DE102005017238A1

DE102005017238A1 - Vorrichtung zur homogenen Überlagerung elektromagnetischer Strahlung von mindestens zwei Strahlquellen

Info

Publication number: DE102005017238A1
Application number: DE200510017238
Authority: DE
Inventors: Michael Schreiter
Original assignee: ZETT OPTICS GmbH
Current assignee: ZETT OPTICS GmbH
Priority date: 2005-04-14
Filing date: 2005-04-14
Publication date: 2006-10-19

Abstract

In bekannten Vorrichtungen zur Durchmischung der Strahlung diskreter Strahlquellen wird ein auf eine Ebene beschränkter Bereich vollständiger Durchmischung erzeugt. DOLLAR A Durch die Anordnung von optischen Bauteilen (1, 4, 6) gemäß Fig. 1 wird ein ausgedehnter Raumbereich vollständiger Durchmischung erzeugt. Zunächst wird der Divergenzwinkel der beteiligten Strahlquellen durch konzentrierende Bauelemente (4) verringert. Diese konzentrierte Strahlung (5) der Strahlquellen (1) wird in ein faseroptisches Element (6) zur Mischung eingekoppelt. Die austretende Strahlung (10) ist bereits vollständig gemischt und ähnlich einem Kegelmantel geformt. Dieses kegelmantelähnliche Strahlenbündel (10) wird durch ein konisches optisches Bauteil (11) kollimiert und durch ein oder mehrere sammelnde optische Bauteile (12) auf einen bestimmten Bereich (14) konzentriert. An dieser Stelle (14) kann dann gegebenenfalls der Eintrittsquerschnitt (15) einer Faseroptik positioniert werden.

Description

In der Beleuchtungstechnik ist das Problem bekannt, aus der Ausgangsstrahlung diskreter, monochromatischer Strahlquellen definierte Farbmischungen zu erzielen. Diese Strahlquellen sind häufig Leuchtdioden oder Laserdioden.

Es existieren Lösungen, die in einer bestimmten Ebene die Überlagerung von Strahlung aus separaten Lichtquellen realisieren können ( DE 101 21 678 A1 , DE 100 62 453 A1 , DE 100 62 454 A1 ).

In den Ebenen vor und hinter dieser homogenen Ebene divergieren die Anteile der einzelnen Strahlquellen jedoch, was zu einer häufig problematischen inhomogenen Strahlungsverteilung in den Ebenen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung führt.

Dieses Problem wird mit der Vorrichtung nach Patentanspruch 1 gelöst. Die Vorrichtung nach Patentanspruch 1 erzeugt bereits nach erfolgter Transmission des Mischelements (6) ein homogenes Strahlenbündel. Senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Strahlung ist sowohl die vorhandene Intensitätsverteilung als auch die spektrale Verteilung der Strahlung nach Austritt aus dem Mischelement (6) homogen. Diese Homogenitätseigenschaften bleiben unbegrenzt in Ausbreitungsrichtung der gemischten Strahlung erhalten.
Wenn die Vorrichtung, wie in Patentanspruch 11 angegeben, für die Einkoppelung der gemischten Strahlung in eine Faseranordung – wie im Beispiel der Einkoppelung sichtbarer Strahlung zum Beispiel in ein faseroptisches Bündel zur Lichtleitung – mit begrenztem Eintrittsquerschnitt verwendet wird, ist die Konzentration der Strahlung auf diesen Querschnitt unter einem bestimmten Winkel erforderlich, welcher den Akzeptanzwinkel der Faseranordnung nicht überschreiten sollte, damit eine möglichst große Einkoppeleffizienz erzielt werden kann. Hierzu ist in der Vorrichtung, wie in Patentanspruch 8 beschrieben, zunächst ein konisches Element (11) vorgesehen, das das kegelmantelförmige Strahlenbündel in ein zylindermantelförmiges Strahlenbündel formt. Daran anschließend sind nach Patentanspruch 8 Elemente vorgesehen, welche die Strahlung auf einen begrenzten Bereich konzentrieren, welcher dem Eintrittsquerschnitt der Faseranordnung entspricht.
Die räumliche Anordnung der Strahlungsquellen, insbesondere die maximale Entfernung von der Mittelachse (17) der Vorrichtung nach Patentanspruch 1 ist bei Einhaltung des Akzeptanzwinkels der zur Einkoppelung vorgesehenen Faser (16) zu berücksichtigen.
Der Divergenzwinkel der Strahlquellen (1) kann auf unterschiedliche Weise verringert werden, damit die gesamte Apertur des Mischelements (6) und der nachfolgenden Elemente (11, 12, 16) genutzt werden kann. Beispiele sind eine Anordnung von Sammellinsen (5) oder eine Anordnung von Spiegeln.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
1 zeigt eine Ausführungsform mit einer Anordnung von Sammellinsen zur Kollimation der Ausgangsstrahlung und weiteren Bauteilen zur Einkoppelung der Mischstrahlung in ein Faserbündel.

