DE102009000724A1

DE102009000724A1 - Vorrichtung zum Ablenken von Lichtstrahlen

Info

Publication number: DE102009000724A1
Application number: DE102009000724A
Authority: DE
Inventors: Christoph Friese
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-02-09
Filing date: 2009-02-09
Publication date: 2010-08-12
Also published as: US8503054B2; TWI471601B; US20100202032A1; KR20100091122A; TW201030371A

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Ablenken von Lichtstrahlen vorgeschlagen, welche einen schwenkbar gelagerten Lichtaustrittsabschnitt eines Lichtwellenleiters und einen schwenkbar gelagerten Spiegel umfasst. Die Vorrichtung weist eine erste Schwenkeinrichtung auf, welche eingerichtet ist, den Lichtaustrittsabschnitt des Lichtwellenleiters, aus welchem Licht auf den Spiegel treffen kann, in einer Schwenkebene zu schwenken, und eine zweite Schwenkeinrichtung, welche eingerichtet ist, den Spiegel um eine in der Spiegelebene liegende Schwenkachse zu schwenken, welche von der Senkrechten zur Schwenkebene abweicht.

Description

Die Erfindung beschreibt eine Vorrichtung zum Ablenken von Lichtstrahlen.
Stand der Technik
Für die optische Ablenkung von Lichtstrahlen, wie sie zum Beispiel in Projektoren oder in Scannern vorgenommen wird, werden derzeit unter anderem Mikrospiegel bzw. Mikrospiegel-Arrays eingesetzt. Gegenwärtig. wird auch der Einsatz solcher Mikrospiegel für Head-Up-Displays in Kraftfahrzeugen in Erwägung gezogen.
Mikrospiegeln haben in der Regel zwei zueinander senkrecht stehende Drehachsen. Bei zweiachsigen Mikrospiegeln befindet sich der Spiegel in der Regel kardanisch aufgehängt auf einem beweglichen Rahmen. Dabei müssen für eine Ablenkung von Lichtstrahlen in zwei voneinander unabhängigen Raumrichtungen (2D = zweidimensional) bzw. für eine Änderung der Ablenkungsrichtung der Lichtstrahlen in zwei unabhängigen Raumebenen die Stellwellen beider Schwenkachsen des Spiegels getrennt voneinander antreibbar sein. Auch die Verschwenkungen der Spiegel um die beiden Achsen müssen im Rahmen einer Regelung der Lichtablenkung getrennt voneinander detektiert werden. Außerdem haben die beiden unabhängigen Schwenkmechanismen unter Umständen auch unterschiedliche oder gegensätzliche Anforderungen an ihre Umgebungsbedingungen (z. B. Luftdruck/Vakuum). Solche Systeme zur Lichtablenkung sind daher aufwändig, teuer und störanfällig.
Insbesondere für die Auslegung und Herstellung eines Scanners wäre deshalb anstatt eines solchen komplexen 2D-Systems beispielsweise eine Kombination aus zwei separaten 1D-Scannern (also Spiegeln, die um nur eine einzige Achse geschwenkt werden) möglich, welche eine getrennte, unabhängige Optimierung der beiden Einzelscanner ermöglichen würde. Dies brächte allerdings den Nachteil mit sich, dass beide 1D-Scanner aufwändig zueinander justiert werden müssten. Es ist daher bei solch einer Anordnung keine Verringerung der Baugröße oder der Komplexität des Gesamtsystems zu erwarten.
