侧面发射的光导体及其制造方法

文档序号:934690 发布日期:2021-03-05 浏览:17次 >En<

阅读说明:本技术 侧面发射的光导体及其制造方法 (Side-emitting optical waveguide and method for producing the same ) 是由 M·卡佩尔 L·威尔姆斯 H·拉瑟特 B·霍普 于 2020-09-03 设计创作,主要内容包括:本发明的目的是提供具有线形外观的光源,该光源具有柔性的光导体,该光导体具有包括高的光密度的、均匀的光辐射。为此提出一种侧面发射的光导体(1),光导体包括:-至少一个构造成侧面发射的纤维的光导纤维(7),使得在纤维(7)中传导的光沿着纵向方向分布地散射出来,以及-包围纤维(7)的套管(3),其中-套管(3)构造成散射光的且半透明的,使得纤维(7)输出的光在散射的情况下能穿过套管(3),其中-套管(3)被套罩物(5)包围,并且其中套管(3)和套罩物(5)由塑料制成。(It is an object of the invention to provide a light source with a linear appearance having a flexible light conductor with a homogeneous light radiation comprising a high optical density. For this purpose, a side-emitting optical waveguide (1) is proposed, comprising: -at least one optical fiber (7) configured as a side-emitting fiber, such that light conducted in the fiber (7) scatters out distributively in the longitudinal direction, and-a sleeve (3) surrounding the fiber (7), wherein-the sleeve (3) is configured to scatter light and to be translucent, such that light output by the fiber (7) can pass through the sleeve (3) in the event of scattering, wherein-the sleeve (3) is surrounded by a shroud (5), and wherein the sleeve (3) and the shroud (5) are made of plastic.)

侧面发射的光导体及其制造方法

技术领域

本发明通常地涉及光发射元件的技术领域。本发明特别涉及光导体在照明或显示装置中的应用。

背景技术

为了照明或显示目的可期望的是使用线形的光源。作为这种光源可使用具有耦合在其上的侧面发射的光导体的光发射器。这种组件尤其在节省空间的结构以及高的鲁棒性方面优于由许多并排布置的小发射器(例如LED链)构成的组件。在这种链中,大量的构件会迅速导致单个发光二极管的故障,从而立即引起注意。

用于提供线形光源的另一方案是侧面发射的光导体。在该光导体中在一个或两个端部上连接光发射器,该光发射器将光耦入光导体中。在光导体中分布散射元件,该散射元件散射在光导体中传导的光散元件。该光源提供非常均匀的照明。然而整个光流受到光发射器所提供的强度的限制。

即使光导体对于肉眼均匀地发光,在光导体弯曲时会产生问题。如果光导体弯曲,例如在通过夹子(卡夹)紧固在底座上时会剥落仅松散地位于芯部上的散射包层或通过弯曲在外部区域处伸长,进而更薄且在弯曲内部收缩,从而会出现褶皱。在此,在散射的包层和光光导芯部之间会产生气隙,该气隙即使重新对准也会留下。该气隙此后导致光的局部地不同耦出以及导致不均匀的光强度。

发明内容

因此,本发明的目的是提供具有线形外观的光源,该光源具有柔性的光导体,该光导体具有均匀的、具有高的光密度的光辐射。该目的通过独立权利要求的主题实现。有利的实施方案在从属权利要求中给出。具有线形外观的光源理解为在正常的观看距离下观察者的肉眼看见为没有显著的横向伸展的发光的线的光源。该线无需为直线,而是尤其也可以以曲线形式伸延。因此,本发明提出一种侧面发射的光导体,该光导体包括至少一个构造成侧面发射的纤维的光导纤维,使得在纤维中传导的光沿着纵向方向分布地散射出来,以及包括包围纤维的套管,其中套管构造成半透明的并且优选构造成散射光,使得纤维输出的光在散射的情况下可穿过套管,其中套管被透明的套罩物包围。在此套管和套罩物由塑料构成。

优选地,不仅单个光导纤维而且具有多个光导纤维的纤维束在套管中被引导。分成多个纤维是有利的,以使光导体尽可能保持柔性。

对于光导体的柔性还特别有利的是,至少一个纤维或纤维束松散地在套管3中被引导。因此,在套管和邻接的一个或多个纤维之间没有连接。由此纤维在套管之内尤其可沿纵向方向运动,这使弯曲容易并且在弯曲时避免在纤维上的应力。

由此,在套管内部中布置至少一个纤维、优选呈纤维束形式的多个光导纤维,在其中每个光纤分别构造成侧面发射的,使得耦入相应的纤维中的光沿着光导体的纵向延伸逐渐地散射出去,在进一步散射的情况下穿过套管并且穿过套罩物向外发出。由此,光导体具有至少双壳的结构,具有外部的透明的套罩物和构成内部套罩物的套管。由于套管是光散射的,所以由纤维发出的光的角度分布进一步均匀化,使得在优选的实施方式中,与0°(垂直的)相比沿任一空间方向在+45°至-45°的角范围中的辐射强度的偏差小于55%、尤其优选小于30%,并且最优选小于20%。这尤其并且也适用于根据本发明的光导体的弯曲区域中。

