EP1358516A2 - Optical system for injection of light from a light source into a medium - Google Patents

Optical system for injection of light from a light source into a medium

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Publication number
EP1358516A2
EP1358516A2 EP02712815A EP02712815A EP1358516A2 EP 1358516 A2 EP1358516 A2 EP 1358516A2 EP 02712815 A EP02712815 A EP 02712815A EP 02712815 A EP02712815 A EP 02712815A EP 1358516 A2 EP1358516 A2 EP 1358516A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
optics
light
medium
light source
shape
Prior art date
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Ceased
Application number
EP02712815A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Dultz
Bernhard Hils
Heidrun Schmitzer
Walter Heitmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsche Telekom AG
Original Assignee
Deutsche Telekom AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Deutsche Telekom AG filed Critical Deutsche Telekom AG
Publication of EP1358516A2 publication Critical patent/EP1358516A2/en
Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4206—Optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4202—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details for coupling an active element with fibres without intermediate optical elements, e.g. fibres with plane ends, fibres with shaped ends, bundles
    • G02B6/4203—Optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4214—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms the intermediate optical element having redirecting reflective means, e.g. mirrors, prisms for deflecting the radiation from horizontal to down- or upward direction toward a device

Definitions

  • the invention relates to optics for coupling light from a light source into a medium, in particular into an optical fiber.
  • the intensity of light suffers losses as it passes through a medium due to absorption, the radiation energy of the absorbed part of the light being converted into thermal energy.
  • the spatial power density of the internal heating of the medium thus produced increases both with the absorption coefficient and with the light intensity, so that the medium is heated more strongly in areas of high light intensity than in areas of low light intensity.
  • optical fibers made of quartz glass or other materials, into which light of high intensity is coupled is for example the transmission of high laser light intensities for cutting, drilling or other machining of workpieces.
  • Another application of optical fibers, into which light of high intensity is coupled, is in message transmission.
  • the possible uses for optical optical fibers are very diverse because of their large bandwidth for message transmission, for example on long-distance telecommunication routes.
  • Optical fibers are also increasingly being installed in the connection networks right up to the end consumer in households.
  • multimode optical fibers made of plastic are being developed, which will replace the quartz single-mode fibers that have mainly been used up to now and are to be operated either in the visible spectral range, in the near infrared or in the future also in the second optical window (1.3 micrometers).
  • plastic optical fibers are their ease of installation and the low-cost availability of appropriate connection technologies. This has the disadvantage of high damping, i.e. strong absorption of the incident light. It is therefore necessary to irradiate the plastic optical fibers with the highest possible intensities in order to obtain light signals that are still reliably detectable at their output.
  • the required high intensities can damage the plastic optical fiber, e.g. melt and thereby destroy the communication link.
  • a collecting lens for coupling light into the medium is arranged in front of the end face of the optical fiber and focuses the light from the light source into the optical fiber. That from the light source, e.g. Laser or laser diode, originating light strikes the cylindrical side wall of the optical fiber after passing through the converging lens and the end face of the optical fiber at a multitude of angles.
  • the opening ratio of the lens and the arrangement of the lens and light source are selected as possible depending on the refractive indices of the core and the cladding of the optical fiber so that all these angles at which the light impinges on the cylindrical interface between the core and cladding are there Fulfill condition for total reflection.
  • the light source for example laser
  • the light source is thus sharply imaged in the interior of the medium, so that one is in the medium at the location of the image there is a high optical power density, which leads to local heating of the medium and can cause the above-mentioned adverse effects, in particular destruction of the optical fiber.
  • a large optical power density can trigger non-linear optical effects and thereby interfere with the transmission of messages via the optical fiber.
  • Another possibility of coupling light into a medium is to place the light source in front of the end face of the optical fiber without any use of any optics and to illuminate the end face directly with the light from the light source. No image of the light source is created in the medium, so that no zone of extremely high intensity concentration is formed.
  • the disadvantage here is that neither the distribution of the light intensity in the medium nor the distribution of the light entry angles into the medium can be adapted to the needs. This disadvantage is of particular importance when coupling light into multimode optical fibers.
  • the invention is therefore based on the object of providing optics for coupling light from a light source into a medium, by means of which the maximum spatial optical power density occurring in the medium is reduced compared to the prior art, without reducing the integrally coupled light power, and by which a predetermined distribution of the light entry angles into the medium can be realized.
  • optics for coupling light from a light source into a medium with at least one light-deflecting surface which directs the light into the medium by reflection or refraction, characterized in that for the purpose of reducing the maximum that occurs in the medium spatial luminance, the light-deflecting surface or surfaces has or have such a shape that no sharp image of the light source is formed in the medium or on its surface.
  • the medium can in particular be an optical fiber.
  • the object is also achieved by optics for coupling light from a light source into a light guide, in particular optical fiber, with at least one light-deflecting surface, which ⁇ en ⁇ t the light by reflection or hetraction into the medium, oaii light at such angles in the Light guide is irradiated, that light is guided in the light guide, characterized by such a shape of the light-deflecting surface or surfaces that, for the purpose of reducing the maximum spatial luminance occurring in the light guide, no sharp image of the light source is formed in the light guide or on its surface.
  • the light-deflecting surface or the light-deflecting surfaces can in particular be shaped such that no point of the light source is sharply imaged in the medium or on its surface.
  • An important advantage of the invention is that the distribution of the light intensity in the medium and the distribution of the light entry angles into the medium can be adapted and optimized by suitable choice of the shape of the light-deflecting surface or surfaces, without reducing the integral light flux. In particular, an extreme concentration of the light intensity within a small zone of the medium can be prevented with the aid of the invention.
  • the optics according to the invention can advantageously be or have an axicon in particular.
  • “Axicon” refers to rotationally symmetrical optics that map a point source located in its optical axis to a point distribution on its optical axis.
  • An axicon therefore has no defined focal length.
  • An example of an axicon is a cone, the axis of which coincides with the direction of light incidence.
  • the invention can be used particularly advantageously for coupling light into light guides, for example optical fibers.
  • light guides for example optical fibers.
  • the invention Provided possibility to optimally adapt the distribution of the light entry angles into the medium to existing needs.
  • the light-deflecting hache or optics can have such a shape that the light emerging from every point of the light source converges after entering the medium, but each point of the light source does not point to a point but to a region of finite extent, e.g. is mapped onto a line or curve, onto a circle, onto a surface or onto a volume.
  • the light source is deliberately imaged out of focus.
  • a blurred real image can e.g. with the help of an optic which converges light from the light source in the medium, but is not able from the start to sharply image any point of an object.
  • optics can e.g. be or include an aspherical converging lens, e.g. can be part of an egg-shaped body.
  • a fuzzy real image can also take place with targeted use of the imaging elements focusing on imaging errors.
  • a converging lens or a concave mirror can be used for this purpose, the light source being so far away from the optical axis of the lens that each point of the light source is imaged as a coma.
  • the fact that the coma increases with the distance of the object from the optical axis is advantageously used here.
  • An optical system according to the invention can also be or comprise a transparent body delimited by plane surfaces or a part of such.
  • Such bodies are e.g. a prism, a pyramid, n-flat surface (e.g. tetrahedron) or a lens or a mirror with a surface composed of a plurality of individual planar partial surfaces, i.e. so-called facet lenses or facet mirrors.
  • certain plane surfaces can be curved convexly or concavely for further targeted influencing distribution of the luminance within the medium and the distribution of the light entry angles into the medium.
  • the light-deflecting surface or surfaces of the optics can have a shape such that the light emerging from each point of the light source when it enters the Medium diverges, this can be achieved with a diverging lens, for example.
  • Divergence of the light upon entry into the medium can also be achieved in that the optics have a converging lens that images the light source in an image completely between the optics and the surface of the medium or that the light source in a completely between the optics and the surface of the medium has image-forming concave mirror, so that the medium is reached by light from the light source, which diverges again after passing a focal point lying outside the medium.
  • the light-deflecting surface or surfaces of the optics can have such a shape that the image of each point of the light source is essentially distributed over a focal line or a focal surface.
  • a mapping of each point of the light source onto a focal line can e.g. with the help of a transparent full cone, the base or the tip of which faces the light source.
  • a full cone with its base surface facing the light source can be embedded in the medium in such a way that its entire lateral surface is in contact with the medium and its entire base surface is not in contact with the medium. In this case, the full cone must have a different refractive index than the medium.
  • the optics can advantageously be formed by a shape of the surface of the medium itself which acts as a light-deflecting surface, or can have such a shape and thus be an integral part of the medium.
  • the surface of the medium for example the end face of an optical fiber, can have a concave shape and thus act as a diverging lens.
  • An optical system according to the invention can also be or comprise an internally mirrored hollow tube, the opening of which faces the light source.
  • the hollow tube can have, for example, a cylindrical shape or the shape of a cone that widens or narrows towards the light source.
  • the cross-sectional shape of the tube can also be other than that of a circle.
  • the function of an internally mirrored cylinder or cone tube can also be fulfilled by a transparent full cylinder or full cone with an externally mirrored outer surface.
  • the full cone can be formed by a conically shaped shape of the surface of the medium itself.
  • One or both end faces of the full cylinder or full cone can be used to influence the distribution of the The light intensity in the medium and the distribution of the light entry angles into the medium must be convex or concave.
  • An optical system according to the invention can also be or comprise a combination of two or more of the above-mentioned elements. Furthermore, an optical system according to the invention for specifically influencing the distribution of the light intensity in the medium and the distribution of the light entry angles into the medium can have one or more additional lenses or mirrors.
  • FIG. 1 shows the coupling of light into a for further explanation of the prior art
  • FIG. 2 shows an embodiment of an optical system according to the invention which is designed as a converging lens
  • FIG. 3 shows an embodiment of an optical system according to the invention which is designed as a diverging lens
  • Fig. 4 shows an embodiment of an optical system according to the invention, in which the end face of the optical fiber itself has a concave shape and thus as
  • an embodiment of an optical system according to the invention which is designed as an aspherical converging lens
  • FIG. 6 shows an embodiment of an optical system according to the invention, which is designed as a torus lens
  • FIG. 7 shows an embodiment of an optical system according to the invention, in which the end face of the optical fiber is designed as part of a torus lens and thus acts as a torus lens
  • FIG. 8 shows an embodiment of an optical system according to the invention, which is designed as a converging lens, the optical axis of which extends at a great distance from the light source
  • 9 shows an embodiment of an optical system according to the invention in which the end face of the optical fiber itself has a convex shape and thus acts as a converging lens, the optical axis of which extends at a great distance from the light source
  • FIG. 10 shows an embodiment of an optical system according to the invention which is used as a full cone is formed with the base facing the light source
  • FIG. 11 shows an embodiment of an optical system according to the invention in which the full cone of FIG. 10 is embedded in the optical fiber
  • FIG. 12 shows an embodiment of an optical system according to the invention which is designed as a full cone with the tip facing the light source
  • FIG. 13 shows an embodiment of an inventive system Optics in which the face of the
  • Optical fiber is designed as a fully conical shape
  • Fig. 14 shows an embodiment of an optical system according to the invention, in which the end face of the
  • an embodiment of an optical system according to the invention which is designed as a convex facet lens
  • FIG. 16 shows an embodiment of an optical system according to the invention, which is designed as an internally reflecting hollow tube that is open at the ends
  • FIG. 17 shows an embodiment of an optical system according to the invention that is designed as an internally reflecting hollow cone, the smaller opening of which faces the light source.
  • Fig. 1 shows a further explanation of the prior art, an example of the coupling of light from a light source 1 in a step index optical fiber 3.
  • a condenser lens 2 is arranged between the light source 1 and the end face 10 of the optical fiber 3, so that the light source 1 is sharply imaged within the optical fiber 3 in an image 9.
  • the optical fiber 3 consists of a fiber cladding 4 and a fiber core 5, the refractive index of the fiber cladding 4 being smaller than that of the fiber core 5, so that a light beam which runs in the fiber core 5 is subjected to a total reflection at the fiber core / fiber cladding interface and thus can be performed in the fiber core 5.
  • Both off-axis light beams 7 and off-axis light beams 8 combine in a sharp image 9 of the light source 1.
  • the light intensity is therefore very high, which, if a critical value is exceeded, can lead to material damage to the light guide and to undesirable nonlinear optical effects.
  • the figures 2-17 explained below show, by way of example, various embodiments of the invention which are used for coupling light into optical fibers.
  • the light source is arranged relatively close to the optics according to the invention in FIGS. 2-17.
  • the light source can also be further away from the optics according to the invention or even be infinite.
  • the light source can in particular be a laser which emits practically parallel light.
  • the optics according to the invention illustrated in the figures have a diameter which is in each case identical to the diameter of the optical fibers. Such a choice of the diameter is advantageous; however, the optics according to the invention can also have other diameters.
  • FIG. 2 shows an embodiment of an optical system according to the invention, which is designed as a converging lens 101.
  • the light-deflecting surfaces of the optics are thus formed according to the invention by the surfaces of the converging lens 101.
  • the light collected by the collecting lens 101 diverges after passing through the image 20 and enters the optical fiber 3 in a diverging manner.
  • a pair of light rays 7a is drawn in FIG. 2, which after passing through the sharp image 20 reaches the optical fiber 3 and crosses there at a crossover point 21a after total reflections on the inside of the fiber cladding 4.
  • the distance of the crossover point from the converging lens 101 depends on the distance the light rays from the optical axis of the converging lens 101.
  • a pair of light rays 8a is drawn in FIG. 2, which after passing through the sharp image 20 enters the optical fiber 3 and there in one after total reflections on the inside of the fiber cladding 4
  • Crossing point 21b intersects, which does not coincide with the crossing point 21a.
  • a focal line 21 forms in the optical fiber 3, so that, according to the invention, no point of the light source 1 is sharply imaged within the optical fiber 3.
  • the converging lens 101 of FIG. 2 is biconvex.
  • other types of converging lenses are also possible; e.g. the converging lens can also be plano-convex.
  • the function of the converging lens is biconvex.
  • Fig. 3 shows an embodiment of an optical system according to the invention, which is used as a diverging lens
  • the light-deflecting surfaces of the optics are thus formed according to the invention by the surfaces of the diverging lens 102.
  • light from the light source 1 penetrates into the optical fiber 3 in a divergent manner. Due to total reflections on the inside of the fiber jacket 4, e.g. the light beam pair 7b remote from the axis at a crossover point 22a and the light beam pair 8b closer to the axis at a crossover point 22b; A focal line 22 forms in the optical fiber 3, so that according to the invention no point of the light source 1 is sharply imaged within the optical fiber 3.
  • the diverging lens 102 of FIG. 3 is biconcave. Of course, other types of diffusing lenses are also possible; e.g. the diverging lens can also be plano-concave.
  • light from the light source is brought to divergence by a convex mirror before it enters the optical fiber; the convex mirror thus fulfills the function of the diverging lens 102 from FIG. 3.
  • the light-deflecting surface of the optics is formed according to the invention by the surface of the convex mirror.
  • FIG. 4 shows an embodiment of an optical system according to the invention, in which the end face 11 of the optical fiber 3 itself is designed as a concave shape 202 and thus acts as a diverging lens.
  • the optics according to the invention are thus an integral part of the medium.
  • the light-deflecting surface of the optics is formed by the surface of the concave shape 202. Light from light source 1 thus penetrates divergingly into optical fiber 3.
  • Total reflections on the inside of the fiber cladding 4 cross, for example, the pair of light rays 7c remote from the axis at a crossover point 23a and the pair of light rays 8c closer to the axis at a crossover point 23b;
  • a focal line 23 forms in the optical fiber 3, so that according to the invention no point of the light source 1 is sharply imaged within the optical fiber 3.
  • FIG. 5 shows an embodiment of an optical system according to the invention, which is designed as an aspherical converging lens 103.
