DE102012100408B4

DE102012100408B4 - Einkopplungsvorrichtung zum Einkoppeln von Licht einer Leuchtdiode in ein Fasereintrittsende und damit ausgestattete Lichtquellenanordnung

Info

Publication number: DE102012100408B4
Application number: DE102012100408A
Authority: DE
Inventors: Markus Bausewein; Peter Reimer
Original assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Priority date: 2012-01-19
Filing date: 2012-01-19
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2032-01-20
Also published as: US20130188385A1; US9291760B2; DE102012100408A1

Abstract

Es wird eine Einkopplungsvorrichtung zum Einkoppeln von Licht einer Leuchtdiode (1) in ein Fasereintrittsende (5) wenigstens einer Lichtleitfaser (3), zur Verfügung gestellt. Außerdem wird eine Lichtquellenanordnung mit einer derartigen Einkopplungsvorrichtung zur Verfügung gestellt. Die Einkopplungsvorrichtung umfasst:
– ein erstes Lichtleitelement (13–19), das bestimmte Transmissionseigenschaften besitzt und das ein der Leuchtdiode (1) zuzuwendendes Eintrittsende (27) und ein dem Fasereintrittsende (5) zuzuwendendes Austrittsende (29) aufweist, und
– eine Wechseleinrichtung (7), an der das Lichtleitelement (13–19) angeordnet ist, wobei die Wechseleinrichtung (7, 107) derart mit Bezug auf die Leuchtdiode (1) und das Fasereintrittsende (5) anordenbar und in eine Position bringbar ist, dass das Eintrittsende (27) des Lichtleitelements (13–19) der Leuchtdiode (1) gegenüber liegt und das Austrittsende (29) des Lichtleitelements (13–19) dem Fasereintrittsende (5) gegenüber liegt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Einkopplung von Licht einer Leuchtdiode in wenigstens eine Lichtleitfaser. Insbesondere betrifft die Vorrichtung eine Einkopplungsvorrichtung zum Einkoppeln von Licht einer Leuchtdiode in ein Fasereintrittsende wenigstens einer Lichtleitfaser sowie eine Lichtquellenanordnung mit einer derartigen Einkopplungsvorrichtung.
Es gibt optische Vorrichtungen, die Hochleistungslichtquellen benötigen, aber bei denen aber das Anordnen der primären Lichtquelle an der Vorrichtung selbst nicht möglich oder wünschenswert ist. Ein Beispiel für eine derartige Vorrichtung ist ein Operationsmikroskop, welches typischerweise eine Hochleistungslichtquelle zum Beleuchten des Operationsfeldes benötigt. Da ein derartiges Operationsmikroskop den das Mikroskop benutzenden Arzt möglichst wenig in seiner Bewegungsfreiheit beeinträchtigen soll, ist man bestrebt Operationsmikroskope kompakt zu gestalten. Eine Möglichkeit, Bauraum im Operationsmikroskop einzusparen besteht darin, die Hochleistungslichtquelle in einen Bereich des Stativs zu verlegen und das Licht der Lichtquelle über eine Lichtleitfaser oder ein Faserbündel in die Beleuchtungseinrichtung des Mikroskops zu leiten. Außerdem sind in der Regel Ventilatoren zum Kühlen der Hochleistungslichtquelle nötig, welche zu Vibrationen führen können, die möglichst nicht ins Operationsmikroskop eingekoppelt werden sollen. Auch unter diesem Aspekt ist es vorteilhaft, die eigentliche Hochleistungslichtquelle entfernt vom Operationsmikroskop anzuordnen und das Licht mittels einer Lichtleitfaser oder eines Faserbündels in die Beleuchtungseinrichtung des Operationsmikroskops zu leiten.
Als Hochleistungslichtquellen kommen heutzutage vermehrt Hochleistungsleuchtdioden zur Anwendung, da diese im Vergleich zu beispielsweise Xenon-Gasentladungslampen oder Halogenglühlampen einen höheren Wirkungsgrad aufweisen und damit weniger Wärme produzieren. Dennoch kann auf eine Kühlung nicht vollständig verzichtet werden und auch die Problematik des Bauraums bleibt grundsätzlich bestehen, weswegen auch das Licht von Hochleistungs-LEDs häufig mittels Lichtleitfasern zum Anwendungsort transportiert wird.
Heutige fasergekoppelte Hochleistungs-Lichtquellen basieren häufig auf großen Hochleistungs-LED-Chips, an die eine Lichtleitfaser mittels Stoßkopplung angebracht ist. Das Fasereintrittsende wird bei einer derartigen Stoßkopplung möglichst nah an die Leuchtfläche der LED herangebracht, um Lichtverluste im Luftspalt zu minimieren. Eine Stoßkopplung ist beispielsweise in DE 10 2009 054 392 A1 beschrieben.
