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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen und Verfahren
zum Einkoppeln von Licht in eine Faser, wie sie beispielsweise zur
Erhöhung einer Augensicherheit bei optischer Datenübertragung
eingesetzt werden können.
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6 zeigt
schematisch eine typische Einkopplung von Lichtstrahlen in einen
optischen Wellenleiter bzw. in eine optische Faser.
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Bei
einer optischen Fasereinkopplung wird typischerweise ein Lichtstrahl
einer Punktlichtquelle 100 mit einem Einkopplungsoptik 110 kollimiert
und, wie in 6 gezeigt, gegebenenfalls wieder
fokussiert, um möglichst viel Licht in eine optische Faser 120 zu
koppeln. Das heißt, eine klassische Einkopplungsoptik 110 umfasst
beispielsweise eine Kollimationslinse und eventuell zusätzlich
eine Sammellinse. Auch eine direkte, meist vergrößernde,
Abbildung der Lichtquelle 100 auf die Faser 120 wird
oft angewendet. Bei preissensitiven Anwendungen wird häufig
auch eine sogenannte stumpfe Kopplung zwischen der Faser 120 und
einem Licht-emittierenden Bauteil verwendet (Stoßkopplung).
Dies bedeutet, dass sich beim Übergang des Lichts von dem licht-emittierenden
Bauteil 100 auf die Faser 120 eine Stirnfläche
des licht-emittierenden Bauteils 100 und eine Stirnfläche
der optischen Faser 120 unmittelbar gegenüberliegen
Ist eine optische Faser 120 nicht an einen optischen Sender
bzw. eine Lichtquelle angeschlossen, oder ist eine optische Verbindung
zwischen Sender (z. B. Lichtquelle) und einer entsprechenden Faser,
die zu einem entsprechenden Empfänger (z. B. Fotodiode)
führt, beispielsweise unabsichtlich unterbrochen worden,
so können die oben erwähnten Koppeltechni ken erhebliche
Risiken bezüglich einer Augensicherheit darstellen. Trifft
beispielsweise eine optische Dauerstrichleistung von mehr als 1
mW von dem Sender auf die Netzhaut des menschlichen Auges, muss
(bei sichtbarer Strahlung) nicht nur mit Blendung, sondern auch
mit bleibenden Schäden gerechnet werden. Da Laser und Laserdioden
in optischen Übertragungssystemen derartige Leistungen
abstrahlen, müssen Schutzvorkehrungen getroffen werden.
Die zu treffenden Maßnahmen hängen mit der jeweiligen
Laserschutzklasse zusammen, die wiederum von der emittierten Leistung
und der Wellenlänge abhängt.
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Eine
Abbildung einer Punktlichtquelle 100 auf die Netzhaut eines
Betrachters ist schematisch in 7 skizziert.
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7 zeigt
eine Punktlichtquelle 100, deren Lichtstrahlung die klassische
Einkopplungsoptik 110 durchläuft und in deren
Brennebene 150 die in 7 gezeigte
Intensitätsverteilung aufweist. Aus der Brennebene 150 tritt
die konzentrierte Strahlung in Form von divergenten Strahlenbündeln
aus und trifft schließlich auf ein Auge 160 eines
Betrachters, wo die Lichtstrahlen wieder gebündelt werden
und dadurch die Punktlichtquelle 100 maßstäblich
auf der Netzhaut des Auges 160 abbilden.
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Es
kann also unter Umständen eine akute Personengefährdung
bestehen, da in Fällen sendeseitig gelöster Fasersteckverbindungen
bzw. abgefallener Faserleitungsenden oder aber auch in Fällen sendenah
unterbrochener Faserleitungen eine verwendete Punktlichtquelle,
wie beispielsweise ein Laser, maßstäblich auf
der Netzhaut eines Betrachters abgebildet werden kann, der in den
Sender bzw. die Einkopplungsoptik schaut. Um eine solche Personengefährdung
zu reduzieren, kann beispielsweise die Leistung eines Lasers reduziert
werden, was allerdings zu Perfomanceeinbußen der optischen Übertragungsstrecke
führt, da somit lediglich geringere Distanzen überbrückbar
sind.
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Die
Veröffentlichungsschrift
DE 4229511 A1 beschreibt eine Abschattungseinrichtung
bzw. eine Steckverbindung für Lichtwellenleitersteckverbindungen,
mit der eine Abschattung einer Laserstrahlung durch eine Mechanik
erreicht werden kann, sobald eine angekoppelte Faser abgezogen wird.