Eine zusätzliche Herausforderung bringt die Optik bildgebender Systeme mit sich. Diese arbeiten häufig mit drei farbigen Lichtquellen, z. B. rote, grüne und blaue Laserdiode (= R-LD, G-LD, B-LD). Die Lichtstrahlung dieser Laserdioden muss zur Deckung gebracht werden, um gemeinsam auf eine Projektionsfläche fokussiert zu werden.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung zur Verfügung, welche die oben aufgeführten Einschränkungen überwindet. Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zum Ablenken von Lichtstrahlen vorgeschlagen, welche einen schwenkbar gelagerten Lichtaustrittsabschnitt eines Lichtwellenleiters und einen schwenkbar gelagerten Spiegel aufweist. Die Vorrichtung umfasst ferner
eine erste Schwenkeinrichtung, welche eingerichtet ist, den Lichtaustrittsabschnitt des Lichtwellenleiters, aus welchem Licht auf den Spiegel treffen kann, in einer Schwenkebene zu schwenken, und eine zweite Schwenkeinrichtung, welche eingerichtet ist, den Spiegel um eine in der Spiegelebene liegende Schwenkachse zu schwenken, welche von der Senkrechten zur Schwenkebene abweicht. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass die Ablenkung von Lichtstrahlen mit Hilfe eines Spiegels in nur einer Raumrichtung erfolgen kann. Anders ausgedrückt kann die Änderung der Ablenkungsrichtung der Lichtstrahlen mit Hilfe eines Spiegels in nur einer Raumebene erfolgen. Für eine solche Ablenkung von Lichtstrahlen bzw. Änderung der Ablenkungsrichtung von Lichtstrahlen kann ein einfacher 1D-Scanner eingesetzt werden. Die Änderung der Ablenkungsrichtung der Lichtstrahlen in einer anderen, unabhängigen Raumebene erfolgt durch das Schwenken des Lichtwellenleiters bzw. der Lichtleitfaser selbst. Die Änderung der Ablenkungsrichtung der Lichtstrahlen in zwei voneinander unabhängigen Raumebenen basiert also auf zwei unterschiedlichen, einfachen Prinzipien, welche leicht realisiert werden können und eine geringe Störanfälligkeit aufweisen.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung dadurch zum Ablenken von Lichtstrahlen in zwei unabhängige Raumrichtungen eingerichtet, dass die Schwenkachse des Spiegels parallel zur Schwenkebene des Lichtaustrittsabschnitts des Lichtwellenleiters liegt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schwenkachse des Spiegels senkrecht zur Längsachse des in einer Ruhelage befindlichen Lichtaustrittsabschnitts liegt. Dadurch ist die Winkeländerung der Ablenkungsrichtung der Lichtstrahlen pro Grad Schwenkung des Spiegels bzw. des Lichtwellenleiters maximal.
Vorzugsweise umfasst die erste Schwenkeinrichtung zumindest eine Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Feldes, welche eingerichtet ist, eine elektrostatische Kraft auf den Lichtaustrittsabschnitt des Lichtwellenleiters auszuüben. Dazu sind die Elektroden beispiels weise mit einer Spannungsquelle verbunden, über welche sich die Elektroden variabel auf ein Potential aufladen lassen. Wahlweise ist der Lichtaustrittsabschnitt des Lichtwellenleiters mit einer elektrisch leitenden Beschichtung versehen. Diese Beschichtung kann auch mit der Spannungsquelle verbunden sein, über welche die Beschichtung auf ein Gegenpotential (gegenüber dem Potential der Elektroden) aufladbar ist, um so die anziehende oder abstoßende elektrostatische Kraft zwischen Lichtaustrittsabschnitt und Elektroden steuern zu können.
Von Vorteil ist es, wenn die zumindest eine Elektrode durch eine nichtleitende Schicht elektrisch vom Lichtaustrittsabschnitt isoliert ist. Alternativ dazu kann auch der Lichtaustrittsabschnitt mit einer nichtleitenden Außenbeschichtung versehen sein. Dadurch kann verhindert werden, dass die Potentiale von Lichtaustrittsabschnitt und Elektrode kurzgeschlossen werden, wenn der Lichtaustrittsabschnitt die Elektrode berührt. Andernfalls würde bei gegenseitiger Berührung von Lichtaustrittsabschnitt und Elektrode die Potentialdifferenz zwischen den beiden Komponenten ausgeglichen werden, woraus ein Wegfall der elektrostatischen Kraft resultieren würde.
