<Desc/Clms Page number 1>
Optisch apparaat
De uitvinding heeft betrekking op een optisch apparaat dat een lichtbron bevat met een actieve zijde die oplicht wanneer een elektrische spanning wordt aangelegd via daarvoor voorziene elektrische contacten, waarbij deze lichtbron tegen een lichtdoorlatende wand is gemonteerd zodanig dat licht van genoemde actieve zijde doorheen deze wand kan waargenomen worden.
De optische apparaten van dit type, volgens de huidige stand van de techniek, bevatten een zogenaamde lichtemitterende diode, ook LED chip genaamd, die gemonteerd is op een metalen behuizing waarbij deze chip afgeschermd wordt door een doorzichtige epoxylaag.
Deze bestaande apparaten hebben als nadeel dat ze geen homogene verdeling vertonen van de geproduceerde lichtintensiteit. Zowel de metalen behuizing als de epoxylaag zorgen voor storende verschijnselen. Zo kan, in het bijzonder in het geval van een bolle epoxylaag, deze laag een lenswerking vertonen. Verder geven interne reflecties in de behuizing van de LED en in de epoxylaag een ongecontroleerde verstrooiing van het licht afkomstig van de LED.
Variaties in de temperatuur van de LED ten gevolge van een variërende omgevingstemperatuur of wisselende elektrische omstandigheden geven aanleiding tot een variatie in het uitgezonden lichtspectrum wat tot een onnauwkeurige waarneming van het optisch apparaat tot gevolg heeft.
Deze eigenschappen zijn vooral nadelig wanneer een dergelijk optisch apparaat gebruikt wordt in optische meetsystemen waar met behulp van een camera de positie van de LED bepaald dient te worden. Uit de positie van de LED wordt vervolgens de positie en/of oriëntatie van de structuur waarop deze LED bevestigd is, berekend.
<Desc/Clms Page number 2>
Bij deze optische meetsystemen wordt, voor een nauwkeurige positiebepaling, het optisch centrum van de LED bepaald, zoals bijvoorbeeld het zwaartepunt van de lichtintensiteitsverdeling van de LED. Om een nauwkeurige positiebepaling te verrichten is het belangrijk dat het optisch centrum van de LED onafhankelijk is van de detectiehoek waaronder deze waargenomen wordt en dat de lichtintensiteit zo hoog mogelijk is.
De volgens de stand van de techniek aangewende LED hebben aldus als nadeel dat het optisch centrum van de LED varieert in functie van de detectiehoek, waarbij genoemde interne reflecties de lichtintensiteit verminderen zodat de meetafstand en nauwkeurigheid relatief beperkt zijn.
De uitvinding wil aan deze nadelen verhelpen door een optisch apparaat voor te stellen waarbij de positie van het optisch centrum ervan, bijvoorbeeld het zwaartepunt van de intensiteitsverdeling, onafhankelijk is van de detectiehoek en dat, daarenboven, nagenoeg geen interne reflecties vertoont zodat een hoge lichtintensiteit verkregen wordt.
Tot dit doel wordt genoemde lichtdoorlatende wand gevormd door onderling evenwijdige naast elkaar geplaatste transparante vezels.
Doelmatig vormen genoemde vezels een plaat en strekken deze zich nagenoeg loodrecht op het oppervlak ervan uit.
Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van het optisch apparaat, volgens de uitvinding, zijn genoemde transparante vezels glasvezels.
Volgens een specifieke uitvoeringsvorm van het optisch apparaat, volgens de uitvinding, is een niet-transparante deklaag voorzien op genoemde wand aan de zijde van genoemde lichtbron, waarbij in deze deklaag aan genoemde actieve zijde een uitsparing voorzien is tegenover de lichtbron.
Volgens een bijzondere uitvoeringsvorm van het optisch apparaat, volgens de uitvinding, wordt een eerste deel van genoemde elektrisch geleidende contacten gevormd door een elektrisch geleidende deklaag die voorzien is op genoemde wand aan de zijde van de lichtbron.
Volgens een voordelige uitvoeringsvorm van het optisch apparaat, volgens de uitvinding, is, op de zijde van genoemde lichtbron die zieh uitstrekt
<Desc/Clms Page number 3>
tegenover genoemde actieve zijde van deze laatste, een geleidende laag materiaal voorzien die een tweede deel van genoemde elektrische contacten vormt.
De uitvinding heeft eveneens betrekking op een meetelement dat aangewend wordt bij een optisch meetsysteem dat meerdere optische apparaten, volgens de uitvinding, bevat.
Verder heeft de uitvinding betrekking op het gebruik van het optisch apparaat, volgens de uitvinding, in een optisch meetsysteem.
