DE102005038999A1 - Beam forming device for optical signal sensor, has fiber-optical light guide provided with cylindrically symmetric light-guiding area along longitudinal section, where light guide exhibits reflection surface along longitudinal section - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft allgemein optische Signalaufnehmer, insbesondere betrifft die Erfindung strahlformende Einrichtungen für derartige Vorrichtungen.The The invention relates generally to optical signal pickups, in particular The invention relates to jet-forming devices for such Devices.
Optische Signalaufnehmer werden zumeist mit Laserdioden betrieben. Das Strahlprofil der Lichtstrahlen einer Laserdiode weist im Querschnitt im allgemeinen eine elliptische Intensitätsverteilung sowie eine asymmetrische Abstrahlcharakteristik auf. Ein derartiges Profil ist jedoch nachteilig, um mit dem optischen System eines Signalaufnehmers einen möglichst kleinen, symmetrischen Fokus zu erreichen, wie er etwa für das Schreiben und Lesen von DVD-Datenträgern gefordert wird. Um den geforderten kleinen Fokus zu erhalten, wird daher mit verschiedenen Maßnahmen angestrebt, vor der Fokussierung auf den Datenträger ein möglichst symmetrisches Intensitätsprofil zu erzeugen.optical Signal transducers are usually operated with laser diodes. The beam profile the light rays of a laser diode has in cross section in general an elliptical intensity distribution as well as an asymmetrical emission characteristic. Such a thing Profile is disadvantageous, however, with the optical system of a Signal pick-a possible to achieve a small, symmetrical focus, as he does for writing and reading DVD discs is required. To get the required small focus, is therefore with different measures the aim is to have as symmetrical an intensity profile as possible before focusing on the data carrier to create.
Eine
Maßnahme
hierzu sind anamorph wirkende Prismen. Optische Signalaufnehmer
mit solchen Prismen sind beispielsweise aus der
Auch die außerdem bekannte Verwendung gekreuzter Zylinderlinsen oder diffraktiver Elemente erfordern eine hohe Positioniergenauigkeit.Also the moreover known use of crossed cylindrical lenses or diffractive Elements require a high positioning accuracy.
Die Strahlformung durch Ausblenden von Teilen des Strahls ist zwar eine vergleichsweise einfache Möglichkeit, allerdings auf Kosten der Lichtausbeute.The Although beam forming by hiding parts of the beam is one comparatively easy way but at the expense of the light output.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Strahlformung insbesondere für optische Signalaufnehmer bereitzustellen, die geringere Anforderungen an die Justage und Ausrichtung der optischen Elemente erfordert und gleichzeitig eine gute Lichtausbeute liefert.Of the The invention is therefore based on the object, a beam shaping in particular for optical Signal receiver to provide the lower requirements requires the adjustment and alignment of the optical elements and simultaneously provides a good light output.
Diese Aufgabe wird bereits in höchst überraschend einfacher Weise durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.These Task is already in the most surprising simple manner solved by the subject of the independent claims. advantageous Embodiments and further developments are specified in the subclaims.
Demgemäss sieht die Erfindung eine Strahlformungseinrichtung eines optischen Signalaufnehmers vor, welche einen Lichtleiter umfasst, der zumindest entlang eines Längsabschnitt einen zylindersymmetrischen lichtleitenden Bereich aufweist. Der Begriff zylindersymmetrisch wird dabei im Sinne der Erfindung als zylindersymmetrisch bezüglich der optischen Achse verstanden.Accordingly, see the invention provides a beam shaping device of an optical signal receiver, which comprises a light guide, at least along a longitudinal section has a cylindrically symmetric photoconductive region. Of the The term cylindrically symmetric is in the context of the invention as cylindrically symmetric in terms of the optical axis understood.
Dazu kann der Lichtleiter zumindest entlang eines Längsabschnitts eine Reflexionsfläche mit rundem, beziehungsweise kreisförmigem Querschnitt aufweisen. Ein erfindungsgemäßer optischer Signalaufnehmer umfasst neben der Strahlformungseinrichtung eine geeignete Lichtquelle. Unter einem Signalaufnehmer wird dabei im Sinne der Erfindung nicht nur eine Leseeinrichtung, sondern auch eine Schreib- oder Schreib/Leseeinrichtung verstanden. Dementsprechend kann eine erfindungsgemäße Strahlformungseinrichtung auch in CD- oder DVD-Brennern oder ähnlichen Geräten eingesetzt werden.To For example, the light guide can have a reflection surface along at least along a longitudinal section round or circular Have cross-section. An inventive optical signal pickup comprises in addition to the beam shaping device, a suitable light source. Under a signal sensor is not in the context of the invention only a reading device, but also a writing or writing / reading device Understood. Accordingly, a beam shaping device according to the invention also used in CD or DVD burners or similar devices become.
Gemäß einer aufgrund ihrer Einfachheit bevorzugten Ausführungsform weist der Lichtleiter dabei entlang seiner gesamten Länge eine Reflexionsfläche mit rundem Querschnitt auf, wodurch sich dementsprechend ein Lichtleiter mit zylindrischer Reflexionsfläche ergibt.According to one because of its simplicity preferred embodiment, the light guide along its entire length a reflection surface with a round cross-section, resulting in a light guide accordingly with cylindrical reflection surface results.
