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Beschreibung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Beleuchten
oder Ausleuchten von Objekten mittels IR-Strahlung, insbesondere für Anwendungen
im Fahrzeugbereich und/oder in sogenannten, vorzugsweise mobilen,
Nachtsichtgeräten.
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Hintergrund der Erfindung
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Bei
herkömmlichen
Infrarot-Strahlungsquellen wird der gewünschte Wellenlängenbereich
mittels einer Filterlösung
aus dem Spektrum konventioneller Strahlungsquellen, wie einer Halogenglühlampe,
gewonnen. Die von ihr erzeugte elektromagnetische Strahlung liegt
sowohl im sichtbaren als auch im Infraroten (IR). Der sichtbare
Anteil wird mit Hilfe eines Filters unterdrückt, so dass nur der IR-Anteil
abgestrahlt wird. Ein einfacher Rotglas-Filter erzeugt hier jedoch
einen gewissen Roteindruck, der von dem menschlichen Auge aufgrund
seiner in diesem Wellenlängenbereich
nicht auf Null abgesunkenen Empfindlichkeit wahrgenommen wird. Insbesondere
bei Frontscheinwerfern im Automobilbereich erweist sich dies jedoch
als problematisch, da die Farbe Rot nur für die rückseitige Beleuchtung der Fahrzeuge
zugelassen ist.
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Um
diesen Effekt zu vermeiden, werden anstelle von Filtern aus Vollmaterialien
sogenannte Interferenzfilter verwendet, um das Erscheinungsbild des
Strahles einstellen zu können.
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Das
Einstellen des Erscheinungsbildes des Strahles erweist sich hierbei
jedoch zum einen als aufwendig. Zum anderen sind diese Filter recht
teuer. Ferner ist ein gepulster Betrieb eines solchen Halogenlampensystems
auf Dauer im Allgemeinen nicht möglich.
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Allgemeine Beschreibung der
Erfindung
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Vor
diesem Hintergrund hat sich die vorliegende Erfindung daher zur
Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung zum Beleuchten von Objekten mittels IR-Strahlung
bereitzustellen, welche die vorstehend beschriebenen Nachteile des
Standes der Technik zumindest vermindert.
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Gelöst wird
diese Aufgabe durch die Vorrichtungen gemäß der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte
Ausführungsformen
sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
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In
einer ersten Ausführungsform
beansprucht die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Beleuchten
von Objekten mittels IR-Strahlung, vorzugsweise in mobilen Abwendungen
und/oder in Nachtsichtanwendungen, umfassend
eine Anordnung
einer Vielzahl von Strahlungsquellen auf Halbleiterbasis, die ausgebildet
sind zur Emission von IR-Strahlung,
eine Anordnung von optischen
Fasern, welche einen Strahlungseingang und einen Strahlungsausgang
für die
von den Strahlungsquellen emittierte Strahlung definieren,
wobei
die optischen Fasern derart zwischen dem Strahlungseingang und dem
Strahlungsausgang angeordnet sind, so dass die von den Strahlungsquellen
emittierte Strahlung in Strahlrichtung nach dem Strahlungsausgang
zusammengeführt
und/oder gebündelt
ist und ein Strahlformer ausgebildet ist oder wird.
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Weiterhin
erstreckt sich die Erfindung auf einen Strahlformer, der ausgebildet
ist zur Ankopplung an eine Vielzahl von Strahlungsquellen, vorzugsweise
auf Halbleiterbasis, die ausgebildet sind zur Emission von IR-Strahlung oder Strahlung,
umfassend eine Anordnung von optischen Fasern, welche einen Strahlungseingang
und einen Strahlungsausgang für die
von den Strahlungsquellen emittierte Strahlung definieren, wobei
die optischen Fasern derart zwischen dem Strahlungseingang und dem
Strahlungsausgang angeordnet sind, so dass die von den Strahlungsquellen
emittierte Strahlung in Strahlrichtung nach dem Strahlungsausgang
zusammengeführt
ist.
