CH689287A5 - Vorrichtung zur Uebertragung von Licht. - Google Patents

Description

  
 



  Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. 



   Signalanordnungen, die insbesondere in der Eisenbahntechnik verwendet werden, weisen normalerweise Lichtquellen auf, die Lichtsignale innerhalb vorgesehener Raumwinkel direkt oder indirekt über einen Reflektor an die Umgebung abgeben. Zu diesem Zweck sind die Lichtquellen meist an den Enden von Tragvorrichtungen in entsprechenden Fassungen angeordnet. Der Austausch defekter Lichtquellen (Glühlampen, Entladungs- und Leuchtstofflampen, etc., wie in H.-J. Hentschel, Licht und Beleuchtung, Hüthig Verlag, Heidelberg 1982, Kapitel 5 beschrieben), die derart montiert sind, ist sehr aufwendig und bedingt u.U. eine zeitweilige Unterbrechung des Verkehrsflusses. Zur einfacheren Wartung werden die benötigten Lichtquellen in neueren Signalanordnungen daher an einer für das Wartungspersonal leicht zugänglichen Stelle der Tragvorrichtung montiert.

   Das von den Lichtquellen abgegebene Licht wird dabei über ein Leiterbündel bestehend aus Kunststoffasern an die für die Signalabgabe vorgesehene Stelle der Tragvorrichtung geführt. Aus der EP-A2 0 398 266 ist eine derartige, mit einer Positioniervorrichtung für die Lichtleiterenden versehene Signalanordnung bekannt. Lichtleiter werden ferner in G. Schröder, Technische Optik, Vogel Verlag, Würzburg 1974, Kapitel 5.1 beschrieben. 



  Nachteilig bei diesen Vorrichtungen ist, dass durch das mit Kunststoffasern versehene Leiterbündel stark von der Wellenlänge abhängige Dämpfungen des Lichtsignals auftreten. Der spektrale Transmissionsverlauf einer typischen Kunststoffaser kann z.B. im Bereich des roten Lichtes ab 700 nm und im Bereich des blauen Lichtes unter 430 nm Minimumstellen aufweisen (maximale Dämpfung). Dadurch entsteht eine unzulässige Farbbeeinträchtigung der übertragenen Signale. Die den verkehrstechnisch restriktiven Begriff "HALT" signalisierende Farbe rot verschiebt sich gegen orange und wird von Verkehrsteilnehmern unter Umständen als gelb interpretiert. Die Farbe gelb signalisiert jedoch den Begriff "WARNUNG". Dadurch entstehen Sicherheitsrisiken, die unbedingt zu vermeiden sind.

   Die den Begriff "FAHRT" signalisierende Farbe grün verschiebt sich gegen gelb ("WARNUNG"), wodurch u.U. der Verkehrsfluss gestört wird. Mit zunehmendem Alter verschlechtert sich ferner der Transmissionsgrad der Kunststoffasern. Der Einsatz der oben beschriebenen Vorrichtung, insbesondere in sicherheitsrelevanten Zonen, ist daher in Frage gestellt. Durch die Verwendung von Leiterbündeln aus Glasfasern können die Farbbeinträchtigungen der übertragenen Signale weitgehend beseitigt werden. Bei Glasfasern tritt jedoch eine hohe Dämpfung über den gesamten Übertragungsbereich auf. Bekannt für Anwendungen im medizinischen Bereich sind ferner Fasern, deren Kern aus reinem Silicat (pure fused silica core) besteht und einen relativ grossen Durchmesser aufweist (grosses Kern/Mantelverhältnis).

   Die Silicate sind (ebenso wie die Quarze) aus Si-Atomen und O-Atomen zusammengesetzt, welche ausgedehnte Verbände bilden, in denen ein Si- immer mit vier O-Atomen durch Atombindungen verbunden ist (vgl. H. R. Christen, Chemie, Verlag Sauerländer, Aarau 1976, Kapitel 3.2.3, Seite 133). Die Herstellung einer derartigen Faser bzw. der dazu notwendigen Ausgangsprodukte ist z.B. in der EP-A1 0 554 845 beschrieben. Entsprechende Produkte sind von der in dieser Offenlegungsschrift genannten Patentanmelderin erhältlich. Diese Silicatfasern weisen jedoch einen hohen minimalen Biegeradius auf, der gemäss Herstelleranga ben dem 100- bis 600fachen des Durchmessers der Kernfasern entspricht. Dadurch können Probleme bei der Montage dieser Fasern entstehen. Ferner sind diese Silicatfasern im Vergleich zu Quarz- oder Kunststoffasern sehr teuer.

