DE3812473A1

DE3812473A1 - Illumination device having a liquid optical waveguide

Info

Publication number: DE3812473A1
Application number: DE19883812473
Authority: DE
Inventors: Guenther Dr Nath
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-04-14
Filing date: 1988-04-14
Publication date: 1989-11-02

Abstract

Illumination device having a waveguide (16) which has a sheath (24a, 24b) of a flexible plastic tube which is filled with a light-transmitting liquid and is closed at its ends by transparent windows (18, 20), and having a light source (10) which is optically coupled to the one end of the optical waveguide. The sheath contains at least two flexible tube sections (24a, 24b) of different plastics, specifically a thermally insensitive plastic, such as FEP, bordering onto the end which is coupled to the light source (10), and a relatively flexible plastic bordering onto the end which faces away from the light source. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrich tung mit einem Lichtleiter, welcher einen Mantel aus einem Kunststoffschlauch hat, der mit einer lichtleitenden Flüssigkeit gefüllt und an seinen Enden durch transparente Fenster verschlossen ist, und mit einer Lichtquelle, welche mit dem einen Ende des Lichtleiters optisch gekoppelt ist.The present invention relates to a lighting device device with a light guide, which a jacket from a Has plastic tubing with a light guiding Liquid filled and transparent at its ends Window is closed, and with a light source which optically coupled to one end of the light guide is.

Beleuchtungseinrichtungen mit einem sogenannten "Flüssig keitslichtleiter" sind seit langem bekannt und haben sich in der Praxis gut bewährt. Es ist auch eine Kombination eines Kunststoffschlauches aus einem Fluorkunststoff, wie FEP, und einer lichtleitenden Flüssigkeit, wie einer wässerigen Salzlösung oder einem Glycol, die den Kunststoff nicht benetzt, bekannt.Lighting devices with a so-called "liquid light guides "have long been known and have become well proven in practice. It is also a combination a plastic tube made of a fluoroplastic, like FEP, and a light-guiding liquid, like one aqueous saline or a glycol, which is the plastic not wetted, known.

An den Kunststoffschlauchmantel eines Flüssigkeitslichtlei ters werden in der Praxis eine ganze Reihe von Anforde rungen gestellt: Der Kunststoffschlauchmantel soll mög lichst flexibel sein, damit der Lichtleiter bequem manipu liert werden kann. Der Schlauch muß ferner die erforder lichen mechanischen und chemischen Eigenschaften (Elasti zität, Dichtigkeit, Inertheit bezüglich der Lichtleitflüs sigkeit usw.) in einem relativ großen Temperaturbereich auch über längere Zeiten beibehalten, da es in der Praxis unvermeidlich ist, daß sich das mit der Lichtquelle (Wolf ram-Halogen-Lampe, Gasentladungslampe und dergl.) gekoppel te Ende auch bei Verwendung von Wärmeschutzfiltern relativ stark erwärmt, während sich das andere Ende, das Lichtaus trittsende, auf Umgebungstemperatur befindet, die im allgemeinen etwa 20°C beträgt. On the plastic tube jacket of a liquid light pipe In practice, there are a number of requirements The plastic hose jacket should be possible be as flexible as possible so that the light guide can be easily manipulated can be lated. The hose must also have the required mechanical and chemical properties (Elasti tity, tightness, inertness with regard to the light guide liquid etc.) in a relatively wide temperature range maintained even over long periods of time as it is in practice it is inevitable that this is with the light source (Wolf ram halogen lamp, gas discharge lamp and the like te end even when using heat protection filters relative strongly warmed up while the other end, the lights out step end, is at ambient temperature, which is in the is generally about 20 ° C.