Es hat sich überraschend gezeigt, dass die Reflexion des von der Lichtquelle emittierten und in den Lichtleiter eingekoppelten Lichts an einer derartigen Reflexionsfläche zu einer sehr guten Homogenisierung der räumlichen Intensitätsverteilung und damit einer symmetrischen Abstrahlcharakteristik führt. Die erfindungsgemäße Lösung ist außerdem technisch wesentlich einfacher zu realisieren, als etwa asphärische Flächen refraktiver oder reflektierender optischer Elemente. Insbesondere erlaubt eine erfindungsgemäße Strahlformungseinrichtung mit Lichtleiter in überraschender Weise wesentlich größere Toleranzen in der Ausrichtung der Lichtquelle.It has been surprising shown that the reflection of the emitted from the light source and light coupled into the optical fiber at such reflecting surface to a very good homogenization of the spatial intensity distribution and thus leads to a symmetrical radiation characteristic. The inventive solution Furthermore technically much easier to implement, such as aspheric surfaces more refractive or reflective optical elements. In particular, allows one Beam shaping device according to the invention with light guide in surprising Way much larger tolerances in the orientation of the light source.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht weiterhin vor, dass der Lichtleiter eine transparente Stange umfasst. Ein derartiges Element kann kostengünstig mit hoher Querschnittsgenauigkeit gefertigt werden.A preferred development of the invention further provides that the light guide comprises a transparent rod. Such a thing Element can be inexpensive be manufactured with high cross-sectional accuracy.
Die
transparente Stange kann beispielsweise nach Art eines Wellenleiters
einen Kern und zumindest entlang wenigstens eines Abschnitts einen
Mantel mit niedrigerem Brechungsindex als der des Kerns und/oder nach
Art eines Gradientenindex-Lichtleiters einen sich in radialer Richtung
kontinuierlich ändernden,
insbesondere abnehmenden Brechungsindex aufweisen. Im letzteren
Fall erfolgt die Reflexion dann nicht an einer scharf begrenzten
Reflexionsfläche.
Auch kann zumindest ein Bereich der transparenten Stange mantellos sein.
Diese Weiterbildung schließt
insbesondere auch eine entlang ihrer gesamten Länge mantellose transparente
Stange ein. Ein zumindest abschnittsweise vorhandener Mantel ist
unempfindlicher gegen Verschmutzung oder Kratzern auf der Oberfläche und
dadurch bewirktes Herausstreuen von Licht. Demgegenüber bietet eine
mantellose oder zumindest abschnittsweise mantellose Ausführung der
Erfindung den Vorteil, dass sich größere numerische Aperturen erreichen
lassen, da die numerische Apertur NA eines Lichtleiters im allgemeinen
durch die Beziehung
Im Falle eines mantellosen Abschnitts ist der Brechungsindexunterschied, da das umgebende Medium in diesem Fall im allgemeinen Luft mit n2≅1 ist, dementsprechend groß.In the case of a non-jacket portion, since the surrounding medium in this case is generally air with n 2 ≅1, the refractive index difference is correspondingly large.
Je größer die numerische Apertur, desto größer ist bekanntlich der Winkel desjenigen Lichts gegenüber der Mittenachse des Lichtleiters, welches noch im Lichtleiter durch Totalreflexion geleitet werden kann. Dementsprechend erhöht sich mit der numerischen Apertur auch der erfassbare Raumwinkel des von der Lichtquelle abgestrahlten Lichts und damit die Effizienz der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Günstig ist es dabei, wenn der Lichtleiter eine numerische Apertur von zumindest 0.3, bevorzugt von zumindest 0.5, besonders bevorzugt von zumindest 0.7 aufweist.ever bigger the numerical aperture, the larger as is known, the angle of that light with respect to the center axis of the light guide, which are still passed in the light guide by total reflection can. Accordingly increased with the numerical aperture also the detectable solid angle the light emitted by the light source and thus the efficiency the device according to the invention. Cheap it is when the optical fiber has a numerical aperture of at least 0.3, preferably of at least 0.5, more preferably of at least 0.7.
Die Effizienz der Homogenisierung der Winkelverteilung des Lichts zur Erreichung einer symmetrischen Abstrahlcharakteristik ist außerdem von der Anzahl der Reflexionen des Lichts an der Reflexionsfläche des Lichtleiters abhängig. Die Anzahl der Reflexionen hängt dabei unter anderem vom Verhältnis aus Länge und Durchmesser des Lichtleiters ab. Es zeigt sich überraschenderweise, dass eine sehr gute Strahlformung bereits dann gelingt, wenn das Verhältnis von Durchmesser d zu Länge L des lichtleitenden Bereichs des Lichtleiters L/d zumindest 10, bevorzugt zumindest 12, besonders bevorzugt zumindest 15 beträgt.The Efficiency of Homogenization of the Angular Distribution of Light Achieving a symmetrical radiation characteristic is also of the number of reflections of the light at the reflection surface of the Fiber optic dependent. The number of reflections depends thereby among other things of the relationship from length and Diameter of the light guide from. It turns out, surprisingly, that a very good beam shaping already succeeds when the ratio of Diameter d to length L of the photoconductive region of the optical fiber L / d at least 10, preferably at least 12, more preferably at least 15.