Die DE 101 10 597 A1 und die DE 195 13 350 A1 beschreiben Anordnungen, in denen Licht in eine Leichtleitfaser eingekoppelt wird, nachdem es mit Hilfe von Blenden abgeschwächt worden ist.
Die DE 102 31 667 A1 beschreibt eine Beleuchtungsvorrichtung in der das Licht einer Lichtquelle in eine Mehrzahl von Lichtwegen aufgeteilt wird, wobei sich in jedem Lichtweg eine Lichtkonditionieranordnung befindet. Mittels einer Lichtwegeauswahleinheit kann derjenige Lichtweg, dessen Licht in einen Lichtleiter eingekoppelt werden soll, ausgewählt werden.
Die DE 101 30 821 A1 beschreibt ein Mikroskop mit einer Beleuchtungsvorrichtung und einem zu einem Beobachtungsobjekt führenden Lichtleitkabel. Die Beleuchtungsvorrichtung weist außerdem ein internes Lichtleitkabel auf, durch welches das Beleuchtungslichtes zu seiner Vergleichmäßigung vor dem Einkoppeln in das zum Beobachtungsobjekt führende Lichtleitkabel geleitet wird.
Gegenüber diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine vorteilhafte Einkopplungsvorrichtung zum Einkoppeln von Licht einer Leuchtdiode in ein Fasereintrittsende zur Verfügung zu stellen. Es ist eine weitere Aufgabe, eine vorteilhafte Lichtquellenanordnung mit einer Leuchtdiode und wenigstens einer Lichtleitfaser, in die das Licht der Leuchtdiode eingekoppelt wird, zur Verfügung zu stellen.
Die erste Aufgabe wird durch eine Einkopplungsvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst, die zweite Aufgabe durch eine Lichtquellenanordnung nach Anspruch 10. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Eine erfindungsgemäße Einkopplungsvorrichtung zum Einkoppeln von Licht einer Leuchtdiode, insbesondere einer Hochleistungs-LED, in ein Fasereintrittsende mit wenigstens einer Lichtleitfaser umfasst wenigstens ein Lichtleitelement, das eine bestimmte Transmissionseigenschaft besitzt und das ein der Leuchtdiode zuzuwendendes Eintrittsende sowie ein dem Fasereintrittsende zuzuwendendes Austrittsende aufweist. Weiterhin umfasst sie eine Wechseleinrichtung, an der das Lichtleitelement angeordnet ist. Die Wechseleinrichtung ist mit Bezug auf die Leuchtdiode und das Fasereintrittsende derart anordenbar und in eine Position bringbar, dass das Eintrittsende des Lichtleitelements der Leuchtdiode gegenüber liegt und das Austrittsende des Lichtleitelements dem Fasereintrittsende gegenüber liegt.
Die erfindungsgemäße Wechseleinrichtung erlaubt das präzise und rasche Einbringen eines die Transmissionseigenschaften des Lichtes beeinflussenden Lichtleitelements in den Strahlengang zwischen der Leuchtdiode und dem Fasereintrittsende. So können die Transmissionseigenschaften des in das Fasereintrittsende eingekoppelten Lichtes, wie etwa seine spektralen Eigenschaften, seine Polarisationseigenschaften, etc. rasch und ohne großen Aufwand verändert werden. Im einfachsten Fall kann das Lichtleitelement dabei ein Spektralfilter, ein Polarisationsfilter, etc. sein. Es besteht aber insbesondere auch die Möglichkeit, das Lichtleitelement als ein Element auszugestalten, welches eine Spektralfilter, eine Polarisationsfilter, etc. neben weiteren Elementen umfasst.
Die Einkopplungsvorrichtung kann in einer weiteren Ausgestaltung wenigstens ein erstes Lichtleitelement und ein zweites Lichtleitelement umfassen, die sich in ihren Transmissionseigenschaften voneinander unterscheiden, jeweils ein der Leuchtdiode zuzuwendendes Eintrittsende und ein dem Fasereintrittsende zuzuwendendes Austrittsende aufweisen und an der Wechseleinrichtung angeordnet sind. Die Wechseleinrichtung ist in dieser Ausgestaltung in eine erste Position und wenigstens eine zweite Position bringbar. In der ersten Position liegt das Eintrittsende des ersten Lichtleitelements der Leuchtdiode und das Austrittsende des ersten Lichtleitelements dem Fasereintrittsende gegenüber. In der zweiten Position liegt das Eintrittsende des zweiten Lichtleitelements der Leuchtdiode und das Austrittsende des zweiten Lichtleitelements dem Fasereintrittsende gegenüber. Sofern mehr als zwei Lichtleitelemente an der Wechseleinrichtung angeordnet sind, sind auch entsprechend mehr Positionen vorhanden. Die Wechseleinrichtung kann dabei beispielsweise eine drehbare Scheibe, einen Linearschlitten, eine Schwenkeinrichtung, etc. umfassen, an der bzw. dem die Lichtleitelemente angeordnet sind.
