetector and with regard to the environment (emission cone or receiving cone).
  • Optical fibers may have filters at the inlet and outlet openings to transport only certain wavelengths.
  • the optical fibers of transmitter and receiver are preferably inserted into one another, so that the outlet of the transmitter is below the entrance of the receiver,
  • the light channels may also be made in one piece, so that an outer wall of the receiving Lichtkanais is simultaneously an inner wall of the transmitter light channel. Then the inside of the light channels is reflective coated.
  • the photodetector can be equipped with additional optics (eg plano-convex, plano-concave, aspherical, Fresnel lenses, diffuser) above the light entry window.
  • the light of the individual segments can be directed to a photodetector.
  • a single photodetector can be assigned for each segment and / or segment pair.
  • These individual photodetectors may have the same wavelength or different wavelengths, e.g. B. parallel to receive on multiple channels.
  • multiple photodetectors for different wavelengths may be assigned per segment / segment pair.
  • the light emitter or light emitter can have one or more modulatable light sources (eg LED, laser diode, etc.).
  • the light sources z. B. be arranged annularly.
  • An additional optic eg plano-convex, plano-concav, aspheres, Fresnel lenses, diffuser
  • the light of the individual segments can be generated by parallel-triggered light emitters.
  • a single light emitter or a plurality of light emitters or a light emitter array
  • These individual light emitters may have the same wavelength or different wavelengths, for. B. on multiple channels to send in parallel.
  • multiple light emitters for different wavelengths may be assigned per segment / segment pair.

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Abstract

Ein Lichtkanal (10) zum Leiten von Licht umfasst einen ersten Abschnitt (12), der sich in eine erste Richtung (16) erstreckt, einen zweiten Abschnitt (14), der sich in eine zweite Richtung (18), die sich von der ersten Richtung (16) unterscheidet, erstreckt, und ein reflexives Element (22), um Licht aus dem ersten Abschnitt (12) in den zweiten Abschnitt (14) oder aus dem zweiten Abschnitt (14) in den ersten Abschnitt (12) umzulenken, wobei der erste Abschnitt (12) eine erste Breitenerstreckung (24) aufweist, die größer als eine zweite Breitenerstreckung (28) des zweiten Abschnitts (14) ist, und wobei eine erste Längenerstreckung (26) des ersten Abschnitts (12) kleiner als die erste Breitenerstreckung (24) des ersten Abschnitts (12) ist, und wobei die zweite Breitenerstreckung (28) des zweiten Abschnitts (14) zumindest so groß wie eine zweite Längenerstreckung (32) des zweiten Abschnitts (14) ist, und wobei eine Innenseite des Lichtkanals (10) für das Licht reflektierend ausgebildet ist, oder wobei ein Material, aus dem der Lichtkanal (10) ausgebildet ist, eine Totalreflexionseigenschaft aufweist.

Description

Lichtkanal und Verfahren zum Herstellen eines Lichtkanais
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Lichtkanal zum Leiten von Licht. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Lichtkanalsystem und ein Lichtelement. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Schaffen eines Lichtkanals, eines Lichtkanalsystems oder eines Lichtelements. Ein Kommunikationssystem weist zumindest einen Sender und einen Empfänger auf und kann auf unterschiedliche Art und Weise aufgebaut sein. Neben drahtlosen funkbasierten Kommunikationssystemen mit kleiner bis mittlerer Reichweite (etwa Bluetooth, ZigBee oder WLAN) haben sich in den letzten Jahren zunehmend optische Kommunikationssysteme durchsetzen können. Im Vergleich mit funkbasierten Kommunikationssystemen ha- ben optische Kommunikationssysteme den Vorteil, dass keine Kommunikationsreguüe- rungen gelten und keine Störungen durch elektromagnetische Interferenzen und auch keine Interferenzen durch andere Übertragungen auftreten. Weiterhin ist die ausgesandte Strahlung normalerweise auf einen Raum beschränkt, da das für optische Übertragungssysteme häufig verwendete Licht aus dem infraroten Bereich ähnliche Eigenschaften wie sichtbares Licht aufweist. Die optischen Signale in optischen Kommunikationssystemen müssen sich nicht zwingend auf einer direkten Linie (Line of Sight) von einem jeweiligen optischen Sender hin zu einem optischen Empfänger ausbreiten. Auch eine indirekte Ausbreitung der Signale ist möglich, wenn diese etwa an Wänden oder Decken reflektiert werden. Gleichwohl ist für viele Anwendungen eine möglichst definierte Ausbreitung, also Strahlformung, wünschenswert.
Dies liegt in der Tatsache begründet, dass die erreichbare Übertragungsreichweite direkt proportional mit einer Öffnung eines Sende- oder Empfangswinkels des jeweiligen optischen Senders oder Empfängers zusammenhängt. Wenn also beispielsweise eine gericn- tete Übertragung über eine möglichst weite Strecke erfolgen soll, so wäre es wünschenswert sowohl die Abstrahlcharakteristik als auch die Empfangscharakteristik der jeweiligen optischen Sender oder Empfänger dergestalt beeinflussen zu können, dass möglichst wenig Lichtleistung in ungewünschte Raumrichtungen abgestrahlt bzw. aus ungewünschten Raumrichtungen empfangen wird. Es versieht sich, dass eine Erhöhung der Reichweite der Übertragung auch durch eine Erhöhung der Sendeleistung erreicht werden kann. Diesem Ansatz diametral gegenüber steht jedoch nicht nur der Wunsch, möglichst Energie einzusparen, sondern es müssen auch Schutzbestimmungen (Eye-Safety-Regulations) eingehalten werden. Diese sind in der IEC60825-1 fixiert. Es muss in jedem Fall auf eine höchstmögliche Sicherheitsstufe für die Augen geachtet werden. Abhängig von dem gewünschten Anwendungsfall, der gewünschten Übertragungsreichweite sowie den explizit im Gesetzestext festgelegten Bestimmungen kann eine maximale Strahlungsleistung festgelegt werden. Der Ansatz, die Strahlungsleistung zu erhöhen, ist aus diesen Gründen alleine wenig zieiführend.
Weiterhin bestehen heutige optische Kommunikationssysteme („Transceiver") bzw. optische Empfänger für die optische drahtlose Kommunikation häufig aus einer Linse und einem Photodetektor. Die sog. optische Performance (Sensitivität, Abdeckung bzw. "Coverage", Dynamikbereich) dieser Anordnung wird bestimmt durch die Größe der Linse, die Größe des Photodetektors, sowie die elektrischen Eigenschaften des Detektors (elektrische Bandbreite, Eingangskapazität, Ladungsträgerbeweglichkeit, Ansprechverhalten bzw. Responsivity... ). Da eine hohe Datenrate eine sehr kleine Eingangskapazität des Detektors erfordert, welche aus Proportionalitätsgründen eine sehr kleine Dioden Fläche zur Folge hat, ist die Performance des Systems bzgl. Abdeckung stark eingeschränkt. Eine bedingte Kompensation dieses Nachteils kann durch komplexe und große Optiken erreicht werden. Dadurch wird der Empfänger zu groß und schwer sowie kostentechnisch nicht marktrelevant.
