SE436223B

SE436223B - FIBEROPTIC LAMP

Info

Publication number: SE436223B
Application number: SE8008853A
Authority: SE
Inventors: L Stensland
Original assignee: Sieverts Kabelverk Ab
Priority date: 1980-12-16
Filing date: 1980-12-16
Publication date: 1984-11-19
Also published as: WO1982002082A1; SE8008853L

Description

15 20 25 30 35 Cﬁüâßêššß? e fiberbunt som slutar i närheten av strålkastarlinsens eller strålkastarreflektorns fokus. Fiberbunten består härvid av ett antal tätt intill varandra liggande, parallellt anordnade optiska fibrer. Nackdelen med denna strålkastare är sålunda att den antingen är lång och otymplig eller har en mycket liten effektiv ljusutträdesapertur (fíg 1). Ändamålet med den föreliggande uppfinningen är därför att åstadkomma en fiberoptisk ljuskälla eller lampa med stor numerisk apertur (utlyst rymdvinkel) och för användning som ljuskälla i strålkastare, ljussignaler, instrument, vid be- lysning etc., varvid ett fiberknippe om minst två fibrer överför ljus från en konventionell ljuskälla såsom glödlampa, laser, lysdiod eller liknande. '_ å Uppfinningen löser detta problem på det sätt som anges i de bifogade patentkraven. Man utgår härvid från att fibrerna i utgångsänden riktas med ömsesidigt konvergerande ljuskäglor, Eig 2),vilka efter konvergensområdet divergerar med liten eller ingen överlappning i rymdvinkelled och därigenom sålunda tillsammans bildar en ljuskälla med önskad stor numerisk apertur (utlyst rymdvinkel). ' . 15 20 25 30 35 C ﬁ üâßêššß? a fiber bundle ending near the focus of the headlight lens or headlamp reflector. The fiber bundle here consists of a number of closely spaced, optical fibers arranged in parallel. The disadvantage of this headlight is thus that it is either long and awkward or has a very small effective light exit aperture (Fig. 1). The object of the present invention is therefore to provide a fiber optic light source or lamp with a large numerical aperture (illuminated space angle) and for use as a light source in headlights, light signals, instruments, in lighting, etc., wherein a fiber bundle of at least two fibers transmits light. from a conventional light source such as a light bulb, laser, LED or the like. The invention solves this problem in the manner set out in the appended claims. It is assumed here that the fibers at the starting end are directed with mutually converging light cones, Eig 2), which after the convergence area diverge with little or no overlap in the space angle joint and thereby together form a light source with the desired large numerical aperture (illuminated space angle). '.

Vid ett föredraget användningsexempel, i vilken fiber- knippet leder ljus från exempelvis en glödlampa till en strål- kastare, ljussignal eller dylikt med en fokuserande lins eller spegel skall fiberändarna i lampan placeras strax före linsens eller spegelns fokalpunkt, så att den punkt, mot vilken ljus- käglorna från fibrerna konvergerar, hamnar i eller nära lin- sens fokalpunkt. I ett sådant arrangemang kommer alla ljus- käglorna efter passage av linsen eller reflektion mot spegeln att vara parallella eller nära parallella med varandra.In a preferred use example, in which the fiber bundle directs light from, for example, a light bulb to a spotlight, light signal or the like with a focusing lens or mirror, the fiber ends of the lamp should be placed just before the focal point of the lens or mirror. the light cones from the fibers converge, end up in or near the focal point of the lens. In such an arrangement, after passing the lens or reflecting on the mirror, all the cones of light will be parallel or closely parallel to each other.

I ett fall då den fokuserande linsen eller spegeln är behäftad med avbildningsfel, speciellt sfärisk aberration, kan detta i huvudsak korrigeras för, genom att rikta de yttersta fibrerna mot olika punkter som är belägna på optiska axeln, mellan fokalpunkten och linsen respektive spegeln (fig 3).In a case where the focusing lens or mirror is affected by imaging errors, especially spherical aberration, this can be mainly corrected for, by directing the outermost fibers towards different points located on the optical axis, between the focal point and the lens and the mirror (Fig. 3). ).

