DE19835149A1

DE19835149A1 - Light coupling device between angularly offset optical fibres e.g. for medical instrument, uses parabolic mirror providing simultaneous light deflection and focussing

Info

Publication number: DE19835149A1
Application number: DE1998135149
Authority: DE
Inventors: Gerd Laschinski
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-08-04
Filing date: 1998-08-04
Publication date: 2000-02-17

Abstract

The light coupling device uses a parabolic mirror (Sp) for deflecting light received from the output face of one optical fibre (L1) onto the light input face of a second optical fibre (L2), with simultaneous focussing of the deflected light. The first optical fibre is positioned adjacent the focus of the parabolic mirror, the second optical fibre aligned with the mirror symmetry axis at a distance determined by the deflection angle and the focal width of the mirror.

Description

Zum Transport von Licht können Lichtleiter eingesetzt werden. Diese können das Licht über zum Teil sehr lange Strecken mit geringen Verlusten leiten. Die Lichtleiter sind flexibel, so daß diese gebogen werden können und das Licht auf nicht geraden Strecken transportiert wer den kann. Die Flexibilität der Lichtleiter ist jedoch begrenzt, Krümmungsradien von wenigen Zentimetern sind meistens nicht möglich. Bei starker Biegung kann der Lichtleiter brechen bzw. knicken oder es ist keine Lichtleitung aufgrund einer Überschreitung der numerischen Apertur möglich.Light guides can be used to transport light. These can over the light sometimes manage very long distances with low losses. The light guides are flexible, so that these can be bent and that the light is transported on non-straight lines that can. The flexibility of the light guide is limited, however, radii of curvature of a few Centimeters are usually not possible. With a strong bend, the light guide can break or kink or there is no light guide due to exceeding the numerical Aperture possible.

Ist eine Umlenkung des Lichtes auf geringem Raum gewünscht (z. B. bei medizinischen An wendungen), so sind zwei Lichtleiter erforderlich. Das aus dem Auskoppel-Lichtleiter aus tretende Licht muß umgelenkt und in den Einkoppel-Lichtleiter eingekoppelt werden. Da das Licht divergent aus dem Auskoppel-Lichtleiter austritt, ist eine abbildende Optik erforderlich. Eine Vorrichtung zur Umlenkung und Einkopplung läßt sich z. B. mit einer Linse und einem Planspiegel realisieren. Jedoch ist eine genaue Justage der optischen Elemente erforderlich und ein Teil des Lichtes geht bei dem Durchgang durch die Linse und bei der Reflektion an dem Spiegel verloren.If the light is to be deflected in a small space (e.g. for medical applications turns), two light guides are required. That from the decoupling light guide Stepping light must be redirected and coupled into the coupling light guide. Since that Imaging optics are required if light emerges divergent from the coupling-out light guide. A device for deflection and coupling can, for. B. with a lens and a Realize the plan mirror. However, an exact adjustment of the optical elements is required and part of the light comes on as it passes through the lens and upon reflection lost the mirror.

Der im Patentanspruch angegeben Erfindung liegt das Problem zugrunde, die bei der Umlen kung und Einkopplung entstehenden optischen Verlusten zu vermindern sowie die Justage der optischen Elemente zu vereinfachen.The invention specified in the claim is based on the problem with the deflection coupling and coupling to reduce optical losses and to adjust the simplify optical elements.

Diese Probleme werden durch die im Patentanspruch aufgeführten Merkmale gelöst.These problems are solved by the features listed in the claim.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß nur ein parabolisch geformter Spiegel zur Umlenkung und gleichzeitigen Abbildung benötigt wird, und somit die optischen Verluste bei der Reflektion gering sind. Ein weitere Vorteil ist dadurch gegeben, daß sich das Ende des Einkoppel-Lichtleiters im Fokus des parabolischen Spiegels befindet. Das aus dem Auskoppel-Lichtleiter austretende Licht wird auf den Fokus oder in die Nähe des Fokus reflektiert, selbst wenn der Auskoppel-Lichtleiter aus der optimalen Position ge bracht wird. Somit ist eine genaue Justage des Auskoppel-Lichtleiters nicht erforderlich.The advantages achieved with the invention are, in particular, that only one is parabolic shaped mirror is needed for deflection and simultaneous imaging, and thus the optical losses in the reflection are low. Another advantage is that the end of the coupling light guide is in the focus of the parabolic mirror. The light emerging from the coupling-out light guide is focused or in the vicinity of the focus reflects, even if the decoupling light guide from the optimal position is brought. An exact adjustment of the outcoupling light guide is therefore not necessary.