In der deutschen Patentschrift DE 694 25 447 T2 beispielsweise werden mehrere licht- emittierende Dioden (LEDs), die als optische Sender fungieren sollen, zunächst auf einer Befestigungsplatte angeordnet und dann von einer glasförmig ausgeführten Kuppel umgeben. Diese Kuppel weist Streuungseigenschaften auf, wodurch eine Bündelung oder Sammlung eines ausgesandten Lichtstrahls erreicht werden kann. Ebenfalls vorgesehen sind gemäß einigen Ausführungsbeispielen mehrere Photodioden, die als optischer Emp- fänger dienen. Diese sind innerhalb derselben Kuppel angeordnet. Die dort vorliegende Erfindung ist auch dadurch gekennzeichnet, dass eine Strahlformung sowohl beim Empfangsteil als auch beim Sendeteil jeweils durch die bereits erwähnte Kuppel erfolgt. Es werden zwar weiterhin Möglichkeiten angegeben, um auch eine Strahlrichtung zu erreichen, das resultierende Gesamtsystem weist aber in jedem Fall mehrere Photodioden als Empfangselemente auf, um in dem Fall einer radialen Abstrahlung Licht von allen Seiten empfangen zu können. Es kann somit zwar ein definierter Lichtkanal erreicht werden, es ist jedoch in jedem Fall die glasförmig ausgeführte Kuppel zu verwenden. Falls eine „Rundumsicht" für den optischen Empfänger gewünscht ist, so muss dieser mehrere Photodioden umfassen. Die US 2012/0006382 A1 offenbart einen dünnen und flachen Solarkollektor- Konzentrator, der ausgebildet ist, um Strahlung von einer Seite zu sammeln und auf die andere Seite zu führen, wo Solarzellen zur Energiewandlung angeordnet sind. Der planere Solarkonzentrator umfasst zwei Abschnitte. Der obere Abschnitt ist eine Matrix aus mikro-dimensionierten Solarkonzentratoren mit einem großen Winkel, während der untere Abschnitt eine pianare Lichtwellenschaltung umfasst, die mehrschichtig sein kann.
Die DE 102 30 481 A1 offenbart eine Datenübertragungsvorrichtung zwischen zwei radial um eine Drehachse gegeneinander beweglichen Einrichtungen, bei der ein Lichtleiter kreis- oder ringförmig um die Drehachse herum angeordnet ist, so dass das zu übertra- gende Licht bei jedem eingestellten Drehwinkel der ersten gegenüber der zweiten Einrichtung zwischen Sende- und Empfangseinheiten der beiden Einrichtungen übertragen wird.
Die DE 31 1 1 339 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Signalübertragung in Kraftfahrzeugen. Hier werden mehrere durch Schalter am Lenkrad erzeugte elektrische Steuersignale auf optischem Wege und digital an zugeordnete Steuereinheiten für die Steuerung von diversen Fahrzeugfunktionen mit hoher Zuverlässigkeit und selbst bei Lenkradausschlägen störungsfrei übertragen. Wesentliche Elemente sind ein Elektrizität/Licht-Umsetzer, ein ringförmiger Lichtübertrager, ein Licht Elektrizität-Umsetzer, ein Analog-Digital- Wandler und ein Digital-Analog-Wandler.
Die US 5,829,858 A1 offenbart ein Projektorsystem mit einer Lichtleiteroptikanordnung. Das Projektorsystem umfasst eine Lampe, eine Reflektor-Kollektor-Optik, eine Weiterlei- tungsoptik, um das Licht von dem Lichtleiterausgang zu einem Bildtor abzubilden, einen Lichtleiter und eine Bildformungseinrichtung.
Die US 4,496,21 1 A1 offenbart ein Lichtleiternetz mit optischen Elementen zum Verteilen von elektromagnetischer Strahlung, wobei verschiedene männliche und weibliche Kopplungselemente mit entsprechenden Koliimatorlinsen gezeigt sind. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein verbessertes Lichtkanalkonzept zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch einen Lichtkanal gemäß Anspruch 1 , ein Lichtkanalsystem gemäß Anspruch 7, ein Lichtelement gemäß Anspruch 10 oder ein Verfahren zum Herstellen eines Lichtkanals, eines Lichtkanalsystems oder eines Lichtelements gemäß An- spruch 16 gelöst.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass ein Lichtkanal auf vorteilhafte Weise mit einem reflexiven Element gebaut werden kann, so dass nicht nur eine Umlen- kung eines Gangs eines Lichtstrahls ermöglicht wird, sondern auch eine Formung bzw. Auffächerung oder Bündelung des Lichtstrahls. Diese Formung kann so erfolgen, dass der Lichtstrahl einen definierten Bereich abdecken kann, und beispielsweise auch so, dass eine radial flache Rundumsicht (360°) ermöglicht wird.
Ein Vorteil ist ferner, dass das erfindungsgemäße Lichtkanalkonzept ein verbessertes, z. B. effizienteres Empfangs- oder Sendeverhalten ermöglicht.
Die vorliegende Erfindung schafft weiterhin ein zwei Lichtkanäle umfassendes Lichtkanalsystem, das sich durch einen kleinen Formfaktor und eine einfache Handhabung durch einen Anwender auszeichnet. Durch eine geschickte Ausformung und Anordnung der einzelnen Lichtkanäle wird ein Lichtkanalsystem geschaffen, das gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ohne großen Aufwand durch zusätzliche Optiken erweitert werden kann.
Die vorliegende Erfindung schafft weiterhin ein Lichtelement, ausgebildet für die optische drahtlose Kommunikation („Optischer Transceiver"). Gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen werden ein optischer Sender mit einem ersten Lichtkanal bzw. Lichtleiter und ein optischer Empfänger mit einem zweiten Lichtkanal bzw. Lichtleiter verknüpft. Diese Konfiguration insbesondere des Empfangslichtleiters ermöglicht dabei einen radial flachen Empfangsbereich dergestalt, dass Licht aus allen Raumrichtungen (360° Rundumsicht) auf einen einzelnen Lichtempfänger fallen kann. Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel schafft die vorliegende Erfindung ferner ein Lichtelement, bei dem ein Lichtkanal wenigstens zwei Scheibensegmente aufweist und Licht von beiden Scheibensegmenten auf ein und denselben Lichtempfänger koppelbar ist.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel schafft die vorliegende Erfindung ferner ein Lichteiement, bei dem ein Lichtkanal wenigstens zwei Scheibensegmente aufweist und Licht von beiden Scheibensegmenten auf einen jeweiligen Lichtempfänger koppelbar ist.
Ferner schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Lichtkanals, eines Lichtkanalsystems oder eines Lichtelements.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines Lichtkanals, bei dem eine
Breitenerstreckung gerade ausgeführt ist;
Fig. 2 eine schematische perspektivische Ansicht eines Lichtkanals, der einen viertelkreisförmigen Querschnitt aufweist; Fig. 3 eine schematische perspektivische Ansicht eines Lichtkanals, der einen viertel- kreisringförmigen Querschnitt aufweist;
Fig. 4 eine schematische perspektivische Ansicht eines Lichtkanalsystems, das zwei ineinandersteckbare Lichtkanäle umfasst;
Fig. 5 eine schematische Ansicht eines Lichtelements mit einem Lichtsender und einem Lichtempfänger;
Fig. 8 eine schematische Ansicht eines Lichtelements, das eine senkrechte Ablen- kung eines Sende- oder Empfangslichtstrahls ermöglicht; Fig. 7 eine schematische Ansicht eines Lichtelements mit zwei Scheibensegmenten, von denen Licht auf ein und denselben Lichtempfänger koppelbar ist;
Fig. 8 eine schematische Ansicht eines Lichtelements mit zwei eckig ausgeführten
Scheibensegmenten, die eine homogene Ausformung eines Lichtstrahls ermöglichen;
Fig. 9 eine schematische Ansicht eines Lichtelements mit zwei Segmentpärchen, von denen Licht auf ein und denselben Lichtempfänger koppelbar ist;
Fig. 10 eine schematische Ansicht eines Lichtelements mit zwei Segmentpärchen, von denen Licht auf zwei verschiedene Lichtempfänger koppelbar ist.
Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte oder Strukturen in den unterschiedlichen 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.
Fig. 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Lichtkanals 10 zum Leiten von Licht, mit einem ersten Abschnitt 12 und einem zweiten Abschnitt 14. Der erste Abschnitt 12 erstreckt sich dabei in eine erste Richtung 16 und der zweite Abschnitt in eine zweite Richtung 18. Die erste Richtung 16 und die zweite Richtung 18 sind gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zumindest in einem Toleranzbereich von +/- 5° orthogonal zueinander angeordnet. Es versteht sich, dass auch eine andere Orientierung der beiden Richtungen zueinander denkbar ist. Der erste Abschnitt 12 ist exemplarisch trapezförmig ausgeführt, während der zweite Abschnitt quaderförmig ausgeführt ist. Zwischen dem ersten Abschnitt 12 und dem zweiten Abschnitt 14 ist ein reflexives Element 22 angeord- net. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Spiegel oder eine reflektierende Oberfläche handeln. Alternativ kann das reflexive Element 22 aus einem Material aufgebaut sein, das eine (Total-)Reflexionseigenschaft aufweist. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das reflexive Element 22 weiterhin so angeordnet, dass es gegenüber der ersten Richtung 16 oder gegenüber der zweiten Richtung 18 näherungsweise einen 45n Winkel einnimmt. Alternativ kann das reflexive Element 22 auch einen anderen Winkel gegenüber der ersten Richtung 16 oder der zweiten Richtung 18 einnehmen, wie beispielsweise 30°, 80° oder einen anderen Winkel zwischen 0° und 90°. Der erste Abschnitt 12 weist weiterhin eine erste Breitenerstreckung 24 auf, die exemplarisch entlang einer geraden Kante, die den ersten Abschnitt 12 an einer Seite, die nicht mit dem zweiten Abschnitt 14 verbunden ist, begrenzt, ausgeführt ist. Denkbar ist auch, dass sich die erste Breitenerstreckung 24 entlang einer Krümmung erstreckt. Der erste Abschnitt 12 weist weiterhin eine erste Längenerstreckung 26 auf, die sich entlang einer zweiten Kante des ersten Abschnitts 12, die näherungsweise orthogonal zu der ersten Kante des ersten Abschnitts 12 ist, erstreckt. Auch hier wäre eine Erstreckung entlang einer Krümmung oder gekrümmten Kante denkbar. Die erste Breitenerstreckung 24 ist größer als die erste Längenerstreckung 28. Der erste Abschnitt 12 ist hier näherungsweise in Form eines Trapezes ausgeführt, d. h. er verjüngt sich hin zum zweiten Abschnitt 14, Der zweite Abschnitt 14 weist wiederum eine zweite Breitenerstreckung 28 auf, die sich entlang einer vorderen Kante des zweiten Abschnitts 14 erstreckt. Mit anderen Worten erstreckt sich die zweite Breitenerstreckung 28 an einer Kante, die an einem Ende des zweiten Abschnitts 14 liegt, das nicht mit dem ersten Abschnitt 12 verbunden ist. Der zweite Abschnitt 14 weist weiterhin eine zweite Längenerstreckung 32 auf. Diese erstreckt sich hier exemplarisch entlang einer Kante des zweiten Abschnitts 14, die abermals nicht an der Seite des zweiten Abschnitts 14 liegt, die mit dem ersten Abschnitt 12 verbunden ist. Die zweite Längenerstreckung 32 erstreckt sich weiterhin näherungsweise orthogonal zu der zweiten Breitenerstreckung 28. Dies ist hier lediglich exemplarisch so gezeigt und kann auch anders ausgeführt sein.
Die erste Breitenerstreckung 24 ist größer als die zweite Breitenerstreckung 28. Das bedeutet, dass die erste Breitenerstreckung 24 beispielsweise größer ausgeführt sein könn- te, wodurch sich die Form des ersten Abschnitts 16 ändern würde, ohne dass die Form des zweiten Abschnitts 14 davon beeinflusst wäre. Denkbar ist etwa, dass sich die erste Breitenerstreckung 24 doppelt so weit erstreckt, wie es hier in der Fig. 1 gezeigt ist. Ebenfalls denkbar wäre, dass die erste Breitenerstreckung 24 gekrümmt ausgeführt ist. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel wird in der Figurenbeschreibung zur Fig. 2 erläutert werden. Denkbar ist weiterhin, dass die zweite Breitenerstreckung 28 genauso groß ist wie die zweite Längenerstreckung 32. In diesem Fall hätte der zweite Abschnitt 14 beispielsweise einen quadratischen oder kreisrunden Querschnitt.
Allgemein kann ein Lichtkanal bzw. Lichtleiter einen axialsymmetrischen Querschnitt auf- weisen. Alternativ können Lichtkanäle oder Lichtleiter einen eckigen Querschnitt aufwei- sen (z, B. dreieckig, viereckig, mehreckig, symmetrisch oder unsymmetrisch), um Licht in bestimmte Richtungen abzustrahlen bzw. aus bestimmten Richtungen zu empfangen.
Der Lichtkanai 10 weist weiterhin eine Innenseite auf, die für Licht reflektierend ausgebil- det ist. Alternativ ist denkbar, dass ein Material, aus dem der Lichtleiter ausgebildet ist, eine Totalreflexionseigenschaft aufweist. Dieses Material kann beispielsweise Kunststoff oder Plexiglas umfassen.
Der Lichtkanal 10 ist so ausgebildet, dass Licht von einem Ende des zweiten Abschnitts 14, das nicht das Ende ist, welches mit dem ersten Abschnitt 12 verbunden ist, einkop- pein kann. Das so eingekoppelte Licht wird dann an dem reflexiven Element 22 um- oder abgelenkt, um durch den ersten Abschnitt 12 hindurchzutreten und aus dem Ende des ersten Abschnitts 12, das nicht mit dem zweiten Abschnitt 14 zusammenhängt, auszutreten. So ist ein Querschnitt des ersten Abschnitts 12, aus dem das Licht heraustreten kann, flächenmäßig größer als das Ende des zweiten Abschnitts 14, in das das Licht einfallen kann. Somit wird eine Formung respektive Auffächerung eines Lichtstrahls ermöglicht. Diese kann durch eine Veränderung der Geometrie des ersten Abschnitts 12 wie von einem Anwender gewünscht beeinflusst werden. Ebenfalls denkbar ist, dass das Licht den umgekehrten Weg nimmt, also in den ersten Abschnitt 12, genauer gesagt in das Ende des ersten Abschnitts 12, das nicht mit dem zweiten Abschnitt 14 zusammenhängt, hineintritt, an dem reflexiven Element 22 ab- oder umgelenkt wird und, nachdem es durch den zweiten Abschnitt 14 hindurchgetreten ist, aus dem Ende des zweiten Abschnitts 14, das nicht mit dem ersten Abschnitt 12 zusammenhängt, aus dem Lichtkanal 10 hinaustritt. Dann wird das Licht nicht aufgefächert, sondern gebündelt.
