DE19921091C2

DE19921091C2 - Diffuser

Info

Publication number: DE19921091C2
Application number: DE1999121091
Authority: DE
Inventors: Volker Jungnickel; Volker Pohl; Rainer Hentges; Clemens Helmolt
Original assignee: Fraunhofer Institut fuer Nachrichtentechnik Heinrich Hertz Institute HHI
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1999-04-30
Filing date: 1999-04-30
Publication date: 2001-05-31
Anticipated expiration: 2019-05-01
Also published as: DE19921091A1

Description

Die Erfindung geht aus von einem Diffusor, aufweisend eine Hohlkugel mit einem Durchmesser, deren Innenwand mit einem eine hohe Reflektivität aufweisenden Material versehen ist, die Mittel zum Einbringen von Signalen einer Signalquelle in die Hohlkugel und mindestens eine Öffnung mit einer Fläche für den Austritt der in der Hohlkugel vielfach reflektierten Signale aufweist.The invention is based on a diffuser having a hollow sphere a diameter whose inner wall has a high reflectivity material is provided, the means for introducing signals a signal source in the hollow sphere and at least one opening with a Area for the exit of the signals which are often reflected in the hollow sphere having.

Die Erfindung eignet sich für die Anwendung in der drahtlosen optischen Kommunikation, bei der häufig ein Diffusor benötigt wird, der die verfügbare Sendeleistung möglichst gleichmäßig über die zu versorgende Picozelle (Büro, Werkhalle usw.) verteilt.The invention is suitable for use in wireless optical Communication that often requires a diffuser to match the available one Transmitting power as evenly as possible via the picocell to be supplied (Office, workshop, etc.) distributed.

Ein oben erwähnter Diffusor ist im Lexikon der Physik, Hrsg. H. Franke, Franckh'sche Verlagshandlung Stuttgart, 3. Auflage 1969, Seite 931, "Kugelphotometer" beschrieben und umfasst eine Hohlkugel mit einem Durchmesser von 0,5 bis 3 m, die innen mattweiß angestrichen ist und nur eine kleine Austrittsöffnung im Vergleich zur Kugelfläche aufweist, aus der das vielfach in der Hohlkugel reflektierte Licht austritt. Das Kugelphotometer dient der Messung des Gesamtlichtstroms einer Lichtquelle (Strahlungsintegration), die in das Innere der Hohlkugel gebracht und deren nach allen Seiten ausgestrahltes Licht vielfach diffus reflektiert wird.A diffuser mentioned above is in the Lexicon of Physics, ed. H. Franke, Franckh'sche Verlagshandlung Stuttgart, 3rd edition 1969, page 931, "Spherical photometer" described and includes a hollow sphere with a Diameter from 0.5 to 3 m, which is painted matt white on the inside and only has a small outlet opening compared to the spherical surface from which the light that is often reflected in the hollow sphere emerges. The spherical photometer is used to measure the total luminous flux of a light source (Radiation integration), which are brought into the interior of the hollow sphere and their light emitted on all sides is often reflected diffusely.

Zur optoelektronischen Bestimmung des gerichteten und gestreuten Anteils der Reflexion von diffus beleuchteten Körperoberflächen ist in DE 44 23 698 eine spezielle Messanordnung beschrieben. Hierbei wird durch eine oder mehrere Lichtquellen in einem innen weiß ausgelegten Hohlkörper diffuses Licht an der Probe/Messsensor erzeugt.For optoelectronic determination of the directional and scattered portion the reflection of diffusely illuminated body surfaces is in DE 44 23 698 described a special measuring arrangement. Here is by an or several light sources in a hollow white diffuse interior Light generated on the sample / measuring sensor.

Aus dem Gesamtkatalog der Firma Spindler & Hoyer G3, Bestellnummer 65 00 20, S. C20-C21 sind Oberflächenstreuscheiben, Volumenstreuscheiben und Überfangstreuscheiben, also Diffusoren, bekannt.From the general catalog of Spindler & Hoyer G3, order number 65 00 20, p. C20-C21 are surface spreading discs, volume spreading discs and Overlay diffusers, known as diffusers.

