DE2936463C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bewegen eines Endes einer Lichtleitfaser nach dem Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1.

Eine Vorrichtung der genannten Art ist aus der DE-AS 11 89 755 bekannt. Bei dieser Vorrichtung ist der das Ende aufweisende und ständig gekrümmte Endabschnitt der Lichtleitfaser an dem auslenkbaren Schenkel angelegt, der so ausgelenkt wird, daß sich die Achse des Endabschnitts am Ende der Faser in einer ge­ krümmten Fläche bewegt.

Aus der DE-AS 24 13 071 ist eine Vorrichtung der genannten Art bekannt, bei welcher der Endabschnitt der Lichtleitfaser un­ mittelbar auf dem als verbiegbarer Streifen ausgebildeten, aus­ lenkbaren Schenkel befestigt ist. Beim Betrieb dieser Vorrich­ tung wird der Endabschnitt ständig mit dem Streifen mitge­ krümmt und das Ende der Faser ändert dabei seine Richtung. Der Endabschnitt bewegt sich aber in einer die Achse dieses Ab­ schnitts enthaltenden Ebene.

Aus der US-PS 35 88 514 ist eine Vorrichtung zum Bewegen eines Endes einer Lichtleitfaser bekannt, bei der das Ende an einem umlaufenden Endlosband befestigt ist. Die Achse des das Ende enthaltenden Endabschnitts der Faser kann sich abschnittsweise in einer Ebene bewegen, ändert aber seine Richtung.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfach und billig herstell­ bare Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, bei wel­ cher die Achse des das eine Ende enthaltenden Endabschnitts der Lichtleitfaser in einer Ebene bewegbar ist, bei dieser Bewegung der Endabschnitt seine Richtung beibehalten kann und dabei nicht gekrümmt werden muß.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Wegen der äußerst geringen Masse des bewegten Endabschnitts des Lichtwellenleiters sind bei einer derartigen Vorrichtung bei­ spielsweise hohe Bewegungsfrequenzen erreichbar. Die Vorrich­ tung läßt sich auch bequem handhaben und einjustieren. Sie weist ein breites Einsatzspektrum auf. Der Lichtstrahlengang, in dem die Vorrichtung angeordnet wird, kann von minderer Qualität sein, weil der Lichtwellenleiter in gewisser Weise als Modenblende wirkt.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung ist so ausgebildet, wie es im Anspruch 9 angegeben ist. Da in einem Einmode-Lichtwellenleiter im wesent­ lichen nur eine Wellenform, d.h. nur ein Modus, ausbreitungs­ fähig ist, tritt über die Austrittsfläche auch nur ein Modus aus, und wird von dort ausgesandt. Dieses ausgesandte Licht ist ein Strahlenbüschel, dessen Strahlen tatsächlich von einem einzigen Lichtpunkt herzukommen scheinen und welches damit als ideales Strahlenbüschel bezeichnet werden kann. Die hier in Rede stehende Ausführungsform weist damit die Eigenschaften einer idealen Punktlichtquelle auf.

Als Fasern werden zweckmäßigerweise Kern-Mantel-Glasfasern verwendet. Sie sind elastisch und weisen eine hohe Wechsel­ biegefestigkeit auf, insbesondere wenn sie aus Quarzglas bestehen. Die Monomode-Eigenschaften werden bei solchen Glasfasern im wesentlichen dadurch erreicht, daß der Kern­ durchmesser sehr klein, beispielsweise nur einige µm, gewählt wird.

Allerdings werden bei solchen Kern-Mantel-Glasfasern auch Mantelmoden geführt, die aber nach einer gewissen Strecke ab­ klingen. Solche Mantelmoden verschlechtern die Qualität des Strahlenbüschels, wenn sie bis zur Austrittsfläche gelangen und bei dieser austreten. Eine vorteilhafte Ausführungsform, bei der eine solche Verschlechterung des Strahlenbüschels nicht auftreten kann, geht aus Anspruch 10 hervor.

Eine andere Ausführungsform, bei welcher die Mantelmoden die Qualität des austretenden Strahlenbüschels nicht verschlech­ tern können, geht aus dem Anspruch 11 hervor. Insbesondere können die Merkmale des Anspruchs 10 und des Anspruchs 11 miteinander kombiniert werden.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung geht aus Anspruch 12 hervor. Mit der dort genannten Austrittsoptik können beispielsweise ein anderer Divergenzwinkel des austre­ tenden Strahlenbüschels, ein konvergierendes Strahlenbüschel oder ein Parallelstrahlenbündel erzeugt werden. In der Regel genügt es, wenn die Austrittsoptik eine positive Brennweite aufweist. Nur wenn der Divergenzwinkel des austretenden Strah­ lenbüschels vergrößert werden soll, muß eine Auskoppeloptik mit negativer Brennweite verwendet werden.

