DE102014110120A1

DE102014110120A1 - Side optical fiber

Info

Publication number: DE102014110120A1
Application number: DE102014110120.0A
Authority: DE
Inventors: Auf Teilnichtnennung Antrag; Christian-Alexander Bunge
Original assignee: Deutsche Telekom AG
Current assignee: Deutsche Telekom AG
Priority date: 2014-07-18
Filing date: 2014-07-18
Publication date: 2016-01-21
Also published as: WO2016009045A3; EP3170040A2; WO2016009045A2

Abstract

Seitenlichtfaser (1), umfassend einen lichtleitenden Kern (2), ausgerichtet entlang einer Hauptausbreitungsrichtung (M), im oder am Kern angeordnete optische Mittel (11, 12) zum Abgeben von sichtbarer Seitenlichstrahlung (5) in radialer Richtung, wenn die optischen Mittel (11, 12) durch Anregestrahlung (4), die sich im Kern in Hauptausbreitungsrichtung (M) ausbreitet, angestrahlt werden, wobei die optischen Mittel erste optische Mittel (11) und zweite optische Mittel (12) umfassen, wobei die ersten und zweiten optischen Mittel (11, 12) durch jeweils abweichende Anregestrahlung (41, 42) zur Abgabe von Seitenlichtstrahlung (51, 52) gebracht werden.A side light fiber (1) comprising a photoconductive core (2) aligned along a main propagation direction (M), optical means (11, 12) disposed in or at the core for emitting visible lateral radiation (5) in the radial direction when said optical means (12) 11, 12) are irradiated by excitation radiation (4) propagating in the core in the main propagation direction (M), the optical means comprising first optical means (11) and second optical means (12), the first and second optical means (11, 12) are brought by respectively different excitation radiation (41, 42) for emitting side light radiation (51, 52).

Description

Die Erfindung betrifft eine Seitenlichtfaser. The invention relates to a side light fiber.

In der Beleuchtungstechnik vollzieht sich seit einigen Jahren eine Entwicklung hin zu flächigen Lichtquellen, die nahezu beliebig angeordnet werden können. Die einfachste Form einer flächigen Lichtquelle ist eine zweidimensionale Anordnung von Leuchtdioden oder anderen aktiven Lichtquellen. Auch wenn man mit diesem Ansatz eine flächige Ausleuchtung näherungsweise erzeugen kann, so handelt es sich doch immer noch um eine matrixförmige Anordnung von Punktquellen, die man z. B. mit einem weiteren Diffusor versehen muss, um eine tatsächliche homogene Verteilung zu erzielen. Ein anderer Ansatz wäre die Nutzung von Leuchtstofflampen, die zwar gleichförmig abstrahlen können, aber meist groß und unhandlich sind. In lighting technology, a development has been taking place for some years now towards flat light sources, which can be arranged almost arbitrarily. The simplest form of a planar light source is a two-dimensional arrangement of light-emitting diodes or other active light sources. Even if one can approximately produce a surface illumination with this approach, it is nevertheless still a matrix-like arrangement of point sources, which can be used, for example. B. must be provided with another diffuser to achieve an actual homogeneous distribution. Another approach would be the use of fluorescent lamps that can radiate uniformly, but are usually large and unwieldy.

Seitenlichtfasern werden vornehmlich in der Beleuchtungstechnik oder der optischen Messtechnik eingesetzt. Mit diesen Seitenlichtfasern sind spezielle Ausleuchtungen von Flächen sowie die Gestaltung spezieller flächiger Lichtquellen möglich. In der Beleuchtungs- und auch in der optischen Messtechnik ist meist eine homogene Ausleuchtung einer Fläche erwünscht. Dabei wird das seitlich (radial zur Hauptausbreitungsrichtung der Faser) austretende Licht gezielt zu Beleuchtungszwecken genutzt. Side light fibers are primarily used in lighting technology or optical metrology. With these sidelight fibers special illumination of surfaces and the design of special flat light sources are possible. In illumination and also in optical measurement technology, a homogeneous illumination of a surface is usually desired. In this case, the light emerging laterally (radially to the main propagation direction of the fiber) is used specifically for illumination purposes.

Die EP 0 956 472 B1 offenbart eine Seitenlichtfaser, bei der die Auskopplung des Lichts nach außen auf gezielter Streuung von Licht beruht. Die Faser ist definiert mit optischen Elementen versehen, an deren Oberfläche das in der Faser sich ausbreitende Licht reflektiert wird. Das reflektierte Licht tritt dann radial aus der Faser aus. Beruht das abgegebene Licht allerdings ausschließlich darauf, dass das eingestrahlte Licht entlang der Faser reflektiert oder gestreut wird, hat die Faser immer die gleiche Abstrahlcharakteristik. Es ist nicht möglich, dynamisch die Längsverteilung der Streuung in der Faser zu ändern. Auch durch die Wahl verschiedener Lichtquellen am Faserende verändert sich die Längsverteilung der Abstrahlung nicht oder nur sehr gering, weil die Streuung kaum von der Wellenlänge bzw. Lichtfarbe oder der Art der Lichteinkopplung abhängt. The EP 0 956 472 B1 discloses a sidelight fiber in which the outward excitation of the light is based on deliberate scattering of light. The fiber is defined with optical elements on whose surface the light propagating in the fiber is reflected. The reflected light then exits radially out of the fiber. However, if the emitted light is solely based on the fact that the incident light is reflected or scattered along the fiber, the fiber always has the same emission characteristic. It is not possible to dynamically change the longitudinal distribution of the scattering in the fiber. Even by the choice of different light sources at the fiber end, the longitudinal distribution of the radiation does not change or only very slightly, because the scattering hardly depends on the wavelength or light color or the type of light coupling.

Die US 2011/0305035 A1 offenbart eine weitere Seitenlichtfaser, wobei im Kern der Faser Nanopartikel aus Material eingelassen sind, die eine homogene Abstrahlung durch Streuung ermöglicht. The US 2011/0305035 A1 discloses another side light fiber, wherein in the core of the fiber nanoparticles are embedded in material, which allows a homogeneous radiation by scattering.