   Die Realisierung der z.B. aus der EP-A2 0 398 266 bekannten Lichtübertragungsvorrichtung mit diesen Silicatfasern ist daher auch nicht zweckmässig. 



  Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige, leicht montierbare Vorrichtung anzugeben, durch die Licht von einer passend installierten Lichtquelle zu einem Abgabeort führbar ist, ohne dass unzulässige Farbbeeinträchtigungen oder Dämpfungen auftreten. 



  Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Massnahmen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen angegeben. 



  Durch die erfindungsgemässe Vorrichtung sind die Lichtsignale von der Lichtquelle zum Abgabeort in der gewünschten Qualität und nur mit geringen Dämpfungsverlusten übertragbar. Die gefundene Lösung ist ferner kostengünstig realisierbar. Die Installation im Feld sowie die Wartung werden weiter vereinfacht. 



  Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Dabei zeigt: 
 
   Fig. 1 die erfindungsgemässe Vorrichtung und 
   Fig. 2 die Vorrichtung nach Fig. 1 montiert an einem Traggestell. 
 



  Fig. 1 zeigt eine Lichtquelle LQ, z.B. eine Halogenlampe mit Kaltlichtreflektor, die Lichtstrahlen über einen ersten Konverter CVR1, einen Einzelleiter SF, einen zweiten Konverter CVR2 und ein aus mehreren Fasern KF1, ..., KFq zusammengesetztes Leiterbündel KFB an mehrere Faserendlinsen FEL1, ..., FELq abgibt. (Zur besseren Unterscheidung des Einzelleiters SF von den optischen Leitern bzw. den Fasern KF1, KFq des Leiterbündels KFB wird nachfolgend für die letzteren ausschliesslich der Begriff Fasern (KF1, ..., KFq) verwendet.) Der Einzelleiter SF ist dabei derart gewählt, dass er insbesondere im Vergleich zu den Fasern KF1, ..., KFq eine geringe Dämpfung bzw. ein gutes Übertragungsverhalten aufweist. Die Enden der Fasern KF1, ..., KFq, die das übertragene Licht abgeben, sind dabei vorzugsweise in einer mit je einer Faserendlinse FEL versehenen Halterung gehalten.

   In jeder Halterung können zur Beleuchtung nur eines einzigen Lichtpunktes auch mehrere Fasern (insbesondere Glasfasern) gehalten sein. Durch den ersten Konverter CVR1 werden die von der Lichtquelle LQ abgegebenen Lichtstrahlen in den Einzelleiter SF eingekoppelt, worin sie nur mit geringer Dämpfung und praktisch ohne Farbbeeinträchtigung zum zweiten Konverter CVR2 geführt werden. Durch den zweiten Konverter CVR2 werden die vom Einzelleiter SF abgegebenen Strahlen gleichmässig verteilt an den Eingang des Leiterbündels KFB abgegeben bzw. in das Leiterbündel KFB eingekoppelt. Das Verfahren zur Einkopplung von Licht in einen Lichtwellenleiter ist in S. Geckeler, Lichtwellenleiter für die optische Nachrichtenübertragung, Springer-Verlag, Berlin 1986, Kapitel 2.1.4 beschrieben; die Wahl allenfalls notwendiger Linsensysteme ist dem Fachmann z.B. aus G.

   Schröder, Technische Optik, Vogel Verlag, Würzburg 1974, Kapitel 2.2 bekannt. Vorzugsweise sind die dem zweiten Konverter CVR2 zugewandten Enden der gebündelten Fasern KF1, ..., KFq in einem röhrenförmigen Bündelkopf BK zusammengefasst. Die Fasern  KF1, ..., KFq des Leiterbündels KFB führen nun je einen Teil der übertragenen Lichtstrahlung zu den Faserendlinsen FEL1, ..., FELq, von denen das Licht in Richtung zu den Verkehrsteilnehmern abgestrahlt wird. Durch den Einzelleiter SF wird daher eine Lichterzeugungseinheit LQK, die aus der Lichtquelle LQ und dem ersten Konverter CVR1 besteht, mit einer Lichtverteilungseinheit DIST verbunden, die aus dem zweiten Konverter CVR2, einem gegebenenfalls vorhandenen Bündelkopf BK, dem Leiterbündel FB sowie den Faserendlinsen FEL1, ..., FELq besteht, die in einer Gruppe FCLm zusammengefasst sind.

   Die Lichtverteilungseinheit DIST wird bevorzugt auf engem Raum, z.B. innerhalb einer Signallaterne SL angeordnet. 