Claims

Vorrichtung zur Überlagerung elektromagnetischer Strahlung (3) aus mindestens zwei räumlich getrennten Strahlquellen (1), Durchmischung der Strahlung und Bestrahlung eines definierten Bereichs (10, 14) mit der Mischstrahlung, insbesondere zur Verwendung für direkte Beleuchtung eines Raumes (10) oder auch zur Einkoppelung der gemischten Strahlung in strahlungsleitende Faserbündel (14) zur Verwendung als Beleuchtungsquelle in der Endoskopie, Mikroskopie oder Allgemeinbeleuchtung. dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus funktionalen Modulen zusammengesetzt ist, welche eine homogene Mischung und Konzentration von elektromagnetischer Strahlung in einem Raumbereich erzeugen.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den der Vorrichtung angehörenden Strahlquellen (1) emittierte Strahlung (3) in jeweils gleichen oder unterschiedlichen Wellenlängenbereichen strahlen und durch geeignete Steuerung der anteiligen Leistungsverteilung und durch Variation der Strahlquellenanzahl je Wellenlängenbereich eine Anpassung der Wellenlängenverteilung im Gesamtspektrum der Vorrichtung erreicht werden kann.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den der Vorrichtung angehörenden Strahlquellen (1) emittierte Strahlung (3) im Bedarfsfall – zum Beispiel zur Maximierung der Effektivität der Vorrichtung – geformt wird, was zum Beispiel durch den Emittern (2) nachgeschaltete optische Elemente (4), wie Linsen oder Spiegel erfolgen kann.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die räumliche Anordnung der einzelnen Strahlquellen (1) zur Erzeugung größter Effektivität der Vorrichtung in geeigneter Weise der Art geschieht, daß der Akzeptanzwinkel der den Strahlquellen nachgeordneten optischen Elemente optimal genutzt wird.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß elektromagnetische Strahlung (5) in ein Mischelement (6) geleitet wird, das aus einer Anordnung von für die Strahlung transmissiven Fasern (8) besteht und die Strahlung von der Eintrittsseite (7) des Mischelements auf die Austrittsseite (9) des Mischelements (6) transportiert.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsfläche und die Austrittsfläche des Mischelements (6) sowohl unterschiedliche oder gleiche Größen und Formen haben können als auch in unterschiedlichen oder gleichen Ebenen in beliebigem Winkel zueinander im Raum liegen können.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Mischelement (6) der Vorrichtung austretende divergente Strahlung (10) durch eine Anordnung von einem oder mehreren Bauelementen (11, 12) kollimiert wird.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der Baulemente zur Kollimierung gemäß Patentanspruch 7 der aus dem Mischelement (6) austretenden, im Fall eines kreisförmigen Querschnitts des Mischelements (6) kegelmantelähnlich geformten Strahlung (10) aus einer Anordnung von Elementen mit mindestens einer konischen Fläche (11) und mindestens einer Fläche (12) mit konzentrierender Wirkung bestehen, welche in ein oder mehrere Bauteile integriert sein können.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die in Patentanspruch 7 angeführten Bauelemente (11, 12) zur Kollimierung verzichtet werden kann, wenn der nach Patentanspruch 1 zur Bestrahlung vorgesehene Bereich im Falle der Projektion auf eine Ebene als ein kurvenförmiger, geschlossener Bereich definiert ist.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gemischte und kollimierte Strahlung (13) auf einen definierten Bereich (14) in einer definierten Entfernung (d) konzentriert wird.
Vorrichtung nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die gemischte Strahlung zum Beispiel auf die Eintrittsfläche (15) einer strahlungsleitenden Faser (16) zur Einkoppelung der Strahlung in diese Faser geleitet werden kann.