Vorzugsweise ist zumindest eine der Elektroden so angeordnet, dass bei Anlegen einer Spannung an die Elektrode der Lichtaustrittsabschnitt des Lichtwellenleiters quer zu dessen Längsachse aus seiner Ruhelage in der Schwenkebene auslenkbar ist. Dabei ist es von Vorteil, wenn der Lichtwellenleiter in einer Haltevorrichtung eingespannt ist, aus welcher der Lichtaustrittsabschnitt herausragt. Die Elektroden sind in unmittelbarer Nähe seitlich zum Lichtaustrittsabschnitt angeordnet. Durch die elektrostatische Kraft zwischen Elektrode und Lichtaustrittsabschnitt wird der Lichtaustrittsabschnitt an seinem freien Ende nach dem Einspannpunkt gebogen. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Biegesteifigkeit des Lichtaustrittsabschnitts so angepasst ist, dass eine vorbestimmte Aufladung der Elektrode ausreicht, eine vorbestimmte Verbiegung des Lichtaustrittsabschnitts und damit eine vorbestimmte Winkeländerung der Lichtaustrittsrichtung zu erzielen.
Alternativ zum Verschwenken des Lichtaustrittsabschnitts mittels einer elektrostatischen Kraft ist es auch möglich, die erste Schwenkeinrichtung mit Hilfe einer Beschichtung des Lichtaustrittsabschnitts des Lichtwellenleiters mit einer piezoaktiven Keramik zu realisieren. Bei Anlegen einer elektrischen Spannung an den Lichtaustrittsabschnitt ist eine mechanische Spannung im Lichtwellenleiter-Keramik-Verbund erzeugbar, durch welche eine Verbiegung des Lichtaustrittsabschnitts bewirkbar ist. Beide Wirkmechanismen (elektrostatische und mechanische Kraftwirkung auf den Lichtaustrittsabschnitt) sind auch kumulativ einsetzbar, um ein Verschwenken bzw. Verbiegen des Lichtaustrittsabschnitts zu erreichen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind mehrere Elektroden nebeneinander parallel zur Schwenkebene des Lichtaustrittsabschnitts des Lichtwellenleiters angeordnet, an welche unabhängig voneinander eine Spannung anlegbar ist, so dass durch selektive und/oder kumulative Kraftwirkung einer oder mehrerer Elektroden auf den Lichtaustrittsabschnitt verschieden starke Verbiegungszustände des Lichtaustrittsabschnitts innerhalb der Schwenkebene erzielbar sind. Vorzugsweise sind mehrere Elektrodensektoren in Fächerform unterhalb und/oder oberhalb des Lichtaustrittsabschnitts angeordnet. Wird einer dieser Elektrodensektoren mit Spannung beaufschlagt, erzeugt dies eine Kraft zwischen der Elektrodenfläche und dem beschichteten Lichtaustrittsabschnitt. Diese Kraft führt zu einer Verbiegung des Lichtaustrittsabschnitts jenseits dessen Einspannpunkts und damit zu einer Bewegung des Lichtaustrittsabschnitts in Richtung des jeweiligen aktivierten Elektrodensektors. Nebeneinander liegende Elektrodensektoren können direkt zeitlich aufeinander folgend, also sequentiell, schaltbar sein, so dass der Lichtaustrittsabschnitt von Elektrodensektor zu Elektrodensektor weitergereicht wird und so immer weiter verbogen werden kann (bis zu einer maximalen Verbiegung, wenn der Lichtaustrittsabschnitt über/unter einem äußersten Elektrodensektor des Elektrodenfächers liegt). Der Vorteil einer solchen sequentiellen Schaltung der Elektroden liegt darin, dass gerade die äußeren Elektroden des Fächers nicht so stark aufgeladen werden müssen, um eine ausreichende Anziehungswirkung auf den Lichtaustrittsabschnitt ausüben zu können, denn die elektrostatische Anziehungskraft fällt mit dem Quadrat der Entfernung von Elektrode und Lichtaustrittsabschnitt. Hinzu kommt, dass die aus der Verbiegung des Lichtaustrittsabschnitts resultierende rückstellende Kraft auf den