Dies bedeutet allerdings einen erhöhten mechanischen Aufwand,
wie beispielsweise komplexe mechanische Verschlussmechanismen.
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Die
Offenlegungsschrift
DE
4231919 A1 beschreibt eine elektrische Schutzschaltung
zur Abschaltung eines elektro-optischen Wandlers, z. B. eine Laserdiode,
bei nicht angeschlossener optischer Faser.
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Die
Offenlegungsschrift
DE
4414862 A1 offenbart einen Lichtwellenleitersteckverbinder
mit Überwachungseinrichtung, wobei der Steckverbinder mit
einem optischen Sende- und/oder Empfangselement ausgestattet ist.
Dieses Element ist mit dem an den Steckverbinder angeschlossenen
Empfänger bzw. Sender gekoppelt und so angeordnet, dass
es bei hergestellter Steckverbindung optisch abgedeckt ist. Dadurch
lässt sich feststellen, ob der Lichtwellenleiter angeschlossen
ist oder nicht bzw. der Steckverbinder fehlerhaft oder unvollständig
installiert wurde.
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Die
DE 4444569 A1 offenbart
ein elektro-optisches Modul mit einem Sender, der bei elektrischer Ansteuerung
energiereiche Strahlung emittiert und mit einer Aufnahme, in die
ein Verbindungsteil zum Ankoppeln eines Kopplungselements an den
Sender einführbar ist. Ein Lichtschrankenstrahl einer Lichtschranke
durchdringt die Aufnahme derart, dass der Lichtschrankenstrahl bei
eingeführtem Verbindungselement unterbrochen ist. Die Ansteuerung
des Senders ist nur bei unterbrochenem Lichtschrankenstrahl freigegeben.
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Zur
Sicherung gegen Personengefährdung z. B. beim Bruch von
laserlichtführenden Lichtwellenleitern ist üblicherweise
eine Lasersicherheitsabschaltung vorgesehen, die über die Gegenrichtung der Übertragungsstrecke
gesteuert wird, und bei fehlendem Signal in der Gegenrichtung auch
den Laser in der Senderrichtung abschaltet. Bei gerichtetem Betrieb
fehlt ein Rückkanal. Für diesen Fall wird in der
Offenlegungsschrift
EP
0296427 A1 vorgeschlagen, an ein Faserstück (Pigtail)
einer Laserdiode über einen optischen Abzweiger eine Monitorphotodiode
optisch anzukoppeln, deren Ausgangsstrom nach Vergleich mit einem
Referenzstrom bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwerts
der Lichtleistung einen gesteuerten Schalter betätigt und
damit die Speiseströme für die Laserdiode unterbricht. Diesen
Schutzmechanismen ist ein erheblicher zusätzlicher Elektronikaufwand
gemeinsam. Durch das Zwischenschalten eines Faserstücks
(Mikropigtail) wird die Baugröße teils erheblich
erhöht.
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Aus
der deutschen Offenlegungsschrift
DE 19654600 A1 ist eine Laserdiode mit einer
ringförmigen aktiven Abstrahlfläche bekannt, die
mit einem derartigen Treiberstrom beaufschlagt ist, dass das abgegebene
Licht ein ringförmiges Intensitätsprofil mit geringer
Lichtintensität im Zentrum aufweist. Eine Veränderung
der strahlenden Laserapertur erfordert ein spezielles Laserdesign
und hat beispielsweise nachteilige Auswirkungen auf die Bandbreite.
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Es
gibt bei optischen Datenübertragungseinrichtungen noch
eine Reihe weiterer bekannter Schutzeinrichtungen, mit denen die
Augensicherheit gewährleistet werden kann.
