WO2002057822A2

WO2002057822A2 - Optik zur einkopplung von licht aus einer lichtquelle in ein medium

Info

Publication number: WO2002057822A2
Application number: PCT/EP2002/000273
Authority: WO
Inventors: Wolfgang Dultz; Bernhard Hils; Heidrun Schmitzer; Walter Heitmann
Original assignee: Deutsche Telekom Ag
Priority date: 2001-01-20
Filing date: 2002-01-14
Publication date: 2002-07-25
Also published as: JP2004517370A; WO2002057822A3; EP1358516A2; DE10102592A1; US20040114860A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Optik zur Einkopplung von Licht aus einer Lichtquelle in ein Medium. Insbesondere in eine Lichtleitfaser. Die Optik weist mindestens eine lichtablenkende Flache auf, welche das Licht durch Reflexion oder Refraktion in das Medium lenkt. Die lichtablenkende Flache weist eine solche Form auf, daß die Lichtquelle nicht scharf im Medium oder auf dessen Oberfläche abgebildet wird. Die erfindungsgemäße Optik kann vorteilhaft dazu dienen, Licht sehr hoher Intensität in das Medium einzukoppeln, ohne daß es aufgrund von zu hoher lokaler Leuchtdichte zu nichtlinearen optischen Effekten oder Materialschädigung kommt.

Description

Optik zur Einkopplunα von Licht aus einer Lichtquelle in ein Medium

Technisches Gebiet:

Die Erfindung betrifft eine Optik zur Einkopplung von Licht aus einer Lichtquelle in ein Medium, insbesondere in eine Lichtleitfaser.

Stand der Technik:

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Die erforderlichen hohen Intensitäten können aber, wie oben bereits erläutert, die Kunststoff- Lichtleitfaser beschädigen, z.B. zum Schmelzen bringen, und dadurch die Nachrichtenverbindung zerstören.

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.

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.

Diese nachteiligen Wirkungen setzen der maximal einkoppelbaren Intensität Grenzen und sind aufgrund des höheren Absorptionskoeffizienten insbesondere bei Lichtleitfasern aus Kunststoff von Bedeutung.

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.

Technische Aufgabe:

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Kurzbeschreibung der Zeichnung, in der zeigen: Fig. 1 zur weiteren Erläuterung des Standes der Technik die Lichteinkopplung in eine

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,

Fig. 4 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Optik, bei welcher die Stirnfläche der Lichtleitfaser selbst eine konkave Form aufweist und somit als

Zerstreuungslinse wirkt, Fig. 5 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Optik, welche als asphärische Sammellinse ausgebildet ist,

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,

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,

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 der

Lichtleitfaser als vollkegelförmige Form ausgebildet ist, Fig. 14 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Optik, bei der die Stirnfläche der

Lichtleitfaser selbst als hohlkegelförmige Form ausgebildet ist, Fig. 15 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Optik, welche als konvexe Facettenlinse ausgebildet ist,

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.

Alle Figuren zeigen schematische Querschnittdarstellungen.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 Sammellinse

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.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Optik, welche als Zerstreuungslinse

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.

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.

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. 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.

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.

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. 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. 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. 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.

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 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 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.

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.

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.

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.

Die Verteilung der Lichteintrittswinkel in das Medium läßt sich vorteilhafterweise durch geeignete Wahl des Konus-Öffnungswinkels optimieren.

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.

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.

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.

Gewerbliche Anwendbarkeit:

Die Erfindung ist insbesondere zur Einkopplung optischer Signale in Lichtleitfasern z.B. zum Zweck der Datenübertragung gewerblich anwendbar.

Leitfigur ist Fig. 10.

Liste der Bezugszeichen:

1 Lichtquelle

2 Sammellinse

3 Lichtleitfaser 4, 5 Mantel, Kern von 3

6 Licht aus 1

7, 7a-m achsenferne Lichtstrahlenpaare

8, 8a-m achsennähere Lichtstrahlenpaare

9, 20 scharfe Bilder von 1 10 - 15 Stirnflächen

21-24, 29-33, 35-37 Brennlinien

21a-24a, 29a-33a, 35a-37a Überkreuzungspunkte von 7a-m

21 b-24b, 29b-33b, 35b-37b Überkreuzungspunkte von 8a-m

25, 26 Brennkreise 27, 28 Komae

34 Raumvolumen

40, 41 , 42 Lichtbündel

101 Sammellinse

102 Zerstreuungslinse 103 asphärische Sammellinse

104 Toruslinse

105, 105a Sammellinse, optische Achse derselben

106, 107, 116 Vollkegel

106a Grundfläche von 106 116a, b Mantelfläche von 116

107a, b Grundfläche, Spitze von 107

108, konvexe Facettenlinse

108a plane Teilfläche von 108

109 innenspiegelndes Hohlrohr 109a, b Öffnung, Achse von 109

110 innenspiegelnder Hohlkonus

110a kleinere Öffnung von 110

110b Achse von 110 111 Zylinder

112 hohlkegelförmige Aussparung von 111 112b Spitze von 112

202 konkave Form 204 toroidale Form

205 konvexe Form

205a optische Achse von 205

207 vollkegelförmige Form

212 hohlkegelförmige Form 212b Spitze von 212

Claims

Patentansprüche

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

8. Optik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik eine Zerstreuungslinse (102) oder einen Konvexspiegel ist oder aufweist.

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.

10. Optik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik eine Sammellinse (103) mit mindestens einer asphärischen Oberfläche ist oder aufweist.

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.

12. Optik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik eine Toruslinse (104) ist oder aufweist.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

20. Optik nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik durch eine vollkegelförmige Form (207) oder eine vollpyramidenförmige Form der

Oberfläche des Mediums (3) gebildet ist oder eine solche Form aufweist.

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.

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.

23. Optik nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

15 daß die Optik durch eine vollprismenförmige oder hohlprismenförmige Form der Oberfläche des Mediums (3) gebildet ist oder eine solche Form aufweist.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

31. Optik nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder beide Stirnflächen Vollkonus bzw. Vollzylinders konvex oder konkav gewölbt sind.

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.

33. Optik nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche der vollkonischen Form konvex oder konkav gewölbt ist.

34. Optik nach einen der Ansprüche 1-30, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik mindestens eine zusätzliche Linse aufweist.