Lichtaustrittsabschnitt im Bereich der äußeren Elektrodensektoren des Fächers größer ist als im Bereich der inneren Elektrodensektoren in der Nähe der Ruhelage des Lichtaustrittsabschnitts. Diese (Feder-)Kraft des Lichtaustrittsabschnitts wächst mit dem Quadrat der Auslenkung aus der Ruhelage. Aus diesem Grund muss die Aufladung der äußeren Elektrodensektoren ohnehin schon größer sein als bei den inneren Elektrodensektoren, um den Lichtaustrittsabschnitt gegen dessen rückstellende Kraft über/unter den jeweiligen Elektrodensektor zu bewegen. Durch die oben beschriebene sequentielle Aufladung der Elektrodensektoren kann diese höhere Aufladung der äußeren Elektrodensektoren reduziert werden. Über die Variation der angelegten Spannungen an die Elektrodensektoren kann somit eine kontinuierliche Bewegung/Verbiegung des Lichtaustrittsabschnitts in der Schwenkebene erreicht werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Lichtaustrittsabschnitt des Lichtwellenleiters zwischen zwei Elektrodenblöcken angeordnet, die einen sich vom Einspannpunkt des Lichtaustrittsabschnitts zu dessen lichtemittierendem Ende erweiternden Abstand voneinander aufweisen. Vorzugsweise weisen die Elektrodenblöcke dabei vom Lichtaustrittsabschnitt weg gekrümmte Elektrodenflächen auf, welche den bei einer vorbestimmten anliegenden Spannung maximalen Bewegungsspielraum des Lichtaustrittsab schnitts begrenzen. Werden die Elektrodenblöcke auf diese vorbestimmte Spannung aufgeladen, verbiegt sich der Lichtaustrittsabschnitt so weit, dass er sich an die gekrümmte Elektrodenfläche eines der beiden Elektrodenblöcke anschmiegt und dort zur Anlage kommt. Dieses einfache System kann für eine bistabile Auslenkung des Lichtaustrittsabschnitts ausgelegt sein, in dem der Lichtaustrittsabschnitt entweder an dem einen oder an dem anderen Elektrodenblock anliegt.
Die nachfolgend beschriebene weitere Ausführungsform stellt eine Weiterentwicklung der voran stehenden Ausführungsform dar. Hier sind die Elektrodenblöcke in Längsrichtung zum Lichtaustrittsabschnitt segmentiert. An die Segmente, welche voneinander isoliert sein können, ist unabhängig voneinander eine Spannung anlegbar. Die Elektrodenfläche eines Segments bilden einen umso größeren Winkel mit dem in Ruhelage befindlichen Lichtaustrittsabschnitt, je weiter entfernt das Segment vom Einspannpunkt des Lichtaustrittsabschnitts liegt. Analog zu der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit den Elektrodensektoren in Fächerform können auch in dieser Ausführungsform die einzelnen Elektrodensegmente sequentiell schaltbar sein, so dass der Lichtaustrittsabschnitt nacheinander – vom direkt am Einspannpunkt des Lichtaustrittsabschnitts gelegenen Elektrodensegment angefangen bis zum äußersten Elektrodensegment am Lichtaustrittsende des Lichtaustrittsabschnitts – an immer mehr Elektrodensegmenten anliegt und so immer weiter verbogen werden kann (bis zu einer maximalen Verbiegung, wenn der Lichtaustrittsabschnitt an allen Elektrodensegmenten eines der beiden Elektrodenblöcke anliegt). Vorzugsweise sind die jeweils um einen spezifischen Winkel angestellten Elektrodenflächen der Segmente eben, d. h. weisen keine Krümmung auf. Dadurch kann erreicht werden, dass der Lichtaustrittsabschnitt beim Anliegen an dem aktivierten Elektrodensegment in gerader Verlängerung über das aktivierte Elektrodensegment übersteht. So kann durch den unterschiedlichen Anstellwinkel der Elektrodensegmente eine für jede Elektrodensegmentfläche spezifische Lichtaustrittsrichtung erreicht werden.
