DE102016115838A1 - LED and laser light coupling device and method of use - Google Patents

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Armando J. Lucrecio
Jiayin Ma
Martin Walter John Burmeister
Peter Chester
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Abstract

Techniken zur Lichtkopplung werden bereitgestellt. Insbesondere werden Systeme und Verfahren zur Bereitstellung von Kopplung von Licht, welches von einer oder mehreren LEDs abgestrahlt wird, mit Licht, welches durch eine optische Faser empfangen wird, präsentiert.Techniques for light coupling are provided. In particular, systems and methods for providing coupling of light emitted from one or more LEDs to light received through an optical fiber are presented.

Description

QUERVERWEIS ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS

Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Vorteile und die Priorität, unter 35 U.S.C. § 119(e), der vorläufigen U.S.-Anmeldungen Serien-Nr. 62/210,303, eingereicht am 26. August 2015, betitelt “Diffusive Optical Fiber as Ambient Light Sensors, Optical Signal Transceiver, Proximity Sensor;" 62/212,844, eingereicht am 1. September 2015, betitelt “Diffusive Optical Fiber as Ambient Light Sensors, Optical Signal Transceiver, Proximity Sensor;” 62/214,362, eingereicht am 4. September 2015, betitelt “Laser Charging and Optical Bi-Directional Communications Using Standard USB Terminals," und 62/216,861, eingereicht am 10. September 2015, betitelt “Diffusive Optical Fiber as Ambient Light Sensors, Optical Signal Transceiver, Proximity Sensor;” wobei deren gesamter Offenbarungsgehalt unter Verweisung auf alles, was sie lehren und zu sämtlichen Zwecken hiermit aufgenommen werden. The present application claims the advantages and priority, under 35 U.S.C. Section 119 (e), U.S. provisional applications Serial no. 62 / 210,303, filed August 26, 2015, titled "Diffusive Optical Fiber as Ambient Light Sensor, Optical Signal Transceiver, Proximity Sensor;" 62 / 212,844, filed Sep. 1, 2015, entitled "Diffusive Optical Fiber as Ambient Light Sensor," Optical Signal Transceiver, Proximity Sensor; 62 / 214,362, filed September 4, 2015, entitled "Laser Charging and Optical Bi-Directional Communications Using Standard USB Terminals," and 62 / 216,861, filed September 10, 2015, titled "Diffusive Optical Fiber as Ambient Light Sensor, Optical Signal Transceiver, Proximity Sensor; "all of whose contents are incorporated by reference to anything that they teach and for any purpose whatsoever.

Diese Anmeldung steht ebenfalls in Beziehung zu den provisorischen U.S.-Anmeldungen Serien-Nr. 62/214,362, eingereicht am 4. September 2015, betitelt "Laser Charging and Optical Bi-Directional Communications Using Standard USB Terminals," 62/193,037, eingereicht am 15. Juli 2015, betitelt “Remote Device Charging,” 62/195,726, eingereicht am 22. Juli 2015, betitelt “Remote Device Charging;” 62/197,321, eingereicht am 27. Juli 2015, betitelt “Device Communication, Charging and User Interaction”[.]This application is also related to U.S. Provisional Application Serial Nos. 62 / 214,362, filed September 4, 2015, entitled "Laser Charging and Optical Bi-Directional Communications Using Standard USB Terminals," 62 / 193,037, filed July 15, 2015, entitled "Remote Device Charging," 62 / 195,726 on July 22, 2015, titled "Remote Device Charging;" 62 / 197,321, filed July 27, 2015, titled "Device Communication, Charging and User Interaction" [.]

Diese Anmeldung steht ebenfalls in Beziehung zu mit den U.S.-Anmeldungen Serien-Nr. 14/937,553, eingereicht am 10. November 2015, betitelt "Laser and Optical Charging and Communications Device and Method of Use," 15/172,411, eingereicht am 3. Juni 2016, betitelt "Diffusive Optical Fiber Sensor and Communication Device and Method of Use;” 15/134,084, eingereicht am 20. April 2016, betitelt "Optical Communication and Charging Device and Method of Use," und 15/134,138, eingereicht am 20. April 2016, betitelt "Audio Transmission and Charging System and Method of Use.”This application is also related to U.S. Serial no. No. 14 / 937,553, filed November 10, 2015, titled "Laser and Optical Charging and Communications Device and Method of Use," 15 / 172,411, filed June 3, 2016, entitled "Diffusive Optical Fiber Sensor and Communication Device and Method of Use "15 / 134,084, filed April 20, 2016, titled 'Optical Communication and Charging Device and Method of Use,' and 15 / 134,138, filed April 20, 2016, titled" Audio Transmission and Charging System and Method of Use. "

Der gesamte Offenbarungsgehalt aller oben aufgelisteten Anmeldungen wird hiermit in ihrer Gesamtheit aufgenommen, unter Bezugnahme auf alles, was sie lehren und zu sämtlichen Zwecken. The entire disclosure of all applications listed above is hereby incorporated in their entirety, with reference to everything they teach and for all purposes.

ANWENDUNGSGEBIET FIELD OF USE

Die Offenbarung bezieht sich generell auf Lichtkopplung, wie Systeme und Verfahren, um von Leuchtdioden (LEDs) abgestrahltes Licht mit von einer optischen Faser empfangenem Licht zu koppeln. The disclosure generally relates to light coupling, such as systems and methods for coupling light emitted by light emitting diodes (LEDs) to light received from an optical fiber.

HINTERGRUND BACKGROUND

Bestehende Systeme, um Licht, welches von einer LED oder anderen weitgehend inkohärenten Quellen abgestrahlt wird, mit einer optischen Faser zu koppeln, sind von geringem Kopplungswirkungsgrad. Typische Kopplungswirkungsgrade solcher Lichtquellen mit relativ großer numerischer Apertur liegen weit unter 5 %. Im Gegensatz dazu liegen Kopplungswirkungsgrade von Lasern oder anderen hochkohärenten Lichtquellen gewöhnlich bei über 95 %. Es ist vorteilhaft, LEDs statt Laser als Faseroptiklichtquellen zu verwenden, da LEDs typischerweise günstiger zu betreiben und zu warten sind. Dennoch wurde die Verwendung von LEDs als Lichtquellen in Faseroptiken aufgrund der oben erwähnten Kopplungswirkungsgrade beschränkt. Es besteht daher Bedarf für ein System und ein Verfahren, um von LEDs abgestrahltes Licht mit von einer optischen Faser empfangenem Licht zu koppeln. Diese Offenbarung befriedigt diesen Bedarf. Existing systems for coupling light emitted from an LED or other largely incoherent sources to an optical fiber are of low coupling efficiency. Typical coupling efficiencies of such relatively large numerical aperture light sources are well below 5%. In contrast, coupling efficiencies of lasers or other highly coherent light sources are usually over 95%. It is advantageous to use LEDs rather than lasers as fiber optic light sources since LEDs are typically cheaper to operate and maintain. Nevertheless, the use of LEDs as light sources in fiber optics has been limited due to the above-mentioned coupling efficiencies. There is therefore a need for a system and method for coupling light emitted by LEDs to light received from an optical fiber. This disclosure satisfies this need.

Durch die Bereitstellung zusätzlichen Hintergrunds, Kontexts und um zusätzlich die Anforderungen an die schriftliche Beschreibung gemäß 35 U.S.C. § 112 zu erfüllen, werden die folgenden Druckschriften durch Verweisung in ihrer Gesamtheit aufgenommen: US. Pat. Veröff. Nr. 2007/0031089 nach Tessnow und U.S. Pat. Nr. 7,621,677 nach Yang. By providing additional background, context, and in addition to meeting the written description requirements of 35 USC § 112, the following references are incorporated by reference in their entirety: US. Pat. Publ. No. 2007/0031089 to Tessnow and US Pat. No. 7,621,677 to Yang.

Optische Fasern werden herkömmlich eingesetzt, um optische Wellen entlang oder zwischen Faserenden zu führen und auszubreiten. Eine übliche Anwendung umfasst das Anbringen oder Koppeln eines oder beider Enden einer optischen Faser mit einer Lichtquelle, wie einer LED oder einer Laserdiode. Traditionelle optische Fasern alias „normale“ optische Fasern halten Photonen einer Lichtquelle innerhalb der optischen Faser, typischerweise durch Umhüllen eines zylindrischen Kerns eines dielektrischen Materials mit einem Mantel. Die Photonen verbleiben innerhalb der Faseroptik, da der Brechungsindex des Kerns größer ist als der des Mantels. Optical fibers are commonly used to guide and propagate optical waves along or between fiber ends. A common application involves attaching or coupling one or both ends of an optical fiber to a light source, such as an LED or a laser diode. Traditional optical fibers, aka "normal" optical fibers, hold photons of a light source within the optical fiber, typically by surrounding a cylindrical core of a dielectric material with a cladding. The photons remain within the fiber optic because the refractive index of the core is greater than that of the cladding.

Im Gegensatz dazu erlaubt eine diffusive optische Faser einigen Photonen, über beabsichtigte Fehler im Mantel aus dem Faseroptikkern zu entweichen. Die Faseroptik kann dann als eine schmallinige Lichtquelle dienen, wenn eines oder beide Enden der optischen Faser mit einer Lichtquelle verbunden sind. Die Mantelfehler können durch jegliches von mehreren Mitteln ausgebildet sein, wie durch Oberflächenfehler auf der Faseroberfläche oder durch Materialfehler der Faser (wie beispielsweise durch das Corning FibranceTM Produkt bereitgestellt). Mit steigender Zufälligkeit und Anzahl der Fehler wird das Beleuchtungsmuster gleichmäßig rundstrahlend. In contrast, a diffusive optical fiber allows some photons to escape from the fiber optic core via intentional defects in the cladding. The fiber optic may then serve as a narrow light source when one or both ends of the optical fiber are connected to a light source. The clad defects may be formed by any of several means such as surface defects on the fiber surface or material defects of the fiber (such as provided by the Corning Fibrance ™ product). As the randomness and number of errors increase, the illumination pattern becomes evenly omnidirectional.

Ein unbeachtetes, aber wichtiges Merkmal diffusiver optischer Fasern ist die Fähigkeit von externem Licht, in die diffusive Faseroptik einzutreten (durch die oben erwähnten Fehler), zusätzlich zu Licht, das aus der diffusiven Faseroptik entweicht oder diese verlässt. Solch eine Konsequenz wird durch das umgekehrte Prinzip des Strahlengangs bereitgestellt. Wenn eine bestimmte diffusive optische Faser eine gleichmäßig rundstrahlende Beleuchtung produziert, dann wird die gleiche diffusive optische Faser auch optische Signale, Energie oder Photonen omnidirektional vom umgebenden oder externen Umfeld in die diffusive optische Faser durch die Faseroberfläche (beispielsweise durch Fehler im Mantel) empfangen. In Anerkennung dieser Entdeckung kann eine diffusive optische Faser (alias optischer Wellenleiter oder Faserwellenleiter) als omnidirektionaler Umgebungs- oder Externlichtsensor verwendet werden. In einer derartigen Konfiguration könnten optische Detektoren an Faserenden angeordnet werden, um optische Signale und/oder Energie des umgebenden Umfelds zu detektieren. Die empfangene optische Energie oder das empfangene optische Signal kann irgendeine optische Frequenz sein, sichtbar und infrarot eingeschlossen; IR-Erfassung kann besonders zum Erkennen von Bränden geeignet sein. An unnoticed but important feature of diffusive optical fibers is the ability of external light to enter the diffusive fiber optic (by the above-mentioned defects), in addition to light escaping or leaving the diffusive fiber optic. Such a consequence is provided by the reverse principle of the beam path. If a particular diffusive optical fiber produces uniformly omnidirectional illumination, then the same diffusive optical fiber will also receive optical signals, energy or photons omnidirectional from the surrounding or external environment into the diffusive optical fiber through the fiber surface (e.g., through defects in the cladding). In recognition of this discovery, a diffusive optical fiber (aka optical waveguide or fiber waveguide) can be used as an omnidirectional ambient or external light sensor. In such a configuration, optical detectors could be placed at fiber ends to detect optical signals and / or energy of the surrounding environment. The received optical energy or the received optical signal may be any optical frequency, visible and infrared included; IR detection may be particularly suitable for detecting fires.

Techniken für das Messen und die Kommunikation von Faseroptiklicht werden bereitgestellt. Speziell werden Systeme und Verfahren zur Bereitstellung von Sensoren und Kommunikationsvorrichtungen aus diffusiven optischen Fasern und Verfahren zur Anwendung offenbart. Techniques for measuring and communicating fiber optic light are provided. Specifically, systems and methods for providing diffusive optical fiber sensors and communication devices and methods of use are disclosed.

Durch die Bereitstellung zusätzlichen Hintergrunds, Kontexts und um zusätzlich die Anforderungen an die schriftliche Beschreibung gemäß 35 U.S.C. § 112 zu erfüllen, werden die folgenden Druckschriften durch Verweisung in ihrer Gesamtheit aufgenommen: U.S. Pat. Veröff. Nrn. 2007/0031089 nach Tessnow und 2002/0186921 nach Schumacher, U.S. Pat. Nrn. US6,272,269 nach Naum und 7,621,677 nach Yang, und "Use of Diffusive Optical Fibers for Plant Lighting" von Kozai, wie gefunden in "International Lighting in Controlled Environments Workshop," Tibbitts, Herausgeber, NASA-CP-95-3309 (1994). By providing additional background, context, and in addition to meeting the written description requirements of 35 USC § 112, the following references are incorporated by reference in their entirety: US Pat. Publication Nos. 2007/0031089 to Tessnow and 2002/0186921 according to Schumacher, US Pat. Nos. US6,272,269 to Naum and 7,621,677 according to Yang, and "Use of Diffusive Optical Fibers for Plant Lighting" by Kozai, as found in "International Lighting in Controlled Environments Workshop," Tibbitts, publisher, NASA-CP-95-3309 (1994).

ZUSAMMENFASSUNG SUMMARY

Die Offenbarung stellt Systeme und Verfahren zur Bereitstellung der Kopplung von von einer oder mehreren LEDs abgestrahltem Licht mit von einer optischen Faser empfangenem Licht bereit. Systeme und Verfahren zur Bereitstellung von Sensoren und Kommunikationsvorrichtungen aus diffusiven optischen Fasern und Verfahren zur Anwendung sind ebenfalls offenbart. The disclosure provides systems and methods for providing the coupling of light emitted by one or more LEDs with light received from an optical fiber. Systems and methods for providing diffusive optical fiber sensors and communication devices and methods of use are also disclosed.

In einer Ausführung ist eine LED- und Licht-Kopplungsvorrichtung offenbart, wobei die Vorrichtung umfasst: mindestens eine LED, welche dazu ausgebildet ist, Energie und Steuersignale zu empfangen, wobei die mindestens eine LED ein erstes Licht mit einer ersten numerischen Apertur abstrahlt; einen Lichtkoppler in optischer Kommunikation mit der mindestens einen LED, wobei der Lichtkoppler das erste Licht empfängt und ein zweites Licht abstrahlt; und eine optische Faser, umfassend einen Akzeptanzwinkel, wobei die optische Faser in optischer Kommunikation mit dem Lichtkoppler ist; wobei der Lichtkoppler das erste Licht mit der ersten numerischen Apertur zu einem zweiten Licht mit einer zweiten numerischen Apertur, welche geringer als die erste numerische Apertur ist, ändert. In one embodiment, an LED and light coupling device is disclosed, the device comprising: at least one LED configured to receive power and control signals, the at least one LED emitting a first light having a first numerical aperture; a light coupler in optical communication with the at least one LED, the light coupler receiving the first light and emitting a second light; and an optical fiber including an acceptance angle, the optical fiber being in optical communication with the light coupler; wherein the light coupler changes the first light having the first numerical aperture to a second light having a second numerical aperture which is less than the first numerical aperture.

In einer anderen Ausführung ist ein Verfahren zum LED-Licht-Koppeln offenbart, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen einer LED-Licht-Kopplungsvorrichtung, umfassend:
i) mindestens eine LED, welche dazu ausgebildet ist, Energie zu empfangen und Steuersignale zu empfangen, wobei die mindestens eine LED ein erstes Licht mit einer ersten numerischen Apertur abstrahlt; ii) einen Lichtkoppler in optischer Kommunikation mit der mindestens einen LED, wobei der Lichtkoppler das erste Licht empfängt und ein zweites Licht abstrahlt; und iii) eine optische Faser umfassend einen Akzeptanzwinkel, wobei die optische Faser in optischer Kommunikation mit dem Lichtkoppler ist; Versorgen der LED-Licht-Kopplungsvorrichtung mit einer Energiequelle; Bereitstellen von Energie für die mindestens eine LED von der Energiequelle; Aktivieren der mindestens einen LED; Abstrahlen des ersten Lichts zum Lichtkoppler; Ändern des ersten Lichts innerhalb des Lichtkopplers, wobei sich das erste Licht mit der ersten numerischen Apertur zu einem zweiten Licht mit einer zweiten numerischen Apertur, welche geringer als die erste numerische Apertur ist, ändert; und Versorgen der optischen Faser mit dem zweiten Licht. In another embodiment, a method of LED light coupling is disclosed, the method comprising: providing an LED light coupling device, comprising:
i) at least one LED adapted to receive power and receive control signals, the at least one LED emitting a first light having a first numerical aperture; ii) a light coupler in optical communication with the at least one LED, the light coupler receiving the first light and emitting a second light; and iii) an optical fiber comprising an acceptance angle, the optical fiber being in optical communication with the light coupler; Supplying the LED light coupling device with a power source; Providing power to the at least one LED from the power source; Activating the at least one LED; Emitting the first light to the light coupler; Changing the first light within the light coupler, wherein the first light having the first numerical aperture changes to a second light having a second numerical aperture which is less than the first numerical aperture; and supplying the optical fiber with the second light.