Eine bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsform einer solchen Vorrichtung mit Austrittsoptik geht aus Anspruch 13 hervor. Hier kann die Austrittsoptik eine herkömmliche Linse oder ein herkömmliches Objektiv sein, die bzw. das stationär angeordnet ist.

Eine andere bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsform einer Vorrichtung mit Austrittsoptik ist in Anspruch 14 angegeben. Einer Gradientenlinse lassen sich wie einer herkömmlichen Linse die Gauß′schen Bestimmungstücke, nämlich Hauptebenen, Brennweiten und -ebenen und optische Achse zuordnen. Eine Gradientenlinse kann so bemessen werden, daß eine ihrer Brennebenen im Bereich der Linse liegt. Dadurch können auch durch eine aufgesetzte Linse konvergente Strahlenbüschel oder Parallelstrahlenbündel erzeugt werden. Dies ist bei herkömm­ lichen Linsen in der Regel nicht der Fall.

Zweckmäßigerweise ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung so ausgebildet, wie es in Anspruch 15 angegeben ist. Mit dieser Vorrichtung kann die in dem auftreffenden Lichtstrahlengang zugeführte Lichtleistung besser ausgenutzt werden.

Eine besonders zweckmäßige und einfach aufgebaute Ausführungs­ form einer Vorrichtung, welche eine Hin- und Herbewegung in einer Richtung und unabhängig davon in einer anderen Richtung erlaubt, ist so ausgebildet, wie es in Anspruch 2 angegeben ist. Sie ist bevorzugt so ausgebildet, wie es in Anspruch 3 angegeben ist.

Bei einer Vorrichtung ist der auslenkbare Schenkel zweckmäßi­ gerweise so ausgebildet, wie es in Anspruch 4 angegeben ist.

Ein derartiger verbiegbarer Streifen kann zugleich als Antrieb für die Vorrichtung benutzt werden, wenn er so ausgebildet ist, wie es in einem der Ansprüche 5 bis 7 angegeben ist. Die Ausführungsformen nach Anspruch 5 und 6 werden bevorzugt dann verwendet, wenn eine Schwingbewegung erforderlich ist. Sie werden dann auch zweckmäßigerweise in Resonanz betrieben. Die Ausführungsform nach Anspruch 7 kann verwendet werden, wenn eine relativ langsame, gesteuerte Bewegung erforderlich ist.

Die Ausführungsformen nach Anspruch 5 und 6 können ebenfalls für relativ langsame, gesteuerte Bewegungen eingesetzt werden. Erforderlichenfalls sind sie dazu ausreichend zu dämpfen, bei­ spielsweise dadurch, daß sie in einer geeigneten Flüssigkeit betrieben werden.

Die Erfindung wird anhand der Figuren in der nun folgenden Beschreibung näher erläutert. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer ersten Vorrichtung,

Fig. 2 einen waagerechten Schnitt durch die erste Vorrichtung nach Fig. 1 längs der Achse A′,

Fig. 3 eine Seitenansicht einer anderen Vorrichtung,

Fig. 4 einen waagerechten Schnitt durch die andere Vorrichtung nach Fig. 3 längs der koaxialen Achsen A und A′, und

Fig. 5 ein Faserende mit einer angebrachten Gradientenfaser.

In den Fig. 1 und 2 ist eine erste Ausführungsform der Vorrichtung dargestellt. Zwei parallele, verbiegbare Streifen 54 und 54′ sind einseitig in einer Halterung 56 eingespannt. An die freien Enden der beiden Streifen 54 und 54′ ist ein Verbin­ dungsglied 57 angelenkt, in welchem der Endabschnitt 30 des Lichtwellenleiters 3 befestigt ist. Die beiden Streifen 54 und 54′ sind so nebeneinander angeordnet, daß ihre breiten Flächen parallel zueinander sind. Zum Antrieb der Vorrichtung nach den Fig. 5 und 6 reicht es aus, wenn einer der beiden Streifen angetrieben wird. Dazu können alle vorher beschriebenen An­ triebsmöglichkeiten verwendet werden. In der Fig. 6 ist der Streifen 54 beispielsweise ein Bimorphstreifen, dessen beide Schichten mit Kontakten 541 und 542 versehen sind. Zweckmäßi­ gerweise sind beide Streifen 54 und 54′ von der gleichen Art.