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Wünschenswert
wäre eine Verbesserung der Augensicherheit ohne aufwändige
und komplizierte mechanische Steckverbindungen und elektronische Schutzschaltungen.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine Vorrichtung
und ein Verfahren zur Verbesserung der Augensicherheit bei einer Lichteinkopplung
in optische Fasern bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1, ein optisches Bauteil gemäß Patentanspruch
10 und ein Verfahren gemäß Patentanspruch 12 gelöst.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Augensicherheit
bei einer Lichteinkopplung in optische Fasern verbessert werden
kann, indem das Licht aus einer Lichtquelle, insbesondere aus einer
Punktlichtquelle, auf eine Mehrzahl von einzelnen Strahlquellen
aufgeteilt wird. Das heißt, ein von einer Lichtquelle ausgehender
Lichtstrahl wird, anstatt ihn direkt oder gebündelt in
eine optische Faser, wie z. B. eine Polymerfaser bzw. eine polymeroptische
Faser, einzukoppeln, vorher in eine Mehrzahl von separaten Strahlbündeln
transformiert, welche dann in die optische Faser einkoppelbar sind. Damit
kann eine Gesamtstrahlungsleistung auf mehrere Strahlquellen verteilt
werden, so dass die Lichtleistung insgesamt erhöht werden
kann, wobei eine einzelne Lichtleistung jeder der verteilten Strahlquellen
für sich aber augensicher ist. Dadurch kann eine höhere
Augensicherheit bei abgestecktem Lichtleiter erreicht werden, ohne
die Effizienz der Lichteinkopplung in den Lichtleiter wesentlich
zu beeinträchtigen.
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Gemäß Ausführungsbeispielen
wird ein optisch transparentes Bauteil verwendet, dessen eine Seite,
die der optischen Faser zugewandt ist, eine Anordnung von optischen
Strahlformungseinheiten umfasst, die definiert bzw. regelmäßig
oder auch völlig willkürlich bzw. unregelmäßig
angeordnet und strukturiert sein können. Gemäß einem
Ausführungsbeispiel ist die optische Anordnung ein Linsenarray, insbesondere
ein Mikrolinsenarray, d. h. die Strahlformungseinheiten sind Linsen.
Die der Lichtquelle zugewandte Seite des optischen Bauteils kann
gemäß Ausführungsbeispielen als Sammellinse
ausgestaltet sein, um einen Koppelwirkungsgrad zwischen Lichtquelle
und Faser zu maximieren und laterale Justagetoleranzen auszugleichen.
Die der Lichtquelle zugewandte Seite kann auch als Ebene oder andersartig
strukturiert sein.
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Gemäß Ausführungsbeispielen
kann das optische Bauteil auch Bestandteil eines Gehäuses
einer Lichtquelle bzw. einer größeren Einheit
sein, oder auf einer der Faser zugewandten Seite einer Vergussmasse,
z. B. Kunststoff-Spritzguss, strukturiert sein, wobei in der Vergussmasse
die Lichtquelle und gegebenenfalls weitere Baugruppen eingeschlossen
sind.
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Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass bei einer
nicht an die Lichtquelle angeschlossenen Faser und einem Blick in
die Mehrzahl von Lichtstrahlen kein einzelner Lichtspot auf der
Netzhaut eines Auges abgebildet werden kann, so dass eine Schadwirkung
wesentlich geringer ist als bei einer Punktlichtquelle. Somit kann
die Augensicherheit erhöht werden.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass
eine höhere optische Gesamtleistung verwendet werden kann
und damit die Reichweite einer Übertragungsstrecke bei
gleichzeitig gewährleisteter Augensicherheit direkt an
der Lichtquelle gesteigert werden kann.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden
nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigen:
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1 ein
schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Einkoppeln von
Licht in eine Faser gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
Vorrichtung zur Einkopplung von Licht in eine Faser gemäß einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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3a–c Ausführungsbeispiele
von optischen Bauteilen gemäß Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung;
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4 eine
schematische Darstellung einer Einkopplung einer Mehrzahl von Lichtstrahlen
in eine optische Faser gemäß einem Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung;
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5 eine
schematische Darstellung einer Abbildung der Mehrzahl von Lichtstrahlen
auf die Netzhaut eines Auges;
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6 eine
schematische Darstellung einer herkömmlichen Fasereinkopplung
mit hoher Augengefährdung; und
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7 eine
schematische Darstellung einer maßstäblichen Abbildung
einer Punktlichtquelle auf die Netzhaut eines Auges.
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Bezüglich
der nachfolgenden Beschreibung sollte beachtet werden, dass bei
den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen gleich oder
gleich wirkende Funktionselemente gleiche Bezugszeichen aufweisen
und somit die Beschreibungen dieser Funktionselemente in den verschiedenen
im Nachfolgenden dargestellten Ausführungsbeispielen untereinander
austauschbar sind.