Alternative Konzepte sind bekannt, bei denen die Kern-Mantel-Grenzfläche der Faser speziell präpariert wird, so dass Licht dort austreten kann. So kann wird der Übergang aufgeraut oder mit speziellen Geometrien geformt werden, die die Abstrahlcharakteristik der Faser beeinflussen. Alternative concepts are known in which the core-cladding interface of the fiber is specially prepared so that light can exit there. Thus, the transition can be roughened or shaped with special geometries that influence the radiation characteristic of the fiber.

Die US 5,579,429 A offenbart eine weitere Seitenlichtfaser, wobei im Kern der Faser Partikel aus fluoreszierendem Material eingelassen sind. Trifft nun Licht einer bestimmten Wellenlänge auf die fluoreszierenden Partikel, so geben diese ein Licht anderer Wellenlänge ab, welches die Grenzschicht des Kerns durchtritt und die Faser als Seitenlicht verlässt. The US 5,579,429 A discloses another sidelobe fiber wherein particles of fluorescent material are embedded in the core of the fiber. If light of a particular wavelength now strikes the fluorescent particles, they emit light of a different wavelength, which passes through the boundary layer of the core and leaves the fiber as sidelight.

Abzugrenzen sind solche Seitenlichtfasern von Lichtwellenleitern für die Datenübertragen. Bei diesen Lichtwellenleitern ist ein seitliches Austreten von Licht unerwünscht, da dies die längs durch die Faser übertragene Lichtleistung reduziert. Insofern werden für die Datenübertragen Lichtwellenleitern mit möglichst hoher Totalreflexion zwischen Faserkern und Fasermantel bevorzugt. Abgrenzenzenzen are such Seitenlichtfasern of optical fibers for data transmission. Lateral leakage of light is undesirable in these optical waveguides because it reduces the optical power transmitted longitudinally through the fiber. In this respect, optical waveguides with the highest possible total reflection between fiber core and fiber cladding are preferred for the data transmission.

Die bestehenden Methoden zur Erzeugung von Seitenlichtstrahlen in optischen Fasern sind relativ einfach zu implementieren, haben aber den Nachteil, dass sie statisch sind. Die Seitenlichtstrahlung lässt sich im Betrieb nicht variieren. Zudem tritt auch bei Fasern, die mit Fluoreszenzfarbstoffen dotiert sind, Streuung auf, so dass diese immer auch entlang der Faser leuchten würden. The existing methods of generating sidelobes in optical fibers are relatively simple to implement, but have the disadvantage of being static. The sidelight radiation can not be varied during operation. In addition, scattering also occurs in fibers doped with fluorescent dyes, so that they would always also shine along the fiber.

Die bekannten Seitenlichtfasern sind aber in ihrer Lichtcharakteristik recht statisch. Im Betrieb werden lediglich gleichartige Lichtmuster abgebildet. Allenfalls die Farbe der Seitenlichtstrahlung lässt sich im Betrieb durch die Änderung der Farbe der Anregestrahlung variieren, sofern das Abgeben der Seitenlichtstrahlung auf rein optischen Phänomenen beruht. However, the known sidelight fibers are quite static in their light characteristics. During operation, only similar light patterns are displayed. At most, the color of the sidelight radiation can be varied during operation by the change in the color of the stimulation radiation, provided that the emission of the sidelight radiation is based on purely optical phenomena.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Seitenlichtfaser bereitzustellen, die zur Erzeugung flexibler Lichteffekte eingesetzt werden kann. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gelöst durch eine Seitenlichtfaser nach Anspruch 1 sowie die Verwendung einer solchen Faser gemäß den Ansprüchen 6 und 9. Bevorzugte Ausgestaltung sind in den Unteransprüchen offenbart. The object of the present invention is to provide a sidelight fiber which can be used to produce flexible lighting effects. The object underlying the invention is achieved by a sidelight fiber according to claim 1 and the use of such a fiber according to claims 6 and 9. Preferred embodiment are disclosed in the subclaims.

Erfindungsgemäß umfasst die Seitenlichtfaser einen lichtleitenden Kern, der ausgerichtet ist entlang einer Hauptausbreitungsrichtung, optische Mittel, die im oder am Kern angeordnet sind und zum Abgeben von sichtbarer Seitenlichstrahlung in radialer Richtung dienen, wenn die optischen Mittel durch Anregestrahlung angestrahlt werden, die sich im Kern in Hauptausbreitungsrichtung ausbreitet. Es sind zwei Arten von optischen Mitteln vorgesehen, nämlich erste optische Mittel und zweite optische Mittel, wobei die ersten und zweiten optischen Mittel durch jeweils abweichende Anregestrahlung zur Abgabe von Seitenlichtstrahlung gebracht werden. According to the invention, the side-light fiber comprises a photoconductive core aligned along a main propagation direction, optical means disposed in or on the core and for emitting visible lateral radiation in the radial direction when the optical means are illuminated by stimulation radiation which is located in the nucleus Main propagation direction is spreading. There are two types of optical means provided, namely first optical means and second optical means, wherein the first and second optical means are brought by respectively different excitation radiation for emitting side light radiation.