In einer weiteren Ausführung ist eine LED-Faseroptik-Vorrichtung offenbart, wobei die Vorrichtung umfasst: mindestens eine LED, welche dazu ausgebildet ist, Energie und Steuersignale zu empfangen, wobei die mindestens eine LED ein erstes Licht mit einem ersten Emissionskonus abstrahlt; einen Lichtkoppler in optischer Kommunikation mit der mindestens einen LED, wobei der Lichtkoppler das erste Licht empfängt und ein zweites Licht abstrahlt; und eine optische Faser, umfassend einen Akzeptanzwinkel, wobei die optische Faser in optischer Kommunikation mit dem Lichtkoppler ist; wobei der Lichtkoppler das erste Licht mit dem ersten Emissionskonus zu einem zweiten Licht mit einem zweiten Emissionskonus, welcher geringer als der erste Emissionskonus ist, ändert; wobei ein Kopplungswirkungsgrad zwischen dem ersten Licht und dem zweiten Licht mindestens 95 % beträgt. In another embodiment, an LED fiber optic device is disclosed, the device comprising: at least one LED configured to receive power and control signals, the at least one LED emitting a first light having a first emission cone; a light coupler in optical communication with the at least one LED, the light coupler receiving the first light and emitting a second light; and an optical fiber including an acceptance angle, the optical fiber being in optical communication with the light coupler; wherein the light coupler changes the first light having the first emission cone to a second light having a second emission cone that is less than the first emission cone; where a coupling efficiency between the first light and the second light is at least 95%.

In einigen alternativen Ausführungen umfasst die Vorrichtung und/oder das Verfahren zur Verwendung weiterhin: einen elektronischen Treiber, welcher die mindestens eine LED steuert; wobei die Steuerung der mindestens einen LED Energiemodulation umfasst; wobei die mindestens eine LED eine oberflächenemittierende LED ist; wobei die mindestens eine LED drei oberflächenemittierende LEDs sind; wobei das zweite Licht durch die optische Faser innerhalb des Akzeptanzwinkels der optischen Faser empfangen wird; wobei der Lichtkoppler eine optische Integrationskugel umfasst; wobei der Lichtkoppler eine Kugellinse umfasst; wobei der Lichtkoppler eine optische Kugel ist und die drei oberflächenemittierenden LEDs bei 0 Winkelgrad, 90 Winkelgrad und 180 Winkelgrad über einen äquatorialen Umfang der optischen Kugel angeordnet sind, wobei ein Kopplungswirkungsgrad zwischen dem ersten Licht und dem zweiten Licht mindestens 95 % beträgt. In some alternative embodiments, the apparatus and / or method of use further comprises: an electronic driver controlling the at least one LED; wherein the control of the at least one LED comprises energy modulation; wherein the at least one LED is a surface emitting LED; wherein the at least one LED is three surface emitting LEDs; wherein the second light is received by the optical fiber within the acceptance angle of the optical fiber; wherein the light coupler comprises an optical integration sphere; wherein the light coupler comprises a ball lens; wherein the light coupler is an optical ball and the three surface emitting LEDs are arranged at 0 angular degrees, 90 degrees and 180 degrees about an equatorial circumference of the optical sphere, with a coupling efficiency between the first light and the second light being at least 95%.

Gemäß einer Ausführung ist ein Optische-Faser-Sensorsystem offenbart, wobei das System umfasst: eine optische Faser umfassend ein erstes Ende, ein zweites Ende und eine externe Oberfläche, welche eine Öffnung zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende ausbildet, wobei die optische Faser dazu ausgebildet ist, ein externes Licht von einer externen Lichtquelle durch die externe Oberfläche an einem ersten axialen Abstand entlang der externen Oberfläche zu empfangen; einen ersten Detektor, welcher am ersten Ende angeordnet und dazu ausgebildet ist, eine erste Energie des externen Lichts zu messen; einen zweiten Detektor, welcher am zweiten Ende angeordnet und dazu ausgebildet ist, eine zweite Energie des externen Lichts zu messen; und einen Prozessor, welcher dazu ausgebildet ist, die erste und die zweite Messung der Energie des externen Lichts zu vergleichen und den ersten axialen Abstand zu bestimmen. In one embodiment, an optical fiber sensor system is disclosed, the system comprising: an optical fiber including a first end, a second end, and an external surface forming an opening between the first end and the second end, the optical fiber configured to receive an external light from an external light source through the external surface at a first axial distance along the external surface; a first detector disposed at the first end and configured to measure a first energy of the external light; a second detector disposed at the second end and configured to measure a second energy of the external light; and a processor configured to compare the first and second measurements of the external light energy and to determine the first axial distance.

Gemäß einer weiteren Ausführung ist ein Verfahren zum faseroptischen Erfassen einer Lichtquelle offenbart, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Optische-Faser-Sensorsystems, umfassend: eine optische Faser, umfassend ein erstes Ende, ein zweites Ende und eine externe Oberfläche, welche eine Öffnung zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende ausbildet, wobei die optische Faser dazu ausgebildet ist, ein externes Licht von einer externen Lichtquelle durch die externe Oberfläche an einem ersten axialen Abstand entlang der externen Oberfläche zu empfangen; einen ersten Detektor, welcher am ersten Ende angeordnet ist; einen zweiten Detektor, welcher am zweiten Ende angeordnet ist; und einen Prozessor; Empfangen des externen Lichts durch die externe Oberfläche an einem ersten axialen Abstand entlang der externen Oberfläche; Messen einer ersten Energie des externen Lichts durch den ersten Detektor; Messen einer zweiten Energie des externen Lichts durch den zweiten Detektor; Vergleichen der Messungen der ersten und der zweiten Energie des externen Lichts durch den Prozessor; und Bestimmen des ersten axialen Abstands durch den Prozessor, ermöglicht durch den Vergleich der Messungen der Energien des externen Lichts. According to another embodiment, there is disclosed a method of fiberoptically sensing a light source, the method comprising: providing an optical fiber sensor system comprising: an optical fiber including a first end, a second end, and an external surface defining an opening between forming the first end and the second end, the optical fiber configured to receive an external light from an external light source through the external surface at a first axial distance along the external surface; a first detector disposed at the first end; a second detector disposed at the second end; and a processor; Receiving the external light through the external surface at a first axial distance along the external surface; Measuring a first energy of the external light by the first detector; Measuring a second energy of the external light by the second detector; Comparing the measurements of the first and second external light energy by the processor; and determining the first axial distance by the processor made possible by comparing the measurements of the energies of the external light.

Gemäß einiger alternativer Ausführungen umfasst die Vorrichtung und/oder das Verfahren zur Verwendung weiterhin: dass die optische Faser eine diffusive optische Faser ist; dass die optische Faser einen kreisförmigen axialen Querschnitt ausbildet; wobei das erste Ende ein erster Endpunkt der optischen Faser ist und das zweite Ende ein zweiter Endpunkt der optischen Faser ist; wobei die optische Faser eine homogene optische Faser mit kreisförmigem axialen Querschnitt ist; eine zweite optische Faser, welche dazu ausgebildet ist, das externe Licht durch eine zweite externe Oberfläche an einem zweiten axialen Abstand entlang der zweiten externen Oberfläche zu empfangen, ein Paar von Detektoren, welche an sich gegenüberliegenden Endpunkten der zweiten optischen Faser angeordnet sind, wobei jeder des Paars von Detektoren dazu ausgebildet ist, Energie des externen Lichts zu messen, wobei der Prozessor weiterhin dazu ausgebildet ist, die Messungen der Energie des externen Lichts des Paars von Detektoren zu vergleichen, um den zweiten axialen Abstand zu bestimmen; wobei jede der ersten optischen Faser und der zweiten optischen Faser länglich gerade Strukturen ausbilden und orthogonal zueinander angeordnet sind, wobei durch den Prozessor eine zweidimensionale Position der externen Lichtquelle bestimmt werden kann; eine dritte optische Faser, welche dazu ausgebildet ist, das externe Licht über eine dritte externe Oberfläche an einem dritten axialen Abstand entlang der dritten externen Oberfläche zu empfangen, ein Paar von Detektoren, welche an sich gegenüberliegenden Endpunkten der dritten optischen Faser angeordnet sind, wobei jeder des Paars von Detektoren dazu ausgebildet ist, Energie des externen Lichts zu messen, wobei der Prozessor weiterhin dazu ausgebildet ist, die Messungen der Energie des externen Lichts des Paares der Detektoren zu vergleichen, um den dritten axialen Abstand zu bestimmen; wobei die dritte optische Faser länglich gerade Strukturen ausbildet, welche jeweils orthogonal zu jeder der ersten und zweiten optischen Faser angeordnet sind, wobei durch den Prozessor eine dreidimensionale Position der externen Lichtquelle bestimmt werden kann; und ein Paar von Sendeempfängern, welche an jedem Endpunkt der optischen Faser angeordnet sind, wobei das Paar von Sendeempfängern dazu ausgebildet ist, ein optisches Signal von der externen Lichtquelle zu empfangen und ein optisches Signal an die externe Lichtquelle zu übertragen. According to some alternative embodiments, the apparatus and / or method of use further comprises: that the optical fiber is a diffusive optical fiber; that the optical fiber forms a circular axial cross-section; wherein the first end is a first endpoint of the optical fiber and the second end is a second endpoint of the optical fiber; wherein the optical fiber is a homogeneous optical fiber having a circular axial cross-section; a second optical fiber configured to receive the external light through a second external surface at a second axial distance along the second external surface; a pair of detectors disposed at opposite end points of the second optical fiber, each one the pair of detectors is configured to measure energy of the external light, the processor being further configured to compare the measurements of the energy of the external light of the pair of detectors to determine the second axial distance; wherein each of the first optical fiber and the second optical fiber form elongate straight structures and are arranged orthogonal to each other, wherein a two-dimensional position of the external light source can be determined by the processor; a third optical fiber configured to receive the external light via a third external surface at a third axial distance along the third external surface; a pair of detectors disposed at opposite end points of the third optical fiber, each one the pair of detectors is configured to measure energy of the external light, the processor being further configured to compare the measurements of the external light energy of the pair of detectors to determine the third axial distance; the third optical fiber forming elongate straight structures respectively orthogonal to each of the first and second optical fibers, wherein the processor may determine a three-dimensional position of the external light source; and a pair of transceivers disposed at each endpoint of the optical fiber, wherein the pair of transceivers are configured to receive an optical signal from the external light source and transmit an optical signal to the external light source.

KURZE BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Offenbarung und ihrer Vorteile wird nun Bezug genommen auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Figuren, in welchen gleiche Bezugsziffern gleiche Teile darstellen: For a more complete understanding of the present disclosure and its advantages, reference is now made to the following description, taken in conjunction with the accompanying drawings, in which like reference numerals represent like parts:

1 [stellt] ein Blockdiagramm der Ausführung des Lichtkopplungssystems bereit; 1 [provides] a block diagram of the implementation of the light coupling system;

2 stellt eine Darstellung einer Ausführung der LED-/Koppler-/Faserkomponenten des Lichtkopplungssystems von 1 bereit; 2 FIG. 12 illustrates an illustration of one embodiment of the LED / coupler / fiber components of the light coupling system of FIG 1 ready;

3a stellt eine Darstellung einer weiteren Ausführung der LED-/Koppler-/Faserkomponenten des Lichtkopplungssystems von 1 bereit; 3a FIG. 12 illustrates an illustration of another embodiment of the LED / coupler / fiber components of the light coupling system of FIG 1 ready;

3b stellt eine Darstellung einer weiteren Ausführung der LED-/Koppler-/Faserkomponenten des Lichtkopplungssystems von 1 bereit; 3b FIG. 12 illustrates an illustration of another embodiment of the LED / coupler / fiber components of the light coupling system of FIG 1 ready;

3c stellt eine Darstellung einer weiteren Ausführung der LED-/Koppler-/Faserkomponenten des Lichtkopplungssystems von 1 bereit; 3c FIG. 12 illustrates an illustration of another embodiment of the LED / coupler / fiber components of the light coupling system of FIG 1 ready;

4a stellt eine Darstellung einer weiteren Ausführung der LED-/Koppler-/Faserkomponenten des Lichtkopplungssystems von 1 bereit; 4a FIG. 12 illustrates an illustration of another embodiment of the LED / coupler / fiber components of the light coupling system of FIG 1 ready;

4b stellt eine Darstellung einer weiteren Ausführung der LED-/Koppler-/Faserkomponenten des Lichtkopplungssystems von 1 bereit; 4b FIG. 12 illustrates an illustration of another embodiment of the LED / coupler / fiber components of the light coupling system of FIG 1 ready;

4c stellt eine Darstellung einer weiteren Ausführung der LED-/Koppler-/Faserkomponenten des Lichtkopplungssystems von 1 bereit; 4c FIG. 12 illustrates an illustration of another embodiment of the LED / coupler / fiber components of the light coupling system of FIG 1 ready;

4d stellt eine Darstellung einer weiteren Ausführung der LED-/Koppler-/Faserkomponenten des Lichtkopplungssystems von 1 bereit; 4d FIG. 12 illustrates an illustration of another embodiment of the LED / coupler / fiber components of the light coupling system of FIG 1 ready;

4e stellt eine Darstellung einer weiteren Ausführung der LED-/Koppler-/Faserkomponenten des Lichtkopplungssystems von 1 bereit; 4e FIG. 12 illustrates an illustration of another embodiment of the LED / coupler / fiber components of the light coupling system of FIG 1 ready;

4f stellt eine Darstellung einer weiteren Ausführung der LED-/Koppler-/Faserkomponenten des Lichtkopplungssystems von 1 bereit; 4f FIG. 12 illustrates an illustration of another embodiment of the LED / coupler / fiber components of the light coupling system of FIG 1 ready;

4g stellt eine Darstellung einer weiteren Ausführung der LED-/Koppler-/Faserkomponenten des Lichtkopplungssystems von 1 bereit; 4g FIG. 12 illustrates an illustration of another embodiment of the LED / coupler / fiber components of the light coupling system of FIG 1 ready;

5 stellt eine Darstellung einer weiteren Ausführung der LED-/Koppler-/Faserkomponenten des Lichtkopplungssystems von 1 bereit; 5 FIG. 12 illustrates an illustration of another embodiment of the LED / coupler / fiber components of the light coupling system of FIG 1 ready;

6 stellt eine Darstellung einer weiteren Ausführung der LED-/Koppler-/Faserkomponenten eines Lichtkopplungssystems bereit; 6 provides an illustration of another embodiment of the LED / coupler / fiber components of a light coupling system;

7 stellt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Verwendung des Lichtkopplungssystems von 1 bereit; 7 FIG. 12 illustrates a flowchart of a method of using the light coupling system of FIG 1 ready;

8A stellt eine Darstellung einer normalen optischen Faser gemäß dem Stand der Technik bereit; 8A provides a representation of a conventional optical fiber according to the prior art;

8B stellt eine Darstellung einer diffusiven optischen Faser gemäß dem Stand der Technik bereit; 8B provides a representation of a diffusive optical fiber according to the prior art;

9 stellt eine Darstellung einer Ausführung des Optische-Faser-Sensorsystems bereit; 9 provides an illustration of one embodiment of the optical fiber sensor system;

10 stellt weitere Details des Optische-Faser-Sensorsystems von 9 bereit; 10 provides further details of the optical fiber sensor system of 9 ready;

11 stellt eine Darstellung einer weiteren Ausführung des Optische-Faser-Sensorsystems bereit; und 11 provides an illustration of another embodiment of the optical fiber sensor system; and

12 stellt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Verwendung des Optische-Faser-Sensorsystems von 9 bereit. 12 FIG. 12 illustrates a flowchart of a method of using the optical fiber sensor system of FIG 9 ready.

Es sollte davon ausgegangen werden, dass die Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind. In bestimmten Beispielen können Details, welche für ein Verständnis der Erfindung nicht notwendig sind oder welche es schwierig gestalten, andere Details zu erkennen, weggelassen sein. Es sollte natürlich davon ausgegangen werden, dass die Erfindung nicht notwendigerweise auf die speziellen hier veranschaulichten Ausführungen eingeschränkt ist. It should be understood that the drawings are not necessarily to scale. In certain instances, details which are not necessary to an understanding of the invention or which may make it difficult to discern other details may be omitted. It should of course be understood that the invention is not necessarily limited to the particular embodiments illustrated herein.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DETAILED DESCRIPTION

In der folgenden detaillierten Beschreibung sind zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein gründliches Verständnis der offenbarten Techniken bereitzustellen. Dennoch werden es Fachleute verstehen, dass die vorliegenden Ausführungen ohne diese spezifischen Details ausgeübt werden können. In anderen Beispielen wurden wohlbekannte Verfahren, Vorgänge, Komponenten und Schaltkreise nicht im Detail beschrieben, um die vorliegende Offenbarung nicht unklar zu machen. In the following detailed description, numerous specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of the disclosed techniques. Nevertheless, it will be understood by those skilled in the art that the present teachings may be practiced without these specific details. In other examples, well-known methods, operations, components, and circuits have not been described in detail so as not to obscure the present disclosure.