  • the light-deflecting surfaces of the optics are thus formed according to the invention by the surfaces of the aspherical converging lens 103.
  • the focal length of such a lens depends on the center distance, so that the light coupled into the optical fiber 3 converges, but according to the invention it is not combined to a focal point or a sharp image of the light source 1, but rather along a focal line 24.
  • the pair of light beams 7d remote from the axis e.g. crosses on the focal line 24 at a crossover point 24a and the pair of light beams 8d closer to the axis on the focal line 24 at a crossover point 24b which does not coincide with the crossover point 24a.
  • the aspherical lens 103 - in contrast to that shown in FIG. 5 - can be spaced apart from the end face 10 of the optical fiber 3.
  • the end face of the optical fiber is designed as an aspherical convex shape, which functions as an aspherical converging lens.
  • the optics according to the invention are thus an integral part of the medium.
  • the light-deflecting surface of the optics is formed by the surface of the aspherical convex shape.
  • a focal line is formed in the optical fiber, so that according to the invention no point of the light source 1 is sharply imaged within the optical fiber 3.
  • Fig. 6 shows an embodiment of an optical system according to the invention, which is designed as a torus lens 104, so that the light from the light source 1 coupled into the optical fiber 3 converges, but according to the invention is not combined to a point or a sharp image of the light source 1, but on a focal circle 25, which runs in a plane perpendicular to the optical axis of the torus lens 104, so that according to the invention no point of the light source 1 is sharply imaged within the optical fiber 3.
  • the light-deflecting surfaces of the optics are thus formed according to the invention by the surfaces of the torus lens 104.
  • FIG. 7 shows an embodiment of an optical system according to the invention, in which the end face 12 of the optical fiber 3 itself is designed as a toroidal shape 204, namely as part of a torus lens, and thus acts as a torus lens.
  • the optics according to the invention are thus an integral part of the medium.
  • the light-deflecting surface of the optics is thus formed according to the invention by the surface of the toroidal shape 204. Light from the light source 1 thus converges into the optical fiber 3 and unites there in a focal circuit 26, so that, according to the invention, no point of the light source 1 is sharply imaged within the optical fiber 3.
  • Fig. 8 shows an embodiment of an optical system according to the invention, which is designed as a converging lens 105 and has such a shape that its optical axis 105a extends so far from the light source 1 that the light of the light source 1 coupled into the optical fiber 3 converges , but according to the invention not to a point or a sharp image of the light source 1, but to a coma 27.
  • the light-deflecting surfaces of the optics are thus formed according to the invention by the surfaces of the converging lens 105.
  • the function of the converging lens 105 can also be performed by a concave mirror, the optical axis of which runs at a great distance from the light source.
  • the light-deflecting surface of the optics is formed according to the invention by the concave surface of the concave mirror.
  • Fig. 9 shows an embodiment of an optical system according to the invention, in which the end face 13 of the optical fiber 3 itself is designed as a convex shape 205 and thus acts as a converging lens, the convex shape 205 being designed such that its optical axis is at a great distance from the light source runs.
  • Light from the light source 1 thus converges into the optical fiber 3 and merges there in a coma 28, so that according to the invention no point of the light source 1 is sharply imaged within the optical fiber 3.
  • the optics according to the invention are thus an integral part of the medium.
  • the light-deflecting surface of the optics is formed according to the invention by the surface 13 of the convex shape 205.
  • FIG. 10 shows an embodiment of an optical system according to the invention, which is designed as a full cone 106 with the base surface 106a facing the light source, so that the light of the light source 1 coupled into the optical fiber 3 converges, but not to one point according to the invention or a sharp image of the light source 1 is combined, but on a focal line 29.
  • the light-deflecting surfaces of the optics are thus formed according to the invention by the surfaces of the full cone 106.
  • the pair of light rays 7e remote from the axis intersects on the focal line 29 at a crossover point 29a and the pair of light rays 8e closer to the axis on the focal line 29 at a crossover point 29b, which does not coincide with the crossover point 29a.
  • a full cone 116 is embedded in the optical fiber 3 in such a way that its entire lateral surface 116b is in contact with the optical fiber material and its entire base surface 116a is not in contact with the optical fiber material.
  • the optical fiber 3 is recessed in the shape of a hollow cone in the region of its end face. The recess receives the full cone 116.
  • the refractive indices of the full cone material and that of the fiber core material must be different.
  • Fig. 11 illustrates the case where the refractive index of the full cone material is higher than that of the fiber core material.
  • a focal line 30 forms in the optical fiber.
  • the pair of light rays 7f remote from the axis e.g. intersects on the focal line 30 at a crossover point 30a and the pair of light rays 8f closer to the axis on the focal line 30 at a crossover point 30b, which does not coincide with the crossover point 30a.
  • no point of the light source 1 is imaged sharply within the optical fiber 3.
  • the refractive index of the full cone material is lower than that of the fiber core material. Because of total reflection on the inside of the fiber cladding, a focal line is also formed in the optical fiber in this case, so that according to the invention no point of the light source 1 is sharply imaged within the optical fiber 3.
  • a full pyramid instead of the full cone 106, a full pyramid is used, the base of which faces the light source. To further influence or optimize the distribution of the light entry angles in the optical fiber 3 in a targeted manner, the base areas of the full cone 3 and the full pyramid can be convex or concave.
  • Fig. 12 shows an embodiment of an optical system according to the invention, which is designed as a full cone 107 with the tip 107b facing the light source, so that the light of the light source 1 coupled into the optical fiber 3 converges, but not according to the invention to a point or a sharp image of the light source 1 is united, but on a focal line 31.
  • the light-deflecting surfaces of the optics according to the invention are thus characterized by the surfaces of the Full cone 107 formed.
  • the base surface 107a of the full cone 107 can, as shown in FIG. 12, be in contact with the end surface 10 of the optical fiber 3, or it can be spaced from it.
  • the base of the full cone 107 can be flat or concave or convex.
  • a full pyramid is used instead of the full cone 107, the tip of which faces the light source and the base area of which can also be curved.
  • 13 shows an embodiment of an optical system according to the invention, in which the end face 15 of the optical fiber 3 is designed as a fully conical shape 207, so that the light of the light source 1 coupled into the optical fiber 3 is combined on a focal line 32.
  • the optics according to the invention are thus an integral part of the medium.
  • the light-deflecting surface of the optics is formed according to the invention by the lateral surface 15 of the fully conical shape 207.
  • the light beam pair 7h away from the axis e.g. intersects on the focal line 32 at a crossover point 32a and the pair of light rays 8h closer to the axis on the focal line 32 at a crossover point 32b which does not coincide with the crossover point 32a.
  • no point of the light source 1 is imaged sharply within the optical fiber 3.
  • a fully pyramidal shape is used as the light-deflecting surface.
  • the optics according to the invention are an integral part of the medium.
  • the end face 14 of the optical fiber 3 is designed as a hollow cone-shaped shape 212 with a tip 212b facing away from the light source 1, so that the light of the light source 1 coupled into the optical fiber 3 combines on a focal line 33 becomes.
  • the optics according to the invention are thus an integral part of the medium.
  • the light-deflecting surface of the optics is formed here by the surface of the hollow-conical shape 212.
  • the pair of light rays 7i remote from the axis intersects on the focal line 33 at a crossover point 33a and the pair of light rays 8i closer to the axis on the focal line 33 at a crossover point 33b which does not coincide with the crossover point 33a.
  • no point of the light source 1 is sharply imaged within the optical fiber 3.
  • a hollow pyramid-shaped shape is used as the light-deflecting surface instead of the hollow-conical shape 212; in this case too, the optics according to the invention are an integral part of the medium.
  • FIG. 15 shows an embodiment of an optical system according to the invention, which is a cylinder 111 with a hollow-conical recess 112, the tip 112b of which faces away from the light source 1.
  • the light from the light source 1 coupled into the optical fiber 3 is combined on a focal line 37.
  • the pair of light rays 7m remote from the axis intersects on the focal line 37 at a crossover point 37a and the pair of light rays 8m closer to the axis on the focal line 37 at a crossover point 37b which does not coincide with the crossover point 37a.
  • no point of the light source 1 is sharply imaged within the optical fiber 3.
  • FIG. 16 shows an embodiment of an optical system according to the invention, which is designed as a plano-convex lens 108, the convex surface of which is composed of a multiplicity of individual planar partial surfaces 108a, so that the plano-convex lens 108 is a facet lens.
  • the light-deflecting surfaces of the optics are thus formed according to the invention by the surfaces of the facet lens 108.
  • the light of the light source 1 coupled into the optical fiber 3 converges.
  • this is not concentrated on a point or a sharp image of the light source 1, but in a finite spatial volume 34, the dimensions of which depend on the size, shape and orientation of the individual planar subareas 108a.
  • three beams 40, 41, 42 are drawn in in FIG. 15, which are refracted by different flat partial surfaces of the facet lens 108 and intersect within the volume 34.
  • the facet lens is biconvex.
  • the function of the biconvex or plano-convex facet lens can also be fulfilled by a concave mirror, the concave surface of which is composed of a large number of individual planar partial surfaces.
  • the facet lens is plano-concave or biconcave.
  • the end face of the optical fiber 3 is designed as a facet-like convex or concave shape, so that the end face functions as a convex or concave facet lens.
  • the optics according to the invention are also more integral in this case Part of the medium.
  • an optical system according to the invention can be designed as a convex-cylindrical lens, so that the light of the light source 1 coupled into the optical fiber 3 converges.
  • this is not imaged on a point or a sharp image of the light source 1, but on a focal line which runs perpendicular to the optical axis of the convex-cylindrical lens.
  • no point of the light source 1 is sharply imaged within the optical fiber 3.
  • the function of the convex-cylindrical lens is performed by a cylindrical concave mirror.
  • an optical system according to the invention can be designed as a concave-cylindrical lens, so that the light of the light source 1 coupled into the optical fiber 3 diverges when it enters the optical fiber 3.
  • the function of the concave-cylindrical lens is performed by a convex-cylindrical mirror.
  • the end face of the optical fiber 3 is designed as a convex-cylindrical or concave-cylindrical shape, so that the end face itself functions as a convex or concave cylindrical lens and the optics according to the invention are an integral part of the medium. According to the invention, even in these cases, no point of the light source 1 is sharply imaged within the optical fiber 3.
  • FIG. 17 shows an embodiment of an optical system according to the invention, which is designed as an internally reflecting hollow tube 109 which is open at the ends and whose opening 109a faces the light source.
  • the light-deflecting surface of the optics is thus formed according to the invention by the inner surface of the hollow tube 109. Total reflection takes place both on the inner wall of the tube 109 and on the inner surface of the fiber jacket 4.
  • the light of the light source 1 coupled into the optical fiber 3 is therefore not combined on a point or a sharp image of the light source 1, but on a focal line 35.
  • Light rays 8k which run at an angle ⁇ to the tube axis 109b, intersect on the focal line 35 at a crossover point 35b.
  • Light rays 7k which run at an angle ⁇ to the tube axis 109b, intersect on the focal line 35 at a crossover point 35a which does not coincide with the crossover point 35b.
  • 18 shows an embodiment of an optical system according to the invention, which is designed as an internally reflecting hollow cone 110, the smaller opening 110 a of which faces the light source 1.
  • the light-deflecting surface of the optics is thus formed according to the invention by the inner surface of the hollow cone 110. Total reflection takes place both on the inner wall of the hollow cone 110 and on the inner surface of the fiber jacket 4. According to the invention, the light of the light source 1 coupled into the optical fiber 3 is therefore not combined on a point or on a sharp image of the light source 1, but on a focal line 36.
  • the light rays 8n for example, which run at an angle ⁇ to the cone axis 110b, intersect on the focal line 36 at a crossover point 36b.
  • the light beams 7n for example, which run at an angle ⁇ to the cone axis 110b before striking the inner surface of the cone, intersect on the focal line 36 at a crossover point 36a which does not coincide with the crossover point 36b.
  • the distribution of the light entry angles into the medium can advantageously be optimized by a suitable choice of the cone opening angle.
  • an optical system according to the invention can be designed as a hollow cone which is open at the ends and has a larger opening facing the light source.
  • the inner wall of the hollow cone acts as a light-deflecting surface.
  • the light of the light source coupled into the optical fiber is combined on a focal line, so that according to the invention no point of the light source 1 is sharply imaged within the optical fiber 3.
  • an optical system according to the invention can be designed as a transparent solid cylinder with an externally mirrored outer surface, one end face of which faces the light source.
  • the inside of the outer surface of the full tube or full cone act as a light-deflecting surface.
  • one or both end faces of the full cone or full cylinder can be convex or concave.
  • the full cone can be formed by a conical shape of the end face of the optical fiber itself.
  • the light from the light source coupled into the optical fiber is combined on a focal line. According to the invention, even in these cases, no point of the light source 1 is sharply imaged within the optical fiber 3.
  • an optical system according to the invention can have one or more additional lenses.
  • various embodiments of the invention can be combined with one another.
  • the invention is particularly useful for coupling optical signals into optical fibers e.g. industrially applicable for the purpose of data transmission.
  • the leading figure is Fig. 10.

Abstract

The invention relates to an optical system for injection of light from a light source into a medium, in particular into a light guide fibre. The optical system comprises at least one light-deflecting surface, which directs the light into the medium by reflection or refraction. The light-deflecting surface is of such a form that the light source is not sharply imaged in the medium or on the surface thereof. Said optical system is particularly suitable for injection of high intensity light into the medium, without giving rise to non-linear optical effects or material damage as a result of a local light density which is too high.

Description

Optik zur Einkopplunα von Licht aus einer Lichtquelle in ein Medium Optics for coupling light from a light source into a medium
Technisches Gebiet:Technical field:
Die Erfindung betrifft eine Optik zur Einkopplung von Licht aus einer Lichtquelle in ein Medium, insbesondere in eine Lichtleitfaser.The invention relates to optics for coupling light from a light source into a medium, in particular into an optical fiber.
Stand der Technik:State of the art:
Die Intensität von Licht erleidet beim Durchgang durch ein Medium aufgrund von Absorption Verluste, wobei die Strahlungsenergie des absorbierten Teils des Lichtes in Wärmeenergie umgewandelt wird. Dabei wächst die räumliche Leistungsdichte der so hervorgerufenen inneren Aufheizung des Mediums sowohl mit dem Absorptionskoeffizienten als auch mit der Lichtintensität an, so daß das Medium in Bereichen hoher Lichtintensität stärker aufgeheizt wird als in Bereichen geringer Lichtintensität.The intensity of light suffers losses as it passes through a medium due to absorption, the radiation energy of the absorbed part of the light being converted into thermal energy. The spatial power density of the internal heating of the medium thus produced increases both with the absorption coefficient and with the light intensity, so that the medium is heated more strongly in areas of high light intensity than in areas of low light intensity.
Bei hinreichend hoher Lichtintensität kann es dabei zu unerwünschten Effekten wie nichtlinearen optischen Effekten, inneren Spannungen oder einer Materialschädigung des Mediums kommen, beispielsweise zu Schmelz-, Verdampfungs- und chemischen Zersetzungsvorgängen. Diese Gefahr besteht insbesondere dann, wenn Licht mit Hilfe von lichtsammelnden optischen Elementen wie Linsen im Inneren des Mediums fokussiert wird, so daß im Medium ein Punkt oder eine enge Zone stark erhöhter Lichtintensität entsteht.If the light intensity is sufficiently high, undesirable effects such as nonlinear optical effects, internal stresses or material damage to the medium can occur, for example melting, evaporation and chemical decomposition processes. This danger exists in particular when light is focused inside the medium with the aid of light-collecting optical elements such as lenses, so that a point or a narrow zone of greatly increased light intensity arises in the medium.