I det fall då ljussignalen eller strålkastaren ej skall avge ett helt parallellt strålknippe utan ett något divergent 10 15 20 25 30 35 8008853-7 sådant erhålles detta exempelvis genom att rikta fibrerna vid sidan av fokalpunkten, (fig 4). På detta sätt kan en lämp- lig fördelning i vinkelled erhållas. ï en utföringsform är fibrerna fästade i en fixtur som kan utgöras av en hållare med hål för fibrerna, vilka hål är riktade på förutbestämt sätt, (fig 5-7). I en annan ut- föringsform används kilformade skivor, i vilka formats rännor, som konvergerar mot en punkt. Fibrerna lägges i dessa rännor och skivorna med fibrer staplas pà varandra, (fig 8). En tunn glasskiva kan utgöra ett stopp för fibrerna.In the case where the light signal or the headlight is not to emit a completely parallel beam but a slightly divergent one, this is obtained, for example, by directing the fibers to the side of the focal point, (Fig. 4). In this way a suitable distribution in angular direction can be obtained. In one embodiment, the fibers are attached to a fixture which may be a holder with holes for the fibers, which holes are directed in a predetermined manner, (Figs. 5-7). In another embodiment, wedge-shaped discs are used, in which grooves are formed, which converge towards a point. The fibers are placed in these grooves and the discs with fibers are stacked on top of each other (Fig. 8). A thin sheet of glass can be a stop for the fibers.

I ytterligare en annan utföringsform gjutes fibrerna fast i glas, plast eller annat material i den önskade orien-¿ teringen, (fig. 9). I en annan variant av denna utföringsform är det gjutna materialet transparent, varvid ljuset från fibrerna kan gå ut i materialet. Den yta av materialet, som ljuset slutligen passerar igenom, kan därvid vara krökt på lämpligt sätt och därigenom själv utgöra den fokuserande linsen, (fig 10).In yet another embodiment, the fibers are cast in glass, plastic or other material in the desired orientation (Fig. 9). In another variant of this embodiment, the cast material is transparent, whereby the light from the fibers can go out into the material. The surface of the material through which the light finally passes can then be curved in a suitable manner and thereby itself constitute the focusing lens, (Fig. 10).

I samtliga dessa utföringsformer kan fiberhållaren fästas på en konventionell lampsockel, så att hela fiberoptiska lampan enkelt kan ersätta en glödlampa i befintliga_ljussignaIer eller strålkastare eller dylikt, (fig ll).In all of these embodiments, the fiber holder can be mounted on a conventional lamp base so that the entire fiber optic lamp can easily replace an incandescent lamp in existing light signals or headlights or the like, (Fig. 11).

Uppfinningen beskrivs närmare nedan under hänvisning k, till de bifogade figurerna, där _ fig. l visar en fiberoptisk lampa enligt känd teknik, fig. 2-4 visar fibrernas orientering i olika utförings- former av en fiberoptisk lampa enligt den föreliggande uppfinningen, fig. 5-10 visar olika utföranden av fixturen för en fiber- optisk lampa enligt uppfinningen och där slutligen fig. ll visar en fiberoptisk lampa enligt uppfinningen, monterad pà en konventionell sockel.The invention is described in more detail below with reference to the accompanying figures, in which Fig. 1 shows a fiber optic lamp according to the prior art, Figs. 2-4 show the orientation of the fibers in different embodiments of a fiber optic lamp according to the present invention, Figs. 5-10 show different embodiments of the fixture for a fiber optic lamp according to the invention and finally Fig. 11 shows a fiber optic lamp according to the invention, mounted on a conventional base.