Auch wenn Ausführungen diesbezüglich nicht eingeschränkt sind, können sich Erörterungen, welche Ausdrücke wie zum Beispiel “Verarbeitung”, “Datenverarbeitung”, “Berechnung”, “Bestimmung”, “Ermittlung”, “Auswertung”, “Prüfung” oder ähnliche verwenden, auf (einen) Vorgang/Vorgänge und/oder Prozess(e) eines Rechners, einer Rechenplattform, eines Rechensystems, eines Kommunikationssystems oder -subsystems oder anderer elektronischer Rechenvorrichtungen beziehen, welche als physikalische (beispielsweise elektronische) Größen innerhalb der Register und/oder der Speicher des Rechners dargestellte Daten in andere, gleichermaßen als physikalische (beispielsweise elektronische) Größen innerhalb der Register und/oder der Speicher des Rechners oder eines anderen Informationsspeichermediums, welches Befehle speichern kann, um Tätigkeiten und/oder Prozesse auszuführen, dargestellte Daten manipulieren und/oder umwandeln. Although not limited in this regard, discussions using expressions such as "processing,""dataprocessing,""computation,""determination,""determination,""evaluation,""testing," or the like may refer to ( a) operation / processes and / or Process (s) of a computer, a computing platform, a computing system, a communication system or subsystem, or other electronic computing devices which transfer data represented as physical (e.g., electronic) within the registers and / or memory of the computer into other, as well as physical (For example, electronic) sizes within the registers and / or the memory of the computer or other information storage medium, which can store commands to perform activities and / or processes manipulated data and / or transform displayed.

Auch wenn Ausführungen diesbezüglich nicht eingeschränkt sind, können die Ausdrücke “Vielzahl” und “eine Vielzahl” wie hier verwendet beispielsweise „mehrere“ oder „zwei oder mehr“ umfassen. Die Ausdrücke “Vielzahl” und “eine Vielzahl” können durch die gesamte Beschreibung hinweg verwendet sein, um zwei oder mehr Komponenten, Vorrichtungen, Elemente, Einheiten, Parameter, Schaltkreise oder dergleichen zu beschreiben. Although not limited in this regard, the terms "plurality" and "a plurality" as used herein may include, for example, "several" or "two or more". The terms "plurality" and "a plurality" may be used throughout the specification to describe two or more components, devices, elements, units, parameters, circuits, or the like.

Der Ausdruck „LED“ bedeutet lichtemittierende Diode und bezieht sich auf einen Halbleiter, welcher einen elektrischen Strom in Licht umwandelt, und umfasst alle verfügbaren LED-Typen, wie oberflächenemittierende LEDs und kantenemittierende LEDs. The term "LED" means light-emitting diode, and refers to a semiconductor that converts an electric current into light, and includes all available types of LEDs, such as surface emitting LEDs and edge emitting LEDs.

Der Ausdruck “Lichtkopplung” bedeutet das Bereitstellen oder Liefern von Licht an eine Faser oder in eine Faser hinein. The term "light coupling" means providing or delivering light to a fiber or fiber.

Der Ausdruck “Wellenführung” bezeichnet eine Struktur, welche Lichtwellen führt. The term "waveguide" refers to a structure that carries lightwaves.

Der Ausdruck “Kopplungswirkungsgrad” bedeutet den Wirkungsgrad der Energieübertragung zwischen zwei optischen Komponenten. The term "coupling efficiency" means the efficiency of energy transfer between two optical components.

Der Ausdruck „inkohärentes Licht“ bezeichnet Licht mit häufigen und zufälligen Phasenveränderungen zwischen den Photonen, was eine Lichtausbreitung verursacht. Im Gegensatz dazu bezeichnet „kohärentes Licht“ einen Strahl von Photonen, welche die gleiche Frequenz aufweisen und alle bei der gleichen Frequenz liegen, und einen Lichtstrom oder -strahl bilden. The term "incoherent light" refers to light with frequent and random phase changes between the photons, causing light to propagate. In contrast, "coherent light" refers to a beam of photons that have the same frequency and are all at the same frequency, forming a luminous flux or beam.

Der Ausdruck „numerische Apertur“ bezeichnet eine dimensionslose Zahl, welche den Winkelbereich kennzeichnet, innerhalb dem das System Licht empfangen oder abstrahlen kann. The term "numerical aperture" refers to a dimensionless number indicating the range of angles within which the system can receive or emit light.

Der Ausdruck „Emissionskonus“ oder “Abstrahlungskonus” oder “Empfangskonus” bezeichnet einen definierten geometrischen Konus, innerhalb welchem Licht empfangen werden wird und außerhalb welchem Licht nicht empfangen werden wird. The term "emission cone" or "radiating cone" or "receiving cone" refers to a defined geometric cone within which light will be received and outside which light will not be received.

Der Ausdruck “Akzeptanzwinkel” bezeichnet einen definierten geometrischen Winkel, innerhalb welchem Licht empfangen werden wird und außerhalb welchem Licht nicht empfangen werden wird. The term "acceptance angle" refers to a defined geometric angle within which light will be received and outside which light will not be received.

Der Ausdruck “Faseroptiken” oder “optische Faser” bezeichnet eine flexible, transparente Faser, welche durch Verstrecken von Glas/Quarz oder Kunststoff hergestellt ist. The term "fiber optics" or "optical fiber" refers to a flexible, transparent fiber made by stretching glass / quartz or plastic.

Vor der folgenden Durchführung der Beschreibung von Ausführungen kann es vorteilhaft sein, Definitionen bestimmter, durch die Beschreibung hindurch verwendeter Wörter und Ausdrücke darzulegen: die Ausdrücke „beinhalten“ und „umfassen“ genauso wie Ableitungen hiervon bedeuten Einschließen ohne Beschränkung; der Ausdruck „oder“ ist einschließend, bedeutend und/oder; die Ausdrücke „verbunden mit“ und „verbunden damit“ genauso wie Ableitungen hiervon können bedeuten einschließen, eingeschlossen sein innerhalb, vernetzen mit, vernetzt mit, enthalten, enthalten sein in, verbinden mit oder anschließen an, koppeln mit oder an, übertragbar sein an, kooperieren mit, überlappen, gegenüberstellen, benachbart sein zu, gebunden sein an oder mit, haben oder ähnliches; und der Ausdruck „Steuerung“ bezeichnet jegliche Vorrichtung, jegliches System oder Teil hiervon, das zumindest eine Tätigkeit steuert, solch eine Vorrichtung kann in Hardware, Schaltkreis, Firmware oder Software oder einer Kombination aus mindestens zwei davon implementiert sein. Es gilt zu beachten, dass die mit irgendeiner bestimmten Steuerung verbundene Funktionsweise zentralisiert oder verbreitet sein kann, ob lokal oder entfernt. Definitionen für bestimmte Wörter und Ausdrücke sind durch dieses Dokument hindurch bereitgestellt, und Fachleute sollten verstehen, dass in vielen, wenn nicht in den meisten Fällen solche Definitionen für die frühere genauso wie die zukünftige Verwendung solcher definierten Wörter und Ausdrücke gelten. Before proceeding with the description of embodiments below, it may be advantageous to set forth definitions of certain words and phrases used throughout the specification: the terms "include" and "comprise" as well as derivatives thereof mean inclusion without limitation; the term "or" is inclusive, meaningful and / or; the terms "associated with" and "associated with it" as well as derivatives thereof, may include, be included within, network with, network with, contain, be contained in, connect to or connect to, connect with or to be transferable, cooperate with, overlap, face, be adjacent, be bound to or with, have or the like; and the term "controller" means any device, system or part thereof that controls at least one activity, such device may be implemented in hardware, circuitry, firmware or software, or a combination of at least two thereof. It should be noted that the operation associated with any particular controller may be centralized or distributed, whether local or remote. Definitions for certain words and phrases are provided throughout this document, and those skilled in the art should understand that in many, if not most, such definitions apply to both the prior and future use of such defined words and phrases.

Zum Zwecke der Erläuterung sind zahlreiche Details dargelegt, um ein gründliches Verständnis der vorliegenden Techniken zu liefern. Allerdings sollte anerkannt werden, dass die vorliegende Offenbarung in unterschiedlicher Weise über die spezifischen hier dargelegten Details hinaus ausgeführt werden kann. Während die beispielhaften, hier veranschaulichten Ausführungen verschiedene Komponenten des Systems gesammelt darstellen, sollte weiterhin anerkannt werden, dass sich die verschiedenen Komponenten des Systems an beabstandeten Abschnitten eines verteilten Netzwerks befinden können, wie beispielsweise einem Kommunikationsnetzwerk, Knoten und/oder dem Internet, oder innerhalb eines dedizierten, gesicherten, ungesicherten und/oder verschlüsselten Systems und/oder innerhalb eines Netzwerkbedien- oder Netzwerkmanagementgeräts, welches sich innerhalb oder außerhalb des Netzwerks befindet. Beispielsweise kann eine kabellose Vorrichtung auch verwendet werden, um sich auf irgendeine Vorrichtung, irgendein System oder Modul zu beziehen, welche(s) einen oder mehrere hier beschriebener Aspekte des Netzwerks oder des Kommunikationsumfelds und/oder des/der Sendeempfänger(s) und/oder der Stationen und/oder der Zugangspunkte managt und/oder konfiguriert oder damit kommuniziert. For purposes of explanation, numerous details are set forth in order to provide a thorough understanding of the present techniques. However, it should be appreciated that the present disclosure may be embodied in various ways beyond the specific details set forth herein. While the exemplary embodiments illustrated herein collect various components of the system, it should be further appreciated that the various components of the system may reside at spaced apart portions of a distributed network, such as a communication network, nodes, and / or the Internet, or within a distributed network dedicated, secured, unsecured and / or encrypted system and / or within a network operator or network management device located inside or outside the network. For example, a wireless device may also be used to refer to any device, system, or module that has one or more aspects of the network or communication environment described herein and / or the transceiver (s) and / or the stations and / or the access points manages and / or configures or communicates therewith.

Daher sollte anerkannt werden, dass die Komponenten des Systems zu zwei oder mehr Vorrichtungen kombiniert oder zwischen Vorrichtungen aufgeteilt werden können. Therefore, it should be appreciated that the components of the system may be combined into two or more devices or shared between devices.

Ferner sollte anerkannt werden, dass die verschiedenen Verbindungen, einschließlich des/der die Elemente verbindenden Kommunikationskanal/Kommunikationskanäle, kabelgebundene oder kabellose Verbindungen oder jegliche Kombination hiervon oder jegliche(s) andere(s) bekannte(s) oder später entwickelte(s) Element(e), welche(s) fähig ist/sind, Daten bereitzustellen oder an und von den verbundenen Elementen zu übertragen, sein können. Der Ausdruck Modul, wie hier verwendet, kann sich auf irgendeine bekannte oder zukünftig entwickelte Hardware, Schaltung, Schaltkreis, Software, Firmware oder Kombination hiervon beziehen, welche fähig ist, die mit diesem Element verbundene Funktionsweise auszuführen. Die Ausdrücke bestimmen, berechnen und ausrechnen und Variationen hiervon wie hierin verwendet sind austauschbar verwendet und schließen jegliche Art von Methodik, Verfahren, Technik, mathematische Operation oder Protokoll ein. It should also be appreciated that the various connections, including the communication channel (s) connecting the elements, wired or wireless connections, or any combination thereof, or any other known (or later) developed element (s) ( e) which is capable of providing data to or transmitted to and from the connected elements. The term modulus as used herein may refer to any known or future developed hardware, circuit, circuit, software, firmware, or combination thereof that is capable of performing the functionality associated with that element. The terms define, calculate and calculate and variations thereof as used herein are interchangeably used and include any type of methodology, method, technique, mathematical operation or protocol.

Unter Beachtung der 1–6 werden Ausführungen des Lichtkopplungssystems 100 beschrieben. In compliance with the 1 - 6 become versions of the light coupling system 100 described.

Allgemein umfasst die Vorrichtung 100 Elektronik 200, LED-Modul 300, Koppler 400 und Faseroptik 500. Elektronik 200 umfasst erstes Elektronikende 210 und zweites Elektronikende 220. Elektronik 200 kann eine LED-Treiberschaltung umfassen. Elektronik 200 empfängt Energieversorgungsenergie 682 von Energieversorgung 600. LED-Modul 300 umfasst erstes LED-Modul-Ende 310, zweites LED-Modul-Ende 320 und kommuniziert mit Elektronik 200 durch Elektronik/LED-Eingang/Ausgang 284. LED-Modul 300 kann LED eins 331, LED zwei 332 und LED drei 333 umfassen. LED-Modul 300 gibt eine LED-Modul-Ausgabe 330 (alias ein erstes Licht) an Koppler 400 aus. Koppler 400 umfasst erstes Kopplerende 410 und zweites Kopplerende 420 und gibt eine Koppler-Ausgabe 486 (alias ein zweites Licht) an Faseroptik (alias optische Faser) 500 aus. Faseroptik 500 umfasst ein erstes Faseroptikende 510 und ein zweites Faseroptikende 520. Allgemein strahlt LED-Modul 300 nicht-kohärentes Licht (beispielsweise ein „erstes Licht“) mit großem Emissionskonus in den Koppler 400 hinein ab, wobei der Koppler 400 das empfangene Licht zu einem engen oder kleineren Emissionskonus (beispielsweise ein „zweites Licht“) zum Empfang durch die Faseroptik 500 ändert. Der Koppler 400 ändert den relativ großen Lichtemissionskonus des ersten Lichts zu einem engeren oder kleineren Emissionskonus, welcher innerhalb des Akzeptanzwinkels der Faseroptik 500 liegt. Ohne dass der Koppler 400 auf das erste Licht einwirken würde, würde der größte Teil des ersten Lichts nicht in den Akzeptanzwinkel der Faseroptik 500 fallen (erzielend einen sehr niedrigen Kopplungswirkungsgrad, beispielsweise unter 5 %). Im Gegensatz dazu wird mit dem Koppler 400 ein sehr hoher Kopplungswirkungsgrad erzielt [(]beispielsweise über 95 %). Generally, the device comprises 100 electronics 200 , LED module 300 , Coupler 400 and fiber optics 500 , electronics 200 includes first electronics end 210 and second electronics end 220 , electronics 200 may include an LED driver circuit. electronics 200 receives power supply energy 682 of energy supply 600 , LED module 300 includes first LED module end 310 , second LED module end 320 and communicates with electronics 200 through electronics / LED input / output 284 , LED module 300 Can LED one 331 , LED two 332 and LED three 333 include. LED module 300 gives an LED module output 330 (also known as a first light) at coupler 400 out. coupler 400 includes first coupler end 410 and second coupler end 420 and gives a coupler output 486 (also known as a second light) on fiber optics (also known as optical fiber) 500 out. fiber optics 500 includes a first fiber optic end 510 and a second fiber optic end 520 , Generally emits LED module 300 non-coherent light (for example a "first light") with a large emission cone into the coupler 400 into it, the coupler 400 the received light into a narrow or smaller emission cone (eg, a "second light") for reception by the fiber optic 500 changes. The coupler 400 changes the relatively large light emission cone of the first light to a narrower or smaller emission cone, which is within the acceptance angle of the fiber optic 500 lies. Without that the coupler 400 would act on the first light, most of the first light would not be in the acceptance angle of the fiber optics 500 fall (achieving a very low coupling efficiency, for example below 5%). In contrast, with the coupler 400 a very high coupling efficiency achieves [(] for example over 95%).

2–5 stellen verschiedene Ausführungen des Lichtkopplungssystems 100 von 1 zur Verfügung. Die meisten der Ausführungen koppeln durch den Gebrauch einer oder mehrerer optischer Komponenten optisch eine oder mehrere LEDs, um dadurch eine Faseroptik mit mehr fokussiertem Licht zu versorgen. 2 - 5 represent different versions of the light coupling system 100 from 1 to disposal. Most of the embodiments optically couple one or more LEDs through the use of one or more optical components, thereby providing more focused light to a fiber optic.

In der Ausführung von 2 wird eine Reihe von zwei Kugellinsen als ein Koppler verwendet. Genauer gesagt strahlt LED-Modul 300 von zweitem LED-Modul-Ende 320 LED-Modul-Ausgabelicht 330 ab, welches dann durch erste Kugellinse 441 empfangen wird, welche wiederum Licht an zweite Kugellinse 442 abgibt. Zweite Kugellinse 442 strahlt Licht als Kopplerausgabe 486 an Faseroptik 500 ab. In the execution of 2 a series of two ball lenses is used as a coupler. Specifically, LED module emits 300 Second LED Module Finish 320 LED module light output 330 which then by first ball lens 441 which in turn receives light at the second ball lens 442 emits. Second ball lens 442 emits light as coupler output 486 on fiber optics 500 from.