Die Isolierungen zwischen den Elektrodensegmenten können über die Elektrodenflächen hinausragen und als Anschlag für den in Richtung der Elektrodensegmente gebogenen Lichtaustrittsabschnitt dienen. Dadurch kann auf eine elektrische Isolierung des Lichtaustrittsabschnitts und/oder der Elektrodenflächen verzichtet werden, denn die Anschläge verhindern eine Berührung von Lichtaustrittsabschnitt und Elektrodenflächen.
Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Figuren.
Kurzbeschreibung der Figuren
Es zeigen:
1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
3a eine erste Ausführungsform eines Lichtaustrittsabschnitts eines Lichtwellenleiters,
3b eine zweite Ausführungsform eines Lichtaustrittsabschnitts eines Lichtwellenleiters,
4a eine dritte Ausführungsform eines Lichtaustrittsabschnitts eines Lichtwellenleiters,
4b eine vierte Ausführungsform eines Lichtaustrittsabschnitts eines Lichtwellenleiters,
4c eine fünfte Ausführungsform eines Lichtaustrittsabschnitts eines Lichtwellenleiters,
5 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
6 eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und
7 eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ablenken von Lichtstrahlen, welche einen schwenkbar gelagerten Lichtaustrittsabschnitt 1a eines Lichtwellenleiters 1 (Lichtleitfaser oder optische Faser) und einen schwenkbar gelagerten Spiegel 2 aufweist. Die Vorrichtung umfasst ferner eine erste Schwenkeinrichtung 10, welche eingerichtet ist, den Lichtaustrittsabschnitt 1a des Lichtwellenleiters 1, aus welchem Licht L auf den Spiegel 2 treffen kann, in einer Schwenkebene 11 zu schwenken, und eine zweite Schwenkeinrichtung 20, welche eingerichtet ist, den Spiegel 2 um eine in der Spiegelebene liegende Schwenkachse 21 zu schwenken, welche von der Senkrechten zur Schwenkebene 11 abweicht. In der vorliegenden Ansicht der 1 ist die Schwenkebene 11 (= Ebene, welche durch die verschiedenen Schwenkzustände oder Verbiegungszustände des Lichtaustrittsabschnitts 1a aufgespannt wird) des Lichtaustrittsabschnitts 1a vertikal und auch die Schwenkachse 21, um welche der in Seitenansicht dargestellte Spiegel 2 schwenkbar gelagert ist, vertikal ausgerichtet. Es ist aber auch jede andere Orientierung möglich, insbesondere auch eine horizontale Ausrichtung der Schwenkebene 11.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Diese zweite Ausführungsform umfasst neben den mit gleichen Bezugszeichen bezeichneten Komponenten der ersten Ausführungsform noch eine Lichtquelle 5 in Form einer roten R-LD, grünen G-LD und blauen Laserdiode B-LD. Das Licht dieser Laserdioden wird in Lichtwellenleiter eingekoppelt. Optional können über einen oder mehrere Faserkoppler 6 die drei Lichtwellenleiter zu einem einzigen Lichtwellenleiter 1 zusammengekoppelt werden. Dieser Lichtwellenleiter 1 ist in einer Halterung so eingespannt, dass der Lichtaustrittsabschnitt 1a, welcher sich vom Einspannpunkt P bis zum Lichtaustrittsende der Lichtleitfaser erstreckt, frei schwingen kann. Alternativ können auch die drei Lichtwellenleiter bis zum Lichtaustrittsende parallel geführt werden und synchron schwingen.
Das Ende eines Lichtwellenleiters entspricht weitgehend einer Punktquelle und erzeugt somit eine Kugelwelle bzw. einen stark divergierenden Lichtstrahl. Um diesen Effekt zu vermeiden, kann am Lichtaustrittsende (Faserausgang) eine Fokussieroptik angebracht sein. 3a und 3b zeigen zwei Ausführungsformen einer solchen Fokussieroptik. 3a zeigt die Möglichkeit, durch Aufschmelzen des Lichtaustrittsendes des Lichtaustrittsabschnitts 1a eine Kugellinse zu erzeugen. Alternativ dazu kann auch eine Kugellinse oder eine sogenannte GRIN-Linse (Linse mit Brechungsindexgradient) auf das Faserende aufgeklebt werden.