Mit Hilfe einer gemäß der beschriebenen weiteren Ausgestaltung ausgebildeten Wechseleinrichtung können je nach Bedarf die verschiedenen Lichtleitelemente zwischen der LED und dem Fasereintrittsende positioniert werden, wodurch die Eigenschaften des transmittierten Lichtes beeinflussen lassen. Die Wechseleinrichtung kann dabei derart genau positionierbar ausgestaltet werden, und die Lichtleitelemente können mit derart exakten Abmessungen versehen werden, dass der Spalt zwischen der LED und dem Eintrittsende des gerade verwendeten Lichtleitelementes sowie der Spalt zwischen dem Austrittsende des Lichtleitelementes und dem Fasereintrittsende minimal gehalten werden können. Dadurch ist eine Lichtausbeute ähnlich der bei einer Stoßkopplung erzielbar. Besonders geeignet zum genauen Positionieren mit geringen Abständen zwischen den Enden des Lichtleitelementes und der LED bzw. dem Fasereintrittsende sind Lichtleitelemente mit einem starren Grundkörper. Derartige Grundkörper können mit sehr präzisen Abmessungen hergestellt und mittels der Wechseleinrichtung besonders genau und reproduzierbar zwischen der LED und dem Fasereintrittsende positioniert werden. Außer Lichtleitstäben kommen auch Integratorstäbe als starre Grundkörper in Frage. Ein solcher Integratorstab führt zu einer Vergleichmäßigung der einfallenden Lichtintensität an seinem Austrittsende, indem ein in das Eintrittsende einfallender Lichtstrahl im Integratorstab in Abhängigkeit von seiner Eintrittsposition und seinem Eintrittswinkel mehr oder weniger häufig reflektiert wird, bevor er aus dem Austrittsende wieder austritt.
In den Lichtleitelementen können die unterschiedlichen Transmissionseigenschaften insbesondere dadurch realisiert werden, dass wenigstens eines der Lichtleitelemente einen Spektralfilter umfasst. Dabei besteht die Möglichkeit, einen Spektralfilter als integralen Materialbereich eines Grundkörpers auszubilden, wobei der integrale Bereich im Extremfall den gesamten Grundkörper ausmachen kann. Alternativ besteht die Möglichkeit, einen Spektralfilter als auf den Grundkörper aufgebrachte Schicht, etwa in Form einer dielektrischen Schicht, auszubilden. Als weitere Alternative besteht die Möglichkeit, einen Spektralfilter als auf den Grundkörper aufgesetztes oder aufsetzbares Spektralfilterelement auszubilden. Wenn der Spektralfilter als aufgesetztes oder aufsetzbares Spektralfilterelement ausgebildet ist, ist es vorteilhaft, den Grundkörper auf den der Spektralfilter aufgesetzt oder aufsetzbar ist, gegenüber einem Grundkörper, auf den kein Spektralfilter aufgesetzt oder aufsetzbar ist, in seiner Längenabmessung zu verringern, nämlich um die Längenabmessung des Spektralfilterelementes. Dadurch kann erreicht werden, dass bei einem Grundkörper, auf den kein Spektralfilterelement aufgesetzt oder aufsetzbar ist, keine größeren Abstände zwischen dem Eintrittsende des Lichtleitelements und der LED bzw. zwischen dem Austrittsende des Lichtleitelements und dem Fasereintrittsende vorhanden sind als bei einem Grundkörper mit aufgesetztem Spektralfilterelement. Grundsätzlich kann die Erfindung jedoch auch mit Grundkörpern jeweils gleicher Länge realisiert werden, wobei dann jedoch bei einem Lichtleitelement mit einem Grundkörper ohne aufgesetztes Spektralfilterelement ein größerer Abstand zwischen dem Austrittsende des Lichtleitelements und dem Fasereintrittsende oder zwischen dem Eintrittsende des Lichtleitelements und der Leuchtdiode vorhanden ist, als bei einem Lichtleitelement mit Grundkörper und aufgesetztem Spektralfilterelement.
