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Optisches Verbindungsglied
Die Erfindung betrifft ein optischesVerbindungsglied, das zurKopplung lichtleitender und/oder licht- spendender Elemente unterschiedlicher Querschnitte dient.
Das Problem, beispielsweise durch ein lichtleitendes bzw. lichtspendendes Element zugeführtes Licht in ein lichtleitendes Element mit einem Querschnitt, der sich von demjenigen des erstgenannten Ele- ! mentes unterscheidet, d. h. kleiner oder grösser als dieser ist, zu überführen, lässt sich grundsätzlich et- wa dadurch lösen, dass zwischen beide Elemente ein geeignetes Linsensystem geschaltet wird, das infolge
Bündelung oder Streuung des ankommenden Lichtes in der Lage ist, dieses Licht in einer dem Querschnitt des angeschlossenen Elementes entsprechenden Weise in das das Licht fortführende Element überzuleiten.
Sofern für die Aufteilung des Lichtes von dem einen Querschnitt auf den ändern nur ein kurzerStreckenabschnitt zur Verfügung steht, müssen die übertragenen Lichtstrahlen durch die Linsen des zwischenge- schalteten Systems jedoch eine starke Brechung erfahren. Das bedeutet, dass sehr dicke Linsen verwendet werden müssen, deren Herstellung sich einmal teuer gestaltet und die ausserdem das Auftreten vergleichs- weise grosser Lichtverluste mit sich bringt. Es ist das Ziel der Erfindung, die gewünschte Lichtkopplung mit Mitteln zu erreichen, welche die erforderliche Überführung bei geringer Raumbeanspruchung und auf kurze Entfernung nahezu verlustfrei ermöglichen, wobei die Herstellung derartiger Mittel mit nur niedri- gen Kosten verbunden ist.
Ausgehend von diesen Erkenntnissen kennzeichnet sich ein optisches Verbindungsglied zur Kopplung eines ersten und eines zweiten lichtleitenden und/oder lichtspendenden Elementes jeweils unterschiedli- chen Querschnittes erfindungsgemäss durch eine rotationssymmetrisch zu den miteinander zu koppelnden
Elementen angeordnete Reflexionsfläche, die mindestens teilweise im wesentlichen die Form eines koaxial zu dem ersten und dem zweiten Element angeordneten Ellipsoids hat, dessen einer Brennpunkt in einer
Stirnfläche des zweiten Elementes liegt. Dabei führt die Anordnung der Reflexionsfläche dazu, dass im
Vergleich zu Sammel- bzw. Streulinsen der Weg, auf dem die Umlenkung der zu überführenden Strahlen erfolgt, in der angestrebten Weise stark verkürzt werden kann.
Von einem ersten, im Bereich des ersten Elementes befindlichen, theoretischen Brennpunkt ausge- hende Strahlen werden dann, abgesehen von einem kleinen Anteil, der den angeschlossenen Lichtleiter unmittelbar erreichen kann, an der Ellipsoidfläche reflektiert. Infolge der für Ellipsen bzw. Ellipsoide geltenden Gesetze werden die reflektierten Strahlen in dem in der Stirnfläche des angesetzten Leiters liegenden zweiten Brennpunkt des Ellipsoids vereinigt, von wo aus sie in das zweite lichtleitende Ele- ment übergehen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen nachstehend in Verbindung mit Ausführungsbeispielen er- läutert werden, die im folgenden an Hand der zugehörigen Zeichnung beschrieben werden.
Es zeigen Fig. 1 die theoretischen Verhältnisse bei einem im wesentlichen als Halbellipsoidausge- bildeten Verbindungsglied gemäss der Erfindung, das zwischen zwei lichtleitende und/oder lichtspendende Elemente unterschiedlichen Querschnittes geschaltet ist ; Fig. 2 ein optisches Verbindungsglied gemäss
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Fig. l, das zusammen mit den zu koppelnden, lichtleitenden bzw. lichtspendenden Elementen mittels einer Fassung gehaltert ist.