5 zeigt eine dritte, bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Hier sind mehrere Elektroden E nebeneinander parallel zur Schwenkebene 11 des Lichtaustrittsabschnitts 1a des Lichtwellenleiters 1 angeordnet, an welche unabhängig voneinander über eine Spannungsversorgung U eine Spannung U₊₃, U₊₂, U₊₁, U₀, U_–1, U_–2, U_–3 anlegbar ist, so dass durch selektive und/oder kumulative Kraftwirkung einer oder mehrerer Elektroden E auf den Lichtaustrittsabschnitt 1a verschieden starke Verbiegungszustände des Lichtaustrittsabschnitts 1a innerhalb der Schwenkebene 11 erzielbar sind. In 5 sind in der Ebene unterhalb und/oder oberhalb der Lichtleitfaser 1a sieben Elektrodensektoren E angeordnet. Die Fläche des mittleren Elektrodensektors E wird von der Faser 1a bedeckt, wenn diese sich in der Ruhelage/Nulllage befindet. Auf diese Fläche kann aber auch verzichtet werden, denn in diese Lage begibt sich die Faser 1a von alleine ohne äußere Krafteinwirkung. Außerhalb der Ruhelage befinden sich links und rechts vom Lichtaustrittsabschnitt 1a jeweils drei Elektrodensektoren E. Es sind aber auch mehr oder weniger Sektoren denkbar. Wird einer dieser Sektoren mit Spannung beaufschlagt, erzeugt dies eine Kraft zwischen der Elektrodenfläche und der beschichteten Faser 1a, 1b. Diese Kraft führt zu einer Verbiegung der Faser 1a und zu einer Bewegung in Richtung der aktivierten Sektorfläche E. Über das Anbringen mehrerer Flächen oder die Variation der angelegten Spannung ist somit eine kontinuierliche Bewegung der Faser 1a möglich.
Der Lichtaustrittsabschnitt 1a kann verschiedene Beschichtungen aufweisen, wie aus den Querschnittszeichnungen der 4 hervorgeht. 4a zeigt den bloßen Lichtwellenleiter des Lichtaustrittsabschnitts 1a ohne Beschichtung. Gemäß 4b kann der Lichtaustrittsabschnitt 1a des Lichtwellenleiters 1 aber auch mit einer elektrisch leitenden Beschichtung 1b versehen sein. Diese Beschichtung 1b kann auch mit der Spannungsquelle U verbunden sein, über welche die Beschichtung 1b auf ein Gegenpotential (gegenüber dem Potential der Elektroden) aufladbar ist, um so die anziehende oder abstoßende elektrostatische Kraft zwischen Lichtaustrittsabschnitt 1a und Elektroden E steuern zu können. Die leitfähige Beschichtung 1b kann beispielsweise metallischer Art sein und mittels Aufdampfen oder Aufsputtern aufgebracht sein oder aber auch aus einem leitfähigen Polymer sein. Statt mit der Spannungsquelle U kann diese leitfähige Beschichtung auch über die Halterung (Faserführung) des Lichtaustrittsabschnitts 1a kontaktiert sein und zum Beispiel mit Masse verbunden werden. Ferner ist es möglich, gemäß 4c den Lichtaustrittsabschnitt 1a mit einer nichtleitenden Außenbeschichtung 1c zu versehen. Dadurch kann verhindert werden, dass die Potentiale von Lichtaustrittsabschnitt 1a bzw. dessen leitender Beschichtung 1b und Elektrode E kurzgeschlossen werden, wenn der Lichtaustrittsabschnitt 1a die Elektrode E berührt.
