DE10336694A1 - Lichtmischstab - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Lichtmischstab zur Homogenisierung eines von einer Lichtquelle ausgehenden Lichtbündels, bevorzugt zum Erzeugen eines leuchtenden Feldes in der Mikroskopie, bestehend aus einem, aus mehreren, verspiegelten Einzelelementen (1, 2, 3, 4, 5, 6), zusammengesetzten Hohlkörper, der eine vieleckige Lichteintrittsfläche und eine vieleckige Lichtaustrittsfläche besitzt. DOLLAR A Erfindungsgemäß sind zum Zwecke der Erzeugung der vieleckigen Querschnittsfläche mindestens drei in ihrer Form gleichartig gestaltete, planparallele Spiegelelemente (1, 2, 3, 4, 5, 6) miteinander verbunden.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Lichtmischstab zur Homogenisierung eines von einer Lichquelle ausgehenden Lichtbündels, bevorzugt zum Erzeugen eines leuchtenden Feldes in der Mikroskopie, bestehend aus einem, aus mehreren, verspiegelten Einzelelementen zusammengesetzten, Hohlkörper, der eine vieleckige Lichteintrittsfläche und eine vieleckigige Lichtaustrittsfläche besitzt.
• Lichtmischstäbe (Integratoren) werden in der Optik insbesondere dort eingesetzt, wo eine gleichmäßige Ausleuchtung von Beleuchtungsfeldern erforderlich ist. Sie bestehen im wesentlichen aus einem Grundkörper, dessen Seitenflächen gleichmäßig mit reflektierenden Schichten versehen sind. Das durch die Lichteintrittsfläche in den Integrator eingekoppelte Licht wird an den reflektierenden Flächen bis hin zur Lichtaustrittsfläche mehrfach hin und her reflektiert. Bedingt durch das sogenannte „Durchmischen" des Lichtes entsteht an der Lichtaustrittsfläche in Abhängigkeit vom Querschnitt und der Länge des Integrators ein homogenisiertes Leuchtfeld.
• Derartige Lichtmischstäbe können sowohl aus eine transparentem Vollmaterial (Vollmischstab) oder als Hohlkörper mit in den Innenraum reflektierenden Seitenflächen (Hohlintegrator) ausgebildet sein. Je nach Anwendungsfall werden dabei unterschiedliche Querschnittsformen verwendet, wobei die Form der Lichteintrittsfläche auch von der Form der Lichtaustrittsfläche abweichen kann ( US 6,419,376 ).
• Hohlintegratoren werden dabei überwiegend aus mehreren, unterschiedlich geformten Einzelementen zusammengesetzt. Auf Grund der unterschiedlich geformten Elemente ist der Herstellungsaufwand meist sehr hoch.
• In US 5,828,505 wird ein vieleckiger Hohlintegrator mit fünf bis 10 Ecken beschrieben, der aus bis zu fünf verschiedenen Einzelelementen hergestellt wird, die mit in den Innenraum des Integrators versehenen Spiegelflächen versehen sind. Um eine exakte Querschnittsfläche zu erreichen bedarf es einer meist sehr komplizierten Ausrichtung der einzelnen Elemente zueinander. Über umfangseitig angebrachte Klebewulste sind die Einzelelemente miteinander verbunden. Die Herstellung derartiger Anordnungen ist in Abhängigkeit von der zu realisierenden Querschnittsfläche mit hohen Fertigungskosten verbunden, da verschieden gestaltete Spiegelelemente zu fertigen und zueinander präzise auszurichten sind. Darüberhinaus bedarf es der Fertigung einer Vielzahl von Funktionsflächen (Spiegelflächen, Anlageflächen), was zu einem erhöhten Fertigungsrisiko und somit zu Verlusten bei der Homogenisierung der Lichtstrahlen führt.
• Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen vieleckigen Lichtmischstab dahingehend weiterzubilden, dass unter Verringerung des fertigungstechnischen Aufwandes das Fertigungsrisiko bei gleichzeitiger Verbesserung der Homogenisierung der Lichtstrahlen reduziert wird.
• Diese Aufgabe wird durch einen Lichtmischstab der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zum Zwecke der Erzeugung der vieleckigen Querschnittsfläche mindestens drei in ihrer Form gleichartig gestaltete, planparallele Spiegelelemente miteinander verbunden sind.
• Die Homogenisierung des Lichtes beim Durchgang durch einen Lichtmischstab beruht auf der Überlagerung von an den Seitenflächen reflektierten Bildern der Lichteintrittsfläche in die Lichtaustrittsfläche. Somit kann über eine Erhöhung der Seitenflächenanzahl (vieleckiges Leuchtfeld) eine Erhöhung der in der Lichtaustrittsfläche überlagerten Bilder erreicht werden. Dabei ist die Anzahl der überlagerten Bilder nach einer Reflexion gleich der Seitenanzahl, so dass in begrenzten Bauräumen von optischen Geräten die gleiche Homogenisierungswirkung mit einer kürzeren Baulänge des Lichtmischstabes durch Erhöhung der Seitenanzahl realisiert werden kann.
