DE69635546T2

DE69635546T2 - Optischer koppler

Info

Publication number: DE69635546T2
Application number: DE69635546T
Authority: DE
Inventors: F. John FORKNER; P. Andrew RISER; F. Ronald RYKOWSKI; S. Stephen WILSON
Original assignee: Remote Source Lighting International Inc
Current assignee: Remote Source Lighting International Inc
Priority date: 1995-01-17
Filing date: 1996-01-16
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2016-01-17
Also published as: JP2001188152A; BR9607181A; EP0804748A1; TW370630B; CA2210699A1; AU711855B2; MX9705372A; AU4751096A; JPH09507927A; DE69635546D1; US5751870A; US5559911A; WO1996022555A1; EP0804748B1; ATE312365T1

Description

Lichtleiter mit großem Durchmesser, oft als „flexible Lichtrohre" bezeichnet, sind in der Technik gut bekannt und besitzen im Allgemeinen eine einzelne Vollkernfaser, die von einer Ummantelungsschicht und einer Hüll- oder Schutzschicht umgeben ist. Der Kern ist derjenige Teil eines Lichtrohrs, der Licht überträgt, und hat im Allgemeinen einen Durchmesser von etwa 2 bis 12 mm. Er wird durch ein sehr weiches, halbflüssiges Kunststoffmaterial gebildet, zum Beispiel OPTIFLEX^®, das von der Rohm & Haas Corporation in Philadelphia, Pennsylvania, hergestellt wird. Die Ummantelungsschicht besteht im Allgemeinen aus Polytetrafluorethylen (PTFE oder TEFLON^®) oder einem ähnlichen Material, während die äußere Hülle aus einem Material wie etwa Polyvinylchlorid (PVC) hergestellt ist. Anders als optische Fasern mit kleinem Durchmesser, die meist für die Informationsübertragung in relativ komplexen Steuersystemen eingesetzt werden, finden diese „Lichtrohre" mit größerem Durchmesser im Allgemeinen Anwendung in einer Vielzahl unterschiedlicher Beleuchtungssysteme, in denen die direkte Beleuchtung schwer zu warten, gefährlich oder dem Vandalismus ausgesetzt ist. Als Beispiel ist die Beleuchtung von Bauten, Ausstellungsvitrinen, Schwimmbecken und Heilbädern (um elektrische Verbindungen nahe dem Wasser zu vermeiden), Zonen mit gefährlichen Substanzen (um nicht auf verschlossene Beleuchtung zurückgreifen zu müssen) oder Gefängniszellen zu nennen. Sie sind besonders deshalb vorteilhaft, weil nur ein einziges zentrales Beleuchtungssystem und nicht eine Vielzahl einzelner Lichtquellen gewartet werden muss.
Bei der Ausführung von Lichtrohrbeleuchtungssystemen nach der bisherigen Bauweise treten jedoch Probleme auf, denn es ist schwierig, eine Vielheit von Lichtrohren von einer einzigen Beleuchtungsquelle aus zu beleuchten. Um einen maximalen Wirkungsgrad zu erreichen, müssen die optischen Fasern so eng wie möglich gebündelt werden, um ein maximales Verhältnis von Kernfläche (dem Teil jedes Lichtrohrs, der tatsächlich Licht überträgt) zur Gesamtfläche zu gewährleisten. Die effiziente Bündelung von Lichtrohren mit großem Durchmesser mit dem Ziel, sie von einer einzigen Beleuchtungsquelle aus zu beleuchten, lässt sich jedoch nur schwer erreichen. Jedes einzelne Lichtrohr ist rund, und somit weisen sie wegen der Ummantelungs- und der Schutzschicht untereinander einen großen Zwischenraum auf. Dieses Problem ist in 1 dargestellt, die die bisherige Bauweise illustriert und in der ein Bündel 2 aus optischen Fasern oder Lichtrohren 4 mit großem Durchmesser zu sehen ist. Jede optische Faser 4 besitzt einen Kern 6, eine Ummantelungsschicht 7 und eine Schutzschicht oder Hülle 8, wie oben beschrieben. Um einen maximalen Wirkungsgrad zu erreichen, ist es wünschenswert, nur den Kern 6 jedes einzelnen Bündels aus optischen Fasern 4 zu beleuchten, jedoch ist dies mit den bisherigen Bündelungsverfahren nicht möglich. Wenn das Licht aus der Beleuchtungsquelle über die Anordnung der optischen Fasern verteilt wird, beleuchtet es zwangsläufig nicht nur die Kerne 6 der optischen Fasern 4, sondern auch die Ummantelungsschichten 7 und die Schutzschichten 8. Außerdem werden die Hohlräume 9 zwischen den optischen Fasern, die wegen der runden Form der Fasern unvermeidlich sind, ebenfalls mit dem Licht aus der Beleuchtungsquelle beaufschlagt. Das gesamte Licht, das auf ein anderes Element als den Kern 6 fällt, wird verschwendet und führt zu einem Wirkungsgradverlust, da es von den Fasern nicht übertragen wird. Zudem führt das so dichte Zusammenpacken der Fasern zu Problemen wie etwa mechanischen Schwierigkeiten beim Konfigurieren und Unterbringen des Beleuchtungssystems und zu Schwierigkeiten beim Versuch, eine der einzelnen gebündelten Fasern auszutauschen. Diese Konstruktion führt im Allgemeinen auch zu Farbschwankungen zwischen den Fasern, wenn nicht Verfahren angewandt werden, um genau dieses Problem zu verhindern.