Bei den Oberflächenstreuscheiben, die sich zwar einfach realisieren lassen und deren Streuwinkel durch die Korngröße des Mattglases eingestellt werden kann, lassen sich keine weit geöffneten Sendekeulen realisieren. Volumenstreuscheiben aus Opalglas haben einen relativ großen Abstrahlwinkel, jedoch ist die Abstrahlcharakteristik wellenlängenabhängig und der Abstrahlwinkel ist meist kleiner als beim Lambertstrahler (Lambertstrahler haben eine richtungsunabhängige Strahlungsdichte. Aus der cosinus-förmigen Intensitätsverteilung resultiert ein Abstrahlwinkel 120°). Die Überfangstreuscheiben garantieren auch bei starkem Streulicht große Bildhelligkeit, weisen eine reflexfreie Oberfläche sowie hohen Kontrast und gute Helligkeitsverteilung ohne "hot spots" auf. Sie realisieren aber nur einen kleinen Streuwinkel, und es entstehen Verluste durch die wellenlängenabhängige Absorption, da sie in Durchstrahlgeometrie eingesetzt sind.Both Surface spreading discs that are easy to implement and their Scattering angle can be adjusted by the grain size of the frosted glass, no wide open transmission lobes can be realized. Volume lenses made of opal glass have a relatively large one Beam angle, however, the radiation characteristic depends on the wavelength and the beam angle is usually smaller than with the Lambert radiator (Lambert radiators have a directionally independent radiation density Cosine-shaped intensity distribution results in a radiation angle of 120 °). The overlay spreading discs guarantee large ones even with strong scattered light Image brightness, have a non-reflective surface and high contrast and good brightness distribution without "hot spots". But you only realize one small scattering angle, and there are losses due to the wavelength-dependent absorption, since it is used in transmission geometry are.

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

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

Die Aufgabe wird bei einem Diffusor der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Durchmesser (D) der Hohlkugel, die Fläche (A_e) des transparenten Bereichs L_e und die Reflektivität (Reflexionsvermögen) (ρ) des Materials der Innenwand der Hohlkugel des Diffusors für die Mobilkommunikation bei Vorgabe des Wirkungsgrades (η) und der oberen Grenzfrequenz (f₀) der Übertragung bestimmt sind aus der Lösung der Gleichungen
The object is achieved according to the invention in a diffuser of the type mentioned at the outset in that the diameter (D) of the hollow sphere, the area (A _e ) of the transparent region L _e and the reflectivity (reflectivity) (ρ) of the material of the inner wall of the hollow sphere Diffusers for mobile communication when specifying the efficiency (η) and the upper limit frequency (f ₀ ) of the transmission are determined from the solution of the equations

wobei gilt A_K = πD²; A_L = A_i + A_e; a = A_e/A_L,
where A _K = πD ² ; A _L = A _i + A _e ; a = A _e / A _L ,

Hierbei ist D - der Innendurchmesser der Hohlkugel, A_K - die Oberfläche der vollständigen Hohlkugel, A_L - die Gesamtfläche aller Löcher in der Kugelwand, A_i - Fläche des Eintrittslochs, A_e - Fläche des transparenten Austrittsbereiches, t_m - die mittlere Flugzeit eines Photons zwischen zwei Reflexionen in der Kugel, τ - die Zeitkonstante, η - der Wirkungsgrad, f₀ - die obere Grenzfrequenz der Übertragung, ρ - die Reflektivität der Kugelinnenwand und c - die Lichtgeschwindigkeit ist. Here D - is the inside diameter of the hollow sphere, A _K - the surface of the complete hollow sphere, A _L - the total area of all holes in the wall of the sphere, A _i - area of the entry hole, A _e - area of the transparent exit area, t _m - the mean flight time of a photon between two reflections in the sphere, τ - the time constant, η - the efficiency, f ₀ - the upper limit frequency of the transmission, ρ - the reflectivity of the inner wall of the sphere and c - the speed of light.

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

α_H(f) = 10 log[η] - 5 log[1 + (f/f₀)²] und
α _H (f) = 10 log [η] - 5 log [1 + (f / f ₀ ) ² ] and

ϕ_H(f) = -arctan(f/f₀).ϕ _H (f) = -arctane (f / f ₀ ).

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

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

In Ausführungsformen der Erfindung ist bei dem Diffusor für die optische Mobilkommunikation das Mittei zum Einbringen der Sendesignale eine Eintrittsöffnung in der Hohlkugel, an der der optische Ausgang der Sendequelle angeordnet ist und die Signale in die Hohlkugel überträgt, oder aus der in der Hohlkugel angeordneten Sendequelle gebildet. Vorzugsweise ist als Sendequelle ein Laser oder eine Leuchtemitterdiode eingesetzt. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Eintrittsöffnung und die Austrittsöffnung in der Hohlkugel axialsymmetrisch angeordnet sind.In embodiments of the invention, the diffuser for the optical Mobile communication means the introduction of the transmission signals Entry opening in the hollow sphere at which the optical output of the Transmitting source is arranged and transmits the signals into the hollow sphere, or formed from the transmission source arranged in the hollow sphere. Preferably a laser or a light emitting diode is used as the transmission source. In a further embodiment of the invention provides that the Inlet opening and the outlet opening in the hollow sphere axially symmetrical are arranged.