Bisher ist kein Kunststoffmaterial bekannt geworden, das allen diesen Anforderungen genügt. Die seit längerer Zeit bekannten Fluorkunststoffe, wie FEP, zeichnen sich zwar durch eine weitgehende Unabhängigkeit ihrer Eigenschaften von der Temperatur aus, sie sind jedoch relativ starr und die Flexibilität von Schläuchen aus FEP mit einem Innendurchmesser über 4 bis 5 mm ist für viele Zwecke unerwünscht niedrig. Ein anderes bekanntes fluorhaltiges Polymermaterial ("TFB"), das 20 bis 75 Gew.% an copo lymerisierten Einheiten des Vinylidenfluorids enthält, ist zwar erheblich flexibler, seine Eigenschaften sind jedoch stark temperaturabhängig. Insbesondere wird TFB beim Erwärmen sehr weich sowie forminstabil und behält beim anschließenden Erkalten die ihm im warmen Zustand erteilte Gestalt bei. Im erwärmten Zustand setzt TFB außer dem auch der Eindiffusion der lichtleitenden Flüssigkeit keinen so hohen Widerstand entgegen, wie es aus Gründen der Langzeitstabilität des Lichtleiters erwünscht wäre.So far, no plastic material has become known all of these requirements are met. The for a long time known fluoroplastics, such as FEP, stand out due to the fact that their properties are largely independent from the temperature, but they are relatively rigid and the flexibility of FEP tubing with one Inner diameter over 4 to 5 mm is for many purposes undesirably low. Another known fluorine Polymer material ("TFB") containing 20 to 75% by weight of copo contains lymerized units of vinylidene fluoride, Although it is considerably more flexible, its properties are however strongly dependent on temperature. In particular, TFB very soft when heated and dimensionally unstable and retains when it cools down, it is warm granted shape. When heated, TFB disables the diffusion of the light-guiding liquid not as much resistance as it is for reasons the long-term stability of the light guide would be desirable.

Die vorliegende Erfindung löst, ausgehend von diesem Stand der Technik, die Aufgabe, eine Beleuchtungseinrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, deren Lichtleiter weitgehend temperaturunempfindlich und langzeitstabil sowie gleichzeitig ausreichend flexibel ist, dadurch, daß der Kunststoffschlauchmantel am Lichteintrittsende aus einem anderen Kunststoffmaterial besteht als am Licht austrittsende.The present invention solves based on this state the technology, the task of a lighting device specify the type of fiber mentioned largely insensitive to temperature and long-term stable and at the same time is sufficiently flexible, that the plastic hose jacket at the end of the light entry consists of a different plastic material than the light exit end.

Vorzugsweise ist der Mantel aus zwei in sich homogenen Stücken aus verschiedenen Kunststoffen zusammengesetzt, wobei das an das Lichteintrittsende angrenzende Stück aus einem temperaturunempfindlichen, relativ starren Mate rial, wie FEP besteht und das an das lichtaustrittsseitige Ende angrenzende Schlauchstück aus einem relativ flexiblen und elastischen Material besteht, an das wegen des größeren Abstandes von der Lichtquelle keine so hohen Anforderungen hinsichtlich der Temperaturunempfindlichkeit gestellt zu werden brauchen.The jacket is preferably composed of two homogeneous ones Pieces composed of different plastics, the piece adjacent to the light entry end from a temperature-insensitive, relatively rigid mate rial how FEP exists and that to the light exit side End of adjacent piece of tubing from a relatively flexible and elastic material, because of the larger Distance from the light source not so high requirements in terms of temperature insensitivity need to be.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.The following are exemplary embodiments of the invention explained in more detail with reference to the drawings.

Fig. 1 eine stark vereinfachte, teilweise geschnittene Ansicht einer bevorzugten ersten Ausführungsform der Erfindung; Figure 1 is a greatly simplified, partially sectioned view of a preferred first embodiment of the invention.

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht eines bevorzugten Verbindungstopfens für die Einrichtung gemäß Fig. 1 und Fig. 2 is an enlarged sectional view of a preferred connector plug for the device according to FIGS. 1 and

Fig. 3 eine Teilansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Fig. 3 is a partial view of a second embodiment of the invention.