Die Erfindung beruht auf der kombinierten Nutzung mehrerer Leuchteffekte innerhalb einer Faser, die unterschiedlich auf eingestrahltes Licht, nämlich die Anregestrahlung reagieren. Die genutzten Leuchteffekte können beispielsweise Streuzentren als optische Mittel entlang einer Faser sein, deren Verteilung im Faserquerschnitt und entlang der Faser angepasst an den gewünschten Effekt erfolgt. Andere Leuchteffekte können beispielsweise durch fluoreszierende Stoffe innerhalb der Faser als andere optische Mittel realisiert werden. Diese lassen sich beispielsweise mit kurzwelligem Licht anregen. Durch die Kombination verschiedener Leuchteffekte innerhalb einer Faser ist es dann möglich verschiedene Lichtverteilungen mit derselben Faser zu erzeugen. The invention is based on the combined use of several light effects within a fiber, which react differently to incident light, namely the stimulation radiation. The luminous effects used can, for example, be scattering centers as optical means along a fiber whose distribution in the fiber cross-section and along the fiber is adapted to the desired effect. Other luminous effects can be realized, for example, by fluorescent substances within the fiber as other optical means. These can be excited, for example, with short-wave light. By combining different lighting effects within one fiber, it is then possible to produce different light distributions with the same fiber.

Unterschiedliche Lichteffekte lassen sich beispielsweise durch eine unterschiedliche räumliche Anordnung der optischen Mittel verwirklichen. Die Änderung der Abstrahlcharakteristik derselben Faser lässt sich insbesondere durch unterschiedliches Anregungslicht erzeugen, auf welches die optischen Mittel unterschiedlich „reagieren“. Geeignet dafür sind zur Erzeugung der Anregestrahlung beispielsweise Lichtquellen in verschiedener Wellenlänge, die zu einem gezielten Umschalten der abgegebenen Seitenlichtstrahlung verwendet werden können. Aber auch eine Änderung der Modenverteilung beispielsweise durch Änderungen der Einkoppelbedingungen kann zur gezielten Erzeugung unterschiedlicher Leuchteffekte genutzt werden. Different light effects can be realized for example by a different spatial arrangement of the optical means. The change in the emission characteristic of the same fiber can be generated, in particular, by different excitation light, to which the optical means react differently. Suitable for generating the excitation radiation, for example, light sources in different wavelengths, which can be used for a targeted switching of the emitted sidelight radiation. But even a change in the mode distribution, for example, by changes in Einkoppelbedingungen can be used for targeted generation of different lighting effects.

Die optischen Mittel können durch optisch streuende Strukturen gebildet sein. Der Begriff Streuung ist dabei weit zu verstehen und umfasst auch die Reflexion und die Brechung optischer Wellen. Hier kommt es durch die optisch streuende Strukturen zu einer signifikanten Änderung von zumindest Teilen der in die Strukturen auftreffenden Lichtstrahlen. Dabei wird nur die Ausbreitungsrichtung des Lichts der Anregestrahlung derart verändert, so dass das in der Faser geführte Licht teilweise seitlich aus der Faser austreten kann. Dieses austretende Licht ist dann die abgegebene Seitenlichtstrahlung. Diese Streuung lässt sich durch gezielte Präparation der Faser einstellen. Durch die Stärke der Streuung kann man das Maß der Seitenlichtstrahlung an der jeweiligen Stelle steuern. Diese Strukturen können mit Farbfiltern versehen werden. Es ist eine Vielzahl verschiedener Helligkeitsverteilungen entlang der Faser möglich, wobei die Anregestrahlung nur an einer Stelle in die Faser eingestrahlt werden muss und somit auch nur an dieser Stelle eine Stromversorgung vorliegen muss. The optical means may be formed by optically scattering structures. The term scattering is to be understood broadly and includes the reflection and refraction of optical waves. Here, the optically scattering structures result in a significant change of at least parts of the light rays striking the structures. In this case, only the direction of propagation of the light of the excitation radiation is changed in such a way that the light guided in the fiber can partially emerge laterally out of the fiber. This exiting light is then the emitted side light radiation. This scattering can be adjusted by targeted preparation of the fiber. By the strength of the scattering, one can control the amount of sidelight radiation at the respective location. These structures can be provided with color filters. It is possible a variety of brightness distributions along the fiber, wherein the excitation radiation must be irradiated only at one point in the fiber and thus only at this point a power supply must be present.

Die optischen Mittel können lumineszierende, insbesondere fluoreszierende Partikel umfassen, was eine Dotierung mit lumineszierenden Elementen mitumfasst. Die Partikel werden durch Absorption eines Teils des einfallenden Lichts angeregt und nehmen höhere Energiezustände an. Im Anschluss wird die aufgenommene, zusätzliche Energie wieder in Form der Seitenlichstrahlung abgegeben. Dieser Prozess wird spontane Emission genannt. Je nachdem wie lange die lumineszierenden Partikel auf ihrem jeweiligen höheren Energieniveau verbleiben, bevor sie die Energie in Form von Licht wieder abgeben, spricht man von Fluoreszenz oder auch Phosphoreszenz. Dabei findet meist eine Wellenlängenumwandlung statt, weil in der Regel nicht die gesamte aufgenommene Energie komplett abgegeben werden kann und so Licht mit etwas geringerer Energie, also längeren Wellenlängen, abgestrahlt wird. Dies hat den Vorteil, dass die Energiezuführung mit nicht sichtbarem Licht vorgenommen werden kann, aber die Faser selbst sichtbares Licht abstrahlt. Ein weiterer Vorteil dieser Methode ist die Abstrahlrichtung des Lichts. Während gestreutes Licht meist weiterhin eine Vorzugsausbreitungsrichtung aufweist, die ähnlich der ursprünglichen Ausbreitungsrichtung ist, hat die das durch die optische Mittel abgegebene Licht mittels spontaner Emission eine isotrope Abstrahlung zur Folge. Dadurch wird das Licht nahezu in alle Richtungen gleich abgestrahlt. The optical means may comprise luminescent, in particular fluorescent particles, which comprises a doping with luminescent elements. The particles are excited by absorption of a portion of the incident light and assume higher energy states. Following this, the absorbed additional energy is released again in the form of the lateral radiation. This process is called spontaneous emission. Depending on how long the luminescent particles remain at their respective higher energy level, before they release the energy in the form of light, one speaks of fluorescence or phosphorescence. In this case, usually a wavelength conversion takes place, because usually not all of the absorbed energy can be completely released and so light with a little lower energy, ie longer wavelengths, is emitted. This has the advantage that the energy supply can be made with invisible light, but the fiber itself radiates visible light. Another advantage of this method is the emission direction of the light. While scattered light usually continues to have a preferential propagation direction similar to the original propagation direction, the light emitted by the optical means results in isotropic emission by means of spontaneous emission. As a result, the light is radiated the same in almost all directions.