光导体可通过以下方法制成,在该方法中至少一个侧面发射的光导纤维布置在由塑料制成的、构造成散射光的且半透明的套管中,其中具有包含在其中的至少一个光导纤维的套管以由塑料制成的透明套罩物包围。

以此处描述的光导体也避免了在弯曲之后形成气隙的问题。即使在套罩物和套管之间局部地形成气隙,该气隙也不再影响光耦出以及因此局部的散射效果,因为光的散射和耦出在套管内部中在单个光导纤维中进行。

附图说明

下面更详细地且根据附图描述本发明。

图1示出了具有侧面发射的光导体的光源。

图2、图3和图4示出了侧面发射的纤维的横截面视图。

图5示出了光导体的横截面视图。

图6示出了具有单个光导纤维的变型方案。

图7示出了图5的示例的具有效果区段的变型方案。

图8、图9和图10示出了具有紧固元件的光导体的变型方案的横截面视图。

图11示出了在纵向方向上具有附加的通道的光导体的示例。

图12和图13示出了光导体在弯曲之前和在弯曲之后的光通量的测量值的图表。

图14示出了两个光导体的与角度相关的辉度。

图15示出了与沿着两个光导体的纵向位置相关的光密度。

图16示出了具有包围套管的折射率低的区域的光导体。

图17示出了光导体上的光路。

图18示出了在套罩物和发光的内部的部分之间具有以及没有气隙的光导体的光射出的模拟。

图19示出了发光的内部的部分的表观宽度与气隙的宽度相关的图表。

图20示出了光源,其中光经由另一光导体耦入侧面发射的光导体中。

具体实施方式

在图1中示意性地示出了根据本公开的具有侧面发射的光导体1的光源2。光源2包括光发射器4,该光发射器在光导体1的一端部10上与至少一个光导纤维7、优选与纤维束8的光导纤维7光学耦合,以将光耦入一个或多个纤维7中。通常地,不限于示出的实施例地,优选的是半导体光发射器用于光源2。半导体光发射器可以包括发光二极管或半导体激光器。以这种方式也可耦合具有不同颜色的多个光发射器,以获得光色可调节的照明。与图1中所示不同,也可在光导体1的两个端部10、11上布置光发射器4,以将其光耦入纤维7中。

通常地,纤维束8在套管3中伸延。套管又被套罩物5包围。不仅套管3而且套罩物5由塑料制成。这赋予光导体1具有高的柔性,使得可以以简单方式为光导体设置弯曲部12并且固定。在示出的示例中,光导体1例如设有偏转90°的弯曲部12。

典型地,侧面发射的光导体与传输数据的光导体的区别是更小的设定长度,因为在给定耦合的光发射器的亮度时随着长度增加,光密度降低。不限于特定的实施方式,为此在本发明的一种改进方案中,光导体1具有在0.5米至100米、优选至50米的范围中的长度。大的长度尤其与激光器组合适合作为光发射器。对于装饰的照明和其他的光技术应用,直至105米、优选2.5至5米的小长度特别合适。在医学领域中、尤其作为在诊断和治疗处理的装置中用于一次性或多次性使用的部件,小于0.5米、优选小于0.1米、尤其优选0.01至0.05米的长度适用在此优选的大约1mm以及更薄的光导体1的直径。

图2示出了光导的侧面发射的纤维7的一种实施方式的横截面视图。此时可通过组合多个这种纤维7制造用于光导体的纤维束8。不限于所示的示例,纤维7通常包括纤维芯72,该纤维芯由纤维外皮70包围,其中纤维芯72具有比纤维外皮70更高的折射率,使得光在纤维芯72中可以以通常的方式通过在界面73处全反射地被引导至纤维外皮70。在纤维芯72中,散射光的型芯74沿光导纤维7的纵向方向伸延。型芯将在纤维芯72中引导的光部分地散射,使得光可以从纤维7中射出。以这种方式连续地沿着纤维7散射出光。