• Vorteilhafterweise sind drei, vier oder sechs Spiegelelemente vorzusehen, da bei derartig gestalteten Lichtmischstäben eine vollständige Bedeckung der Austrittsfläche realisierbar wird, so dass das Leuchtfeld an der Lichtaustrittsfläche ideal homogenisiert ist. Bei Lichtmischstäben, die diese Bedingungen nicht erfüllen, wie beispielsweise einem Lichtmischstab mit fünf Seitenflächen kommt es zu Abschattungseffekten. Andere Effekte, wie Mehrfachüberlappungen, die die Homogenisierung des Leuchtfeldes an der Lichtaustrittsfläche stark beeinflussen, treten insbesondere bei acht Seitenflächen oder bei runden Querschnittsformen auf. Die hexagonale Querschnittsform führt zur optimalen Anpassung einer ideal homogenisierten Fläche an ein rundes zu beleuchtendes Feld, wie es beispielsweise in der Mikroskopie erforderlich ist.
• Beim erfindungsgemäßen polygonförmigen Lichtmischstab hat zweckmäßigerweise eine Seitenfläche jedes Spiegelelementes eine keilförmige Einfräsung mit einer definierten Länge, in welcher das benachbarte Spiegelelement mit seiner rechtwinklig zur Spiegelfläche orientierten Seitenfläche kraft- und formschlüssig befestigt ist, wobei die Spiegelelemente dabei zueinander einen Kippwinkel α nach der Beziehung α = [(n – 2) × 180°]/neinschließen. Dabei ist n die Anzahl der Spiegelelemente beziehungsweise der Seitenflächen.
• Die erfindungsgemäße gleichartige Gestaltung der Spiegelelemente führt dazu, dass der Herstellungsaufwand des gesamten Lichtmischstabes von der Anzahl der gewählten Spiegelelemente relativ gering ist.
• Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, Spiegelelemente zu verwenden, deren Dicken den Längen der Einfräsungen entsprechen. Da alle Elemente die gleiche Einfräsung haben können auf relativ einfache Art und Weise aus einer planparallelen verspiegelten Platte, die zunächst mit der Einfräsung versehen wird, mehrere gleichgroße Einzelteile gefertigt werden. Nach dem Zusammenfügen werden die Spiegelelemente problemlos mit einem Schrumpfschlauch oder einem Klettband in ihrer Lage zueinander kraftschlüssig verbunden.
• In Abhängigkeit vom Verwendungszweck kann es sich als vorteilhaft erweisen, Spiegelelemente vorzusehen, deren Dicken ungleich der Längen der Einfräsungen sind. Diese Spiegelelemente bilden an den Kontaktstellen Falze aus, die beispielsweise zur Aufnahme einer Klebsubstanz verwendet werden können, ohne dass dabei, wie aus den Lösungen des Standes der Technik bekannt, überstehende Klebewülste entstehen.
• Anhand eines Ausführungsbeispiels soll der erfindungsgemäße Lichtmischstab näher erläutert werden. Dazu zeigen:
• 1: die Darstellung eines hexagonalen Lichtmischstabes und
• 2: einen Ausschnitt aus 1 zur Darstellung der Einfräsung.
• 1 zeigt einen hexagonalen Lichtmischstab, bestehend aus sechs gleichartig geformten und in den Abmaßen identischen Spiegelelementen 1, 2, 3, 4, 5 und 6. Jedes der Spiegelelemente 1 bis 6 besitzt an einer Seitenfläche eine keilförmige Einfräsung 7, in die das beachbarte Spiegelelement mit seiner sekrecht zur verspiegelten Fläche liegenden Seitenfläche eingefügt ist.
• Aus Gründen der vereinfachten Darstellung ist in 1 nur die Verbindung zwischen dem Spiegelelement 1 und dem Spiegelelement 2 mit Bezugszeichen versehen. Das Spiegelement 1 besitzt dabei eine Einfräsung 7, in welche das Spiegelelement 2 mit der Seitenfläche 8 positioniert ist. Die Einfräsung 7 mit der Länge l ist abhängig von der Anzahl der Spiegelelemente und wird so gewählt, dass die Außenkanten zweier benachbarter Spiegelelemente in einer Kante 9 zusammenlaufen.
• In 2 wird die Verbindung zwischen dem Spiegelelement 1 und dem Spiegelelement 2 näher dargestellt, wobei diese einen Kippwinkel α einschließen, der nach der Beziehung α = [(n – 2) × 180°]/n ermittelt wird und im vorliegenden Beispiel bei n = sechs Spiegelelementen 120 Grad beträgt. Die Dicken d der Spiegelelemente 1 bis 6 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel gleich den Längen l der Einfräsungen 7, so dass die Lagefixierung der einzelnen Spiegelelemente 1 bis 6 zueinander problemlos über einen um den Umfang des Lichtmischstabes gelegten Schrumpfschlauch möglich wäre.