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Ein
Strahlformer ist eine Einrichtung, mit welcher zum einen das Licht
gezielt geführt
wird. Die aus mehreren, insbesondere einzelnen, Strahlungsquellen
stammende Strahlung wird, insbesondere zu einer wirksamen Strahlungsverteilung,
zusammengefasst oder zusammengeführt.
In anderen Worten werden somit mehrere einzelne Lichtstrahlen oder mehrere
einzelne Lichtpunkte zusammengeführt und/oder
gebündelt.
Vorzugsweise wird ein, insbesondere einzelner, Strahl oder Strahlfleck
gebildet oder geformt. Dieser kann insbesondere dadurch erzielt
werden, dass sich die einzelnen Lichtstrahlen nach dem Strahlungsausgang,
insbesondere zumindest, abschnittsweise oder vollständig überlagern. Zum
anderen ist der Strahlformer eine Einrichtung, mit welcher eine
bestimmte Form oder ein bestimmter Querschnitt der, aus dem Strahlungsausgang austretenden,
Strahlung gezielt eingestellt wird. Dies wird insbesondere durch
die Anordnung der optischen Fasern erreicht. Durch eine, insbesondere fortlaufende,
Veränderung
der Lage der optischen Fasern zueinander, erfolgt der Übergang
von dem Querschnitt am Strahlungseingang zu dem Querschnitt am Strahlungsausgang.
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Durch
den erfindungsgemäßen Strahlformer in
angepasster Geometrie, welcher auch als Strahlformungseinrichtung
bezeichnet wird, ist es möglich, diskrete
oder einzelne Strahlungsquellen zu mischen und/oder zu homogenisieren.
Es ist auf diese Weise möglich,
eine starke konventionelle Strahlungsquelle zu emulieren.
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Um
die Lage der Fasern zueinander zu erhalten, können diese zum Beispiel miteinander
verklebt sein. Als Alternative oder Ergänzung können die optischen Fasern insbesondere
zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, in einem Mantel angeordnet
sein, der zum Beispiel auch die gewünschte Form vorgibt. Der Mantel
kann hierbei auch gleichzeitig eine Schutzfunktion bereitstellen und/oder
die Funktion eines Reflektors für
das in dem Strahlformer geführte
Licht übernehmen.
In einer Variante der Erfindung sind die Innenflächen des Mantels zumindest
abschnittsweise reflektierend ausgebildet.
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Der
Strahlformer ist in einer Ausgestaltung, da er durch die optischen
Fasern gebildet wird, zumindest abschnittsweise oder vollständig flexibel.
Die Anordnung der optischen Fasern oder der gebildete Strahlformer
weist eine Länge
von 1 cm bis 50 cm, vorzugsweise von 2 cm bis 5 cm auf.
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Die
optischen Fasern sind als Kunststoff-Fasern und/oder Glas-Fasern
ausgebildet. Die optischen Fasern auf Kunststoffbasis werden auch
als POF („Polymer
Optical Fiber”),
d. h. als optische Polymerfaser, bezeichnet. Da Glas im Allgemeinen transparent
für IR-Strahlung
ist, ergibt sich hierbei im Wesentlichen keine Beschränkung auf
eine bestimmte Glassorte. Fasern auf Glasbasis sind gegenüber Fasern
auf Kunststoffbasis jedoch aufgrund der erhöhten thermischen Beständigkeit
vorteilhaft. Die Lichtleitfasern können mit einem sogenannten
Cladding oder auch ohne ein Cladding ausgebildet sein. Die optischen
Fasern besitzen im Allgemeinen einen Durchmesser von etwa 10 μm bis etwa
5 mm, vorzugsweise von etwa 50 μm
bis etwa 1 mm. Die Anzahl der Fasern ist an die Anzahl und/oder
die Größe der Strahlungsquellen
angepasst. Vorzugsweise besitzt der Strahlungseingang einen Querschnitt
in der Größenordnung
von 0,5 cm mal 2 cm. Bei einer Anzahl an Strahlungsquellen von 20,
welche jeweils einen mittleren Durchmesser von etwa 200 μm besitzen,
liegt die Anzahl der verwendeten Fasern in einem Bereich zwischen
25 und 2500.