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1 zeigt
ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Einkoppeln
von Licht in eine Faser gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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In
einem ersten Schritt S1 wird mittels einer Lichtquelle ein Lichtstrahl
bzw. ein Strahlenbündel erzeugt. In einem zweiten Schritt
S2 wird aus dem einen Strahlenbündel eine Mehrzahl von
Strahlenbündeln erzeugt, welche in die optische Faser einkoppelbar
sind. In einem dritten Schritt S3 wird die Mehrzahl von Strahlenbündeln
in die optische Faser eingekoppelt.
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Eine
Vorrichtung 200 zum Einkoppeln von Licht in eine Faser,
welche zur Durchführung des anhand von 1 beschriebenen
Verfahrens eingesetzt werden kann, ist schematisch in 2 dargestellt.
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Die
Vorrichtung 200 weist eine Lichtquelle 100 zum
Erzeugen eines Lichtstrahls bzw. eines Strahlenbündels 202 auf.
Ferner umfasst die Vorrichtung 200 eine optische Anordnung 204 mit
einer Mehrzahl von lateral benachbarten Strahlformungseinheiten 206-1 bis 206-N zum
Erzeugen der Mehrzahl von Strahlenbündeln 208-1 bis 208-N aus
dem Lichtstrahl 202, wobei die Strahlenbündel 208-1 bis 208-N in
eine optische Faser einkoppelbar sind.
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Gemäß Ausführungsbeispielen
handelt es sich bei der Lichtquelle 100 um eine Punktlichtquelle, wie
beispielsweise einen Laser.
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Die
Strahlformungseinheiten 206-1 bis 206-N der Vorrichtung 200 sind
der optischen Faser bzw. dem Lichtwellenleiter (nicht gezeigt) zugewandt. Gemäß Ausführungsbeispielen
handelt es sich bei den Strahlformungseinheiten 206-1 bis 206-N um Linsen,
insbesondere Sammellinsen, die ausgebildet sind, um einen kollimierten
Lichtstrahl in eine Mehrzahl von Strahlenbündeln 208-1 bis 208-N aufzuteilen.
Dabei können die Sammellinsen 206-1 bis 206-N definiert
oder auch völlig willkürlich angeordnet sein. Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Linsen 206-n (n
= 1, ..., N) in Form eines planaren Linsenarrays bzw. Mikrolinsenarrays
angeordnet.
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Insbesondere
bei von der Lichtquelle 100 divergent ausgehenden Lichtstrahlen
kann gemäß Ausführungsbeispielen die
der Lichtquelle 100 zugewandte Seite der optischen Anordnung 204 als
Linse, insbesondere Sammellinse, ausgestaltet sein, um die divergenten
Lichtstrahlen des Strahlenbündels 202 zu kollimieren
und den Koppelwirkungsgrad zwischen Lichtquelle 100 und
Faser (nicht gezeigt) zu maximieren und laterale Justagetoleranzen
auszugleichen. Treffen auf der der Lichtquelle 100 zugewandten
Seite der optischen Anordnung 204 exemplarisch bereits
kollimierte Lichtstrahlen auf die optische Anordnung 204,
so kann die der Lichtquelle zugewandte Seite auch als transparente
Ebene strukturiert sein. Das Auftreffen bereits kollimierter Strahlen ist
dabei aber nicht zwingend, wenngleich dies im Hinblick auf die Einkopplungseffektivität
aber vorteilhaft sein kann.
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Ausführungsformen
der optischen Anordnung 204 sind in den 3a und 3b schematisch dargestellt.
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3a zeigt die transparente optische Anordnung 204 in
Form eines einstückigen optischen Bauteils mit einer ersten
Seite 302, die als Ebene ausgebildet ist, und einer zweiten
Seite 304, die der ersten Seite gegenüber liegt
und in der eine Mehrzahl von benachbarten Strahlformungseinheiten
bzw. Linsen bzw. Elementarlinsen 306-1 bis 306-N gebildet sind.
Obwohl in der 3a lediglich vier lateral
angeordnete Elementarlinsen 306-n dargestellt sind, wird einem
Fachmann klar sein, dass dies lediglich eine schematische Seitenansicht
eines Linsenarrays ist, welcher eine Vielzahl von in einer Ebene
angeordneten Linsen, insbesondere Sammellinsen, aufweisen kann.