In den Fig. 3 und 4 ist eine andere Ausführungsform der Vorrichtung dargestellt, die eine kardanische Aufhängung für den Endabschnitt 30 des Lichtwellenleiters 3 bildet. Sie er­ möglicht eine Bewegung des Endabschnitts 30 unabhängig in zwei Richtungen. Die Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 weist neben einer Führungsvorrichtung 15 eine weitere Führungsvor­ richtung 15′ auf, die als Parallelogrammführung ausgebildet ist. Als Führungsvorrichtung 15 ist beispielsweise die Ausfüh­ rungsform nach den Fig. 1 und 2 verwendet. Die weitere Füh­ rungsvorrichtung 15′ weist eine Halterung 59 auf, in die zwei verbiegbare Streifen 58 und 58′ einseitig so eingespannt sind, daß ihre breiten Flächen parallel zueinander sind. An die freien Enden dieser Streifen 58 und 58′ ist als ein Verbin­ dungsglied die Halterung 56 der Führungsvorrichtung 15 nach den Fig. 1 und 2 angelenkt, und zwar so, daß die Richtungen des Doppelpfeils 50, der die Richtungen angibt, in welchen die Streifen 54 und 54′ auslenkbar sind, senkrecht auf dem Doppel­ pfeil 50′ steht, der die Richtungen angibt, in welchen die Streifen 58 und 58′ auslenkbar sind.

In der Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 sind die Streifen 54 und 54′ mit dem Verbindungsglied 57 und dem Endab­ schnitt 30 des Lichtwellenleiters 3 zwischen den Streifen 58 und 58′ angeordnet. Das freie Ende der Streifen 54 und 54′ und das andere Ende 32 des Lichtwellenleiters 3 ist der Halterung 59 zugewandt. In dieser Halterung 59 ist eine zentrale Öffnung vorgesehen, in welcher die Austrittslinse 4 angeordnet ist. Zum Antrieb der weiteren Führungsvorrichtung 15′ genügt es wieder, wenn nur einer der beiden Streifen 58 oder 58′ angetrieben wird. Alle bisher beschriebenen Antriebsarten sind möglich. Zweckmäßigerweise sind die Streifen 58 und 58′ beide von der gleichen Art. Auch diese Ausführungsform läßt sich gedämpft oder ungedämpft betreiben.

Bei allen beschriebenen Vorrichtungen kann eine aufgesetzte Gradientenlinse 4′ (Fig. 5) anstelle der Linse 4 verwendet werden. Eine Gradientenlinse 4′ und eine herkömmliche Linse 4 können auch in Kombination verwendet werden.

Claims (15)

1. Vorrichtung zum Bewegen eines Endes einer Lichtleit­ faser, mit einem an einem Befestigungselement angebrach­ ten, in einer Richtung auslenkbaren Schenkel, mit dem die Lichtleitfaser verbunden ist, gekennzeich­ net durch einen an dem Befestigungselement (56) angebrachten, in der einen Richtung auslenkbaren zweiten Schenkel (54′ oder 54) und durch ein Verbindungsglied (57), an das die voneinander beabstan­ deten freien Enden der beiden Schenkel (54, 54′) ange­ lenkt sind, und an dem die Lichtleitfaser (30) befestigt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeich­ net durch eine Einrichtung (15′, 15′′) zum Bewegen des Befestigungselements (56) in einer zugeordneten Richtung.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Einrichtung (15′, 15′′) zum Bewegen des Befestigungselements (56) zwei an einem weiteren Befestigungselement (9) angebrachte, in der zugeordneten Richtung auslenkbare Schenkel (58, 58′) aufweist, deren freie Enden an dem einen Befestigungs­ element (56) angelenkt sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein auslenkbarer Schenkel (54, 54′, 58, 58′) aus einem ein­ seitig eingespannten, verbiegbaren Streifen besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der verbiegbare Streifen aus einer Feder (52) aus magnetischem oder magnetisier­ barem Material besteht, die einen Anker für einen Elektromagneten (51, 512) bildet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der verbiegbare Streifen aus einem einseitig eingespannten Bimorphstreifen besteht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Bimorphstreifen aus einem piezoelektrischen Bimorphstreifen besteht, an den eine Spannungsdifferenz anlegbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Bimorphstreifen aus einem heizbaren Bimetallstreifen besteht.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser (30) eine Monomode-Lichtleitfaser ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Lichtleitfaser (30) so groß gewählt ist, daß Mantelmoden abgeklungen sind, bevor sie das zu bewegen­ de Ende der Lichtleitfaser erreichen.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Modenabstreifer vorgesehen ist, der Mantelmoden abstreift, bevor sie das zu bewegende Ende der Licht­ leitfaser erreichen.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang (34) von aus dem Ende (32) der Lichtleit­ faser (30) ausgekoppelten Lichts eine Lichtaustritts­ optik (4, 4′) angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Lichtaustrittsoptik (4) mit einer Linse gebildet ist, die im Abstand von dem Ende (32) der Lichtleitfaser (30) angeordnet ist und relativ zu der dieses Ende (32) quer zu deren optischen Achse (A′) bewegbar ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Lichtaustrittsoptik mit einer Gradientenlinse (4′) gebildet ist, die auf das Ende der Lichtleitfaser (30) aufgesetzt und fest mit ihr verbunden ist, so daß sie sich mit dem bewegten Ende (32) mitbewegt.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichteintrittsoptik (2) vorgesehen ist, mit welcher Licht auf das andere Ende der Lichtleitfaser (30) fokussierbar ist.