Die in Fig. 1 dargestellte Beleuchtungseinrichtung enthält eine Lichtquelle (10) mit einer Wolfram-Halogenlampe (12), die mit einem ellipsoidförmigen Fokussierspiegel (14) versehen ist. Der Spiegel (14) ist vorzugsweise als Kalt lichtspiegel ausgebildet, d.h. daß er IR-Strahlung durch läßt.The lighting device shown in Fig. 1 contains a light source ( 10 ) with a tungsten halogen lamp ( 12 ), which is provided with an ellipsoidal focusing mirror ( 14 ). The mirror ( 14 ) is preferably designed as a cold light mirror, ie that it lets IR radiation through.

Mit der Lichtquelle (10) ist ein Flüssigkeitslichtleiter (16) gekoppelt, der einen Kunststoffschlauch-Mantel auf weist, der am Lichteintrittsende mit einem stopfenartigen Fenster (18) und am Lichtaustrittsende mit einem stopfenar tigen Fenster (20) verschlossen ist. Der Lichtleiter ist mit einer lichtleitenden Flüssigkeit (22), z. B. einer wässerigen Salzlösung oder einem höheren Glykol, wie Diethylen- und/oder Triethylenglykol gefüllt, welche einen höheren Brechungsindex hat als das Kunststoffmaterial des Mantels. With the light source ( 10 ), a liquid light guide ( 16 ) is coupled, which has a plastic tube jacket, which is closed at the light entry end with a stopper-like window ( 18 ) and at the light exit end with a stopper-like window ( 20 ). The light guide is with a light-guiding liquid ( 22 ), for. B. an aqueous salt solution or a higher glycol, such as diethylene and / or triethylene glycol, which has a higher refractive index than the plastic material of the jacket.

Gemäß der Erfindung besteht der Mantel aus zwei Stücken (24 a, 24 b), die durch eine Verbindungsanordnung (26) mitein ander verbunden sind. Das an das Eintrittsfenster (18) angrenzende Schlauchstück (24 a) besteht aus einem Kunst stoff, insbesondere einem Fluorkunststoff, vorzugsweise FEP, der weitgehend temperaturunempfindlich ist, so daß seine Eigenschaften durch die unvermeidliche Erwärmung des Lichteintrittsendes durch die Lichtquelle (10) nicht beeinträchtigt werden. Die Länge des relativ wenig flexib len Schlauchstücks (24 a) kann beispielsweise 5 bis 20% der Gesamtlänge des Lichtleiters, in der Praxis also etwa 10 bis 40 cm betragen.According to the invention, the jacket consists of two pieces ( 24 a , 24 b ) which are connected to one another by a connection arrangement ( 26 ). The adjoining the entrance window ( 18 ) hose section ( 24 a ) consists of a plastic, in particular a fluoroplastic, preferably FEP, which is largely insensitive to temperature, so that its properties are not affected by the inevitable heating of the end of the light entrance by the light source ( 10 ) . The length of the relatively little flexible len piece of tubing ( 24 a ) can, for example, 5 to 20% of the total length of the light guide, in practice thus be about 10 to 40 cm.

Das restliche Schlauchstück (24 b) besteht aus einem Kunst stoff, der die für eine bequeme Manipulierbarkeit des Lichtleiters nötige Flexibilität aufweist, also z. B. aus TFB. In thermischer Hinsicht brauchen keine großen Anforderungen an das Schlauchstück (24 b) gestellt zu wer den, da sich dieses in größerem Abstand von der Lichtquelle befindet.The remaining piece of hose ( 24 b ) consists of a plastic, which has the necessary flexibility for easy manipulation of the light guide, so z. B. from TFB. From a thermal point of view, there is no need to make great demands on the piece of tubing ( 24 b ), since this is located at a greater distance from the light source.

