DE10118465A1 - Vorrichtung zur Halterung optischer Bauelemente - Google Patents

Vorrichtung zur Halterung optischer Bauelemente

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Steffen Dubnack
Dirk Preus
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Carl Zeiss Jena GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Halterung optischer Bauelemente, insbesondere von Lichtleitern, und ist dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem optischen Bauelement in Berührung stehenden Teile der Halterung aus Material mit einem dem Brechungsindex des optischen Bauelementes zugeordnetem Brechungsindex bestehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Halterung optischer Bauelemente, insbesondere von Lichtleitern, bei welchen das Licht durch Totalreflexion an den Aussenflächen der Lichtleiter geführt wird. Solche Lichtleiter sind im wesentlichen in zwei Ausführungsformen bekannt: als zylindrische Lichtleiter wie z. B. Lichtleitfasern und als prismatische Lichtleiter wie z. B. sogenannte Lichtmischstäbe, wie sie in modernen Digitalprojektoren verwendet werden.
Ein solcher Lichtmischstab ist z. B. aus der Deutschen Patentschrift DE 198 19 246 bekannt. Dieser besteht aus einem an den Seitenflächen totalreflektierenden polygonförmigen oder prismatischen Körper. In dieser Schrift ist auch die Schwierigkeit dargestellt welche die Halterung eines solchen Mischstabes bereitet, da es durch Berühren des Halters zu einem abschnittsweisen Unterbinden der Totalreflexion und damit zu Lichtverlusten kommen kann. Die Veröffentlichung schlägt als Lösung für dieses Problem vor, die Halterung durch eine punkt- oder linienförmige Lagerung zu realisieren, um die Verluste minimal zu halten. Insbesondere wird vorgeschlagen die Halterung aus sehr dünnem Blech auszubilden, welches nur mit einer Kante an dem Mischstab anliegt. Allerdings lässt die Stabilität einer solchen Halterung zu wünschen übrig. Weiterhin hat sich gezeigt, dass auch Verunreinigungen der Aussenflächen des Mischstabes erhebliche Verluste hervorrufen.
Bei Lichtleitfasern mit homogener Brechzahlverteilung treten prinzipbedingt die gleichen Probleme auf. Als Abhilfe wurden sogenannte Gradientenindex-Fasern entwickelt, bei welchen durch einen speziellen inhomogenen Brechzahlverlauf die Totalreflexion innerhalb der Faser und nicht an ihren Grenzflächen stattfindet. Solche Fasern sind allerdings weitaus komplizierter in der Herstellung als Fasern aus homogenem Material.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine einfache Art der Halterung der beschriebenen Lichtleiter anzugeben.
Unter Lichtleiter werden auch optische Wellenleiter verstanden, die für andere als die sichtbaren Bestandteile des Spektrums geeignet sind.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Halterung optischer Bauelemente, insbesondere von Lichtleitern, welche das Licht durch Totalreflexion an den Aussenflächen führen, dadurch gelöst, dass die Halterung zumindestens teilweise aus einem Material mit einem optischen Brechungsindex besteht, welcher kleiner als der Brechungsindex des Materials des Lichtleiters ist.
Dabei ist es wichtig, dass die den Lichtleiter berührenden Teile der Halterung aus einem Material mit einem optischen Brechungsindex bestehen, welcher kleiner als der Brechungsindex des Material des Lichtleiters ist.
Es ist vorteilhaft, wenn der optische Brechungsindex des den Lichtleiter berührenden Teils der Halterung kleiner ist als
wobei nll der optische Brechungsindex des Materials des Lichtleiters und α der maximale Einfallswinkel der Lichteinkopplung in den Lichtleiter und/oder der vorgesehene maximale Austrittswinkel aus dem Lichtleiter bezogen auf Luft ist. Damit wird dann das gesamte Licht, welches mit einem Winkel kleiner α in den Lichtleiter eingestrahlt wird, in diesem weitergeführt.
Die den Lichtleiter berührenden Teile der Halterung können dabei aus transparentem Silikon, transparentem PTFE oder transparenten FEP besteht.
Eine besonders vorteilhafte Lösung ergibt sich, wenn der den Lichtleiter berührende Teil der Halterung aus durch Erwärmung schrumpfbarem Material besteht.