Die erfindungsgemäße Einkopplungsvorrichtung kann eine Halterung für die Lichtleitfaser umfassen, die ein Verschieben der Lichtleitfaser derart ermöglicht, dass das Fasereintrittsende auf die Leuchtdiode zu und von der Leuchtdiode weg bewegt werden kann. Wenn in der Einkopplungsvorrichtung Lichtleitelemente unterschiedlicher Länge vorhanden sind, kann die Halterung für die Lichtleitfaser insbesondere derart mit der Wechseleinrichtung gekoppelt sein, dass bei einem Wechsel zwischen Lichtleitelementen unterschiedlicher Länge eine Verschiebung der Lichtleitfaser derart erfolgt, dass der Abstand zwischen dem Fasereintrittsende und dem Austrittsende des Lichtleitelements unabhängig von der Länge des jeweiligen Lichtleitelementes immer gleich ist. Auf diese Weise führt ein Wechsel des Lichtleitelementes nicht zu einer Veränderung des durch den Luftspalt bedingten Einkopplungsverlustes. Insbesondere können so die Verluste minimal gehalten werden.
In der erfindungsgemäßen Einkopplungsvorrichtung kann die Wechseleinrichtung auch in eine Position bringbar sein, in der alle Lichtleitelemente außerhalb des Strahlengangs zwischen der Leuchtdiode und dem Fasereintrittsende angeordnet sind. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn die Halterung für die Lichtleitfaser und die Wechseleinrichtung derart miteinander gekoppelt sind, dass, wenn alle Lichtleitelemente außerhalb des Strahlengangs zwischen der Leuchtdiode und dem Fasereintrittsende angeordnet sind, eine Verschiebung der Lichtleitfaser derart erfolgt, dass der Abstand zwischen dem Fasereintrittsende und der Leuchtdiode auf einen minimalen Abstand reduzieret wird. Dadurch können die Einkopplungsverluste auch dann minimal gehalten werden, wenn kein Lichtleitelement zwischen der Leuchtdiode und dem Fasereintrittsende angeordnet ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird außerdem eine vorteilhafte Lichtquellenanordnung zur Verfügung gesellt. Diese Lichtquellenanordnung umfasst wenigstens eine Leuchtdiode als Lichtquelle, die insbesondere als Hochleistungs-LED ausgebildet sein kann, wenigstens eine Lichtleitfaser mit einem Fasereintrittsende zum Einkoppeln von Licht der Leuchtdiode und eine zwischen der Leuchtdiode und dem Fasereintrittsende angeordnete erfindungsgemäße Einkopplungsvorrichtung. Die mit der Verwendung der erfindungsgemäßen Einkopplungsvorrichtung erzielbaren Eigenschaften und Vorteile der Lichtquellenanordnung ergeben sich unmittelbar aus den zuvor beschriebenen Eigenschaften und Vorteilen der erfindungsgemäßen Einkopplungsvorrichtung.
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Lichtquellenanordnung in einer Seitenansicht.
2 zeigt ein Detail aus 1 in einer Draufsicht.
3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Lichtquellenanordnung in einer Seitenansicht.
4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Lichtquellenanordnung in einer Seitenansicht.
5 zeigt ein Detail aus 4 in einer Draufsicht.
Ein erstes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Lichtquellenanordnung, welche eine erfindungsgemäße Einkopplungsvorrichtung umfasst, wird nachfolgend mit Bezug auf die 1 und 2 beschrieben.
1 zeigt das erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lichtquellenanordnung in einer Seitenansicht. Die Lichtquellenanordnung umfasst eine Hochleistungs-LED 1, die auf einem Kühlkörper 2 angeordnet ist sowie eine Lichtleitfaser 3, die ein mit Abstand zur LED 1 angeordnetes Fasereintrittsende 5 umfasst. Zwischen der Lichtleitfaser 3 und der LED 1 ist eine Einkopplungsvorrichtung angeordnet, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine drehbare Scheibe 7 umfasst, die mit Hilfe eines Positionsgebers 9 sehr genau und reproduzierbar positioniert werden kann. Angetrieben wird die drehbare Scheibe 7 von einem Elektromotor 11.
Eine Draufsicht auf die drehbare Scheibe ist in 2 dargestellt. Die Scheibe 7 trägt im dargestellten Ausführungsbeispiel vier Lichtleitelemente 13 bis 19 mit unterschiedlichen Transmissionseigenschaften. Jedes der vier Lichtleitelemente umfasst einen starren Grundkörper in Form eines Lichtleitstabes 21, der eine möglichst hohe Transmissivität für einen möglichst breiten Spektralbereich des von der Leuchtdiode emittierten Lichtes aufweist. Drei der vier Lichtleitelemente 15, 17, 19 sind zudem mit einer auf den jeweiligen Lichtleitstab aufgebrachte Spektralfilterschicht 23 versehen, wobei die Spektralfilterschichten jeweils unterschiedliche spektrale Transmissionseigenschaften aufweisen. Die mit den Spektralfiltern 23 versehenen Lichtstäbe sind dabei gegenüber dem Lichtleitstab ohne Spektralfilter in ihrer Länge um den Betrag des aufgebrachten Spektralfilters 23 verringert, sodass die Länge der Lichtleitelemente 13, 15, 17, 19 jeweils gleich ist. Mit anderen Worten, die Länge der Lichtleitstäbe 15, 17, 19 einschließlich der aufgebrachten Spektralfilter 23 entspricht der Länge des Lichtleitstabs 13 ohne Spektralfilter.