Vorteilhaft an der hier gezeigten Ausführungsform des Lichtkanals 10 ist, dass eine applikationsspezifische Strahldivergenz („Beamdivergenz") ermöglicht werden kann. Beispielsweise kann der Lichtstrahl radial flach ausgeformt werden. Alternativ kann ein applikationsspezifisches Gesichtsfeld („Field of View") ermöglicht werden. Auch hier ist bspw. eine radial flache Ausweitung denkbar. Es kann mit anderen Worten eine definierte oder gewünschte Abdeckung („Coverage") ermöglicht werden. Der Lichtkanal 10 kann dabei mit einem kleinen Formfaktor gebaut werden. Dies kann bspw. zur Erfüllung von anwendungsspezifischen Anforderungen nützlich sein. Der Lichtkanal 10 kann einfach hergestellt werden. Ebenso ist durch das geringe Maß an geometrischer Komplexität eine einfache Handhabung durch den Anwender gegeben. Es versteht sich weiterhin, dass aus einer Steuer- oder konfigurierbaren Abdeckung („Coverage") auch eine große Reichweite einer optischen Kommunikation resultieren kann, In anderen Worten bestehen die Vorteile des Lichtkanals 10 in einer Kombination aus kleinem Formfaktor sowie gleichzeitig anwendungsspezifischer Abdeckung (im Ext- remfall: 380° Rundumsicht), Dadurch kann die optische Leistung („Performance") einer optisch drahtlosen Übertragungsstrecke bezüglich Reichweite und Ausrichtung erhöht werden.
In anderen Worten kann eine Verwendung des Lichtkanals 10 für ein optisches Kommuni- kationssystem bzw. einen optischen Transceiver viele Vorteile bieten: Es können hohe Datenraten, eine appiikationsspezifische Strahldivergenz (z. B. radial flach), ein applikationsspezifisches Gesichtsfeld (z. B. radial flach) und daraus resultierend: große Reichweite und Abdeckung sowie einfache Handhabung durch den Anwender, kleiner Formfaktor, hohe Sensitivität, großer Dynamikbereich des Empfängers und eine einfache Herstellung ermöglicht werden. Es ist weiterhin eine hohe Abdeckung oder Coverage bei gleichzeitig hoher Datenrate umsetzbar, und anwendungsspezifische Anforderungen können erfüllt werden.
Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht eines Lichtkanals 20, der einen ersten Abschnitt 34 sowie einen zweiten Abschnitt 36 aufweist. Der erste Abschnitt 34 erstreckt sich entlang der Richtung 16 und der zweite Abschnitt 36 erstreckt sich entlang der Richtung 18. Der erste Abschnitt 34 weist die Längenerstreckung 26 auf. Der erste Abschnitt 34 weist weiterhin eine erste Breitenerstreckung 38 auf, die hier exemplarisch entlang einer gekrümmten Linie ausgeführt ist, dergestalt, dass sich der erste Abschnitt 34 entlang eines Viertel- kreises erstreckt. Mit anderen Worten weist der erste Abschnitt 34 hier einen viertelkreisförmigen Querschnitt auf. Alternativ ist auch denkbar, dass sich die erste Breitenerstreckung 38 entlang eines Halbkreises oder ganzen Kreises erstreckt. In diesem Fall kann die erste Breitenerstreckung 38 die Ausdehnung eines Kreisumfangs angeben. Der zweite Abschnitt 36 weist eine zweite Längenerstreckung 42 sowie eine zweite Breitenerstreckung 44 auf. Die zweite Breitenerstreckung 44 ist hier exemplarisch ebenfalls viertelkreisförmig ausgeführt. Mit anderen Worten erstreckt sich die zweite Breitenerstreckung 44 entlang einer gekrümmten Linie. Der zweite Abschnitt 36 weist somit einen abschnittsweisen kreissektorförmigen Querschnitt auf. Aus Gründen der Anschaulichkeit ist hier ein Viertelkreissektor dargestellt, es versteht sich aber, dass auch andere Querschnittsformen resultieren können, wie beispielsweise halbkreis- oder dreivierteilkreisför- mig. Alternativ ist ebenfalls denkbar, dass sich die zweite Breitenerstreckung 44 entlang eines Kreisumfangs erstreckt. In diesem Fall könnte der zweite Abschnitt 36 einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Zwischen dem ersten Abschnitt 34 und dem zweiten Abschnitt 36 angeordnet ist ein reflexives Element 46. Das reflexive Element 46 wird durch eine kreisrunde (zwischen dem ersten Abschnitt 34 und dem zweiten Abschnitt 36) zentral angeordnete Abschrägung gebildet. Hieraus kann ein Winkel von 45° gegenüber der ersten Richtung 16 oder der zweiten Richtung 18 resultieren. Aus dieser Ausformung des reflexiven Elements 46 kann ferner eine näherungsweise senkrechte Ablenkung eines Lichtstrahls, der bspw. aus dem ersten Abschnitt 34 in den zweiten Abschnitt 36 oder aus dem zweiten Abschnitt 36 in den ersten Abschnitt 34 fällt, resultieren. Mit anderen Worten kann es sich bei dem Lichtkanal 20 um einen Lichtleiter mit z. B. senkrechter Ablenkung des Lichtes handeln. Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht eines Lichtkanals 30 mit einem ersten Abschnitt 48 und einem zweiten Abschnitt 52, die sich jeweils entlang der bereits bekannten Richtungen 16 und 18 erstrecken. Im Unterschied zu dem in der Beschreibung zur Fig. 2 beschriebenen Lichtkanal 20 weist der erste Abschnitt 48 hier jedoch eine erste Längenerstreckung 54 auf, die exemplarisch kleiner als die erste Längenerstreckung 26 (siehe Fig. 2) dargestellt ist. Ebenso weist der zweite Abschnitt 52 eine zweite Längenerstreckung 56 auf, die kleiner als die zweite Längenerstreckung 42 (siehe Fig. 2) ist. Die Längenerstreckungen 54 und 56 sind dabei exemplarisch so ausgeführt, dass sich sowohl für den ersten Abschnitt 48 als auch für den zweiten Abschnitt 52 ein kreisringsektorförmiger Querschnitt ergibt. Alternativ ist auch ein halbkreisringsektorförmiger oder dreiviertelkreisring- sektorförmiger oder kreisringförmiger Querschnitt denkbar. Ebenfalls denkbar ist, dass sich die erste Breitenerstreckung 38 oder die zweite Breitenerstreckung 44 entlang eines jeweiligen Kreisumfangs erstrecken.
Zwischen dem ersten Abschnitt 48 und dem zweiten Abschnitt 52 angeordnet ist wiede- rum ein reflexives Element 47, das hier durch eine innere (viertel-) kreisrunde Fase gebildet wird. Es ergibt sich abermals eine näherungsweise senkrechte Ablenkung eines Lichtstrahls. Diese Ablenkung kann auch in einem anderen Winkel erfolgen.