图3示出了光导纤维7的另一实施方式的示例。如图3的纤维,纤维7具有纤维芯部72,该纤维芯部由折射率较低的纤维外皮70包围。该实施方式基于,在纤维芯部72和纤维外皮70之间的界面73上有散射光的元件75。散射光的元件通过散射改变在其他情况下在界面73处反射的光的方向,使得光部分地散射出来。通常地,散射光的元件也可以在纤维外皮70中。尤其此时位于界面附近或界面处的散射光的元件使得光散射出来。图4示出了另一实施方式,其中散射光的元件75分布在纤维芯72中。通常地,根据一种实施方式散射光的纤维7具有纤维芯72和纤维外皮70,该纤维外皮具有比纤维芯72更低的折射率,其中至少一个散射光的元件74、75布置在纤维7中,使得在纤维芯72中引导的光沿纤维7的纵向方向逐渐散射出去。在图2的情况中,单个的散射光的元件设置成沿纤维7的纵向方向延伸的型芯74的形态。但是也可以存在多个型芯74。示出的所有实施例也可彼此组合。由此,根据图2的实施方式也可以在界面73处或在纤维芯72中具有附加的散射光的元件75。至少一个纤维7可以由玻璃或由塑料制成。优选地,光导纤维7是侧面发射的玻璃纤维。该实施方式是有利的,因为在较长路段上利用了玻璃的高透明度并且由于使用具有多个细纤维的纤维束而因此可提供柔性的光导体1。

图5示出了侧面发射的光导体1的横截面。光导体1包括具有多个侧面发射的光导纤维7的纤维束8,该光导纤维使光沿着纵向方向分布地从纤维7并因此从光导体1中散射出来,使得提供一种细的、纵长的或线形的照明。纤维束8被套管3包围。套管是散射光的并且是半透明的。由此通过纤维束8的纤维7输出的光穿过套管3,其中光通常至少部分地在套管3的壁部中被散射。套管3还被透明的套罩物5包围。套管3和套罩物5由塑料制成。由此提供可柔性敷设的光导体1,该光导体尤其是可弯曲的。

套管3通常优选实施成薄壁的。由此,将由纤维束8和套管3构成的组件的直径保持得尽可能小。这有利地实现了高的光密度。由此也应使套管的壁厚和光导体1或套罩物5的直径尽可能显著不同。在弯曲时,套管3的外直径和壁厚的大的比例也降低了在套管处以及纤维束8中得出的弯曲半径并且以这种方式防止在光导体1过度弯曲时纤维束8中的纤维7断裂。不限于示出的特殊示例,为此在一种改进方案中,套管3具有的壁厚比透明的套罩物5的外直径小至少5倍。此外对此优选的是,透明的套罩物的直径至少为1毫米、优选至少2毫米,以限制纤维束8中的弯曲半径。

通常也优选的是,套管3的壁厚最高为200微米、尤其最高为100微米。由此,实现具有套管3和容纳在其中的纤维束8的光导体的内部的部分的高的柔性。由此,尤其在与使用其直径比套管3的壁厚小多于100倍、特别优选小多于150倍、更特别优选小多于200倍的散射颗粒互相作用时同时实现光导体的高的光密度和侧面发射的光的均匀角度分布。由于通常涉及具有尺寸分布的散射颗粒,所以散射颗粒的直径针对平均值(也称为D50)。

套罩物5的直径与套管3的直径的比例优选为至少1.5/1,以在给定光导体1的直径的情况下实现高的光密度并且避免纤维束8的弯曲半径过窄。与图5所示不同,套罩物5不必具有正圆形的横截面。同样也适用于套管3。在示出的示例中,套管3已经匹配纤维束8的形状并且套管的横截面由此不是精确的正圆形。在这种情况下,套罩物5和套管8的平均直径可被设定为上面给出的1.5比1的比例。但是同样也可涉及横截面面积。在此通常优选的是,由套罩物5的外轮廓包围的面的横截面面积与由套管3的外轮廓包围的横截面面积的比例至少为2.25/1。在套管3的壁厚很薄的情况下,由套管的外轮廓包围的横截面面积大致相当于纤维束8的横截面面积。

根据优选的实施方式,纤维束8具有在0.5mm至5mm、优选1mm至3mm的范围中的直径。相应地,对于非圆的几何结构,纤维束的横截面面积为0.19mm2至19.7mm2、优选0.78mm2至7.1mm2

已经发现对于光导体1的光学特性以及机械特性特别适用的是,套管3构造成围绕纤维束8收缩的塑料套管。通过收缩可实现套管3对纤维束8的轮廓的良好的形状匹配,而无需强烈压缩纤维束8。此外,可使用具有30μm或更小的壁厚的这种收缩套管,这进一步提高了光导体的光密度。必要时,塑料套管也可仅部分地或局部地围绕纤维束收缩。通常有利的是,纤维还松散地组合在套管3中,或松散地、无需材料连接或形状锁合连接地在套管3中引导。由此避免在各个纤维7上的拉应力以及由此伴随的在光导体1弯曲时的纤维断裂。