I fig. l visas en fiberlampa enligt känd teknik. Härvid leder en bunt parallella fibrer l, ljuset från en ej visad ljuskälla och fram till en punkt nära linsens 2 fokus där fiberbunten l slutar. Härvid lämnar ljuset fibrerna i ett divergent strålknippe 3, varvid ljuskägelknippets divergens 10 15 20 25 30 35 anosssa-7 Ib ungefär blir lika med den enskilda fiberns, det vill säga ganska liten. Hos denna konstruktion blir utlysningen av U linsen dålig om inte avståndet mellan fibrernas l ändpunkt och linsen 2 görs otympligt stort. ' f I fig. 2 visas en fiberoptisk lampa enligt den förligg- ande uppfinningen, där fibrerna l är riktade mot en punkt 5.Fig. 1 shows a fiber lamp according to the prior art. In this case, a bundle of parallel fibers 1 leads the light from a light source (not shown) and up to a point near the focus of the lens 2 where the fiber bundle 1 ends. In this case, the light leaves the fibers in a divergent beam 3, the divergence of the light cone bundle 10b being approximately equal to that of the individual fiber, i.e. quite small. In this construction, the illumination of the U lens becomes poor unless the distance between the end point of the fibers 1 and the lens 2 is made uncomfortably large. Fig. 2 shows a fiber optic lamp according to the present invention, where the fibers 1 are directed towards a point 5.

Härigenom konvergerar fibrernas ljuskäglor (endast en ljus- kägla utritad; övriga är representerade genom sin centrala stråle)_ömsesidigt mot punkten 5. En liten yta runt punkten 5 kommer därvid att bilda en virtuell ljuskälla från vilken ljuset 3 divergerar mot linsen_2 som, om punkten Slpå optiska axeln 6 sammanfaller med linsens 2 fokalpunkt, kollimerar det till ett praktiskt taget parallellt ljusknippe 4. Den virtuella ljuskällan har liten yta men stor numerisk apertur.As a result, the light cones of the fibers (only one light cone drawn; the others are represented by their central beam) converge mutually towards the point 5. A small surface around the point 5 will thereby form a virtual light source from which the light 3 diverges towards the lens_2 which, if the point Slpå the optical axis 6 coincides with the focal point of the lens 2, it collimates to a practically parallel light beam 4. The virtual light source has a small area but a large numerical aperture.

I fig. 3 är de centrala fibrerna 12 riktade mot linsens 2 fokalpunkt 5, medan de fibrer ll vilkas riktning bildar större vinkel med linsens 2 optiska akel 6 är riktade mot en punkt 7, strax innanför linsens fokalpunkt 5. Fibrer 10 med ännu större vinkel mot optiska axeln riktas på motsvarande sätt mot punkten 8 som ligger ännu närmare linsen 2. Här- igenom-kan man i stor utsträckning korrigera för sfärisk aberration och få ännu bättre kollimering 4 och därmed bättre utnyttjande av ljuset.In Fig. 3, the central fibers 12 are directed towards the focal point 5 of the lens 2, while the fibers 11 whose direction forms a larger angle with the optical axis 6 of the lens 2 are directed towards a point 7, just inside the focal point 5 of the lens. towards the optical axis is directed in a corresponding manner towards the point 8 which is even closer to the lens 2. Through this one can to a large extent correct for spherical aberration and get even better collimation 4 and thus better utilization of the light.

I fig. 4 har, genom förskjutning av linsen 2 mot de be- lysande fibrerna eller vice versa, fokalpunkten 5 placerats före konvergenspunkten 9 varigenom det ljus som lämnar lin- sen 2 är divergent.In Fig. 4, by displacing the lens 2 towards the illuminating fibers or vice versa, the focal point 5 has been placed before the convergence point 9 whereby the light leaving the lens 2 is divergent.

I fig. 5 visas exempel på en fixtur 15, som är försedd med ett antal hål 16 för fibrerna l. Hàlen är riktade på det önskade sättet, i figuren är de alla riktade mot en punkt 5, utgörande den virtuella fiberoptiska ljuskällan.Fig. 5 shows an example of a fixture 15, which is provided with a number of holes 16 for the fibers 1. The holes are directed in the desired manner, in the figure they are all directed towards a point 5, constituting the virtual fiber-optic light source.

I fig. 6, 7 och 8 visas en byggbar fixtur, bestående av ett antal lika (eller olika) element l7. Figur 6 visar ett sådant element sett från ovan. Det är försett med ett antal spår 19 för fibrer, samt tre stycken styrpinnar 18. Ett snitt A-A är inlagt och detta visas i figur 7. Härav framgår att elementet 17 är kilformat samt förutom styrpinnar 18, är för- 10 15 8008853-7 5 sett med motsvarande hål 20. I figur 8 visas från sidan hur en,av tre element 17 hopbyggd fixtur ser ut.Figs. 6, 7 and 8 show a buildable fixture, consisting of a number of identical (or different) elements 17. Figure 6 shows such an element seen from above. It is provided with a number of grooves 19 for fibers, as well as three guide pins 18. A section AA is inserted and this is shown in figure 7. It can be seen from this that the element 17 is wedge-shaped and in addition to guide pins 18, is provided. seen with corresponding holes 20. Figure 8 shows from the side what a fixture composed of three elements 17 looks like.

