NL9301115A - Van starre lichtgeleiders voorzien lichtgeleiderstelsel. - Google Patents

Description

VAN STARRE LICHTGELEÏDERS VOORZIEN LICHTGELEIDERSTELSEL

De uitvinding heeft betrekking op een lichtgelei-derstelsel, omvattende: ten minste een lichtbron, ten minste een lichtgeleider, ten minste een inkoppelorgaan voor het tot in de lichtgeleider voeren van het van de lichtbron afkomstige licht en ten minste een uitkoppelor-gaan voor het uit de andere zijde van de lichtgeleider koppelen van het door de lichtgeleider geleide licht.

Een dergelijk lichtgeleiderstelsel is bijvoorbeeld bekend uit EP-A-0 388 128.

Dit tot de stand van de techniek behorende lichtgeleiderstelsel maakt gebruik van lichtgeleiders die gevormd worden door een bundel lichtgeleiderelementen van een veel kleinere doorsnede, zodat de totale lichtgeleider buigzaam is en deze in willekeurige vormen kan worden verlegd.

Hierbij zij opgemerkt dat, om het lichtverlies in de vezels of dunne lichtgeleiderelementen zoveel mogelijk te vermijden, een minimale boogstraal moet worden aangehouden.

Als gevolg van het feit dat deze tot de stand van de techniek behorende lichtgeleider uit een groot aantal kleine vezels is samengesteld, wordt de totale beschikbare doorsnede niet volledig gebruikt. Een uit vezels samengestelde lichtgeleider heeft een vulfactor die kleiner is dan 1. Dit betekent dat voor het transporteren van een voorafbepaalde hoeveelheid licht een grotere doorsnede voor de lichtgeleider beschikbaar moet zijn. Bovendien gaat licht verloren in de interstitiele ruimte tussen de vezels onderling en in de optische mantel bij het inkoppelen van licht.

Een ander nadeel van deze tot de stand van de techniek behorende lichtgeleiders is dat zij kostbaar zijn? zij moeten door middel van een kostbaar produktieproces worden vervaardigd.

Het doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een lichtgeleiderstelsel, waarbij bovenge- noemde nadelen worden vermeden.

Dit doel wordt bereikt, doordat de lichtgeleider massief is.

Als gevolg van deze maatregelen wordt een grote vulfactor verkregen, terwijl bovendien de produktiekosten aanzienlijk worden verlaagd.

Volgens een eerste voorkeursuitvoeringsvorm heeft de lichtgeleider een rechthoekige doorsnede.

Aangezien de meeste materialen, waarvan dergelijke lichtgeleiders worden vervaardigd, in plaatvorm worden geproduceerd, zijn zowel de produktiekosten als de materiaalkosten voor een rechthoekige lichtgeleider kleiner dan die van een niet rechthoekige, bijvoorbeeld ronde vorm, aangezien in dit geval extra bewerkingen noodzakelijk zijn. Bovendien gaat bij dergelijke bewerkingen kostbaar lichtgeleidend materiaal verloren.

Hierbij zij opgemerkt dat het uit EP-A-0 446 692 bekend is starre, lichtgeleidende elementen te gebruiken. Dit betreft echter geen lichtelementen die bedoeld zijn voor transport van licht van een inkoppelvlak naar een uitkoppelvlak, doch voor het vanuit een inkoppelvlak toegevoerde licht verspreiden in een ruimte. Deze starre elementen functioneren aldus als het ware als lichtuitkop-pelementen; zij zijn niet bedoeld voor het transport van licht.

Het zal duidelijk zijn dat het, als gevolg van het feit dat starre lichtgeleiders gebruikt worden, in sommige situaties noodzakelijk zal zijn gebogen lichtgeleiders toe te passen. Door middel van de maatregel van conclusie 4 wordt een bijzonder aantrekkelijke uitvoeringsvorm daarvan verkregen. Een verdere aantrekkelijke uitvoeringsvorm van een lichtgeleiderstelsel, dat voorzien is van gebogen lichtgeleiderelementen, is uiteengezet in conclusie 5.

Andere aantrekkelijke uitvoeringsvormen zijn uiteengezet in de andere onderconclusies.