对于光导纤维7合适的是在10至250μm、优选20μm至100μm、优选30μm至70μm的范围中的直径,以实现纤维束8的良好的柔性。

作为套管3的材料尤其合适的是聚酯。为了使套管3具有散射光的特性,可在塑料中包含散射光的颗粒作为添加剂。根据一种实施方式,塑料包含氧化物颗粒。合适的是特别高折射的氧化物,例如氧化钛。因此在一种实施方式中套管3设置成具有氧化物颗粒、尤其氧化钛颗粒的聚酯套管的形式。在此,嵌入套管3中的散射颗粒的50%以上优选具有小于1μm的直径,以便提高辐射均匀性。

作为用于套罩物5的塑料已经发现聚合物共混物特别合适。借助聚合物共混物可以使高的透明度的特性以及高的柔性的特性协调一致。优选可以使用脂肪族聚氨酯作为一种组分或聚合物共混物中的一种聚合物。该组分尤其是有弹性的并且可以与其他塑料组合成高度透明的聚合物共混物。尤其这种脂肪族聚氨酯也可为热塑性的弹性体。替代地或附加地,作为组分,另一热塑性的弹性体也可为聚合物共混物的组成部分。因此,根据另一实施方式,聚合物共混物中的一种聚合物形成热塑性的弹性体。

在另一实施方式中聚合物共混物的其中一种聚合物是聚碳酸酯。聚碳酸酯对于套罩物的透明度是有利的。同样适合PMMA。因此根据另一替代的或附加的实施方式,聚合物共混物的其中一种聚合物是聚甲基丙烯酸甲酯。

一种特别合适的组合是通常包括聚甲基丙烯酸甲酯和热塑性的聚氨酯的聚合物共混物。两种组分尤其可单独地形成聚合物共混物或在存在其他组分的情况下该两种组分可以以两个最大份额处于共混物的混合物中。

根据另一改进方案,套管3和套罩物5的塑料中的至少一个包含聚合物颗粒。该颗粒可以进一步改进机械特性。由此聚合物颗粒已知作为用于提高冲击韧性的添加物。根据一种有利的改进方案,在套罩物5和套管3的塑料中的至少一种包含具有交联的PMMA的聚合物颗粒时,可获得透明的且同时抗冲击的且耐磨损的以及耐刮伤的塑料。该实施方式此时更尤其适合与包含PMMA的聚合物共混物的组合。根据本发明的另一改进方案提供了聚合物共混物,该聚合物共混物包含PMMA作为一种组分并且附加地包含具有交联的PMMA的聚合物颗粒。

借助光导体1的所述构造,替代或除了抗冲击改性剂附加地也可以加入其他的填料,该填料在其他情况下对于光学特性是不利的。尤其想到,在套罩物5中使用至少一种填料,该填料可为阻燃剂或UV稳定剂。光导体1的光学特性几乎不会受到套罩物5中的填料影响,因为不会干扰光导纤维的透射并且光在穿过套管3之后仅在套罩物5中传播一段短的路段。

图6示出了图5的示例的变型方案。代替纤维束8,该变型方案具有单一的侧面发射的光导纤维7。该纤维7可如所示地,比纤维束的纤维更厚,以能够耦入尽可能多的光。但是另一方面,光导体1的横截面总体上比具有纤维束的实施方式更小。如所示,通常单个的纤维7也可松散地在套管3中被引导或不会与套管3连接,以使光导体1的弯曲容易并且也避免在弯曲过程之后不可逆地改变。在示出的示例中,纤维与根据图2的构造相应。

在光导体1的实施方式中,光导体1包括与套罩物5连接的、尤其嵌入套罩物5中的、纵长的、沿着光导体1的纵向方向延伸的光学效果区段19,该光学效果区段的质地结构影响由套管3辐射的光的颜色、亮度或辐射方向。一种示例为此示出了图7的变型方案。在该示例中,在套罩物中布置呈漫反射的条纹形式的效果区段19。该效果区段改变光的空间射出,使得在光导体1周围的角区域被遮蔽并且提高其余角区域中的亮度。通过对效果区段适当着色或颜料染色也可影响射出光的颜色。由此可以提供一种光导体1,该光导体的具有纤维束8的套管3看起来为第一颜色的亮线,其以在具有其他颜色的效果区段处漫反射的光为背景。

通常地、不限于所示示例地,根据另一实施方式,在套管中与至少一个光导纤维7一起引导沿光导体1的纵向方向伸延的功能元件。这种功能元件可尤其为电导体27或加强元件28。作为加强元件28考虑金属线或塑料线或芯线。电导体27也可同时具有提高稳定性的加强元件28的功能。还可想到,将这种功能元件在套管3之外布置在套罩物5中。