Herkömmlicherweise werden bei der Kopplung von Laser zu optischer Faser zwei gleich große Kugellinsen symmetrisch zwischen der Laserquelle und optischer Faser platziert. Diese Konfiguration funktioniert nicht gut mit LED-Quellen aufgrund des Kerngrößenverhältnisses und Inkohärenz von Quelle zu optischer Faser. In 2 koppelt das Licht von LED-Quellen direkt mit einer kleineren Kugellinse innerhalb der polierten Metallkavität. Die hochreflektierende Metallkavitätoberfläche wird als Strahlkonzentrator der ersten Stufe verwendet, um Lichtstrahlen von LED-Quelle zur kleinen Kugellinse hin zu reflektieren. Die kleine Kugellinse hat aufgrund ihrer großen Krümmung eine hohe Strahlkrümmungskraft. Die kleine Kugellinse nutzt diese hohe Krümmungskraft, um die Lichtstrahlen grob zum Kern der optischen Faser hin zu fokussieren. Eine andere große Kugellinse mit geringerer Krümmungskraft sorgt für feinen Fokus der Lichtstrahlen in Richtung des Kernbereichs der optischen Faser. Das Größenverhältnis zwischen den beiden Kugellinsen weist einen direkten Zusammenhang mit dem Verhältnis von LED-Größe und Faserkerndurchmesser auf. Die optischen Materialen der beiden Kugellinsen sind nicht auf das gleiche Material beschränkt. Conventionally, in the coupling of laser to optical fiber, two equal sized ball lenses are symmetrically placed between the laser source and the optical fiber. This configuration does not work well with LED sources due to the core size ratio and incoherence from source to optical fiber. In 2 The light from LED sources couples directly to a smaller ball lens within the polished metal cavity. The highly reflective metal cavity surface is used as a first stage beam concentrator to reflect light rays from the LED source to the small ball lens. The small ball lens has a high curling power due to its large curvature. The small ball lens uses this high curvature force to focus the light rays roughly toward the core of the optical fiber. Another large ball lens of lesser curvature provides fine focus of the light rays toward the core region of the optical fiber. The size ratio between the two ball lenses has a direct relationship with the ratio of LED size and fiber core diameter. The optical Materials of the two ball lenses are not limited to the same material.

In der Ausführung von 3a umfasst das LED-Modul 300 eine Mikro-LED 351. Genauer gesagt strahlt Mikro-LED 351 von zweites LED-Modulende 320 LED-Modul-Ausgabe-Licht 330 ab, welches dadurch direkt von der Faseroptik 500 am ersten Faseroptikende 510 empfangen wird. Solch eine Konfiguration, ohne einen Koppler 400, wird als eine auf Stoß gekoppelte Anordnung bezeichnet. In the execution of 3a includes the LED module 300 a micro-LED 351 , More specifically, micro-LED emits 351 from second LED module end 320 LED module output light 330 which thereby directly from the fiber optics 500 at the first fiber optic end 510 Will be received. Such a configuration, without a coupler 400 , is referred to as an impact coupled arrangement.

Es ist zu beachten, dass der Wirkungsgrad der Kopplung von LED zu optischer Faser dramatisch verbessert werden kann, indem die Größe der LED vom Millimeter- zum Mikrometerbereich, welcher innerhalb der gleichen Größenordnung wie multimodale Faserkerndurchmesser liegt, reduziert wird. Mikrometergroße LED können direkt mit multimodaler optischer Faser koppeln (Kopplung auf Stoß) oder durch Verwendung von Mikrolinse auf der Oberseite der LED. Mikrometergroße LED kann eine einzelne LED sein oder ein LED-Spektrum jeglicher Konfiguration. Der potentielle Wirkungsgrad der Kopplung von mikrometergroßen LEDs zu multimodaler Faser könnte theoretisch 30% + erreichen. It should be noted that the efficiency of coupling from LED to optical fiber can be dramatically improved by reducing the size of the millimeter-to-micron LED, which is within the same order of magnitude as multimodal fiber core diameters. Micrometer sized LEDs can couple directly with multimodal optical fiber (coupling on impact) or by using microlens on top of the LED. Micrometer sized LED can be a single LED or an LED spectrum of any configuration. The potential efficiency of coupling micrometer-sized LEDs to multimodal fiber could theoretically reach 30% +.

In manchen Ausführungen könnte das Spektrum mikrometergroßer LEDs mit R-, G- und B-farbigen mikrometergroßen LEDs in jeglichem Mischungsverhältnis konfiguriert sein. Das R-, G- und B-farbige Licht würde zusammen in die multimodale optische Faser gekoppelt werden. Farbmischung kann innerhalb des Kernbereichs der optischen Faser auftreten. Ein Kopplungs- und Farbmischungsmechanismus von gemischten mikrometergroßen RGB-LEDs kann die Ausgabe jeglichen einfarbigen (RGB-gemischten) Lichts produzieren. In some embodiments, the spectrum of micrometer-sized LEDs could be configured with R, G, and B colored micrometer-sized LEDs in any mixing ratio. The R, G and B colored light would be coupled together into the multimode optical fiber. Color mixing can occur within the core region of the optical fiber. A coupling and color mixing mechanism of mixed micrometer-sized RGB LEDs can produce the output of any single color (RGB mixed) light.

In der Ausführung von 3b ist eine Querschnittsansicht von Lichtkopplungsvorrichtung 100 gezeigt. In dieser Ausführung strahlt LED-Modul 300 Licht ab, welches daraufhin innerhalb eines umgebenden, kragen- oder zylinderförmigen Kopplers 400 reflektiert wird, wobei mehr fokussiertes Licht in die Faseroptik 500 am ersten Faseroptikende 510 eindringt. In the execution of 3b Fig. 10 is a cross-sectional view of the light coupling device 100 shown. In this version emits LED module 300 Light, which then within a surrounding, collar or cylindrical coupler 400 is reflected, with more focused light in the fiber optic 500 at the first fiber optic end 510 penetrates.

In der Ausführung von 3c ist ein Satz von drei (3) LEDs, d. h. LED eins 331, LED zwei 332 und LED drei 333 stoßgekoppelt (das heißt gegen den oder benachbart zum Eingang zur Faseroptik 500 am ersten Faseroptikende 510 platziert), wobei das von den drei LEDs abgestrahlte Licht Faseroptik 500 betritt und durch optische Düse 430 fokussiert oder geändert oder umgelenkt wird. Beim Verlassen der optischen Düse (welche ein metallisches Inneres oder eine metallische innere Oberfläche aufweisen kann) weist das empfangene Licht einen geringeren oder engeren Emissionskonus auf, um durch die optische Faser mit einem größeren oder erhöhten Kopplungswirkungsgrad empfangen zu werden. Äußere Oberfläche der optischen Düse 430 kann ein optisch diffusives Material aufweisen. Inneres von Faseroptik 500 kann eine Beschichtung 540, wie etwa ein transparentes Hüllmaterial, aufweisen, um die vollständige interne Lichtreflektion innerhalb der Faseroptik 500 zu erleichtern. Optische Düse 430 kann eine Wellenführung und optisch reines Material aufweisen. In einer Ausführung sind LED eins 331, LED zwei 332 und LED drei 333 ausgewählt aus den Primärfarben rot, grün und blau, das heißt, es sind drei LEDs bereitgestellt, je eine davon mit rot, gelb oder blau abgestrahltem Licht. In the execution of 3c is a set of three (3) LEDs, ie LED one 331 , LED two 332 and LED three 333 shock-coupled (that is, against or adjacent to the entrance to the fiber optic 500 at the first fiber optic end 510 placed), wherein the light emitted by the three LEDs is fiber optic 500 enters and through optical nozzle 430 focused or changed or diverted. Upon leaving the optical nozzle (which may have a metallic interior or metallic inner surface), the received light has a smaller or narrower emission cone to be received by the optical fiber with greater or increased coupling efficiency. Outer surface of the optical nozzle 430 may comprise an optically diffusive material. Heart of fiber optics 500 can be a coating 540 , such as a transparent shell material, to ensure complete internal light reflection within the fiber optic 500 to facilitate. Optical nozzle 430 can have a waveguide and optically pure material. In one embodiment, LEDs are one 331 , LED two 332 and LED three 333 selected from the primary colors red, green and blue, that is, there are three LEDs provided, one each with red, yellow or blue emitted light.

Traditionell weisen LEDs einen sehr geringen Kopplungswirkungsgrad auf, da die herkömmliche Weise zum Koppeln von Licht von Quelle zu Faser auf geometrischer Bildkartographie basiert, bei welcher die räumliche Information des Bildes der Lichtquelle gespeichert wird. Solch ein Ansatz ist durch das Prinzip der optischen Invarianz oder LaGrange-Invarianz, gemäß welcher das Produkt aus Strahlenwinkel und Strahlenabfall eine Invariante ist, limitiert. Die optische Invarianz zeigt die Zusammenhänge zwischen LED-Quellengröße, Akzeptanzwinkeln (sowohl an der Quelle als auch an der optischen Faser) und Durchmesser der optischen Faser. Um dieses Problem zu lösen, muss man die räumliche Information des Quellenbildes aufschlüsseln, um den Kopplungswirkungsgrad zu verbessern: der Weg, das räumliche Muster der LED-Quelle aufzuschlüsseln und dabei gleichzeitig die Beleuchtungsintensität (Energie) und die optische Wellenlänge (Farbspektren) zu behalten, wäre, das Licht von LED-Quellen durch eine gewisse verlustfreie diffusive optische Komponente zu schicken. Eine solche verlustfreie diffusive optische Komponente ist eine Integrationskugel. Traditionally, LEDs have a very low coupling efficiency, as the conventional way of coupling light from source to fiber is based on geometric image mapping, in which the spatial information of the image of the light source is stored. Such an approach is limited by the principle of optical invariance or LaGrange invariance, according to which the product of ray angle and ray drop is an invariant. The optical invariance shows the relationships between LED source size, acceptance angles (both at the source and at the optical fiber) and diameter of the optical fiber. To solve this problem, one has to break down the spatial information of the source image to improve the coupling efficiency: the way to break down the spatial pattern of the LED source while keeping the illumination intensity (energy) and the optical wavelength (color spectra) would be to send the light from LED sources through a certain lossless diffusive optical component. Such a lossless diffusive optical component is an integration sphere.

Die Integrationskugel ist eine (nahezu) verlustfreie diffusive optische Komponente. Die Integrationskugel ist eine optisch hohle (transparente) Kugel, deren Innenwand mit hochdiffusiven weißen Farben bemalt ist. Die diffusiven Farben haben auch eine hohe Reflektivität (>95% ~ 99%). Das Licht (von LED-Quelle), welches in die Integrationskugel eintritt, würde innerhalb der weißen diffusiven Kugelwand streuen und reflektiert werden, bis es eine Austrittsöffnung (eingefügte optische Faser) erreicht. Dieser Vorgang ist (nahezu) verlustfrei, und Farbspektren werden erhalten. Innerhalb der optisch reinen Kugelkavität wird die Beleuchtungsintensität in jede Richtung gleichmäßig verteilt. Das in die Austrittsöffnung gekoppelte Licht hängt nur vom Verhältnis zwischen Kugelgröße zu Oberflächengröße der Austrittsöffnung ab. Der diffusive und farbspektrenerhaltende Charakter der Integrationskugel macht sie zur idealen optischen Farbmischungskammer. The integration sphere is a (nearly) lossless diffusive optical component. The Integrationskugel is an optically hollow (transparent) ball, whose inner wall is painted with highly diffusive white colors. The diffusive colors also have a high reflectivity (> 95% ~ 99%). The light (from LED source) entering the integration sphere would scatter inside the white diffusive spherical wall and be reflected until it reaches an exit aperture (inserted optical fiber). This process is (nearly) lossless, and color spectra are obtained. Within the optically pure ball cavity, the illumination intensity is evenly distributed in each direction. The light coupled into the outlet opening depends only on the ratio between the size of the sphere and the surface area of the outlet opening. The diffusive and color-spectral character of the integration sphere makes it the ideal optical color mixing chamber.

In der Ausführung von 4a ist eine Integrationskugel 450 ein Koppler. Genauer gesagt strahlt LED-Modul 300 vom zweiten LED-Modul-Ende 320 LED-Modul-Ausgabelicht 330 ab, welches dann durch Integrationskugel 450 empfangen wird. Integrationskugel 450 strahlt Licht als Kopplerausgabe 486 ab zu Faseroptik 500 an erstem Faseroptikende 510. In the execution of 4a is an integration sphere 450 a coupler. Specifically, LED module emits 300 from the second LED module end 320 LED module light output 330 which then by integration ball 450 Will be received. integrating sphere 450 emits light as coupler output 486 down to fiber optics 500 at the first fiber optic end 510 ,

In einer Ausführung kann die Integrationskugel durch das Kombinieren von zwei Metallstücken, wobei jedes eine Halbkugelkavität ausbildet, hergestellt sein. Eine Halbkugel weist ein großes Loch auf, um die LED-aktive Zone zu beherbergen, und die andere weist ein kleines Loch (Austrittsöffnung) auf, um die optische Faser zu beherbergen. Die inneren Kugeloberflächen sind mit hochreflektiver, diffusiver weißer Farbe angestrichen. Licht von einer LED dringt in die Integrationskugel ein, wird gestreut und gemischt und geht dann zur Austrittsöffnung hinaus, um direkt in optische Faser einzukoppeln. In one embodiment, the integrating sphere may be made by combining two pieces of metal, each forming a hemisphere cavity. One hemisphere has a large hole to house the LED active area and the other has a small hole (exit opening) to house the optical fiber. The inner spherical surfaces are painted with highly reflective, diffusive white paint. Light from an LED enters the integration sphere, is scattered and mixed, and then goes out to the exit port to couple directly into optical fiber.

In einer Ausführung ersetzt ein optischer Abgreifer die optische Faser an der Austrittsöffnung. Der optische Abgreifer weist eine große Oberfläche am Austrittsöffnungsende auf. Das kleine Ende des optischen Abgreifers weist die gleiche Größe auf wie die Oberfläche des Faseroptikkerns. Der optische Abgreifer wird zur Steigerung der Größe der Austrittsöffnung verwendet, um den Kopplungswirkungsgrad zu verbessern. In one embodiment, an optical pickoff replaces the optical fiber at the exit port. The optical pickup has a large surface at the exit opening end. The small end of the optical pickup is the same size as the surface of the fiber optic core. The optical pickup is used to increase the size of the exit port to improve the coupling efficiency.

In der Ausführung von 4b ist eine Integrationskugel 450 ein Koppler. Genauer gesagt stellt LED-Modul 300, umfassend LED eins 331, LED zwei 332 und LED drei 333, welche jeweils LED eins-Ausgabe 341, LED zwei-Ausgabe 342 oder LED drei-Ausgabe 343 abstrahlen, Licht bereit, welches von Integrationskugel 450 empfangen wird. Die drei LEDs sind dazu ausgebildet, Lichtemissionen allgemein zu einem gemeinsamen Ort auf Integrationskugel 450 zu lenken. Integrationskugel 450 strahlt Licht als Kopplerausgabe 486 zu Faseroptik 500 am ersten Faseroptikende 510 ab. In einer Ausführung sind LED eins 331, LED zwei 332 und LED drei 333 ausgewählt aus den Primärfarben rot, grün, blau, das heißt, das heißt, es sind drei LEDs bereitgestellt, je eine davon mit rot, gelb oder blau abgestrahltem Licht. In the execution of 4b is an integration sphere 450 a coupler. More specifically, it represents LED module 300 , including LED one 331 , LED two 332 and LED three 333 which each have LED one output 341 , LED two-output 342 or LED three-output 343 radiate, light ready, which of integration sphere 450 Will be received. The three LEDs are designed to generally emit light to a common location on integration sphere 450 to steer. integrating sphere 450 emits light as coupler output 486 to fiber optics 500 at the first fiber optic end 510 from. In one embodiment, LEDs are one 331 , LED two 332 and LED three 333 selected from the primary colors red, green, blue, that is, that is, that is, there are provided three LEDs, one each with red, yellow or blue emitted light.

In der Ausführung von 4c ist eine Integrationskugel 450 ein Koppler. Genauer gesagt stellt LED-Modul 300, umfassend LED eins 331, LED zwei 332 und LED drei 333, welche jeweils LED eins-Ausgabe 341, LED zwei-Ausgabe 342 und LED drei-Ausgabe 343 abstrahlen, Licht bereit, welches von der Integrationskugel 450 empfangen wird. Allerdings ist im Gegensatz zur 4b jede der drei LEDs um 90 Winkelgrad um eine Äquatorialachse der Integrationskugel 450 versetzt angeordnet (beispielsweise bei 0°, 90° und 180 Winkelgrad). Faseroptik 500 ist bei den verbleibenden 270 Winkelgrad angeordnet. In einer Ausführung sind LED eins 331, LED zwei 332 und LED drei 333 ausgewählt aus den Primärfarben rot, grün, blau, das heißt, es sind drei LEDs bereitgestellt, je eine davon mit rot, gelb oder blau abgestrahltem Licht. In the execution of 4c is an integration sphere 450 a coupler. More specifically, it represents LED module 300 , including LED one 331 , LED two 332 and LED three 333 which each have LED one output 341 , LED two-output 342 and LED three-output 343 radiate, light ready, which from the integration sphere 450 Will be received. However, unlike that 4b each of the three LEDs is 90 angular degrees about an equatorial axis of the integration sphere 450 arranged offset (for example, at 0 °, 90 ° and 180 degrees). fiber optics 500 is arranged at the remaining 270 degrees of angle. In one embodiment, LEDs are one 331 , LED two 332 and LED three 333 selected from the primary colors red, green, blue, that is, there are three LEDs provided, one each with red, yellow or blue emitted light.