Da die im Lichtleiter auftretende Winkelverteilung auch von der numerischen Apertur abhängt, ist es von Vorteil, auch diese Größe bei der Dimensionierung des Lichtleiters zu berücksichtigen. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist dazu vorgesehen, dass das Produkt aus numerischer Apertur mit dem Verhältnis von Länge L zu Durchmesser d des lichtleitenden Bereichs des Lichtleiters, also die Größe NA·L/d zumindest 10, bevorzugt zumindest 12, besonders bevorzugt zumindest 15 beträgt.There the angular distribution occurring in the light guide also from the numerical Aperture depends it is an advantage, even this size in the sizing of the light guide. According to one advantageous development of the invention is intended that the product of numerical aperture with the ratio of length L to diameter d of light-conducting region of the light guide, so the size NA · L / d at least 10, preferably at least 12, more preferably at least 15.
Eine gute Durchmischung der Winkelverteilung des emittierten Lichts wird weiterhin bereits dann erreicht, wenn Durchmesser und Länge des Lichtleiters so bemessen sind, dass das durch den Lichtleiter transmittierte Licht der Lichtquelle zumindest durchschnittlich 1,5 mal, bevorzugt zumindest durchschnittlich 2,0 mal, besonders bevorzugt zumindest durchschnittlich 2,5 mal im Lichtleiter reflektiert wird. Die Abmessungen des Lichtleiters können dementsprechend auch an die räumliche Intensitätsverteilung des von der Lichtquelle emittierten Lichts angepasst werden.A good mixing of the angular distribution of the emitted light is Continue to be achieved already when the diameter and length of the Fiber optic are dimensioned so that the transmitted through the light guide Light of the light source at least 1.5 times on average, preferably at least 2.0 times on average, more preferably at least an average of 2.5 times in the light guide is reflected. The dimensions of the Light guide can accordingly also to the spatial intensity distribution be adapted to the light emitted from the light source.
Um beispielsweise bei einer mantellosen oder abschnittsweise mantellosen Ausführung des Lichtleiters Verschmutzungen der Oberfläche des Lichtleiters zu vermeiden, kann in vorteilhafter Weiterbildung eine staubdichte Verkapselung des Lichtleiters vorgesehen werden.Around For example, in a loose or partially jacketless execution of the light guide to avoid contamination of the surface of the light guide, can in an advantageous development of a dust-tight encapsulation be provided of the light guide.
Bevorzugte Materialien für den Lichtleiter sind weiterhin Glas oder Kunststoff. Kunststoff ist leicht und kostengünstig zu verarbeiten, wohingegen Glas im allgemeinen bessere optische Eigenschaften aufweist. Diese beiden Materialien können selbstverständlich auch kombiniert werden, beispielsweise in Gestalt einer kunststoffummantelten Glasstange.Preferred materials for the light guide are still glass or plastic. Plastic is easy and inexpensive to process, whereas glass generally has better optical properties. The Of course, the two materials can also be combined, for example in the form of a plastic-coated glass rod.
Zur Verbesserung der Lichtausbeute können besonders vorteilhaft weiterhin die Eintritts- und/oder Austrittsfläche des Lichtleiters mit einer Antireflexbeschichtung versehen sein, um Reflexionsverluste zu minimieren und hohe Lichtausbeuten zu erzielen.to Improvement of the light yield can Particularly advantageous continue the entrance and / or exit surface of the Be provided with an anti-reflective coating light guide to Minimize reflection losses and achieve high luminous efficiencies.
Je nach Lichtquelle kann weiterhin ein eingangsseitig zum Lichtleiter angeordnetes Fokussierungs- oder Defokussierungselement, insbesondere eine Linse vorgesehen werden. Mit einem solchen Element kann die Winkelverteilung der eingangsseitigen Lichtstrahlen aufgeweitet werden, um auf diese Weise die mittlere Anzahl der Reflexionen der Lichtstrahlen im Lichtleiter zu erhöhen und damit die Homogenisierungseigenschaften der Strahlformungseinrichtung zu verbessern.ever After light source can continue to an input side to the light guide arranged focusing or Defokussierungselement, in particular a lens can be provided. With such an element, the Angular distribution of the input-side light beams expanded In this way, the average number of reflections of the Increase light rays in the light guide and thus the homogenization properties the beam shaping device to improve.