  Fig. 2 zeigt ein Traggestell TG mit zwei montierten Signallaternen SL1, SL2, die zur Abgabe von Lichtsignalen an durchfahrende Züge ZK1 bzw. ZK2 vorgesehen sind. Die Lichterzeugungseinheit LQK ist seitlich am Traggestell TG für das Wartungspersonal gut zugänglich montiert. Von der Lichterzeugungseinheit LQK führt je ein Einzelleiter SF zu den Signallaternen SL1, SL2 bzw. zu dem darin vorgesehenen zweiten Konverter CVR2. Vom zweiten Konverter CVR2 wird das Leiterbündel KFB weggeführt. Die einzelnen darin enthaltenen Fasern KF1, ..., KFq werden den Faserendlinsen FEL1, ..., FELq zugeführt, die z.B. derart angeordnet sind, dass ein Symbol gebildet wird. 



  Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das von Lichtquelle LQ abgegebene Licht, trotz der Verwendung von zwei verschiedenen Übertragungsleitungen SF bzw. KFB und der zusätzlich notwendigen gegenseitigen seriellen Ankopplung, mit geringerer Dämpfung und praktisch ohne Farbbeeinträchtigungen zu den Faserendlinsen FEL1, ..., FELq übertragen und verteilt werden kann. Der nur sehr eingeschränkt biegefähige Einzelleiter SF kann dabei von der Lichterzeugungseinheit LQK zur Signallaterne SL1 geführt werden, ohne dass Kurven mit kleinen Biegeradien überwunden werden müssen. Da der relativ teure Einzelleiter SF nur einzeln geführt ist, ergeben sich gesamthaft betrachtet vergleichsweise geringe Kosten.

   Innerhalb der Signallaterne SL1 bzw. der Lichtverteilungseinheit DIST sind z.B. sehr flexible Fasern KF1, ..., KFq z.B. aus Kunststoff oder Glas vorgesehen, die eingangsseitig zu einem Bündel zusammengefasst sind und durch deren ausgangsseitige Enden das übertragene Licht an die Faserendlinsen FEL1, ... , FELq abgegeben wird. Aufgrund der geringen Länge der Glas- bzw. Kunststoffasern KF1, ..., KFq ergeben sich nur kleine Dämpfungen oder Farbbeeinträchtigungen. 



  Erfindungsgemäss soll der Einzelleiter SF daher bessere Übertragungseigenschaften als die Fasern KF1, ..., KFq des Leiterbündels KFB aufweisen. Dies wird durch zwei verschiedene Massnahmen erreicht, die zusammen oder auch nur alternativ angewendet werden. Einerseits kann für den Einzelleiter SF ein verhältnismässig grosser Durchmesser gewählt werden, der zur Aufnahme und Übertragung einer grösseren Lichtleistung geeignet ist. Andererseits kann für den Einzelleiter SF Material verwendet werden, das bessere Übertragungseigenschaften gewährleistet, als das Material, aus dem die Fasern KF1, ..., KFq des Leiterbündels KFB gefertigt sind. Bei der Kombination beider Massnahmen wird der Durchmesser des Einzelleiters SF allenfalls nur soweit erhöht bis die gewünschte Lichtleistung übertragen werden kann (bezüglich der Berechnung der maximal übertragbaren Lichtleistung siehe S.

   Geckeler,  Lichtwellenleiter für die optische Nachrichtenübertragung, Springer-Verlag, Berlin 1986, Kapitel 2.1.4). Dabei wird der Durchmesser des Einzelleiters SF nicht in jedem Fall grösser als der Durchmesser der Fasern KF1, ..., KFq des Leiterbündels KFB, da z.B. Kunststoffasern meist einen grösseren Durchmesser als Glasfasern aufweisen. Falls die Fasern KF1, ..., KFq aus Kunststoff (vgl. G. Schröder, Technische Optik, Vogel Verlag, Würzburg 1974, Kapitel 5.1.1, Seite 96, Spalte 2) gefertigt sind, so wird für den Einzelleiter SF ein vorzugsweise hochreines Quarzglas (SiO2) oder Silicat (SiO4) verwendet. Falls die Fasern KF1, ..., KFq jedoch aus Quarzglas (SiO2) gefertigt sind, so wird für den Einzelleiter SF ein vorzugsweise hochreines Silicat (SiO4) verwendet.

   Verfahren zur Herstellung von Lichtwellenleitern, insbesondere Lichtwellenleitern mit guten Übertragungseigenschaften, sind in S. Geckeler, Lichtwellenleiter für die optische Nachrichtenübertragung, Springer-Verlag, Berlin 1986, Kapitel 2.1.7 beschrieben. 