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

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

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

- The time constant decreases with increasing coupling area, what means that the bandwidth increases with larger outlet opening (applies general, d. H. applicable to "undisturbed" and "disturbed" diffuser);
- Both the efficiency and the bandwidth for smaller ones Outlet openings become smaller (also applies generally);
- Apart from very high frequencies, the transfer function is practical is independent of the beam angle (also applies in general);
- The larger the disc and the stronger the outlet opening through the Lens is covered, the longer the photons stay in the Hollow sphere and the greater the time constant and the smaller becomes the bandwidth because - as already mentioned - the time constant is inversely proportional to the upper limit frequency of the transmission (applies - like the following statements - for the "disturbed" Diffuser);
- If there is a lens, the efficiency decreases (here it becomes clear that you have to accept losses, because despite the high Reflectivity is a significant part of the performance in the sphere because of the Multiple reflections are lost);
- The efficiency decreases with increasing diameter of the Lens;
- The radiation characteristics of the hollow sphere can be homogenized both by increasing the diameter of the lens and by moving the lens closer to the outlet opening;
- The smaller the radiation pattern, the more homogeneous it is Exit opening is compared to the lens;
- For a large opening angle, the largest possible diffuser is to choose.

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

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

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

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

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

Claims

1. Diffuser, having a hollow sphere with a diameter, the inner wall of which is provided with a material having a high reflectivity and the means for introducing signals from a signal source into the hollow sphere and at least one transparent area with an area for the exit of the hollow sphere in many cases has reflected signals, characterized in that the diameter (D), the area (A _e ) of the transparent region (L _e ) and the reflectivity (reflectivity) (ρ) of the material of the inner wall of the hollow sphere ( 1 ) of the diffuser for the optical Mobile communication when specifying the parameters efficiency (η) and upper limit frequency of transmission (f ₀ ) is determined from the solution of the equations
where A _K = πD ² ; A _L = A _i + A _e ; a = A _e / A _L ,
and where A _K - the surface of the complete hollow sphere, A _L - the total area of all holes in the sphere wall, A _i - area of the entrance hole, t _m - the mean flight time of a photon between two reflections in the sphere, τ - the time constant, η - the efficiency, f ₀ - the upper limit frequency of the transmission, c - the speed of light.

2. Diffuser according to claim 1, characterized in that the means for introducing the signals is an inlet opening (L _i ) in the hollow sphere ( 1 ), at which the optical output of the transmission source is arranged and transmits the signals into the hollow sphere ( 1 ) .

3. Diffuser according to claim 1, characterized in that the signal source is arranged in the hollow sphere ( 1 ).

4. Diffuser according to claim 2 or 3, characterized in that the signal source is a laser.

5. Diffuser according to claim 2 or 3, characterized in that the signal source is a luminescent diode.

6. Diffuser according to claim 2, characterized in that the inlet opening (L _i ) and the transparent region (L _e ) in the hollow sphere ( 1 ) are arranged axially symmetrically.

7. Diffuser according to claim 1, characterized in that in the hollow ball ( 1 ) at least one diffuser ( 2 ) is arranged.

8. Diffuser according to claim 7, characterized in that the at least one lens ( 2 ) in the center of the hollow sphere ( 1 ) or between the center and the transparent area L _{e of} the hollow sphere ( 1 ) is arranged.

9. Diffuser according to claim 8, characterized in that the diameter of the at least one diffuser ( 2 ) is designed as a function of the required homogenization of the radiation characteristic of the hollow sphere ( 1 ).

10. Diffuser according to claim 7, characterized in that at least one additional lens in the hollow sphere to improve the Beam pattern is arranged.

11. Diffuser according to claim 1, characterized in that the transparent region (L _e ) for the exit of the signals which are often reflected in the hollow sphere are formed over a large area and from a material which is partially transparent to the outside of the signals and diffusely reflecting inwards for the wavelength of the signals.

12. Diffuser according to claim 11, characterized in that the entire inner surface of the hollow sphere from one for the wavelength of the Transmit signals partially transparent to the outside and diffuse to the inside reflective material is formed.