1, 2, 3, 4, 5, 6

Spiegelelemenet

7

Einfräsung

8

Seitenfläche

9

Kante

α

Kippwinkel

d

Dicke Spiegelelemenet

l

Länge Einfräsung

n

Anzahl Spiegelelemente

Claims (7)

1. Lichtmischstab zur Homogenisierung eines von einer Lichquelle ausgehenden Lichtbündels, bevorzugt zum Erzeugen eines leuchtenden Feldes in der Mikroskopie, bestehend aus einem, aus mehreren, verspiegelten Einzelelementen (1, 2, 3, 4, 5, 6) zusammengesetzten, Höhlkörper, der eine vieleckige Lichteintrittsfläche und eine vieleckigige Lichtaustrittsfläche besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass zum Zwecke der Erzeugung der vieleckigen Querschnittsfläche mindestens drei in ihrer Form gleichartig gestaltete, planparallele Spiegelelemente (1, 2, 3, 4, 5, 6) miteinander verbunden sind.
2. Lichtmischstab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Seitenfläche jedes Spiegelelementes (1, 2, 3, 4, 5, 6) eine keilförmige Einfräsung (7) mit einer definierten Länge (l) aufweist, in welcher das benachbarte Spiegelelement mit seiner rechtwinklig zur Spiegelfläche orientierten Seitenfläche (8) kraft- und formschlüssig befestigt ist und die Spiegelelemente (1, 2, 3, 4, 5, 6) dabei zueinander einen Kippwinkel α nach der Beziehung α = [(n – 2) × 180°]/neinschließen, wobei n die Anzahl der Spiegelelemente (1, 2, 3, 4, 5, 6) ist.
3. Lichtmischstab nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass drei, vier oder sechs Spiegelelemente (1, 2, 3, 4, 5, 6) vorgesehen sind.
4. Lichtmischstab nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicken (d) benachbarter Spiegelelemente (1, 2, 3, 4, 5, 6) gleich sind und den Längen (l) der Einfräsungen (7) entsprechen.
5. Lichtmischstab nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicken (d) benachbarter Spiegelelemente (1, 2, 3, 4, 5, 6) gleich aber ungleich der Längen (l) der Einfräsungen (7) sind.
6. Lichtmischstab nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelelemente (1, 2, 3, 4, 5, 6) über einen Schrumpfschlauch kraftschlüssig miteinander verbunden sind.
7. Lichtmischstab nach den Ansprüchen 1 bis 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Zwecke der Verbindung der Spiegelelemente (1, 2, 3, 4, 5, 6) Einfräsungen (7) vorgesehen sind, deren Längen (l) ungleich den Dicken (d) benachbarter Spiegelelemente (1, 2, 3, 4, 5, 6) sind, wobei in den sich ausbildenden Falzen benachbarter Spiegelelemente (1, 2, 3, 4, 5, 6) eine Klebsubstanz eingebracht ist.