Ein Ausführungsbeispiel ist in Zeichnung 1 dargestellt. Das Licht tritt aus dem Lichtleiter L1 aus, wird von dem Parabolspiegel Sp reflektiert und tritt in den um 90° versetzten Lichtleiter L2 ein. Das Ende des Lichtleiters L2 befindet sich im Fokus F des Spiegels Sp. Der Lichtleiter L1 befindet sich außerhalb, aber parallel zur Symmetrieachse z des Spiegels. Der Lichtleiter L1 ist so positioniert, daß der Lichtstrahl s, der den Lichtleiter L1 mittig verläßt, auf die Stelle des Spiegels Sp auftritt, an der der Spiegel eine Steigung von 45° aufweist. Der Lichtstrahl wird um 90° reflektiert und trifft auf den im Fokus F plazierten Lichtleiter L2. Alle Licht strahlen, die den Lichtleiter L1 parallel zur Symmetrieachse z verlassen, werden auf den Fo kus F abgebildet. Alle Lichtstrahlen s', die den Lichtleiter L1 divergent verlassen, werden in einem fast kreisrunden Gebiet um den Fokus F abgebildet. Wie in Zeichnung 1 zu erkennen ist, besteht der Spiegel Sp nur aus einer Parabolspiegel-Hälfte. Der parabolisch geformte Spiegel wurde entlang der Symmetrieachse geteilt. Das aus dem Auskoppel-Lichtleiter aus tretende Licht, welches wieder in den Einkoppel-Lichtleiter eingekoppelt wird, trifft nur eine Hälfte des Spiegels. Da zur Reflektion die andere Spiegelhälfte nicht benötigt wird, kann die se Hälfte weggelassen werden. An embodiment is shown in drawing 1. The light emerges from the light guide L1 off, is reflected by the parabolic mirror Sp and enters the light guide offset by 90 ° L2 on. The end of the light guide L2 is in focus F of the mirror Sp. The light guide L1 is outside, but parallel to the axis of symmetry z of the mirror. The light guide L1 is positioned so that the light beam s, which leaves the light guide L1 in the center, onto the spot of the mirror Sp occurs at which the mirror has a slope of 45 °. The beam of light is reflected by 90 ° and strikes the light guide L2 placed in focus F. All light rays that leave the light guide L1 parallel to the axis of symmetry z are directed onto the Fo kus F shown. All light rays s' that leave the light guide L1 divergent are in an almost circular area around the focus F. As can be seen in drawing 1 the mirror Sp consists of only one parabolic mirror half. The parabolically shaped one Mirror was split along the axis of symmetry. That from the decoupling light guide entering light, which is coupled back into the coupling light guide, hits only one Half of the mirror. Since the other half of the mirror is not required for reflection, the se half can be omitted.

Der in Zeichnung 1 dargestellte Lichtleiter L1 kann z. B. das Licht eines medizinischen Lasers leiten. Der Lichtleiter L2 kann als sehr kurzer, starrer Lichtleiter ausgeführt sein. Bei den in der Medizin eingesetzten Lichtleitern beträgt der Durchmesser weniger als 1 mm, die typi schen Abmessungen des Spiegels liegen bei 3-5 mm. Somit kann der in Zeichnung 1 darge stellte Aufbau z. B. dazu verwendet werden, Zähne, Gewebe oder Knochen in Mund-, Nase oder Bauchhöhle mit Laserlicht zu behandeln, welche mit einem geraden Lichtleiter nicht zugänglich sind.The light guide L1 shown in drawing 1 can, for. B. the light of a medical laser conduct. The light guide L2 can be designed as a very short, rigid light guide. In the The light guides used in medicine have a diameter of less than 1 mm, the typical The dimensions of the mirror are 3-5 mm. Thus, the Darge in drawing 1 put construction z. B. used to teeth, tissues or bones in the mouth, nose or treat the abdominal cavity with laser light, which cannot be done with a straight light guide are accessible.