Am Rand der drehbaren Scheibe 7 sind Indexkennzeichnungen 25 angebracht, die jeweils die Position eines Lichtleitelementes 13, 15, 17, 19 kennzeichnen. Mittels des Positionsgebers 9 kann die rotierbare Scheibe 7 anhand der Indexkennzeichnungen 25 präzise und reproduzierbar positioniert werden. Die Indexkennzeichnungen sind dabei so angebracht, dass in jeder der reproduzierbaren Positionen der drehbaren Scheibe 7 eines der Lichtleitelemente 13, 15, 17, 19 zwischen der Leuchtdiode 1 und dem Fasereintrittsende 5 der Lichtleitfaser 3 angeordnet ist. In dieser Position ist das Eintrittsende 27 des entsprechenden Lichtleitelements der Leuchtdiode 1 zugewandt und sein Austrittsende 29 dem Fasereintrittsende 5. Die Längenabmessungen der Lichtleitelemente sind dabei so an den Abstand zwischen dem Fasereintrittsende 5 und der Leuchtdiode 1 angepasst, dass der Spalt zwischen dem Eintrittsende des jeweiligen Lichtleitelements 13 bis 19 und der Leuchtdiode 1 sowie der Spalt zwischen Austrittsende 29 des Lichtleitelements 13, 15, 17, 19 und dem Fasereintrittsende 5 so gering wie möglich sind, ohne dass dabei die Rotation der Scheibe mit den daran angeordneten Lichtleitelementen 13, 15, 17, 19 behindert wird. Der minimal mögliche Abstand hängt dabei von der Genauigkeit der Positionierung sowie der Fertigungstechnologie, mit der die einzelnen Komponenten gefertigt und zusammengebaut werden, ab.
Durch Drehen der drehbaren Scheibe 7 in eine andere Indexposition kann von einem Lichtleitelement zu einem anderen Lichtleitelement gewechselt werden, wodurch die spektralen Eigenschaften des in die Lichtleitfaser 3 eingekoppelten Lichtes variiert werden können.
Ein zweites Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Lichtquellenanordnung ist in 3 in einer Seitenansicht dargestellt. Die Anordnung umfasst wie im ersten Ausführungsbeispiel eine Leuchtdiode 1, eine Lichtleitfaser 3 mit einem Fasereintrittsende 5, welches der Leuchtdiode 1 zugewandt ist, und eine Einkopplungsvorrichtung zum Einkoppeln des Lichtes der Leuchtdiode 1 in das Fasereintrittsende 5. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel lediglich in der Ausgestaltung der Einkopplungsvorrichtung. Diese umfasst im zweiten Ausführungsbeispiel einen Linearschlitten 107, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel von zwei miteinander gekoppelten Linearmotoren 111 in Richtung des Doppelpfeils bewegt werden kann. Der Linearschlitten 107 trägt zwei Lichtleitelemente 113, 115, die durch Verschieben des Linearschlittens wechselweise zwischen der Leuchtdiode 1 und die Lichtleitfaser 3 geschoben werden können.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfassen die Lichtleitelemente 113, 115 jeweils einen sechseckigen Integratorstab als starren Grundkörper 121, wobei sich die beiden Grundkörper 121 in ihren spektralen Transmissionseigenschaften voneinander unterscheiden. Dies kann wie im ersten Ausführungsbeispiel durch eine auf den Integratorstab aufgebrachte Spektralfilterschicht realisiert werden oder dadurch, dass einer der Integratorstäbe 121 aus einem Material mit anderen spektralen Transmissionseigenschaften hergestellt ist oder zumindest einen Materialbereich mit anderen spektralen Transmissionseigenschaften aufweist.
Mittels der Linearmotoren 111 ist eine genaue und reproduzierbare Justierung des Linearschlittens 107 derart möglich, dass wahlweise das Lichtleitelement 113 oder das Lichtleitelement 115 zwischen der Leuchtdiode 1 und dem Fasereintrittsende 5 angeordnet ist. Die reproduzierbare Positionierung des Linearschlittens 107 kann beispielsweise bei Vorhandensein von lediglich zwei Lichtleitelementen durch die Anschlagspositionen der Linearmotoren gekennzeichnet sein. Wenn mehr als zwei Lichtleitelemente 113, 115 vorhanden sind, kann die genaue und reproduzierbare Positionierung durch einen Positionsgeber zusammen mit einem Index auf dem Linearschlitten 107 realisiert werden.