I figur 9 visas en fixtur bestående av en,runt fibrerna l gjuten massa 27. I figur 10 visas en fixtur som också är gjuten och där gjutmassan 21 är transparent_inom det aktuella våglängdsintervallet. Härvid är det möjligt att låta fibrerna l sluta inuti massan 21 och låta ljusets utträdesyta 22 ha sådan krökt form att ljuset 23 kollimeras eller bryts till _ lämplig divergens.Figure 9 shows a fixture consisting of a mass 27 cast around the fibers 1. Figure 10 shows a fixture which is also cast and where the casting mass 21 is transparent within the current wavelength range. In this case, it is possible to let the fibers 1 end inside the mass 21 and to let the exit surface 22 of the light have such a curved shape that the light 23 is collimated or refracted to a suitable divergence.

I figuren ll slutligen visas exempel på hur en fiberop- tisk lampa enligt uppfinningen monterats i en standardsockel 24 för att direkt kunna ersätta motsvarande glödlampa. Fiber- kabeln 13 uppdelas i slutet i enskilda fibrer l vilka är fästade i fixturen 25 på något av de ovan beskrivna sätten.Finally, Figure 11 shows an example of how a fiber optic lamp according to the invention is mounted in a standard base 24 in order to be able to directly replace the corresponding light bulb. The fiber cable 13 is divided at the end into individual fibers 1 which are attached to the fixture 25 in one of the ways described above.

Framför fibrernas ändytor kan ett skyddsglas 26 vara an- ordnat.In front of the end surfaces of the fibers, a protective glass 26 can be arranged.

Claims

ﬁ üßßâåš-T IHXTENTKRAV

1. l. Fiber optic lamp for use as a light source in headlamps, light signals, instruments, in luminaires, etc., to which a fiber bundle (13) of at least two fibers (l) transmits light from a conventional light source such as a light bulb, light diode or laser and which without both end grinding of the fiber bundle and the addition of scattering lenses emits a convergent beam of light, which after the convergence area is arranged to diverge and hit a collimating spherical lens (2) or mirror, characterized in that the fiber bundle (13 ) individual fibers (1) at the starting end are attached to a fixture (15, 17, Z1, 27) with such an individual alignment of the individual_fibers (1) that the light cone (3) of each fiber passes through or in the vicinity of the collimating lens. (2) or the focus of the mirror (5) and so that the fibers (10, 11) whose light cones are arranged to strike the lens (2) or the outer areas of the mirror are directed towards points (7, 8) which are so located between the focus (5) and the lens ( 2) or the mirror that its spherical aberration is avoided, enabling large numerical aperture of the thus composed light source.

Fiber optic lamp according to claim 1, characterized in that the fiber optic lamp is attached to a holder with the same geometric shape as a lamp base in such a way that the fiber optic lamp can be fixed in a lamp holder without complicated adjustments and replace light bulb or equivalent in an existing headlight or light signal.

Fiber optic lamp according to Claim 1, characterized in that no or only a small part of the fibers is directed towards the focal point (5) of the lens (2) or the mirror, but in that all or the main part of the fibers is instead directed towards points (9) in front of or behind the lens (2) or the focal point (5) of the mirror to give the emitted light a suitable divergence. 8008853-7

Fiber optic lamp according to claim 1, characterized in that the fixture consists of a holder (15) with heel (16) drilled for the fibers (1) or of a number of discs or elements (17) with grooves ( 19) for the fibers (1), which discs or elements (17) can be wedge-shaped and stackable so that the desired distribution in the spatial angle joint is obtained for the directions of the fibers.

Fiber optic lamp according to claim 1, characterized in that the fibers are arranged in desired directions and fixed in these directions by molding into the fixture (27).