6 zeigt eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Hier ist der Lichtaustrittsabschnitt 1a des Lichtwellenleiters 1 zwischen zwei Elektrodenblöcken E_B angeordnet, die einen sich vom Einspannpunkt P des Lichtaustrittsabschnitts 1a zu dessen lichtemittierendem Ende 3a, 3b erweiternden Abstand voneinander aufweisen. Vorzugsweise weisen die Elektrodenblöcke E_B dabei vom Lichtaustrittsabschnitt 1a weg gekrümmte Elektrodenflächen auf, welche den bei einer vorbestimmten anliegenden Spannung U maximalen Bewegungsspielraum des Lichtaustrittsabschnitts 1a begrenzen. Werden die Elektrodenblöcke E_B auf diese vorbestimmte Spannung U aufgeladen, verbiegt sich der Lichtaustrittsabschnitt 1a so weit, dass er sich an die gekrümmte Elektrodenfläche eines der beiden Elektrodenblöcke E_B anschmiegt und dort zur Anlage kommt. Dieses einfache System kann für eine bistabile Auslenkung des Lichtaustrittsabschnitts 1a ausgelegt sein, in dem der Lichtaustrittsabschnitt 1a entweder an dem einen oder an dem anderen Elektrodenblock E_B anliegt.
In 7 ist eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt, welche eine Weiterentwicklung der vierten Ausführungsform darstellt. Hier sind die Elektrodenblöcke E_B in Längsrichtung zum Lichtaustrittsabschnitt 1a segmentiert. An die voneinander isolierten (= „I”) Segmente E_BS ist unabhängig voneinander eine Spannung U anlegbar. Die Elektrodenfläche eines Segments E_BS bildet einen umso größeren Winkel mit dem in Ruhelage befindlichen Lichtaustrittsabschnitt 1a, je weiter entfernt das Segment E_BS vom Einspannpunkt P des Lichtaustrittsabschnitts 1a liegt. Die einzelnen Elektrodenflächen der Segmente E_BS weisen jeweils einen spezifischen Winkel zur Lichtleitfaser 1a in Ruhelage auf. Dadurch, dass die Segmente E_BS einzeln an- und abgeschaltet werden können, kann die Faser 1a schrittweise gebogen werden.
Um einen Kontakt des unisolierten Lichtaustrittsabschnitts 1a mit den ebenfalls unisolierten Elektrodenflächen E_BS zu vermeiden, können die Isolierungen I zwischen den Segmenten E_BS über die Elektrodenflächen hinausragen und als Anschlag für den in Richtung der Segmente E_BS gebogenen Lichtaustrittsabschnitt 1a dienen.
Die Bezugszeichen und Verweise auf Figuren in den nachfolgenden Patentansprüchen dienen ausschließlich der leichteren Orientierung in den Anmeldungsunterlagen und sind in keinem Fall in einer Weise zu verstehen, welche den Anspruchsgegenstand auf eine in den Figuren gezeigte oder in der Beschreibung dargelegte Ausführungsform beschränkt.