Wie die Abmessungen der Lichtleitstäbe im ersten Ausführungsbeispiel sind die Abmessungen der Integratorstäbe 121 im zweiten Ausführungsbeispiel derart gewählt, dass die Abstände zwischen der Leuchtdiode 1 und dem Eintrittsende 127 eines Lichtleitelements bzw. zwischen dem Austrittsende 129 eines Lichtleitelements und dem Fasereintrittsende 5 möglichst gering sind. Das hierzu mit Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel im Hinblick auf die Abmessung der starren Grundkörper ausgeführte gilt im zweiten Ausführungsbeispiel analog.
Die im zweiten Ausführungsbeispiel dargestellten Integratorstäbe 121 weisen einen sechseckigen Querschnitt auf. Grundsätzlich können sie aber auch einen anderen Querschnitt insbesondere in Form eines Polygons, wie etwa einen dreieckigen, viereckigen oder achteckigen Querschnitt aufweisen. Ein sechseckiger Querschnitt ist jedoch im Hinblick auf die Lichtverluste zwischen der sechseckigen Querschnittsfläche des Integratorstabes und der runden Querschnittsfläche der Lichtleitfaser einerseits und den Integrationseigenschaften des Integratorstabes andererseits besonders geeignet. Bei einer Querschnittsfläche mit weniger Ecken würden die zwar die Integrationseigenschaften verbessert, jedoch wären die Lichtverluste größer, da beispielsweise eine viereckige Querschnittsfläche schlechter an die runde Querschnittsfläche der Lichtleitfaser angepasst werden kann, als eine sechseckige Querschnittsfläche. Grundsätzlich ist dabei eine umso bessere Anpassung möglich, je mehr Ecken eine polygonale Querschnittsfläche des Integratorstabes aufweist. Mit zunehmender Eckenzahl der Querschnittsfläche des Integratorstabes vermindern sich jedoch die Integrationseigenschaften, sodass eine sechseckige Querschnittsfläche einen guten Kompromiss zwischen der Integrationseigenschaft einerseits und dem Lichtverlust andererseits darstellt.
Ein drittes Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Einkopplungsvorrichtung ist in den 4 und 5 dargestellt. Das dritte Ausführungsbeispiel entspricht in weiten Teilen dem ersten Ausführungsbeispiel, weshalb sich die Beschreibung des dritten Ausführungsbeispiels auf die Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel beschränkt. Elemente des dritten Ausführungsbeispiels, die Elementen des ersten Ausführungsbeispiels entsprechen, sind in den 4 und 5 mit denselben Bezugsziffern wie in den 1 und 2 bezeichnet und werden nicht noch einmal beschrieben, um Wiederholungen zu vermeiden.
Im dritten Ausführungsbeispiel wird die Lichtleitfaser 3 von einer Halterung 131 gehalten, die mittels eines Linearmotors 132 oder eines anderen geeigneten Antriebs mitsamt der Lichtleitfaser 3 in Axialrichtung der Faser auf die Leuchtdiode 1 zu und von dieser weg bewegt werden kann, wie durch den Doppelpfeil in 4 angedeutet ist. Zudem weist die Einkopplungsvorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel nur drei Lichtleitelemente 15, 17, 19 auf, die mit Spektralfiltern versehen sind. Anstelle des Lichtleitelements 13 ohne Spektralfilter, wie es im ersten Ausführungsbeispiel vorhanden ist, weist die drehbare Scheibe 7 des dritten Ausführungsbeispiels eine Öffnung 133 auf, deren Durchmesser groß genug ist, um die Lichtleitfaser 3 durch die Öffnung 133 hindurchführen zu können.
Wenn kein Spektralfilter zwischen dem Fasereintrittsende 5 und der Leuchtdiode 1 angeordnet sein soll, wird die drehbare Scheibe 7 so gedreht, dass sich die Öffnung 133 zwischen der Lichtleitfaser 3 und der Leuchtdiode 1 befindet. Mit Hilfe des Linearmotors 132 wird dann die Halterung 131 mit der darin gehaltenen Lichtleitfaser 3 so weit verschoben, dass die Lichtleitfaser 3 durch die Öffnung 133 hindurch tritt und der Abstand zwischen der Fasereintrittsfläche 5 und der Leuchtdiode 1 auf einen minimalen Abstand reduzieret wird. Dadurch lassen sich Lichtverluste durch einen großen Luftspalt zwischen der Leuchtdiode 1 und dem Fasereintrittsende 5 vermeiden. Die Bewegung der Halterung 131 und die Bewegung der drehbaren Scheibe 7 sind dabei vorteilhafterweise derart miteinander gekoppelt, dass ein Drehen der drehbaren Scheibe 7 nur möglich ist, wenn das Fasereintrittsende 5 einen vorbestimmten Abstand von der Leuchtdiode 1 nicht unterschreitet, um eine Kollision der Scheibe 7 mit der Lichtleitfaser 3 zu vermeiden.