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Die
optischen Fasern sind im Strahlungseingang derart angeordnet, dass
die von den Strahlungsquellen emittierte Strahlung, insbesondere
im Wesentlichen vollständig,
in die optischen Fasern einkoppeln kann. Um eine effiziente Einkopplung
der Strahlung in den Strahlformer zu ermöglichen, ist der Strahlungseingang
in einer Ausführungsform
an die Anordnung der Strahlungsquellen angepasst. Dabei ist der
Strahlungseingang in seinem der Querschnitt, insbesondere in seiner
Form oder Gestalt und/oder seinen Abmessungen, an die Anordnung
der Strahlungsquellen angepasst.
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Unter
einer Vielzahl von Strahlungsquellen werden zumindest zwei Strahlungsquellen
verstanden. Die Strahlungsquellen können hierbei in einer Ausgestaltung
der Erfindung als einzelne Strahlungsquellen bereitgestellt werden.
Als Alternative oder Ergänzung
können
die Strahlungsquellen auch in einem sogenannten Array bereitgestellt
werden. In einem Array sind die Strahlungsquellen zum Beispiel in einer
Art Zeile oder Matrix angeordnet, die insbesondere durch einen gemeinsamen
Anschluss gespeist werden. Beispiele für die Strahlungsquellen auf
Halbleiterbasis sind Laserdioden (LD) und/oder lichtemittierende
Dioden (LED). Die emittierte Strahlung ist im Allgemeinen im Wesentlichen
monochromatisch und näherungsweise
gaußförmig um
eine zentrale Wellenlänge
verteilt. Zudem können
LEDs und/oder die LDs auch gepulst betrieben werden. In vorteilhafter Weise
können
dadurch die Pulse mit dem zeitlichen Belichtungsfenster einer Kamera
synchronisiert werden.
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Die
von den Strahlungsquellen emittierte Strahlung liegt vorzugsweise
in einem Wellenlängenbereich,
der für
das menschliche Auge unter Normalbedingungen nur noch gering wahrzunehmen
oder im Wesentlichen nicht mehr wahrzunehmen ist. In einer Ausführungsform
liegt der Emissionsbereich der Strahlungsquellen in einem Bereich
von etwa 650 nm bis 10 μm,
vorzugsweise in einem Bereich von etwa 750 nm bis 2 μm. Das verwendbare
Wellenlängenspektrum
ist im Wesentlichen durch das eingesetzte Material des Strahlformers
oder der optischen Fasern limitiert.
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Insbesondere
um einen Anschluss an die Anordnung der Strahlungsquellen bereitzustellen, weist
der Strahlformer ein erstes Anschlußstück auf, welches in einem Bereich
des Strahlungseingangs angeordnet ist und an welchem wenigstens
im Betriebszustand der Vorrichtung die Anordnung der Strahlungsquellen
angeschlossen ist.
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Um
weiterhin eine effiziente Einkopplung des Strahlung in die Eingangsseite
zu erhalten, sind die optischen Fasern in einer Ausgestaltung zumindest in
dem Bereich des Strahlungseingangs in einer möglichst dichten Packung, vorzugsweise
in einer im wesentlichen hexagonalen Packung, angeordnet. In einer
weiteren Ausgestaltung besitzt der Strahlungseingang einen im Wesentlichen
schlitzförmigen Querschnitt.
Die Fasern sind zu einer Art Schlitz zusammengeführt. Ein Schlitz definiert
sich darüber, dass
er in einer seiner Erstreckungen eine gegenüber einer senkrecht dazu verlaufenden
Erstreckung vergrößerte Abmessung
besitzt.
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Durch
die Ausrichtung oder Anordnung der Strahlungsquellen wird eine Richtung
festgelegt, in welche die wesentliche Intensität der Strahlung emittiert wird.
Diese Richtung wird als Hauptstrahlachse bezeichnet. In einer bevorzugten
Ausführungsform der
Erfindung ist der Strahlungseingang oder der durch die Endflächen der
optischen Fasern gebildete Strahlungseingang gegenüber der
Anordnung der Strahlungsquellen oder gegenüber der Hauptstrahlachse nicht
geneigt. Um eine vergrößerte Einkoppelfläche zu haben,
kann der Strahlungseingang auch geneigt ausgebildet sein. Die Neigung
läßt sich
beispielsweise durch ein entsprechendes Präparieren des Strahlungseingangs,
wie durch ein Schneiden, herstellen.
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Durch
eine Anpassung oder Auswahl der Lage der optischen Fasern in dem
Strahlformer, kann der Strahlformer an die entsprechende Anordnung der
Strahlungsquellen und/oder an die Anwendung angepasst werden. Vorzugsweise
ist bzw. sind der Querschnitt, insbesondere die Querschnittsfläche und/oder
die Form, des Strahlungseingangs und/oder des Strahlungsausgangs
an den Anordnung der Strahlungsquellen bzw. die Applikation der Vorrichtung
angepasst.
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In
einer Ausführungsform
besitzen der Strahlungseingang und der Strahlungsausgang eine unterschiedliche
Form oder Gestalt. In einer Ausgestaltung besitzen der Strahlungseingang
und der Strahlungsausgang jedoch die gleiche Querschnittsfläche oder
eine im Wesentlichen gleichen Querschnittsfläche.
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In
einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung besitzen der Strahlungseingang
und der Strahlungsausgang eine unterschiedliche Querschnittsfläche. Vorzugsweise
ist die Querschnittsfläche
am Strahlungseingang kleiner als die Querschnittsfläche am Strahlungsausgang.
Jedoch kann die Querschnittsfläche
am Strahlungseingang auch größer gegenüber der
Querschnittsfläche
am Strahlungsausgang sein. In der wirkt der Strahlformer auch als
Querschnittswandler. Der unterschiedliche Querschnitt läßt sich
insbesondere dadurch erzielen, dass die Fasern auf unterschiedliche
Durchmesser gezogen sind. Die optischen Fasern besitzen oder ein
Teil der optischen Fasern besitzt zumindest abschnittsweise eine
Verjüngung.
Die optischen Fasern besitzen oder ein wenigstens ein Teil der optischen
Fasern besitzt am Strahlungseingang einen kleineren oder größeren Durchmesser
als am Strahlungsausgang.
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Um
eine Anschlussmöglichkeit
bereitzustellen, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung oder der Strahlformer
in einer Ausgestaltung der Erfindung ein zweites Anschlußstück auf,
welches in einem Bereich des Strahlungsausgangs angeordnet ist.
Die Vorrichtung und/oder der Strahlformer ist bzw. sind derart ausgebildet,
dass die Ankopplung an einen Reflektor und/oder einen Scheinwerfer
möglich ist.
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Der
Strahlungsausgang besitzt in einer Ausführungsform einen Querschnitt,
der zumindest abschnittsweise gekrümmt ausgebildet ist. Insbesondere
ist der Querschnitt rund, vorzugsweise kreisförmig, oder im Wesentlichen
rund, vorzugsweise kreisförmig,
ausgebildet. Der Strahlungsausgang besitzt einen Querschnitt in
der Größenordnung
von 0,5 cm2 bis 1 cm2.
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In
einer alternativen oder ergänzenden
Ausführungsform
hat der Strahlungsausgang einen Querschnitt oder eine Form, der
zumindest abschnittsweise polygonförmig ausgebildet ist. Insbesondere
ist der Querschnitt quadratisch oder im Wesentlichen quadratisch
ausgebildet.
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Um
insbesondere eine vorteilhafte Bündelung
des erzeugten Strahles zu erhalten, sind die optischen Fasern zumindest
in dem Bereich des Strahlungsausgangs in einer möglichst dichten Packung, vorzugsweise
in einer im Wesentlichen hexagonalen Packung, angeordnet.
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In
einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist zwischen den
Strahlungsquellen und dem Strahlformer oder der Eintrittsfläche der
Faseranordnung wenigstens ein erstes optisches Bauelement angeordnet.
Durch das erste optische Bauelement soll die Strahlung gezielt in
Richtung auf den Strahlungseingang gerichtet und/oder fokussiert
werden.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist in Strahlrichtung hinter der Austrittsfläche der
Faseranordnung wenigstens ein zweites optisches Bauelement angeordnet.
Durch das zweite optische Bauelement soll die Strahlung gezielt
in Richtung auf die gewünschte
Applikation gerichtet und/oder fokussiert werden. Zudem kann durch
das zweite optische Bauelement auch eine verbesserte Homogenisierung des
Strahlflecks erzielt werden.
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Das
erste und/oder das zweite optische Bauelement ist im Wesentlichen
transparent für
die von den Strahlungsquellen emittierte Strahlung. Ein optisches
Bauelement ist ein Bauelement, mit welchem die Strahlung gezielt
beeinflusst, insbesondere geführt
und/oder abgelenkt wird. Ein optisches Bauelement ist zum Beispiel
ausgebildet als ein optisches System mit abbildenden Eigenschaften,
wie eine konkave und/oder konvexe Linse, ein Lichtfilter, ein Diffusor,
ein Lichtleiter, ein Prisma, ein sogenanntes DOE („Diffractive
Optical Element”)
und/oder ein Konzentrator. Die Aufzählung der vorstehend angeführten Beispiele
eines optischen Bauelements ist nicht abschließend. In einer bevorzugten
Ausführungsform
ist jedoch das erste optische Bauelement als eine, vorzugsweise
konvexe, Linse und/oder ist das zweite optische Bauelement als eine,
vorzugsweise konvexe, Linse ausgebildet.
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In
einer Ausgestaltung der Vorrichtung ist zwischen dem ersten optischen
Element und dem Strahlungseingang ein erster Freistrahlbereich angeordnet
oder ausgebildet. Weiterhin kann auch zwischen dem Strahlungsausgang
und dem zweiten optischen Element ein Freistrahlbereich angeordnet oder
ausgebildet sein. Ein Freistrahlbereich ist ein Bereich, in welchem
sich das Licht nicht innerhalb der einzelnen Fasern ausbreitet.
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Weiterhin
liegt im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch ein Scheinwerfer
oder eine Beleuchtungseinrichtung welcher bzw. welche wenigstens eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Beleuchten von Objekten mittels IR-Strahlung und/oder einen
erfindungsgemäßen Strahlformer
umfasst. Der Scheinwerfer bzw. die Beleuchtungseinrichtung ist vorzugsweise
für die
Verwendung in Kraftfahrzeugen, Flugzeugen und/oder Schiffen geeignet
oder ausgebildet.
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Die
vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele
im Einzelnen erläutert.
Hierzu wird auf die beigefügten
Zeichnungen Bezug genommen. Die gleichen Bezugszeichen in den einzelnen
Zeichnungen beziehen sich auf die gleichen Teile.
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1 zeigt
eine perspektivische schematische Darstellung einer beispielhaften
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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2 bis 5 zeigen
schematisch den Querschnitt von beispielhaften Ausführungsformen der
erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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1 zeigt
eine perspektivische schematische Darstellung einer beispielhaften
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 zum Beleuchten
von Objekten mittels IR-Strahlung.
Die Vorrichtung 100 umfasst vorliegend eine Anordnung 1 von
Strahlungsquellen 2 und einen Strahlformer 6 oder
besteht aus diesen. Die Strahlungsquellen 2 sind in der
Anordnung 1, hier in einer Art Matrix 1 angeordnet.
Die einzelnen Strahlungsquellen 1 sind nicht dargestellt.
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Die
Abstrahlung oder Emission erfolgt über die Vorderseite 1a des
Arrays 1. Diese wird auch als strahlungs- oder lichtemittierende
Seite 1a bezeichnet. Durch die Richtung der Abstrahlung
wird auch eine Achse 20, welche als Hauptstrahlachse 20 bezeichnet
wird, definiert, entlang welcher die wesentliche Emission erfolgt.
Im Strahlengang ist der Strahlformer 6 angeordnet. Die
Anordnung 1 und der Strahlformer 6 befinden sich
auf der Hauptstrahlachse 20.
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Der
Strahlformer 6 setzt sich aus einzelnen optischen Fasern 7 zusammen,
die vorzugsweise in einem Mantel 6c angeordnet sind. Die
Strahlung koppelt über
die Eingangsseite 6a des Strahlformers 6, dem
sogenannten Strahlungseingang 6a, über die Einkoppelflächen 7a der
optischen Fasern 7 in die optischen Fasern 7 ein.
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Die
Strahlung wird in den optischen Fasern 7 geführt und
tritt dann an der Ausgangsseite 6b des Strahlformers 6,
dem sogenannten Strahlungsausgang 6b, über die Auskoppelflächen 7b der
optischen Fasern 7 aus den optischen Fasern 7 wieder
aus. Die Einkoppelflächen 7a und
die Auskoppelflächen 7b sind
die jeweiligen Endflächen
der optischen Fasern 7.
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Vorliegend
ist der Strahlformer 6 an seiner Eingangsseite 6a schlitzförmig ausgebildet.
Er besitzt eine, gegenüber
der vertikalen Erstreckung, vergrößerte horizontale Erstreckung.
Die Eingangsseite 6a ist an die Anordnung 1, insbesondere
an die Form und/oder die Abmessungen und/oder die Anzahl und/oder
die Positionierung der Strahlungsquellen 2 angepasst. Die
Vorderseite 1a des Anordnung 1 oder des Arrays 1 ist
ebenso schlitzförmig
oder im Wesentlichen schlitzförmig
ausgebildet.
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Die
optischen Fasern 7 sind in dem Strahlformer 6 so
gelegt oder angeordnet, dass die Strahlen der einzelnen Strahlungsquellen 2 im
Bereich des Strahlungsausgangsseite 6b gebündelt, vorzugsweise überlagert
werden und ein Strahl gewünschten Querschnitts
erzeugt wird. Vorzugsweise liegt die Überlagerung bereits an der
Ausgangsseite 6b vor, so dass ein einzelner Strahl gebildet
wird. Sie kann aber auch durch eine entsprechende Ausrichtung der Fasern 7 räumlich nach
der Ausgangsseite 6b liegen.
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An
der Ausgangsseite 6b ist der Strahlformer 6 quadratisch
ausgebildet dargestellt. Somit wird ein quadratischer Lichtstrahl
generiert. Die Ausgangsseite 6b kann aber auch kreisförmig und
somit auch der Strahl kreisförmig
ausgebildet sein. Der Querschnitt, insbesondere die Form und/oder
die Fläche,
des Strahlungseingangs 6a und/oder des Strahlungsausgangs 6b ist
bzw. sind frei wählbar.
Sie können
an die Anordnung 1 der Strahlungsquellen 2 bzw.
die Applikation der Vorrichtung 100 angepasst werden. Es
erfolgt eine Formkonvertierung in eine vorteilhafte Form. Die Strahlung
ist, vor als auch nach dem Strahlformer 6, jeweils durch
Pfeile illustriert.
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Es
erfolgt somit ein Zusammenfassen der Strahlung aus singulären Quellen 2 zu
einer gemeinsam wirkenden Strahlungsverteilung oder zu einem Strahl.
Einzelne vorhandene diskrete Halbleiterlichtquellen, wie Laserdioden
und/oder lichtemittierende Dioden, reichen aufgrund ihrer geringen
Einzelintensität
und Strahlqualität
nur bedingt zum Einsatz als konventionelle Strahlungsquelle. Mittels
dem erfindungsgemäßen Strahlformer 6 in
angepasster Geometrie ist es möglich,
diskrete Strahlungsquellen 2, wie LEDs 2 und/oder
LDs 2, zu mischen und/oder zu homogenisieren und so eine
starke konventionelle Strahlungsquelle zu emulieren. Dabei ermöglicht seine
kompakte Bauform und sein geringes Gewicht ein kompaktes Systemdesign.
Es läßt sich
eine kompakte Quelle für
IR-Strahlung herstellen.
Der so ermöglichte
Einsatz von an die konkrete Applikation angepassten effizienten
Halbleiterstrahlungsquellen 2 reduziert oder minimiert
den primären
Energiebedarf solcher Anwendungen im Vergleich zur konventionellen
Lösung
und bietet sich daher insbesondere bei kompakten Bauformen und/oder
mobilen stromsparenden Anwendungen an.
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2 zeigt
schematisch ein beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 in
einem Querschnitt. Die Vorrichtung 100 umfasst die folgenden
Bestandteile oder besteht aus den folgenden Bestandteilen: die Anordnung 1 der Strahlungsquellen 2,
ein erstes optischen Bauelement 4, den Strahlformer 6 und
ein zweites optisches Bauelement 9. Die genannten Bauteile
befinden sich auf der Achse 20.
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Die
Strahlung wird von den Strahlungsquellen 2 in Richtung
der Vorderseite 1a der Anordnung 1 emittiert.
Um eine verbesserte Einkopplung in die optischen Fasern 7 des
Strahlformers 6 zu erzielen, ist zwischen der Anordnung 1 und
dem Strahlformer 6 ein erstes optische Bauelement 4,
hier ausgebildet als konvexe Linse 4, angeordnet. Die Linse 4 führt oder
fokussiert die Strahlung in Richtung auf die Eingangsseite 6a des
Strahlformers 6. Zwischen dem ersten optischen Bauelement 4 und
dem Strahlformer 6 befindet sich ein erster Freistrahlbereich 5. Auch
zwischen der Anordnung 1 und dem ersten optischen Bauelement 4 befindet
sich ein Freistrahlbereich 3.
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Die
Strahlung tritt über
die Eingangsseite 6a in den Strahlformer 6 ein.
Für Details
zu dem Strahlformer 6 sei auf die Ausführungen zu 1 verwiesen.
Die Strahlung tritt an der Ausgangsseite 6b aus dem Strahlformer 6 aus.
Insbesondere um eine Divergenz des an oder hinter der Ausgangsseite 6b gebildeten
Strahls zu vermeiden oder um eine verbesserte Bündelung des gebildeten Strahls
zu erzielen und/oder zu erhalten, ist in Strahlrichtung nach dem Strahlformer 6 ein
zweites optisches Bauelement 9 angeordnet. Das zweite optische
Bauelement 9 ist auch als eine konvexe Linse ausgeführt. Zwischen dem
Strahlformer 6 und dem zweiten optischen Bauelement 9 befindet
sich ein zweiter Freistrahlbereich 8. Die Lichtkegel sind
durch einfache Linien illustriert.
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Die
in den 3 bis 5 dargestellten Ausführungsformen
entsprechen im Wesentlichen der in 2 dargestellten
Vorrichtung. Im Unterschied zu 2 ist in 3 der
Strahlungseingang 6a des Strahlformers 6 geneigt
gegenüber
der Hauptstrahlachse 20 der Vorrichtung 100 ausgebildet.
Dadurch wird eine vergrößerte Einkoppelfläche für die Strahlung
erreicht. Die Neigung läßt sich
zum Beispiel durch ein entsprechendes Präparieren des Strahlungseingangs 6a herstellen.