Claims

Vorrichtung zum Ablenken von Lichtstrahlen, mit einem schwenkbar gelagerten Lichtaustrittsabschnitt (1a) eines Lichtwellenleiters (1) und einem schwenkbargelagerten Spiegel (2), umfassend: eine erste Schwenkeinrichtung (10), welche eingerichtet ist, den Lichtaustrittsabschnitt (1a) des Lichtwellenleiters (1), aus welchem Licht (L) auf den Spiegel (2) treffen kann, in einer Schwenkebene (11) zu schwenken, und eine zweite Schwenkeinrichtung (20), welche eingerichtet ist, den Spiegel (2) um eine in der Spiegelebene liegende Schwenkachse (21) zu schwenken, welche von der Senkrechten zur Schwenkebene (11) abweicht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, welche dadurch zum Ablenken von Lichtstrahlen in zwei unabhängige Raumrichtungen eingerichtet ist, dass die Schwenkachse (21) des Spiegels (2) parallel zur Schwenkebene (11) des Lichtaustrittsabschnitts (1a) des Lichtwellenleiters (1) liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Schwenkachse (21) des Spiegels (2) senkrecht zur Längsachse des in einer Ruhelage befindlichen Lichtaustrittsabschnitts (1a) liegt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Schwenkeinrichtung (10) zumindest eine Elektrode (E, E_B, E_BS) zum Erzeugen eines elektrischen Feldes umfasst, welche eingerichtet ist, eine elektrostatische Kraft auf den Lichtaustrittsabschnitt (1a) des Lichtwellenleiters (1) auszuüben.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Lichtaustrittsabschnitt (1a) des Lichtwellenleiters (1) mit einer elektrisch leitenden Beschichtung (1b) versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die zumindest eine Elektrode (E, E_B, E_BS) durch eine nichtleitende Schicht elektrisch vom Lichtaustrittsabschnitt (1a) isoliert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Lichtaustrittsabschnitt (1a) mit einer nichtleitenden Außenbeschichtung (1c) versehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei zumindest eine der Elektroden (E, E_B, E_BS) so angeordnet ist, dass bei Anlegen einer Spannung an die Elektrode der Lichtaustrittsabschnitt (1a) des Lichtwellenleiters (1) quer zu dessen Längsachse aus seiner Ruhelage in der Schwenkebene (11) auslenkbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei mehrere Elektroden (E) nebeneinander parallel zur Schwenkebene (11) des Lichtaustrittsabschnitts (1a) des Lichtwellenleiters (1) angeordnet sind, an welche unabhängig voneinander eine Spannung (U; U₊₃, U₊₂, U₊₁, U₀, U_–1, U_–2, U_–3) anlegbar ist, so dass durch selektive und/oder kumulative Kraftwirkung einer oder mehrerer Elektroden (E) auf den Lichtaustrittsabschnitt (1a) verschieden starke Verbiegungszustände des Lichtaustrittsabschnitts (1a) innerhalb der Schwenkebene (11) erzielbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Lichtaustrittsabschnitt (1a) des Lichtwellenleiters (1) zwischen zwei Elektrodenblöcken (E_B) angeordnet ist, die einen sich vom Einspannpunkt (P) des Lichtaustrittsabschnitts (1a) zu dessen lichtemittierendem Ende (3a, 3b) erweiternden Abstand voneinander aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Elektrodenblöcke (E_B) vom Lichtaustrittsabschnitt (1a) weg gekrümmte Elektrodenflächen aufweisen, welche den bei einer vorbestimmten anliegenden Spannung (U) maximalen Bewegungsspielraum des Lichtaustrittsabschnitts (1a) begrenzen.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Elektrodenblöcke (E_B) in Längsrichtung zum Lichtaustrittsabschnitt (1a) segmentiert sind und an die voneinander isolierten (I) Segmente (E_BS) unabhängig voneinander eine Spannung (U) anlegbar ist, wobei die Elektrodenfläche eines Segments (E_BS) einen umso größeren Winkel mit dem in Ruhelage befindlichen Lichtaustrittsabschnitt (1a) bildet, je weiter entfernt das Segment (E_BS) vom Einspannpunkt (P) des Lichtaustrittsabschnitts (1a) liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Isolierungen (I) zwischen den Segmenten (E_BS) über die Elektrodenflächen hinausragen und als Anschlag für den in Richtung der Segmente (E_BS) gebogenen Lichtaustrittsabschnitt (1a) dienen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei die an die Elektroden (E, E_B, E_BS) anlegbare Spannung (U) variierbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Schwenkeinrichtung (10) mit Hilfe einer Beschichtung des Lichtaustrittsabschnitts (1a) des Lichtwellenleiters (1) mit einer piezoaktiven Keramik realisiert ist, so dass bei Anlegen einer elektrischen Spannung (U) eine mechanische Spannung im Lichtwellenleiter-Keramik-Verbund erzeugbar ist, wodurch eine Verbiegung des Lichtaustrittsabschnitts (1a) bewirkbar ist.