Oft stehen Lichtquellen zur Verfügung, die nicht kreissymmetrisch sind. Insbesondere, um die Einkopplung des im allgemeinen dementsprechend sehr asymmetrisch verteilten Lichts zu verbessern, ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine Strahlformungseinrichtung eines optischen Systems, insbesondere eines optischen Signalaufnehmers vorgesehen, welche einen Lichtleiter mit einer runden Lichtaustrittsfläche und eine Lichteintrittsfläche mit einem sich von der Lichtaustrittsfläche unterscheidenden Querschnitt umfasst, wobei der Lichtleiter eine von der Querschnittsform der Lichteintrittsfläche in die Querschnitsform der Lichtaustrittsfläche übergehende Form aufweist. Um die Verluste bei der Lichtleitung zu minimieren, kann insbesondere der Lichtleiter entlang zumindest eines Abschnitts eine sich entlang der Lichtführungsrichtung kontinuierlich von der Querschnittsform der Lichteintrittsfläche in die Querschnittsform der Lichtaustrittsfläche übergehende Form aufweisen.Often light sources are available, which are not circularly symmetrical. In particular, to the coupling of the generally very asymmetrically distributed accordingly To improve light is according to one embodiment the invention a beam shaping device of an optical system, in particular provided an optical signal pickup, which a light guide with a round light exit surface and a light entry surface with a different from the light exit surface cross-section wherein the light guide is one of the cross-sectional shape of Light entry surface has in the Querschnitsform the light exit surface transitional shape. Around To minimize the losses in the light pipe, in particular the Optical fiber along at least a portion along a the light guiding direction continuously from the cross-sectional shape of the light entry surface in the Cross-sectional shape of the light exit surface have transitional shape.
Wenn sich die Lichteintrittsfläche in ihrer Gestalt von der Lichtaustrittsfläche unterscheidet, wird besonders bevorzugt, daß die Lichteintrittsfläche des Lichtleiters eine größere Fläche oder die gleiche Fläche wie die Lichtaustrittsfläche aufweist.If the light entry surface in its shape differs from the light exit surface becomes special preferred that the Light entry surface of the light guide a larger area or the same area like the light exit surface having.
Die Querschnittsform des Lichtleiters kann eine wahlfreie Form haben, die der räumlichen Emission der Lichtquelle angepaßt ist. So kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Lichteintrittsfläche des Lichtleiters rechteckig oder quadratisch sein. Rechteckige Formen der Lichteintrittsfläche eignen sich besonders für langgestreckte Lichtquellen, wie etwa für Laserbarren. Insbesondere für derartige Lichtquellen ist dementsprechend eine langgestreckte Form der Lichteintrittsfläche des Lichtleiters von Vorteil. Eine Homogenisierung der räumlichen Lichtverteilung kann dabei sogar mit langgestreckten Eintrittsöffnungen gelingen, die ein Verhältnis von Länge zu Breite von zumindest 5 zu 1 aufweisen. Beispielsweise kann einem Laserbarren mit 16 parallelen Laserdioden ein Lichtleiter mit entsprechend geformter Lichteintrittsfläche nachgeschaltet werden. In diesem Fall kann die Lichteintrittsfläche ein Verhältnis von Länge zu Breite von zumindest 16:1 aufweisen.The Cross-sectional shape of the light guide may have an optional shape, the spatial Emission of the light source adapted is. So can according to a Development of the invention, the light entrance surface of the light guide rectangular or be square. Rectangular shapes of the light entry surface are suitable especially for elongated light sources, such as for laser bars. Especially for such Light sources is accordingly an elongate shape of the light entrance surface of Fiber optic advantage. Homogenization of spatial Light distribution can even with elongated inlet openings succeed in a relationship of length to have width of at least 5 to 1. For example, a Laser bar with 16 parallel laser diodes a light guide with accordingly shaped light entry surface be followed. In this case, the light entry surface can relationship of length to have a width of at least 16: 1.
Um einen erfindungsgemäßen Lichtleiter für eine Strahlformungseinrichtung eines optischen Systems, insbesondere eines optischen Signalaufnehmers herzustellen, kann gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung transparentes Material heißgepresst werden, so daß ein Lichtleiter mit einer runden Lichtaustrittsfläche und einer Lichteintrittsfläche mit einem sich von der Lichtaustrittsfläche unterscheidenden Querschnitt erhalten wird, wobei der Lichtleiter eine von der Querschnittsform der Lichteintrittsfläche in die Querschnitsform der Lichtaustrittsfläche übergehende Form aufweist.Around a light guide according to the invention for one Beam shaping device of an optical system, in particular of an optical signal pickup can, according to another embodiment the invention transparent material are hot-pressed, so that a light guide with a round light exit surface and a light entry surface with a different from the light exit surface cross-section is obtained, wherein the light guide one of the cross-sectional shape the light entry surface has in the Querschnitsform the light exit surface transitional shape.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird dazu das transparente Material zwischen zumindest zwei Formhälften einer Preßform heißgepresst. Dabei muß das transparente Material des Lichtleiters nicht vollständig in der – Preßform aufgenommen oder entlang der ganzen Länge des Lichtleiters verpresst werden. Möglich ist beispielsweise auch, eine transparente Stange mit der Querschnittsform des Ein- oder Austrittsendes an einem Ende in einer Preßform so umgeformt wird, daß dieses Ende der Stange eine abweichende Querschnittsform erhält. Demgemäß wird ein Ende einer transparenten Stange in einer Preßform so umgeformt, daß der gewünschte Querschnitt dieses Endes erhalten wird, wobei das andere, nicht umgeformte Ende bereits den gewünschten zweiten Querschnitt aufweist. Für das Heizen eignet sich insbesondere eine induktive Beheizung der Preßform und/oder des transparenten Materials.According to one embodiment The invention is the transparent material between at least two mold halves a mold hot pressed. It has to do that transparent material of the light guide is not completely in the - received mold or along the whole length the optical fiber are pressed. It is also possible, for example, a transparent rod with the cross-sectional shape of the inlet or outlet end at one end in a mold is reshaped so that this End of the rod receives a different cross-sectional shape. Accordingly, a End of a transparent rod in a mold so reshaped that the desired cross-section this end is obtained, leaving the other, untransformed end already the desired one having second cross section. For heating is particularly suitable for inductive heating mold and / or the transparent material.
