DE2062139A1

DE2062139A1 - Festkörper Lampe und faseroptische Vorrichtung

Info

Publication number: DE2062139A1
Application number: DE19702062139
Authority: DE
Inventors: John Weldon Mentor Vercellotti Joseph Francis Novelty Ohio Hall II (V St A ) P
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1969-12-29
Filing date: 1970-12-17
Publication date: 1971-07-08
Also published as: FR2075117A5; GB1304428A; BE760992A

Description

Festkörper-Lampe und faseroptische Vorrichtung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf faseroptische Lichtleitervorrichtungen, in denen Licht (sichtbares oder infrarotes) durch einen faseroptischen Lichtleiter oder ein Bündel derartiger Leiter hindurch übertragen oder "geleitet" wird. Beispielsweise verwendet eine Anordnung zum Lesen eines zehnspaltigen Lochstreifens bei Datenverarbeitungsgeräten ein Bündel von zehn faseroptischen Lichtleitern, deren Lichtaustrittsenden quer zum benachbarten sich bewegenden Band und dementsprechend mit den zehn Spalten der gestanzten Löcher fluchtend angeordnet sind. Heben der anderen Streifenseite und entsprechend fluchtend mit den Lichtaustrittsenden der lichtleitenden Pasern sind zehn kleine Fotozellen angeordnet, um so die auf dem sich bewegenden Band dargestellten Characters durch das Vorhandensein oder Fehlen von Löchern optisch zu lesen. Daneben gibt es noch viele andere Verwendungen für faseroptische Systeme.

109828/1283

Eine nahe den lichtaufnehmenden Enden der lichtleitenden Pasern angeordnete Lichtquelle kann eine Glüh-, Fluoreszens-, Gasent-Ladungs- oder Festkörper-Lampe sein- Aus wirtschaftlichen und anderen Gründen ist es wünschenswert gewesen, den Wirkungsgrad der Lichtkopplung zwischen der Lampe und den lichtleitenden Fasern zu vergrößern. Ein Weg zur Erzielung eines verbesserten Wirkungsgrades bestand darin, eine Oberfläche der Lampe und desgleichen die lichtaufnehmenden Enden der lichtleitenden Pasern zu schleifen und optisch zu polieren und die Enden der lichtleitenden Pasern flach und fest gegen die Oberfläche der Lampe zu fügen. Wegen des kleinen Leuchtdichtewertes von Festkörper-Lampen war es besonders erstrebenswert, den Wirkungsgrad der faseroptischen Lichtkopplung zu vergrößern, wenn eine Pestkörper-Lampe als Lichtquelle verwendet wurde.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt, kurz gesagt, eine faseroptische Festkörper-Lichtquelle, in der ein liehtemittierendes Festkörpereleraent, wie beispielsweise ein Diodenelement mit einem lichtemittierenden übergang, und das lichtaufnehmende Ende der lichtleitenden Pasern und in wechselseitiger Nähe angeordnet und durch ein Vergußmittel aus lichtleitendem Material eingekapselt sind. Vorzugsweise ist das Vergußmittel ein Material mit einem Brechungsindex größer als 1, um so den kritischen Winkel der aus der Pestkörper-Diode austretenden Strahlung zu vergrößern und zu gestatten, daß von der Diode mehr Licht emittiert wird und in die lichtleitenden Fasern gelangt. Die lichtemittierende Diode ist auf einem Kopfstück und in einem Gehäuse angebracht. Bei der Herstellung wird,ein plastisches Vergußmittel in flüssiger Form in das Gehäuse und über die Diode gegossen, und ein Ende der lichtleitenden Fasern wird in das Vergußmittel getaucht und nahe der Diode in seiner Lage gehalten, bis das plastische Material ausgehärtet ist. Das Ergebnis ist eine aus einem Stück bestehende, optisch wirkungsvolle Festkörper-Lampe und faseroptische Vorrichtung.

109828/1283

mm "X mm

Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen eines Ausführungsbeispieles näher erläutert .

Figur 1 ist eine Querschnittsdarstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der Erfindung. Der Schnitt ist entlang der Linie 1 - 1 in Figur 2 geführt.

Figur 2 ist eine Ansicht von oben auf das bevorzugte Ausführungsbeispiel.

Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie es in der Zeichnung dargestellt ist, enthält eine lichtemittierende Festkörper-Diode 11, die auf einem kreisförmigen Kopfstück 12 aus Metall angebracht ist. Von dem Kopfstück 12 erstreckt sich ein elektrischer Verbindungsleiter 13 und ein zweiter elektrischer Verbindungsleiter 14 führt durch eine Öffnung in dem Kopfstück 12 und ist diesem gegenüber durch einen Isolator 16 isoliert. Ein Verbindungsdraht .17 verbindet das Innenende .des Leiters Ik mit der oberen Fläche des Diodenelementes 11, wobei die untere Fläche der Diode 11 über das Kopfstück 12 mit dem Leiter 13 elektrisch verbunden ist. Ein kreisförmiges Gehäuse 18, das vorzugsweise aus Metall aber auch aus einem Kunststoff bestehen kann, ist konzentrisch auf dem Kopfstück 12 angeordnet und an einem Flansch 19 mit diesem verschweißt oder auf andere Weise befestigt. Weitere Einzelheiten einer geeigneten lichtemittierenden Diode 11 und ihrer Befestigung an einem Kopfstück mit einem Gehäuse ist in dem US-Patent 3 ^58 779 beschrieben.