Andere bijzonderheden en voordelen van de uitvinding zullen blijken uit de hiema volgende beschrijving van een specifieke uitvoeringsvorm van het optisch apparaat volgens de uitvinding ; deze beschrijving wordt enkel als voorbeeld gegeven en beperkt de draagwijdte niet van de gevorderde bescherming ; de hiema gebruikte verwijzingscijfers hebben betrekking op de hieraan toegevoegde figuren.
Figuur 1 is een schematische dwarsdoorsnede van een gedeelte van een optisch apparaat volgend de uitvinding.
Figuur 2 is een schematisch bovenaanzicht van desbetreffend gedeelte van een optisch apparaat volgens de uitvinding.
Figuur 3 is een schematisch bovenaanzicht van een gedeelte van een meetelement volgens de uitvinding.
In de verschillende figuren hebben dezelfde verwijzingscijfers betrekking op dezelfde of analoge elementen.
Het optisch apparaat l, volgens de uitvinding, zoals voorgesteld in figuur I, bevat een lichtbron 2 en een beschermende lichtdoorlatende wand 3. De lichtbron wordt gevormd door een klassieke LED chip 2 die een actieve zijde 4 vertoont. Wanneer een elektrische spanning wordt aangelegd aan de chip 2 straalt deze actieve zijde 4 licht met een bepaalde intensiteit uit. Bijvoorbeeld heeft een dergelijke chip 2 een grootte van 0, 7 x 0, 7 mm en een dikte van 0, 5 mm.
De chip 2 is volgens een op zich bekende zogenaamde "flip chip" techniek bevestigd aan genoemde wand 3 waarbij de actieve zijde 4 ervan naar deze wand 3 gericht is. Aldus is licht dat door de chip 2 geproduceerd wordt waameembaar doorheen deze wand 3.
<Desc/Clms Page number 4>
Volgens de uitvinding wordt de wand 3 gevormd door onderling evenwijdige naast elkaar geplaatste transparante vezels 5. Deze vezels kunnen bijvoorbeeld vervaardigd zijn uit kunststof, maar bestaan bij voorkeur uit glasvezels.
Aldus zijn de overeenstemmende uiteinden van deze vezels 5 gericht naar de actieve zijde 4 van de chip 2, terwijl de andere uiteinden van de vezels 5 samen een vlak 6 bepalen. Door de geleiding van het licht afkomstig van de chip 2 doorheen de vezels 5 wordt dit licht waargenomen aan genoemd vlak 6, dat een homogeen lichtstralend oppervlak vormt, zodat de lichtbron 2 zich schijnbaar aan het vlak 6 bevindt.
De transparante vezels 5 hebben bij voorkeur een diameter van 3 ä 40 um, meer bepaald een diameter tussen 5 en 15 u. m, en in het bijzonder een diameter van nagenoeg 10 u. m.
Verder vertonen deze vezels 5 bij voorkeur een lengte tussen 0, 2 en 1, 5 mm. Vastgesteld werd dat vezels 5 met een lengte van meer dan 20 mm minder interessant zijn. Goede resultaten worden bekomen met vezels 5 die een lengte hebben van nagenoeg 1 mm.
Zoals uit de figuur 1 blijkt vormen genoemde vezels 5 een vlakke plaat 7 met genoemd vlak 6, en strekken deze zich nagenoeg loodrecht op dit vlak 6 uit. De dikte van deze plaat 7 is nagenoeg gelijk aan de lengte van de vezels 5 en bedraagt bij voorkeur nagenoeg 1 mm. Een dergelijke plaat wordt ook "faceplate"genoemd.
Dergelijke vezels 5 en zogenaamde"faceplates"zijn op zich bekend en worden o. m. vervaardigd door de firma "Schott Fiber Optics, Inc.", 122 Charlton Street, Southbridge, MA 01550, U. S. A.
Om te vermijden dat de lichtintensiteit, die waargenomen wordt doorheen genoemde wand 3, meer bepaald de plaat 7, niet homogeen is, is deze voorzien van een niet-transparante deklaag 8. In deze deklaag 8 is een uitsparing voorzien tegenover genoemde lichtbron. Aldus wordt een diafragma gevormd dat bijvoorbeeld ervoor zorgt dat verstoringen van de lichtintensiteit die zich
<Desc/Clms Page number 5>
eventueel zouden kunnen voordoen aan de rand van genoemde actieve zijde 4 niet waargenomen worden doorheen de wand 3.
In de uitvoeringsvorm van het optisch apparaat, volgens de uitvinding, zoals voorgesteld in figuur l is deze deklaag 8 voorzien aan de zijde van de wand 3 waar de chip 2 zich bevindt.
Teneinde een elektrische spanning te kunnen aanleggen aan het optisch apparaat l, volgens de uitvinding, is dit voorzien van elektrische contacten 9 en 13.
Een eerste deel van deze elektrische contacten wordt gevormd door een elektrisch geleidende deklaag die, in de uitvoeringsvorm van het optisch apparaat 1 uit figuur 1, gevormd wordt door genoemde niet-transparante deklaag 8. Deze deklaag 8 bestaat bijvoorkeur uit een metaallaag.