Die umzuformende transparente Stange kann insbesondere auch wieder einen Kern und einen Mantel mit unterschiedlichen Brechungsindizes umfassen. Die numerische Apertur einer solchen Stange beträgt bevorzugt zumindest 0,3, besonders bevorzugt zumindest 0,5. Für sehr hohe Strahldivergenzen der Lichtquelle kann auch eine Stange mit Kern und Mantel mit einer numerischen Apertur von zumindest 0,7 eingesetzt werden. Es ist auch möglich, einen transparenten Mantel nach dem Heißpressen aufzubringen. Dies ist beispielsweise dann von Vorteil, wenn die Stange sehr stark verformt wird, um die gewünschte Form zu erhalten.In particular, the transparent rod to be reshaped can also comprise a core and a jacket with different refractive indices. The numerical aperture of such a rod is preferably at least 0.3, more preferably at least 0.5. For very high beam divergences of the light source, a rod with a core and cladding with a numerical aperture of at least 0.7 can be used the. It is also possible to apply a transparent jacket after hot pressing. This is for example advantageous if the rod is very much deformed to obtain the desired shape.
Gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung kann der Lichtleiter auch ein Faserbündel umfassen, oder aus mehreren Fasern zusammengesetzt sein. Diese können zumindest entlang eines Abschnitts miteinander verschmolzen oder anderweitig verbunden sein. Dementsprechend wird zur Herstellung eines solchen Lichtleiters ein transparentes Faserbündel zumindest abschnittsweise miteinander verschmolzen.According to one more embodiment invention, the light guide may also comprise a fiber bundle, or composed of several fibers. These can at least fused together or otherwise along a section be connected. Accordingly, for the production of such Fiber optic a transparent fiber bundles at least in sections merged together.
Neben einem Verschmelzen kommt beispielsweise auch das Verkleben oder das Eingießen der Fasern in transparentes Material, wie etwa in Kunstharz zumindest entlang eines Abschnitts des Faserbündels in Betracht. Verkleben oder Vergießen ist eine besonders kostengünstige Alternative. Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung wird demgemäß ein Lichtleiter für eine Strahlformungseinrichtung eines optischen Systems hergestellt, indem die Fasern eines Faserbündels zumindest entlang eines Abschnitts miteinander verklebt werden. Auch hierbei wird vorzugsweise die Verklebung so vorgenommen, daß ein Lichtleiter mit einer runden Lichtaustrittsfläche erhalten wird. Weiterhin kann dann wiederum die Lichteintrittsfläche mit einem sich von der Lichtaustrittsfläche unterscheidenden Querschnitt hergestellt werden, wobei der Lichtleiter eine von der Querschnittsform der Lichteintrittsfläche in die Querschnittsform der Lichtaustrittsfläche übergehende Form aufweist.Next a fusion, for example, the bonding or the pouring the fibers in transparent material, such as in synthetic resin at least along a portion of the fiber bundle into consideration. stick or shedding is a particularly cost-effective Alternative. According to this embodiment The invention accordingly becomes an optical fiber for one Beam shaping device of an optical system made by the fibers of a fiber bundle at least along a section are glued together. Again, the bonding is preferably carried out so that a light guide obtained with a round light exit surface. Farther can then turn the light entry surface with a from the Light-emitting surface distinctive cross section are made, wherein the optical fiber one of the cross-sectional shape of the light entry surface in the Cross-sectional shape of the light exit surface has transitional shape.
Als Fasern werden insbesondere solche Fasern verwendet, die wie typische optische Fasern einen Mantel und einen Kern mit höherem Brechungsindizes haben. Es könne jedoch auch – in Analogie zur Ausführungsform mit einer mantellosen transparenten Stange- auch mantellose Fasern verwendet, sowie Fasern mit Mantel und mantellose Fasern miteinander kombiniert werden. Weiterhin kommen selbstverständlich auch Gradienten-Index-Fasern mit kontinuierlich zum Rand hin abnehmendem Brechungsindex in Betracht.When Fibers are used in particular such fibers as typical optical fibers have a cladding and a core with higher refractive indices to have. It could but also - in Analogy to the embodiment with a shawlless transparent rod and also sheathless fibers used, as well as sheathed fibers and sheathless fibers with each other be combined. Of course, gradient index fibers are also used with continuously decreasing to the edge refractive index into consideration.
Die Fasern können in einfacher Weise umgeordnet werden, um eine Änderung der Querschnittsflächen des Ein- und Austrittsendes zu erreichen. Im einfachsten Fall bleibt dabei die Querschnittsfläche erhalten. Auf diese Weise kann dann beispielsweise ein Lichtleiter erhalten werden, der eine runde Lichtaustrittsfläche und eine anders geformte, etwa rechteckige oder allgemein langgestreckte Form aufweist, die aber im wesentlichen die gleiche Querschnittsfläche aufweist.The Fibers can be rearranged in a simple manner to change the cross-sectional areas of the To reach inlet and outlet ends. In the simplest case remains while the cross-sectional area receive. In this way, then, for example, a light guide be obtained, which has a round light-emitting surface and a differently shaped, has approximately rectangular or generally elongated shape, the but has substantially the same cross-sectional area.