Bei der Einkopplung von Licht hoher Intensität, wie z.B. Laserlicht, in ein Medium ist es daher in vielen Fällen wichtig, die Ausbildung von Bereichen mit zu hoher Lichtintensität innerhalb des Mediums zu vermeiden. Ein wichtiges Beispiel hierfür stellt die Einkopplung von Licht hoher Intensität, z. B. Laserlicht, in Lichtleitfasern dar.When coupling in high intensity light, e.g. Laser light, in a medium it is therefore important in many cases to avoid the formation of areas with too high light intensity within the medium. An important example of this is the coupling of high-intensity light, e.g. B. laser light, in optical fibers.
Eine Anwendung von Lichtleitfasern aus Quarzglas oder anderen Materialien, in die Licht hoher Intensität eingekoppelt wird, besteht z.B. in der Übertragung hoher Laserlicht-Intensitäten zum Schneiden, Bohren oder sonstigem Bearbeiten von Werkstücken. Eine weitere Anwendung von Lichtleitfasern, in die Licht hoher Intensität eingekoppelt wird, besteht in der Nachrichtenübertragung. Die Einsatzmöglichkeiten für optische Lichtleitfasern sind wegen deren großer Bandbreite für die Nachrichtenübertragung z.B. auf Fernstrecken der Telekommunikation sehr vielfältig. Zunehmend werden auch in den Anschlußnetzen bis hin zum Endverbraucher in den Haushalten optische Lichtleitfasern verlegt.One application of optical fibers made of quartz glass or other materials, into which light of high intensity is coupled, is for example the transmission of high laser light intensities for cutting, drilling or other machining of workpieces. Another application of optical fibers, into which light of high intensity is coupled, is in message transmission. The possible uses for optical optical fibers are very diverse because of their large bandwidth for message transmission, for example on long-distance telecommunication routes. Optical fibers are also increasingly being installed in the connection networks right up to the end consumer in households.
Um die Kosten niedrig zu halten, werden Multimode-Lichtleitfasern aus Kunststoff entwickelt, welche die bisher hauptsächlich verwendeten Quarz-Einmodenfasern ersetzen und entweder im sichtbaren Spektralbereich, im nahen Infraroten oder in Zukunft auch im zweiten optischen Fenster (1.3 Mikrometer) betrieben werden sollen.In order to keep costs down, multimode optical fibers made of plastic are being developed, which will replace the quartz single-mode fibers that have mainly been used up to now and are to be operated either in the visible spectral range, in the near infrared or in the future also in the second optical window (1.3 micrometers).
Vorteile von Kunststoff-Lichtleitfasern sind ihre leichte Verlegbarkeit sowie die kostengünstige Verfügbarkeit entsprechender Verbindungstechniken. Dem steht der Nachteil hoher Dämpfung, d.h. starker Absorption des eingestrahlten Lichtes gegenüber. Es ist daher erforderlich, mit möglichst hohen Intensitäten in die Kunststoff-Lichtleitfasern einzustrahlen, um an deren Ausgang noch sicher detektierbare Lichtsignale zu erhalten.The advantages of plastic optical fibers are their ease of installation and the low-cost availability of appropriate connection technologies. This has the disadvantage of high damping, i.e. strong absorption of the incident light. It is therefore necessary to irradiate the plastic optical fibers with the highest possible intensities in order to obtain light signals that are still reliably detectable at their output.
Die erforderlichen hohen Intensitäten können aber, wie oben bereits erläutert, die Kunststoff- Lichtleitfaser beschädigen, z.B. zum Schmelzen bringen, und dadurch die Nachrichtenverbindung zerstören.However, as already explained above, the required high intensities can damage the plastic optical fiber, e.g. melt and thereby destroy the communication link.
Gemäß dem Stand der Technik wird eine Einkopplung von Licht hoher Intensität in eine Lichtleitfaser dadurch erreicht, daß vor der Stirnfläche der Lichtleitfaser eine Sammellinse zur Einkopplung von Licht in das Medium angeordnet ist, welche das Licht der Lichtquelle in die Lichtleitfaser einfokussiert. Das aus der Lichtquelle, z.B. Laser oder Laserdiode, stammende Licht fällt nach Durchtreten der Sammellinse und der Stirnfläche der Lichtleitfaser unter einer Vielzahl von Winkeln auf die zylindrische Seitenwand der Lichtleitfaser auf. Das Öffnungsverhältnis der Linse sowie die Anordnung von Linse und Lichtquelle sind dabei in Abhängigkeit von den Brechungsindices des Kerns und des Mantels der Lichtleitfaser möglichst so gewählt, daß alle diese Winkel, unter denen das Licht auf die zylindrische Grenzfläche zwischen Kern und Mantel auftrifft, dort die Bedingung für Totalreflexion erfüllen.According to the prior art, coupling of high-intensity light into an optical fiber is achieved in that a collecting lens for coupling light into the medium is arranged in front of the end face of the optical fiber and focuses the light from the light source into the optical fiber. That from the light source, e.g. Laser or laser diode, originating light strikes the cylindrical side wall of the optical fiber after passing through the converging lens and the end face of the optical fiber at a multitude of angles. The opening ratio of the lens and the arrangement of the lens and light source are selected as possible depending on the refractive indices of the core and the cladding of the optical fiber so that all these angles at which the light impinges on the cylindrical interface between the core and cladding are there Fulfill condition for total reflection.
Hierbei ist es aber von Nachteil, daß sie einen Brennpunkt besitzen. Die Lichtquelle, z.B. Laser, wird also im Inneren des Mediums scharf abgebildet, so daß im Medium am Ort des Bildes eine große optische Leistungsdichte herrscht, was zu lokaler Aufheizung des Mediums führt und die oben genannten nachteiligen Wirkungen, insbesondere eine Zerstörung der Lichtleitfaser, verursachen kann. Femer kann, wie bereits oben erwähnt, eine große optische Leistungsdichte nichtlmeare optische Effekte auslosen und dadurch die Nachrichtenübertragung über die Lichtleitfaser stören.However, it is disadvantageous here that they have a focal point. The light source, for example laser, is thus sharply imaged in the interior of the medium, so that one is in the medium at the location of the image there is a high optical power density, which leads to local heating of the medium and can cause the above-mentioned adverse effects, in particular destruction of the optical fiber. Furthermore, as already mentioned above, a large optical power density can trigger non-linear optical effects and thereby interfere with the transmission of messages via the optical fiber.
Diese nachteiligen Wirkungen setzen der maximal einkoppelbaren Intensität Grenzen und sind aufgrund des höheren Absorptionskoeffizienten insbesondere bei Lichtleitfasern aus Kunststoff von Bedeutung.These disadvantageous effects set limits on the maximum intensity that can be coupled in and are of importance due to the higher absorption coefficient, in particular in the case of optical fibers made of plastic.
Eine andere Möglichkeit der Lichteinkopplung in ein Medium, z.B. in eine Lichtleitfaser, besteht selbstverständlich darin, die Lichtquelle ohne jegliche Verwendung irgend einer Optik vor der Stirnfläche der Lichtleitfaser anzuordnen und die Stirnfläche direkt mit dem Licht der Lichtquelle zu beleuchten. Hierbei entsteht keine Abbildung der Lichtquelle im Medium, so daß sich keine Zone extreme hoher Intensitätskonzentration ausbildet. Nachteilig ist hierbei jedoch, daß weder die Verteilung der Lichtintensität im Medium noch die Verteilung der Lichteintrittswinkel in das Medium den Bedürfnissen angepaßt werden können. Dieser Nachteil ist insbesondere bei der Lichteinkopplung in Multimode-Lichtleitfasern von schwerwiegender Bedeutung.Another possibility of coupling light into a medium, e.g. into an optical fiber, of course, is to place the light source in front of the end face of the optical fiber without any use of any optics and to illuminate the end face directly with the light from the light source. No image of the light source is created in the medium, so that no zone of extremely high intensity concentration is formed. The disadvantage here, however, is that neither the distribution of the light intensity in the medium nor the distribution of the light entry angles into the medium can be adapted to the needs. This disadvantage is of particular importance when coupling light into multimode optical fibers.
Technische Aufgabe:Technical task:
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, zur Einkopplung von Licht aus einer Lichtquelle in ein Medium eine Optik bereitzustellen, durch welche die maximale im Medium auftretende räumliche optische Leistungsdichte gegenüber dem Stand der Technik vermindert wird, ohne die integral eingekoppelte Lichtleistung herabzusetzen, und durch welche eine vorgegebene Verteilung der Lichteintrittswinkel in das Medium realisierbar ist.The invention is therefore based on the object of providing optics for coupling light from a light source into a medium, by means of which the maximum spatial optical power density occurring in the medium is reduced compared to the prior art, without reducing the integrally coupled light power, and by which a predetermined distribution of the light entry angles into the medium can be realized.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Optik zur Einkopplung von Licht aus einer Lichtquelle in ein Medium, mit mindestens einer lichtablenkenden Fläche, welche das Licht durch Reflexion oder Refraktion in das Medium lenkt, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zweck der Verringerung der maximal im Medium auftretenden räumlichen Leuchtdichte die lichtablenkende Fläche bzw. Flächen eine solche Form aufweist bzw. aufweisen, daß im Medium oder auf dessen Oberfläche kein scharfes Bild der Lichtquelle entsteht. Das Medium kann insbesondere eine Lichtleitfaser sein. In diesem Fall wird die Aufgabe femer gelöst durch Optik zur Einkopplung von Licht aus einer Lichtquelle in einen Lichtleiter, insbesondere Lichtleitfaser, mit mindestens einer lichtablenkenden Fläche, welche das Licht durch Reflexion oder Hetraktion so in das Medium ιenκt, oaii Licht unter solchen Winkeln in den Lichtleiter eingestrahlt wird, daß Licht in dem Lichtleiter geführt wird, gekennzeichnet durch eine solche Form der lichtablenkenden Fläche oder Flächen, daß zum Zweck der Verringerung der maximal im Lichtleiter auftretenden räumlichen Leuchtdichte in dem Lichtleiter oder auf seiner Oberfläche kein scharfes Bild der Lichtquelle entsteht.This object is achieved according to the invention by optics for coupling light from a light source into a medium, with at least one light-deflecting surface which directs the light into the medium by reflection or refraction, characterized in that for the purpose of reducing the maximum that occurs in the medium spatial luminance, the light-deflecting surface or surfaces has or have such a shape that no sharp image of the light source is formed in the medium or on its surface. The medium can in particular be an optical fiber. In this case, the object is also achieved by optics for coupling light from a light source into a light guide, in particular optical fiber, with at least one light-deflecting surface, which ιenκt the light by reflection or hetraction into the medium, oaii light at such angles in the Light guide is irradiated, that light is guided in the light guide, characterized by such a shape of the light-deflecting surface or surfaces that, for the purpose of reducing the maximum spatial luminance occurring in the light guide, no sharp image of the light source is formed in the light guide or on its surface.
Die lichtablenkende Fläche bzw. die lichtablenkenden Flächen können insbesondere so geformt sein, daß kein Punkt der Lichtquelle im Medium oder auf dessen Oberfläche scharf abgebildet wird.The light-deflecting surface or the light-deflecting surfaces can in particular be shaped such that no point of the light source is sharply imaged in the medium or on its surface.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Verteilung der Lichtintensität im Medium sowie die Verteilung der Lichteintrittswinkel in das Medium durch geeignete Wahl der Form der lichtablenkenden Fläche oder Flächen etwaigen Bedürfnissen angepaßt und optimiert werden können, ohne den integralen Lichtfluß zu vermindern. Insbesondere kann mit Hilfe der Erfindung eine extreme Konzentration der Lichtintensität innerhalb einer kleinen Zone des Mediums verhindert werden.An important advantage of the invention is that the distribution of the light intensity in the medium and the distribution of the light entry angles into the medium can be adapted and optimized by suitable choice of the shape of the light-deflecting surface or surfaces, without reducing the integral light flux. In particular, an extreme concentration of the light intensity within a small zone of the medium can be prevented with the aid of the invention.
Die erfindungsgemäße Optik kann vorteilhaft insbesondere ein Axikon sein oder ein solches aufweisen. Mit "Axikon" werden rotationssymmetrische Optiken bezeichnet, welche eine in ihrer optischen Achse gelegene Punktquelle auf eine Punkteverteilung auf ihrer optischen Achse abbilden. Ein Axikon besitzt somit keine definierte Brennweite. Ein Beispiel für ein Axikon ist ein Kegel, dessen Achse mit der Lichteinfallsrichtung zusammenfällt. In den Beiträgen The Axicon: A New Type of Optical Element", Journal of the Optical Society of America, Band 44 (1954), Seiten 592-597, von J.H. Mc Leod, und "Axicons and Their Use", Journal of the Optical Society of America, Band 50 (1960), Seiten 166-169, ebenfalls von J.H. Mc Leod, werden Axikons ausführlich behandelt.The optics according to the invention can advantageously be or have an axicon in particular. "Axicon" refers to rotationally symmetrical optics that map a point source located in its optical axis to a point distribution on its optical axis. An axicon therefore has no defined focal length. An example of an axicon is a cone, the axis of which coincides with the direction of light incidence. In articles The Axicon: A New Type of Optical Element ", Journal of the Optical Society of America, Volume 44 (1954), pages 592-597, by JH Mc Leod, and" Axicons and Their Use ", Journal of the Optical Society of America, Volume 50 (1960), pages 166-169, also by JH Mc Leod, deal with axicons in detail.
Besonders vorteilhaft kann die Erfindung zur Lichteinkopplung in Lichtleiter, z.B. Lichtleitfasern, angewandt werden. Hierbei wirkt sich nicht nur die Möglichkeit, durch geeignete Wahl der Form der lichtablenkenden Fläche oder Flächen extreme Konzentration der Lichtintensität im Lichtleiter zu vermeiden, sehr vorteilhaft aus, sondern insbesondere auch die durch die Erfindung ebenfalls bereitgestellte Möglichkeit, die Verteilung der Lichteintrittswinkel in das Medium bestehenden Bedürfnissen optimal anzupassen.The invention can be used particularly advantageously for coupling light into light guides, for example optical fibers. In this case, not only the possibility of avoiding extreme concentration of the light intensity in the light guide by suitable choice of the shape of the light-deflecting surface or surfaces has a very advantageous effect, but in particular also that of the invention Provided possibility to optimally adapt the distribution of the light entry angles into the medium to existing needs.
Erfindungsgemäß können die lichtablenkende Hache oder Machen der Optik eine solche Form aufweisen, daß das aus jedem Punkt der Lichtquelle austretende Licht nach Eintritt in das Medium konvergiert, wobei jedoch jeder Punkt der Lichtquelle nicht auf einen Punkt, sondern auf einen Bereich endlicher Ausdehnung, z.B. auf eine Linie oder Kurve, auf einen Kreis, auf eine Fläche oder auf ein Volumen abgebildet wird. Mit anderen Worten, die Lichtquelle wird gezielt unscharf reell abgebildet.According to the invention, the light-deflecting hache or optics can have such a shape that the light emerging from every point of the light source converges after entering the medium, but each point of the light source does not point to a point but to a region of finite extent, e.g. is mapped onto a line or curve, onto a circle, onto a surface or onto a volume. In other words, the light source is deliberately imaged out of focus.
Ein unscharfe reelle Abbildung kann erfindungsgemäß z.B. mit Hilfe einer Optik erfolgen, welche zwar Licht der Lichtquelle im Medium zur Konvergenz bringt, jedoch von vornherein nicht in der Lage ist, irgend einen Punkt eines Objektes scharf abzubilden. Eine solche Optik kann z.B. eine asphärische Sammellinse sein oder umfassen, welche z.B. ein Teil eines eiförmigen Körpers sein kann.According to the invention, a blurred real image can e.g. with the help of an optic which converges light from the light source in the medium, but is not able from the start to sharply image any point of an object. Such optics can e.g. be or include an aspherical converging lens, e.g. can be part of an egg-shaped body.