Vervolgens zal de onderhavige uitvinding worden toegelicht aan de hand van bijgaande tekeningen, waarin voorstellen: fig. 1: een gedeeltelijk weggebroken perspectivisch aanzicht van een eerste uitvoeringsvorm van een licht-geleiderstelsel volgens de uitvinding; fig. 2: een schematisch perspectivisch aanzicht van een uitkoppelorgaan ten gebruike bij een lichtgeleiders-telsel volgens de uitvinding? fig. 3 een lichtverdeelstuk met een T-vormige configuratie ten gebruike bij het lichtgeleiderstelsel volgens de onderhavige uitvinding? fig. 4: een van een uitkoppelorgaan voorziene licht-geleider volgens de uitvinding; en fig. 5: een andere uitvoeringsvorm van een uitkoppelorgaan volgens de uitvinding.

Het in fig. 1 afgeheelde lichtgeleiderstelsel 1 wordt gevormd door een lichtbron in de vorm van een lamp 2, een inkoppelorgaan 3, een eerste lichtgeleider 4, een gebogen lichtgeleider 5 en een uitkoppelorgaan 6.

De lichtgeleider 4 wordt gevormd door een starre staaf 7 van lichtgeleidend materiaal bijvoorbeeld PMMA. Rondom deze staaf 7 is een optische bekleding 8 aangebracht, terwijl voor de mechanische bescherming van de lichtgeleider rondom een kunststof laag 9 is aangebracht die bijvoorbeeld door middel van warmte-opkrimping is bevestigd. Hierbij zij opgemerkt dat de bekleding 8 in eerste instantie tot doel heeft de reflectie van de lichtstralen binnen de staaf 7 te verbeteren. Zij bestaat uit optisch transparant materiaal met een lagere optische brekingsindexwaarde dan het kernmateriaal, waardoor geleiding volgens het principe van totale weerkaatsing plaats kan vinden. Bij de hier getoonde uitvoeringsvorm is sprake van een vierkante staaf; het is evenzeer mogelijk in het onderhavige geval een rechthoekige, niet vierkante staaf toe te passen.

Het inkoppelorgaan 3 wordt gevormd door een frame 10, dat gevormd wordt door platen 11, 12, 13, 14, 15, waarin de desbetreffende componenten zijn bevestigd. De platen 11-15 zijn onderling verbonden door middel van verbindingselementen in de vorm van staven 16 die elk ten minste aan hun eind van schroefdraad zijn voorzien en die zich door in de platen 11-15 aangebrachte openingen heen uitstrekken. Tussen de platen zijn rondom de staven 16 aangebrachte buizen 51 geplaatst. De voorste plaat 15 is op de desbetreffende staven 16 bevestigd door middel van moeren 17.

In de plaat 12 is een fitting 18 aangebracht, waarin de lamp 2 bevestigd is. In de volgende plaat 13 is een glazen reflector 19 aangebracht die voorzien is van een dichroide of spectraal selectieve laag. Deze reflector heeft een ellipsoïde vorm en is zodanig geplaatst, dat het van de lamp 2 afkomstige licht geleid wordt naar een van quartsglas vervaardigd filter 20. Dichroide wil zeggen dat slechts voor het menselijke oog zichtbaar licht wordt gereflecteerd, en dat het voor de geleider schadelijke licht in de vorm van warmte en UV-straling wordt doorgelaten en dus niet op de geleider wordt gecentreerd. Het filter 20 is opgenomen in de plaat 14 en zorgt voor een extra filtering van het zichtbare licht, zodat slechts zichtbaar licht wordt doorgelaten, en overige straling het lichtgeleiderstelsel niet binnentreedt. In de laatste plaat 15 is een mof 21 opgenomen, waarin de lichtgeleider 4 bevestigd is.

Verder omvat het inkoppelorgaan 3 een huis dat gevormd wordt door een grondplaat 22 en een kap 23, welke kap 23 van ribben 24 is voorzien ter vergroting van het afkoelende oppervlak. In het inkoppelorgaan vindt immers een aanzienlijke warmte-ontwikkeling plaats. Verder is het mogelijk in het huis elektrische apparatuur voor het voeden van de lamp 2, bijvoorbeeld een transformator, op te nemen.