Der Lichtleiter als Ganzes ist daher thermisch stabil und ausreichend flexibel.The light guide as a whole is therefore thermally stable and sufficiently flexible.

Der Mantel (24 a, 24 b) kann einstückig sein und durch Verschweißen oder Verkleben von zwei Schlauchstücken aus zwei verschiedenen Kunststoffmaterialien hergestellt werden. Vorzugsweise wird der Mantel jedoch aus mindestens zwei getrennten Schlauchstücken aus verschiedenen, in sich homogenen Schlauchmaterialien mittels eines Verbindungselements zusammengesetzt. Bei der in Fig. 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform erfolgt dies mittels eines Verbindungs- oder Kupplungsstopfens (30) aus einem geeigneten Material, dessen Brechungsindex möglichst weitgehend mit dem der lichtleitenden Flüssigkeit übereinstimmt. Der Kupplungsstopfen (30) hat eine axiale Bohrung (32), die kapillaren Abmessungen haben kann und seine zylindrische Außenfläche ist vorzugsweise feuerpoliert und kann außerdem mit einer Schicht (34) niedrigen Brechungsindex, z. B. einem Fluoridmaterial, wie MgF₂ (n =1,36) oder NaAlF₂ beschichtet sein, um die Stoßstelle zwischen den beiden Kunststoffschläuchen optisch zu isolieren.The jacket ( 24 a , 24 b ) can be in one piece and can be made from two different plastic materials by welding or gluing two pieces of tubing. However, the jacket is preferably composed of at least two separate pieces of hose made of different, homogeneous hose materials by means of a connecting element. In the preferred embodiment shown in FIG. 1, this is done by means of a connecting or coupling plug ( 30 ) made of a suitable material, the refractive index of which largely corresponds to that of the light-conducting liquid. The coupling plug ( 30 ) has an axial bore ( 32 ) which can have capillary dimensions and its cylindrical outer surface is preferably fire polished and can also be coated with a layer ( 34 ) of low refractive index, e.g. B. a fluoride material, such as MgF ₂ ( n = 1.36) or NaAlF ₂ , to optically isolate the joint between the two plastic tubes.

Wie Fig. 2 zeigt, ist der Stopfen (30) an den Enden gering fügig konisch verjüngt, damit scharfe Kanten vermieden werden und der Schlauch an den Enden des Stopfens nicht so leicht knickt. Das Anfasen erleichtert auch das Aufschieben der Schlauchstücke auf den Stopfen. Das Ende über welches das härtere Schlauchstück geschoben wird, hat eine relativ kleine konische Fase (30 a), während das Ende über das das weichere Schlauchstück geschoben wird, eine längere konische Fase (30 b) mit einem kleineren Konuswinkel aufweist. Gegebenenfalls genügt es, den Stopfen nur an einem Ende, insbesondere dem für den weicheren Schlauch anzufasen.As shown in Fig. 2, the plug ( 30 ) is slightly tapered at the ends so that sharp edges are avoided and the hose at the ends of the plug does not kink so easily. Chamfering also makes it easier to push the hose pieces onto the stopper. The end over which the harder hose section is pushed has a relatively small conical chamfer ( 30 a ), while the end over which the softer hose section is pushed has a longer conical chamfer ( 30 b ) with a smaller cone angle. If necessary, it is sufficient to chamfer the stopper only at one end, in particular that for the softer hose.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform bestand die Füllflüs sigkeit aus Diethylenglycol (n =1,45), der Verbindungsstop fen (30) aus SiO₂ (n =1,46), das Schlauchstück (24 a) aus FEP und das Schlauchstück (24 b) aus TFB. Die Differenz der Brechungsindizes zwischen der lichtleitenden Flüssig keit und dem Material des Kupplungsstopfens (30) beträgt nur 1/100, so daß der Kupplungsstopfen für Strahlung im sichtbaren Spektralbereich praktisch "unsichtbar" ist und somit keine nennenswerten Transmissionsverluste im Lichtleiter erzeugt.In a preferred embodiment, the filling liquid consisted of diethylene glycol ( n = 1.45), the connecting plug ( 30 ) made of SiO ₂ ( n = 1.46), the hose section ( 24 a ) made of FEP and the hose section ( 24 b ) from TFB. The difference in the refractive indices between the light-conducting liquid and the material of the coupling plug ( 30 ) is only 1/100, so that the coupling plug is practically "invisible" for radiation in the visible spectral range and thus produces no significant transmission losses in the light guide.