Ein unscharfe reelle Abbildung kann erfindungsgemäß femer unter gezielter Ausnutzung der Abbildungsfehler fokussierender abbildender Elemente erfolgen. Beispielsweise kann zu diesem Zweck eine Sammellinse oder ein Hohlspiegel verwendet werden, wobei die Lichtquelle in so großem Abstand zur optischen Achse der Linse angeordnet ist, daß jeder Punkt der Lichtquelle als Koma abgebildet wird. Hierbei wird vorteilhaft der Umstand ausgenutzt, daß die Koma mit dem Abstand des Objekts von der optischen Achse zunimmt.According to the invention, a fuzzy real image can also take place with targeted use of the imaging elements focusing on imaging errors. For example, a converging lens or a concave mirror can be used for this purpose, the light source being so far away from the optical axis of the lens that each point of the light source is imaged as a coma. The fact that the coma increases with the distance of the object from the optical axis is advantageously used here.
Eine erfindungsgemäße Optik kann femer einen durch Planflächen begrenzten transparenten Körper oder ein Teil eines solchen sein oder umfassen. Derartige Körper sind z.B. ein Prisma, eine Pyramide, n-Flächner (z.B. Tetraeder) oder eine Linse oder einen Spiegel mit einer aus einer Vielzahl von einzelnen planen Teilflächen facettenförmig zusammengesetzten Oberfläche, d.h. sogenannte Facettenlinsen bzw. Facettenspiegel. Hierbei können bestimmte Planflächen zur weiteren gezielten Beeinflussung Verteilung der Leuchtdichte innerhalb des Mediums sowie der Verteilung der Lichteintrittswinkel in das Medium konvex oder konkav gewölbt sein.An optical system according to the invention can also be or comprise a transparent body delimited by plane surfaces or a part of such. Such bodies are e.g. a prism, a pyramid, n-flat surface (e.g. tetrahedron) or a lens or a mirror with a surface composed of a plurality of individual planar partial surfaces, i.e. so-called facet lenses or facet mirrors. In this case, certain plane surfaces can be curved convexly or concavely for further targeted influencing distribution of the luminance within the medium and the distribution of the light entry angles into the medium.
Ferner können erfindungsgemäß die lichtablenkende Fläche oder Flächen der Optik eine solche Form aufweisen, daß das aus jedem Punkt der Lichtquelle austretende Licht bei Eintritt in das Medium divergiert, dies kann z.B. durch eine Zerstreuungslinse erreicht werden. Divergenz des Lichts bei Eintritt in das Medium kann ferner dadurch erreicht werden, daß die Optik eine die Lichtquelle in einem vollständig zwischen der Optik und der Oberfläche des Mediums gelegenen Bild abbildende Sammellinse oder einen die Lichtquelle in einem vollständig zwischen der Optik und der Oberfläche des Mediums gelegenen Bild abbildender Hohlspiegel aufweist, so daß das Medium von Licht der Lichtquelle erreicht wird, welches nach Passieren eines außerhalb des Mediums liegenden Brennpunktes wieder divergiert.Furthermore, according to the invention, the light-deflecting surface or surfaces of the optics can have a shape such that the light emerging from each point of the light source when it enters the Medium diverges, this can be achieved with a diverging lens, for example. Divergence of the light upon entry into the medium can also be achieved in that the optics have a converging lens that images the light source in an image completely between the optics and the surface of the medium or that the light source in a completely between the optics and the surface of the medium has image-forming concave mirror, so that the medium is reached by light from the light source, which diverges again after passing a focal point lying outside the medium.
Ferner können erfindungsgemäß die lichtablenkende Fläche oder Flächen der Optik eine solche Form aufweisen, daß das Bild jedes Punktes der Lichtquelle im Wesentlichen auf eine Brennlinie oder eine Brennfläche verteilt ist.Furthermore, according to the invention, the light-deflecting surface or surfaces of the optics can have such a shape that the image of each point of the light source is essentially distributed over a focal line or a focal surface.
Eine Abbildung jedes Punktes der Lichtquelle auf eine Brennlinie kann z.B. mit Hilfe eines transparenten Vollkegels, dessen Grundfläche oder dessen Spitze der Lichtquelle zugewandt ist, erreicht werden. Ein mit seiner Grundfläche zur Lichtquelle gerichteter Vollkegel kann so in das Medium eingebettet sein, daß seine gesamte Mantelfläche mit dem Medium in Berührung steht und seine gesamte Grundfläche nicht mit dem Medium in Berührung steht. In diesem Fall muß der Vollkegel eine andere Brechzahl aufweisen als das Medium.A mapping of each point of the light source onto a focal line can e.g. with the help of a transparent full cone, the base or the tip of which faces the light source. A full cone with its base surface facing the light source can be embedded in the medium in such a way that its entire lateral surface is in contact with the medium and its entire base surface is not in contact with the medium. In this case, the full cone must have a different refractive index than the medium.
Die Optik kann erfindungsgemäß vorteilhaft durch eine als lichtablenkende Fläche fungierende Form der Oberfläche des Mediums selbst gebildet sein oder eine solche Form aufweisen und somit ein integraler Bestandteil des Mediums sein. Z.B. kann die Oberfläche des Mediums, etwa die Stirnseite einer Lichtleitfaser, eine konkave Form aufweisen und somit als Zerstreuungslinse wirken.According to the invention, the optics can advantageously be formed by a shape of the surface of the medium itself which acts as a light-deflecting surface, or can have such a shape and thus be an integral part of the medium. For example, The surface of the medium, for example the end face of an optical fiber, can have a concave shape and thus act as a diverging lens.
Eine erfindungsgemäße Optik kann ferner ein innenverspiegeltes Hohlrohr sein oder umfassen, dessen eine Öffnung der Lichtquelle zugewandt ist. Das Hohlrohr kann z.B. eine zylindrische Form oder die Form eines sich zur Lichtquelle erweiternden oder verengenden Konus aufweisen. Die Querschnittsform des Rohres kann auch eine andere als die eines Kreises sein. Die Funktion eines innenverspiegelten Zylinder- oder Konusrohres kann auch durch einen transparenten Vollzylinder bzw. Vollkonus mit außenverspiegelter Mantelfläche erfüllt werden. Der Vollkonus kann durch eine konisch geformte Form der Oberfläche des Mediums selbst gebildet sein. Eine oder beide Stirnflächen des Vollzylinders bzw. Vollkonus können zur gezielten Beeinflussung der Verteilung der Lichtintensität im Medium sowie der Verteilung der Lichteintrittswinkel in das Medium konvex oder konkav gewölbt sein.An optical system according to the invention can also be or comprise an internally mirrored hollow tube, the opening of which faces the light source. The hollow tube can have, for example, a cylindrical shape or the shape of a cone that widens or narrows towards the light source. The cross-sectional shape of the tube can also be other than that of a circle. The function of an internally mirrored cylinder or cone tube can also be fulfilled by a transparent full cylinder or full cone with an externally mirrored outer surface. The full cone can be formed by a conically shaped shape of the surface of the medium itself. One or both end faces of the full cylinder or full cone can be used to influence the distribution of the The light intensity in the medium and the distribution of the light entry angles into the medium must be convex or concave.
Eine erfindungsgemäße Optik kann auch eine Kombination von zwei oder mehreren der oben genannten Elemente sein oder umfassen. Ferner kann eine erfindungsgemäße Optik zur gezielten Beeinflussung der Verteilung der Lichtintensität im Medium sowie der Verteilung der Lichteintrittswinkel in das Medium eine oder mehrere zusätzliche Linsen oder Spiegel aufweisen.An optical system according to the invention can also be or comprise a combination of two or more of the above-mentioned elements. Furthermore, an optical system according to the invention for specifically influencing the distribution of the light intensity in the medium and the distribution of the light entry angles into the medium can have one or more additional lenses or mirrors.
Die nachfolgend erläuterten Figuren zeigen beispielhaft Ausführungsform der Erfindung und beziehen sich auf den wichtigen Anwendungsfall der Lichteinkopplung in eine Stufenindex- Lichtleitfaser. Selbstverständlich ist die Erfindung jedoch auf zur Einkopplung von Licht in alle anderen Arten von Lichtleitern und in alle anderen transparenten Medien anwendbar.The figures explained below show exemplary embodiments of the invention and relate to the important application of light coupling into a step index optical fiber. Of course, however, the invention is applicable to the coupling of light into all other types of light guides and in all other transparent media.
Kurzbeschreibung der Zeichnung, in der zeigen: Fig. 1 zur weiteren Erläuterung des Standes der Technik die Lichteinkopplung in eineBrief description of the drawing, in which: FIG. 1 shows the coupling of light into a for further explanation of the prior art
Lichtleitfaser mittels einer Sammellinse, Fig. 2 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Optik, welche als Sammellinse ausgebildet ist, Fig. 3 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Optik, welche als Zerstreuungslinse ausgebildet ist,Optical fiber by means of a converging lens, FIG. 2 shows an embodiment of an optical system according to the invention which is designed as a converging lens, FIG. 3 shows an embodiment of an optical system according to the invention which is designed as a diverging lens,
Fig. 4 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Optik, bei welcher die Stirnfläche der Lichtleitfaser selbst eine konkave Form aufweist und somit alsFig. 4 shows an embodiment of an optical system according to the invention, in which the end face of the optical fiber itself has a concave shape and thus as
Zerstreuungslinse wirkt, Fig. 5 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Optik, welche als asphärische Sammellinse ausgebildet ist,5, an embodiment of an optical system according to the invention, which is designed as an aspherical converging lens,
Fig. 6 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Optik, welche als Toruslinse ausgebildet ist, Fig. 7 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Optik, bei welcher die Stirnfläche der Lichtleitfaser als Teil einer Toruslinse ausgebildet ist und somit als Toruslinse wirkt,6 shows an embodiment of an optical system according to the invention, which is designed as a torus lens, FIG. 7 shows an embodiment of an optical system according to the invention, in which the end face of the optical fiber is designed as part of a torus lens and thus acts as a torus lens,
Fig. 8 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Optik, welche als Sammellinse ausgebildet ist, deren optische Achse in großer Entfernung von der Lichtquelle verläuft, Fig. 9 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Optik, bei welcher die Stirnfläche der Lichtleitfaser selbst eine konvexe Form aufweist und somit als Sammellinse wirkt, wobei deren optische Achse in großer Entfernung von der Lichtquelle verläuft, Fig. 10 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Optik, welche als Vollkegel mit der Lichtquelle zugewandter Grundfläche ausgebildet ist,8 shows an embodiment of an optical system according to the invention, which is designed as a converging lens, the optical axis of which extends at a great distance from the light source, 9 shows an embodiment of an optical system according to the invention in which the end face of the optical fiber itself has a convex shape and thus acts as a converging lens, the optical axis of which extends at a great distance from the light source, FIG. 10 shows an embodiment of an optical system according to the invention which is used as a full cone is formed with the base facing the light source,
Fig. 11 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Optik, bei welcher der Vollkegel von Fig. 10 in die Lichtleitfaser eingebettet ist, Fig. 12 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Optik, die als Vollkegel mit der Lichtquelle zugewandter Spitze ausgebildet ist, Fig. 13 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Optik, bei welcher die Stirnfläche der11 shows an embodiment of an optical system according to the invention in which the full cone of FIG. 10 is embedded in the optical fiber, FIG. 12 shows an embodiment of an optical system according to the invention which is designed as a full cone with the tip facing the light source, FIG. 13 shows an embodiment of an inventive system Optics in which the face of the
Lichtleitfaser als vollkegelförmige Form ausgebildet ist, Fig. 14 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Optik, bei der die Stirnfläche derOptical fiber is designed as a fully conical shape, Fig. 14 shows an embodiment of an optical system according to the invention, in which the end face of the
Lichtleitfaser selbst als hohlkegelförmige Form ausgebildet ist, Fig. 15 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Optik, welche als konvexe Facettenlinse ausgebildet ist,15, an embodiment of an optical system according to the invention, which is designed as a convex facet lens,
Fig. 16 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Optik, welche als an den Enden offenes innenspiegelndes Hohlrohr ausgebildet ist, und Fig. 17 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Optik, welche als an den Enden offener innenspiegelnder Hohlkonus ausgebildet ist, dessen kleinere Öffnung der Lichtquelle zugewandt ist.16 shows an embodiment of an optical system according to the invention, which is designed as an internally reflecting hollow tube that is open at the ends, and FIG. 17 shows an embodiment of an optical system according to the invention that is designed as an internally reflecting hollow cone, the smaller opening of which faces the light source.
Alle Figuren zeigen schematische Querschnittdarstellungen.All figures show schematic cross-sectional representations.
Fig. 1 zeigt zur weiteren Erläuterung des Standes der Technik ein Beispiel für die Einkopplung von Licht aus einer Lichtquelle 1 in eine Stufenindex-Lichtleitfaser 3. Zwischen der Lichtquelle 1 und der Stirnfläche 10 der Lichtleitfaser 3 ist eine Sammellinse 2 so angeordnet, daß die Lichtquelle 1 innerhalb der Lichtleitfaser 3 in einem Bild 9 scharf abgebildet wird. Die Lichtleitfaser 3 besteht aus einem Fasermantel 4 und einem Faserkern 5, wobei der Brechungsindex des Fasermantels 4 kleiner ist als derjenige der Faserkerns 5, so daß ein Lichtstrahl, welcher im Faserkern 5 verläuft, an der Grenzfläche Faserkern/Fasermantel einer Totalreflexion unterworfen sein und damit im Faserkern 5 geführt werden kann.Fig. 1 shows a further explanation of the prior art, an example of the coupling of light from a light source 1 in a step index optical fiber 3. Between the light source 1 and the end face 10 of the optical fiber 3, a condenser lens 2 is arranged so that the light source 1 is sharply imaged within the optical fiber 3 in an image 9. The optical fiber 3 consists of a fiber cladding 4 and a fiber core 5, the refractive index of the fiber cladding 4 being smaller than that of the fiber core 5, so that a light beam which runs in the fiber core 5 is subjected to a total reflection at the fiber core / fiber cladding interface and thus can be performed in the fiber core 5.
Sowohl achsenferne Lichtstrahlen 7 als auch achsennahe Lichtstrahlen 8 vereinigen sich in einem scharfen Bild 9 der Lichtquelle 1. Innerhalb einer eng begrenzten Zone der Lichtleitfaser 3, nämlich im Bereich des Bildes 9, ist daher die Lichtintensität sehr groß, was bei Überschreiten eines kritischen Wertes zu Materialschädigung des Lichtleiters und zu unerwünschten nichtlinearen optischen Effekten führen kann.Both off-axis light beams 7 and off-axis light beams 8 combine in a sharp image 9 of the light source 1. Within a narrowly defined zone of the optical fiber 3, namely in the area of image 9, the light intensity is therefore very high, which, if a critical value is exceeded, can lead to material damage to the light guide and to undesirable nonlinear optical effects.
Diese Probleme verstärken sich naturgemäß mit der eingestrahlten Lichtintensität. Die maximale noch sinnvoll einstrahlbare Lichtintensität ist somit aufgrund der extremen lokalen Konzentration der Lichtintensität im Bereich des Bildes 9 relativ gering, was für viele Anwendungen von Lichtleitfasern nachteilig ist.These problems are naturally exacerbated by the incident light intensity. The maximum light intensity that can still be sensibly irradiated is therefore relatively low due to the extreme local concentration of the light intensity in the area of the image 9, which is disadvantageous for many applications of optical fibers.