Dabei ist es günstig, das schrumpfbare Material die Seitenflächen des Lichtleiters vorzugsweise vollflächig umschließen zu lassen. Mit dieser Ausgestaltung der Erfindung wird gleichzeitig das Problem gelöst, dass auf dem Lichtleiter befindliche Verunreinigungen wie Schmutzpartikel o. ä. die Totalreflexion empfindlich stören können, da der Lichtleiter selbst durch das schrumpfbare Material vor Verunreinigung geschützt ist.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand von zwei bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
In Fig. 1 ist ein Lichtmischstab für einen digitalen Projektor dargestellt, wie er beispielsweise aus der Deutschen Patentschrift DE 198 19 246 bekannt ist.
Der Lichtmischstab besteht im Prinzip aus einer planparallelen Platte 1, welche aus einem hochbrechenden Glas (z. B. BK7 mit einem optischen Brechungsindex von rund 1,52) besteht. Der Stab wird beispielsweise von 4 Böckchen 2, 3, 4, 5 gehalten, welche ihrerseits über hier nicht dargestellte Mittel mit dem Gehäuse verbunden sind. Wenn man beispielsweise einen maximalen Einfallwinkel von 30° realisieren will ergibt sich als maximale Brechzahl für das Material der Böckchen aus Formel (1)
nmax = 1,435
Damit sind neben vielen anderen folgende Materialien geeignet:
PTFE (Fa. Zeus Industrial Products, Orangeburg, South Carolina, USA): n = 1,35
FEP (Fa. Zeus Industrial Products): n = 1,338
Silikonkleber MED-6033 (Fa. NuSil Technology, Carpinteria, CA 93013, USA): n = 1,41
In Fig. 2 ist wiederum ein Lichtmischstab 1 im Schnitt dargestellt, welcher an seinen Mantelflächen vollflächig von einem Schrumpfschlauch 6 umgeben ist. Durch diese vollständige Abdeckung der Seitenflächen des Stabes kann es später nicht zu einer verschmutzungsbedingten Störung der Totalreflexion kommen.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine lichtleitende, rohrförmige Sonde. Der im Schnitt dargestellte Lichtleiter 7 endet in einer ausgezogenen Spitze 8. Zur Halterung ist er von einem Schrumpfschlauch 9 aus einem Material mit geeignetem Brechungsindex (nach Formel (1) berechnet) teilweise umgeben. Zum Schutz vor Verschmutzung kann dieser Schrumpfschlauch 9 auch über die gesamte Mantelfläche des Lichtleiters 7 gezogen sein.
Die Realisierung der Erfindung ist nicht an die dargestellten Ausführungsbeispiele gebunden, insbesondere können auch andere Materialien für die Halterung geeignet sein, wobei es günstig ist, wenn sie der Bedingung der Formel (1) genügen.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Halterung optischer Bauelemente, insbesondere von Lichtleitern, welche das Licht durch Totalreflexion an den Aussenflächen führen, gekennzeichnet dadurch, dass die Vorrichtung zumindestens teilweise aus einem Material mit einem optischen Brechungsindex besteht, welcher kleiner als der Brechungsindex des Materials des Lichtleiters ist.
2. Vorrichtung zur Halterung optischer Bauelemente nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die den Lichtleiter berührenden Teile der Vorrichtung aus einem Material mit einem optischen Brechungsindex bestehen, welcher kleiner als der Brechungsindex des Material des Lichtleiters ist.
3. Vorrichtung zur Halterung optischer Bauelemente nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der optische Brechungsindex des den Lichtleiter berührenden Teils der Vorrichtung kleiner ist als
wobei nll der optische Brechungsindex des Materials des Lichtleiters und α der vorgesehene maximale Einfallswinkel der Lichteinkopplung in den Lichtleiter und/oder der vorgesehene maximale Austrittswinkel aus dem Lichtleiter bezogen auf Luft ist.
4. Vorrichtung zur Halterung optischer Bauelemente nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die den Lichtleiter berührenden Teile der Vorrichtung aus transparentem Silikon besteht.
5. Vorrichtung zur Halterung optischer Bauelemente nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die den Lichtleiter berührenden Teile der Vorrichtung aus transparentem PTFE oder FEP bestehen.
6. Vorrichtung zur Halterung optischer Bauelemente nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der den Lichtleiter berührende Teil der Vorrichtung aus durch Erwärmung schrumpfbarem Material besteht.
7. Vorrichtung zur Halterung optischer Bauelemente nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, dass das schrumpfbare Material die Seitenflächen des Lichtleiters vorzugsweise vollflächig umschließt.
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