Das Vorhandensein der verschiebbaren Halterung 131 ermöglicht es zudem Lichtleitelemente 15, 17, 19 mit unterschiedlichen Längen zu verwenden. Durch Verschieben der Halterung 131 mit der darin gehaltenen Lichtleitfaser 3 kann eine Anpassung der Position des Fasereintrittsenedes 5 an die Länge des jeweiligen Lichtleitelementes 15, 17, 19 erfolgen, so dass unabhängig vom gewählten Lichtleitelement 15, 17, 19 jeweils der gleiche, vorzugsweise minimale Luftspalt zwischen dem Austrittsende 29 des Lichtleitelements 15, 17, 19 und dem Fasereintrittsende 5 eingestellt werden kann.
Die Erfindung wurde anhand dreier Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei jedoch Abweichungen von den dargestellten Ausführungsbeispielen möglich sind. Beispielsweise braucht die auf den Grundkörper aufgebrachte Spektralfilterschicht nicht notwendigerweise fest mit dem Grundkörper verbunden zu sein. Stattdessen kann sie in ein Spektralfilterelement eingebracht sein, das beispielsweise Teil einer auf den Grundkörper aufsteckbaren Steckhülse oder einem sonstigen geeigneten Verbindungsmittel ist. Auch kann die Zahl der Lichtleitelemente, die an der drehbaren Scheibe bzw. dem Linearschlitten angeordnet sind, von den in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Anzahlen abweichen. Ebenso ist es denkbar, statt der rotierbaren Scheibe bzw. des Linearschlittens einen Schwenkmechanismus zu verwenden, an dem die Lichtleitelemente angeordnet sind. Ebenso können in den Ausführungsbeispielen jeweils grundsätzlich Lichtleitstäbe oder Integratorstäbe oder sowohl Lichtleitstäbe als auch Integratorstäbe Verwendung finden. Der Umfang der beanspruchten Erfindung wird daher durch die Ansprüche festgelegt und soll nicht auf die Gegenstände der Ausführungsbeispiele beschränkt sein.
Bezugszeichenliste

1: LED
2: Kühlkörper
3: Lichtleitfaser
5: Fasereintrittsende
7: drehbare Scheibe
9: Positionsgeber
11: Elektromotor
13: Lichtleitelement
15: Lichtleitelement
17: Lichtleitelement
19: Lichtleitelement
21: Lichtleitstab
23: Spektralfilterschicht
25: Markierung
27: Eintrittsende
29: Austrittsende
107: Linearschlitten
111: Linearmotor
113: Lichtleitelement
115: Lichtleitelement
121: Integratorstab
127: Eintrittsende
129: Austrittsende
131: Halterung
132: Linearmotor
133: Öffnung

Claims

Einkopplungsvorrichtung zum Einkoppeln von Licht einer Leuchtdiode (1) in ein Fasereintrittsende (5) wenigstens einer Lichtleitfaser (3), wobei die Einkopplungsvorrichtung umfasst: – wenigstens ein Lichtleitelement (13–19, 113, 115), das eine bestimmte Transmissionseigenschaft besitzt und das ein der Leuchtdiode (1) zuzuwendendes Eintrittsende (27, 127) sowie ein dem Fasereintrittsende (5) zuzuwendendes Austrittsende (29, 129) aufweist, und – eine Wechseleinrichtung (7, 107), an der das Lichtleitelement (13–19, 113, 115) angeordnet ist, wobei die Wechseleinrichtung (7, 107) derart mit Bezug auf die Leuchtdiode (1) und das Fasereintrittsende (5) anordenbar und in eine erste Position bringbar ist, dass das Eintrittsende (27, 127) des Lichtleitelements (13–19, 113, 115) der Leuchtdiode (1) gegenüber liegt und das Austrittsende (29, 129) des Lichtleitelements (13–19, 113, 115) dem Fasereintrittsende (5) gegenüber liegt.
Einkopplungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einkopplungsvorrichtung umfasst: – wenigstens ein erstes Lichtleitelement (13–19, 113, 115) und ein zweites Lichtleitelement (13–19, 113, 115), die sich in ihren Transmissionseigenschaften voneinander unterscheiden und jeweils ein der Leuchtdiode (1) zuzuwendendes Eintrittsende (27, 127) und ein dem Fasereintrittsende (5) zuzuwendendes Austrittsende (29, 129) aufweisen, und – die Lichtleitelemente (13–19, 113, 115) an der Wechseleinrichtung (7, 107) angeordnet sind und – die Wechseleinrichtung (7, 107) in eine erste Position bringbar ist, in der das Eintrittsende (27, 127) des ersten Lichtleitelements (13–19, 113, 115) der Leuchtdiode (1) gegenüber liegt und das Austrittsende (29, 129) des ersten Lichtleitelements (13–19, 113, 115) dem Fasereintrittsende (5) gegenüber liegt, und in wenigstens eine zweite Position bringbar ist, in der das Eintrittsende (27, 127) des zweiten Lichtleitelements (13–19, 113, 115) der Leuchtdiode (1) gegenüber liegt und das Austrittsende (29, 129) des zweiten Lichtleitelements (13–19, 113, 115) dem Fasereintrittsende (5) gegenüber liegt.
Einkopplungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, in der wenigstens eines der Lichtleitelemente (13–19, 113, 115) einen Spektralfilter (23) umfasst.
Einkopplungsvorrichtung einem der Ansprüche 1 bis 3, in der jedes Lichtleitelement (13–19, 113, 115) zumindest einen starren Grundkörper (21, 121) aufweisen.
Einkopplungsvorrichtung nach Anspruch 3 und Anspruch 4, in der wenigstens einer der Grundkörper (113, 115) einen Spektralfilter umfasst, der als ein integraler Materialbereich des Grundkörpers oder als auf den Grundkörper aufgebrachte Schicht ausgebildet ist.
Einkopplungsvorrichtung nach Anspruch 3 und Anspruch 4, in der der Spektralfilter als auf einen Grundkörper (21) aufgesetztes oder aufsetzbares Spektralfilterelement (23) ausgebildet ist.
Einkopplungsvorrichtung nach Anspruch 6, in der ein Grundkörper, auf den ein Spektralfilterelement (23) aufgesetzt oder aufsetzbar ist, gegenüber einem Grundkörper, auf den kein Spektralfilterelement (23) aufgesetzt oder aufsetzbar ist, um die Abmessung des Spektralfilterelements (23) verringerte Längenabmessung aufweist.
Einkopplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, in der der Grundkörper ein Lichtleitstab (21) oder ein Integratorstab (121) ist.
Einkopplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, welche eine Halterung (131) für die Lichtleitfaser (3) umfasst, die ein Verschieben der Lichtleitfaser (3) derart ermöglicht, dass das Fasereintrittsende (5) auf die Leuchtdiode (1) zu und von der Leuchtdiode (1) weg bewegt werden kann.
Einkopplungsvorrichtung nach Anspruch 9, in der Lichtleitelemente (13–19, 113, 115) unterschiedlicher Länge vorhanden sind und die Halterung für die Lichtleitfaser (3) derart mit der Wechseleinrichtung (7, 107) gekoppelt ist, dass bei einem Wechsel zwischen Lichtleitelementen (13–19, 113, 115) unterschiedlicher Länge eine Verschiebung der Lichtleitfaser (3) derart erfolgt, dass der Abstand zwischen dem Fasereintrittsende (5) und dem Austrittsende (29, 129) des Lichtleitelements (13–19, 113, 115) unabhängig von der Länge des jeweiligen Lichtleitelementes (13–19, 113, 115) immer gleich ist.
Einkopplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, in der die Wechseleinrichtung (7, 107) in eine Position bringbar ist, in der alle Lichtleitelemente (13–19, 113, 115) außerhalb des Strahlengangs zwischen der Leuchtdiode (1) und dem Fasereintrittsende (5) angeordnet sind.
Einkopplungsvorrichtung nach Anspruch 9 und Anspruch 11, in der die Halterung für die Lichtleitfaser (3) und die Wechseleinrichtung (7, 107) derart miteinander gekoppelt sind, dass, wenn alle Lichtleitelemente (13–19, 113, 115) außerhalb des Strahlengangs zwischen der Leuchtdiode (1) und dem Fasereintrittsende (5) angeordnet sind, eine Verschiebung der Lichtleitfaser (3) derart erfolgt, dass der Abstand zwischen dem Fasereintrittsende (5) und der Leuchtdiode (1) auf einen minimalen Abstand reduzieret wird.
Einkopplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, in der die Wechseleinrichtung eine drehbare Scheibe (7) oder eine Schwenkeinrichtung umfasst.
Einkopplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, in der die Wechseleinrichtung einen Linearschlitten (107) umfasst.
Lichtquellenanordnung mit wenigstens einer Leuchtdiode (1) als Lichtquelle, wenigstens einer Lichtleitfaser (3) mit einem Fasereintrittsende (5) zum Einkoppeln von Licht der Leuchtdiode und einer zwischen der Leuchtdiode (1) und dem Fasereintrittsende (5) angeordneten Einkopplungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche.