DE10250912B4 - Einkoppelvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Einkoppelvorrichtung für Licht von mehreren Lichtquellen in einen Lichtleiter (1), wobei die Einkoppelvorrichtung mehrere Fokussieroptiken (5) für das Licht aus den verschiedenen Lichtquellen (8) aufweist dadurch gekennzeichnet , daß der Lichtleiter eine Einkoppelfläche (3) aufweist, die ebenfalls fokussierend ausgebildet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Einkoppelvorrichtung für Licht von mehreren Lichtquellen in einen Lichtleiter.
  • Bisher ist es möglich, eine vom Lichtleiterdurchmesser abhängige Anzahl von Lichtquellen direkt vor dem Lichtleiter anzubringen, so daß das Licht der Lichtquellen in den Lichtleiter eingekoppelt wird. Werden z.B. zur Helligkeitssteigerung oder Farbmischung mehr Lichtquellen benötigt, ist es bereits bekannt, das Ende des Lichtleiters auf der Lichtquellenseite trichterförmig aufzuweiten, um die zur Verfügung stehende Einkoppelfläche am Ende des Lichtleiters zu erhöhen.
  • Wird der Lichtleiter jedoch lichtquellenseitig trichterförmig aufgeweitet, leidet die Effizienz, da nicht mehr alle Lichtstrahlen den Bedingungen der Totalreflexion gehorchen.
  • Ebenso verhält es sich, wenn lichtquellenseitig der Lichtleiter in mehrere Einkoppelstränge aufgesplittet wird. An den Endflächen der Einkoppelstränge lassen sich zwar genügend viele Lichtquellen anordnen, jedoch treten an den Verbindungsstellen der Einkoppelstränge zueinander bzw. zum Lichtleiter ebenfalls Verluste auf.
  • Die Druckschrift US 5,617,492 beschreibt ein optisches Element, das geeignet ist, das Licht mehrerer Laserdioden derart zu bündeln, dass eine Einkoppelung des Lichts in einen Lichtwellenleiter möglich ist. Dabei ist das optische Element auf seiner zu den Laserdioden gewandten Seite konvex ausgebildet.
  • Die Druckschrift US 2002/0090172 A1 beschreibt eine Lichtsammeloptik, die geeignet ist, das Licht einer Vielzahl von Halbleiterlasern zu bündeln und in einen Multimodenlichtwellenleiter einzukoppeln.
  • Die Druckschrift US 4,826,269 beschreibt eine Anordnung einer Vielzahl von Diodenlasern, die in einem einheitlichen Abstand zueinander entlang eines Kreisbogens angeordnet sind. Jedem Diodenlaser ist eine individuelle Linse zugeordnet. Die Linsen sind auf einem zu einem kreisförmigen Fokus, auf dem das Licht der Diodenlaser fokussiert wird, konzentrischen Kreis angeordnet.
  • Die Druckschrift DE 102 45 526 A1 beschreibt eine Anordnung einer Vielzahl von Leuchtdioden und Mikrooptiken. Das Licht der Leuchtdioden wird von den Mikrooptiken und einer weiteren gemeinsamen Sammeloptik fokussiert und in einen Lichtleiter eingekoppelt.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Einkoppelvorrichtung für Licht von mehreren Lichtquellen in einen Lichtleiter aufzuzeigen, welche Verluste weitgehend vermeidet.
  • Diese Aufgabe wird unter Anderem dadurch gelöst, daß der Lichtleiter eine fokussierend ausgebildete Einkoppelfläche aufweist.
  • Durch die Integration mehrerer Fokussieroptiken wie Einkoppelvorrichtung wird das Licht aus den verschiedenen Lichtquellen gebündelt, so daß pro Lichtstrahl, der in den Lichtleiter einkoppelt wird, wesentlich weniger Fläche benötigt wird.
  • Somit ist es möglich, in einen Lichtleiter über die Einkoppelvorrichtung Licht von wesentlich mehr Lichtquellen einzukoppeln, wie es bisher durch eine direkte Anordnung der Lichtquellen vor dem Ende des Lichtleiters möglich war.
  • Idealerweise ist pro Lichtquelle eine Fokussieroptik ausgebildet, so daß sämtliche Lichtstrahlen gebündelt in den Lichtleiter eingekoppelt werden.
  • Eine weitere Steigerung ist dadurch erzielt, daß der Lichtleiter eine Einkoppelfläche aufweist, die ebenfalls fokussierend ausgebildet ist. Über die fokussierende ausgebildete Einkoppelfläche wird eine weitere Bündelung der Lichtstrahlen erreicht, wodurch Licht aus noch mehr verschiedenen Lichtquellen in den Lichtleiter eingekoppelt werden kann.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Einkoppelfläche kreis- bzw. kugelsegmentartig am Ende des Lichtleiters ausgebildet und die Fokussieroptiken sind ebenfalls kreis- bzw. kugelsegmentartig beabstandet von der Einkoppelfläche angeordnet.
  • Durch die kreis- bzw. kugelsegmentartig ausgebildete Einkoppelfläche wird zum einen eine größere Fläche für den Eintritt der Lichtstrahlen erzielt, die durch die fokkusierende Wirkung der Einkoppelfläche in den Lichtleiter wesentlich kleineren Durchmesseres eingeleitet werden können.
  • Die Fokussieroptiken sind vorzugsweise ebenfalls kreis- bzw. kugelsegmentartig und beabstandet um die Einkoppelfläche angeordnet. Die Fokussieroptiken bündeln das Licht bereits, so daß auf die ohnehin vergrößerte Einkoppelfläche das Licht einer sehr hohen Anzahl von Lichtquellen in den Lichtleiter einkoppelbar ist.
  • Die Einkoppelvorrichtung ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform einstückig mit Fokussieroptik und Einkoppelfläche ausgebildet, wobei hierzu die kostengünstige Herstellung im Kunststoffspritzgußverfahren verwendet werden kann.
  • Als Lichtquellen können z.B. LEDs an der Außenseite der Einkoppelvorrichtung angebracht werden.
  • Die Geometrie der Einkoppelvorrichtung sowie die Anordnung der Lichtquellen ist vorzugsweise so aufeinander abgestimmt, daß die auftretenden Verluste zwischen Emission des Lichts und Eintritt in den eigentlichen Lichtleiter minimiert ist.
  • Durch die erfindungsgemäße Einkoppelvorrichtung ist es möglich, mit einem äußerst kostengünstig herstellbaren Spritzgußteil Licht einer erheblich erhöhten Anzahl von Lichtquellen in einen Lichtleiter einzukoppeln, was nach dem Stand der Technik bisher nur unter Aufsplittung des Lichtleiters bzw. durch eine trichterförmige Aufweitung möglich gewesen wäre.
    •
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
  • In den Zeichnungen zeigen
  • 1 eine Schrägansicht der Einkoppelvorrichtung und
  • 2 eine schematische Schnittansicht der Einkoppelvorrichtung mit eingezeichneten Strahlungsverläufen.
  • 1 zeigt eine Schrägansicht einer Einkoppelvorrichtung für Licht aus mehreren Lichtquellen 8 (nur in 2 eingezeichnet) in einen Lichtleiter 1. Der Lichtleiter 1 ist in
  • 1 nur gestrichelt dargestellt und weist einen Durchmesser d auf. Die Einkoppelvorrichtung ist mit einem Schaft 2 versehen, welcher dem Durchmesser des Lichtleiters 1 entspricht. Je nach Anwendung kann die Einkoppelvorrichtung und der Lichtleiter auch einteilig, d.h. ohne den Schaft 2 ausgebildet sein.
  • Am Ende des Schaftes 2 ist eine Einkoppelfläche 3 für den Lichtleiter angeordnet. Die Einkoppelfläche 3 kann auch ohne Zwischenschaltung des Schaftes 2 direkt an dem Lichtleiter 1 angeordnet sein.
  • Die Einkoppelfläche 3 ist fokussierend ausgebildet und im dargestellten Ausführungsbeispiel als Halbkreissegment realisiert. Die Einkoppelfläche 3 kann auch als Kugelsegment oder als Segment einer Ellipse realisiert sein.
  • Die Einkoppelfläche 3 ist von einem ebenfalls kreissegmentartigen Rahmen 4 umgeben, in welchem gemäß dargestelltem Ausführungsbeispiel vier Fokussieroptiken 5 integriert sind. Die Fokussieroptiken 5 weisen jeweils eine nach außen gewölbte Fläche 6 sowie eine nach innen Richtung Einkoppelfläche 3 konvex gewölbte Fläche 7 auf.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist auch der Rahmen 4 mit den Fokussieroptiken 5 halbkreissegmentartig ausgebildet.
  • Der Rahmen 4 kann ebenso als Kugelsegment bzw. Kreissegment kleineren Winkels ausgebildet werden.