Gemäß noch einer davon ausgehenden Weiterbildung werden die Fasern eines Faserbündels an dessen Enden miteinander verschmolzen. Damit umfaßt der Lichtleiter mehrere Fasern, welche am Lichteintritts- und Lichtaustrittsende miteinander verschmolzen sind und in einem dazwischenliegenden Abschnitt nicht miteinander verschmolzen sind. Auf diese Weise wird eine Lichtformungseinrichtung geschaffen, deren Lichtleiter eine Homogenisierung der Winkelverteilung des eintretenden Lichts schafft und andererseits aufgrund des Abschnitts, in welchem die einzelnen Fasern nicht miteinander verbunden sind, flexibel ist.According to one more The further development of this is the fibers of a fiber bundle whose ends merged together. This includes the light guide several fibers, which at the light entrance and exit end fused together and in an intermediate section not merged with each other. In this way, a light-shaping device created whose optical fiber homogenization of the angular distribution of the incoming light and, on the other hand, due to the section, in which the individual fibers are not connected to each other, is flexible.
Das Material für den Lichtleiter kann direkt in einer geeignet geformten Pressform durch Heißpressen in die gewünschte Form gebracht werden. Alternativ kann auch das transparente Material, insbesondere ein Faserbündel in einer Metall-Ferrule heißgepresst werden. Dabei wird die Ferrule zusammen mit dem darin befindlichen Material zusammen umgeformt.The Material for the light guide can be directly in a suitably shaped mold by hot pressing in the desired Be brought form. Alternatively, the transparent material, in particular a fiber bundle hot-pressed in a metal ferrule become. In this case, the ferrule is together with the therein Material formed together.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das transparente Material für den Lichtleiter nicht durch Zusammenpressen von Formhälften eines Formwerkzeugs geformt, sondern es wird ein Strang transparenten Materials in Längsrichtung in ein konisch geformtes Formwerkzeug eingepresst und heißgeformt. Auch bei dieser Ausführungsform kann eine Metall-Ferrule eingesetzt werden. Diese umgibt zumindest entlang eines Abschnitts den Strang und wird zusammen mit diesem durch das Einpressen in das konische Formwerkzeug geformt.According to one another embodiment According to the invention, the transparent material for the light guide does not pass through Pressing mold halves a molding tool but it is a strand transparent Material in the longitudinal direction pressed into a conically shaped mold and hot formed. Also in this embodiment a metal ferrule can be used. This surrounds at least along a section of the strand and will be together with this through the Pressing formed into the conical mold.
Ein optisches System, wie etwa ein optischer Signalaufnehmer, welches mit einer erfindungsgemäße Strahlformungseinrichtung ausgestattet ist, zeichnet sich unter anderem dadurch aus, daß nahezu unabhängig von den Eigenschaften und Abmessungen der Lichtquelle eine bezüglich der azimutalen Winkelverteilung sehr homogene Intensitätsverteilung erzielt wird. Das Licht kann dann mit einer hohen Effizienz in weiteren optischen Komponenten des Systems weiterverwendet werden. Sogar ein eintrittsseitig zur Strahlformungseinrichtung angeordneter Laserbarren kann, wie bereits erwähnt, als Lichtquelle verwendet und dessen Strahlung azimutal nahezu vollständig homogenisiert werden. Die Strahlformungseinrichtung kann auch beispielsweise einer optischen Faser des optischen Systems vorgeordnet sein. Auf diese Weise kann unter anderem das Licht eines Laserbarrens sehr effizient in eine solche optische Faser eingeleitet werden. Dabei kann dementsprechend neben einem Homogenisierungseffekt auch eine Fokussierung oder Konzentration des Lichts um die optische Achse erfolgen.An optical system, such as an optical signal pickup, which is equipped with a beam shaping device according to the invention is characterized, inter alia, by achieving a very homogeneous intensity distribution with respect to the azimuthal angular distribution, almost independently of the properties and dimensions of the light source. The light can then be reused with high efficiency in other optical components of the system. Even a laser bar arranged on the entrance side to the beam shaping device can, as already mentioned, be used as the light source and its radiation be azimuthally almost completely homogenized. The beam-shaping device can also be arranged upstream of, for example, an optical fiber of the optical system. In this way, among other things, the light of a laser bar can be introduced very efficiently into such an optical fiber. Accordingly, in addition to a homogenizing effect, it is also possible to focus or concentrate the light around the optical axis done.
Um die Einkopplung von asymmetrisch von der Lichtquelle abgestrahltem Licht zu verbessern, ist gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung anstelle einer Reflexionsfläche mit entlang der gesamten Länge des Lichtleiters rundem Querschnitt vorgesehen, einen Lichtleiter zu verwenden, dessen Reflexionsfläche am Eintrittsende einen elliptischen Querschnitt aufweist. Der Lichtleiter kann dann so gegenüber der Lichtquelle orientiert werden, dass ein möglichst großer Anteil des Lichts in den Lichtleiter eingekoppelt wird.Around the coupling of asymmetrically emitted from the light source To improve light is according to one another embodiment the invention instead of a reflection surface along along the entire length of the Fiber optic round cross-section provided, a light guide to use its reflection surface has an elliptical cross-section at the entrance end. The light guide can be so opposite be oriented to the light source, that as large a proportion of the light in the Fiber optic is coupled.
