DE69424496T2

DE69424496T2 - Optischer Stromwandler

Info

Publication number: DE69424496T2
Application number: DE69424496T
Authority: DE
Inventors: Hidenobu Koide
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1993-10-21
Filing date: 1994-10-19
Publication date: 2001-01-18
Anticipated expiration: 2014-10-20
Also published as: EP0650066A1; US5488291A; DE69424496D1; EP0650066B1

Description

Diese Erfindung betrifft einen optischen Stromwandler, der dazu verwendet wird, durch Ausnutzen des Faraday-Effekts einen relativ großen Strom zu messen, der durch einen Hochspannungsleiter wie beispielsweise bei einer gasgekapselten Leistungsschaltanordnung fließt.
Strom kann gemessen werden durch Ausnutzen des Faraday-Effekts, d. h. eines Phänomens der Drehung der Polarisationsebene von polarisiertem Licht unter dem Einfluß eines Magnetfelds, das durch den zu messenden Strom erzeugt wird. Wenn polarisiertes Licht durch ein Medium transmittiert wird, das den Faraday-Effekt zeigt, wie beispielsweise Bleiglas (nachstehend als Faraday-Effekt-Glas) bezeichnet, und das Medium einem magnetischen Feld ausgesetzt wird, wird die Polarisationsebene um einen Winkel θ = V·H·L (V: Verdet-Konstante, H: Stärke des Magnetfelds in Lichtausbreitungsrichtung, L: Länge des Glases in Lichtausbreitungsrichtung) gedreht. Durch Erfassen des Winkels θ kann die Magnetfeldstärke H mittels eines bekannten Verfahrens gemessen werden. Wenn das Magnetfeld durch einen elektrischen Strom verursacht wird, der in der Nachbarschaft des Faraday-Effekt-Glases fließt, kann der Wert des Stroms auf der Basis der Magnetfeldstärke H berechnet werden.
In vielen Fällen sind an einer gewöhnlichen Strommeßstation mehrere Leiter angeordnet, weshalb das Problem besteht, daß eine Messung durch Magnetfeldkomponenten beeinträchtigt wird, die von Strömen von Leitern verursacht werden, die nicht der zu messende Leiter sind, und dies führt zu einem Meßfehler. Als optischer Stromwandler zum Lösen des obigen Problems dadurch, daß die Wirkung von Strömen von Leitern, die nicht der zu messende Zielleiter sind, zu Null gemacht wird, wurde ein optischer Stromwandler bekannt, bei dem ein optischer Weg, der den Leiter umgibt, dessen Strom zu ermitteln ist, gebildet wird und Faraday-Effekt-Glaselemente auf dem optischen Weg angeordnet werden.
Fig. 19 ist eine Projektionsansicht eines herkömmlichen optischen Stromwandlers. Fig. 19(A) ist eine Draufsicht, und Seitenansichten von ihr sind an dem sie umgebenden Abschnitt auf der Basis von Trigonometrie dargestellt. Das heißt, Fig. 19(B), Fig. 19(C), Fig. 19(D) und Fig. 19(E) sind Seitenansichten von Fig. 19(A), die von der rechten Seite, der oberen Seite, der linken Seite bzw. der unteren Seite aus gesehen sind. In dieser Figur sind stabförmige Faraday-Effekt- Glaselemente 11, 12, 13 und 14 in einer Quadratform angeordnet, und drei den optischen Weg ändernde Stücke 15, 16 und 17 sind an drei der vier Ecken des Quadrats vorgesehen. Diese Elemente sind mittels eines Haftmittels an einem Substrat 2 befestigt, und sie sind mittels eines Haftmittels auch aneinander befestigt. Ein Durchgangsloch 20 ist in der Mitte des Substrats 2 vorgesehen, und ein Leiter (nicht gezeigt) durchsetzt das Durchgangsloch. Eine mit einem Pfeil versehene strichpunktierte Linie mit zwei Punkten stellt einen optischen Weg dar. Eingangslicht a wird durch das Glaselement 11 transmittiert und trifft dann auf ein den optischen Weg änderndes Stück 15. Das Licht wird total reflektiert von einer Reflexionsebene bei Punkt b, die den optischen Weg unter 45º schneidet. Die Lichtausbreitungsrichtung wird somit von einer horizontalen Richtung (parallel zur Zeichenebene) in eine vertikale Richtung (senkrecht zur Zeichenebene) geändert. Das Licht wird dann von einer anderen Reflexionsebene bei Punkt c total reflektiert, so daß die Lichtausbreitungsrichtung von der vertikalen Richtung zurück zu einer horizontalen Richtung zur linken Seite der Zeichnung hin und auf das Glaselement 12 auftreffend geändert wird. Danach wird das Licht auf gleiche Weise wie oben beschrieben längs des optischen Wegs durch das den optischen Weg ändernde Stück 16, das Glaselement 13, das den optischen Weg ändernde Stück 17 und das Glaselement 14 in dieser Reihenfolge transmittiert und schließlich von der rechten Seite des Glaselements 14 als Ausgangslicht h emittiert. Da das Licht während der Umrundung eines Leiters transmittiert wird, der das Durchgangsloch 20 durchsetzt, wie oben beschrieben, wird die Polarisationsrichtung des Eingangslichts h bezüglich derjenigen des Eingangslichts a um einen Winkel gedreht, der proportional zu dem durch den Leiter fließenden Strom ist. Die Reflexionspunkte der den optischen Weg ändernden Stücke sind durch d, e, f, g und die Symbole O und ® repräsentiert, welche eine zur Zeichenebene senkrechte Richtung repräsentieren.