Bisher bestand eine Lösung dieses Problems darin, die Hüll- und die Schutzschicht um jede optische Faser zu entfernen, um die Fläche quer durch die Bündelanordnung der Fasern, die kein Licht überträgt, zu reduzieren. Allerdings bleibt noch immer ein Problem mit dem Packfaktor, denn die optischen Fasern sind rund, und es gibt weitere physikalische Nachteile beim Entfernen jener Schichten. Somit ist diese Lösung für die meisten Anwendungen nicht zufriedenstellend.
Benötigt wird deshalb ein Beleuchtungssystem, das nur den Kern jedes Lichtrohrs präziser beleuchtet, um durch Verhindern von Lichtverlusten einen maximalen Wirkungsgrad zu erreichen. Ein solches System würde auch vorzugsweise den Einsatz von im Abstand angeordneten anstatt von gebündelten optischen Fasern erlauben. Das liegt daran, dass das gesamte Bild des Bogens der Lampe von jeder einzelnen Faser und nicht insgesamt auf einem Faserbündel empfangen wird, sodass jede Faser einen anderen Teil des Bogens empfängt. Eine Anordnung der Fasern im Abstand würde zu maximaler Flexibilität und Anpassungsfähigkeit des Beleuchtungssystems in Bezug auf die Anwendung in unterschiedlichen Umgebungen beitragen.
Das deutsche Patent Nr. 2454996 legt ein optisches Fasersammelrohr zum Koppeln von Licht aus einer Beleuchtungsquelle an eine Vielheit von im Abstand angeordneten optischen Ausgangsfasern offen. Das Sammelrohr hat die Form einer Linse zum separaten Konvergieren von Licht auf den Kern jeder einzelnen optischen Faser.
Das US-Patent Nr. 5,089,055 legt ein ähnliches System offen, jedoch eines, in dem das optische Fasersammelrohr die Form eines Reflektors aufweist, der als Licht übertragendes Element wirkt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein optisches Kopplungssystem einschließlich einer Beleuchtungsquelle, eines Kopplers und einer Vielheit von im Abstand angeordneten optischen Ausgangsfasern vorgesehen, von denen jede ein proximales Ende zum Empfangen von Licht und einen Kern zum Übertragen des empfangenen Lichts vom proximalen Ende zu einem distalen Ausgangsende besitzt, wobei der Koppler ein optisches Fasersammelrohr zum Koppeln von Licht aus der Beleuchtungsquelle an die Fasern aufweist, das Sammelrohr ein Licht konvergierendes Element zum separaten Konvergieren des Lichts auf den Kern jeder einzelnen optischen Faser aufweist, das aus dem Ausgangsende jeder einzelnen optischen Faser austretende Licht die Funktion hat, einen von der Beleuchtungsquelle fernen Raum zu beleuchten, das Element eine Vielheit von Segmenten aufweist, von denen jedes eine Oberfläche besitzt, die das Licht von der Beleuchtungsquelle aufnehmen kann und so angepasst wird, dass das Licht zum proximalen Ende einer entsprechenden der optischen Fasern übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass jedes einzelne Segment in angrenzender struktureller Beziehung zum proximalen Ende seiner entsprechenden optischen Fasern steht.
Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele beseitigen weitgehend die oben diskutierten Probleme und bieten weitere wichtige Vorteile. Mit den Ausführungsbeispielen wird nicht das gesamte Bündel aus optischen Fasern beleuchtet, sondern nur der Kern jeder Faser, welcher das einzige Element ist, das zur Übertragung von Licht fähig ist. Weil das gesamte Bild des Bogens der Lampe von jeder einzelnen Faser und nicht insgesamt auf einem Bündel von Fasern empfangen wird, sodass jede Faser einen anderen Teil des Bogens empfängt, werden Farbschwankungen zwischen den Fasern ausgeschaltet. Indem das Auftreffen von Licht auf weitere Elemente der optischen Fasern wie etwa die Schutz- oder die Ummantelungsschicht sowie auf die Hohlräume zwischen den Fasern verhindert wird, werden der Wirkungsgrad und die Lichtausbeute des Beleuchtungssystems deutlich erhöht.
Mit Hilfe der Ideen, die den Ausführungsbeispielen der Erfindung zugrunde liegen, ist es außerdem möglich, die optischen Fasern im Abstand anzuordnen anstatt sie zu bündeln. Wegen dieses Merkmals werden viele Vorteile verwirklicht. Auch viele mechanische Probleme werden mit im Abstand angeordneten Fasern vereinfacht. Beispielsweise ist es viel einfacher, einzelne Fasern zur Reparatur oder zum Austausch zu trennen und wieder anzuschließen.
Noch ein weiterer Vorteil ist, dass die beschriebenen Systeme die steuerbare Zuordnung unterschiedlicher Lichtmengen zu jeder Faser erlauben. Dieses Merkmal kann einen Ausgleich für variierende Lichtverluste in jeder optischen Faser durch Steuerung der relativen Menge des Lichts, das in jede einzelne Faser eintritt, herbeiführen, sodass das aus jeder einzelnen Faser austretende Licht eine im Wesentlichen einheitliche Intensität aufweist, es kann jedoch auch zu vielen weiterem Zwecken genutzt werden.
Genauer gesagt sieht das System ein optisches Fasersammelrohr zum Koppeln von Licht aus einer Beleuchtungsquelle an eine Vielheit von im Abstand angeordneten Ausgangsfasern vor, von denen jede einen Kern zum Übertragen von Licht von einem proximalen Ende der Faser zu einem distalen Ende der Faser besitzt. Das Sammelrohr weist ein Licht konvergierendes Element auf, das entweder eine Linse oder ein Reflektor sein kann, um Licht separat auf jede einzelne der im Abstand angeordneten optischen Fasern zu konvergieren. Das Licht konvergierende Element ist so präzise, dass im Wesentlichen das gesamte konvergente Licht von den entsprechenden Kernen jeder der im Abstand angeordneten Ausgangsfasern empfangen wird, wodurch der Lichtverlust weitestgehend reduziert wird.
Wichtig ist, dass die Beleuchtungsquelle eine Lampe oder alternativ eine optische Eingangsfaser aufweisen kann, die so angepasst wird, dass sie Licht von einer verursachenden Lichtquelle, zum Beispiel einer Lampe, übertragen kann. Im letzteren Fall wirkt das optische Fasersammelrohr als Verteiler zum Koppeln der optischen Eingangsfaser an die Vielheit der optischen Ausgangsfasern.
Ein optisches Fasersammelrohr ist zum Koppeln des Lichts aus einer Beleuchtungsquelle an eine Vielheit optischer Ausgangsfasern vorgesehen, von denen jede eine proximales Ende zum Empfangen des Lichts besitzt. Das Sammelrohr weist ein Licht konvergierendes Element auf, welches seinerseits entweder einen Reflektor oder eine Linse, mit einer Vielheit von Segmenten, besitzt. Jedes Segment hat einen diskreten Brennpunkt, und die Segmente werden so angepasst, dass sie das Licht aus der Beleuchtungsquelle auf ihre entsprechenden Brennpunkte konvergieren. Das proximale Ende jeder einzelnen optischen Faser befindet sich am Brennpunkt eines entsprechenden Segments des Licht konvergierenden Elements zum Empfangen des Lichts daraus.
In einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung besitzt das segmentierte, Licht konvergierende Element mindestens zwei Segmente, die sich beide auf derselben Seite des Licht konvergierenden Elements befinden. In anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung jedoch steht die Vielheit der Segmente in im Wesentlichen radial umgebender Beziehung zur Beleuchtungsquelle.
Ein weiteres wichtiges Merkmal der beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung ist die Fähigkeit, das zu jeder optischen Faser übertragene Licht zu variieren. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, ist, die Segmente des Licht konvergierenden Elements ungleichmäßig in ihrer Größe zu bemessen, wobei jedes Segment so bemessen wird, dass die gewünschte Lichtmenge auf sein entsprechendes Lichtrohr konvergiert wird. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das sich dem Licht konvergierenden Element nähernde Licht steuerbar zu dezentrieren. Andererseits können, wenn eine Variierung der Menge des Lichts, das zu jeder optischen Faser freigegeben wird, nicht gewünscht wird oder nicht nötig ist, alle Segmente der Licht konvergierenden Elemente im Wesentlichen gleich bemessen werden, und das Licht muss nicht dezentriert werden.
Es wird erkannt werden, dass die Segmente des Licht konvergierenden Elements in angrenzender struktureller Beziehung zu den proximalen Enden ihrer entsprechenden optischen Ausgangsfasern stehen können. Dieses Merkmal unterbindet die Verluste durch Fresnel-Reflektionen am Übergang von der Faser zur Luft und am Übergang vom konvergierenden Element zur Luft, verlangt jedoch, dass die Segmente des Licht konvergierenden Elements kurze interne Brennebenen aufweisen, sodass der Brennpunkt im Wesentlichen mit der Ausgangsebene des Segments zusammenfällt.
Wenn das Licht konvergierende Element eine Linse aufweist, wird in einem Ausführungsbeispiel bevorzugt, dass die Vielheit von Segmenten, welche die segmentierte Linse besitzt, umfangsbezogen um ein radiales Zentrum der Linse angeordnet wird. Alternativ kann die Linse eine radial zentrale Linse aufweisen, wobei die übrigen Linsensegmente umfangsbezogen um die zentrale Linse angeordnet sind.
Wenn das Licht konvergierende Element einen Reflektor aufweist, wird in einem Ausführungsbeispiel bevorzugt, dass der Reflektor ein Paar im Wesentlichen elliptischer, Rücken an Rücken ausgerichteter Reflektoren aufweist, wobei ein Anteil jedes Reflektors, der den Scheitel jenes Reflektor enthält, entfernt und die Beleuchtungsquelle an einem im Wesentlichen zentralen Punkt in Bezug auf das Paar der Reflektoren angeordnet wird. Jeder Reflektor besitzt dadurch eine Vielheit von Reflektorsegmenten, die jeweils so angepasst sind, dass sie das Licht aus der Beleuchtungsquelle separat auf den Kern einer einzelnen optischen Ausgangsfaser fokussieren. In einem weiteren diesbezüglichen Ausführungsbeispiel ist die Reflektoroberfläche des Sammelrohrs (d.h. die kombinierte reflektierende Oberfläche jedes der beiden Rücken an Rücken zueinander stehenden Reflektoren) im Wesentlichen kreissymmetrisch um die optische Achse davon angeordnet. Ein Paar Ausgangsfasern befindet sich auf gegenüberliegenden Seiten des optischen Fasersammelrohrs, und jede ist koaxial mit der jeweils anderen Ausgangsfaser und der Beleuchtungsquelle entlang der optischen Achse. Jeder einzelne Reflektor wird so angepasst, dass er Licht aus der Beleuchtungsquelle auf den Kern einer entsprechenden Ausgangsfaser fokussiert.