Für die Erzeugung verschiedener Abstrahlcharakteristiken werden verschiedene Abstrahleffekte in der Faser kombiniert, die vorzugsweise wellenlängenabhängig (in Bezug zur Anregestrahlung) sind. Damit lässt sich durch die Wahl der Wellenlänge der Anregestrahlung auch die Seitenlichtstrahlung wählen. Dabei wird gegebenenfalls prozessimmanent noch eine Wellenlängenumsetzung durchgeführt, damit Seitenlichtstrahlung in der gewünschten Farbe abgegeben wird. Die vorgeschlagene Kombination zweier unterschiedlicher Mechanismen, die durch geschickte Wahl der Lichtquelle so gesteuert werden, dass immer nur einer der auslösenden Effekte sichtbar ist, kann dazu genutzt werden, eine schon produzierte, bearbeitete und verlegte Faser gezielt unterschiedlich seitlich abstrahlen zu lassen. So kann z.B. nur der vordere oder nur der hintere Bereich der Faser leuchten. Mit einem solchen Ansatz kann man z.B. zwischen einer gleichförmigen Seitenlichstrahlung entlang der gesamten Faser und einem gezielten Leuchten an einer Stelle der Faser hin- und herschalten. Dazu wären nach dem Stand der Technik bislang zwei unterschiedliche Fasern erforderlich. For the generation of different emission characteristics, different emission effects in the fiber are combined, which are preferably wavelength-dependent (with respect to the stimulation radiation). Thus, by selecting the wavelength of the excitation radiation, the sidelight radiation can also be selected. In this process, if necessary, a wavelength conversion is still carried out in the process, so that side light radiation in the desired color is emitted. The proposed combination of two different mechanisms, which are controlled by skillful choice of the light source so that only one of the triggering effects is visible, can be used to selectively radiate a previously produced, processed and laid fiber laterally different. Thus, e.g. only the front or only the back of the fiber light up. With such an approach one can e.g. switch back and forth between uniform lateral radiation along the entire fiber and targeted illumination at one location of the fiber. For this purpose, according to the prior art, two different fibers would hitherto be required.

Vorzugsweise sind die ersten optischen Mittel durch lumineszierende Partikel gebildet, während die zweiten optischen Mittel durch optische streuende Strukturen, insbesondere Partikel oder Flächen, gebildet sind. In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung sind die ersten optischen Mittel durch erste lumineszierende Partikel gebildet sind, während die zweiten optischen Mittel durch andersartige zweite lumineszierende Partikel gebildet sind. Diese beiden Kombinationen schaffen die Möglichkeiten, durch jeweils den Wechsel auf eine andere Anregestrahlung jeweils eines der optischen Mittel in seiner Funktion als seitenlichtabgebendes Mittel gezielt an bzw. auszuschalten. Dafür ist es erforderlich, dass zumindest eine Anregestrahlung durch unsichtbares Licht gebildet ist. Preferably, the first optical means are formed by luminescent particles, while the second optical means are formed by optical scattering structures, in particular particles or surfaces. In another preferred embodiment, the first optical means are formed by first luminescent particles, while the second optical means are formed by different second luminescent particles. These two combinations create the possibilities, each by switching to another stimulation radiation each one of the optical means in its function as a side light emitting means targeted on or off. For this it is necessary that at least one excitation radiation is formed by invisible light.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist ein erster lokaler Bereich der Seitenlichtfaser ausgebildet ist, in welchem erste und zweite optische Mittel in einem anderen Mengenverhältnis vorhanden sind als in einem zweiten lokalen Bereich. Durch gezielte Variation und Mischung der optischen Mittel können die einzelnen Bereiche gezielt mit unterschiedlichen Farbmischungen erleuchtet werden. In a preferred development, a first local area of the side light fiber is formed, in which first and second optical means are present in a different ratio than in a second local area. Through targeted variation and mixing of the optical means, the individual areas can be specifically illuminated with different color mixtures.

In einer bevorzugten Weiterbildung sind in einem ersten lokalen Bereich der Seitenlichtfaser ausschließlich erste optische Mittel oder ausschließlich zweite optische Mittel angeordnet. Durch Auswahl oder Veränderung der Anregestrahlung kann so die Leuchtwirkung eines Bereichs der Faser eingeschaltet oder vollständig ausgeschaltet werden. In a preferred refinement, exclusively first optical means or exclusively second optical means are arranged in a first local area of the side-light fiber. By selecting or changing the stimulation radiation so the lighting effect of a portion of the fiber can be turned on or completely off.

Die Seitenlichtfaser wird erfindungsgemäß eingesetzt zur Änderung der Lichtemission des Seitenlichtfaser durch Veränderung der Anregestrahlung. Dabei wird insbesondere zur Änderung der Form der Seitenstrahlung die Anregestrahlung verändert, wodurch diejenigen optischen Mittel ausgewählt werden, welche sichtbare Seitenlichtstrahlung abgeben. Alternativ oder in Kombination kann zur Änderung der Farbe der Lichtemission der Seitenlichtfaser die Anregestrahlung verändert werden, wodurch ein Wechsel derjenigen optischen Mittel vorgenommen wird, welche sichtbare Seitenlichtstrahlung abgeben. The side light fiber is used according to the invention to change the light emission of the side light fiber by changing the stimulation radiation. In this case, in particular to change the shape of the side radiation, the stimulation radiation is changed, whereby those optical means are selected which emit visible side light radiation. Alternatively or in combination, to change the color of the light emission of the side light fiber, the stimulation radiation can be changed, whereby a change of those optical means is made which emit visible side light radiation.