Im einzelnen lässt Fig. l das als Lichtleiter 11 ausgebildete erste Element erkennen, dessen Querschnitt. grösser ist als derjenige des zweiten, als Lichtleiter 12 ausgebildeten zweiten Elementes. Zwii schen die beiden Lichtleiter 11 und 12 ist das optische Verbindungsglied 14 geschaltet, das die ellipsoidförmige Reflexionsfläche 15 aufweist. Dieser Reflexionsfläche 15 entspricht der Brennpunkt F & , der in der Mittelachse des Lichtleiters 12 und in der Ebene dessen Stirnfläche 13 liegt.
Ein Teil der von dem theoretischen Brennpunkt F 1, der sich in der Mittelachse des ersten Leiters 11 befindet, unter einem vergleichsweise kleinen Öffnungswinkel ausgehenden Lichtstrahlengelangtun- ) mittelbar geradlinig zu der Stirnfläche 13 des angeschlossenen Leiters 12, wie das durch die Linie 16 angedeutet ist. Der Hauptanteil der von dem Brennpunkt Ei unter einem grösseren Öffnungswinkel ausgehenden Lichtstrahlen gelangt entsprechend den Linien 17', zu der Reflexionsfläche 15, wo die Strahlen an den Stellen 18 bzw. 20 auftreffen.
Dort werden sie umgelenkt und erreichen entspre-
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der Übertragung teilnehmen zu lassen, ist es erfindungsgemäss weiter vorgesehen, die der strichpunktierten Linie 22 entsprechende Ellipsoidkappe durch eine Kegelmantelfläche 23 zu ersetzen und es ist ferner vorgesehen, die Ellipsoidfläche im wesentlichen als Halbellipsoid auszugestalten, an das sich ein etwa zylinderförmiger Abschnitt 24 anschliesst, der durch eine ebene, zur Ellipsoidhauptachse senkrechte Fläche 25 abgeschlossen ist. Durch die Anordnung der Kegelmantelfläche 23 und der Ab schlussfläche 25 wird erreicht, dass die zu der dritten Strahlengruppe gehörenden Strahlen 21 zunächst an der Kegelmantelfläche 23 umgelenkt und von hier aus zu der Abschlussfläche 25 zurückgeworfen werden.
Von den auf Fläche 25 auftreffenden Strahlen 2111 wird jedoch nur ein Bruchteil (Reflexionsanteil) 21'"zu der Stirnfläche 13 reflektiert, so dass es, allerdings schwach, zu der gewünschtenBeteiligung der zu der dritten Strahlengruppe gehörenden Lichtstrahlen an der Lichtübertragung kommt.
Der das optische Verbindungsglied bildende Körper 14 kann aus jedem Werkstoff bestehen, der im vorliegenden Zusammenhang als lichtdurchlässiges Medium in Frage kommt, vorzugsweise Glas oder auch Plexiglas. Die Reflexionsflächen des Verbindungsgliedes sind optisch poliert und verspiegelt. Mit Ausnah-
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der an derLichtubertragung beteiligtenElemente mit einer schwarzen Schutzlackierung versehen sein. Der AbstanddestheoretischenBrennpunktesF1vondemBrennpunktF2kannjcnachBedarfgewähltwerden, was insbesondere durch eine entsprechende Formgebung der Ellipsoidfläche geschieht.
Die Lichtleiter 11 und 12 können Glasfaser-Fiberschläuche oder einfache Lichtleitstäbe sein, ferner kommt als erstes Element 11 an Stelle eines Lichtleiters auch eine beliebige Lichtquelle in Betracht.