Optische Kopplungssysteme, welche die Erfindung verkörpern, werden nun beispielhaft unter Bezug auf die begleitenden schematischen Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 eine Querschnittansicht eines Bündels aus optischen Fasern mit großem Durchmesser in bisheriger Bauart, darstellend den Aufbau jeder Faser mit Hülle, Ummantelung und Kern;
2 eine schematische Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung, darstellend eine Linse mit mehreren Sektoren und eine Vielheit optischer Ausgangsfasern, wobei jede optische Ausgangsfaser in angrenzender Beziehung zu einem entsprechenden Linsensektor steht;
3 eine schematische Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung, darstellend einen Verteiler zum Koppeln des Lichts aus einer ersten optischen Faser an eine Vielheit abzweigender optischer Ausgangsfasern unter Verwendung einer Linse mit mehreren Sektoren;
4 eine Querschnittansicht entlang der Linien 6-6 der in 3 dargestellten Linse mit mehreren Sektoren;
5 eine schematische Draufsicht eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung, darstellend einen Verteiler zum Koppeln des Lichts aus einer ersten optischen Faser an eine Vielheit abzweigender optischer Ausgangsfasern unter Verwendung eines Reflektors mit mehreren Sektoren;
6 eine Querschnittansicht der in 2 dargestellten Linse mit mehreren Sektoren;
7 eine schematische Seitenansicht eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung, darstellend einen Verteiler unter Verwendung einer Linse mit mehreren Sektoren; und
8 eine Querschnittansicht entlang der Linien 12-12 der 7.
Die 2 und 6 stellen ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Licht aus einer Lichtquelle (nicht gezeigt) wird in parallelen Strahlen auf eine segmentierte Linse 20a gelenkt. Die segmentierte Linse 20a besitzt eine Anordnung äußerer Segmente 24a sowie eine zentrale Linse 26. Jedes Linsensegment 24a, ebenso wie die zentrale Linse 26, entspricht einer optischen Ausgangsfaser 22a. Der Einsatz einer zentralen Linse ist manchmal insofern vorteilhaft, als die äußeren Segmentlinsen demzufolge einen kleineren Durchmesser haben, wodurch es möglich ist, an kleinere Ausgangsfasern 22a zu koppeln.
Die Linse 20a weist asymmetrische äußere Linsensegmente 24a auf. Diese asymmetrische Verteilung verschafft eine zusätzliche vorteilhafte Möglichkeit, die Intensität des zu jeder Ausgangsfaser 22a übertragenen Lichts steuerbar zu variieren. Jedes Linsensegment 24a liegt einem anderen Winkel und damit unterschiedlichen Flächen des auftreffenden Lichts gegenüber und liefert demzufolge der ihm entsprechenden Ausgangsfaser eine seiner Größe entsprechende Lichtmenge. Somit erlaubt die in 6 dargestellte asymmetrische Verteilung der Linsensegmente die Steuerung der Intensität des Lichts zu jeder einzelnen Ausgangsfaser, ohne den kollimierten Strahl zu dezentrieren, indem sie stattdessen die für jede einzelne Ausgangsfaser benötigte Linsensegmentgröße relativ zu den für die anderen Ausgangsfasern benötigten Größen festlegt und jedes Linsensegment entsprechend bemisst.
Die Linse 20a wird so angepasst, dass sie direkt an die äußeren Fasern 22a an einer Verbindung Linse/optische Faser 28 (2) angrenzt. Dies ist insofern ein wichtiger Vorteil, als es die Lichtverluste aufgrund von Fresnel-Reflektionen von der segmentierten Linse 20a auf die Ausgangsfasern 22a weitestgehend reduziert. Damit das möglich ist, wird eine segmentierte Linse 20a benötigt, in der jedes Segment eine geringe interne Brennweite hat, sodass das zu jeder Ausgangsfaser zu übertragende Licht auf der Ausgangsebene der Linse auf eine Strahlbreite fokussiert wird, die nicht größer als der Durchmesser des Faserkerns ist.
Selbstverständlich sollte einem, der über die üblichen technischen Kenntnisse verfügt, klar sein, dass jedes der vorteilhaften Merkmale, die in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel in 2 diskutierten wurden, je nach Wunsch unabhängig von den anderen Merkmalen oder in Kombination mit nur einem der anderen Merkmale genutzt werden könnte.