Die erfindungsgemäße Seitenlichtfaser kann ferner zur Herstellung von textilen Gebilden, insbesondere durch Weben, Flechten, Legen, Wirken oder Stricken, verwendet werden. Die Seitenlichtfaser stellt so quasi das Garn zu deren Herstellung dar bzw. kann in solchen Textilien eingebettet werden. So können Leuchtmatten mit einem breiten Anwendungsbereich hergestellt werden. The sidelight fiber according to the invention can also be used for the production of textile structures, in particular by weaving, braiding, laying, knitting or knitting. The sidelight fiber is thus virtually the yarn for their production or can be embedded in such textiles. Thus, light mats can be produced with a wide range of applications.

Die Erfindung wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert. Hierin zeigt: The invention will be explained in more detail below with reference to the figures. Hereby shows:

1 eine erfindungsgemäße Seitenlichtfaser im Teilschnitt; 1 a side light fiber according to the invention in partial section;

2 den Querschnitt einer ersten erfindungsgemäßen Seitenlichtfaser in einem ersten Betriebszustand; 2 the cross section of a first side light fiber according to the invention in a first operating state;

3 den Querschnitt der ersten erfindungsgemäßen Seitenlichtfaser in einem zweiten Betriebszustand; 3 the cross section of the first side light fiber according to the invention in a second operating state;

4 den Querschnitt der ersten erfindungsgemäßen Seitenlichtfaser in einem dritten Betriebszustand; 4 the cross section of the first side light fiber according to the invention in a third operating condition;

5 den Querschnitt einer zweiten erfindungsgemäßen Seitenlichtfaser in einem ersten Betriebszustand; 5 the cross section of a second side light fiber according to the invention in a first operating state;

6 den Querschnitt der zweiten erfindungsgemäßen Seitenlichtfaser in einem zweiten Betriebszustand; 6 the cross section of the second side light fiber according to the invention in a second operating state;

7 den Querschnitt der zweiten erfindungsgemäßen Seitenlichtfaser in einem dritten Betriebszustand; 7 the cross section of the second side optical fiber according to the invention in a third operating state;

8 eine Leuchtmatte, hergestellt mit einer Vielzahl von erfindungsgemäßen Seitenlichtfasern. 8th a luminous mat made with a plurality of sidelight fibers according to the invention.

1 zeigt eine Seitenlichtfaser 1 im Teilschnitt. Die Seitenlichtfaser 1 weist einen Kern 2 auf, der eine Hauptausbreitungsrichtung M definiert. Im Wesentlichen in dieser Hautpausbreitungsrichtung M breitet sich eine Anregestrahlung 4 aus. Diese wird an einer Grenzschicht 6 zwischen Kern 2 und einem Mantel 3 reflektiert, so dass die Anregestrahlung weitgehend einer Totalreflexion unterliegt. Jedoch kann Seitenlicht 5 radial zur Hauptausbreitungsrichtung M aus der Faser 1 austreten, wenn das Licht auf Partikel 11, 12 innerhalb Faser trifft. Diese Partikel streuen Teile der Anregestrahlung optisch. Wenn die so in der Richtung veränderten Lichtanteile in einem Winkel kleiner als der Grenzwinkel der Totalreflexion auf die Grenzschicht 6 treffen, so verlassen diese Lichtstrahlen als Seitenlichtstrahlen 5 den Kern 3. Alternativ sind die optischen Mittel durch fluoreszierende Partikel gebildet, welche durch Anregestrahlung 1 einer bestimmten Wellenlänge zum aktiven Leuchten in einer anderen Wellenlänge gebracht werden. 1 shows a sidelight fiber 1 in partial section. The side light fiber 1 has a core 2 which defines a main propagation direction M. Essentially, in this skin propagation direction M, a stimulation radiation propagates 4 out. This is at a boundary layer 6 between core 2 and a coat 3 reflected, so that the excitation radiation is largely subject to total reflection. However, sidelight can 5 radially to the main propagation direction M out of the fiber 1 leak when the light is on particles 11 . 12 meets within fiber. These particles optically scatter parts of the stimulation radiation. If the light portions thus changed in the direction are smaller than the critical angle of total reflection on the boundary layer at an angle 6 meet, so leave these rays of light as side light rays 5 the core 3 , Alternatively, the optical means are formed by fluorescent particles, which by excitation radiation 1 a certain wavelength for active illumination in a different wavelength.

Die nun vorgeschlagene Seitenlichtfaser beruht auf der Idee, zwei verschiedene optische Mittel zur Seitenlichtstrahlung in Kombination in einer Seitenlichtfaser einzusetzen, wobei die die beiden optischen Mittel jeweils auf andere Wellenlängen der Anregestrahlung reagieren. Die beiden optischen Mittel können so angelegt sein, dass mindestens eines der beiden Mittel nur auf eine andere Anregestrahlung reagiert als die jeweils anderen optischen Mittel. Dadurch kann die Anregestrahlung selektiv zur Anregung einer der optischen Mittel verwendet werden, während das andere optische Mittel in diesem Moment inaktiv bleibt und keine Seitenlichtstrahlung abgibt. The now proposed sidelight fiber is based on the idea of using two different optical means for sidelight radiation in combination in a sidelight fiber, wherein the two optical means each respond to other wavelengths of the excitation radiation. The two optical means can be arranged so that at least one of the two means reacts only to a different stimulation radiation than the respective other optical means. Thereby, the exciting radiation can be selectively used to excite one of the optical means while the other optical means remains inactive at that moment and does not emit sidelight radiation.