Da sich diese Erfindung nicht auf die Art und Weise der Erzeugung des Eingangslichts a und die Weise der Verarbeitung des Ausgangslichts h bezieht beide können gleich sein wie beim Stand der Technik), wird deren Beschreibung und Erläuterung weggelassen. In den Figuren ist der optische Weg als Quadrat dargestellt, weshalb alle Glaselemente 11 bis 14 die gleiche Länge aufweisen. Dies ist der Grund, warum das Durchgangsloch 20 in Kreisform gebildet ist. Wenn der Leiter als Flachleiter ausgelegt und das Durchgangsloch 20 in Schlitzform ausgelegt ist, ist der optische Weg vorzugsweise in Rechteckform ausgelegt. In der folgenden Beschreibung ist die Form des optischen Wegs auf das Quadrat beschränkt, wie Fachleuten jedoch klar ist, kann er auch bei der Rechteckform in gleicher Weise eingesetzt werden.
Bei dem oben beschriebenen optischen Stromwandler sind die Glaselemente 11, 12, 13 und 14 sowie die den optischen Weg ändernden Stücke 15, 16 und 17 mit einem Haftmittel an dem Substrat 2 befestigt. Dies ist deshalb der Fall, weil, wenn die Relativposition zwischen diesen Elementen von einer vorbestimmten abweicht, auch der optische Weg abweicht. Wenn diese Abweichung während eines Prozesses, in dem das Licht von dem Eingangslicht a zum Ausgangslicht h geändert wird, jenseits eines zulässigen Bereichs liegt, kann das normale Ausgangslicht h nicht gewonnen werden, so daß der optische Stromwandler nicht normal betrieben werden kann. Das heißt, beispielsweise bezüglich des den optischen Weg ändernden Stücks 15, wenn der Reflexionspunkt b oder c von der Reflexionsfläche abweicht, wird der nachfolgende optische Weg gestört. Daher wird die unversetzbare Befestigungsstruktur der Glaselemente 11, 12, 13, 14 und der den optischen Weg ändernden Stücke 15, 16, 17 mit einem Haftmittel eingesetzt, um die Positionsabweichung dieser Elemente zu verhindern.
Epoxidharz o. ä. wird im allgemeinen als Haftmittel verwendet. Dieses Haftmittel ist ein organisches Material, und es weist einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aus, der sich stark von demjenigen des anorganischen Glasmaterials unterscheidet, das für die Glaselemente 11, 12, 13, 14 und die den optischen Weg ändernden Stücke 15, 16, 17 verwendet wird. Demzufolge wurde festgestellt, daß die folgenden Probleme bei Temperaturänderungen auftreten:
1) Jedes der den optischen Weg ändernden Stücke 15, 16, 17 ist aufgebaut, indem zwei rechteckige Prismen mit einem Haftmittel verbunden werden, und eine Positionsabweichung tritt zwischen den zwei rechteckigen Prismen nach Maßgabe von Temperaturänderungen aufgrund der Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen den den optischen Weg ändernden Stücken 15, 16, 17 und dem Haftmittel auf, und die zwei Reflexionsflächen können nicht sicher senkrecht zueinander gehalten werden. Daher kann der Polarisationszustand des Lichts, der durch eine erste Totalreflexion in den den optischen Weg ändernden Stücken 15, 16, 17 von einem linear polarisierten Zustand in einen elliptisch polarisierten Zustand geändert wird, durch eine zweite Totalreflexion nicht mehr in den linear polarisierten Zustand zurückgebracht werden, so daß das Licht im elliptischen Polarisationszustand gehalten wird und daher ein Fehler in einem Ausgangssignal auftritt.