Insbesondere mit einem Schnitt unter einem entsprechenden Winkel läßt sich
diese Neigung erzeugen. Hierzu werden die Fasern 7 zum
Beispiel zunächst
bündig
bereitgestellt.
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4 zeigt
eine Ausführungsform
der Vorrichtung 100, die an einen Reflektor 10 angekoppelt, insbesondere
angeschlossen, ist. Im Detail koppelt der geformte Strahlfleck über das
zweite optische Bauelement 9, hier ausgebildet als Linse 9,
in den Reflektor 10 ein. Hierzu weist der Reflektor 10 eine entsprechende
Aussparung 10a auf. Dadurch kann eine gezielte Fokussierung
der Strahlung erzielt werden. Die Achse des Reflektors 10 befindet
sich vorzugsweise auf der Hauptstrahlachse 20 der Vorrichtung 100.
Der Strahlungsausgang 6b oder das zweite optische Bauelement 7 kann
sich auch im Brennpunkt des Reflektors 10 befinden.
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5 zeigt
eine Ausführungsform
der Vorrichtung 100, die in einen Scheinwerfer integriert
wird oder ist. Der Scheinwerfer umfasst den Reflektor 10 und
eine Lichtquelle 11. Die Lichtquelle 11 ist zum Beispiel
eine gewöhnliche
Halogenlampe zur Emission von weißem Licht. Die Lichtquelle 11 ist
auf der Achse des Reflektors 10, vorzugsweise in dessen Brennpunkt,
angeordnet. Die Vorrichtung 100 koppelt an den Scheinwerfer,
im Detail an den Reflektor 10, an. Die Hauptstrahlachse 20 der
Vorrichtung 100 befindet sich nicht auf der Achse des Reflektors 10.
Die Vorrichtung 100 ist seitlich versetzt zur Achse des Reflektors 10 angeordnet.
Dadurch kann eine Kombination von einem gewöhnlichen Scheinwerfer mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 erreicht
werden.
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Zusammenfassend
betrifft die vorliegende Erfindung somit ein faseroptisches Bauteil,
welches als Strahlformer 6 oder als „Beam Shaper” bezeichnet
wird. Er kann insbesondere zur Allgemeinbeleuchtung, wie für Nachtsichtanwendungen
und/oder zur Verwendung in Fahrzeugen zum Einsatz kommen.
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Es
ist dem Fachmann ersichtlich, dass die beschriebenen Ausführungsformen
beispielhaft zu verstehen sind. Die Erfindung ist nicht auf diese
beschränkt,
sondern kann in vielfältiger
Weise variiert werden kann, ohne den Geist der Erfindung zu verlassen.
Merkmale einzelner Ausführungsformen
und die im allgemeinen Teil der Beschreibung genannten Merkmale
können
jeweils untereinander als auch miteinander kombiniert werden.
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- 1
- Anordnung
von Strahlungsquellen
- 1a
- Vorderseite
oder strahlungsemittierende Seite der Anordnung der Strahlungsquellen
- 2
- Strahlungsquelle
- 3
- Freistrahlbereich
- 4
- Erstes
optisches Bauelement oder Linse
- 5
- Erster
Freistrahlbereich
- 6
- Strahlformer
- 6a
- Strahlungseingang
oder Eingangsseite des Strahlformers
- 6b
- Strahlungsausgang
oder Ausgangsseite des Strahlformers
- 6c
- Mantel
des Strahlformers
- 7
- Optische
Faser
- 7a
- Einkoppelfläche der
optischen Faser
- 7b
- Auskoppelfläche der
optischen Faser
- 8
- Zweiter
Freistrahlbereich
- 9
- Zweites
optisches Bauelement oder Linse
- 10
- Reflektor
- 10a
- Aussparung
im Reflektor
- 11
- Lichtquelle
- 20
- Hauptstrahlachse
- 100
- Vorrichtung
zum Beleuchten