Darauf hinzuweisen ist auch, dass an Stelle des vorbeschriebenen Verbindungsgliedes, bei dem die Reflexionsfläche ellipsoidförmig ausgebildet ist, Verbindungsstücke mit andern optisch wirksamen Reflexionsflächen Verwendung finden können, beispielsweise entsprechend ausgebildete Kegelkörper, wobei jedoch für jeden einzelnen Strahlengang mehr Reflexionen erforderlich sind, die gegebenenfalls zur Entstehung höherer Lichtverluste führen.
Optische Verbindungsglieder gemäss der Erfindung eignen sich in gleicher Weise sowohl dann, wenn Licht aus einem ersten Element grösseren Querschnittes in ein zweites Element kleineren Querschnittes überführt werden soll, als auch für den Fall, in dem der Querschnitt des ersten Elementes kleiner ist als der Durchmesser des zweiten, angeschlossenen Elementes. Ebenso kann ein durch die Erfindung vorgeschlagenesVerbindungsglied bei entsprechender Ausbildung eingesetzt werden, wenn Licht von dem zweiten Leiter her in den ersten Leiter gelangen soll, gemäss der beschriebenen Fig. 1 von dem Lichtleiter 12 aus zu dem Leiter 11 hin.
Eine vorteilhafte Anwendung der erfindungsgemässen Verbindungsglieder kommt insbesondere überall dort in Betracht, wo Licht mittels eines Leiters grossen Querschnittes zugeführt wird, wegen beengter räumlicher Verhältnisse dort, wo das Licht etwa in kleinen Hohlräumen zu Beleuchtungszwecken benötigt
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wird, jedoch auf einen Leiter geringen Querschnittes konzentriert werden muss. Ein solches Anwendungs- gebiet ist beispielsweise im Zusammenhang mit Endoskopen gegeben, die häufig in besonders engeHohl- räume eingeführt werden müssen.
MitFig. 2 ist eine praktische Ausführungsform, bei der eine Anordnung gemäss Fig. 1 Verwendung findet, wiedergegeben. Dabei ist der Körper 14 mittels einer ersten Fassungshälfte 26 und einer zwei- ten Fassungshälfte 27 gehaltert. Die erste Fassungshälfte 26 weist ein Innengewinde 28 auf, in das der Körper 14 mittels seines Aussengewindeansatzes 29 eingeschraubt ist. Die erste Fassungs- hälfte 26 weist ferner ein zu dem Innengewinde 28 koaxial liegendes Aussengewinde 30 auf, mittels dessen die Fassungshälfte 26 in ein entsprechendes Innengewinde 31 der zweiten Fassungshälfte 27 eingeschraubt ist.
Die beiden Fassungshälften 26 und 27 sind ferner mit zentrischen, stu- fenartig abgesetzten Bohrungen 32 und 33 versehen, in die die Lichtleitschläuche 11 und 12 derart eingesetzt sind, dass der Schlauch 11 mit seiner Stirnfläche unmittelbar an die Abschlussfläche 25 des Körpers 14 angrenzt und die Stirnfläche des zweiten Lichtleitschlauches 12 genau in Höhe des
Brennpunktes F2 der ellipsoidförmigen Reflexionsfläche des Verbindungsgliedes 14 liegt. Mittels Madenschrauben 34, 35 und 36, 37 sind die Schläuche 11 und 12 innerhalb der Fassungsteile 26 und 27 festgelegt. An Stelle der Madenschrauben können selbstverständlich auch andere geeignete Be- festigungselemente verwendet werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Optisches Verbindungsglied zur Kopplung eines ersten und eines zweiten lichtleitenden und/oder lichtspendenden Elementes jeweils unterschiedlichen Querschnittes, gekennzeichnet durch eine rotationssymmetrisch zu den miteinander zu koppelnden Elementen (11, 12) angeordnete Reflexionsfläche (15), die mindestens teilweise im wesentlichen die Form eines koaxial zu dem ersten und dem zweiten
Element (11, 12) angeordneten Ellipsoids hat, dessen einer Brennpunkt (F 2) in einer Stirnfläche (13) des zweiten Elementes (12) liegt.
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