Die Stirnflächen des Stopfens sind optisch poliert, die Umfangsfläche mindestens feuerpoliert. Die Stirnflächen können mit einer Antireflexbeschichtung versehen sein, wenn dies zweckmäßig ist. The end faces of the stopper are optically polished, the Circumferential surface at least fire polished. The end faces can be provided with an anti-reflective coating, if this is appropriate.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform der Erfin dung sind die beiden Schlauchstücke (24 a und 24 b) durch einen Vollstab (30 a) miteinander verbunden. Der Stab (30 a) kann wieder aus SiO₂ bestehen, auf seiner zylindrischen Mantelfläche mit einer Fluoridschicht überzogen und an mindestens einem Ende mit einer Fase versehen sein, wie es anhand von Fig. 2 erläutert wurde. Bei der Ausführungs form gemäß Fig. 3 ist es möglich, das Schlauchstück (24 a) mit einer lichtleitenden Flüssigkeit (22 a) zu füllen, die von der lichtleitenden Flüssigkeit (22 b) im Schlauch stück (24 b) verschieden ist. Die Flüssigkeit (22 a) kann beispielsweise eine wässerige Salzlösung und die Flüssigkeit (22 b) ein höheres Glycol sein.In the embodiment of the inven tion shown in Fig. 3, the two pieces of hose ( 24 a and 24 b ) are connected to each other by a solid rod ( 30 a ). The rod ( 30 a ) can again consist of SiO ₂ , be coated on its cylindrical outer surface with a fluoride layer and be provided with a chamfer on at least one end, as was explained with reference to FIG. 2. In the execution shape shown in FIG. 3, it is possible to fill the tube piece (24 a) with a light-conducting liquid (22 a), which (24 b) is different from the light-conducting liquid (22 b) in the tube piece. The liquid ( 22 a ) can be, for example, an aqueous salt solution and the liquid ( 22 b ) a higher glycol.

Selbstverständlich kann der Mantel auch aus mehr als zwei Schlauchstücken aus verschiedenen Kunststoffmaterialien bestehen.Of course, the coat can also consist of more than two Hose pieces made of different plastic materials consist.

Die Verbindungsstelle zwischen den beiden Schlauchstücken (22 a und 22 b) wird vorzugsweise mit einem aufgeschrumpf ten Kunststoffschlauchstück (36) aus PVDF fixiert.The connection point between the two tube pieces ( 22 a and 22 b ) is preferably fixed with a shrunk-on plastic tube piece ( 36 ) made of PVDF.

Der Lichtleiter kann im übrigen in bekannter Weise ausgebil det und mit einer lichtundurchlässigen Umhüllung versehen sein.The light guide can otherwise be trained in a known manner det and provided with an opaque envelope be.

Claims

1. Beleuchtungseinrichtung mit einem Lichtleiter (16), welcher einen Mantel aus einem Kunststoffschlauch (24 a, 24 b) hat, der mit einer lichtleitenden Flüssigkeit gefüllt und an seinen Enden durch transparente Fenster (18, 20) verschlossen ist, und mit einer Lichtquelle (10), welche mit dem einen Ende des Lichtleiters optisch gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel mindestens zwei Schlauchabschnitte (24 a, 24 b) aus verschiedenen Kunst stoffen enthält.1. Lighting device with a light guide ( 16 ), which has a jacket made of a plastic tube ( 24 a , 24 b ), which is filled with a light-conducting liquid and closed at its ends by transparent windows ( 18 , 20 ), and with a light source ( 10 ), which is optically coupled to one end of the light guide, characterized in that the jacket contains at least two tube sections ( 24 a , 24 b ) made of different plastics.

2. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die beiden Schlauchabschnitte (24 a, 24 b) im wesentlichen homogene Schlauchstücke sind, die durch einen optisch transparenten Stopfen (30, 30 a) verbunden sind.2. Lighting device according to claim 1, characterized in that the two tube sections ( 24 a , 24 b ) are substantially homogeneous tube pieces, which are connected by an optically transparent plug ( 30 , 30 a ).

3. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Stopfen an seiner an den Kunststoff schlauchmantel (24 a, 24 b) angrenzenden Fläche mit einer Schicht aus einem Material niedrigen Brechungsindex, wie einem Fluoridmaterial überzogen ist.3. Lighting device according to claim 2, characterized in that the stopper is coated on its plastic hose jacket ( 24 a , 24 b ) adjacent surface with a layer of a material with a low refractive index, such as a fluoride material.

4. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen (30, 30 a) aus einem Material, insbesondere einem Glas, wie Quarzglas, besteht, dessen Brechungsindex weitestgehend mit dem der lichtleitenden Flüssigkeit übereinstimmt.4. Lighting device according to claim 2 or 3, characterized in that the stopper ( 30 , 30 a ) consists of a material, in particular a glass, such as quartz glass, the refractive index of which largely corresponds to that of the light-conducting liquid.

5. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen an mindestens einem seiner Enden verjüngt ist. 5. Lighting device according to claim 2, 3 or 4, characterized in that the stopper at least one of its ends is tapered.

6. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen an seinen Enden konische Fasen mit unterschiedlichem Konuswinkel aufweist.6. Lighting device according to claim 5, characterized characterized in that the stopper is conical at its ends Chamfers with different cone angles.

7. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen eine axiale Bohrung (32) aufweist.7. Lighting device according to one of claims 2 to 5, characterized in that the plug has an axial bore ( 32 ).

8. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schlauch abschnitte (24 a, 24 b) durch einen optisch transparenten Vollstab (30 a) miteinander verbunden sind.8. Lighting device according to one of claims 2 to 5, characterized in that the two tube sections ( 24 a , 24 b ) are interconnected by an optically transparent solid rod ( 30 a ).

9. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schlauchabschnitte mit verschiedenen lichtleitenden Flüssigkeiten (22 a, 22 b) gefüllt sind.9. Lighting device according to claim 8, characterized in that the two tube sections are filled with different light-conducting liquids ( 22 a , 22 b ).

10. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der an das mit der Lichtquelle (10) gekoppelte Ende angrenzende Schlauchab schnitt (24 a) aus einem wärmeunempfindlichen Kunststoff, wie FEP besteht und daß der Schlauchabschnitt (24 b), der an das der Lichtquelle (10) abgewandte Ende angrenzt, aus einem Kunststoff, wie TFB, besteht, der eine höhere Flexibilität aufweist als der Kunststoff des lichtquellen seitigen Abschnitts (24 a).10. Lighting device according to one of the preceding claims, characterized in that the end connected to the light source ( 10 ) coupled to the Rohrab section ( 24 a ) made of a heat-insensitive plastic, such as FEP, and that the hose section ( 24 b ), the the end facing away from the light source ( 10 ) consists of a plastic, such as TFB, which has a higher flexibility than the plastic of the light source-side section ( 24 a ).

11. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen aus Quarzglas und die lichtleitende Flüssigkeit aus Di- und/oder Triethylenglykol besteht.11. Lighting device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the stopper made of quartz glass and the light-conducting liquid from di- and / or Triethylene glycol exists.