  • Entscheidend ist in der Regel nicht die Geometrie der Anordnung der Fokkusieroptiken 5 und der Einkoppelfäche 3, sondern die Abstimmung der Fokkusieroptiken 5 und der Einkoppelfläche 3 zueinander sowie die Anpassung an die jeweilige verwendete Lichtquelle 8 und den Durchmessers des Lichtleiters 1.
  • 2 zeigt die Einkoppelvorrichtung in der Ansicht von oben mit einer schematischen Darstellung der Lichteinkopplung.
  • An den Außenflächen 6 der Fokussieroptiken 5 sind mittig Lichtquellen 8 angeordnet, welche das Licht in Richtung Einkoppelfläche 3 aussenden.
  • Durch die innere konvex gewölbte Fläche 7 wird der Lichtstrahl in der ersten Stufe fokussiert und durch die fokussierende Einkoppelfläche 3 wird der Lichtstrahl weiter gebündelt, so daß beim Eintritt in den Schaft 2 oder eines statt des Schaftes 2 direkt angeordneten Lichtleiters 1 ein sehr geringer Querschnitt für den Eintritt des Lichtstrahls benötigt wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel tritt der Lichtstrahl an einer zwischen Schaft 2 und Rahmen 4 angeordneten Endfläche 9 ein.
  • Die Endfläche 9 entspricht ebenfalls dem Querschnitt des Lichtleiters 1.
  • Durch den Effekt, daß an der Endfläche 9 die Lichtstrahlen bereits stark gebündelt sind, können über die Endfläche 9 mehrere Lichtstrahlen, im dargestellten Ausführungsbeispiel vier, einkoppelt werden, ohne daß Verluste auftreten.
  • Die Geometrie der Einkoppelvorrichtung und die Anordnung der Lichtquellen 8 ist so aufeinander abgestimmt, daß die auftretenden Verluste zwischen Emission des Lichts und Eintritt in den eigentlichen Lichtleiter 1 minimiert sind.
  • Die Einkoppelvorrichtung ist vorzugsweise als Spritzgußteil aus transparentem Kunststoff mit einem Brechungsindex von n = 1,50 hergestellt.
  • Die erfindungsgemäße Einkoppelvorrichtung ermöglicht die Steigerung der Helligkeit, da mehr Lichtquellen in einen Lichtleiter einkoppeln können und bietet auch die Möglichkeit der Farbmischung, da mehrere Lichtquellen pro Lichtleiter angeordnet werden können.
  • Durch die Integration der Fokussieroptik in den Lichtleiter sowie durch die geschickte Anordnung der Lichtquellen 8 an den Außenflächen 6 der jeweiligen Fokussieroptik 5 wird auf einfache und kostengünstige Art und Weise das Problem gelöst, möglichst viel Licht von verschiedenen Lichtquellen 8 in den Lichtleiter 1 einzukoppeln.

Claims (9)

  1. Einkoppelvorrichtung für Licht von mehreren Lichtquellen in einen Lichtleiter (1), wobei die Einkoppelvorrichtung mehrere Fokussieroptiken (5) für das Licht aus den verschiedenen Lichtquellen (8) aufweist dadurch gekennzeichnet , daß der Lichtleiter eine Einkoppelfläche (3) aufweist, die ebenfalls fokussierend ausgebildet ist.
  2. Einkoppelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß pro Lichtquelle (8) eine Fokussieroptik (5) ausgebildet ist.
  3. Einkoppelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Geometrie der Einkoppelfläche (3) und die Anordnung der Fokussieroptiken (5) auf die jeweilige Lichtquelle (8) und den Durchmesser des Lichtleiters (1) abgestimmt sind.
  4. Einkoppelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, daß die die Einkoppelfläche (3) und/oder Fokussieroptiken (5) kreis- oder kugelsegmentartig um das Ende des Lichtleiters (1) angeordnet sind.
  5. Einkoppelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussieroptiken (5) von der Einkoppelfläche (3) beabstandet sind.
  6. Einkoppelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussieroptiken (5) und die Einkoppelfläche (3) einstückig hergestellt sind.
  7. Einkoppelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß diese aus transparentem Kunststoff im Spritzgußverfahren hergestellt ist.
  8. Einkoppelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquellen (8) LEDs verwendet werden, welche direkt auf den Fokussieroptiken (5) angeordnet sind.
  9. Einkoppelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Geometrie der Einkoppelvorrichtung und die Anordnung der Lichtquellen (8) so aufeinander abgestimmt sind, daß die auftretenden Verluste zwischen Emission des Lichts und Eintritt in den eigentlichen Lichtleiter (1) minimiert sind.
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