Bei jeder der in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Ausführungsformen ist ebenfalls denkbar, dass das jeweilige reflexive Element 22, 46, 47 eine Optikanordnung zum Beeinflussen einer Abstrahlcharakteristik oder einer Empfangscharakteristik des jeweiligen Lichtkanals oder bspw. ein wellenlängenselektives Filter umfasst.
Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Lichtkanalsystems 40. In einem oberen Bereich der Fig. 4 ist ein Lichtkanal 50 gezeigt, wie er beispielsweise aus dem Lichtkanal 20, wie er in der Fig. 2 gezeigt ist, resultieren kann, wenn die erste Breitenerstreckung 38 und die zweite Breitenerstreckung 44 (siehe Fig. 2) jeweils entlang eines Kreisumfangs ausgeführt sind. Der Lichtkanal 50 weist einen ersten Abschnitt 62 und einen zweiten Abschnitt 64 auf. Der erste Abschnitt 62 erstreckt sich hierbei entlang einer radialen Rich- tung, die zu einer zweiten Richtung, entlang sich der zweite Abschnitt 64 erstreckt, orthogonal ist. Der Lichtkanal 50 weist ferner ein reflexives Element 86 auf, das hier kegeiförmig ausgebildet ist.
In einem unteren Bildbereich zeigt die Fig. 4 einen Lichtkanal 60, wie er beispielsweise aus dem Lichtkanal 30, wie er in Fig. 3 gezeigt wurde, resultieren kann, wenn die erste Breitenerstreckung 38 oder die zweite Breitenerstreckung 44 (siehe Fig. 3) jeweils entlang eines jeweiligen Kreisumfangs ausgeführt sind. Der Lichtkanal 80 weist weiterhin einen ersten Abschnitt 68 und einen zweiten Abschnitt 72 auf, die wiederum innerhalb eines Toleranzbereichs von +/- 5° orthogonal zueinander angeordnet sind. Der erste Abschnitt 88 oder der zweite Abschnitt 72 des Lichtkanals 60 kann einen jeweils kreisringförmigen Querschnitt aufweisen. Zwischen dem ersten Abschnitt 68 und dem zweiten Abschnitt 72 angeordnet ist ein reflexives Element 71 , das durch eine kreisrunde innere Fase gebildet wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform entspricht ein Kreisumfang, der den zweiten Abschnitt 64 des Lichtkanals 50 außen begrenzt, hier näherungsweise einem weiteren Kreisumfang, der den zweiten Abschnitt 72 des zweiten Lichtkanals 80 innen begrenzt. Mit anderen Worten hat hier eine Außenwand des zweiten Abschnitts 64 des ersten Lichtkanals 50 eine Form, die an eine Form einer Innenwand des zweiten Abschnitts 72 des zweiten Lichtkanals 80 angepasst ist, so dass der erste Lichtkanal 50 und der zweite Lichtkanal 80 aneinander liegend angeordnet sein können.
Weiterhin in Fig. 4 zu sehen ist eine Symmetrieachse 74, die so ausgeführt ist, dass sowohl der Lichtkanal 50 als auch der Lichtkanal 60 zu ihr rotationssymmetrisch sind. Der Lichtkanal 50 und der üchtkanal 60 sind ferner so entlang der Rotationsachse 74 angeordnet, dass der Lichtkanal 50 und der Lichtkanal 60 ineinandergesteckt werden könnten. Dies ist durch den nach unten gerichteten, auf der Rotationsachse 74 liegenden Pfeil 78 angedeutet. Alternativ gibt der Pfeil 78 eine Richtung an, entlang sich sowohl der zweite Abschnitt 84 des ersten Lichtkanals 50 als auch der zweite Abschnitt 72 des zweiten Lichtkanals 80 erstrecken.
Fig. 5 zeigt einen Querschnitt eines Lichtelements 70, wie es aus der in der vorherigen Figurenbeschreibung erläuterten Konfiguration von zwei Lichtkanälen bzw. dem Lichtkanalsystem 40 {siehe Fig. 4) resultieren kann. Dabei ist in einem oberen Bildbereich eine Draufsicht des so entstandenen Lichtelements 70 zu sehen und in einem mittleren Bildbe- reich ein Querschnitt des Lichtelements 70. In einem unteren Bildbereich ist ein optisches Sende-/Empfangsmodu! angeordnet, das einen Lichtsender 92 und Lichtempfänger 94 aufweist. Zur Veranschaulichung ist weiterhin die Symmetrieachse 74 angedeutet.
Der Lichtsender oder Lichtemitter 92 ist exemplarisch kreisringförmig ausgeführt und un- terhalb des zweiten Abschnitts 72 des zweiten Lichtkanals 60 angeordnet.
Der Lichtemitter 92 kann je nach Querschnittsform des dazugehörigen Lichtleiters eine oder mehrere modulierbare Lichtquellen (z. B. LED, Laserdiode... ) aufweisen. Bei einem kreisförmigen Querschnitt können die Lichtquellen z. B. ringförmig angeordnet sein. Ge- mäß einem Anwendungsbeispiel umfasst der Lichtemitter 92 8 oder 7 ringförmig oder äquidistant angeordnete LEDs, aber auch eine andere Anzahl ist denkbar.
Über jeder Lichtquelle kann eine zusätzliche Optik 98 (z. B. plankonvex, plankonkav, As- phären, Fresnel-Linsen, Diffusor) angeordnet sein.
Der Lichtempfänger oder Photodetektor 94 ist exemplarisch kreisförmig ausgeführt und unterhalb des zweiten Abschnitts 64 des ersten Lichtkanals 50 angeordnet. In anderen Worten ist der Photodetektor 94 unter dem Empfangslichtleiter angeordnet. Der Photodetektor 94 kann mit einer zusätzlichen Optik 96 (z. B. plankonvex, plankonkav, Asphären, Fresnel-Linsen, Diffusor) über einem Lichteintrittsfenster, das einem unteren Ende des zweiten Abschnitts 64 entsprechen kann, ausgestattet sein.
Bei jeder der (optionalen) Optiken 98 und 98 kann es sich beispielsweise um eine Linse oder eine Linsenkombination oder ein wellenlängenselektives Filter handeln. Alternativ können die Optiken 96 und 98 auch ausgeformt sein, um eine gezielte Bündelung von Licht zu ermöglichen. Ebenfalls denkbar ist die Verwendung von Fresnel-Linsen oder Dif- fusoren. Zwischen den Optiken 98 und 98 und dem jeweiligen Lichtkana! kann beispielsweise eine Beschichtung oder ein Luftspalt angeordnet sein. Die Verwendung eines Luftspalts kann dabei in einer erhöhten Anzahl von Freiheitsgraden resultieren. Das Lichtelement 70 kann auch an einem jeweils anderen Ende des ersten Lichtkanals 50 bzw. des zweiten Lichtkanals 80 optionale Optiken 97 bzw. 99 aufweisen. Diese sind hier linsenförmig (mittlerer Bildbereich) bzw. kreisringförmig (oberer Bildbereich) angedeutet, können jedoch auch anders aufgebaut sein. Das Lichtelement 70 weist hier exemplarisch eine Gesamthöhenerstreckung 81 von 4 cm auf. Alternativ kann diese im Bereich zwischen 3 cm und 5 cm liegen. Der erste Abschnitt 62 des ersten Lichtkanals 50 weist eine Höhenerstreckung 83 von 0,75 cm auf, die alternativ mit einer Toleranz von +/-0.25 cm ausgeführt sein kann. Eine Gesamtbreitenerstreckung 85 des Lichtelements 70 im oberen Bildbereich kann mit 5 cm bemaßt sein (alter- nativ im Bereich von 4 cm bis 6 cm), während sich für eine Gesamtbreitenerstreckung 87 im unteren Bildbereich 2 bis 4 cm ergeben können. Dabei beträgt eine Breitenerstreckung 89 des zweiten Abschnitts 64 des ersten Lichtkanals 50 (und des reflexiven Elements 66) 2 cm (in einem Toleranzbereich von +/- 0,5 cm), während eine weitere Breitenerstreckung 91 , die hier eine Breitenerstreckung des zweiten Abschnitts 72 des zweiten Lichtkanals 60 oder eine Breitenerstreckung der Optik 98 sein kann, exemplarisch 1 ,5 cm beträgt. Auch hier ist ein Toleranzbereich von +/-0.5 cm denkbar.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die ersten und die zweiten Abschnitte des ersten Lichtkanals und des zweiten Lichtkanals weiterhin so dimensioniert, dass Enden der Abschnitte auf gleicher Höhe bezüglich einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung innerhalb einer Toleranz von +/- 5 mm angeordnet sind.
Das hier gezeigte Lichtelement 70 zeichnet sich dadurch aus, dass für den Aufbau sowohl Sender und Empfänger ausgeführt werden. In einer alternativen Ausführungsform wird optional nur der Sender ausgeführt. In einer weiteren alternativen Ausführungsform wird nur der Empfänger ausgeführt.
Das Lichtelement 70 kann für die optische drahtlose Kommunikation eingesetzt werden. Aus der hier gezeigten Ausführungsform können sich dabei verschiedene Vorteile erge- ben: Es sind hohe Datenraten bei einem kleinen Formfaktor realisierbar, der Lichtempfän- ger kann mit einer hohen Sensitivität gebaut werden und einen hohen Dynamikbereich aufweisen, und die Herstellung ist einfach.
Es sei ferner erwähnt, dass handelsübliche Lichtsender oder -Empfänger häufig einen Öffnungswinkel von ca. 5° - 10° aufweisen, der durch einen Lichtkanal ohne die Verwendung komplexer oder schwerer Optiken vergrößert werden kann. Dies kann je nach gewünschter Applikation sehr vorteilhaft sein.
Ebenfalls vorteilhaft ist, dass ein Lichtempfänger eine kleine Fläche und damit eine kleine Eingangskapazität aufweisen kann. Hieraus kann eine hohe Datenrate einer optischen Übertragung resultieren.
Fig. 6 zeigt eine schematische Ansicht eines Lichtelements 100, das einen inneren Lichtkanal 102 sowie einen äußeren weiteren Lichtkanal 104 aufweist. In einem oberen Bildbe- reich ist eine Aufsicht auf das komplette Lichtelement 100 zu sehen. Hier wird deutlich, dass ein Öffnungswinkel für den inneren Lichtkanal 102 von ca. 60° ergibt. Weiterhin ist der erste Abschnitt 106 des ersten Lichtkanals 102 also so ausgeführt, dass er einen kreissektorförmigen Querschnitt aufweist. Die gezeigte Konfiguration kann man daher auch als Scheibensegment bezeichnen. Alternativ kann das Segment auch asphärisch aufgebaut sein (z. B. elliptisch, freiform... ). Dies kann beispielsweise für gerichtete optische Übertragungen über möglichst lange Strecken vorteilhaft sein.
In die Öffnung des Scheibensegmentes einfallendes Licht wird mittels eines reflexiven Elementes 108 umgelenkt, so dass es auf einen unter dem ersten Lichtkanal 102 ange- ordneten optischen Empfänger 1 12 fallen kann. Über dem optischen Empfänger 1 12 angeordnet ist weiterhin eine Optikanordnung 1 14. Das Licht kann durch diese Optikanordnung und durch eventuell einen Luftspalt (zwischen Optikanordnung 1 14 und Empfangslichtleiter 102) hindurchtreten. In einem unteren Bildbereich zu sehen ist ein optischer Sender 1 18, der ausgebildet ist, um Licht auszusenden und dieses in den Lichtleiter 104 einzukoppeln. Das Licht kann dabei über die optionale Optikanordnung 1 18 in seinen Eigenschaften verändert werden. Es ergeben sich sowohl für die optische Sende- als auch die optische Empfangsstrecke jeweils eine senkrechte Ablenkung des Lichtes. Die gezeigte Ausführungsform ist vorteilhaft, da sowohl der optische Sender 1 16 als auch der optische Empfänger 1 12 sowie die optionalen Optikanordnungen 1 14 und 1 18 nicht oder nur mit erschwertem Aufwand quer eingebaut werden können. Es ergibt sich also ein kleiner Formfaktor und eine einfachere Handhabung für das gezeigte Lichtelement 100. Fig. 7 zeigt als weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiei eine schematische Ansicht eines Lichtelement 120 mit einem Lichtkanaisystem, das zwei Scheibensegmente 122 und 124 aufweist. Es wird also ein Sammeln von Licht aus zwei unterschiedlichen Richtungen ermöglicht. Das Lichtelement 120 umfasst weiterhin einen Lichtempfänger oder Fotodetektor 126. Darüber angeordnet ist abermals eine Optikanordnung 128. Diese kann jetzt beispielsweise ein wellenlängenselektives Filter umfassen, um Licht aus dem linken Scheibensegment 122 oder dem rechten Scheibensegment 124 zu filtern. Gemäß einem Ausführungsbeispiei kann beispielsweise Licht mit einer Wellenlänge von 640 nm, 980 nm, 1330 nm oder 1500 nm unterschieden oder gefiltert werden. Denkbar ist ebenfalls, dass Licht mit einer Wellenlänge von 840 nm mit einer Toleranz von +/- 40 nm gezielt gefiltert wird.
Fig. 8 zeigt eine schematische Ansicht eines Lichtelements 130, das wiederum zwei Scheibensegmente 132 und 134 aufweist. Diese sind nun jedoch nicht mehr kreissektor- förmig ausgebildet, sondern (drei-) eckig. Es ergibt sich also ein eckiger Querschnitt des äußeren Lichtleiters, aus dem eine homogene Lichtstrahlausformung resultieren kann. Dies kann bspw. für ungerichtete optische Übertragungen über eine z. B. kurze Strecke vorteilhaft sein, da diese Anordnung die Lichtstreuung verstärkt.
Fig. 9 zeigt als ein weiteres Ausführungsbeispiei eine schematische Ansicht eines Lichtelements 140, das nun vier einzelne Segmente 142, 144, 148 und 148 aufweist. Diese einzelnen Segmente können zu einem oder mehreren Pärchen zusammengefasst werden. Beispielsweise können die Teilsegmente 142 und 144 sowie die Teilsegmente 146 und 148 jeweils zu einem Pärchen zusammengefasst werden. Die Segmentpärchen können Licht auf ein und denselben Empfänger koppeln.
Fig. 10 zeigt eine schematische Ansicht eines Lichtelements 150, das wie in der vorhergehenden Figurenbeschreibung über vier Einzelsegmente 142 bis 148 verfügt. An der Stelle des Empfangslichtleiters sind nun jedoch exemplarisch zwei Empfangslichtleiter oder Fotodetektoren 152 und 154 angeordnet. Darüber jeweils angeordnet ist eine jeweilige Optik 158 bzw. 158. Das Lichtelement 150 ist damit ausgebildet, um Licht aus verschiedenen Richtungen zu empfangen und jeweils auf einen separaten Fotodetektor zu koppeln. Dies kann beispielsweise auch so geschehen, dass das Licht vermittels der Op- tikanordnungen 158 oder 158 nach Wellenlängen gefiltert wird (z. B. kann eine Aufteilung erfolgen in: Sichtbares Licht, Infrarotes Licht... ). Ebenfalls denkbar ist eine Ausbildung der Fotodetektoren 152 und 154 dergestalt, dass z. B. auf mehreren Kanälen parallel gesendet und empfangen werden kann. Alternativ können pro Segment oder Segmentpärchen mehrere Fotodetektoren für unterschiedliche Wellenlängen zugewiesen sein. Zusammengefasst ermöglicht das Lichtelement 150 also eine gerichtete mehrkanaiige, optische Übertragung. Vorteilhaft kann dies z. B. bei Industrieanwendungen sein. Denkbar ist eine Verwendung eines Lichtelements z. B. für Fließbandsteuermaschinen bzw. deren drahtlose Kommunikation untereinander. Es ist ferner zu erwähnen, dass die optischen Empfänger 152 und 154 so angeordnet sind, dass im Wesentlichen kein Licht von einem äußeren Lichtkanai in den jeweiligen Lichtempfänger koppelbar ist.
Die vorliegende Erfindung wurde oben anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele erläutert. Die vorliegende Erfindung ist aber nicht hierauf beschränkt. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen können Lichtleiter einen kompletten kreisförmigen Querschnitt haben oder aber nur aus einem Scheibensegment oder mehreren Scheibensegmenten bestehen. Analoges gilt für alle n-eckigen Querschnitte.
Besteht der Lichtleiter aus Segmenten, können diese zu einem oder mehreren Pärchen zusammengefasst werden.
Lichtleiter können das Licht durch eine schräge Fläche bzw. ein reflexives Element senkrecht ablenken. Alternativ kann das Licht in einem anderen Winkel abgelenkt werden. Lichtleiter können an den Ein- und Austrittsöffnungen Optiken aufweisen (z. B. plankonvex, plankonkav, Asphären, Fresnel-Linsen, Diffusor), entweder an Eintritts- und/oder Austrittsöffnung. Dadurch kann der Lichtweg sowohl bezüglich einem Lichtemitter oder einem Photodetektor als auch bezüglich Umgebung (Abstrahlkegel bzw. Empfangskegel) angepasst werden.
Lichtleiter können an den Ein- und Austrittsöffnungen Filter aufweisen, um nur bestimmte Wellenlängen zu transportieren.
Die Lichtleiter von Sender und Empfänger werden vorzugsweise ineinander gesteckt, so dass der Austritt des Senders unter dem Eintritt des Empfänger ist, Die Lichtkanäle können auch einstückig ausgeführt sein, so dass eine Außenwand des Empfangs-Lichtkanais gleichzeitig eine Innenwand des Sender-Lichtkanals ist. Dann ist die Innenseite der Lichtkanäle reflektierend beschichtet. Der Photodetektor kann mit einer zusätzlichen Optik (z. B. plankonvex, plankonkav, As- phären, Fresnel-Linsen, Diffusor) über dem Lichteintrittsfenster ausgestattet sein.
Besteht der Lichtleiter aus Scheibensegmenten, kann das Licht der einzelnen Segmente auf einen Photodetektor geleitet werden. Alternativ kann für jedes Segment und/oder Segmentpärchen ein einzelner Photodetektor zugewiesen werden. Diese einzelnen Photodetektoren (für jedes Segment/Segmentpärchen) können die gleiche Wellenlänge oder verschiedene Wellenlängen aufweisen, um z. B. auf mehreren Kanälen parallel zu empfangen. Alternativ können pro Segment/Segmentpärchen mehrere Photodetektoren für unterschiedliche Wellenlängen zugewiesen sein.
Der Lichtsender bzw. Lichtemitter kann je nach Querschnittsform des dazugehörigen Lichtleiters eine oder mehrere modulierbare Lichtquellen (z. B. LED, Laserdiode... ) aufweisen. Bei einem kreisförmigen Querschnitt können die Lichtquellen z. B. ringförmig angeordnet sein.
Über jeder Lichtquelle kann eine zusätzliche Optik (z. B. plankonvex, plankonkav, Asphä- ren, Fresnel-Linsen, Diffusor) angeordnet sein.
Besteht der Lichtleiter aus Scheibensegmenten, kann das Licht der einzelnen Segmente durch parallel angesteuerte Lichtemitter erzeugt werden. Alternativ kann für jedes Segment und/oder Segmentpärchen ein einzelner Lichtemitter (oder eine Mehrzahl von Lichtemittern oder ein Lichtemitterarray) zugewiesen werden. Diese einzelnen Lichtemitter können die gleiche Wellenlänge oder verschiedene Wellenlängen aufweisen, um z. B. auf mehreren Kanälen parallel zu senden. Alternativ können pro Segment/Segmentpärchen mehrere Lichtemitter für unterschiedliche Wellenlängen zugewiesen sein.

Claims

Patentansprüche
Lichtkanal (10; 20; 30; 50; 60; 102; 104) zum Leiten von Licht, mit; einem ersten Abschnitt (18; 34; 48; 82; 88; 106), der sich in eine erste Richtung (18) erstreckt, einem zweiten Abschnitt (14; 36; 52; 64; 72), der sich in eine zweite Richtung (18; 76), die sich von der ersten Richtung unterscheidet, erstreckt, und einem reflexiven Element (22; 46; 47; 66; 71 ; 108), um Licht aus dem ersten Abschnitt in den zweiten Abschnitt oder aus dem zweiten Abschnitt in den ersten Abschnitt umzulenken, wobei der erste Abschnitt eine erste Breitenerstreckung (24; 38; 85) aufweist, die größer als eine zweite Breitenerstreckung (28; 44; 87; 89) des zweiten Abschnitts ist, und wobei eine erste Längenerstreckung (26; 54; 89; 91 ) des ersten Abschnitts kleiner als die erste Breitenerstreckung des ersten Abschnitts ist, und wobei die zweite Breitenerstreckung des zweiten Abschnitts zumindest so groß wie eine zweite Längenerstreckung des zweiten Abschnitts ist, und wobei eine Innenseite des Lichtkanals für das Licht reflektierend ausgebildet ist, oder wobei ein Material, aus dem der Lichtkanal ausgebildet ist, eine Totalreflexionseigenschaft aufweist.