Die nachfolgend erläuterten Figuren 2-17 zeigen beispielhaft verschiedene Ausführungsformen der Erfindung, welche zur Lichteinkopplung in Lichtleitfasern dienen. Die Lichtquelle ist in den Figuren 2-17 zu besseren Veranschaulichung jeweils relativ nahe an der erfindungsgemäßen Optik angeordnet. Selbstverständlich kann die Lichtquelle jedoch auch weiter von der erfindungsgemäßen Optik entfernt sein oder sogar im Unendlichen liegen. Die Lichtquelle kann insbesondere ein Laser sein, welcher praktisch paralleles Licht emittiert.The figures 2-17 explained below show, by way of example, various embodiments of the invention which are used for coupling light into optical fibers. For better illustration, the light source is arranged relatively close to the optics according to the invention in FIGS. 2-17. Of course, however, the light source can also be further away from the optics according to the invention or even be infinite. The light source can in particular be a laser which emits practically parallel light.
Die in den Figuren veranschaulichten erfindungsgemäßen Optiken weisen einen Durchmesser auf, welcher jeweils mit dem Durchmesser der Lichtleitfasern identisch ist. Eine solche Wahl des Durchmessers ist vorteilhaft; die erfindungsgemäßen Optiken können jedoch auch andere Durchmesser aufweisen.The optics according to the invention illustrated in the figures have a diameter which is in each case identical to the diameter of the optical fibers. Such a choice of the diameter is advantageous; however, the optics according to the invention can also have other diameters.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Optik, welche als Sammellinse 101 ausgebildet ist. Die lichtablenkenden Flächen der Optik sind somit erfindungsgemäß durch die Oberflächen der Sammellinse 101 gebildet. Diese bildet die Lichtquelle 1 in einem vollständig zwischen der Optik und der Stirnfläche 10 der Lichtleitfaser 3 gelegenen scharfen Bild 20 ab. Das von der Sammellinse 101 gesammelte Licht divergiert nach Passieren des Bildes 20 und tritt divergierend in die Lichtleitfaser 3 ein.FIG. 2 shows an embodiment of an optical system according to the invention, which is designed as a converging lens 101. The light-deflecting surfaces of the optics are thus formed according to the invention by the surfaces of the converging lens 101. This images the light source 1 in a sharp image 20 located entirely between the optics and the end face 10 of the optical fiber 3. The light collected by the collecting lens 101 diverges after passing through the image 20 and enters the optical fiber 3 in a diverging manner.
Als Beispiel für achsenferne Lichtstrahlen ist in Fig. 2 ein Lichtstrahlenpaar 7a eingezeichnet, welches nach Durchlaufen des scharfen Bildes 20 in die Lichtleitfaser 3 gelangt und sich dort nach Totalreflexionen an der Innenseite des Fasermantels 4 in einem Überkreuzungspunkt 21a kreuzt.As an example of off-axis light rays, a pair of light rays 7a is drawn in FIG. 2, which after passing through the sharp image 20 reaches the optical fiber 3 and crosses there at a crossover point 21a after total reflections on the inside of the fiber cladding 4.
Die Entfernung des Überkreuzungspunktes von der Sammellinse 101 hängt ab von der Entfernung der Lichtstrahlen von der optischen Achse der Sammellinse 101. Als Beispiel für achsennahe Lichtstrahlen ist in Fig. 2 ein Lichtstrahlenpaar 8a eingezeichnet, welches nach Durchlaufen des scharfen Bildes 20 in die Lichtleitfaser 3 gelangt und sich dort nach Totalreflexionen an der Innenseite des Fasermantels 4 in einem Uberkreuzungspunkt 21b kreuzt, der nicht mit dem Uberkreuzungspunkt 21a zusammenfällt. In der Lichtleifaser 3 bildet sich ein Brennlinie 21 aus, so daß erfindungsgemäß kein Punkt der Lichtquelle 1 innerhalb der Lichtleitfaser 3 scharf abgebildet wird.The distance of the crossover point from the converging lens 101 depends on the distance the light rays from the optical axis of the converging lens 101. As an example of near-axis light rays, a pair of light rays 8a is drawn in FIG. 2, which after passing through the sharp image 20 enters the optical fiber 3 and there in one after total reflections on the inside of the fiber cladding 4 Crossing point 21b intersects, which does not coincide with the crossing point 21a. A focal line 21 forms in the optical fiber 3, so that, according to the invention, no point of the light source 1 is sharply imaged within the optical fiber 3.
Die Sammellinse 101 von Fig. 2 ist bikonvex ausgebildet. Selbstverständlich sind jedoch auch andere Bauformen von Sammellinsen möglich; z.B. kann die Sammellinse auch plankonvex sein. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung (nicht gezeigt) wird die Funktion der SammellinseThe converging lens 101 of FIG. 2 is biconvex. Of course, other types of converging lenses are also possible; e.g. the converging lens can also be plano-convex. In another embodiment of the invention (not shown) the function of the converging lens
101 durch einen Hohlspiegel übernommen. Auch in diesem Fall bildet sich in der Lichtleitfaser eine Brennlinie aus, so daß erfindungsgemäß kein Punkt der Lichtquelle 1 innerhalb der Lichtleitfaser 3 scharf abgebildet wird.101 taken over by a concave mirror. In this case too, a focal line is formed in the optical fiber, so that according to the invention no point of the light source 1 is sharply imaged within the optical fiber 3.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Optik, welche als ZerstreuungslinseFig. 3 shows an embodiment of an optical system according to the invention, which is used as a diverging lens
102 ausgebildet ist. Die lichtablenkenden Flächen der Optik sind somit erfindungsgemäß durch die Oberflächen der Zerstreuungslinse 102 gebildet. Licht der Lichtquelle 1 dringt erfindungsgemäß divergierend in die Lichtleitfaser 3 ein. Durch Totalreflexionen an der Innenseite des Fasermantels 4 kreuzt sich z.B. das achsenferne Lichtstrahlenpaar 7b an einem Uberkreuzungspunkt 22a und das achsennähere Lichtstrahlenpaar 8b an einem Uberkreuzungspunkt 22b; in der Lichtleitfaser 3 bildet sich eine Brennlinie 22 aus, so daß erfindungsgemäß kein Punkt der Lichtquelle 1 innerhalb der Lichtleitfaser 3 scharf abgebildet wird. Die Zerstreuungslinse 102 von Fig. 3 ist bikonkav ausgebildet. Selbstverständlich sind jedoch auch andere Bauformen von Zerstreuunglinsen möglich; z.B. kann die Zerstreuungslinse auch plankonkav ausgebildet sein.102 is formed. The light-deflecting surfaces of the optics are thus formed according to the invention by the surfaces of the diverging lens 102. According to the invention, light from the light source 1 penetrates into the optical fiber 3 in a divergent manner. Due to total reflections on the inside of the fiber jacket 4, e.g. the light beam pair 7b remote from the axis at a crossover point 22a and the light beam pair 8b closer to the axis at a crossover point 22b; A focal line 22 forms in the optical fiber 3, so that according to the invention no point of the light source 1 is sharply imaged within the optical fiber 3. The diverging lens 102 of FIG. 3 is biconcave. Of course, other types of diffusing lenses are also possible; e.g. the diverging lens can also be plano-concave.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung (nicht gezeigt) wird Licht der Lichtquelle vor Eintritt in die Lichtleitfaser durch einen Konvexspiegel zur Divergenz gebracht; der Konvexspiegel erfüllt somit hier die Funktion der Zerstreuungslinse 102 von Fig. 3. In diesem Fall ist die lichtablenkende Fläche der Optik erfindungsgemäß durch die Oberfläche des Konvexspiegels gebildet.In a further embodiment of the invention (not shown), light from the light source is brought to divergence by a convex mirror before it enters the optical fiber; the convex mirror thus fulfills the function of the diverging lens 102 from FIG. 3. In this case, the light-deflecting surface of the optics is formed according to the invention by the surface of the convex mirror.
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Optik, bei welcher die Stirnfläche 11 der Lichtleitfaser 3 selbst als konkave Form 202 ausgebildet ist und somit als Zerstreuungslinse wirkt. Die erfindungsgemäße Optik ist somit integraler Bestandteil des Mediums. Die lichtablenkende Fläche der Optik ist hierbei erfindungsgemäß durch die Oberfläche der konkaven Form 202 gebildet. Licht der Lichtquelle 1 dringt also divergierend in die Lichtleitfaser 3 ein. Durch Totalreflexionen an der Innenseite des Fasermantels 4 kreuzt sich z.B. das achsenferne Lichtstrahlenpaar 7c an einem Uberkreuzungspunkt 23a und das achsennähere Lichtstrahlenpaar 8c an einem Uberkreuzungspunkt 23b; in der Lichtleitfaser 3 bildet sich eine Brennlinie 23 aus, so daß erfindungsgemäß kein Punkt der Lichtquelle 1 innerhalb der Lichtleitfaser 3 scharf abgebildet wird.FIG. 4 shows an embodiment of an optical system according to the invention, in which the end face 11 of the optical fiber 3 itself is designed as a concave shape 202 and thus acts as a diverging lens. The optics according to the invention are thus an integral part of the medium. The According to the invention, the light-deflecting surface of the optics is formed by the surface of the concave shape 202. Light from light source 1 thus penetrates divergingly into optical fiber 3. Total reflections on the inside of the fiber cladding 4 cross, for example, the pair of light rays 7c remote from the axis at a crossover point 23a and the pair of light rays 8c closer to the axis at a crossover point 23b; A focal line 23 forms in the optical fiber 3, so that according to the invention no point of the light source 1 is sharply imaged within the optical fiber 3.
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Optik, welche als asphärische Sammellinse 103 ausgebildet ist. Die lichtablenkenden Flächen der Optik sind somit erfindungsgemäß durch die Oberflächen der asphärischen Sammellinse 103 gebildet. Die Brennweite einer solchen Linse hängt vom Achsenabstand ab, so daß das in die Lichtleitfaser 3 eingekoppelte Licht zwar konvergiert, aber erfindungsgemäß nicht auf einen Brennpunkt oder ein scharfes Bild der Lichtquelle 1 , sondern entlang einer Brennlinie 24 vereinigt wird. Das achsenferne Lichtstrahlenpaar 7d z.B. kreuzt sich auf der Brennlinie 24 an einem Uberkreuzungspunkt 24a und das achsennähere Lichtstrahlenpaar 8d auf der Brennlinie 24 an einem Uberkreuzungspunkt 24b, der nicht mit dem Uberkreuzungspunkt 24a zusammenfällt.FIG. 5 shows an embodiment of an optical system according to the invention, which is designed as an aspherical converging lens 103. The light-deflecting surfaces of the optics are thus formed according to the invention by the surfaces of the aspherical converging lens 103. The focal length of such a lens depends on the center distance, so that the light coupled into the optical fiber 3 converges, but according to the invention it is not combined to a focal point or a sharp image of the light source 1, but rather along a focal line 24. The pair of light beams 7d remote from the axis, e.g. crosses on the focal line 24 at a crossover point 24a and the pair of light beams 8d closer to the axis on the focal line 24 at a crossover point 24b which does not coincide with the crossover point 24a.
Selbstverständlich kann die asphärische Linse 103 - anders als in Fig. 5 dargestellt - von der Stirnseite 10 der Lichtleitfaser 3 beabstandet sein. In einer weiteren Ausführungsform (nicht gezeigt) ist die Stirnseite der Lichtleitfaser als asphärische konvexe Form ausgebildet, welche als asphärische Sammellinse fungiert. Die erfindungsgemäße Optik ist somit integraler Bestandteil des Mediums. Die lichtablenkende Fläche der Optik ist hierbei erfindungsgemäß durch die Oberfläche der asphärischen konvexen Form gebildet. Auch in diesem Fall bildet sich in der Lichtleitfaser eine Brennlinie aus, so daß erfindungsgemäß kein Punkt der Lichtquelle 1 innerhalb der Lichtleitfaser 3 scharf abgebildet wird.Of course, the aspherical lens 103 - in contrast to that shown in FIG. 5 - can be spaced apart from the end face 10 of the optical fiber 3. In a further embodiment (not shown), the end face of the optical fiber is designed as an aspherical convex shape, which functions as an aspherical converging lens. The optics according to the invention are thus an integral part of the medium. According to the invention, the light-deflecting surface of the optics is formed by the surface of the aspherical convex shape. In this case too, a focal line is formed in the optical fiber, so that according to the invention no point of the light source 1 is sharply imaged within the optical fiber 3.
Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Optik, welche als Toruslinse 104 ausgebildet ist, so daß das in die Lichtleitfaser 3 eingekoppelte Licht der Lichtquelle 1 zwar konvergiert, aber erfindungsgemäß nicht auf einen Punkt oder ein scharfes Bild der Lichtquelle 1 vereinigt wird, sondern auf einen Brennkreis 25, der in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse der Toruslinse 104 verläuft, so daß erfindungsgemäß kein Punkt der Lichtquelle 1 innerhalb der Lichtleitfaser 3 scharf abgebildet wird. Die lichtablenkenden Flächen der Optik sind somit erfindungsgemäß durch die Oberflächen der Toruslinse 104 gebildet. Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Optik, bei welcher die Stirnfläche 12 der Lichtleitfaser 3 selbst als toroidale Form 204, nämlich als Teil einer Toruslinse, ausgebildet ist und somit als Toruslinse wirkt. Die erfindungsgemäße Optik ist somit integraler Bestandteil des Mediums. Die lichtablenkende Fläche der Optik ist somit erfindungsgemäß durch die Oberfläche der toroidalen Form 204 gebildet. Licht der Lichtquelle 1 dringt also konvergierend in die Lichtleitfaser 3 ein und vereinigt sich dort in einem Brennkreis 26, so daß erfindungsgemäß kein Punkt der Lichtquelle 1 innerhalb der Lichtleitfaser 3 scharf abgebildet wird.Fig. 6 shows an embodiment of an optical system according to the invention, which is designed as a torus lens 104, so that the light from the light source 1 coupled into the optical fiber 3 converges, but according to the invention is not combined to a point or a sharp image of the light source 1, but on a focal circle 25, which runs in a plane perpendicular to the optical axis of the torus lens 104, so that according to the invention no point of the light source 1 is sharply imaged within the optical fiber 3. The light-deflecting surfaces of the optics are thus formed according to the invention by the surfaces of the torus lens 104. 7 shows an embodiment of an optical system according to the invention, in which the end face 12 of the optical fiber 3 itself is designed as a toroidal shape 204, namely as part of a torus lens, and thus acts as a torus lens. The optics according to the invention are thus an integral part of the medium. The light-deflecting surface of the optics is thus formed according to the invention by the surface of the toroidal shape 204. Light from the light source 1 thus converges into the optical fiber 3 and unites there in a focal circuit 26, so that, according to the invention, no point of the light source 1 is sharply imaged within the optical fiber 3.
Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Optik, welche als Sammellinse 105 ausgebildet ist und eine solche Form aufweist, daß ihre optische Achse 105a in so großer Entfernung von der Lichtquelle 1 verläuft, daß das in die Lichtleitfaser 3 eingekoppelte Licht der Lichtquelle 1 zwar konvergiert, aber erfindungsgemäß nicht auf einen Punkt oder ein scharfes Bild der Lichtquelle 1 vereinigt wird, sondern auf eine Koma 27. Die lichtablenkenden Flächen der Optik sind somit erfindungsgemäß durch die Oberflächen der Sammellinse 105 gebildet. Da auch Konkavspiegel mit dem Abbildungsfehler behaftet sind, achsenferne Objektpunkte als Koma abzubilden, kann die Funktion der Sammellinse 105 auch durch einen Konkavspiegel erfüllt werden, dessen optische Achse in großer Entfernung von der Lichtquelle verläuft. In diesem Fall ist die lichtablenkende Fläche der Optik erfindungsgemäß durch die konkave Oberfläche des Konkavspiegels gebildet.Fig. 8 shows an embodiment of an optical system according to the invention, which is designed as a converging lens 105 and has such a shape that its optical axis 105a extends so far from the light source 1 that the light of the light source 1 coupled into the optical fiber 3 converges , but according to the invention not to a point or a sharp image of the light source 1, but to a coma 27. The light-deflecting surfaces of the optics are thus formed according to the invention by the surfaces of the converging lens 105. Since concave mirrors also have the aberration of imaging object points remote from the axis as a coma, the function of the converging lens 105 can also be performed by a concave mirror, the optical axis of which runs at a great distance from the light source. In this case, the light-deflecting surface of the optics is formed according to the invention by the concave surface of the concave mirror.
Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Optik, bei welcher die Stirnfläche 13 der Lichtleitfaser 3 selbst als konvexe Form 205 ausgebildet ist und somit als Sammellinse wirkt, wobei die konvexe Form 205 so ausgebildet ist, daß ihre optische Achse in großer Entfernung von der Lichtquelle verläuft. Licht der Lichtquelle 1 dringt also konvergierend in die Lichtleitfaser 3 ein und vereinigt sich dort in einer Koma 28, so daß erfindungsgemäß kein Punkt der Lichtquelle 1 innerhalb der Lichtleitfaser 3 scharf abgebildet wird. Die erfindungsgemäße Optik ist somit integraler Bestandteil des Mediums. Die lichtablenkende Fläche der Optik ist hierbei erfindungsgemäß durch die Oberfläche 13 der konvexen Form 205 gebildet.Fig. 9 shows an embodiment of an optical system according to the invention, in which the end face 13 of the optical fiber 3 itself is designed as a convex shape 205 and thus acts as a converging lens, the convex shape 205 being designed such that its optical axis is at a great distance from the light source runs. Light from the light source 1 thus converges into the optical fiber 3 and merges there in a coma 28, so that according to the invention no point of the light source 1 is sharply imaged within the optical fiber 3. The optics according to the invention are thus an integral part of the medium. The light-deflecting surface of the optics is formed according to the invention by the surface 13 of the convex shape 205.
Fig. 10 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Optik, welche als Vollkegel 106 mit der Lichtquelle zugewandter Grundfläche 106a ausgebildet ist, so daß das in die Lichtleitfaser 3 eingekoppelte Licht der Lichtquelle 1 zwar konvergiert, aber erfindungsgemäß nicht auf einen Punkt oder ein scharfes Bild der Lichtquelle 1 vereinigt wird, sondern auf eine Brennlinie 29. Die lichtablenkenden Flächen der Optik sind somit erfindungsgemäß durch die Oberflächen des Vollkegels 106 gebildet. Das achsenferne Lichtstrahlenpaar 7e z.B. kreuzt sich auf der Brennlinie 29 an einem Uberkreuzungspunkt 29a und das achsennähere Lichtstrahlenpaar 8e auf der Brennlinie 29 an einem Uberkreuzungspunkt 29b, der nicht mit dem Uberkreuzungspunkt 29a zusammenfällt.10 shows an embodiment of an optical system according to the invention, which is designed as a full cone 106 with the base surface 106a facing the light source, so that the light of the light source 1 coupled into the optical fiber 3 converges, but not to one point according to the invention or a sharp image of the light source 1 is combined, but on a focal line 29. The light-deflecting surfaces of the optics are thus formed according to the invention by the surfaces of the full cone 106. For example, the pair of light rays 7e remote from the axis intersects on the focal line 29 at a crossover point 29a and the pair of light rays 8e closer to the axis on the focal line 29 at a crossover point 29b, which does not coincide with the crossover point 29a.
In einer weiteren Ausführungsform (Fig. 11) ist ein Vollkegel 116 so in die Lichtleitfaser 3 eingebettet, daß seine gesamte Mantelfläche 116b mit dem Lichtleitfasermaterial in Berührung steht und seine gesamte Grundfläche 116a nicht mit dem Lichtleitfasermaterial in Berührung steht. Die Lichtleitfaser 3 ist zu diesem Zweck im Bereich ihrer Stirnfläche hohlkegelförmig ausgespart. Die Aussparung nimmt den Vollkegel 116 auf. In dieser Ausführungsform der Erfindung müssen die Brechzahlen des Vollkegelmaterials und diejenige des Faserkernmaterials verschieden sein. Fig. 11 veranschaulicht den Fall, daß die Brechzahl des Vollkegelmaterials höher ist als diejenige des Faserkernmaterials. In der Lichtleitfaser bildet sich eine Brennlinie 30 aus. Das achsenferne Lichtstrahlenpaar 7f z.B. kreuzt sich auf der Brennlinie 30 an einem Uberkreuzungspunkt 30a und das achsennähere Lichtstrahlenpaar 8f auf der Brennlinie 30 an einem Uberkreuzungspunkt 30b, der nicht mit dem Uberkreuzungspunkt 30a zusammenfällt. Erfindungsgemäß wird kein Punkt der Lichtquelle 1 innerhalb der Lichtleitfaser 3 scharf abgebildet.In a further embodiment (FIG. 11), a full cone 116 is embedded in the optical fiber 3 in such a way that its entire lateral surface 116b is in contact with the optical fiber material and its entire base surface 116a is not in contact with the optical fiber material. For this purpose, the optical fiber 3 is recessed in the shape of a hollow cone in the region of its end face. The recess receives the full cone 116. In this embodiment of the invention, the refractive indices of the full cone material and that of the fiber core material must be different. Fig. 11 illustrates the case where the refractive index of the full cone material is higher than that of the fiber core material. A focal line 30 forms in the optical fiber. The pair of light rays 7f remote from the axis, e.g. intersects on the focal line 30 at a crossover point 30a and the pair of light rays 8f closer to the axis on the focal line 30 at a crossover point 30b, which does not coincide with the crossover point 30a. According to the invention, no point of the light source 1 is imaged sharply within the optical fiber 3.
In einer anderen Ausführungsform (nicht gezeigt) ist die Brechzahl des Vollkegelmaterials niedriger ist als diejenige des Faserkemmaterials. Aufgrund von Totalreflexion an der Innenseite des Fasermantels bildet sich auch in diesem Fall in der Lichtleitfaser eine Brennlinie aus, so daß erfindungsgemäß kein Punkt der Lichtquelle 1 innerhalb der Lichtleitfaser 3 scharf abgebildet wird. In einer anderen Ausführungsform (nicht gezeigt) wird anstelle des Vollkegels 106 eine Vollpyramide verwendet, deren Grundfläche der Lichtquelle zugewandt ist. Zur weiteren gezielten Beeinflussung oder Optimierung der Verteilung der Lichteintrittswinkel in die Lichtleitfaser 3 können die Grundflächen des Vollkegels 3 und der Vollpyramide konvex oder konkav gewölbt sein.In another embodiment (not shown) the refractive index of the full cone material is lower than that of the fiber core material. Because of total reflection on the inside of the fiber cladding, a focal line is also formed in the optical fiber in this case, so that according to the invention no point of the light source 1 is sharply imaged within the optical fiber 3. In another embodiment (not shown), instead of the full cone 106, a full pyramid is used, the base of which faces the light source. To further influence or optimize the distribution of the light entry angles in the optical fiber 3 in a targeted manner, the base areas of the full cone 3 and the full pyramid can be convex or concave.
Fig. 12 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Optik, welche als Vollkegel 107 mit der Lichtquelle zugewandter Spitze 107b ausgebildet ist, so daß das in die Lichtleitfaser 3 eingekoppelte Licht der Lichtquelle 1 zwar konvergiert, aber erfindungsgemäß nicht auf einen Punkt oder ein scharfes Bild der Lichtquelle 1 vereinigt wird, sondern auf einer Brennlinie 31. Die lichtablenkenden Flächen der erfindungsgemäßen Optik sind somit durch die Oberflächen des Vollkegels 107 gebildet. Das achsenferne Lichtstrahlenpaar 7g z.B. kreuzt sich auf der Brennlinie 31 an einem Uberkreuzungspunkt 31a und das achsennähere Lichtstrahlenpaar 8g auf der Brennlinie 31 an einem Uberkreuzungspunkt 31b, der nicht mit dem Uberkreuzungspunkt 31a zusammenfällt.Fig. 12 shows an embodiment of an optical system according to the invention, which is designed as a full cone 107 with the tip 107b facing the light source, so that the light of the light source 1 coupled into the optical fiber 3 converges, but not according to the invention to a point or a sharp image of the light source 1 is united, but on a focal line 31. The light-deflecting surfaces of the optics according to the invention are thus characterized by the surfaces of the Full cone 107 formed. The pair of light rays 7g remote from the axis, for example, intersects on the focal line 31 at a crossover point 31a and the pair of light rays 8g closer to the axis on the focal line 31 at a crossover point 31b which does not coincide with the crossover point 31a.
Die Grundfläche 107a des Vollkegels 107 kann, wie in Fig. 12 dargestellt, mit der Stirnfläche 10 der Lichtleitfaser 3 in Berührung stehen, oder er kann von ihr beabstandet sein. Die Grundfläche des Vollkegels 107 kann plan sein oder konkav oder konvex gewölbt. In einer weiteren Ausführungsform (nicht gezeigt) wird anstelle des Vollkegels 107 eine Vollpyramide verwendet, deren Spitze der Lichtquelle zugewandt ist und deren Grundfläche ebenfalls gewölbt sein kann. Fig. 13 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Optik, bei welcher die Stirnfläche 15 der Lichtleitfaser 3 als vollkegelförmige Form 207 ausgebildet ist, so daß das in die Lichtleitfaser 3 eingekoppelte Licht der Lichtquelle 1 auf einer Brennlinie 32 vereinigt wird. Die erfindungsgemäße Optik ist somit integraler Bestandteil des Mediums. Die lichtablenkende Fläche der Optik ist hierbei erfindungsgemäß durch die Mantelfläche 15 der vollkegelförmigen Form 207 gebildet. Das achsenferne Lichtstrahlenpaar 7h z.B. kreuzt sich auf der Brennlinie 32 an einem Uberkreuzungspunkt 32a und das achsennähere Lichtstrahlenpaar 8h auf der Brennlinie 32 an einem Uberkreuzungspunkt 32b, der nicht mit dem Uberkreuzungspunkt 32a zusammenfällt. Erfindungsgemäß wird kein Punkt der Lichtquelle 1 innerhalb der Lichtleitfaser 3 scharf abgebildet.The base surface 107a of the full cone 107 can, as shown in FIG. 12, be in contact with the end surface 10 of the optical fiber 3, or it can be spaced from it. The base of the full cone 107 can be flat or concave or convex. In a further embodiment (not shown), a full pyramid is used instead of the full cone 107, the tip of which faces the light source and the base area of which can also be curved. 13 shows an embodiment of an optical system according to the invention, in which the end face 15 of the optical fiber 3 is designed as a fully conical shape 207, so that the light of the light source 1 coupled into the optical fiber 3 is combined on a focal line 32. The optics according to the invention are thus an integral part of the medium. The light-deflecting surface of the optics is formed according to the invention by the lateral surface 15 of the fully conical shape 207. The light beam pair 7h away from the axis e.g. intersects on the focal line 32 at a crossover point 32a and the pair of light rays 8h closer to the axis on the focal line 32 at a crossover point 32b which does not coincide with the crossover point 32a. According to the invention, no point of the light source 1 is imaged sharply within the optical fiber 3.
In einer weiteren Ausführungsform (nicht gezeigt) wird anstelle der vollkegelförmigen Form 207 eine vollpyramidenförmige Form als lichtablenkende Fläche verwendet. Auch in diesem Fall ist die erfindungsgemäße Optik integraler Bestandteil des Mediums.In a further embodiment (not shown), instead of the fully conical shape 207, a fully pyramidal shape is used as the light-deflecting surface. In this case too, the optics according to the invention are an integral part of the medium.
Fig. 14 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Optik, bei welcher die Stirnfläche 14 der Lichtleitfaser 3 als hohlkegelförmige Form 212 mit von der Lichtquelle 1 abgewandter Spitze 212b ausgebildet ist, so daß das in die Lichtleitfaser 3 eingekoppelte Licht der Lichtquelle 1 auf einer Brennlinie 33 vereinigt wird. Die erfindungsgemäße Optik ist somit integraler Bestandteil des Mediums. Die lichtablenkende Fläche der Optik ist hierbei erfindungsgemäß durch die Oberfläche der hohlkegelförmigen Form 212 gebildet. Das achsenferne Lichtstrahlenpaar 7i z.B. kreuzt sich auf der Brennlinie 33 an einem Uberkreuzungspunkt 33a und das achsennähere Lichtstrahlenpaar 8i auf der Brennlinie 33 an einem Uberkreuzungspunkt 33b, der nicht mit dem Uberkreuzungspunkt 33a zusammenfällt. Erfindungsgemäß wird kein Punkt der Lichtquelle 1 innerhalb der Lichtleitfaser 3 scharf abgebildet. In einer weiteren Ausführungsform (nicht gezeigt) wird anstelle der hohlkegelförmigen Form 212 eine hohlpyramidenförmige Form als lichtablenkende Fläche verwendet, auch in diesem Fall ist die erfindungsgemäße Optik integraler Bestandteil des Mediums. Fig. 15 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Optik, welche einen Zylinder 111 mit hohlkegelförmiger Aussparung 112 ist, deren Spitze 112b von der Lichtquelle 1 abgewandt ist. Das in die Lichtleitfaser 3 eingekoppelte Licht der Lichtquelle 1 wird auf einer Brennlinie 37 vereinigt. Das achsenferne Lichtstrahlenpaar 7m z.B. kreuzt sich auf der Brennlinie 37 an einem Uberkreuzungspunkt 37a und das achsennähere Lichtstrahlenpaar 8m auf der Brennlinie 37 an einem Uberkreuzungspunkt 37b, der nicht mit dem Uberkreuzungspunkt 37a zusammenfällt. Erfindungsgemäß wird kein Punkt der Lichtquelle 1 innerhalb der Lichtleitfaser 3 scharf abgebildet.14 shows an embodiment of an optical system according to the invention, in which the end face 14 of the optical fiber 3 is designed as a hollow cone-shaped shape 212 with a tip 212b facing away from the light source 1, so that the light of the light source 1 coupled into the optical fiber 3 combines on a focal line 33 becomes. The optics according to the invention are thus an integral part of the medium. According to the invention, the light-deflecting surface of the optics is formed here by the surface of the hollow-conical shape 212. The pair of light rays 7i remote from the axis, for example, intersects on the focal line 33 at a crossover point 33a and the pair of light rays 8i closer to the axis on the focal line 33 at a crossover point 33b which does not coincide with the crossover point 33a. According to the invention, no point of the light source 1 is sharply imaged within the optical fiber 3. In a further embodiment (not shown), a hollow pyramid-shaped shape is used as the light-deflecting surface instead of the hollow-conical shape 212; in this case too, the optics according to the invention are an integral part of the medium. 15 shows an embodiment of an optical system according to the invention, which is a cylinder 111 with a hollow-conical recess 112, the tip 112b of which faces away from the light source 1. The light from the light source 1 coupled into the optical fiber 3 is combined on a focal line 37. The pair of light rays 7m remote from the axis, for example, intersects on the focal line 37 at a crossover point 37a and the pair of light rays 8m closer to the axis on the focal line 37 at a crossover point 37b which does not coincide with the crossover point 37a. According to the invention, no point of the light source 1 is sharply imaged within the optical fiber 3.