In Zeichnung 2 ist dargestellt, wie die Lichtleiter L1 und L2 zu positionieren sind, um eine Umlenkung des Lichtes um einen Winkel α zu realisieren. Wird ein Spiegel der Brennweite f verwendet, so berechnet sich die Form des parabolischen Spiegels zu
In drawing 2 it is shown how the light guides L1 and L2 are to be positioned in order to deflect the light by an angle α. If a mirror of focal length f is used, the shape of the parabolic mirror is calculated

Der Spiegel ist rotationssymmetrisch um die Symmetrieachse z angeordnet, wobei r den Ab stand von der Symmetrieachse zur Spiegelfläche angibt. Da bereits in Zeichnung 1 erläutert wurde, daß die vom Lichtleiter L1 ausgehenden Strahlen eine Hälfte des Spiegels nicht tref fen, kann auf diese Spiegelhälfte verzichtet werden. Diese Spiegelhälfte ist in Zeichnung 2 gepunktet dargestellt.The mirror is arranged rotationally symmetrically around the axis of symmetry z, where r is the Ab stood from the axis of symmetry to the mirror surface. Since already explained in drawing 1 was that the rays coming from the light guide L1 did not hit half of the mirror fen, this half of the mirror can be dispensed with. This mirror half is in drawing 2 shown with dots.

Das Ende des Lichtleiters L2 wird im Fokus F des parabolischen Spiegels Sp positioniert. Die Achse des Lichtleiters L2 schließt mit der Symmetrieachse z des Spiegels Sp einen Winkel α ein. Der Lichtleiter L1 ist im Abstand d parallel zur Symmetrieachse z zu positionieren, daß der Lichtstrahl s, der den Lichtleiter L1 mittig verläßt, nach der Reflektion an dem Spiegel Sp die Symmetrieachse z unter dem Winkel α passiert und den Lichtleiter L2 mittig trifft.The end of the light guide L2 is positioned in the focus F of the parabolic mirror Sp. The The axis of the light guide L2 closes an angle α with the axis of symmetry z of the mirror Sp on. The light guide L1 is to be positioned parallel to the axis of symmetry z at a distance d that the light beam s, which leaves the light guide L1 in the center, after reflection on the mirror Sp passes the axis of symmetry z at the angle α and hits the light guide L2 in the center.

Die Brennweite f des Parabolspiegels muß in Abhängigkeit von den Durchmessern der Licht leiter sowie in Abhängigkeit von dem Divergenzwinkel, unter dem das Licht den Lichtleiter L1 verläßt, gewählt werden. Ebenso muß der Abstand p des Lichtleiters L1 von dem Spiegel Sp an den Divergenzwinkel des Lichtes angepaßt werden.The focal length f of the parabolic mirror must depend on the diameter of the light conductor as well as depending on the divergence angle at which the light guides the light guide L1 leaves to be chosen. Likewise, the distance p of the light guide L1 from the mirror Sp to be adjusted to the divergence angle of the light.

Sollten die auftretenden Energiedichten so hoch sein, daß es zu einer Beschädigung der Ein koppelseite des Lichtleiters L2 kommt, so kann das Ende des Lichtleiters L2 etwas außerhalb des Fokus F plaziert werden. Die Energiedichte nimmt ab, jedoch vergrößert sich der Bereich, auf den das Licht am Lichtleiterende trifft.The energy densities that occur should be so high that they damage the unit comes on the coupling side of the light guide L2, the end of the light guide L2 can be slightly outside of focus F can be placed. The energy density decreases, but the area increases, that the light hits at the end of the light guide.

Claims

Device for deflecting and coupling the light emerging from a light guide (coupling-out light guide) into another light guide (coupling-in light guide), characterized in that a parabolically shaped mirror is used for deflecting and simultaneously focusing the light. The end of the coupling-in light guide is arranged in the focus or in the vicinity of the focus of the mirror. The coupling-in light guide is arranged at the deflection angle with respect to the axis of symmetry of the mirror. The coupling-out light guide is arranged parallel to the axis of symmetry of the mirror. The distance between the coupling-out light guide and the axis of symmetry of the mirror is determined by the deflection angle and by the focal length of the parabolically shaped mirror. Due to the reversibility of the light path, the position of the coupling-out and coupling-in light guides can be reversed.