De gebogen lichtgeleider 5 wordt in het onderhavige uitvoeringsvoorbeeld gevormd door vier afzonderlijke deel-lichtgeleiders 22, 23, 24, 25 die alle dezelfde breedte en dikte hebben, en die alle volgens dezelfde inwendige boogstraal zijn gebogen. Het is niet noodzakelijk dat de dikte van de verschillende platen gelijk is, als de buig-radius van de binnenzijde maar gelijk is. Meer volledig is het, als de buitenradius van een strip gorter is dan de binnenradius van een strip die erop ligt. Dit leidt immers tot een vereenvoudigde produktie. De praktijk vraagt om haakse bochten met een zo klein mogelijke buigradius. Veelal zal de geleider langs een muur worden gemonteerd en met een bocht door de muur worden geleid naar een andere ruimte. Een grote buigradius zou betekenen dat de geleider op een grote afstand van de muur gemonteerd moet worden. Bochten in de lichtgeleider geven optische verliezen die hoger zijn naarmate de verhouding van de buigradius tot de dikte van de geleider kleiner is. De oplossing is de geleider op te splitsen in dunne platen die we individueel een kleine radius kunnen geven. Door de buigradius identiek te houden ontstaat tussen de platen in de bocht een luchtspleet die ervoor zorgt dat de reflectiecondities optimaal zijn. Het is nu belangrijk dat over het deel van het geleiderstuk, dat gekromd is, de geleiderplaat geen contact maakt met de naastliggende geleiderplaat. Aan deze conditie wordt voldaan door iedere plaat bij produktie over dezelfde radius te buigen, zodat de buitenradius van de plaat altijd groter is dan de binnenradius van de volgende plaat. Dit illustreert nogmaals de voordelen van een rechthoekige vorm voor de lichtgeleider. Met een ronde of ovale vorm is dit niet zo eenvoudig en bovendien alleen mogelijk met hogere optische verliezen. Als gevolg van het feit dat de staaf 7 een vierkante doorsnede heeft, is het mogelijk de gebogen lichtgeleider 5 ook over een hoekver-draaiing van 90* ten opzichte van de as van de lichtgeleider 7 aan te sluiten. Aldus wordt bij vierkante licht-geleiders een grotere vrijheid bij het gebruik van gekromde lichtgeleiders verkregen.

Tenslotte toont fig. 1 een uitkoppelorgaan 6 dat gevormd wordt door een aantal gebogen deellichtgeleiders 26, 27, 28 en 29. Deze sluiten alle aan op een rechthoeki- ge lichtgeleider 4, en zij zijn zodanig gebogen, dat de uitkoppelvlakken 30 van elk van deze deellichtgeleiders 26-29 in hetzelfde vlak zijn gelegen, zodat een goede verdeling van het licht wordt verkregen. Het is echter evenzeer mogelijk andere configuraties van uitkoppelele-menten 6 toe te passen.

Voor het met elkaar koppelen van de diverse onderdelen van het lichtgeleiderstelsel wordt gebruik gemaakt van moffen 31. De moffen 31 worden elk gevormd door bijvoorbeeld van aluminium vervaardigde profielen die aan een binnenzijde van een kunststofbekleding 32 zijn voorzien en die van een zaagsnede 33 zijn voorzien, waardoor een deel van de profielen in twee delen wordt verdeeld. Verder is de mof klembaar door middel van schroefverbindingen 34. De klem kan ook dienst doen als lijmklem die na het uitharden van de lijm verwijderd wordt. Een heldere lijm met dezelfde brekingsindex (index match lijm) als het materiaal zal een verbinding geven met minimale verliezen, daar op deze overgang geen optische reflecties of breking plaatsvindt.

Fig. 2 toont een andere uitvoeringsvorm van het uitkoppelorgaan, waarbij vier afzonderlijke deeluitkoppel-organen 35, 36, 37 en 38 worden toegepast die elk dezelfde configuratie hebben als het uitkoppelorgaan 6, en die elk in vier verschillende richtingen gericht kunnen worden, waardoor de verdeling van het licht eenvoudig instelbaar is.

Elk uitkoppelorgaan heeft echter een kwart van de doorsnede van dit uitkoppelorgaan van fig. 1.