Dabei kann es sich beispielsweise um quadratische, runde oder hexagonale
Mikrolinsen handeln. Die Strahlformungseinheiten 306-1 bis 306-N weisen zueinander
lateral beabstandete optische Achsen auf, die beispielsweise parallel
zueinander verlaufen können. Ferner können die
Strahlformungseinheiten 306-1 bis 306-N so gebildet
sein, dass sie entlang einer Ebene parallel zu ihrer optischen Achse
eine kürzere Brennweite aufweisen als in einer hierzu senkrechten
Ebene. Eine gleiche Brennweite ist natürlich ebenfalls
möglich. Vorteilhafter Weise decken die Strahlformungseinheiten 306-1 bis 306-N in
lateraler Hinsicht flächenmäßig den Großteil
der lateralen Abmessung der An ordnung 204 ab. Anders ausgedrückt
sind die lateralen Abmessungen der Strahlformungseinheiten 306-1 bis 306-N beispielsweise
maximal gewählt, um nebeneinander Platz zu finden.
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Eine
Frontansicht der zweiten Seite 304 der in 3a gezeigten
optischen Anordnung 204 ist in 3b dargestellt.
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3b zeigt beispielhaft ein 4 × 3
Linsenarray mit vier Zeilen und drei Spalten. Es weist also hier exemplarisch
insgesamt N = 12 Linsenelemente 306-n (n = 1, ..., 12)
auf. Auch hier gilt natürlich, dass die Anzahl und auch
die Regelmäßigkeit der Anordnung der Linsenelemente
lediglich exemplarischer Natur ist.
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Eine
Ausgestaltung der ersten Seite 302 der optischen Anordnung 204 als
Ebene ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn aus Richtung der
Lichtquelle 100 (nicht gezeigt) bereits kollimierte Lichtstrahlen auf
das Bauteil bzw. die optische Anordnung 204 treffen. Die
kollimierten Lichtstrahlen werden von den Linsen 306-1 bis 306-N in
N Strahlenbündel aufgeteilt, welche beispielsweise in eine
optische Faser eingekoppelt werden können.
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3c zeigt ein optisches Bauteil 204 gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel ist in der ersten Seite (302),
d. h. der der Lichtquelle 100 zugewandten Seite, eine Sammellinse 308 ausgebildet, um
von der Lichtquelle 100 ausgehende divergente Strahlen
zu kollimieren und einen Koppelwirkungsgrad zwischen Lichtquelle
und Faser zu maximieren. Dazu ist Lichtquelle 100 in einer
Brennebene der Sammellinse 308 angeordnet. Des Weiteren
können damit laterale Justagetoleranzen ausgeglichen werden.
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Gemäß Ausführungsbeispielen
weisen Elementarlinsen 306-n (n = 1, ..., N) der zweiten
Seite 304 jeweils eine maximale la terale Ausdehnung auf, welche
kleiner als ein Drittel der maximalen lateralen Ausdehnung der Sammellinse 308 der
ersten Seite 302 ist. Lateral bedeutet in diesem Zusammenhang senkrecht
zur Lichtausbreitungsrichtung. In anderen Worten ausgedrückt
ist ein Durchmesser einer Elementarlinse 306-n (n = 1,
..., N) der zweiten Seite 304 beispielsweise höchstens
eine Hälfte oder alternativ sogar höchstens ein
Drittel des Durchmessers der Linse 308 der ersten Seite 302 groß.
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Die
in 3a–c dargestellten Bauteile 204 lassen
sich beispielsweise in Kunststoff-Spritzguss realisieren, so dass
die optischen Bauteile 204 relativ kostengünstig
realisiert werden können. Die Linse 308 und/oder
der Linsenarray aus den Linsen 306-n (n = 1, ..., N) können
zum Beispiel mittels Spritzguss auf Vorder- und Rückseiten
eines transparenten, planaren Kunststoffteils aufgebracht werden,
so wie es in den 3a und 3c durch die gestrichelten Linien angedeutet
ist. Selbstverständlich ist auch eine monolithische Herstellung
des Bauteils 204 denkbar. Für die Anwendung in
der Lasertechnik kann die optische Anordnung 204 gemäß Ausführungsbeispielen
auch aus Glas, insbesondere Quarzglas, bestehen. Die Elementarlinsen 306-1 bis 306-N können
unter Verwendung mikrotechnischer Herstellungsverfahren wie Photolithographie
und Ätzverfahren mit hoher optischer Qualität
hergestellt werden. Für Laseranwendungen im ultravioletten,
sichtbaren und nah-infraroten Wellenlängenbereich bietet
sich beispielsweise synthetisches Quarzglas oder Kalziumfluorid
als Linsenmaterial an.