Gemäß noch einer Weiterbildung der Erfindung ist zur Erhöhung der Einkoppeleffizienz vorgesehen, dass zumindest ein Abschnitt des Lichtleiters konisch geformt ist, so dass insbesondere die Querschnitte der Reflexionsflächen am Eintritts- und Austrittsende unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Der Lichtleiter kann dann so angeordnet werden, dass das Ende mit dem größeren Durchmesser oder der größeren Fläche das Eintrittsende bildet. Auf diese Weise kann zusätzlich ein Fokussierungseffekt erreicht werden. Allgemein kann zur Fokussierung gemäß noch einer Weiterbildung der Erfindung vorteilhaft ein Lichtleiter mit einem sich vom Eintritts- zum Austrittsende hin verjüngenden Querschnitt des lichtleitenden Bereichs vorgesehen werden. Die Verjüngung kann sowohl eine Abnahme des Durchmessers, als auch in einer Abnahme der Querschnittsfläche des lichtleitenden Bereichs sein.According to one more Development of the invention is to increase the Einkoppeleffizienz provided that at least a portion of the light guide conical is shaped so that in particular the cross sections of the reflection surfaces on Entry and exit end have different diameters. The light guide can then be arranged so that the end with the larger diameter or the larger area that Entry end forms. In this way, additionally a focusing effect be achieved. Generally, according to one more Development of the invention advantageously a light guide with a tapered from the inlet to the outlet end of the cross-section of the photoconductive Be provided for in the area. The rejuvenation can be both a decrease of the diameter, as well as in a decrease in the cross-sectional area of the be light-conducting area.
Besonders bevorzugt wird der Lichtleiter im optischen Signalaufnehmer in Verbindung mit einer Laserdiode als Lichtquelle eingesetzt, da gerade Laserdioden Licht mit asymmetrischer Intensitätsverteilung abstrahlen. Allerdings kann sich auch bei Leuchtdioden dieses Problem ergeben, so dass in diesem Fall die Erfindung auch vorteilhaft mit einer Leuchtdiode als Lichtquelle eingesetzt werden kann.Especially Preferably, the light guide in the optical signal sensor in connection used with a laser diode as a light source, since just laser diodes Emit light with asymmetrical intensity distribution. Indeed This problem can also arise with LEDs, so that In this case, the invention also advantageous with a light emitting diode can be used as a light source.
Besonders vorteilhaft kann die Erfindung insbesondere in Verbindung mit blau emittierenden Laserdioden eingesetzt werden. Besonders bei derartigen Laserdioden können aufgrund der kurzen Wellenlänge sehr kleine Fokus-Durchmesser erreicht werden, so dass sich Datenträger mit einer besonders hohen Datendichte beschreiben und/oder lesen lassen. Solche Laserdioden sind beispielsweise für zukünftige Generationen von DVD-Geräten geplant.Especially Advantageously, the invention in particular in conjunction with blue emitting laser diodes are used. Especially with such Laser diodes can because of the short wavelength very small focus diameter be achieved so that disks with a particularly high Describe and / or read data density. Such laser diodes are for example future Generations of DVD devices planned.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche und ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können.in the The following is the invention with reference to embodiments and below Reference to the drawings closer explains being same and similar Elements are provided with the same reference numerals and the features various embodiments can be combined with each other.
Es zeigen:It demonstrate:
In
Die
Lichteintrittsfläche
Ein
Querschnitt durch den Lichtleiter
Selbstverständlich kann auch ein Gradientenindex-Lichtleiter verwendet werden, bei welchem in radialer Richtung kein scharfer Brechungsindex-Sprung vorhanden ist, sondern bei welchem der Brechungsindex in radialer Richtung ausgehend von dessen optischer Achse zumindest innerhalb eines Zylinderabschnitts innerhalb des Lichtleiters kontinuiertlich abnimmt. Ebenso wie bei einer Ausführungsform mit scharf begrenztem Übergang zwischen Mantel und Kern ist aber auch bei dieser Ausführungsform der lichtleitende Bereich zylindersymmetrisch.Of course you can also a gradient index light guide be used, wherein in the radial direction no sharp Refractive index jump is present, but at which the refractive index in radial direction, starting from the optical axis at least within a cylindrical section within the light guide continuous decreases. As in an embodiment with a sharply limited transition but also between jacket and core in this embodiment the photoconductive region is cylindrically symmetric.
Bei
dem in
Durch die Reflexion des hindurchtretenden Lichts an der kreisförmigen Grenzfläche kommt es in überraschender Weise zu einer guten Homogenisierung der räumlichen Intensitätsverteilung. Dies bedeutet im Sinne der Erfindung, dass eine asymmetrische Winkelverteilung des Lichts mittels der Strahlformungseinrichtung in eine symmetrische oder zumindest wesentlich symmetrischere Winkelverteilung geändert wird.By the reflection of the passing light at the circular interface comes it in surprising Way to a good homogenization of the spatial intensity distribution. This means in the sense of the invention that an asymmetric angular distribution of the light by means of the beam shaping device in a symmetrical or at least substantially more symmetrical angular distribution is changed.
Um
eine schnelle Durchmischung zu erreichen, ist dabei eine hohe numerische
Apertur des Lichtleiters
Das
Verhältnis
von Länge
L zu Durchmesser d des lichtleitenden Bereichs
L ≥ 10·d/0.35,
bevorzugt L ≥ 12·d/0.35,
besonders bevorzugt L ≥ 15·d/0.35.
Entscheidend für
die Homogenisierung des Strahlungsfelds der Laserdiode ist die Anzahl
der Reflexionen der Lichtstrahlen an der Reflexionsfläche
L ≥ 10 · d / 0.35, preferably L ≥ 12 · d / 0.35, more preferably L ≥ 15 · d / 0.35. Decisive for the homogenization of the radiation field of the laser diode is the number of reflections of the light rays at the reflection surface
Anhand
der mittleren Anzahl der Reflexionen zeigt sich noch ein besonderer
Vorteil der Erfindung. Ist die Laserdiode
Ist
die Winkelverteilung der von der Laserdiode
Nach
der Strahlformung der Lichtstrahlen durch die Strahlformungseinrichtung
Aufgrund
der Homogenisierung der räumlichen
Intensitätsverteilung,
die nach dem Durchgang durch die Strahlformungseinrichtung
Hierbei
ergibt sich jedoch das Problem, dass die Totalreflexion an der Fläche
Die
Bei
diesem Ausführungsbeispiel
weist der Lichleiter einen konisch geformten, lichteintrittsseitigen
Abschnitt
Im
Unterschied zu den vorangegangenen Beispielen ist die Reflexionsfläche
Bei
dieser Ausführungsform
der Erfindung verjüngt
sich weiterhin aufgrund des konischen Abschnitts
Die
In
den
Die
in diesem Beispiel dargestellte Ausführungsform weist ähnlich wie
das in den
Die
Lichteintrittsfläche
Der
Lichtleiter
Eintrittsseitig
zur Strahlformungseinrichtung
Weiterhin
ist die Strahlformungseinrichtung
Auch
dieses optische System kann beispielsweise ein optischer Signalaufnehmer
sein. Ebenso kann das System mit den in
Die
Das Verfahren und die entsprechende Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens basieren darauf, daß transparentes Material heißgepresst wird, so daß ein Lichtleiter mit einer runden Lichtaustrittsfläche und einer Lichteintrittsfläche mit einem sich von der Lichtaustrittsfläche unterscheidenden Querschnitt erhalten wird, wobei der Lichtleiter eine von der Querschnittsform der Lichteintrittsfläche in die Querschnitsform der Lichtaustrittsfläche übergehende Form aufweist.The Method and the corresponding device for carrying out this Method based on the fact that transparent Material hot pressed will, so that one Light guide with a round light exit surface and a light entry surface with a different from the light exit surface cross-section is obtained, wherein the light guide one of the cross-sectional shape the light entry surface has in the Querschnitsform the light exit surface transitional shape.
Bei
dem in den
In
den
Bei
dieser Variante wird anstelle einer transparenten Stange, insbesondere
aus Glas, ein Faserbündel
Das
Faserbündel
Alternativ
können
die Fasern des Faserbündels
Die
Auch
mit einem solchen konischen Werkzeug kann alternativ zu einem Verschmelzen
der Fasern des Faserbündels
Der
Lichtleiter
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern vielmehr in vielfältiger Weise variiert werden kann. Insbesondere können die Merkmale der einzelnen beispielhaften Ausführungsformen auch miteinander kombiniert werden.It It will be apparent to those skilled in the art that the invention is not limited to the above described embodiments limited is, but rather in more diverse Way can be varied. In particular, the characteristics of each exemplary embodiments also be combined with each other.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
Claims (42)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200510038999 DE102005038999A1 (en) | 2005-08-16 | 2005-08-16 | Beam forming device for optical signal sensor, has fiber-optical light guide provided with cylindrically symmetric light-guiding area along longitudinal section, where light guide exhibits reflection surface along longitudinal section |
PCT/EP2006/001959 WO2006092320A2 (en) | 2005-03-03 | 2006-03-03 | Beam forming device of an optical system, especially an optical signal sensor, and optical system, particularly optical sensor, comprising a beam forming device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE200510038999 DE102005038999A1 (en) | 2005-08-16 | 2005-08-16 | Beam forming device for optical signal sensor, has fiber-optical light guide provided with cylindrically symmetric light-guiding area along longitudinal section, where light guide exhibits reflection surface along longitudinal section |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102005038999A1 true DE102005038999A1 (en) | 2007-03-01 |
Family
ID=37715290
Family Applications (1)
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DE200510038999 Withdrawn DE102005038999A1 (en) | 2005-03-03 | 2005-08-16 | Beam forming device for optical signal sensor, has fiber-optical light guide provided with cylindrically symmetric light-guiding area along longitudinal section, where light guide exhibits reflection surface along longitudinal section |
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- 2005-08-16 DE DE200510038999 patent/DE102005038999A1/en not_active Withdrawn
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