Lichtkanal (20; 30; 50; 80) gemäß Anspruch 1 , wobei sich die erste Breitenerstreckung oder die zweite Breitenerstreckung entlang einer Krümmung oder eines Kreisumfangs erstreckt,
Lichtkanal (20; 50) gemäß Anspruch 2, wobei der erste Abschnitt oder der zweite Abschnitt einen annähernd kreissektorförmigen oder kreisförmigen Querschnitt aufweist.
Lichtkanal (30; 60) gemäß Anspruch 2, wobei der erste Abschnitt oder der zweite Abschnitt einen annähernd kreisringse torförmigen oder kreisringförmigen Querschnitt aufweist.
Lichtkanal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Richtung und die zweite Richtung zumindest in einem Toleranzbereich von +/- 5° orthogonal zueinander angeordnet sind.
Lichtkanal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das reflexive Element eine schräge Wand des Lichtkanals zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt ist.
Lichtkanal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lichtkanal aus einem Kunststoff gebildet ist und innen reflexiv beschichtet ist, oder der aus dem Material mit der Totalreflexionseigenschaft gebildet ist, wobei das reflexive Element spiegelnd ausgebildet ist.
Lichtkanal (50; 60) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der erste Abschnitt zwischen 0,5 und 2 cm lang ist, bei dem der zweite Abschnitt zwischen 3 und 5 cm lang ist, bei dem die zweite Breitenerstreckung zwischen 0,75 und 3 cm liegt, oder bei dem die zweite Breiten- erstreckung zwischen 2 und 4 cm liegt.
Lichtkanal {50; 60) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der erste Abschnitt kreisförmig ist und die erste Richtung radial ist, wobei das reflexive Element durch eine kreisrunde zentral angeordnete Abschrägung gebildet ist, oder bei dem der erste Abschnitt kreisringförmig ist und das reflexive Element durch eine innere kreisrunde Fase gebildet ist.
10, Lichtkanal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der an einem Ende des ersten Abschnitts, das nicht mit dem zweiten Abschnitt verbunden ist, eine Optikanordnung (96; 97; 98; 99; 1 14; 1 18; 128; 156; 158) zum Beeinflussen einer Abstrahlcharakteristik oder einer Empfangscharakteristik des Lichtkanals, oder ein wellenlängenselektives Filter aufweist.
1 1 , Lichtkanalsystem (40), mit folgenden Merkmalen; einem ersten Lichtkana! (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der erste Abschnitt des ersten Lichtkanals kreissektorförmig oder kreisförmig ist; einem zweiten Lichtkanal (60) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der erste Abschnitt des zweiten Lichtkanais kreissektorförmig oder kreisförmig ist, wobei der zweite Abschnitt des ersten Lichtkanals größer als der zweite Abschnitt des zweiten Lichtkanals ist, oder wobei der erste Abschnitt des ersten Lichtkanals größer als der erste Abschnitt des zweiten Lichtkanals ist, wobei der zweite Lichtkanal neben dem ersten Lichtkanal angeordnet ist, oder wobei der zweite Lichtkana! einen kreisringförmigen ersten Abschnitt hat, wobei der erste Lichtkanal einen kreisförmigen Abschnitt hat, der von dem kreisringförmigen Abschnitt des zweiten Lichtkanals umgeben ist.
12. Lichtkanalsystem (40) nach Anspruch 1 1 , bei dem eine Außenwand des zweiten Abschnitts des ersten Lichtkanals (50) eine Form hat, die an eine Form einer Innenwand des zweiten Abschnitts des zweiten Lichtkanals (60) angepasst ist, so dass der erste Lichtkanal (50) und der zweite Lichtkana! (80) aneinander anliegend angeordnet sind.
13. Lichtkanalsystem (40) nach einem der Ansprüche 1 1 oder 12, bei dem die ersten Abschnitte und die zweiten Abschnitte des ersten Lichtkanals und des zweiten Lichtkanals so dimensioniert sind, dass Enden der Abschnitte auf gleicher Höhe bezüglich der ersten Richtung und der zweiten Richtung innerhalb einer Toleranz von ±5 mm angeordnet sind.
Lichtelement (70; 100; 120; 130; 140; 150), mit folgenden Merkmaien: einem Lichtsender (92; 1 16) oder einem Lichtempfänger (94; 1 12; 128; 152; 154); und einem Lichtkanal nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Lichtkanal so bezüglich des Lichtsenders oder des Lichtempfängers angeordnet ist, dass Licht an einem Ende des zweiten Abschnitts, das nicht mit dem ersten Abschnitt verbunden ist, einkoppelbar ist.
Lichtelement nach Anspruch 14, das ferner folgende Merkmale aufweist: einen weiteren Lichtkanal nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Lichtsender an einem Ende des zweiten Abschnitts des Lichtkanals angeordnet ist, das nicht mit dem ersten Abschnitt des Lichtkanals verbunden ist, und wobei der Lichtempfänger an einem Ende des zweiten Abschnitts des weiteren Lichtkanals angeordnet ist, das nicht mit dem zweiten Abschnitt des weiteren Lichtkanals verbunden ist.
16. Lichtelement (70) nach Anspruch 15, bei dem der Lichtkanal in den weiteren Lichtkanal gesteckt ist, wobei der Lichtsender kreisringförmig ist und der Lichtempfänger kreisförmig ist. wobei der Lichtempfänger innerhalb des kreisringförmigen Lichtsenders angeordnet ist. und wobei der Lichtsender und der Lichtempfänger so bezüglich des Lichtkanals und des weiteren Lichtkanals angeordnet sind, dass Licht von dem Lichtsender in den Lichtkanal einkoppelbar ist, und dass Licht aus dem weiteren Lichikanat auskoppelbar ist und auf den Lichtempfänger fallen kann.
Lichtelement (120; 130; 140; 150) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, bei dem der Lichtkanal und der weitere Lichtkanal jeweils wenigstens zwei Scheibensegmente (122; 124; 132; 134; 142; 144; 146; 148) aufweisen, wobei der weitere Lichtkanal Licht von beiden Scheibensegmenten sammelt, und wobei ein Lichtempfänger angeordnet ist. so dass das Licht von beiden Scheibensegmenten auf ein und denselben Lichtempfänger koppelbar ist.
18. Lichtelement (120; 130; 140; 150) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, bei dem der weitere Lichtkanal lediglich höchstens ein halbkreisförmiges Scheibensegment umfasst und noch ein weiterer Lichtkanal nach einem der Ansprüche 1 bis 10 vorhanden ist, der ebenfalls höchstens ein halbkreisförmiges Scheibensegment umfasst, wobei ein Lichtempfänger so bezüglich des weiteren Lichtkanals angeordnet ist. dass Licht aus dem weiteren Lichtkanal auf den Lichtempfänger koppelbar ist, und wobei ein weiterer Lichtempfänger so bezüglich des noch weiteren Lichtkanals angeordnet ist, dass Licht aus dem noch weiteren Lichtkanal auf den weiteren Lichtempfänger koppelbar ist, wobei jedoch im Wesentlichen kein Licht von dem noch weiteren Lichtkanal in den weiteren Lichtempfänger oder kein Licht von dem noch weiteren Lichtkanal in den Lichtempfänger koppelbar ist.
19. Verfahren zum Herstellen eines Lichtkanals nach Anspruch 1 , eines Lichtkanalsystems nach Anspruch 1 1 oder eines Lichtelements nach Anspruch 14.
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