具有由塑料制成的套罩物5的光导体1的实施方式使得能够在一个线股成型方法中例如通过挤出实现。通过该方法也可以非常简单的方式实现更复杂的几何结构。在一种实施方式中,套罩物5具有轴向地沿光导体1延伸的呈弹簧或肋条24形式的紧固元件14。为此,图8示出了一种示例,其中在套罩物5中形成两个这种肋条24。与所示不同,紧固元件也可为单独的元件,该单独的元件锚固在套罩物5中。图9示出了这种实施方式的一种示例。肋条24例如可以是由与套罩物5的材料不同的塑料制成的预制元件或金属元件。呈单独元件形式的肋条24例如可以在挤出时如同套管3一样锚固在套罩物5中。为了安装光导体1,具有肋条24的光导体可以置入到需要设置光导体1的构件的相应凹槽中。

图10是另一实施方式的一种示例。在该实施方式中提供轴向地沿光导体1延伸的呈凹槽25形式的紧固元件14。凹槽25可如所示地直接接合到套罩物5中或由套罩物5的形状成型。在至此示出的示例中,具有纤维束8的套管3基本上居中地布置在套罩物的横截面中。图10的一种示例还示出,偏心的布置也是可能的。

根据另一实施方式,套罩物5可以具有在轴向方向上延伸的至少一个通道15,该至少一个通道尤其呈空腔16的形式。图11示出了这种实施方式的一种示例。在该示例中有三个通道15,该三个通道分别形成空腔16。与所示不同,也可例如用线缆、丝线或填充材料充满通道15。图11是具有容纳在其中的纤维束8的套管3的横截面示例,该横截面不必是圆形的。通过该布置方式可关于横截面形状实现多种变型方案。在示例中,套管如同两个侧面邻接的通道15一样具有圆环段的横截面形状。

通常,此处描述的光导体1的特征是,相对于在光导体弯曲之后,对光学特性的变化具有高的抵抗力。这是因为光辐射特性基本上由套管3和在其中引导的纤维7决定。尤其根据一种实施方式,由于光导体1弯曲引起的附加的光损失在光导体1的弯曲半径为21mm时小于光导体1的每绕组在光导体中引导的总的光强度的0.1倍。此外,由于光导体1弯曲引起的附加的光损失在光导体1的弯曲半径为12mm时小于光导体1的每绕组在光导体中引导的总的光强度的0.3倍。这些特性尤其用于外直径或套罩物的直径为3mm或更小的光导体1,尤其用于直径在1至3毫米的范围中的光导体。额外(即除了无论如何通过侧面发射的光导体的射出而引起的光损失之外)的光损失显示为比相邻区域看起来更亮的区段。因此,光发射沿着光导体不均匀地出现,其具有一个或多个更亮的发光区域。此外,在光导体的进一步延伸中缺少附加耦出的光,使得该光导体总体上更暗。图12和图13为此示出了在以一匝绕组或多匝绕组缠绕光导体之前以及之后对光通量的测量。图12示出了在初始状态下以及在卷绕一匝绕组以及两匝绕组之后具有21毫米的弯曲半径的通量。

图13示出了在卷绕一至三匝绕组之后并且具有12毫米的弯曲半径时的类似的具有测量值的图表。曲线(a)在两个图表中示出了如此处所述的光导体1的测量值。为了比较,曲线(b)和(c)示出了传统的侧面发射的聚合物光导体的测量值。该测量值分别标准化为没有弯曲部的值。如可看出地,在此处描述的光导体中大的弯曲度基本上没有影响射出强度。在弯曲半径为12mm缠绕三匝绕组之后,通量在原始值的70%以上(图13)。相反,在现有技术的光导体(曲线(b)和(c))中示出了在弯曲半径为12mm缠绕两匝绕组之后通量降低了几乎一半(图12)并且在弯曲半径为12mm缠绕三匝绕组时降低了大约2/3(图13)。

通过此处描述的光导体也实现了射出光的特别高的均匀性。这尤其通过使从单个光导纤维7发出的光的角度分布再次通过套管3的壁部中的散射进行均匀化来获得。在一种实施方式中,光导体1具有射出光的这样的角度分布,其中对于相对于光导方向成45°角射出的光的光强度I45°与相对于光导方向成135°角射出的光的光强度I135°的不对称性A=(I45°-I135°)/(I45°+I135°)为A<0.1、优选A<0.05。该不对称性表现为具有在朝前方向上的方向分量的光射出和具有在朝后方向(即反向于光导的方向)上的方向分量的光射出之间的差异。根据图14清楚示出在射出中的小的不对称性。在图14中示出了具有用于两个光导体的与角度相关的辉度的测量值的两条曲线(a)和(b)。曲线(a)示出了用于根据本公开的直径为2mm的光导体的测量值。曲线(b)示出了具有纤维束、但是没有半透明的散射光的套管3的光导体用于比较。可看出,在根据本公开的光导体中几乎完美均匀地射出或与角无关地射出。相对地,在曲线(b)中示出了明显的向前散射。与反向于光导方向的射出相比,具有朝光导方向的方向分量的射出明显更强烈。