Fig. 16 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Optik, welche als plankonvexe Linse 108 ausgebildet ist, deren konvexe Oberfläche aus einer Vielzahl von einzelnen planen Teilflächen 108a facettenförmig zusammengesetzt ist, so daß die plankonvexe Linse 108 eine Facettenlinse ist. Die lichtablenkenden Flächen der Optik sind somit erfindungsgemäß durch die Oberflächen der Facettenlinse 108 gebildet. Auch in diesem Fall konvergiert das in die Lichtleitfaser 3 eingekoppelte Licht der Lichtquelle 1. Jedoch wird dieses erfindungsgemäß nicht auf einen Punkt oder ein scharfes Bild der Lichtquelle 1 konzentriert, sondern in einem endlichen Raumvolumen 34, dessen Abmessungen von der Größe, Form und Ausrichtung der einzelnen planen Teilflächen 108a abhängt. Zur Veranschaulichung sind in Fig. 15 drei Strahlenbündel 40, 41 , 42 eingezeichnet, welche durch verschiedene plane Teilflächen der Facettenlinse 108 gebrochen werden und sich innerhalb des Raumvolumens 34 kreuzen.16 shows an embodiment of an optical system according to the invention, which is designed as a plano-convex lens 108, the convex surface of which is composed of a multiplicity of individual planar partial surfaces 108a, so that the plano-convex lens 108 is a facet lens. The light-deflecting surfaces of the optics are thus formed according to the invention by the surfaces of the facet lens 108. In this case, too, the light of the light source 1 coupled into the optical fiber 3 converges. However, according to the invention, this is not concentrated on a point or a sharp image of the light source 1, but in a finite spatial volume 34, the dimensions of which depend on the size, shape and orientation of the individual planar subareas 108a. For illustration, three beams 40, 41, 42 are drawn in in FIG. 15, which are refracted by different flat partial surfaces of the facet lens 108 and intersect within the volume 34.
In einer anderen Ausführungsform (nicht gezeigt) ist die Facettenlinse bikonvex ausgebildet. Die Funktion der bikonvexen oder plankonvexen Facettenlinse kann auch durch einen Hohlspiegel erfüllt werden, dessen konkave Fläche aus einer Vielzahl von einzelnen planen Teilflächen facettenförmig zusammengesetzt ist.In another embodiment (not shown), the facet lens is biconvex. The function of the biconvex or plano-convex facet lens can also be fulfilled by a concave mirror, the concave surface of which is composed of a large number of individual planar partial surfaces.
In einer weiteren Ausführungsform (nicht gezeigt) ist die Facettenlinse plankonkav oder bikonkav ausgebildet. In einer weiteren Ausführungsform (nicht gezeigt) ist die Stirnfläche der Lichtleitfaser 3 als facettenartig konvexe oder konkave Form ausgebildet, so daß die Stirnfläche als konvexe oder konkave Facettenlinse fungiert. Die erfindungsgemäße Optik ist auch in diesem Fall integraler Bestandteil des Mediums.In a further embodiment (not shown), the facet lens is plano-concave or biconcave. In a further embodiment (not shown), the end face of the optical fiber 3 is designed as a facet-like convex or concave shape, so that the end face functions as a convex or concave facet lens. The optics according to the invention are also more integral in this case Part of the medium.
Eine erfindungsgemäße Optik kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung (nicht gezeigt) als konvex-zylindrische Linse ausgebildet sein, so daß das in die Lichtleitfaser 3 eingekoppelte Licht der Lichtquelle 1 konvergiert. Jedoch wird dieses erfindungsgemäß nicht auf einen Punkt oder ein scharfes Bild der Lichtquelle 1 , sondern auf eine Brennlinie abgebildet, welche senkrecht zur optischen Achse der konvex-zylindrischen Linse verläuft. Erfindungsgemäß wird dabei kein Punkt der Lichtquelle 1 innerhalb der Lichtleitfaser 3 scharf abgebildet. In einer weiteren Ausführungsform (nicht gezeigt) wird die Funktion der konvex-zylindrischen Linse durch einen zylindrischen Hohlspiegel erfüllt.According to a further embodiment of the invention (not shown), an optical system according to the invention can be designed as a convex-cylindrical lens, so that the light of the light source 1 coupled into the optical fiber 3 converges. However, according to the invention, this is not imaged on a point or a sharp image of the light source 1, but on a focal line which runs perpendicular to the optical axis of the convex-cylindrical lens. According to the invention, no point of the light source 1 is sharply imaged within the optical fiber 3. In a further embodiment (not shown), the function of the convex-cylindrical lens is performed by a cylindrical concave mirror.
Eine erfindungsgemäße Optik kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung (nicht gezeigt) als konkav-zylindrische Linse ausgebildet sein, so daß das in die Lichtleitfaser 3 eingekoppelte Licht der Lichtquelle 1 bei Eintritt in die Lichtleitfaser 3 divergiert. In einer weiteren Ausführungsform (nicht gezeigt) wird die Funktion der konkav-zylindrischen Linse durch einen konvex-zylindrischen Spiegel erfüllt. In einer weiteren Ausführungsform (nicht gezeigt) ist die Stirnfläche der Lichtleitfaser 3 als konvex-zylindrische oder konkav-zylindrische Form ausgebildet, so daß die Stirnfläche selbst als konvexe oder konkave Zylinderlinse fungiert und die erfindungsgemäße Optik integraler Bestandteil des Mediums ist. Erfindungsgemäß wird auch in diesen Fällen kein Punkt der Lichtquelle 1 innerhalb der Lichtleitfaser 3 scharf abgebildet.According to a further embodiment of the invention (not shown), an optical system according to the invention can be designed as a concave-cylindrical lens, so that the light of the light source 1 coupled into the optical fiber 3 diverges when it enters the optical fiber 3. In a further embodiment (not shown), the function of the concave-cylindrical lens is performed by a convex-cylindrical mirror. In a further embodiment (not shown), the end face of the optical fiber 3 is designed as a convex-cylindrical or concave-cylindrical shape, so that the end face itself functions as a convex or concave cylindrical lens and the optics according to the invention are an integral part of the medium. According to the invention, even in these cases, no point of the light source 1 is sharply imaged within the optical fiber 3.
Fig. 17 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Optik, welche als an den Enden offenes innenspiegelndes Hohlrohr 109 ausgebildet ist, dessen eine Öffnung 109a der Lichtquelle zugewandt ist. Die lichtablenkende Fläche der Optik ist somit erfindungsgemäß durch die Innenfläche des Hohlrohres 109 gebildet. Sowohl an der Innenwand des Rohres 109 als auch an der Innenfläche des Fasermantels 4 findet Totalreflexion statt. Das in die Lichtleitfaser 3 eingekoppelte Licht der Lichtquelle 1 wird daher erfindungsgemäß nicht auf einen Punkt oder ein scharfes Bild der Lichtquelle 1 , sondern auf einer Brennlinie 35 vereinigt. Lichtstrahlen 8k, welche in einem Winkel ß zur Rohrachse 109b verlaufen, kreuzen sich auf der Brennlinie 35 an einem Uberkreuzungspunkt 35b. Lichtstrahlen 7k, welche in einem Winkel α zur Rohrachse 109b verlaufen, kreuzen sich auf der Brennlinie 35 an einem Uberkreuzungspunkt 35a, der nicht mit dem Uberkreuzungspunkt 35b zusammenfällt. Fig. 18 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Optik, welche als an den Enden offener innenspiegelnder Hohlkonus 110 ausgebildet ist, dessen kleinere Öffnung 110a der Lichtquelle 1 zugewandt ist. Die lichtablenkende Fläche der Optik ist somit erfindungsgemäß durch die Innenfläche des Hohlkonus 110 gebildet. Sowohl an der Innenwand des Hohlkonus 110 als auch an der Innenfläche des Fasermantels 4 findet Totalreflexion statt. Das in die Lichtleitfaser 3 eingekoppelte Licht der Lichtquelle 1 wird daher erfindungsgemäß nicht auf einen Punkt oder auf ein scharfes Bild der Lichtquelle 1 , sondern auf einer Brennlinie 36 vereinigt. Die Lichtstrahlen 8n z.B., welche in einem Winkel φ zur Konusachse 110b verlaufen, kreuzen sich auf der Brennlinie 36 an einem Uberkreuzungspunkt 36b. Die Lichtstrahlen 7n z.B., welche vor Auftreffen auf die Konus- Innenfläche in einem Winkel δ zur Konusachse 110b verlaufen, kreuzen sich auf der Brennlinie 36 an einem Uberkreuzungspunkt 36a, der nicht mit dem Uberkreuzungspunkt 36b zusammenfällt.17 shows an embodiment of an optical system according to the invention, which is designed as an internally reflecting hollow tube 109 which is open at the ends and whose opening 109a faces the light source. The light-deflecting surface of the optics is thus formed according to the invention by the inner surface of the hollow tube 109. Total reflection takes place both on the inner wall of the tube 109 and on the inner surface of the fiber jacket 4. According to the invention, the light of the light source 1 coupled into the optical fiber 3 is therefore not combined on a point or a sharp image of the light source 1, but on a focal line 35. Light rays 8k, which run at an angle β to the tube axis 109b, intersect on the focal line 35 at a crossover point 35b. Light rays 7k, which run at an angle α to the tube axis 109b, intersect on the focal line 35 at a crossover point 35a which does not coincide with the crossover point 35b. 18 shows an embodiment of an optical system according to the invention, which is designed as an internally reflecting hollow cone 110, the smaller opening 110 a of which faces the light source 1. The light-deflecting surface of the optics is thus formed according to the invention by the inner surface of the hollow cone 110. Total reflection takes place both on the inner wall of the hollow cone 110 and on the inner surface of the fiber jacket 4. According to the invention, the light of the light source 1 coupled into the optical fiber 3 is therefore not combined on a point or on a sharp image of the light source 1, but on a focal line 36. The light rays 8n, for example, which run at an angle φ to the cone axis 110b, intersect on the focal line 36 at a crossover point 36b. The light beams 7n, for example, which run at an angle δ to the cone axis 110b before striking the inner surface of the cone, intersect on the focal line 36 at a crossover point 36a which does not coincide with the crossover point 36b.
Die Verteilung der Lichteintrittswinkel in das Medium läßt sich vorteilhafterweise durch geeignete Wahl des Konus-Öffnungswinkels optimieren.The distribution of the light entry angles into the medium can advantageously be optimized by a suitable choice of the cone opening angle.
Eine erfindungsgemäße Optik kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung (nicht gezeigt) als an den Enden offener innenspiegelnder Hohlkonus ausgebildet sein, dessen größere Öffnung der Lichtquelle zugewandt ist. Auch hier wirkt die Innenwand des Hohlkonus als lichtablenkende Fläche. Auch in diesem Fall wird das in die Lichtleitfaser eingekoppelte Licht der Lichtquelle auf einer Brennlinie vereinigt, so daß erfindungsgemäß wird kein Punkt der Lichtquelle 1 innerhalb der Lichtleitfaser 3 scharf abgebildet wird.According to a further embodiment of the invention (not shown), an optical system according to the invention can be designed as a hollow cone which is open at the ends and has a larger opening facing the light source. Here, too, the inner wall of the hollow cone acts as a light-deflecting surface. In this case too, the light of the light source coupled into the optical fiber is combined on a focal line, so that according to the invention no point of the light source 1 is sharply imaged within the optical fiber 3.
Eine erfindungsgemäße Optik kann gemäß weiterer Ausführungsformen der Erfindung (nicht gezeigt) als transparenter Vollzylinder mit außenverspiegelter Mantelfläche ausgebildet sein, dessen eine Stirnfläche der Lichtquelle zugewandt ist. Die Innenseite der Mantelfläche des Vollrohres bzw. Vollkonus wirken als lichtablenkende Fläche.According to further embodiments of the invention (not shown), an optical system according to the invention can be designed as a transparent solid cylinder with an externally mirrored outer surface, one end face of which faces the light source. The inside of the outer surface of the full tube or full cone act as a light-deflecting surface.
Zum Zweck der gezielten Beeinflussung der Lichteintrittswinkel in die Lichtleitfaser können eine oder beide Stirnflächen Vollkonus bzw. Vollzylinders konvex oder konkav gewölbt sein. Ferner kann der Vollkomus durch eine konische Form der Stirnfläche der Lichtleitfaser selbst gebildet sein. Auch in diesen Fällen wird das in die Lichtleitfaser eingekoppelte Licht der Lichtquelle auf einer Brennlinie vereinigt. Erfindungsgemäß wird auch in diesen Fällen kein Punkt der Lichtquelle 1 innerhalb der Lichtleitfaser 3 scharf abgebildet. Zum Zwecke der weiteren Beeinflussung oder Optiminierung der Verteilung der Licheintrittswinkel in die Lichtleitfaser kann eine erfindungsgemäße Optik eine oder mehrere zusätzliche Linsen aufweisen. Ferner können verschiedene Ausführungsformen der Erfindung miteinander kombiniert werden.For the purpose of specifically influencing the light entry angles into the optical fiber, one or both end faces of the full cone or full cylinder can be convex or concave. Furthermore, the full cone can be formed by a conical shape of the end face of the optical fiber itself. In these cases, too, the light from the light source coupled into the optical fiber is combined on a focal line. According to the invention, even in these cases, no point of the light source 1 is sharply imaged within the optical fiber 3. For the purpose of further influencing or optimizing the distribution of the light entry angles into the optical fiber, an optical system according to the invention can have one or more additional lenses. Furthermore, various embodiments of the invention can be combined with one another.
Gewerbliche Anwendbarkeit:Industrial applicability:
Die Erfindung ist insbesondere zur Einkopplung optischer Signale in Lichtleitfasern z.B. zum Zweck der Datenübertragung gewerblich anwendbar.The invention is particularly useful for coupling optical signals into optical fibers e.g. industrially applicable for the purpose of data transmission.
Leitfigur ist Fig. 10. The leading figure is Fig. 10.
Liste der Bezugszeichen:List of reference numerals:
1 Lichtquelle1 light source
2 Sammellinse2 converging lens
3 Lichtleitfaser 4, 5 Mantel, Kern von 33 optical fiber 4, 5 cladding, core of 3
6 Licht aus 16 light from 1
7, 7a-m achsenferne Lichtstrahlenpaare7, 7a-m pairs of light rays remote from the axis
8, 8a-m achsennähere Lichtstrahlenpaare8, 8a-m light beam pairs closer to the axis
9, 20 scharfe Bilder von 1 10 - 15 Stirnflächen9, 20 sharp images from 1 10 - 15 faces
21-24, 29-33, 35-37 Brennlinien21-24, 29-33, 35-37 focal lines
21a-24a, 29a-33a, 35a-37a Überkreuzungspunkte von 7a-m21a-24a, 29a-33a, 35a-37a crossover points of 7a-m
21 b-24b, 29b-33b, 35b-37b Überkreuzungspunkte von 8a-m21 b-24b, 29b-33b, 35b-37b crossover points from 8a-m
25, 26 Brennkreise 27, 28 Komae25, 26 burning circles 27, 28 coma
34 Raumvolumen34 room volume
40, 41 , 42 Lichtbündel40, 41, 42 light beams
101 Sammellinse101 converging lens
102 Zerstreuungslinse 103 asphärische Sammellinse102 diverging lens 103 aspherical converging lens
104 Toruslinse104 torus lens
105, 105a Sammellinse, optische Achse derselben105, 105a converging lens, optical axis of the same
106, 107, 116 Vollkegel106, 107, 116 full cone
106a Grundfläche von 106 116a, b Mantelfläche von 116106a base area of 106 116a, b lateral area of 116
107a, b Grundfläche, Spitze von 107107a, b footprint, top of 107
108, konvexe Facettenlinse108, convex faceted lens
108a plane Teilfläche von 108108a plane partial area of 108
109 innenspiegelndes Hohlrohr 109a, b Öffnung, Achse von 109109 reflecting hollow tube 109a, b opening, axis of 109
110 innenspiegelnder Hohlkonus110 reflecting hollow cone
110a kleinere Öffnung von 110110a smaller opening of 110
110b Achse von 110 111 Zylinder110b axis of 110 111 cylinders
112 hohlkegelförmige Aussparung von 111 112b Spitze von 112112 hollow tapered recess of 111 112b tip of 112
202 konkave Form 204 toroidale Form202 concave shape 204 toroidal shape
205 konvexe Form205 convex shape
205a optische Achse von 205205a optical axis of 205
207 vollkegelförmige Form207 fully conical shape
212 hohlkegelförmige Form 212b Spitze von 212 212 hollow cone shape 212b tip of 212

Claims

Patentansprüche claims
1. Optik zur Einkopplung von Licht aus einer Lichtquelle in ein Medium, mit mindestens einer lichtablenkenden Fläche, welche das Licht durch Reflexion oder Refraktion in das Medium lenkt, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zweck der Verringerung der maximal im Medium auftretenden räumlichen Leuchtdichte die lichtablenkende Fläche bzw. Flächen eine solche Form aufweist bzw. aufweisen, daß im Medium (3) oder auf dessen Oberfläche (10, 11 , 12, 13, 14, 15) kein scharfes Bild der Lichtquelle (1) entsteht.1. Optics for coupling light from a light source into a medium, with at least one light-deflecting surface, which directs the light by reflection or refraction in the medium, characterized in that for the purpose of reducing the maximum spatial luminance occurring in the medium, the light-deflecting surface or surfaces have or have such a shape that no sharp image of the light source (1) is formed in the medium (3) or on its surface (10, 11, 12, 13, 14, 15).