Die 3 und 4 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, in dem ein optisches Fasersammelrohr 110 einen Verteiler besitzt, zum Koppeln von Licht aus einer Quelle, die eine einzige große Faser 112 aufweist, durch eine Kollimationslinse 116 und eine segmentierte Linse 120 an eine Anzahl kleinerer Ausgangsfasern 122. In diesem Ausführungsbeispiel besitzt die Kollimationslinse 116 eine hyperhemisphärische Linse, die eine aplanatische sphärische Oberfläche ohne sphärische Aberration und Koma hat, und ist direkt an der Quellenfaser 112 befestigt. Selbstverständlich könnten andere Arten von Kollimationslinsen ebenfalls eingesetzt werden. Außerdem sollte beachtet werden, dass in diesem Ausführungsbeispiel wie auch im anderen Ausführungsbeispiel der Linse in 2 jedes Segment 124 der segmentierten Linse 1209 [vermutlich 120 gemeint, Anm. d.Ü.] zur Minimierung von Verzerrungen vorzugsweise eine sphärische oder asphärische Linsenoberfläche 130 aufweist.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Verteilers ähnlich dem in 3 dargestellten Beispiel, in dem ähnliche Komponenten durch dieselbe Kennnummer, der die Ziffer 2 vorangestellt ist, bezeichnet werden. Der wesentliche Unterschied zwischen den beiden Ausführungsbeispielen besteht darin, dass ein segmentierter Reflektor 220 und keine segmentierte Linse eingesetzt wird, um das Licht aus einer Quellenfaser mit großem Durchmesser an eine Vielheit von Ausgangs- oder Abzweigfasern 222 zu koppeln. In diesem Ausführungsbeispiel entsteht jedes Segment 224 durch „Zerschneiden" der Oberfläche des Reflektors (die vorzugsweise elliptisch ist) in Abschnitte und durch Drehen jedes Abschnitts um die Achse der Quellenfaser 212, sodass der Brennpunkt jedes Abschnitts außerhalb der Achse liegt. Eine entsprechende Ausgangsfaser 22 wird dann am Brennpunkt angeordnet, um das von diesem Abschnitt gesammelte Licht zu empfangen, welches in der Weise auf einen einzigen Punkt fokussiert wird, dass nur der Kern der entsprechenden optischen Faser 222 beleuchtet wird. Das Sammelrohr wird vorzugsweise in einem Gehäuse 225 aus durchsichtigem Kunststoff untergebracht, wenngleich auch andere Materialien eingesetzt werden könnten. Obwohl zwei Segmente 224 und Abzweigfasern 222 dargestellt sind, könnte eine beliebige Anzahl von beiden eingesetzt werden, doch sollten sie vorzugsweise übereinstimmen. Auch können wie im Fall der segmentierten Linse die Segmente 224 je nach Anwendung und der gewünschten Steuerbarkeit der Intensität der Beleuchtung auf jeder einzelnen Ausgangsfaser symmetrisch oder asymmetrisch sein. Wenn gewünscht wird, dass eine oder mehr Ausgangsfasern anders als gezeigt ausgerichtet werden, wie etwa in einer allgemein parallelen Ausrichtung zu derjenigen der Quellenfaser, können ein oder mehr Klappspiegel eingesetzt werden, um das reflektierte Licht neu auszurichten.
Im vierten Ausführungsbeispiel, wie in den 7 und 8 gezeigt, werden Komponenten, die den vorigen Ausführungsbeispielen ähnlich sind, mit derselben Kennnummer, der die Ziffer 4 vorangestellt ist, bezeichnet. In diesem Ausführungsbeispiel besitzt das optische Fasersammelrohr 410 einen Verteiler ähnlich demjenigen, der in 3 gezeigt wird, der das Licht aus einer Quelle, die eine einzelne große Faser 412 besitzt, durch eine Kollimationslinse 416 und eine segmentierte Linse 420 an eine Anzahl kleinerer Ausgangsfasern 422 koppelt. Der wesentliche Unterschied zwischen diesem Ausführungsbeispiel und demjenigen in 3 besteht darin, dass die segmentierte Linse 420 konische Lichtrohr-(Faseroptik)Verlängerungen 423 am Ausgangsende der Linsensegmente 424 besitzt. Die konischen Lichtrohrabschnitte des Ausgangslinsensystems leisten einen bedeutenden Teil der Lichtstrahlkomprimierung. Deshalb kann eine weniger stark gekrümmte asphärische Linsenoberfläche 430 am vorderen Ende der Linse 420 verwendet werden. Dies reduziert Aberrationen der Linsenoberfläche und erlaubt eine höhere optische Komprimierung oder „Verstärkung". Die Konfiguration bietet auch den nebensächlichen Vorteil, dass das Volumen des Kunststoffs in der Linse verringert wird, und erleichtert die Formgebung.