与至今为止的侧面发射的聚合物光导体相比,根据本公开的布置也产生明显更高的光密度。这在图15的示例中示出。在此处示出的图表中,测量与光导体1上的纵向位置相关的光密度。由于光逐渐地从光导体1中散射出来,随着光导体的端部与光发射器的距离增大,光密度降低。与纤维在简单的透明套管中引导的光导体(曲线(b))相比,通过使纤维与套管组合成具有很小直径的紧密的集束获得更高的光密度以及更高的可见亮度(曲线(a))。

影响光密度的因素是在套罩物5的外表面上的折射率。在具有圆形横截面的光导体1中,套罩物的外表面如同柱面透镜一样起作用。该柱面透镜增大了光导体1的主动发光的部分,即具有在其中引导有纤维束8的套管3。但是通过这种光学放大相应地降低了光密度。即使该效果没有直接影响射出的总光通量,该主动发光的部分看起来更大,但是也相应地更暗。在将光导体作为设计元素以发光线的形式提供视觉强调时,该效果是不利的。在低光密度时,光导体例如可在明亮的环境下必要时在光学方面不再引人注意,使得该光导体失去视觉强调的功能。因此期望的是构造一种光导体1,该光导体1具内部的有侧面发射的、尤其条状的或纵长的内部的部分和包围该部分的套罩物,使得至少降低了在套罩物5的外表面处的由外表面上的折射引起的光学放大效果。该目的通常通过纵长的侧面发射的光导体1实现,该光导体具有也称为芯部的内部的纵长的内部的部分和包围该内部的部分的套罩物5,其中在内部的部分中可通过在光导体1的端部10、11之一处的耦入传导光,光逐渐地通过散射或折射侧面地从内部的部分中穿过套罩物5向外偏转,使得从套罩物5看去,内部的部分表现为纵长的、尤其线形的或纤维状的发光元件,其中在内部的部分和套罩物5之间存在包围该内部的部分的层,该层具有比套罩物5的折射率更低的折射率。

在前述实施方式的改进方案中,内部的部分通过具有包含在其中的纤维束8的套管3构成,因为套管3是光导体1的看起来为线形或纤维状的光源的部分。图16示出了这种实施方式的一种示例,即具有包围套管3的折射率较低的层9的光导体1。如所述地,具有纤维束8的套管3形成由层9包围的内部的部分6。在最简单的且光学效果特别有效的情况下,在套罩物5和内部的部分6之间存在间隙或间隔,使得层9由流体层、尤其空气层或通常由气体层构成。在至此的实施方式的改进方案中在套管3和套罩物9之间存在填充流体的、尤其填充气体的、特别优选填充空气的间隙。

但是在另一实施方式中,内部的部分6也可通过单个的侧面发射的纤维形成。在此通常地,内部的部分6代表表现为发光元件的那部分。通常地,该发光元件由看起来发光的散射元件限定,该散射元件对于观察者是射出光的输出点。

如果在白色的发光芯部或内部的部分和透明的套罩物之间有固定连接,此时从内部的部分发出的光在所有角度上均匀分布地通过透明的套罩物5引导并且在其表面50上根据折射定律向外传导。在此可注意到,观察者以比线缆直径(这在实际中通常是这种情况)大多倍的观察间距用肉眼仅可感知基本上平行于套罩物射出的射束。从外皮的表面射出的射束的所有不同的角都不会投射到眼睛的视网膜上,因此不会被感知。图17的草图在此示出了所基于的光路。极限情况可以通过折射定律确定,还可以用肉眼感知的最外部的平行射束位于该极限情况的位置处,平行射束此时形成感知的光直径。根据折射定律,对于光束20的角α、β符合:

(1)通过以及对于可感知的直径得到Dvis

(2)Dvis=2*r*n外皮

该直径相应于根据图17的路段b的两倍。在透明的外皮的折射率约为n套罩物=1.5并且白色的发光芯部或内部的部分6的直径2·r为d芯部=2.1mm时得到可感知的发光的直径Dvis为3.2mm。这相应于透明的套罩物5的外直径。即使使用比外直径更小的发光芯部,这也不会通过较小的感知面积导致光密度的期望的提高。

在内部的部分例如为0.3mm的较小直径时,发光直径在这种情况下被感知为0.45mm,这比光导体1的3.2mm的外直径小得多,因此导致光密度的期望的提高。

但是如果在发光芯部或内部的部分6和透明的套罩物5之间存在折射率较低的层9、尤其气隙,在透明的外皮的内表面处、即在套罩物5和层9之间的界面处产生附加的折射,使得出现了可感知的发光直径的新的比例。但是这不再可简单分析地计算,而是可经由模拟以数字或图形的方式得出。令人惊奇地发现,甚至可以实现稍微小于白色的发光芯部或内部的部分6的直径的感知的发光直径。由层9引起的提高光密度的效果在此尤其通过在层9和套罩物之间的界面的形状产生。通常地,该界面18形成基本上或至少部分地或局部地凹形地成型的折射面。因此根据优选的改进方案,在套罩物5和层9之间的界面18形成凹形的折射面,使得该折射面用作发射透镜或散焦的光学元件在与光导体1的纵向方向垂直的平面中的折射面。