Eine bevorzugte Seitenlichtfaser verwendet Fluoreszenzpartikel 11 als erste optische Mittel in einem ersten Bereich 7 der Seitenlichtfaser 1 in Verbindung mit streuenden, insbesondere reflektierenden Partikel 12 als zweite optische Mittel, die ausschließlich in einem zweiten Bereich 8 der Seitenlichtfaser 1 angeordnet sind, in dem keine Fluoreszenzpartikel 11 vorgesehen sind. A preferred sidelight fiber uses fluorescent particles 11 as the first optical means in a first area 7 the sidelight fiber 1 in conjunction with scattering, in particular reflective particles 12 as a second optical means, the exclusively in a second area 8th the sidelight fiber 1 are arranged in which no fluorescent particles 11 are provided.

Die Fluoreszenzpartikel 11 reagieren aufgrund der spezifischen Absorption nur auf Wellenlängen bis zu einem Maximum, ab dem die Photonenenergie zur Absorption und anschließender Abstrahlung mit längerer Wellenlänge nicht mehr ausreicht. UV-Licht 4 ₁, wie in 2 als Anregestrahlung verwendet wird, eignet sich daher für die Anregung der Fluoreszenzpartikel 11. Trifft das UV-Licht 4 ₁ auf ein Fluoreszenzpartikel 11, so erzeugt dieses auch Lichtstrahlen, die die Grenzschicht 6 des Kerns 2 durchbrechen und als Seitenlichstrahlung 5 ₁ aus der Seitenlichtfaser 1 austreten. The fluorescent particles 11 Due to the specific absorption, they only react to wavelengths up to a maximum, beyond which the photon energy is no longer sufficient for absorption and subsequent radiation with a longer wavelength. UV light 4 ₁ , as in 2 is used as an exciting radiation, is therefore suitable for the excitation of the fluorescent particles 11 , Meets the UV light 4 ₁ to a fluorescent particle 11 , this also produces light rays, which are the boundary layer 6 of the core 2 break through and as lateral radiation 5 ₁ from the side light fiber 1 escape.

Trifft das UV-Licht 4 ₁ auf einen reflektierenden Partikel 12, so reflektiert dieser Partikel 12 zwar das UV-Licht 4 ₁. Da aber die Wellenlänge unverändert verbleibt, wird lediglich unsichtbare Seitenlichstrahlung 5 ₂ erzeugt. Daher ist in 2 die Seitenlichtstrahlung nur gepunktet (bedeutet nicht sichtbar) gezeichnet. Meets the UV light 4 ₁ on a reflective particle 12 , so this particle reflects 12 Although the UV light 4 ₁ . But since the wavelength remains unchanged, only invisible Seitenlichstrahlung 5 ₂ generated. Therefore, in 2 the sidelight radiation is only dotted (does not mean visible) drawn.

Wird nun sichtbares Licht 4 ₂ als Anregestrahlung verwendet (3), werden die Fluoreszenzpartikel 11 nicht zum aktiven Leuchten angeregt und geben so allenfalls an ihnen gestreutes Licht ab, was im vorliegenden Fall aber vernachlässigt werden kann. Trifft das sichtbares Licht 4 ₂ auf einen reflektierenden Partikel 12, so reflektiert dieser Partikel 12 das sichtbare Licht der Anregestrahlung und gibt dieses als sichtbares Seitenlicht 5 ₂ ab. Now becomes visible light 4 _{2 used} as an exciting radiation ( 3 ), the fluorescent particles become 11 not excited to active lighting and thus at best give them scattered light, which in the present case can be neglected. Meets the visible light 4 ₂ on a reflective particle 12 , so this particle reflects 12 the visible light of the stimulation radiation and gives this as visible sidelight 5 ₂ off.

Durch Einstrahlen von UV-Licht 4 ₁ als Anregestrahlung kann der erste Bereich 7 sichtbar erleuchtet werden; durch Einstrahlen von sichtbarem Licht 4 ₂ als Anregestrahlung kann der zweite Bereich 8 sichtbar erleuchtet werden. Durch Einstrahlen von UV-Licht 4 ₁ und von sichtbarem Licht 4 ₂ als Anregestrahlung gleichzeitig (4) können beide Bereiche 7 sichtbar erleuchtet. Somit kann durch Auswahl der Anregestrahlung der zu erleuchtende Bereich ausgewählt werden. By irradiation of UV light 4 ₁ as an excitation radiation, the first area 7 to be visibly enlightened; by radiating visible light 4 ₂ as an excitation radiation, the second area 8th to be visibly enlightened. By irradiation of UV light 4 ₁ and visible light 4 ₂ as stimulation radiation simultaneously ( 4 ) can both areas 7 visibly enlightened. Thus, by selecting the stimulation radiation, the area to be illuminated can be selected.

Anstelle der reflektierenden Partikel können auch andere optische Mittel verwendet werden, die der auftreffenden Anregestrahlung lediglich zumindest durch Reflexion oder Brechung teilweise in eine andere Richtung ablenken. Anstelle von im Kern angeordnetem Partikel kommen auch Partikel am Rand des Kerns, Aufrauungen des Randes oder beabsichtigte Schädigungen des Kerns zur Anwendung. Instead of the reflecting particles, it is also possible to use other optical means which divert the incident stimulating radiation at least partially in another direction, at least by reflection or refraction. Instead of particles arranged in the core, particles at the edge of the core, roughening of the edge or intended damage to the core are also used.

Alternativ können als zweite optischen Mittel zweite andersartige fluoreszierende Partikel 12 verwendet werden, die sich von den (ersten) lumineszierende Partikel 11 der ersten optischen Mittel unterscheiden. Das bedeutet, dass die zweiten lumineszierenden Partikel auf eine andere Anregestrahlung reagieren als die ersten lumineszierende Partikel. Die 2 bis 4 sind dann entsprechend zu verstehen, mit der Maßgabe, dass die zweite Anregestrahlung 4 ₂ ebenfalls ein unsichtbares Licht ist, z.B. ein UV-Licht anderer Wellelänge als das UV-Licht 4 ₁. Die in 2 dargestellte nicht sichtbare Reflektion und Erzeugung der Seitenlichtstrahlung 5 ₁ am Partikel 12 durch erste UV-Strahlung 4 ₁ entfällt in diesem Fall. Alternatively, second different fluorescent particles may be used as the second optical means 12 which are different from the (first) luminescent particles 11 distinguish the first optical means. This means that the second luminescent particles react to a different excitation radiation than the first luminescent particles. The 2 to 4 are to be understood accordingly, with the proviso that the second excitation radiation 4 _{2 is} also an invisible light, eg a UV light of a different wavelength than the UV light 4 ₁ . In the 2 illustrated non-visible reflection and generation of the side light radiation 5 ₁ on the particle 12 by first UV radiation 4 _{1 is} omitted in this case.