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Ein
typisches Anwendungsbeispiel von Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung ist die Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung über
Polymer-optische Fasern oder vielkernige Lichtwellenleiter. Solche
Fasern weisen im Allgemeinen einen relativ großen Kerndurchmesser
bzw. Lichtleiterdurchmesser (üblicherweise größer
als 100 μm, typisch beispielsweise 1 mm) auf, so dass die
Faser an sich eine relative hohe Augensicherheit bietet (große strahlende
Fläche mit großer numerischer Apertur). Benötigt
man jedoch für die schnelle Datenübertragung zum
Beispiel einen Laser mit kleiner strahlenden Fläche (z.
B. 1 bis 3 μm), so muss die Leistung des Lasers so gering
gewählt werden, dass auch bei abgesteckter Faser und bei
direktem Blick in den Laser die Augensicherheit gewahrt bleibt.
Dies kann beispielsweise bedeuten, dass eine Faser bis 4 mW (Milli-Watt)
an optischer Leistung führen darf, um in Laserschutzklasse
1 eingeordnet zu werden, der Laser aber maximal 0,39 mW abstrahlen
darf, um ebenfalls in dieser Klasse eingeordnet zu werden.
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4 zeigt
eine Einkopplung von einer Mehrzahl von Strahlenbündeln 208-1 bis 208-3 in eine
optische Faserleitung 120 gemäß einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Das
Licht bzw. das Lichtbündel 202 aus dem Laser 100 wird
von der ersten Sammellinse 308 auf der ersten Seite 302 des
optischen Bauteils 204 kollimiert und von dem Linsenarray 306-n auf
der zweiten Seite 304 des Bauteils 204 wieder
an N Stellen durch Linsenelemente 306-1 bis 306-N definiert
in konvergente Strahlen 208 mit kurzer Brennweite umgewandelt.
Durch die Größe und numerische Apertur des Linsenarrays
kann die Ankopplung der Lichtquelle 100 an die optische
Faser 120 optimiert werden.
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Alternativ
kann das optische Bauteil bzw. der Linsenarray so ausgebildet sein,
dass das Lichtbündel 202 faserseitig in divergente
Strahlen umgewandelt wird, d. h. das Linsenarray kann Streulinsen
aufweisen.
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Bei
direktem Blick mit dem Auge in die Lichtquelle aber auch bei Blick
in die Lichtquelle über eine weitere abbildende Optik,
wie z. B. ein Brennglas, kann dieses, gemäß Ausführungsbeispielen,
auf viele scheinbare Quellen verteilte Licht 202 der Lichtquelle
nicht mehr auf einen einzelnen Punkt auf der Netzhaut abgebildet
werden. Dieser Zusammenhang ist schematisch in 5 skizziert.
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5 zeigt
eine Vorrichtung 200 zum Einkoppeln von Licht in eine Faser
mit einem Laser 100 und einer optischen Anordnung 204,
wobei eine Mehrzahl von Strahlenbündeln 208 auf
die Netzhaut eines Auges 160 abgebildet wird. Für
einen exemplarischen 3 × 3 Linsenarray auf der zweiten
Seite des Bauteils 204 ergibt sich in einer Brennebene 550 der Elementarlinsen 306-1 bis 306-N eine
Intensitätsverteilung, wie sie in 5 schematisch
gezeigt ist.