Ein Bündel lichtleitender Fasern 21 ist mit seinem einen Ende in dem Gehäuse 18, nahe an und in einer Linie über der lichtemittierenden Diode 11 angeordnet. Das Gehäuse 18 ist mit einem Vergußmittel 22 gefüllt, das die licht'leitenden Fasern 21 bezüglich der Diode 11 in ihrer Lage hält und das ferner für eine wirksame optische Kopplung zwischen der Diode 11 und den unteren Enden der lichtleitenden Fasern 21 sorgt, wie es im folgenden noch näher beschrieben wird. Die in den Zeichnungen darge-

, 109828/1283 BAD ORIGJML

stellten lichtleitenden Pasern 21 bestehen aus zehn einzelnen Lichtleitern 23 j die irgendeine gewünschte Länge aufweisen und vorzugsweise flexibel sind, wie es bei 23' dargestellt ist. Es kann jedoch in Abhängigkeit von der Verwendungsart jede Anzahl von faseroptischen Lichtleitern verwendet werden.

Geeignete Materialien, aus denen die Diode 11 hergestellt ist, wie beispielsweise Galliumarsenid, Galliumphosphid und Siliziumcarbid, haben relativ hohe Lichtbrechungsindices und weisen somit einen unerwünscht niedrigen kritischen Winkel auf, unter dem das Licht, das an einem Übergang in der Diode emittiert wird, durch die obere Fläche des Diodenelementes hindurch austreten kann. Infolge der Brechung der Lichtstrahlen an der Austrittsfläche der Diode wird das emittierte Licht halbkugelförmig abgestrahlt. Der Rest des nach oben gerichteten Lichtes innerhalb der Diode wird an der oberen Diodenoberfläche in die Diode zurück reflektiert und infolge der Absorption in dem Diodenmaterial verbraucht. Ein Verfahren, das zur Vergrößerung des kritischen Winkels der Diode verwendbar ist und somit zur Vergrößerung der Fläche, die Licht von der Oberfläche der Diode abgibt, wodurch wiederum unter Vergrößerung des Wirkungsgrades mehr Licht aus der Diode austreten kann, besteht darin, die lichtabgebende Diodenoberfläche mit einem Material einzukapseln oder zu überdecken, dessen Brechungsindex genügend größer als eins ist, d.h. größer als derjenige von Vakuum oder etwas größer als eins, wie der Brechungsindex von Luft.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung hat das Vergußmaterial 22 einen Brechungsindex größer als eins, wodurch das Vergußmaterial 22 neben seinen nützlichen Funktionen bei der Halterung der lichtleitenden Fasern 21 bezüglich der Diode 11 und der Erzeugung einer wirksamen Lichtkopplung zwischen der Diode 11 und den lichtleitenden Fasern, indem alle Lufteinschlüsse und ihre naturgemäß damit verbundenen Beugungen und Reflexionen vermieden werden, weiterhin die Wirkung hat, den kritischen Winkel der

109828/1283

Diode 11 zu vergrößern, wodurch Licht über einer größeren Fläche aus der Diode austritt * Dies erhöht die Menge und die Intensität des Lichtes, das aus der Diode 11 austritt und in das'nahegelegene Ende des faseroptischen Bündels eintritt. Somit wird der Wirkungsgrad erhöht und die faseroptischen Pestkörper-Lichtquellen besser verwertbar gemacht als bisher. Geeignete Materialien für das. Vergußmittel 22 sind Glas oder Kunststoffe, wie z. B. ein A cry!kunststoff oder Epoxyharze, die einen Brechungsindex größer als eins haben und die das Ende des Bündels 21 lichtleitender Fasern in ihrer Lage festhalten.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin» die Diode 11 auf dem Kopfstück 12 anzubringen, das Gehäuse l8 an dem Kopfstück 12 zu befestigen, das Vergußmittel 22 in flüssiger Form in das Gehäuse 18 zu gießen, das Bündel 21 lichtleitender Fasern in das flüssige Vergußmittel 22 einzusetzen und in seiner gewünschten Lage festzuhalten, während das Vergußmittel aushärtet, überschüssiges Vergußmittel, das über den Rand des Gehäuses 18 überfließt, kann aufgewischt oder weggeschnitten werden»

T 098 28/ 1 28 3

Claims

Ansprüche

ill Faseroptische Pestkörper-Lichtquelle mit einem Kopfstück, einer lichtemittierenden Pestkörper-Diode, lichtleitenden Pasern, von denen ein Ende zur Aufnahme von Licht nahe der Festkörper-Diode angeordnet ist, und einem Gehäuse, das an dem Kopfstück befestigt ist und das die lichtemittierende Diode und das Ende der lichtleitenden Fasern umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß ein * lichtleitendes Material (22) mit einem Brechungsindex größer als eins vorgesehen ist, das innerhalb des Gehäuses (l8) zwischen der lichtemittierenden Diode (11) und dem Ende der lichtleitenden Fasern (21) angeordnet und mit diesen in Berührung ist.
2. Lichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Material (22) Glas oder Kunststoff ist und wenigstens einen Teil der lichtemittierenden Diode (11) und das Ende der lichtleitenden Fasern (21) einkapselt und umgibt, wodurch diese relativ zueinander in ihrer Lage gehalten sind.
3. Verfahren zur Herstellung der faseroptischen Festkörper-Lichtquelle gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die lichtemittierende Diode (11) auf einem Kopfstück (12) angebracht, ein Gehäuse (18) an dem Kopfstück (12) befestigt wird, so daß es die Diode (11) umgibt, ein aushärtbares Vergußmittel (22) in das Gehäuse (18) gegossen, ein Ende der lichtleitenden Fasern (21) in das Vergußmittel (22) eingesetzt wird und die lichtleitenden Fasern (21) während des Aushärtens des Vergußmittels (22) festgehalten werden.

109828/12 83