2) Das Licht wird mehrere Male durch Haftmittelschichten transmittiert, die sich zwischen den den optischen Weg ändernden Stücken 15, 16, 17 und den Glaselementen 11, 12, 13, 14 sowie zwischen den zwei jeweiligen rechteckigen Prismen befinden, welche die den optischen Weg ändernden Stücke 15, 16, 17 bilden. Die Haftmittelschichten zeigen eine Anisotropie durch wiederholte thermische Spannungen, die in den Schichten aufgrund von Temperaturänderungen auftreten, und dies verursacht eine Phasenverschiebung von zwei orthogonalen Lichtkomponenten oder eine Lichtstreuung, so daß ein Fehler im Ausgangssignal auftritt.
3) Aufgrund der Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Haftmittel und den Glaselementen 11, 12, 13, 14 tritt eine Phasenverschiebung der zwei orthogonalen Komponenten des Lichts in den Glaselementen 11, 12, 13, 14 aufgrund der sogenannten Fotoelastizität auf, wenn sich die Temperatur ändert, so daß ein Fehler im Ausgangssignal auftritt.
Wie oben beschrieben, erhöhen diese Probleme den Fehler des optischen Stromwandlers und verhindern, daß die zu erzielende Präzision erreicht wird, die für den optischen Stromwandler erforderlich ist.
Das Dokument JP-A-63 094 167, insbesondere die Fig. 4 und 5, zeigt einen optischen Stromwandler mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Eine Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, diese Probleme zu lösen und einen optischen Stromwandler zu schaffen, der selbst bei Temperaturänderungen einen Fehler innerhalb eines vorbestimmten zulässigen Fehlerbereichs aufweist.
Diese Aufgabe wird mit einem optischen Stromwandler gemäß Anspruch 1 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Bei dieser Erfindung ist die Anordnung so getroffen, daß die vier Glaselemente, die so angeordnet sind, daß sie das Durchgangsloch für den Leiter umgeben, und die drei den optischen Weg ändernden Stücke zwischen den Substraten geklemmt sind, so daß es nicht erforderlich ist, diese Glaselemente und die den optischen Weg ändernden Stücke mittels eines Haftmittels an den Substraten zu befestigen. Außerdem sind die den optischen Weg ändernden Stücke jeweils aus einem einstückigen transparenten Element gebildet, und die zwei Reflexionsflächen sind durch Schneiden des Elements gebildet, so daß kein Haftmittel zum Herstellen der den optischen Weg ändernden Stücke erforderlich ist. Bei einer Ausführungsform der Erfindung werden die den optischen Weg ändernden Stücke auch als Abstandshalter zum Definieren des Abstands zwischen den zwei Substraten verwendet, und die vier Glaselemente sind in Nuten angeordnet, die in den Substraten gebildet sind, und die Abmessung der jeweiligen Nuten der Substrate ist so bemessen, daß sie um einen vorbestimmten Wert größer als diejenige von jenem Abschnitt der Glaselemente ist, die in die Nuten einzusetzen sind, so daß die Glaselemente mit genügend Spiel sicher in die Nuten so eingreifen, daß keine Spannungen auf die Glaselemente ausgeübt werden. Aufgrund der durch ein derartiges Spiel erzeugten Spalte sind die Glaselemente geringfügig versetzbar innerhalb der Nuten. Da jedoch hierbei das Emissionslicht, wenn das von einer Endfläche des Glaselements auftreffende Licht von der der Eintrittsfläche abgewandten anderen Endfläche emittiert wird, nur hinsichtlich seines Emissionspunkts geändert wird und keine Änderung seiner Richtung erfährt, kann das Emissionslicht parallel zum einfallenden Licht gehalten werden, und der optische Weg weicht nicht stark ab.
Des weiteren sind die zwei Substrate mit einer geeigneten Anzahl an Schraubenlöchern an vorbestimmten Stellen versehen, und die Schrauben der Schrauben/Mutter-Sätze zum Verschrauben durchsetzen die Schraubenlöcher. Dabei können, wie oben beschrieben, die den optischen Weg ändernden Stücke als Abstandshalter dienen, und sie verhindern, daß die Glaselemente übermäßig fest zwischen den Substraten geklemmt werden. Außerdem sind die den optischen Weg ändernden Stücke mit Schraubenlöchern versehen, die bezüglich derjenigen der Substrate ausrichtbar sind, und die Schrauben der Schrauben/Mutter-Sätze zum Verschrauben durchsetzen auch diese Schraubenlöcher, so daß keine Biegespannungen auf die Substrate ausgeübt werden und die Befestigungsspannungen der den optischen Weg ändernden Stücke gleichmäßig gemacht werden.