Eine vorteilhafte Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Seitenlichtfasern ist die gezielte Nutzung der Wählbarkeit der Abstrahlfarbe bei Fluoreszenz, was anhand der 5 bis 7 erläutert wird. Es sind wiederum die beiden Bereiche 7 und 8 gezeigt, wobei in beiden Bereichen sowohl erste lumineszierende Partikel 11 als auch zweite lumineszierende Partikel 12 vorhanden sind. Im ersten Bereich 7 ist aber die Konzentration an ersten Partikeln 11 größer als an zweiten Partikeln 12, während dies im zweiten Bereich 8 umgekehrt ist. An advantageous further development of the side light fibers according to the invention is the targeted use of the selectability of the emission color in fluorescence, which is based on the 5 to 7 is explained. Again, these are the two areas 7 and 8th shown, wherein in both areas both first luminescent particles 11 as well as second luminescent particles 12 available. In the first area 7 but is the concentration of first particles 11 greater than second particles 12 while this is in the second area 8th is reversed.

Analog zur Ausgestaltung nach 2 bis 4 geben die ersten Partikel 11 nur Seitenlichtstrahlung 5 ₁ ab, wenn ein erstes UV-Licht 4 ₁ in die Seitenlichtfaser 1 eingestrahlt wird; die zweiten Partikel 12 geben nur Seitenlichtstrahlung 5 ₂ ab, wenn ein zweites UV-Licht 4 ₂ anderer Wellenlänge in die Seitenlichtfaser 1 eingestrahlt wird. Z.B. geben die ersten Partikel 11 (Chinin) bei Anregung durch entsprechendes UV-Licht blaues Seitenlicht 5 ₁ ab, die zweiten Partikel 12 (Rhodamin) geben bei Anregung durch entsprechendes UV-Licht rotes Seitenlicht 5 ₂ ab. Andere fluoreszierende Stoffe können aus der Literatur entnommen werden, z.B. Wikipedia, Artikel „Fluoreszenz“, Abschnitt „Fluoreszierende Farbstoffe (Auswahl)“. Analogous to the embodiment according to 2 to 4 give the first particles 11 only side light radiation 5 ₁ off when a first UV light 4 ₁ in the side light fiber 1 is radiated; the second particles 12 only give side light radiation 5 ₂ off when a second UV light 4 ₂ different wavelength in the side light fiber 1 is irradiated. For example, give the first particles 11 (Quinine) when excited by corresponding UV light blue sidelight 5 ₁ off, the second particles 12 (Rhodamine) give red side light when excited by corresponding UV light 5 ₂ off. Other fluorescent substances can be taken from the literature, eg Wikipedia, article "Fluorescence", section "Fluorescent Dyes (Selection)".

Wird nun erstes UV-Licht 4 ₁ in die Seitenlichtfaser 1 eingebracht, leuchtet der erste Bereich 7 aufgrund der hohen Konzentration erster Partikel 11 kräftig blau, der zweite Bereich 8 leuchtet aufgrund der niedrigen Konzentration erster Partikel 11 schwach blau (5). Will now be the first UV light 4 ₁ in the side light fiber 1 inserted, the first area lights up 7 due to the high concentration of first particles 11 strong blue, the second area 8th lights up due to the low concentration of first particles 11 weak blue ( 5 ).

Wird nun zweites UV-Licht 4 ₂ in die Seitenlichtfaser 1 eingebracht, leuchtet der erste Bereich 7 aufgrund der geringen Konzentration zweiter Partikel 12 schwach rot, der zweite Bereich 8 leuchtet aufgrund der hohen Konzentration zweiter Partikel 12 kräftig rot (6). Wird nun sowohl erstes als auch zweites UV-Licht 4 ₁, 4 ₂ in die Seitenlichtfaser 1 eingebracht, so leuchtet der erste Bereich 7 violett (kräftig blau + schwach rot), während der zweite Bereich 8 rosa (schwach blau + kräftig rot) leuchtet. Will now be second UV light 4 ₂ in the side light fiber 1 inserted, the first area lights up 7 due to the low concentration of second particles 12 faintly red, the second area 8th lights up due to the high concentration of second particles 12 strong red ( 6 ). Will now both first and second UV light 4 ₁ , 4 ₂ in the side light fiber 1 introduced, the first area lights up 7 violet (strong blue + faint red), while the second area 8th pink (weak blue + strong red) lights up.

So kann durch gezielten Einsatz unterschiedlicher Anregestrahlung die Seitenlichtstrahlung in ihrer Farbe verändert werden. Die Farbe des abgegebenen Lichts ist bei Lumineszenz ausschließlich durch die Differenz der Energieniveaus zwischen angeregtem und Grundzustand bestimmt. Dadurch kann durch die Wahl des Partikels die Farbe des abgestrahlten Lichts unabhängig von der Wellenlänge bzw. Farbe des anregenden Lichts eingestellt werden. Somit ist es z.B. möglich, mit einer einzigen Lichtquelle, die Faser an verschiedenen Stellen mit einer anderen Farbe leuchten zu lassen, indem lokal unterschiedliche Partikel in die Faser eingebracht werden. Weiterhin lassen sich durch die Mischung von Dotanden, die mit verschiedenen Wellenlängen abstrahlen, auch Mischfarben bis hin zu Weiß realisieren. Dies ist beispielsweise im Einzelhandel für den Farbeindruck infolge der Wellenlängenverteilung der Beleuchtung von großer Bedeutung. Thus, by selectively using different stimulating radiation, the sidelight radiation can be changed in its color. The color of the emitted light is exclusive in the case of luminescence determined by the difference of the energy levels between excited and ground state. Thereby, by the choice of the particle, the color of the emitted light can be adjusted independently of the wavelength or color of the exciting light. Thus, it is possible, for example, with a single light source, to let the fiber shine in different places with a different color by locally different particles are introduced into the fiber. Furthermore, the mixture of dopants which radiate with different wavelengths, also mixed colors to white can be realized. This is of great importance in retail, for example, for the color impression as a result of the wavelength distribution of the illumination.