De deklaag 8 is via geleiders 10 verbonden met vier elektrische contactvlakken 11 die zich binnen genoemde uitsparing bevinden op de wand 3 en contact maken met vier overeenkomstige verbindingspunten 12 op het bovenvlak van de chip 2.
Verder wordt een tweede deel van de elektrische contacten gevormd door een geleidende laag materiaal 13 die op de zijde van de chip 2 is aangebracht die zich uitstrekt tegenover de actieve zijde 4 ervan en die elektrisch geleidend is. Deze elektrisch geleidende laag 13 wordt, zoals voorgesteld in figuur l, gevormd door een metaalplaatje.
De laag 13 vertoont eveneens een goede thermische geleidbaarheid zodanig dat warmte geproduceerd door de LED chip 2 via deze laag 13 afgevoerd wordt en bijgevolg de chip 2 gekoeld wordt. Door deze warmteafvoer wordt een zeer goede thermische stabiliteit van de chip verkregen zodat het geproduceerde licht constant en homogeen blijft en het spectrum ervan nagenoeg niet varieert.
In een, niet in de figuren voorgestelde, bijzonder interessante uitvoeringsvorm van het optisch apparaat, volgens de uitvinding, zijn op genoemde laag 13 middelen bevestigd die toelaten de lichtbron 2 te koelen en/of eventueel op te warmen. Deze middelen omvatten een elektrische componente met een zogenaamd Peltier-element. Dergelijke elektrische componenten zijn op
<Desc/Clms Page number 6>
zich bekend. Dit Peltier-element is met de zogenaamde "koude zijde" op de laag 13 bevestigd, terwijl de zogenaamde "warme zijde" ervan voorzien is van koelvinnen welke toelaten warmte naar de omgeving af te voeren. Dergelijke middelen laten toe de temperatuur van de lichtbron nagenoeg constant te houden door een aangepaste elektrische stroom doorheen genoemd Peltier-element te sturen.
Aldus wordt, volgens de uitvinding, een optische apparaat bekomen dat nagenoeg een constante temperatuur vertoont en bijgevolg een constant kleurenspectrum uitstraalt, wat zeer nauwkeurige optische metingen toelaat.
In een variante op deze uitvoeringsvorm worden genoemde middelen rechtstreeks op de lichtbron 2 gemonteerd en is genoemde laag 13 niet voorzien.
Verder wordt de chip 2, zoals weergegeven in figuur 1, zijdelings omgeven door een niet-transparant en elektrisch isolerend materiaal 15, zoals bijvoorbeeld een epoxyhars. Dit isolerend materiaal strekt zieh uit tussen genoemde plaat 7 en het metaalplaatje 13 zodanig dat de chip 2 volledig van de omgeving is afgesloten.
In de figuur 3 wordt een meetelement 14 voor een optisch meetsysteem voorgesteld. Dit meetelement 14 is voorzien van vier verschillende optische apparaten 1, volgens de uitvinding, die op de hierboven beschreven manier op eenzelfde plaat 7 gemonteerd zijn. Aldus wordt een meetelement 14 verkregen waarin de onderlinge posities van de verschillende optische apparaten 1 vastligt en dat op een structuur bevestigd dient te worden voor het bepalen van de positie van deze structuur door middel van een optisch meetsysteem. Het meetelement 14 kan uiteraard meer of minder dan vier optische apparaten 1, volgens de uitvinding, bevatten.
Het gebruik van het optisch apparaat 1, volgens de uitvinding, in een optisch meetsysteem heeft als voordeel dat, onafhankelijk van de hoek waaronder een camera het apparaat waarneemt, het optisch centrum ervan zich steeds op dezelfde absolute positie bevindt. Aldus is het mogelijk om zeer
<Desc/Clms Page number 7>
nauwkeurige metingen te verrichten. Daarenboven wordt een grote lichtintensiteit verkregen zodanig dat metingen vanop grote afstanden mogelijk zijn.
Verder is het mogelijk om het optisch apparaat, volgens de uitvinding, bijvoorbeeld in een autoclaaf te steriliseren zonder dat er gevaar is dat dit beschadigd wordt en zonder dat de optische eigenschappen ervan beïnvloed worden. Aldus kan dit optisch apparaat gebruikt worden in een omgeving waar de steriliteit van de apparatuur zeer belangrijk is.
De uitvinding is natuurlijk niet beperkt tot de hierboven beschreven uitvoeringsvormen van het optisch apparaat, volgens de uitvinding, zo kunnen bijvoorbeeld de transparante vezels die genoemde plaat vormen onder een bepaalde hoek ten opzichte van het oppervlak ervan voor7ien zijn. Ook kunnen eventueel andere lichtbronnen dan een halfgeleiderchip gebruikt worden in het optisch apparaat volgens de uitvinding.