In einer Ausführung dient der Satz von drei LEDs dazu, den Wirkungsgrad der thermischen Verlustleistung zu maximieren, wenn er so wie in 4c gezeigt montiert ist. In one embodiment, the set of three LEDs serves to maximize the thermal power dissipation efficiency when used as in 4c shown mounted.

In einer Ausführung wird die Integrationskugel als eine Mischkammer verwendet, um jeglichen unerwünschten Laserzündungseffekt zu entfernen. In one embodiment, the integration sphere is used as a mixing chamber to remove any unwanted laser ignition effect.

In einer Ausführung wird die Integrationskugel, wenn sie in die rot/grün/blauen LEDs wie oben ausgeführt (oder in jeglichen Satz farbiger LEDs) integriert wird, als eine optische Farbmischkammer verwendet, um jegliche Farbe an einer Austrittsöffnung in eine optische Faser hinein zu erzeugen. Variable Farbausgabe in optische Faser hinein ist machbar durch elektronisches Verändern der individuellen Intensität der Eingabefarbe-LEDs. In one embodiment, when integrated into the red / green / blue LEDs as set forth above (or in any set of colored LEDs), the integration sphere is used as an optical color mixing chamber to create any color at an exit aperture into an optical fiber , Variable color output into optical fiber is feasible by electronically changing the individual intensity of the input color LEDs.

In der Ausführung von 4d ist eine Integrationshalbkugel 470 ein Koppler und auf einer PCB 230 angeordnet. Genauer gesagt strahlt LED-Modul 300, welches in der unteren Ebene (d.h. einer flachen Oberfläche) der Integrationshalbkugel 470 angeordnet ist, LED-Modul-Ausgabelicht 330 ab, welches dann durch Integrationshalbkugel 470 empfangen und an Faseroptik 500 weitergegeben wird. Der exponierte Bereich auf der flachen Oberfläche der Halbkugel wäre mit weißer, hochreflektiver, diffusiver Farbe angestrichen. Diese Konfiguration reduziert die Größe der Integrationskugel und vergrößert den untergebrachten aktiven LED-Oberflächenbereich oder die Anzahl von LEDs auf einer flachen Oberfläche. Diese Konfiguration besitzt Vorteile hinsichtlich thermischer Verlustleistung und des PCB-Layouts der LED. In the execution of 4d is an integration hemisphere 470 a coupler and on a PCB 230 arranged. Specifically, LED module emits 300 which is in the lower level (ie a flat surface) of the integration hemisphere 470 is arranged, LED module output light 330 which then through integration hemisphere 470 received and fiber optics 500 is passed on. The exposed area on the flat surface of the hemisphere would be painted with white, highly reflective, diffusive color. This configuration reduces the size of the integration sphere and enlarges the accommodated active LED surface area or the number of LEDs on a flat surface. This configuration has advantages in terms of thermal power dissipation and the PCB layout of the LED.

In der Ausführung von 4e ist eine Integrationskugel 450 ein Koppler und drei (3) LEDs sind auf LED-Ablage 336 innerhalb von Integrationskugel 450 montiert. Die drei (3) LEDs sind LED eins 331, LED zwei 332 und LED drei 333. Von Integrationskugel 450 abgestrahltes Licht wird Faseroptik 500 bereitgestellt, nachdem es durch erste Kugellinse 441 durchgegangen ist. In einer Ausführung sind LED eins 331, LED zwei 332 und LED drei 333 ausgewählt aus den Primärfarben rot, grün, blau, das heißt, es sind drei LEDs bereitgestellt, je eine davon mit rot, gelb oder blau abgestrahltem Licht. In the execution of 4e is an integration sphere 450 a coupler and three (3) LEDs are on LED tray 336 within integration sphere 450 assembled. The three (3) LEDs are LED one 331 , LED two 332 and LED three 333 , From integration sphere 450 radiated light becomes fiber optics 500 provided after passing through first ball lens 441 gone through. In one embodiment, LEDs are one 331 , LED two 332 and LED three 333 selected from the primary colors red, green, blue, that is, there are three LEDs provided, one each with red, yellow or blue emitted light.

In einer Ausführung ist die LED-Ablage 336 eine transparente PCB-Plattenstruktur. In one embodiment, the LED tray is 336 a transparent PCB board structure.

In einer Ausführung sind die LED/LEDs im Zentrum der Integrationskugel durch eine Stützstange platziert. Die Stützstange wird verwendet, um die LEDs zu verkabeln und Wärme zu dissipieren. LED/LEDs kann/können vertikal montiert sein, um den aktiven LED-Bereich zu maximieren. In one embodiment, the LEDs / LEDs are placed in the center of the integration sphere by a support bar. The support bar is used to wire the LEDs and dissipate heat. LEDs / LEDs can be mounted vertically to maximize the active LED area.

In einigen Ausführungen wird erste Kugellinse 441 an erstes Faseroptikende 510 angepasst, wie in 4e dargestellt. Eine andere Möglichkeit ist, eine kleine Kugellinse an der Austrittsöffnung zu platzieren. Das Ende der optischen Faser wird am Fokus der Kugellinse platziert. Die kleine Kugellinse wird verwendet, um die Oberflächengröße der Austrittsöffnung zu erhöhen und um das Licht auf das Ende der optischen Faser zu fokussieren. Dies kann den Kopplungswirkungsgrad von Austrittsöffnung zu optischer Faser vergrößern. In some versions will be first ball lens 441 at first fiber optic end 510 adapted, as in 4e shown. Another possibility is to place a small ball lens at the exit opening. The end of the optical fiber is placed at the focus of the ball lens. The small ball lens is used to increase the surface area of the exit aperture and to focus the light onto the end of the optical fiber. This can increase the coupling efficiency from the exit aperture to optical fiber.

In einigen Ausführungen ist von erstes Faseroptikende 510 empfangenes Licht im Wesentlichen innerhalb des Akzeptanzkonus‘ der Faseroptik. In einigen Ausführungen ist von erstes Faseroptikende 510 empfangenes Licht vollständig innerhalb des Akzeptanzkonus‘ der Faseroptik. In einigen Ausführungen ist der Kopplungswirkungsgrad zwischen der einen oder mehreren LEDs des LED-Moduls 300 und dem ersten Faseroptikende 510, ermöglicht durch den Koppler 400, bevorzugt größer als 90%. In einer bevorzugteren Ausführung ist der Kopplungswirkungsgrad größer als 95%. In einer am meisten bevorzugten Ausführung ist der Kopplungswirkungsgrad größer als 97%. In some embodiments, the first is fiber optic end 510 received light substantially within the acceptance cone of the fiber optic. In some embodiments, the first is fiber optic end 510 received light completely within the acceptance cone 'of the fiber optic. In some embodiments, the coupling efficiency is between the one or more LEDs of the LED module 300 and the first fiber optic end 510 , made possible by the coupler 400 , preferably greater than 90%. In a more preferred embodiment, the coupling efficiency is greater than 95%. In a most preferred embodiment, the coupling efficiency is greater than 97%.

In der Ausführung von 4f umfasst der Koppler 400 lichtbrechendes Element 480 und Fokussierlinse 490. Durch LED-Modul 300 abgestrahltes Licht wird durch lichtbrechendes Element 480 empfangen, welches generell den ansonsten breiten, durch LED-Modul 300 abgestrahlten Lichtkonus glättet. Fokussierlinse 490 empfängt Licht von lichtbrechendes Element 480 und fokussiert oder verengt das empfangene Licht, um dadurch für erstes Faseroptikende 510 einen engeren oder kompakteren Lichtkonus bereitzustellen. In the execution of 4f includes the coupler 400 refractive element 480 and focusing lens 490 , By LED module 300 emitted light is transmitted through refractive element 480 received, which is generally the otherwise wide, by LED module 300 radiated light cone smoothes. focusing lens 490 receives light from refractive element 480 and focuses or narrows the received light to thereby terminate for the first fiber optic end 510 to provide a narrower or more compact cone of light.

In der Ausführung von 4g strahlt ein Paar LEDs, d.h. LED eins 331 und LED zwei 332, Licht ab, welches von Reflektionslinse 492 reflektiert wird und von Fokussierlinse 490 empfangen wird. Fokussierlinse 490 wiederum überträgt Licht an Faseroptik 500 an erstem Faseroptikende 510. In the execution of 4g emits a pair of LEDs, ie LED one 331 and LED two 332 , Light off, which of reflection lens 492 is reflected and focused by focusing lens 490 Will be received. focusing lens 490 again transmits light to fiber optics 500 at the first fiber optic end 510 ,

In der Ausführung von 5 ist ein Satz von drei Kugellinsen dazu ausgebildet, einen Satz von drei Lichtemissionen von drei LEDs zu empfangen. Genauer gesagt strahlt jeweils eine von drei (3) LEDs, nämlich LED eins 331, LED zwei 332 und LED drei 333, jeweilige LED-eins-Ausgabe 341, LED-zwei-Ausgabe 342 oder LED-drei-Ausgabe 343 an jeweilige erste Kugellinse 461, zweite Kugellinse 462 oder dritte Kugellinse 463 ab, wobei die drei Lichtemissionen in eine vereinte Kopplerausgabe 486 fokussiert werden, bevor sie in die Faseroptik 500 an erstem Faseroptikende 510 eindringen. In einer Ausführung sind LED eins 331, LED zwei 332 und LED drei 333 ausgewählt aus den Primärfarben rot, grün, blau, das heißt, es sind drei LEDs bereitgestellt, je eine davon mit rot, gelb oder blau abgestrahltem Licht. In the execution of 5 For example, a set of three ball lenses is designed to receive a set of three light emissions from three LEDs. Specifically, one out of every three (3) LEDs, one LED, emits one 331 , LED two 332 and LED three 333 , respective LED one output 341 , Two LED output 342 or three LED output 343 to respective first ball lens 461 , second ball lens 462 or third ball lens 463 from where the three light emissions into a unified coupler output 486 be focused before going into fiber optics 500 at the first fiber optic end 510 penetration. In one embodiment, LEDs are one 331 , LED two 332 and LED three 333 selected from the primary colors red, green, blue, that is, there are three LEDs provided, one each with red, yellow or blue emitted light.

6 stellt eine Gestaltung bereit für eine diffusive optische Faser 500, welche beispielsweise für Beleuchtungs- und Darstellungszwecke nützlich sein kann. Jede der oben offenbarten Kopplungsgestaltungen kann an den gekoppelten Enden einer Faseroptik 500 verwendet werden. In 6 lenkt jede von zwei gekoppelten Integrationskugeln 450 Licht, welches durch jedes von zwei jeweiligen LED-Modulen 300 generiert wird, in entgegengesetzte Enden von Faseroptik 500. Solch eine Konfiguration erhöht die Gesamtmenge von in den Faserkernbereich gekoppeltem Licht oder stellt eine Farbmischung bereit. In einer Ausführung ist ein Spiegel oder anderes optisches Element (z.B. eine Kugellinse) mit hohem Reflexionsgrad an einem oder mehreren Enden der Faseroptik angeordnet. Das überschüssige Beleuchtungslicht könnte für eine zweite diffusive Strahlung entlang des Faserkerns zurückgeworfen werden. 6 provides a design for a diffusive optical fiber 500 , which may be useful for lighting and display purposes, for example. Any of the coupling designs disclosed above may be at the coupled ends of a fiber optic 500 be used. In 6 directs each of two coupled integration spheres 450 Light passing through each of two respective LED modules 300 is generated in opposite ends of fiber optics 500 , Such a configuration increases the total amount of light coupled into the fiber core region or provides color mixing. In one embodiment, a mirror or other optical element (eg, a ball lens) with high reflectivity is disposed at one or more ends of the fiber optic. The excess illumination light could be reflected back for a second diffusive radiation along the fiber core.

Energieversorgung 600 kann jegliche einem Fachmann bekannte Energieversorgung sein, wie beispielsweise eine Standard-Netzsteckdose, ein Personal Computer oder ein Laptop-Computer, und kann eine kabellose Verbindung sein. Elektronik 200 empfängt von Energieversorgung Energie, welche unter anderem dazu verwendet wird, die eine oder mehrere LEDs des LED-Moduls 300 mit Energie zu versorgen und zu steuern. power supply 600 may be any power supply known to those skilled in the art, such as a standard power outlet, a personal computer or a laptop computer, and may be a wireless connection. electronics 200 receives power from energy, which among other things is used to power the one or more LEDs of the LED module 300 to supply and control energy.

In einer Ausführung umfasst die Vorrichtung 100 ihre eigene Energieversorgung, wie beispielsweise eine Batterie wie eine Lithiumbatterie, um die eine oder mehreren LEDs mit Energie zu versorgen und jeglichen Satz von den oben offenbarten Funktionen bereitzustellen. In one embodiment, the device comprises 100 its own power supply, such as a battery such as a lithium battery, to power the one or more LEDs and provide any set of the functions disclosed above.

In einer Ausführung kann ein poliertes/polierter (innere Oberfläche) Metallrohr/-kegel in die optische Faser oder in den optischen Abgreifer eingeführt sein. Die konische innere Oberfläche würde das Licht von mikrometergroßer LED oder LED-Spektrum zur Faser hin führen. Dieser Ansatz kann den Platz für mehr mikrometergroße LEDs erhöhen. In one embodiment, a polished / polished (inner surface) metal tube / cone may be inserted into the optical fiber or optical taps. The conical inner surface would direct the light from micrometer-sized LED or LED spectrum to the fiber. This approach may increase the space for more micron sized LEDs.

Unter Bezugnahme auf 1–6 stellt die 7 ein Flussdiagramm bereit, welches ein beispielhaftes Verfahren der Verwendung des Lichtkopplungssystems 100 darstellt. Allgemein startet das Verfahren 700 bei Schritt 704 und endet bei Schritt 728. With reference to 1 - 6 provides the 7 a flowchart illustrating an exemplary method of using the light coupling system 100 represents. Generally the procedure starts 700 at step 704 and ends at step 728 ,

Im Schritt 708 des Verfahrens 700 wird die Vorrichtung 100 mit der Energieversorgung 600 verbunden und empfängt Energieversorgungsenergie 682. Die Energie wird durch Elektronik 200 am ersten Elektronikende 210 empfangen. Im Schritt 712 werden die eine oder mehreren LEDs des LED-Moduls 300 aktiviert, was Energie an/aus, Frequenzmodulation und Energiemodulation umfassen kann. Im Schritt 716 wird Licht durch die eine oder mehreren LEDs an den Koppler 400 übertragen. Das durch LEDs abgestrahlte Licht weist generell einen großen oder breiten Emissionskonus und/oder eine große numerische Apertur auf. In step 708 of the procedure 700 becomes the device 100 with the power supply 600 connected and receives power supply energy 682 , The energy is through electronics 200 at the first electronics end 210 receive. In step 712 become the one or more LEDs of the LED module 300 activated, which may include power on / off, frequency modulation and energy modulation. In step 716 Light is transmitted through the one or more LEDs to the coupler 400 transfer. The light emitted by LEDs generally has a large or wide emission cone and / or a large numerical aperture.

Im Schritt 720 wird das LED-übertragene Licht durch den Koppler 400 empfangen und weiterverarbeitet, um unter anderem das Licht zu einem engeren oder schmaleren Emissionskonus oder einer kleineren numerischen Apertur zu fokussieren, wobei das weiterverarbeitete Licht übertragen wird. Im Schritt 724 wird das weiterverarbeitete, vom Koppler 400 abgestrahlte Licht durch die Faseroptik 500 empfangen und durch die Faseroptik übertragen. Das Verfahren endet bei Schritt 728. In step 720 the LED is transmitted through the coupler 400 received and processed, inter alia, to focus the light to a narrower or narrower emission cone or a smaller numerical aperture, wherein the further processed light is transmitted. In step 724 is the processed, from the coupler 400 radiated light through the fiber optics 500 received and transmitted through the fiber optics. The process ends at step 728 ,

In der detaillierten Beschreibung sind zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein gründliches Verständnis der offenbarten Techniken bereitzustellen. Dennoch wird es für Fachleute verständlich sein, dass die vorliegenden Techniken ohne diese spezifischen Details ausgeübt werden können. In anderen Beispielen wurden wohlbekannte Verfahren, Vorgänge, Komponenten und Schaltkreise nicht im Detail beschrieben, um die vorliegende Offenbarung nicht unklar zu machen. In the detailed description, numerous specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of the disclosed techniques. Nevertheless, it will be understood by those skilled in the art that the present techniques may be practiced without these specific details. In other examples, well-known methods, operations, components, and circuits have not been described in detail so as not to obscure the present disclosure.