In fig. 3 is een lichtverdeelstuk 39 getoond, dat gevormd wordt door een aantal gebogen deelgeleiders 40, 41, een paar deelgeleiders 42, 43 met een kleinere dikte en een aantal deelgeleiders 44, 45. Met dit deelgeleider-stuk is het mogelijk op elk van de aansluitvlakken weer een lichtgeleider aan te sluiten voor het toevoeren van licht, en op elk van de andere vlakken een lichtgeleider voor het afvoeren van licht; hierbij zal echter steeds tweederde van de geïnstalleerde doorsnede van transparant materiaal worden gebruikt.

Een extra voordeel van het lichtgeleiderstelsel volgens de uitvinding ligt in de mogelijkheid tot hergebruik van de voor de geleiders gebruikte materialen.

De PMMA is een recyclebaar produkt, mits het niet is verontreinigd. Bij de huidige geleiders is de primaire coating in de vorm van een laklaag aangebracht, waar het verontreinigd is en nog slechts voor verbranding of storten in aanmerking komt na gebruik. In dit ontwerp is hiermee rekening gehouden. Door de keuze van een fluorpo-lymeer folie als primaire optische mantel en de krimpkous als secundaire mantel is dit probleem opgelost. Met een messnede over de lengte van de staaf zijn de drie materialen eenvoudig te scheiden.

Extra voordeel van de losse coating is de mogelijkheid licht uit te koppelen door ter plaatse de coatings weg te snijden en met een laag index match lijm 47 een uitkoppelstuk 46 op te lijmen. Een dergelijke configuratie is in fig. 4 getoond.

Fig. 5 toont een andere configuratie van een uitkop-pelorgaan volgens de uitvinding. In fig. 5 is een uitkop-pelorgaan 47 getoond dat gevormd wordt door een massieve staaf van transparant materiaal, bijvoorbeeld hetzelfde materiaal waarvan de lichtgeleiders volgens de uitvinding zijn vervaardigd, en waarbij één zijde van de staaf rechthoekig is afgewerkt en de andere zijde van de staaf volgens een gebogen vorm is afgewerkt. In het centrum van de omtrek is, parallel aan de lengterichting van de staaf, een smalle strook in de grootteorde van enige millimeters van diffuus verstrooiend materiaal 49 aangebracht. Als gevolg van de werking van deze strook wordt het licht dat in hoofdzaak in de longitudinale richting getransporteerd wordt door het uitkoppelorgaan, wanneer dit de strook 49 raakt, zodanig diffuus verstrooid, dat dit door de pijlen 50 aangegeven wijze na eventuele reflectie via het uitkop-pelvlak 51 het uitkoppelorgaan verlaat. Op deze wijze kan een in de lengterichting van het uitkoppelorgaan gelijkma- tige lichtverdeling worden verkregen. Hierbij kan de afgeronde zijde van het uitkoppelorgaan halfcirkelvormig, elliptisch of paraboloïde zijn.

Claims (23)

1. Lichtgeleiderstelsel, omvattende: ten minste een lichtbron, ten minste een lichtgeleider, ten minste een inkoppelorgaan voor het tot in de lichtgeleider voeren van het van de lichtbron afkomstige licht, en ten minste een uitkoppelorgaan voor het uit de andere zijde van de lichtgeleider koppelen van het door de lichtgeleider geleide licht, met het kenmerk, dat de lichtgeleider massief is.

2. Lichtgeleiderstelsel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat deze een rechthoekige doorsnede heeft.

3. Lichtgeleiderstelsel volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de lichtgeleider een vierkante doorsnede heeft.

4. Lichtgeleiderstelsel volgens conclusie 2 of 3, gekenmerkt door een gebogen lichtgeleider, waarvan de centrale as gebogen is, en waarvan de kromtestraal van de as de grootteorde heeft van een dwarse maat van de lichtgeleider.

5. Lichtgeleiderstelsel volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de gebogen lichtgeleider samengesteld is uit een aantal hoofdzakelijk parallelle, gebogen lichtgelei-derelementen met een hoofdzakelijk rechthoekige doorsnede, waarvan de maat in de richting van de boogstraal kleiner is dan de desbetreffende maat van de lichtgeleider.

6. Lichtgeleiderstelsel volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de boogstraal aan de binnenzijde van de gebogen lichtgeleiderelementen gelijk is.