Claims

Optisches Kopplersystem einschließlich einer Beleuchtungsquelle, eines Kopplers und einer Vielheit mit Zwischenraum angeordneter optischer Ausgangsfasern (22; 122; 222; 322; 422; 522), die jeweils ein proximales Ende zum Empfangen von Licht und einen Kern (6) zum Übertragen des empfangenen Lichts ab dem proximalen Ende an ein distales Ausgangsende haben, wobei der Koppler ein optisches Fasersammelrohr (20; 20a; 110; 220; 410; 510) zum Koppeln von Licht ab besagter Beleuchtungsquelle (12; 112; 212; 312; 412; 512) zu besagten Fasern umfasst, wobei besagtes Sammelrohr ein Licht konvergierendes Element umfasst, um besagtes Licht separat auf den Kern (6) der jeweiligen optischen Fasern zu konvergieren, wobei das aus dem Ausgangsende der jeweiligen besagten optischen Fasern austretende Licht die Funktion hat, einen von besagter Beleuchtungsquelle (12; 112; 212; 312; 412; 512) fernen Raum zu beleuchten, wobei besagtes Element eine Vielheit von Segmenten (24; 24a; 124; 224; 324; 424; 524) umfasst, die jeweils eine Oberfläche aufweisen, die Licht ab besagter Beleuchtungsquelle aufnehmen kann und jedes einen diskreten Brennpunkt aufweist und angepasst ist besagtes Licht auf deren entsprechende Brennpunkte zu konvergieren, wobei das proximale Ende einer entsprechenden der besagten optischen Fasern (22; 122; 222; 322; 422; 522) an besagtem Brennpunkt beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der besagten Segmente (24; 24a; 124; 224; 324; 424; 524) eine Ausgangsebene hat, die in angrenzender struktureller Beziehung zum proximalen Ende ihrer entsprechenden optischen Fasern (22; 122) steht, wodurch sich der Brennpunkt jedes Linsensegments im Wesentlichen mit besagter Ausgangsebene deckt.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Beleuchtungsquelle eine Lampe (12; 312; 512) umfasst.
System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Klappspiegel (18) zum winkligen Ablenken des durch besagtes optische Fasersammelrohr (20) übertragenen Lichts.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Beleuchtungsquelle eine optische Eingangsfaser (112; 212; 412) umfasst, die angepasst ist, Licht ab einer verursachenden Beleuchtungsquelle so zu übertragen, dass besagtes optische Fasersammelrohr einen Verteiler zum Koppeln der besagten optischen Eingangsfaser an besagte Vielheit optischer Ausgangsfasern umfasst.
System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Kollimationslinse (16; 116; 416) zum Kollimieren des Lichts ab besagter Beleuchtungsquelle (12; 112; 412).
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass besagtes Licht konvergierende Element eine segmentierte Linse (20; 20a; 120; 420) umfasst.
System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass besagte segmentierte Linse (20) wenigstens zwei Segmente (24) umfasst, die sich auf derselben Seite besagter Beleuchtungsquelle befinden.
System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Vielheit von Segmenten (24; 124; 324) in einer im Wesentlichen radial umgebenden Beziehung zu besagter Beleuchtungsquelle angeordnet ist.
System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der besagten Linsensegmente (24; 124; 324) im Wesentlichen gleicher Größe ist.
System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Linsensegmente (24a) ungleich bemessen sind, wobei jedes besagte Linsensegment (24a) bemessen ist, für variierende Verlustfaktoren in den optischen Fasern (22a) so zu kompensieren, dass das aus den optischen Ausgangsfasern (22a) austretende Licht angepasst wird eine im Wesentlichen einheitliche Intensität zu haben.
System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das sich besagter Linse nähernde Licht dezentriert werden kann, um Licht zu jeder Faser steuerbar zu variieren.
System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Vielheit von Segmenten, die besagte segmentierte Linse umfasst, umfangsbezogen um ein radiales Zentrum der Linse angeordnet sind.
System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass besagte segmentierte Linse eine radial zentrale Linse (26) einschließt und die übrigen Linsensegmente (26a) umfangsbezogen um besagte zentrale Linse angeordnet sind.
System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der besagten Linsensegmente ein Ausgangsende einschließt, das Sammelrohr (424) weiter eine Vielheit konischer Lichtrohrverlängerungen (423) umfasst, wobei jede der besagten Lichtrohrverlängerungen (423) zur Anbringung an eines der besagten Linsensegment-Ausgangsenden angepasst ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass besagtes Licht konvergierende Element einen Reflektor (220; 320; 520) umfasst.