8–12 offenbaren allgemein einen Näherungssensor, um eine Lichtquellenposition in einer, zwei oder drei Dimensionen zu detektieren, [welche] mittels einer oder mehrerer diffusiver optischer Fasern gebildet sind, mit homogenen diffusiven Medien und gekoppelten, kalibrierten Photodetektoren an jedem Ende der optischen Faser(n). Licht bewegt sich von einer Lichtquelle weg und tritt in eine besondere diffusive Faser durch die Faseroberfläche ein. Durch den optischen Diffusionsprozess innerhalb der Fasermedien erreicht dann schließlich das Licht jedes Faserende. Die projizierten Abstände von der Lichtquelle zu den beiden Faserenden sind proportional zu den an den beiden Detektoren empfangenen optischen Energien, das heißt, Abstand zum ersten Faserende multipliziert mit Lichtenergie am ersten Faserende entspricht dem Abstand zum zweiten Faserende multipliziert mit Lichtenergie am zweiten Faserende. Wenn die Orte der Faserenden bekannt sind, kann der projizierte Ort der Lichtquelle berechnet werden. Das gleiche Verfahren kann in zwei oder drei Dimensionen mit mehreren Fasern in orthogonalen Ausrichtungen angewendet werden. Mit mehreren Fasern und entworfenen nicht-homogenen diffusiven Fasern können mehrere Lichtquellenorte sowie deren Relativbewegungen detektiert werden. Anwendungen der Offenbarung können beispielsweise in Anwendungen verwendet werden, welche ein verteiltes Spektrum optischer Sensoren benötigen, welche herkömmlicherweise eine große Anzahl an Photodioden oder CCD-Vorrichtungen verwenden können. 8th - 12 generally disclose a proximity sensor for detecting a light source position in one, two or three dimensions formed by one or more diffusive optical fibers, with homogeneous diffusive media and coupled, calibrated photodetectors at each end of the optical fiber (s). Light moves away from a light source and enters a special diffusive fiber through the fiber surface. Finally, through the optical diffusion process within the fiber media, the light reaches each end of the fiber. The projected distances from the light source to the two fiber ends are proportional to the optical energies received at the two detectors, that is, the distance to the first fiber end multiplied by the light energy at the first fiber end corresponds to the distance to the second fiber end multiplied by the light energy at the second fiber end. If the locations of the fiber ends are known, the projected location of the light source can be calculated. The same process can be applied in two or three dimensions with multiple fibers in orthogonal orientations. With multiple fibers and designed non-homogeneous diffusive fibers, multiple light source locations as well as their relative movements can be detected. Applications of the disclosure may be used, for example, in applications that require a distributed spectrum of optical sensors that may conventionally use a large number of photodiodes or CCD devices.

8A–B stellt eine Darstellung einer normalen optischen Faser beziehungsweise einer diffusiven optischen Faser aus dem Stand der Technik bereit. In 8A werden durch durchgehende und umfangreiche interne Reflektion des Mantels alle Lichtstrahlen innerhalb des Kerns der optischen Faser behalten. In 8B treten manche Lichtstrahlen aus dem Kern der optischen Faser durch Lücken oder Fehler im Mantel aus. Im Prinzip schließt die Offenbarung Lichtbewegung oder -ausbreitung in umgekehrter Richtung zu der von 8B ein, das heißt Licht, welches die optische Faser durch Lücken oder Fehler im Mantel betritt. 8A -B provides a representation of a prior art optical fiber or diffusive optical fiber, respectively. In 8A Through continuous and extensive internal reflection of the cladding, all light rays within the core of the optical fiber are retained. In 8B Some light rays exit the core of the optical fiber through gaps or defects in the cladding. In principle, the disclosure concludes light movement or propagation in the reverse direction of that of 8B that is, light that enters the optical fiber through gaps or defects in the cladding.

Unter Beachtung von 9–12 werden Ausführungen des Optische-Faser-Sensorsystems 100 und Verfahren zur Verwendung beschrieben. In consideration of 9 - 12 Become embodiments of the optical fiber sensor system 100 and methods of use.

Allgemein umfasst das Optische-Faser-Sensorsystem 100 eine Lichtquelle 200, diffusive optische Faser 300, ein Paar Photodetektoren 400, welche an jedem Ende der optischen Faser 300 angeordnet sind, und einen Signalverarbeiter/-regler 500. Lichtquelle 200 strahlt Lichtquellenlicht 210 (L) ab, welches auf die streuende optische Faser 300 auftrifft oder von ihr durch eine Lücke oder einen Fehler in der äußeren Faseroberfläche 304 empfangen wird. (In 9 wird Lichtquellenlicht 210 am Lichtquellenfasereintrittspunkt FE empfangen). Nicht das gesamte von einer umgebenden oder externen Lichtquelle abgestrahlte Licht dringt in die optische Faser 300 ein. Gewöhnlich dringt das meiste von einer Lichtquelle abgestrahlte Licht in die diffusive Faseroptik unter einem normalen Einfallswinkel relativ zur Faseroptik ein, das heißt, in einem rechten Winkel zur Längsachse des Faserwinkels (wie z.B. gezeigt durch Lichtquellenlicht 210, welches in Faseroptik bei FEX in 10 eindringt). Generally, the optical fiber sensor system includes 100 a light source 200 , diffusive optical fiber 300 , a pair of photodetectors 400 which is at each end of the optical fiber 300 are arranged, and a signal processor / controller 500 , light source 200 emits light source light 210 (L) pointing at the scattering optical fiber 300 or from it through a gap or fault in the outer fiber surface 304 Will be received. (In 9 becomes light source light 210 received at the light source fiber entry point FE). Not all of the light emitted by a surrounding or external light source penetrates the optical fiber 300 one. Usually, most of the light emitted by a light source penetrates into the diffusive fiber optic at a normal angle of incidence relative to the fiber optic, that is, at right angles to the longitudinal axis of the fiber angle (as shown, for example, by light source light 210 , which in fiber optics at FEX in 10 penetrates).

Streuende optische Faser 300 kann Licht oder ein(e) optisches Signal/optische Energie von mehr als einer Lichtquelle empfangen, z.B. von Lichtquelle 200 sowie von Lichtquelle zwei 220, welche Lichtquellenlicht zwei 230 abstrahlt. Streuende optische Faser 300 empfängt Licht von einer externen (oder umgebenden) Quelle, wie beispielsweise Lichtquelle 200 und/oder Lichtquelle zwei 220, durch einen Oberflächenfehler (als Lichtquellenfasereintrittspunkt FE bezeichnet), wobei das Licht eintritt und sich zu jedem Ende der Faseroptik 300 hin bewegt. Streuende optische Faser 300 umfasst externe Faseroberfläche 304, erstes Faserende 310 und zweites Faserende 320. Ein Paar von Photodetektoren 400 ist an jedem von erstes Faserendes 310 und zweites Faserende 320 angeordnet; jeder des Paars von Photodetektoren 400 misst oder detektiert ein Lichtenergielevel DX1 und DX2 von jeweiligem ersten und zweiten Ende von optischer Faser. Scattering optical fiber 300 may receive light or an optical signal / optical energy from more than one light source, eg, from a light source 200 as well as from light source two 220 which light source light two 230 radiates. Scattering optical fiber 300 receives light from an external (or surrounding) source, such as a light source 200 and / or two light source 220 by a surface defect (referred to as the light source fiber entry point FE), the light entering and coming to each end of the fiber optic 300 moved. Scattering optical fiber 300 includes external fiber surface 304 , first fiber end 310 and second fiber end 320 , A pair of photodetectors 400 is at each of the first fiber end 310 and second fiber end 320 arranged; each of the pair of photodetectors 400 measures or detects a light energy level DX 1 and DX 2 of respective first and second ends of optical fiber.

Unter Beachtung von 10 wird die Bestimmung des Lichtquellen-X-Abstandes LSXD (und/oder axiale Position von FEX) der Lichtquelle 200 beschrieben. Lichtquelle 200 strahlt Lichtquellenlicht 210 ab, wovon zumindest etwas optische Faser 300 trifft und in optische Faser an Lichtquellenfasereintrittspunkt-X-Achse FEX eindringt. Das Licht, welches auf diese Weise bei FEX eindringt, bewegt oder verbreitet sich in jede (entgegenliegende) Richtung entlang optischer Faser 300, wobei es schließlich jedes von erstes Ende 310 der optischen Faser und zweites Ende 320 der optischen Faser erreicht. Der Abstand, den das Lichtquellenlicht 210 von FEX zum jeweiligen ersten Faserende 310 und zweiten Faserende 320 zurücklegt, ist Lichtabstand X1, d.h. LX1, beziehungsweise Lichtabstand X2, d.h. LX2. Der Abstand von Lichtquelle 200 zu optischer Faser 300 ist Lichtquellen-X-Abstand LSXD. Um LSXD (oder FEX) zu berechnen, werden Messungen der an jedem des ersten und zweiten Endes 310, 320 empfangenen Energie durch Photodetektoren 400 erhalten. Jeder der Photodetektoren 400, welche am ersten Faserende 310 und zweiten Faserende 320 angeordnet sind, messen eine erfasste Lichtenergie DX1 bzw. Lichtenergie DX2. Die Lichtphysik sieht vor: (LX1) × (DX1) ist proportional zu (LX2) × (DX2). Geometrie der optischen Faser 300 sieht vor: Gesamtlänge der x-Achse FX der optischen Faser = (LX1) + (LX2). Damit können diese beiden Gleichungen sowohl für LX1 als auch für LX2 und damit für die Position von FEX gelöst werden. Werte von einem oder mehreren von DX1 und DX2 (alleine, in Summe oder als ein Verhältnis) können verwendet werden, um LSXD zu berechnen. Zum Beispiel kann LSXD mit der gesamten, an jedem des ersten und zweiten Faseroptikendes empfangenen Energie korreliert werden. Solch eine Korrelation kann bestimmt werden durch Kalibrierung bekannter Lichtquellen und bekannter Abstände LSXD für einen vorgegebenen FEX. Die obigen Berechnungen werden durch Signalverarbeiter/-regler 500 durchgeführt. In consideration of 10 the determination of the light source X-distance LSXD (and / or axial position of FEX) of the light source 200 described. light source 200 emits light source light 210 of which at least some optical fiber 300 and enters optical fiber at light source fiber entry point X-axis FEX. The light entering FEX in this way moves or propagates in any (opposite) direction along optical fiber 300 After all, it's every one of the first end 310 the optical fiber and second end 320 reached the optical fiber. The distance that the light source light 210 from FEX to the respective first fiber end 310 and second fiber end 320 is light distance X 1 , ie LX 1 , or light distance X 2 , ie LX 2 . The distance from light source 200 to optical fiber 300 is light source X-distance LSXD. To calculate LSXD (or FEX), measurements are taken at each of the first and second ends 310 . 320 received energy through photodetectors 400 receive. Each of the photodetectors 400 , which at the first fiber end 310 and second fiber end 320 are arranged, measure a detected light energy DX 1 and light energy DX 2 . The physics of light provides: (LX 1 ) × (DX 1 ) is proportional to (LX 2 ) × (DX 2 ). Geometry of the optical fiber 300 provides: Overall length of the x-axis FX of the optical fiber = (LX 1 ) + (LX 2 ). Thus these two equations can be solved for both LX 1 and LX 2 and thus for the position of FEX. Values of one or more of DX 1 and DX 2 (alone, in total or as a ratio) can be used to calculate LSXD. For example, LSXD may be correlated with the total energy received at each of the first and second fiber optic ends. Such a correlation can be determined by calibrating known light sources and known distances LSXD for a given FEX. The above calculations are done by signal processor / controller 500 carried out.

Das Prinzip der Ortung der Lichtquelle 200 in einer (X) Richtung, wie im Zusammenhang mit 3 beschrieben, kann durch Hinzufügen von zwei optischen Fasern, welche im rechten Winkel zur ersten optischen Faser positioniert oder angeordnet sind, auf drei Dimensionen erweitert werden. Das heißt, ein Satz von drei optischen Fasern, welche ein kartesisches Bezugssystem X-Y-Z bilden, kann dazu ausgebildet sein, einen Ort einer Lichtquelle in drei Dimensionen zu bestimmen. The principle of locating the light source 200 in an (X) direction, as related to 3 can be extended to three dimensions by adding two optical fibers which are positioned or arranged at right angles to the first optical fiber. That is, a set of three optical fibers forming a Cartesian reference frame XYZ may be configured to determine a location of a light source in three dimensions.

Mit Schwerpunkt auf 11 sind insbesondere drei optische Fasern FX, FY und FZ im rechten Winkel zueinander angeordnet, jede davon mit jeweiligem axialem Lichtquelleneintrittspunkt FEX, FEY und FEZ. Licht dringt in den jeweiligen axialen Eintrittspunkt ein und verbreitet sich axial zu jedem Ende der optischen Faser hin, wobei das Licht auf einen Photodetektor trifft, welcher unter anderem Lichtenergie misst. Genauer gesagt strahlt Lichtquelle 200 Licht in jegliche von verschiedenen Richtungen ab, was mathematisch als ein Vektor in drei orthogonale Richtungen, d.h. eine x-Achsen-Komponente LSX, eine y-Achsen-Komponente LSY und eine z-Achsen-Komponente LSZ, konstruiert werden kann. Jede dieser drei Komponenten LSX, LSY und LSZ dringt in die jeweilige optische Faser FX, FY und FZ an jeweiligen Orten FEX, FEY und FEZ ein und gabelt sich oder teilt sich auf, um sich an jedes jeweilige Ende der optischen Faser hin auszubreiten. Das heißt, Lichtquellen-x-Achsen-Komponente LSX betritt Faser-x-Achse FX bei x-Achsen-Lichtquellenfasereintrittspunkt FEX und breitet sich zu jedem Ende hin aus, wobei sie schließlich auf einen Photodetektor, welcher an jedem Ende positioniert ist, trifft, wobei jeweilige Lichtenergiemessungen von detektierten Lichtenergien DX1 und DX2 gemessen werden. Gleichermaßen dringt die Lichtquellen-y-Achsen-Komponente LSY in Faser-y-Achse FY bei y-Achsen-Lichtquellenfasereintrittspunkt FEY ein und breitet sich zu jedem Ende hin aus, wobei sie schließlich auf einen Photodetektor, welcher an jedem Ende positioniert ist, trifft, wobei jeweilige Lichtenergiemessungen von detektierten Lichtenergien DY1 und DY2 gemessen werden. Ebenfalls dringt Lichtquellen-z-Achsen-Komponente LSZ in Faser-z-Achse FZ bei z-Achsen-Lichtquellenfasereintrittspunkt FEZ ein und breitet sich zu jedem Ende hin aus, wobei sie schließlich auf einen Photodetektor, welcher an jedem Ende positioniert ist, trifft, wobei jeweilige Lichtenergiemessungen von detektierten Lichtenergien DZ1 und DZ2 gemessen werden. With focus on 11 In particular, three optical fibers FX, FY and FZ are arranged at right angles to each other, each with their respective axial light source entry point FEX, FEY and FEZ. Light enters the respective axial entry point and propagates axially toward each end of the optical fiber, the light striking a photodetector which inter alia measures light energy. More specifically, light source emits 200 Light in any of several directions, which can be mathematically constructed as a vector in three orthogonal directions, ie, an x-axis component LSX, a y-axis component LSY, and a z-axis component LSZ. Each of these three components LSX, LSY and LSZ penetrates into respective optical fibers FX, FY and FZ at respective locations FEX, FEY and FEZ and bifurcates or splits to propagate to each respective end of the optical fiber. That is, light source x-axis component LSX enters fiber x-axis FX at x-axis light source fiber entry point FEX and propagates toward each end, eventually striking a photodetector positioned at each end, wherein respective light energy measurements of detected light energies DX 1 and DX 2 are measured. Likewise, the light source y-axis component LSY penetrates fiber y axis FY at y-axis light source fiber entry point FEY and propagates toward each end, eventually striking a photodetector positioned at each end , wherein respective light energy measurements of detected light energies DY 1 and DY 2 are measured. Also, light source z-axis component LSZ enters fiber z-axis FZ at z-axis light source fiber entry point FEZ and propagates toward each end, eventually hitting a photodetector positioned at each end, wherein respective light energy measurements of detected light energies DZ 1 and DZ 2 are measured.

Jedes Paar von Lichtenergiemessungen für eine gegebene Faseroptik FX, FY und FZ wird dann verwendet, um die jeweiligen Orte von FEX, FEY und FEZ zu bestimmen, wie oben für die einachsige Optische-Faser-Ausführung von 9 und 10 beschrieben. Gleichermaßen kann, wie oben für die Einzel-Optische-Faser-Ausführung von 9 und 10 beschrieben, die Korrelation mit bekannten Photodetektormessungen durchgeführt werden, um Lichtquellenx-Abstand LSXD (rechtwinkliger oder orthogonaler Abstand von Lichtquelle 200 zu Faser-x-Achse FX), Lichtquellen-y-Abstand LSYD (rechtwinkliger oder orthogonaler Abstand von Lichtquelle 200 zu Faser-y-Achse FY) und Lichtquellen-z-Abstand LSZD (rechtwinkliger oder orthogonaler Abstand von Lichtquelle 200 zu Faser-z-Achse FZ) zu bestimmen. Die obigen Berechnungen werden durch Signalverarbeiter/-regler 500 durchgeführt. Each pair of light energy measurements for a given fiber optic FX, FY and FZ is then used to determine the respective locations of FEX, FEY and FEZ, as above for the uniaxial optical fiber design of FIG 9 and 10 described. Similarly, as above for the single optical fiber design of 9 and 10 described the correlation with known photodetector measurements to light source x-distance LSXD (orthogonal or orthogonal distance from light source 200 to fiber x-axis FX), light source y-distance LSYD (orthogonal or orthogonal distance from light source 200 to fiber y-axis FY) and light source z-distance LSZD (orthogonal or orthogonal distance from light source 200 to fiber z-axis FZ). The above calculations are done by signal processor / controller 500 carried out.