  Die Erfindung kann auch vorteilhaft angewendet werden, falls zur Übertragung des Lichtes von der Lichterzeugungseinheit LQK zur Lichtverteilungseinheit DIST mehrere Einzelleiter SF1, ..., SFp verwendet werden, wobei die Anzahl (p) Einzelleiter SF immer deutlich kleiner sein soll als die Anzahl (q) Fasern KF1, ..., KFq des Leiterbündels KFB    (p < q, normalerweise p = 1 mindestens jedoch     p < q/2). In einer Signallaterne SL können ferner mehrere Gruppen FCL von Faserendlinsen FEL vorgesehen sein, die je über ein Leiterbündel KFB mit einem Einzelleiters SF verbunden sind. 



  Weiterhin können durch den Fachmann Mittel vorgesehen werden, durch die insbesondere der Einzelleiter SF vor Übererwärmung geschützt wird. Weiterhin können Filter verwendet werden, durch die die Bandbreite des übertragenen Lichtsignals eingeschränkt wird. 



  Die aus Silicat bestehenden Einzelleiter SF weisen normalerweise eine kleine Apertur auf, so dass deren Ankopplung an weitere Fasern u.U. auch ohne die Verwendung von optischen Linsen erfolgen kann. 



  Aus der EP-A2 0 339 991 ist bekannt, dass zur Erzielung einer gleichmässigen Lichtverteilung in einem Faserbündel alle Fasern gemischt werden müssen. Diese Massnahme kann bei der erfindungsgemässen Lösung entfallen, da am Ausgang des Einzelleiters SF, wie er erfindungsgemäss verwendet wird, eine annähernd gleichmässige Lichtverteilung auftritt. Im Innern des Leiters treten nämlich Reflexionen auf, durch die das eingekoppelte Licht nach wenigen Metern gleichmässig über den Querschnitt des Einzelleiters SF verteilt wird. 

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Übertragung von Licht mittels Lichtwellenleitern von einer Lichtquelle (LQ) zu mindestens einer Abgabestelle, dadurch gekennzeichnet, dass p Einzelleiter (SF1, ..., SFp) vorgesehen sind, in die das von der Lichtquelle (LQ) erzeugte Licht einkoppelbar ist, dass das von den Einzelleitern (SF) übertragene und wieder abgegebene Licht in ein aus q Fasern (KF1, ..., KFq) bestehendes Leiterbündel (KFB) einkoppelbar ist und dass die Fasern (KF1, ..., KFq) zu den vorgesehenen Abgabestellen führbar sind, dass die Anzahl p der Einzelleiter (SF1, ..., SFp) grösser oder gleich 1, jedoch immer kleiner als die Anzahl q der Fasern (KF1, ..., KFq) ist und dass die Einzelleiter (SF1, ..., SFp) derart gewählt sind, dass sie ein besseres Übertragungsverhalten, insbesondere eine geringere lineare oder nichtlineare Dämpfung als die Fasern (KF1, ..., KFq) aufweisen.

2.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl p der Einzelleiter (SF1, ..., SFp) kleiner als die Hälfte der Anzahl q der Fasern (KF1, ..., KFq) des Leiterbündels (KFB) gewählt ist (p < q/2).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Durchmesser der Einzelleiter (SF1, ..., SFp) und der Fasern (KF1, ..., KFq) des Leiterbündels (KFB) derart gewählt ist, dass die Einzelleiter (SF1, ..., SFp) als Fasern (KF1, ..., KFq) zur Übertragung einer höheren Lichtleistung geeignet sind.

4.

Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das für die Herstellung der Einzelleiter (SF1, ..., SFp) und Fasern (KF1, ..., KFq) verwendete Material derart gewählt ist, dass die Einzelleiter (SF1, ..., SFp) ein besseres Übertragungsverhalten, insbesondere eine geringere lineare oder nichtlineare Dämpfung als die Fasern (KF1, ..., KFq) aufweisen.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelleiter (SF1, ..., SFp) aus vorzugsweise Quarzglas (SiO2) oder aus vorzugsweise Silicat (SiO4) und die Fasern (KF1, ..., KFq) des Leiterbündels (KFB) aus Kunststoff bestehen oder dass die Einzelleiter (SF1, ..., SFp) aus vorzugsweise Silicat (SiO4) und die Fasern (KF1, ..., KFq) des Leiterbündels (KFB) aus vorzugsweise Quarzglas (SiO2) bestehen.

6.

Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (KF1, ..., KFq) des Leiterbündels (KFB) eingangsseitig in einem Bündelkopf (BK) zusammengefasst sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Fasern (KF1, ..., KFq) einzeln oder in Gruppen in mit Faserendlinsen (FEL1, ..., FELq) versehenen Halterungen gehalten sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Fasern (KF1, ..., KFq) bzw. die Faserendlinsen (FEL1, ..., FELq) derart angeordnet sind, dass ein Symbol gebildet wird.