7. Lichtgeleiderstelsel volgens één van de voorafgaande conclusies, gekenmerkt door een van meer dan twee aansluitingen voorzien lichtverdeelstuk met een T-, Y- of X-vormige struktuur, omvattende ten minste een aantal hoofdzakelijk parallelle lichtgeleiderelementen, waarvan ten minste een kleiner aantal gebogen is, welke lichtgeleiderelementen elk een hoofdzakelijk rechthoekige door- snede hebben.

8. Lichtgeleiderstelsel volgens conclusie 7, net het kenmerk, dat de boogstraal van de gebogen parallelle lichtgeleiderelementen hoofdzakelijk gelijk is.

9. Lichtgeleiderstelsel volgens één van de voorafgaande conclusies, omvattende ten minste een uitkoppelor-gaan voor het verdelen van het via een lichtgeleider toegevoerde licht, met het kenmerk, dat het uitkoppelele-ment voorzien is van een aantal hoofdzakelijk parallelle, gebogen lichtgeleiderelementen met een hoofdzakelijk rechthoekige doorsnede, waarvan de maat in de richting van de boogstraal kleiner is dan de desbetreffende maat van de lichtgeleider.

10. Lichtgeleiderstelsel volgens een van de voorafgaande conclusies, omvattende ten minste een uitkoppelor-gaan voor het verdelen van het via een lichtgeleider toegevoerde licht, met het kenmerk, dat het uitkoppelele-ment gevormd wordt door een van massief transparant materiaal vervaardigde massieve staaf, waarvan de dwarsdoorsnede aan een tegenover een rechte zijde gelegen zijde gebogen is en waarvan de gebogen zijde ten minste gedeeltelijk van een laag diffuus reflecterend materiaal is voorzien.

11. Lichtgeleiderstelsel volgens een van de voorafgaande conclusies, omvattende een lichtgeleiderelement, met het kenmerk, dat het lichtgeleiderelement van een uitkoppelstuk voorzien is dat gevormd wordt door een van transparant materiaal vervaardigde staaf, waarvan ten minste een deel zich parallel aan het lichtgeleiderelement uitstrekt en daarop gelijmd is.

12. Lichtgeleiderstelsel volgens één van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de lichtgeleiders van ΡΜΜΆ zijn vervaardigd.

13. Lichtgeleiderstelsel volgens één van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat het inkoppelorgaan een ellipsoïde, dichroische spiegel en een filter dat hoofdzakelijk slechts zichtbaar licht doorlaat omvat.

14. Lichtgeleiderstelsel volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat het filter een van een ander transparant materiaal dan de lichtgeleider vervaardigd blok omvat, waarvan de dwarsdoorsnede hoofdzakelijk overeenkomt met die van de op het inkoppelelement aangesloten lichtgeleider.

15. Lichtgeleiderstelsel volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat het filter van quartsglas is vervaardigd.

16. Onderdeel van een lichtgeleiderstelsel volgens één van de voorafgaande conclusies.

17. Koppelelement ten gebruike bij het lichtgeleiderstelsel volgens één van de conclusies 1-15, met het kenmerk, dat het koppelelement gevormd wordt door een mof met een hoofdzakelijk rechthoekige doorsnede voor het onderling met elkaar verbinden van de onderdelen volgens conclusie 16.

18. Koppelelement volgens conclusie 17, met het kenmerk, dat de mof van een schroef is voorzien voor het vastklemmen van de te verbinden onderdelen.

19. Lichtgeleiderstelsel volgens een van de conclusies 1-15, met het kenmerk, dat de lichtgeleiders voorzien zijn van een laag materiaal met een kleinere optische brekingsindex dan die van het materiaal van de lichtgeleider.

20. Lichtgeleiderstelsel volgens conclusie 19, met het kenmerk, dat het materiaal gevormd wordt door niet-hechtende fluor-polymeer folie of kous.

21. Lichtgeleiderstelsel volgens een van de conclusies 1-15 en 19, met het kenmerk, dat de lichtgeleiders voorzien zijn van een uitwendige mechanische bescherming biedende folie of kous.

22. Lichtgeleiderstelsel volgens conclusie 20 of 21, met het kenmerk, dat de folie of kous een krimpfolie of krimpkous is.

23. Lichtgeleiderstelsel volgens conclusie 11, en 20, 21 of 22, met het kenmerk, dat ter plaatse van het uitkop-pelstuk de folie of kous verwijderd is.