11 stellt ein Flussdiagramm bereit, welches eine beispielhafte Methode zur Verwendung des Optische-Faser-Sensorsystems von 9 und 10 darstellt. Im Allgemeinen startet das Verfahren 500 bei Schritt 504 und endet bei Schritt 532. 11 provides a flow chart illustrating an exemplary method of using the optical fiber sensor system of FIG 9 and 10 represents. In general, the procedure starts 500 at step 504 and ends at step 532 ,

Im Schritt 508 wird eine optische Faser innerhalb der Sichtlinie von potentiellen externen Lichtquellen, welche zur Detektion ausgerichtet sind, positioniert. Die optische Faser kann an oder durch eine externe Struktur montiert sein. Im Schritt 512 wird die optische Faser kalibriert. Die Kalibrierung umfasst geometrische Kalibrierung (wie Messung der Gesamtlänge der Faseroptik), Kalibrierung jedes der gekoppelten Photodetektoren, welche an jedem Ende der optischen Faser angeordnet sind, und Kalibrierung von gemessenen Photodetektor-Lichtenergien für bekannte Orte und/oder bekannte Energien von Lichtquellen (wie axialer Abstand von Faseroptik) und von bekannten Lichtquellentypen (wie Lichtquellen aus dem sichtbaren Bereich, IR-Quellen etc.). In step 508 For example, an optical fiber is positioned within the line of sight of potential external light sources that are aligned for detection. The optical fiber may be mounted on or through an external structure. In step 512 the optical fiber is calibrated. The calibration includes geometric calibration (such as fiber optic length measurement), calibration of each of the coupled photodetectors located at each end of the optical fiber, and calibration of measured photodetector light energies for known locations and / or known energies of light sources (such as axial) Distance from fiber optics) and known light source types (such as visible light sources, IR sources, etc.).

Im Schritt 516 wird Licht durch die diffusive optische Faser an einem ersten axialen Abstand empfangen. Das empfangene Licht passiert den Mantel der Faseroptik und breitet sich zu jedem Ende der optischen Faser hin aus. Im Schritt 520 misst jeder der gekoppelten Photodetektoren, welche an jedem Ende der optischen Faser angeordnet sind, eine detektierte Lichtenergie. Im Schritt 524 werden die Messungen des Paares der Photodetektoren verglichen, einhergehend mit Kalibrierungsdaten (wie beispielsweise die Gesamtlänge von optischer Faser). Im Schritt 528 werden die Vergleichsdaten aus Schritt 524 verwendet, um den ersten axialen Abstand der externen Lichtquelle zu bestimmen. Das Verfahren 500 endet bei Schritt 532. In step 516 For example, light is received by the diffusive optical fiber at a first axial distance. The received light passes through the cladding of the fiber optic and propagates toward each end of the optical fiber. In step 520 Each of the coupled photodetectors disposed at each end of the optical fiber measures a detected light energy. In step 524 the measurements of the pair of photodetectors are compared, along with calibration data (such as the total length of optical fiber). In step 528 the comparison data from step 524 used to determine the first axial distance of the external light source. The procedure 500 ends at step 532 ,

In manchen Ausführungen ersetzen optische Sendeempfänger die optischen Detektoren an den Faserenden. In manchen Ausführungen ist die diffusive optische Faser als ein omnidirektionales, optisches Freiraum-Sendeempfängermodul ausgebildet, um optische Signale zwischen den Faserenden und anderen optischen Signalmodulen innerhalb der Sichtlinie zu senden/empfangen; solch eine Ausführung kann beispielsweise bei Li-Fi, optischen Fernbedienungseinrichtungen etc. angewendet werden. In some embodiments, optical transceivers replace the optical detectors at the fiber ends. In some embodiments, the diffusive optical fiber is configured as an omnidirectional free-space optical transceiver module to transmit / receive optical signals between the fiber ends and other optical signal modules within the line of sight; such an embodiment can be applied to, for example, Li-Fi, optical remote control devices, etc.

In manchen Ausführungen umfasst das empfangene oder detektierte externe oder umgebende Licht mehr als eine Wellenlänge, beispielsweise sowohl den sichtbaren Bereich als auch den IR-Bereich. In manchen Ausführungen hat die diffusive Faser einen definierten oder begrenzten diffusiven axialen Bereich mit der verbleibenden regulären oder normalen (nicht-diffusiven) Faseroptik. In manchen Ausführungen werden ein oder mehrere externe Sensoren eingesetzt, um die Detektion und/oder Lokalisierungsberechnung eines externen Lichts zu unterstützen oder zu ergänzen. Zum Beispiel kann ein Temperatursensor oder ein Feuchtigkeitssensor die Verarbeitung von empfangenem Licht unterstützen, um beispielsweise Grenzwerte des Signal-Rausch-Verhältnisses zu verbessern und/oder die Signalverarbeitung durch den Signalverarbeiter/-regler 500 des Systems 100 zu verbessern. In manchen Ausführungen ist das System 100 dazu ausgebildet, kinematische Daten einer Lichtquelle, wie beispielsweise Geschwindigkeit und Beschleunigung, zu bestimmen. In some embodiments, the received or detected external or ambient light includes more than one wavelength, for example, both the visible range and the IR range. In some embodiments, the diffusive fiber has a defined or limited diffusive axial region with the remaining regular or normal (non-diffusive) fiber optic. In some embodiments, one or more external sensors are used to assist or supplement the detection and / or location calculation of external light. For example, a temperature sensor or a humidity sensor may assist in the processing of received light, for example, to improve signal-to-noise ratio limits and / or signal processing by the signal processor 500 of the system 100 to improve. In some versions, the system is 100 adapted to determine kinematic data of a light source, such as speed and acceleration.

In einer Ausführung umfasst das System 100 seine eigene Energieversorgung, wie eine Batterie wie eine Lithiumbatterie, um dadurch die Photodetektoren 400 und/oder den Signalverarbeiter/-regler 500 mit Energie zu versorgen. In one embodiment, the system includes 100 its own power supply, like a battery like a lithium battery, thereby causing the photodetectors 400 and / or the signal processor / controller 500 to provide energy.

Auch wenn Ausführungen diesbezüglich nicht eingeschränkt sind, können sich Erörterungen, welche Ausdrücke wie zum Beispiel “Verarbeitung”, “Datenverarbeitung”, “Berechnung”, “Bestimmung”, “Ermittlung”, “Auswertung”, “Prüfung” und ähnliche verwenden, auf (einen) Vorgang/Vorgänge und/oder Prozess(e) eines Rechners, einer Rechenplattform, eines Rechensystems, eines Kommunikationssystems oder -subsystems oder anderer elektronischer Rechenvorrichtungen beziehen, welche als physikalische (beispielsweise elektronische) Größen innerhalb der Register und/oder der Speicher des Rechners dargestellte Daten in andere, gleichermaßen als physikalische Größen innerhalb der Register und/oder der Speicher des Rechners oder eines anderen Informationsspeichermediums, welches Befehle speichern kann, um Tätigkeiten und/oder Prozesse auszuführen, dargestellte Daten manipulieren und/oder umwandeln. Although not limited in scope, discussions using expressions such as "processing," "data processing," "computation," "determination," "determination," "evaluation," "testing," and the like, may refer to ( a) relate processes / processes and / or process (s) of a computer, computing platform, computing system, communication system or subsystem, or other electronic computing device, which are physical (e.g. electronic) sizes within the registers and / or memory of the computer represented data in other, equally as physical quantities within the registers and / or the memory of the computer or other information storage medium, which can store commands to perform activities and / or processes manipulate displayed data and / or convert.

Auch wenn Ausführungen diesbezüglich nicht eingeschränkt sind, können die Ausdrücke „Mehrzahl“ und „eine Mehrzahl“ wie hier verwendet zum Beispiel „mehr“ oder „zwei oder mehr“ einschließen. Die Ausdrücke „Mehrzahl“ und „eine Mehrzahl“ können durch die Beschreibung hindurch verwendet werden, um zwei oder mehr Komponenten, Vorrichtungen, Elemente, Einheiten, Parameter, Schaltkreise oder ähnliches zu beschreiben. Zum Beispiel kann „eine Mehrzahl an Stationen“ zwei oder mehr Stationen einschließen. Although not limited in this regard, the terms "plurality" and "a plurality" as used herein may include, for example, "more" or "two or more". The terms "plurality" and "a plurality" may be used throughout the specification to describe two or more components, devices, elements, units, parameters, circuits, or the like. For example, "a plurality of stations" may include two or more stations.

Es kann vorteilhaft sein, Definitionen bestimmter, durch die Beschreibung hindurch verwendeter Wörter und Ausdrücke darzulegen: die Ausdrücke „beinhalten“ und „umfassen“ genauso wie Ableitungen hiervon bedeuten Einschließen ohne Beschränkung; der Ausdruck „oder“ ist einschließend, bedeutend und/oder; die Ausdrücke „verbunden mit“ und „verbunden damit“ genauso wie Ableitungen hiervon können bedeuten einschließen, eingeschlossen sein innerhalb, verbinden mit, verbunden mit, enthalten, enthalten sein in, verbinden mit oder anschließen an, koppeln mit oder an, übertragbar sein an, kooperieren mit, überlappen, gegenüberstellen, benachbart sein zu, gebunden sein an oder mit, haben, eine Eigenschaft haben, oder ähnliches; und der Ausdruck „Steuerung“ bezeichnet jegliche Vorrichtung, jegliches System oder Teil hiervon, das zumindest eine Tätigkeit steuert, solch eine Vorrichtung kann in Hardware, Schaltkreis, Firmware oder Software oder einer Kombination aus mindestens zwei davon implementiert sein. Es gilt zu beachten, dass die mit irgendeiner bestimmten Steuerung verbundene Funktionsweise zentralisiert oder verbreitet sein kann, ob lokal oder entfernt. Definitionen für bestimmte Wörter und Ausdrücke sind durch dieses Dokument hindurch bereitgestellt, und Fachleute sollten verstehen, dass in vielen, wenn nicht in den meisten Fällen solche Definitionen für die frühere genauso wie die zukünftige Verwendung solcher definierter Wörter und Ausdrücke gelten. It may be advantageous to set forth definitions of certain words and phrases used throughout the specification: the terms "include" and "comprise" as well as derivatives thereof mean inclusion without limitation; the term "or" is inclusive, meaningful and / or; The terms "associated with" and "associated with it" as well as derivatives thereof, may include, be included within, connect with, be associated with, contain, be contained in, associate with or connect to, couple with, or be transferable to, cooperate with, overlap, face, be adjacent to, be tied to or with, have, have a feature, or the like; and the term "controller" means any device, system or part thereof that controls at least one activity, such device may be implemented in hardware, circuitry, firmware or software, or a combination of at least two thereof. It should be noted that the operation associated with any particular controller may be centralized or distributed, whether local or remote. Definitions of certain words and phrases are provided throughout this document, and those skilled in the art should understand that in many, if not most, such definitions apply to both the prior and future use of such defined words and phrases.

Zur Erläuterung sind zahlreiche Details dargelegt, um ein gründliches Verständnis der offenbarten Techniken bereitzustellen. Dennoch sollte anerkannt werden, dass die vorliegende Offenbarung über die hier dargelegten spezifischen Details hinaus auf vielfältige Weise ausgeübt werden kann. By way of illustration, numerous details are set forth in order to provide a thorough understanding of the disclosed techniques. However, it should be recognized that the present disclosure may be practiced in a variety of ways beyond the specific details set forth herein.

Ferner sollte anerkannt werden, dass die verschiedenen Verbindungen (welche möglicherweise nicht als die Elemente verbindend dargestellt werden), einschließlich des/der die Elemente verbindenden Kommunikationskanals/Kommunikationskanäle, kabelgebundene oder kabellose Verbindungen oder jegliche Kombination hiervon oder jegliche(s) andere(s) bekannte(s) oder später entwickelte(s) Element(e), welche(s) fähig ist, Daten bereitzustellen oder an und von den verbundenen Elementen zu übertragen, sein können. Der Ausdruck Modul, wie hier verwendet, kann sich auf irgendeine bekannte oder später entwickelte Hardware, Schaltung, Schaltkreis, Software, Firmware oder Kombination hiervon beziehen, welche fähig ist, die mit diesem Element verbundene Funktionsweise auszuführen. Die Ausdrücke bestimmen, berechnen und ausrechnen und Variationen hiervon wie hierin verwendet sind austauschbar verwendet und schließen jegliche Art von Methodik, Verfahren, Technik, mathematische Operation oder Protokoll ein. Further, it should be appreciated that the various connections (which may not be shown as connecting the elements), including the communication channel (s) connecting the elements, wired or wireless connections, or any combination thereof, or any other known ones (s) or later developed element (s) that are capable of providing data to or transmitted to and from the connected elements. The term modulus as used herein may refer to any known or later developed hardware, circuit, circuit, software, firmware or combination thereof that is capable of performing the functionality associated with that element. The terms define, calculate and calculate and variations thereof as used herein are interchangeably used and include any type of methodology, method, technique, mathematical operation or protocol.

Während einige der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungen sich auf einen Sendeabschnitt eines Senderempfängers, welcher bestimmte Funktionen ausführt, oder auf einen Empfangsabschnitt eines Senderempfängers, welcher bestimmte Funktionen ausführt, beziehen, ist darüber hinaus diese Offenbarung dazu gedacht, entsprechende und ergänzende senderseitige beziehungsweise empfängerseitige Funktionsweisen einzuschließen, sowohl im gleichen Sendeempfänger als auch (einem) anderen Sendeempfänger(n), und umgekehrt. While some of the exemplary embodiments described herein relate to a transmit portion of a transceiver performing certain functions, or to a receive portion of a transceiver that performs certain functions, this disclosure is also intended to include corresponding and supplemental transmitter-side or receiver-side functions. in both the same transceiver and another transceiver (s), and vice versa.

Während die oben beschriebenen Flussdiagramme mit Bezug auf eine bestimmte Abfolge von Ereignissen diskutiert wurden, sollte anerkannt werden, dass Veränderungen an dieser Abfolge eintreten können, ohne die Ausführung der Ausführung(en) wesentlich zu beeinflussen. Zusätzlich muss die genaue Abfolge von Ereignissen nicht wie in den beispielhaften Ausführungen dargelegt eintreten. Zusätzlich sind die hier dargestellten beispielhaften Techniken nicht auf die spezifisch dargestellten Ausführungen beschränkt, sondern können auch mit den anderen beispielhaften Ausführungen verwendet werden, und jedes beschriebene Merkmal ist individuell und einzeln beanspruchbar. While the flowcharts described above have been discussed with reference to a particular sequence of events, it should be appreciated that changes may be made to this sequence without materially affecting the execution of the execution (s). In addition, the exact sequence of events need not occur as set forth in the exemplary embodiments. In addition, the exemplary techniques presented herein are not limited to the specific embodiments illustrated, but may be used with the other exemplary embodiments, and each feature described is individually and individually claimable.

Zusätzlich können die Systeme, Verfahren und Protokolle implementiert werden, um einen oder mehrere Computer für spezielle Anwendungen, einen programmierten Mikroprozessor oder Mikrokontroller und periphere(s) integrierte(s) Schaltelement(e), eine ASIC oder einen anderen integrierten Schaltkreis, einen digitalen Signalverarbeiter, einen verdrahteten elektronischen oder logischen Schaltkreis wie beispielsweise einen Einzel-Element-Schaltkreis, eine programmierbare logische Vorrichtung wie beispielsweise PLD, PLA, FPGA, PAL, ein Modem, ein Sender/Empfänger, jegliche vergleichbare Mittel oder ähnliches zu verbessern. Generell kann jegliche Vorrichtung, welche dazu fähig ist, eine Zustandsmaschine zu implementieren, welche wiederum dazu fähig ist, die hier dargestellte Methodik zu implementieren, von den zahlreichen Kommunikationsmethoden, Protokollen und Techniken gemäß der hier bereitgestellten Offenbarung profitieren. Additionally, the systems, methods, and protocols may be implemented to include one or more special purpose computers, a programmed microprocessor or microcontroller, and peripheral integrated switching element (s), an ASIC or other integrated circuit, a digital signal processor To improve a wired electronic or logic circuit such as a single-element circuit, a programmable logic device such as PLD, PLA, FPGA, PAL, a modem, a transceiver, any comparable means or the like. In general, any apparatus capable of implementing a state machine, which in turn is capable of implementing the methodology presented herein, may benefit from the numerous communication methods, protocols, and techniques according to the disclosure provided herein.