Eine bevorzugte Anwendung der erfindungsgemäßen Fasern sind beispielsweise mit textilen Flächenbildungsprozessen produzierte leuchtende Stoffe. Die Herstellung kann beispielsweise durch Weben, Flechten, Legen, Wirken oder Stricken erfolgen. Durch gezielte Dotierung einzelner flächiger Bereiche des Stoffes lassen sich mit diesem Ansatz gezielt lokal leuchtende Stellen erzeugen. Dies kann beispielsweise in einer Faser in Form einer Lampe beispielsweise als Leselicht wirken und einer gleichförmigen flächigen Beleuchtung durch die Nutzung eines anderen Abstrahleffekts realisiert werden. 8 zeigt eine solche Ausgestaltung. Der erste Bereich 7 erstreckt sich nahezu über die gesamte Fläche des Stoffs; der zweite Bereich 8 ist verglichen dazu recht klein, wobei der erste Bereich den zweiten Bereich auch überlappen kann. A preferred application of the fibers according to the invention are, for example, luminous substances produced by textile surface-forming processes. The production can be done for example by weaving, braiding, laying, knitting or knitting. By targeted doping of individual areal areas of the substance, it is possible with this approach to selectively generate locally luminous areas. This can, for example, act as a reading light in a fiber in the form of a lamp, and a uniform planar illumination can be realized by the use of another radiation effect. 8th shows such a configuration. The first area 7 extends almost over the entire surface of the fabric; the second area 8th is quite small compared to that, where the first area may also overlap the second area.

Im ersten Bereich 7 sind erste Partikel 11 in einer recht geringen Konzentration angeordnet, die ein schummriges warmweißes Ambientelicht abgeben. Im zweiten Bereich 8 sind zweite Partikel 12 in recht hoher Konzentration angeordnet, die ein recht starkes Licht abgeben, so dass eine Art Leselampe entsteht. Durch Änderung der Anregestrahlung kann nun anstelle des Ambientelichts die Leselampe eingeschaltet werden. In the first area 7 are first particles 11 arranged in a rather low concentration, which give off a dim warm white ambient light. In the second area 8th are second particles 12 arranged in a fairly high concentration, which give off a very strong light, so that a kind of reading lamp is created. By changing the stimulation radiation, the reading lamp can now be switched on instead of the ambient light.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Seitenlichtfaser Side optical fiber
2 2: Kern core
3 3: Mantel coat
4 4: Anregestrahlung excitation radiation
5 5: Seitenlichtstrahlung Side light radiation
6 6: Grenzschicht interface
7 7: erster lokaler Bereich first local area
8 8th: zweiter lokaler Bereich second local area
11 11: erste optische Mittel first optical means
12 12: zweite optische Mittel second optical means

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 0956472 B1 [0004]
US 2011/0305035 A1 [0005]
US 5579429 A [0007]

Claims

Side light fiber ( 1 ) comprising a photoconductive core ( 2 ), aligned along a main propagation direction (M), optical means located in or at the core ( 11 . 12 ) for emitting visible lateral radiation ( 5 ) in the radial direction when the optical means ( 11 . 12 ) by stimulating radiation ( 4 ), which propagates in the core in the main propagation direction (M), are irradiated, characterized in that the optical means comprise first optical means ( 11 ) and second optical means ( 12 ), wherein the first and second optical means ( 11 . 12 ) by each deviating excitation radiation ( 4 ₁ , 4 ₂ ) for emitting side light radiation ( 5 ₁ , 5 ₂ ) are brought.

Side light fiber ( 1 ), according to the preceding claim, characterized in that the first optical means ( 11 ) are formed by luminescent particles, while the second optical means ( 12 ) are formed by optical scattering structures, in particular reflective or refractive particles or surfaces.

Side light fiber ( 1 ), according to one of the preceding claims, characterized in that the first optical means ( 11 ) are formed by first luminescent particles, while the second optical means ( 12 ) are formed by different second luminescent particles.

Side light fiber ( 1 ), according to one of the preceding claims, characterized in that a first local area ( 7 ) of the side light fiber ( 1 ), in which first and second optical means ( 11 . 12 ) are present in a different proportion than in a second local area ( 8th ).

Side light fiber ( 1 ), according to one of the preceding claims, characterized in that a first local area ( 7 ) of the side light fiber ( 1 ), in exclusively first optical means ( 11 ) or exclusively second optical means ( 12 ) are arranged.

Use of a side light fiber according to one of the preceding claims, characterized in that for changing the light emission of the side light fiber ( 1 ) the excitation radiation ( 4 ) is changed.

Use according to the preceding claim, characterized in that to change the shape of the sidelight radiation the excitation radiation ( 4 ), whereby a change of those optical means ( 11 . 12 ), the visible side light radiation ( 5 ₁ , 5 ₂ ).

Use according to the preceding claim, characterized in that to change the color of the light emission of the side-light fiber ( 1 ) the excitation radiation ( 4 ₁ , 4 ₂ ), whereby a change of those optical means ( 11 . 12 ), which visible side light radiation ( 5 ₁ , 5 ₂ ).

Use of a sidelight fiber according to one of claims 1 to 5 for producing a textile structure, in particular by weaving, braiding, laying, knitting or knitting.