在顾及前述考虑的情况下,在本发明的改进方案中通常优选的是,内部的部分6具有至少0.75毫米的直径。虽然在该直径以下存在该效果,但是由于直径已经很小因而不太引人注意。

图18在子图(a)和(b)中示出了用于具有气隙(子图(a))和没有气隙(子图(b))的光导体1的光路的两个模拟。气隙在子图(a)中为了简单没有标出。

可明显看出,在该具有气隙的实施方式中对于观察者来说发光的内部的部分6的表观直径D1明显小于在没有气隙的实施方式(子图(b))中的直径D2。甚至可能的是,表观直径小于实际的直径。由此气隙或通常地具有较低折射率的层9有效地提高了光密度。

层9的厚度、优选气隙的厚度总体来说不太重要。这在图19的图表中示出。在该图表中一半的表观宽度b(如在图17中所构造)作为气隙的宽度的函数。一半的表观宽度b相应于内部的部分6的一半的表观直径或表观半径。如可从图表中可见,气隙的宽度对内部的部分6的表观宽度的作用最小。因此,层9可保持得非常薄。通常地、不限于示出的示例地,为此在一种实施方式中对于内部的部分6的直径D6与层9的直径D9的比例适用的是:

(3)

如所述,光导体1不必具有正圆形的横截面。上述关系式(3)在此可相应地针对内部部件6和层9的包络曲线的横截面面积所列出。在这种情况下根据另一实施方式有:

(4)

在此A6是由内部的部分6的横截面的外部包络曲线包围的面积并且A9是由层9的横截面的外部包络曲线包围的面积。

通常足以防止或消除从套管3或内部的部分6的表面至套罩物5的连接。然后通过表面的表面粗糙度保持填充气体的间隙、尤其足够宽度的气隙。这在光导体以近似任意的弯曲半径被弯曲时也适用。在套管3或通常地内部的部分6上也可存在具有颗粒的涂料,其中颗粒使得套罩物5和内部的部分的表面保持分开并且提供间隙。在填充空气的间隙中优选使用露点最高为-20℃的干燥的气态介质,以避免在间隙中的沉积。合适的例如是干燥的空气或填充用惰性气体。

光导体1如此处所述特别适用于轮廓照明或一般适用于装饰照明以及也适合作为建筑物和车辆的内部空间的设计元素。光导体可将这种照明装置作为这种设计元素应用在建筑物的内部空间中及其设备中,例如在室内布置物品中,或在仪器和机械上或仪器和机器中,以及建筑物的外部区域中,例如在建筑物的立面上,以及车辆的内部或外部照明。车辆可以是与车轮和轨道相关的车辆、船舶和飞机。

尤其在车辆中、例如汽车、飞机、船舶和/或火车中,光导体可以用作车辆的内饰的一部分。在内部设施的区域中,光导体可作为家具的一部分,尤其车辆座椅、起居空间和/或厨房。其他的应用是

–用作前照灯(40)的组成部分,尤其车辆前照灯的组成部分,

–用于飞行器的着陆轨道的照明装置,

–与其他的光导体和/或其他的侧面发射的阶跃折射率光纤共同用于形成平面图案,该平面图案本身可形成照明体,

–显示器的背景照明,

–用作车辆、船舶、飞机、建筑物、街道、路标、路牌、纺织品中的氛围或分界照明,

–与自发光磷光添加剂用作的安全照明。

另一应用是应用在医学装置中或医学装置上,例如用作其上的重点或轮廓或安全照明。还将光导体1或光源2用作医学治疗方法、尤其肿瘤治疗的光动力治疗(PDT)、用于静脉曲张治疗的静脉内激光治疗(EVLT)、用于激光诱导的间质热疗法(LITT)的装置或至少该装置的部件,或用在眼科、牙科和皮肤病领域中。尤其在后者中也用于辅助伤口愈合。关于在医疗环境中的使用还有利的是,使用的一种塑料、使用的多种塑料(即聚合物共混物)优选包括生物相容性的塑料材料,该生物相容性的塑料材料例如根据标准EN ISO 10993-1:2018或EN ISO 10993-5:2009或USP VI类列出。此外,将使用的材料选择为可灭菌的、尤其可环氧乙烷灭菌的(EO),因为该灭菌方法特别适用于在医学技术领域中的一次性应用(可抛弃的应用或单次使用的应用),如ISO 11135:2014所述。在此尤其可考虑不含氯的材料,因为否则在EO工艺过程期间可能会产生氯化合物,氯化合物一方面可能是有毒的并且另一方面在灭菌过程之后只能非完全地去除。