2. Optik zur Einkopplung von Licht aus einer Lichtquelle in einen Lichtleiter, insbesondere Lichtleitfaser, mit mindestens einer lichtablenkenden Fläche, welche das Licht durch Reflexion oder Refraktion so in das Medium lenkt, daß Licht unter solchen Winkeln in den Lichtleiter eingestrahlt wird, daß Licht in dem Lichtleiter (1) geführt wird, gekennzeichnet durch eine solche Form der lichtablenkenden Fläche oder Flächen, daß zum Zweck der Verringerung der maximal im Lichtleiter (3) auftretenden räumlichen Leuchtdichte in dem Lichtleiter (3) oder auf seiner Oberfläche (10, 11 , 12, 13, 14, 15) kein scharfes Bild der Lichtquelle (1) entsteht.2. Optics for coupling light from a light source into a light guide, in particular optical fiber, with at least one light-deflecting surface, which directs the light by reflection or refraction into the medium so that light is radiated into the light guide at such angles that light in the light guide (1), characterized by such a shape of the light-deflecting surface or surfaces that, for the purpose of reducing the maximum spatial luminance occurring in the light guide (3) in the light guide (3) or on its surface (10, 11, 12 , 13, 14, 15) no sharp image of the light source (1) arises.
3. Optik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik ein integraler Bestandteil des Mediums (3) ist und durch eine als lichtablenkende Fläche fungierende Form (202, 204, 205, 207, 212) der Oberfläche (11 , 12, 13, 14, 15) des Mediums (3) gebildet ist oder eine solche Form aufweist.3. Optics according to claim 1 or 2, characterized in that the optics is an integral part of the medium (3) and by a function as a light-deflecting surface (202, 204, 205, 207, 212) of the surface (11, 12, 13, 14, 15) of the medium (3) is formed or has such a shape.
4. Optik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtablenkende Fläche bzw. Flächen eine solche Form aufweist bzw. aufweisen, daß kein Punkt der Lichtquelle (1 ) im Medium (3) oder auf dessen Oberfläche (10, 11 , 12, 13, 14, 15) scharf abgebildet wird.4. Optics according to claim 1 or 2, characterized in that the light-deflecting surface or surfaces has or have such a shape that no point of the light source (1) in the medium (3) or on its surface (10, 11, 12th , 13, 14, 15) is shown sharply.
5. Optik nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtablenkende Fläche bzw. Flächen eine solche Form aufweist bzw. aufweisen, daß das Bild jedes Punktes der Lichtquelle (1) im Wesentlichen eine Brennlinie (21-26, 29-33, 35-37) oder eine Brennfläche ist. 5. Optics according to one of claims 1 to 3, characterized in that the light-deflecting surface or surfaces has or have such a shape that the image of each point of the light source (1) essentially a focal line (21-26, 29- 33, 35-37) or a focal surface.
6. Optik nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik ein Axikon (103, 106, 107, 109, 110, 116) ist oder aufweist.6. Optics according to one of claims 1 to 5, characterized in that the optics is an axicon (103, 106, 107, 109, 110, 116) or has.
7. Optik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik eine die Lichtquelle (1 ) in einem vollständig zwischen der Optik und der Oberfläche (10) des Mediums (3) gelegenen Bild abbildende Sammellinse (101) oder einen die Lichtquelle (1 ) in einem vollständig zwischen der Optik und der Oberfläche (10) des Mediums (3) gelegenen Bild abbildender Hohlspiegel ist oder aufweist.7. Optics according to claim 1 or 2, characterized in that the optics one of the light source (1) in a completely between the optics and the surface (10) of the medium (3) located image imaging lens (101) or one of the light source ( 1) is or has a concave mirror that completely images between the optics and the surface (10) of the medium (3).
8. Optik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik eine Zerstreuungslinse (102) oder einen Konvexspiegel ist oder aufweist.8. Optics according to claim 1 or 2, characterized in that the optics is a diverging lens (102) or a convex mirror or has.
9. Optik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (11) des Mediums eine konkave Form (202) ist oder aufweist, welche als Zerstreuungslinse fungiert.9. Optics according to claim 1 or 2, characterized in that the surface (11) of the medium is or has a concave shape (202) which functions as a diverging lens.
10. Optik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik eine Sammellinse (103) mit mindestens einer asphärischen Oberfläche ist oder aufweist.10. Optics according to claim 1 or 2, characterized in that the optics is or has a converging lens (103) with at least one aspherical surface.
11. Optik nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik durch eine asphärische konvexe, als asphärische Sammellinse fungierende Form der Oberfläche des Mediums (3) gebildet ist oder eine solche Form aufweist.11. Optics according to claim 3, characterized in that the optics is formed by an aspherical convex, acting as an aspherical converging lens shape of the surface of the medium (3) or has such a shape.
12. Optik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik eine Toruslinse (104) ist oder aufweist.12. Optics according to claim 1 or 2, characterized in that the optics is a torus lens (104) or has.
13. Optik nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik durch eine toroidale, als Toruslinse fungierende Form (204) der Oberfläche des Mediums (3) gebildet ist oder eine solche Form (204) aufweist. 13. Optics according to claim 3, characterized in that the optics is formed by a toroidal, acting as a torus lens shape (204) of the surface of the medium (3) or has such a shape (204).
14. Optik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik eine Sammellinse (105) oder ein Hohlspiegel ist oder eine solche bzw. einen solchen aufweist, wobei lichtablenkende Fläche oder Flächen eine solche Form aufweisen, daß die optische Achse (105a) der Sammellinse (105) bzw. des Hohlspiegels in so großer Entfernung von der Lichtquelle (1 ) verläuft, daß jeder Punkt der Lichtquelle (1 ) als Koma (27) abgebildet wird.14. Optics according to claim 1 or 2, characterized in that the optics is a converging lens (105) or a concave mirror or has one or such, light-deflecting surface or surfaces having such a shape that the optical axis (105a) the converging lens (105) or the concave mirror extends so far from the light source (1) that each point of the light source (1) is depicted as a coma (27).
15. Optik nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik durch eine konvexe, als Sammellinse fungierende Form (205) der Oberfläche des Mediums (3) gebildet ist oder eine solche Form (205) aufweist, wobei die lichtablenkende Fläche (13) so geform ist, daß ihre optische Achse (205a) in so großer Entfernung von der Lichtquelle (1) verläuft, daß jeder Punkt der Lichtquelle (1) als Koma (28) abgebildet wird.15. Optics according to claim 3, characterized in that the optics by a convex, acting as a converging lens (205) of the surface of the medium (3) is formed or has such a shape (205), the light-deflecting surface (13) so is shaped so that its optical axis (205a) extends so far from the light source (1) that each point of the light source (1) is depicted as a coma (28).
16. Optik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik ein Vollkegel (106) ist oder einen Vollkegel (106) aufweist, wobei die Grundfläche (106a) des Vollkegels (106) der Lichtquelle (1) zugewandt ist.16. Optics according to claim 1 or 2, characterized in that the optics is a full cone (106) or has a full cone (106), the base surface (106a) of the full cone (106) facing the light source (1).
17. Optik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik ein Vollkegel (116) ist oder einen Vollkegel (116) aufweist, wobei die Grundfläche (116a) des Vollkegels (116) der Lichtquelle (1) zugewandt ist und der Vollkegel (116) eine andere Brechzahl aufweist als das Medium (3) und so in dieses eingebettet ist, daß die gesamte Mantelfläche des Vollkegels (116) mit dem Medium (3) in Berührung steht und die gesamte Grundfläche (116a) nicht mit dem Medium (3) in Berührung steht.17. Optics according to claim 1 or 2, characterized in that the optics is a full cone (116) or has a full cone (116), the base (116a) of the full cone (116) facing the light source (1) and the full cone (116) has a different refractive index than the medium (3) and is embedded in it so that the entire lateral surface of the full cone (116) is in contact with the medium (3) and the entire base area (116a) is not in contact with the medium ( 3) is in contact.
18. Optik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik einen transparenten Vollkegel (107) oder eine transparente Vollpyramide ist oder aufweist, wobei die Spitze (107b) des Vollkegels (107) bzw. der Vollpyramide der Lichtquelle (1 ) zugewandt ist.18. Optics according to claim 1 or 2, characterized in that the optics is or has a transparent full cone (107) or a transparent full pyramid, the tip (107b) of the full cone (107) or the full pyramid facing the light source (1) is.
19. Optik nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundfläche des Vollkegels (106, 107, 116) bzw. der Vollpyramide konvex oder konkav gewölbt ist. 19. Optics according to one of claims 16 to 18, characterized in that the base of the full cone (106, 107, 116) or the full pyramid is convex or concave.
20. Optik nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik durch eine vollkegelförmige Form (207) oder eine vollpyramidenförmige Form der20. Optics according to claim 3, characterized in that the optics by a fully conical shape (207) or a fully pyramidal shape of the
Oberfläche des Mediums (3) gebildet ist oder eine solche Form aufweist.Surface of the medium (3) is formed or has such a shape.
5 21. Optik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik ein Zylinder (111 ) mit hohlkegelförmiger Aussparung (112) ist oder einen solchen aufweist, wobei die Spitze (112b) der hohlkegelförmigen Aussparung (112) von der Lichtquelle (1 ) abgewandt ist.5 21. Optics according to claim 1 or 2, characterized in that the optics is or has a cylinder (111) with a hollow conical recess (112), the tip (112b) of the hollow conical recess (112) from the light source (1 ) is turned away.
i o 22. Optik nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik durch eine hohlkegelförmige oder hohlpyramidenförmige Form (212) der Oberfläche (14) des Mediums (3) gebildet ist oder eine solche Form umfaßt.i o 22. Optics according to claim 3, characterized in that the optics is formed by a hollow cone-shaped or hollow pyramid-shaped shape (212) of the surface (14) of the medium (3) or comprises such a shape.
23. Optik nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,23. Optics according to claim 3, characterized in
15 daß die Optik durch eine vollprismenförmige oder hohlprismenförmige Form der Oberfläche des Mediums (3) gebildet ist oder eine solche Form aufweist.15 that the optics is formed by a fully prismatic or hollow prismatic shape of the surface of the medium (3) or has such a shape.
24. Optik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik eine konvexe oder konkave Linse (108) oder ein Hohlspiegel mit aus einer Vielzahl 0 von einzelnen planen Teilflächen (108a) facettenförmig zusammengesetzter Oberfläche ist oder eine solche Linse (108) bzw. einen solchen Hohlspiegel aufweist.24. Optics according to claim 1 or 2, characterized in that the optics is a convex or concave lens (108) or a concave mirror with a plurality 0 of individual planar partial surfaces (108 a) facet-shaped surface or such a lens (108) or has such a concave mirror.
25. Optik nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik durch eine facettenförmig aus einer Vielzahl von einzelnen planen Teilflächen 5 zusammengesetzten konvexen bzw. konkaven Form der Oberfläche des Mediums (3) gebildet ist oder eine solche Form aufweist, wobei diese Form als konvexe bzw. konkave Facettenlinse fungiert.25. Optics according to claim 3, characterized in that the optics is formed by a facet-shaped from a plurality of individual flat partial surfaces 5 composite convex or concave shape of the surface of the medium (3) or has such a shape, this shape as a convex or concave facet lens acts.
26. Optik nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, 0 daß die Optik eine konvexe oder konkave Zylinderlinse oder ein konvexer oder konkaver Zylinderspiegel ist oder eine solche bzw. einen solchen aufweist. 26. Optics according to one of claims 1 or 2, characterized in that the optics is a convex or concave cylindrical lens or a convex or concave cylindrical mirror or has one or such.
27. Optik nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik durch eine konvex-zylindrische bzw. konkav-zylindrische, als Zylinder-Sammellinse bzw. Zylinder-Zerstreuungslinse fungierende Form der Oberfläche des Mediums (3) gebildet ist oder eine solche Form aufweist.27. Optics according to claim 3, characterized in that the optics is formed by a convex-cylindrical or concave-cylindrical, acting as a cylinder converging lens or cylinder diverging lens shape of the surface of the medium (3) or has such a shape.
28. Optik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik ein an den Enden offenes innenspiegelndes Hohlrohr (109) ist oder aufweist, dessen eine Öffnung (109a) der Lichtquelle (1) zugewandt ist, wobei die Innenwand des Hohlrohres (109) als lichtablenkende Fläche wirkt.28. Optics according to claim 1 or 2, characterized in that the optics is or has a hollow tube (109) which is open at the ends and has an opening (109a) facing the light source (1), the inner wall of the hollow tube (109 ) acts as a light-deflecting surface.
29. Optik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik einen an den Enden offener innenspiegelnden Hohlkonus (110) ist oder einen solchen aufweist, wobei eine Öffnung des Hohlkonus (110) der Lichtquelle (1) zugewandt ist und die Innenwand des Hohlkonus (110) als lichtablenkende Fläche wirkt.29. Optics according to claim 1 or 2, characterized in that the optics is a hollow cone (110) which is open at the ends or has such an opening, the opening of the hollow cone (110) facing the light source (1) and the inner wall of the Hollow cone (110) acts as a light-deflecting surface.
30. Optik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik einen transparenten Vollzylinder oder Vollkonus mit außenverspiegelter Mantelfläche ist oder aufweist, dessen eine Stirnfläche der Lichtquelle (1) zugewandt ist und wobei die Innenseite der Mantelfläche als lichtablenkende Fläche wirkt.30. Optics according to claim 1 or 2, characterized in that the optics is or has a transparent full cylinder or full cone with an externally mirrored outer surface, one end face of which faces the light source (1) and the inside of the outer surface acts as a light-deflecting surface.
31. Optik nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder beide Stirnflächen Vollkonus bzw. Vollzylinders konvex oder konkav gewölbt sind.31. Optics according to claim 30, characterized in that one or both end faces of the full cone or full cylinder are convex or concave.
32. Optik nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik durch eine vollkonische Form der Oberfläche des Mediums (3) gebildet ist oder eine solche Form aufweist.32. Optics according to claim 3, characterized in that the optics is formed by a fully conical shape of the surface of the medium (3) or has such a shape.
33. Optik nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche der vollkonischen Form konvex oder konkav gewölbt ist.33. Optics according to claim 32, characterized in that the end face of the fully conical shape is convex or concave.
34. Optik nach einen der Ansprüche 1-30, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik mindestens eine zusätzliche Linse aufweist. 34. Optics according to any one of claims 1-30, characterized in that the optics has at least one additional lens.
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