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Durch
eine große Anzahl der Elementarlinsen 306-1 bis 306-N wird
die Lichtleistung des Strahlenbündels 202 so verteilt
(Aperturteilung), dass selbst bei Verwendung einer externen, abbildenden Optik
nicht die gesamte Strahlleistung in einem Punkt gesammelt werden
kann. Die Verteilung kann im einfachen Fall in Einzelpunkte, Kreisringe
oder aber auch willkürliche Muster erfolgen. Bei nicht
angeschlossener Faser kann daher beim Blick in die Strahlen 208,
mit oder ohne zusätzliche Optiken, kein einzelner Spot
auf der Netzhaut des Auges 160 abgebildet werden, so dass
die Schadwirkung der Lichtstrahlen 208 wesentlich geringer
ist, als bei einer Punkt-Lichtquelle. Aufgrund der Laserschutzverordnung DIN
EN 60825-1/VDE0837-1, „Sicherheit von Laser-Einrichtungen" kann
der gesamte Aufbau nun im Idealfall, also bei genügend
großem Abstand der Elementarlinsen 306-1 bis 306-N als
eine Vielzahl von Einzelquellen betrachtet werden, so dass nun im Vergleich
zu einer einzelnen Punktquelle auch ein Vielfaches der optischen
Leistung emittiert werden kann. Falls die Elementarlinsen 306-1 bis 306-N sehr dicht
beieinander liegen, muss hinsichtlich der Augensicherheit möglicherweise
auch die Kombination der Elementarlinsen 306-1 bis 306-N betrachtet
werden, was aber immer noch höhere Leistungen ermöglicht
als eine Einzelquelle. Durch eine höhere optische Leistung
kann eine Reichweite einer optischen Übertragungsstrecke
gesteigert werden, bei gleichzeitig gewährleisteter Augensicherheit
direkt an der Lichtquelle. Weiterhin kann durch Verändern
der numerischen Apertur, also der Größe und Form
der beiden optischen Flä chen bzw. Seiten 302 und 304 die optische
Kopplung der optischen Anordnung 204 an die Faser 120 und
die Lichtquelle 100 angepasst werden, so dass der erreichte
Koppelwirkungsgrad ähnlich gut sein kann wie bei einer
herkömmlichen Faseroptik. Die optische Anordnung bzw. das
optische Bauteil 204 kann, wie im Vorhergehenden bereits
beschrieben wurde, zum Beispiel in Kunststoff-Spritzguss realisiert
werden, so dass das optische Bauteil darüber hinaus auch
noch sehr kostengünstig sein kann.
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Zur
Homogenisierung von Lichtstrahlen werden beispielsweise bei Projektion
und Mikroskopie so genannte Wabenkondensoren für Dia- und
Filmprojektionen eingesetzt. Die Aufgabe eines Wabenkondensors ist
jedoch eine völlig andere als die einer Vorrichtung gemäß Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung, nämlich die Homogenisierung von
Licht und Abbildung in eine Eintrittspupille einer Projektionsoptik,
um beispielsweise eine Leinwand gleichmäßig zu
beleuchten ohne die Struktur der Lichtquelle (z. B. Glühwendel)
mit abzubilden. Die Augensicherheit des Systems steht bei Wabenkondensoren
nicht im Vordergrund und wird durch einen Wabenkondensor, je nach
Auslegung, auch nicht zwingend sichergestellt. Bei Ausführungsbeispielen der
vorliegenden Erfindung ist die Homogenisierung von Licht nicht notwendig,
sondern vorrangig ist die Verteilung des Lichts auf viele Einzelquellen.
Ein Wabenkondensor ist außerdem relativ kompliziert, nämlich
aus mindestens drei optischen Bauteilen, aufgebaut und seine Abmessungen
sind relativ groß, was bei der Fasereinkopplung, speziell
in optischen Transceivern, sehr ungünstig ist. Dazu kommt,
dass eine Justage der Bauteile zueinander notwendig ist, was einen
Wabenkondensor im Allgemeinen sehr teuer macht. Wie im Vorhergehenden
bereits beschrieben wurde, besteht eine optische Anordnung 204 bzw.
ein optisches Bauteil gemäß Ausführungsbeispielen
hingegen lediglich aus einem strukturierten optischen Teil.
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Abschließend
ist noch darauf hinzuweisen, dass die vorliegende Erfindung nicht
auf die jeweiligen Bauteile der Vor richtung oder die erläuterte
Vorgehensweise beschränkt ist, da diese Bauteile und Verfahren
variieren können. Die hier verwendeten Begriffe sind lediglich
dafür bestimmt, besondere Ausführungsformen zu
beschreiben und werden nicht einschränkend verwendet. Wenn
in der Beschreibung und in den Ansprüchen die Einzahl oder unbestimmte
Artikel verwendet werden, beziehen sich diese auch auf die Mehrzahl
dieser Elemente, solange nicht der Gesamtzusammenhang eindeutig etwas
anderes deutlich macht. Dasselbe gilt in umgekehrter Richtung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 4229511
A1 [0007]
- - DE 4231919 A1 [0008]
- - DE 4414862 A1 [0009]
- - DE 4444569 A1 [0010]
- - EP 0296427 A1 [0011]
- - DE 19654600 A1 [0012]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - DIN EN 60825-1/VDE0837-1, „Sicherheit
von Laser-Einrichtungen" [0053]