图20示出了特别并且尤其也适用于医学应用的光导体2的实施方式。在该实施方式中,光发射器4的光耦入到另一光导体21中,该另一光导体与侧面发射的光导体1的一端部10光学连接。在另一光导体21构造成柔性时,该实施方式此时特别有利。优选地,在此为侧面发射的光导体使用短的区段。由此在该实施方式的改进方案中可想到,使用长度在5mm至50mm的范围中的光导体。光导体1在此用作输入另一光导体21中的光的扩散器。对于医学应用,扩散器可在需要治疗的病患的身体上或身体中的预定位置处引导并且光在此处经由光导体1发出。另一光导体21可熔接在光导体1上以进行光学耦合或可与光导体1胶合。对于高的光强度在此通常适合将激光器40用作光发射器4。

综上所述不限于所示的特殊示例地提供了光源2,其中侧面发射的光导体1与另一柔性的光导体21连接,并且其中光发射器4、优选激光器40耦合在另一柔性的光导体21上,从而光发射器4的光经由另一光导体21耦入侧面发射的光导体1中并且沿着侧面发射的光导体1发出。光源2可尤其用于上述的医学应用。

侧面发射的光导体1的基本功能通过在套管3中或套管3上的光散射实现。但是除了散射特性以外,光导体1完全通常地也可以具有滤波特性或射出光的光谱相对于耦入光的光谱变化。以这种方式可实现多种光效果。根据一种实施方式,套管3包含颜料或其他的有色的散射颗粒。散射颗粒根据波长吸收部分光,使得经反射的或经散射的光在光谱方面与在芯部中引导的光不同并且具有颜色。根据另一替代或附加的实施方式,套管3和套罩物5的塑料中的至少一种被着色。染色剂通常没有提高散射,使得塑料保持透明。因此根据该实施方式的染色剂不是颜料。通过染色剂的部分光谱吸收使得穿过塑料的光的光谱分布改变。必要时通过使用的聚合物或聚合物组分本身提供染色剂,其与溶解在聚合物基质中的染色剂分子的替代方案不同。

用于光的光谱影响的另一方案是转变成其他的波长,即通过一种合适的转换材料将一种波长的光转变成至少另一波长的光。这是有利的,以使发出的光的光谱变化损失更低的强度。这种转变尤其通过使光导体1包含光致发光材料实现。光致发光可以是荧光以及磷光。光致发光材料可包含在光导体的一种或多种组分中,光导体尤其在型芯3和套罩物5中与光接触。例如套管3可包含光致发光的颗粒30。由此例如可馈入蓝光并且在套管3处散射并且部分地转变成黄光,以通过这些组分的混合射出白光。然而例如在套罩物中也可包含光致发光的材料,以便当从套管3射出的光通过时转变至少一部分强度。在此,可实现的不同的光学效果也是显著的。在经染色的套罩物5的情况下,改变了对于观察者明亮发光的套管3的颜色印象。在套罩物5中有光致发光的染色剂时,在明亮发光的套管3周围产生光芒,其中该光芒具有与从套管3直接射出的光不同的颜色。

在使用发磷光的添加剂的情况下,即使切断光导体的光源也可产生光导体的余辉效果。由此可实现安全照明,例如用在医院、车辆或在飞机领域中。此外,也可由外部的光加载光导体中的发磷光的颗粒,从而这些光导体也可用作被动的安全照明或被动的重点照明。

根据本发明的光导体的一种应用是,由于其不易于弯曲性特别有利地应用在光生物反应器或任意其他类型的光生物学过程中。在此,光导体不仅可以从外部安装到(透明的)反应器上而且可以与反应器壁的透明度无关地安装在这种反应器内部中,因为光导体是液体不可渗透的并且耐化学性。

前述所有变型方案也可仅局部地集成或应用在光导体中,而其他的部分不具有这些功能。由此可实现多种效果。局部没有侧面射出光的特性也是可能的,由此可在更远的部位处低损失地传输光。

取决于使用的纤维材料和期望的应用,通常可以为波长范围在150nm至15μm中的光导体使用辐射源。在此可以考虑任意类型的激光源、LED、弧光灯、电灯泡或任意其他类型的合适辐射源。

附图标记列表

1 光导体
2 光源
3 套管
4 光发射器
5 套罩物
6 1的内部的部分
7 纤维
8 纤维束
9
10、11 1的端部
12 1中的弯曲部
13 间隙
14 紧固元件
15 通道
16 空腔
18 在5和9之间的界面
19 光学效果区段
20 光束
21 另一光导体
24 肋条
25 凹槽
27 电导体
28 加强元件
40 激光器
50 5的外表面
70 纤维外皮
72 纤维芯部
73 在70、72之间的界面
74 型芯
75 散射光的元件

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