Beispiele der hier beschriebenen Prozessoren können einschließen, aber sind nicht beschränkt auf zumindest einen von Qualcomm® Snapdragon® 800 und 801, Qualcomm® Snapdragon® 610 und 615 mit 4G LTE-Integration und 64-Bit-Computing, Apple® A7-Prozessor mit 64-Bit-Architektur, Apple® M7 motion-Coprozessoren, Samsung® Exynos®-Serie, die Intel® CoreTM-Prozessorenfamilie, die Intel® Xeon®-Prozessorenfamilie, die Intel® AtomTM-Prozessorenfamilie, die Intel Itanium®-Prozessorenfamilie, Intel® Core® i5-4670K und i7-4770K 22nm Haswell, Intel® Core® i5-3570K 22nm Ivy Bridge, die AMD® FXTM-Prozessorenfamilie, AMD® FX-4300, FX-6300, und FX-8350 32nm Vishera, AMD® Kaveri-Prozessoren, Texas Instruments® Jacinto C6000TM-Fahrzeuginfotainment-Prozessoren, mobile Texas Instruments® OMAPTM Fahrzeugprozessoren, ARM® CortexTM-M-Prozessoren, ARM® Cortex-A- und ARM926EJ-STM-Prozessoren, kabellose Broadcom® AirForce BCM4704/BCM4703 Netzwerkprozessoren, die kabellose AR7100-Netzwerkprozessor-Einheit, andere industrieentsprechende Prozessoren, und können Computerfunktionen unter Verwendung von jeglichem bekannten oder zukünftig entwickelten Standard, Befehlssatz, Bibliotheken und/oder Architektur ausführen. Examples of processors described herein may include, but are not limited to at least one of Qualcomm ® Snapdragon ® 800 and 801, Qualcomm ® Snapdragon ® 610 and 615 ® with 4G LTE integration and 64-bit computing, Apple A7 processor with 64 bit architecture, Apple ® M7 motion co-processors, Samsung Exynos ® ® series, the Intel ® Core TM -Prozessorenfamilie, the Intel ® Xeon ® -Prozessorenfamilie, the Intel ® atom TM -Prozessorenfamilie, the Intel Itanium ® -Prozessorenfamilie, Intel ® Core i5-4670K and i7-4770K ® 22nm Haswell, Intel ® Core i5-3570K ® 22nm Ivy Bridge, AMD ® FX TM -Prozessorenfamilie, AMD ® FX-4300, FX-6300 and FX-8350 Vishera 32nm, AMD ® Kaveri processors, Texas Instruments ® Jacinto C6000 TM -Fahrzeuginfotainment processors, mobile Texas Instruments OMAP TM ® vehicle processors, ARM ® Cortex TM -M processors, ARM ® Cortex-A and ARM926EJ-S TM processors, wireless Broadcom ® AirForce BCM4704 / BCM4703 Network Pr ozessoren, the AR7100 wireless network processor unit, other industry-standard processors, and can perform computer functions using any known or future developed Execute standard, instruction set, libraries, and / or architecture.

Weiterhin können die offenbarten Verfahren leicht in Software implementiert werden, welche Objekt- oder objektorientierte Softwareentwicklungsumgebungen verwendet, welche portierbaren Quellcode bereitstellen, der auf einer Vielzahl von Computern oder Arbeitsplatz-Plattformen verwendet werden kann.. Alternativ kann das offenbarte System teilweise oder vollständig in Hardware, welche Standard-Logikschaltungen oder VLSI-Design verwenden, implementiert werden. Ob Software oder Hardware verwendet wird, um die Systeme gemäß den Ausführungen zu implementieren, hängt von den Geschwindigkeits- und/oder Effizienzanforderungen des Systems, der speziellen Funktion und der verwendeten speziellen Software- oder Hardwaresysteme oder Mikroprozessor- oder Microcomputersysteme ab. Die hier dargestellten Kommunikationssysteme, Verfahren und Protokolle können durch gewöhnliche Fachleute der anzuwendenden Kunst leicht in Hardware und/oder Software implementiert werden, indem jegliche bekannte oder zukünftig entwickelte Systeme oder Strukturen, Vorrichtungen und/oder Software verwendet werden, ausgehend von der hier bereitgestellten funktionellen Beschreibung und mit einem allgemeinen Grundwissen der Computer- und Telekommunikationsgeisteswissenschaften. Furthermore, the disclosed methods may be readily implemented in software that utilizes object or object-oriented software development environments that provide portable source code that can be used on a variety of computers or workstation platforms. Alternatively, the disclosed system may be partially or fully embodied in hardware, which use standard logic circuits or VLSI design. Whether software or hardware is used to implement the systems according to the embodiments depends on the speed and / or efficiency requirements of the system, the particular function and the particular software or hardware systems being used, or microprocessor or microcomputer systems. The communication systems, methods, and protocols presented herein may be readily implemented in hardware and / or software by those of ordinary skill in the art using any known or future developed systems or structures, devices, and / or software based on the functional description provided herein and with a general knowledge of computer and telecommunications sciences.

Darüber hinaus können die offenbarten Verfahren leicht in auf einem Speichermedium speicherbare Software und/oder Firmware implementiert werden, um die Leistung zu verbessern von: einem programmierten Allzweckcomputer mit der Kooperation eines Reglers und Speichers, einem Spezialanwendungscomputer, einem Mikroprozessor oder Ähnlichem. In diesen Fällen können die Systeme und Verfahren implementiert werden als in einen Personal Computer eingebettetes Programm, wie beispielsweise eine Minianwendung, JA-VA.RTM. oder CGI-Skript, als eine auf einem Server oder einem Computerarbeitsplatz angesiedelte Ressource, als eine in ein bestimmtes Kommunikationssystem oder Systemkomponente eingebettete Routine oder Ähnliches. Das System kann auch implementiert werden, indem das System und/oder Verfahren materiell in ein Software- und/oder Hardwaresystem, wie beispielsweise die Hardware- und Softwaresysteme eines Kommunikationssendeempfängers, integriert wird. Moreover, the disclosed methods can be readily implemented in software and / or firmware storable on a storage medium to improve performance of: a programmed general purpose computer with the cooperation of a controller and memory, a special purpose computer, a microprocessor, or the like. In these cases, the systems and methods may be implemented as a program embedded in a personal computer, such as a gadget, JA-VA.RTM. or CGI script, as a resource residing on a server or a computer workstation, as a routine embedded in a particular communication system or system component, or the like. The system may also be implemented by physically incorporating the system and / or method into a software and / or hardware system, such as the hardware and software systems of a communications transceiver.

Zahlreiche Ausführungen können auch oder alternativ vollständig oder teilweise in Software und/oder Firmware implementiert werden. Diese Software und/oder Firmware kann die Form von in oder auf einem nicht-flüchtigen computerlesbaren Speichermedium enthaltenen Befehlen annehmen. Diese Befehle können dann durch einen oder mehrere Prozessoren gelesen und ausgeführt werden, um die Ausführung der hier beschriebenen Vorgänge zu ermöglichen. Die Befehle können in jeglicher geeigneter Form sein, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf Quellcode, kompilierter Code, interpretierter Code, ausführbarer Code, statischer Code, dynamischer Code und Ähnliches. Solch ein computerlesbares Medium kann jegliches materielles nicht-flüchtiges Medium zum Speichern von Informationen in einer durch einen oder mehrere Computer lesbaren Form einschließen, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf Festwertspeicher (ROM); Arbeitsspeicher (RAM); Plattenspeichermedien, optische Speichermedien, ein Flashspeicher etc. Numerous implementations may also or alternatively be implemented in whole or in part in software and / or firmware. This software and / or firmware may take the form of instructions contained in or on a non-transitory computer-readable storage medium. These instructions may then be read and executed by one or more processors to facilitate execution of the operations described herein. The instructions may be in any suitable form such as, but not limited to, source code, compiled code, interpreted code, executable code, static code, dynamic code, and the like. Such a computer readable medium may include any material non-transitory medium for storing information in a form readable by one or more computers, such as but not limited to read only memory (ROM); Random Access Memory (RAM); Disk storage media, optical storage media, flash memory, etc.

Es ist daher offenkundig, dass zumindest Systeme und Verfahren zur Lichtkopplung bereitgestellt wurden. Während die Ausführungen in Zusammenhang mit etlichen Ausführungen beschrieben wurden, ist es offensichtlich, dass viele Alternativen, Modifikationen und Variationen einem gewöhnlichen Fachmann in der anzuwendenden Kunst erkennbar sein würden oder sind. Entsprechend zielt diese Offenbarung darauf ab, alle derartige Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und Variationen, welche innerhalb des Geistes und Rahmen dieser Offenbarung sind, einzuschließen. It is therefore apparent that at least systems and methods for light coupling have been provided. While the embodiments have been described in conjunction with several embodiments, it is apparent that many alternatives, modifications, and variations would be or will be apparent to one of ordinary skill in the art to which it is applicable. Accordingly, this disclosure is intended to encompass all such alternatives, modifications, equivalents, and variations that are within the spirit and scope of this disclosure.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (19)

LED- und Lichtkopplungsvorrichtung, umfassend: mindestens eine LED, welche dazu ausgebildet ist, Energie und Steuersignale zu empfangen, wobei die mindestens eine LED ein erstes Licht mit einer ersten numerischen Apertur abstrahlt; einen Lichtkoppler in optischer Kommunikation mit der mindestens einen LED, wobei der Lichtkoppler das erste Licht empfängt und ein zweites Licht abstrahlt; und eine optische Faser umfassend einen Akzeptanzwinkel, wobei die optische Faser in optischer Kommunikation mit dem Lichtkoppler ist; wobei der Lichtkoppler das erste Licht mit der ersten numerischen Apertur zu einem zweiten Licht mit einer zweiten numerischen Apertur, welche geringer als die erste numerische Apertur ist, ändert.  LED and light coupling device comprising: at least one LED configured to receive power and control signals, wherein the at least one LED emits a first light having a first numerical aperture; a light coupler in optical communication with the at least one LED, wherein the light coupler receives the first light and emits a second light; and an optical fiber comprising an acceptance angle, the optical fiber being in optical communication with the light coupler; wherein the light coupler changes the first light having the first numerical aperture to a second light having a second numerical aperture which is less than the first numerical aperture. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, weiterhin umfassend einen elektronischen Treiber, welcher die mindestens eine LED steuert.  The device of claim 1, further comprising an electronic driver controlling the at least one LED. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Steuerung der mindestens einen LED Energiemodulation umfasst.  The device of claim 2, wherein the control of the at least one LED comprises energy modulation. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die mindestens eine LED eine oberflächenemittierende LED ist.  The device of claim 1, wherein the at least one LED is a surface emitting LED. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die mindestens eine LED drei oberflächenemittierende LEDs sind.  The device of claim 1, wherein the at least one LED is three surface emitting LEDs. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei das zweite Licht durch die optische Faser innerhalb des Akzeptanzwinkels der optischen Faser empfangen wird.  The device of claim 4, wherein the second light is received by the optical fiber within the acceptance angle of the optical fiber. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Lichtkoppler eine optische Integrationskugel umfasst.  The device of claim 1, wherein the light coupler comprises an optical integration sphere. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Lichtkoppler eine Kugellinse umfasst.  The device of claim 1, wherein the light coupler comprises a ball lens. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei der Lichtkoppler eine optische Kugel ist und die drei oberflächenemittierenden LEDs bei 0 Winkelgrad, 90 Winkelgrad und 180 Winkelgrad über einen äquatorialen Umfang der optischen Kugel angeordnet sind, wobei ein Kopplungswirkungsgrad zwischen dem ersten Licht und dem zweiten Licht mindestens 95 % beträgt.  The device according to claim 5, wherein the light coupler is an optical ball and the three surface emitting LEDs are arranged at 0 angular degrees, 90 degrees and 180 degrees above an equatorial circumference of the optical sphere, wherein a coupling efficiency between the first light and the second light is at least 95%. is. Verfahren zum LED-Licht-Koppeln, umfassend: Bereitstellen einer LED-Licht-Kopplungsvorrichtung, umfassend: i) mindestens eine LED, welche dazu ausgebildet ist, Energie zu empfangen und Steuersignale zu empfangen, wobei die mindestens eine LED ein erstes Licht mit einer ersten numerischen Apertur abstrahlt; ii) einen Lichtkoppler in optischer Kommunikation mit der mindestens einen LED, wobei der Lichtkoppler das erste Licht empfängt und ein zweites Licht abstrahlt; und iii) eine optische Faser umfassend einen Akzeptanzwinkel, wobei die optische Faser in optischer Kommunikation mit dem Lichtkoppler ist; Versorgen der LED-Licht-Kopplungsvorrichtung mit einer Energiequelle; Bereitstellen von Energie für die mindestens eine LED von der Energiequelle; Aktivieren der mindestens einen LED; Abstrahlen des ersten Lichts zum Lichtkoppler; Ändern des ersten Lichts innerhalb des Lichtkopplers, wobei sich das erste Licht mit der ersten numerischen Apertur zu einem zweiten Licht mit einer zweiten numerischen Apertur, welche geringer als die erste numerische Apertur ist, ändert; und Versorgen der optischen Faser mit dem zweiten Licht.  A method of LED light coupling, comprising: Providing an LED light coupling device comprising: i) at least one LED configured to receive power and receive control signals, the at least one LED emitting a first light having a first numerical aperture; ii) a light coupler in optical communication with the at least one LED, the light coupler receiving the first light and emitting a second light; and iii) an optical fiber comprising an acceptance angle, the optical fiber being in optical communication with the light coupler; Supplying the LED light coupling device with a power source; Providing power to the at least one LED from the power source; Activating the at least one LED; Emitting the first light to the light coupler; Changing the first light within the light coupler, wherein the first light having the first numerical aperture changes to a second light having a second numerical aperture which is less than the first numerical aperture; and Supplying the optical fiber with the second light. Verfahren gemäß Anspruch 10, weiterhin umfassend einen elektronischen Treiber, welcher die mindestens eine LED steuert.  The method of claim 10, further comprising an electronic driver controlling the at least one LED. Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei die Steuerung der mindestens einen LED Energiemodulation umfasst.  The method of claim 11, wherein the control of the at least one LED comprises energy modulation. Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei die Steuerung der mindestens einen LED Energiemodulation umfasst.  The method of claim 10, wherein the control of the at least one LED comprises energy modulation. Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei die mindestens eine LED eine oberflächenemittierende LED ist.  The method of claim 10, wherein the at least one LED is a surface emitting LED. Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei die mindestens eine LED drei oberflächenemittierende LEDs sind.  The method of claim 10, wherein the at least one LED is three surface emitting LEDs. Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei das zweite Licht durch die optische Faser innerhalb des Akzeptanzwinkels der optischen Faser empfangen wird, wobei ein Kopplungswirkungsgrad zwischen dem ersten Licht und dem zweiten Licht mindestens 95 % beträgt.  The method of claim 14, wherein the second light is received by the optical fiber within the acceptance angle of the optical fiber, wherein a coupling efficiency between the first light and the second light is at least 95%. Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei der Lichtkoppler eine optische Integrationskugel umfasst.  The method of claim 10, wherein the light coupler comprises an optical integration sphere. Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei der Lichtkoppler eine Kugellinse umfasst.  The method of claim 10, wherein the light coupler comprises a ball lens. Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei der Lichtkoppler eine optische Kugel ist und die drei oberflächenemittierenden LEDs bei 0 Winkelgrad, 90 Winkelgrad und 180 Winkelgrad über einen äquatorialen Umfang der optischen Kugel angeordnet sind. LED-Faseroptik-Vorrichtung, umfassend: mindestens eine LED, welche dazu ausgebildet ist, Energie und Steuersignale zu empfangen, wobei die mindestens eine LED ein erstes Licht mit einem ersten Emissionskonus abstrahlt; einen Lichtkoppler in optischer Kommunikation mit der mindestens einen LED, wobei der Lichtkoppler das erste Licht empfängt und ein zweites Licht abstrahlt; und eine optische Faser umfassend einen Akzeptanzwinkel, wobei die optische Faser in optischer Kommunikation mit dem Lichtkoppler ist; wobei der Lichtkoppler das erste Licht mit dem ersten Emissionskonus zu einem zweiten Licht mit einem zweiten Emissionskonus, welcher geringer als der erste Emissionskonus ist, ändert; wobei ein Kopplungswirkungsgrad zwischen dem ersten Licht und dem zweiten Licht mindestens 95 % beträgt. The method of claim 15, wherein the light coupler is an optical sphere and the three surface emitting LEDs are at 0 angular degrees, 90 Angular degrees and 180 degrees are arranged over an equatorial circumference of the optical ball. An LED fiber optic device comprising: at least one LED configured to receive power and control signals, the at least one LED emitting a first light having a first emission cone; a light coupler in optical communication with the at least one LED, the light coupler receiving the first light and emitting a second light; and an optical fiber including an acceptance angle, the optical fiber being in optical communication with the light coupler; wherein the light coupler changes the first light having the first emission cone to a second light having a second emission cone that is less than the first emission cone; wherein a coupling efficiency between the first light and the second light is at least 95%.
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