Des weiteren ist bei einer Ausführungsform der Erfindung ein Rahmen im Umfangsabschnitt eines der zwei Substrate so vorgesehen, daß er zum anderen Substrat hin hervorragt, und die Reflexionsflächen der den optischen Weg ändernden Stücke sind aus den Spiegelflächen der zwei am Rahmen befestigten Reflexionsabschnitte aufgebaut, und der Rahmen dient als Abstandshalter zum Definieren des Abstands zwischen den Substraten, so daß es nicht erforderlich ist, daß die den optischen Weg ändernden Stücke aus transparentem Material wie beispielsweise Glas gebildet werden müssen. Die an den Substraten zu befestigenden Reflexionsabschnitte können einstückig mit den Substraten gebildet sein, oder die Reflexionsabschnitte können getrennt von den Substraten hergestellt werden und durch Metallabscheidung oder Metallzufuhr oder Verschrauben an den Substraten befestigt werden. Die Reflexionsflächen der Reflexionsabschnitte können mit einem Metallüberzug versehen werden, um Spiegelflächen auf den Reflexionsflächen zu bilden, wenn die Reflexionsabschnitte aus einem nicht-metallischen Material gebildet sind, oder die Reflexionsflächen werden einer Spiegelpolierbehandlung unterzogen, wenn die Reflexionsabschnitte aus einem metallischen Material gebildet sind.
Wenn die den optischen Weg ändernden Stücke jeweils aus einem einstückigen transparenten Material gebildet sind, wie oben beschrieben, können die den optischen Weg ändernden Stücke durch ein Befestigungsstück befestigt werden, das durch Verschrauben an einem der Substrate befestigt ist, so daß das andere Substrat nicht für die Befestigung der den optischen Weg ändernden Stücke benötigt wird. Außerdem ist der Rahmen im Umfangsbereich eines der zwei Substrate so vorgesehen, daß er zum anderen Substrat hin hervorragt, so daß der Rahmen auch als Abstandshalter wie im obigen Fall dient. Das Befestigungsstück ist aufgebaut aus einem Befestigungsabschnitt, der durch Verschrauben an dem flachen Flächenabschnitt befestigt ist, einem flachen Flächenabschnitt, an dem das den optischen Weg ändernde Stück befestigt ist, und einem L-förmigen Abschnitt, der aufrecht an dem flachen Flächenabschnitt so befestigt ist, daß er nahe an einem Eckabschnitt des den optischen Weg ändernden Stücks befestigt ist, so daß die Versetzung des den optischen Weg ändernden Stücks in drei Richtungen durch den flachen Flächenabschnitt und den L-förmigen Abschnitt begrenzt wird.
Des weiteren ist durch Einsetzen der elastischen Elemente zwischen die Nuten der Substrate und die Glaselemente die Versetzung der Glaselemente begrenzt, und es treten keine thermischen Spannungen in den Glaselementen auf, weil die Halterung weich ist. Die elastischen Elemente können in breiten Bereichen auf den Flächen der Glaselemente eingesetzt werden, die den Nuten zugewandt sind, und sie sind aus einem Schaumstoff oder ähnlichem gebildet, dessen Volumen auf einfache Weise veränderbar ist, so daß die Dicke des Schaumstoffs nach Maßgabe des Abstands zwischen den Glaselementen und den Substraten auf einfache Weise veränderbar ist, wodurch die Halterung weich gemacht wird. Außerdem können die Glaselemente weich gehaltert werden, wie oben beschrieben, indem die elastischen Elemente aus Gummi oder Federn gebildet werden und diese elastischen Elemente an mehreren lokalen Stellen auf den Flächen der Glaselemente angeordnet werden.
Ausführungsformen gemäß dieser Erfindung werden nachstehend unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, die nur spezielle Ausführungsformen zeigen.
Fig. 1 sind Projektionsansichten, die den optischen Stromwandler einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigen, wobei Fig. 1(A) eine Draufsicht ist, Fig. 1(B) eine Seitenansicht von Fig. 1(A) von der rechten Seite aus gesehen, Fig. 1(C) eine Seitenansicht von Fig. 1(A) von der Oberseite aus gesehen, Fig. 1(D) eine Seitenansicht von Fig. 1(A) von der linken Seite aus gesehen und Fig. 1(E) eine Seitenansicht von Fig. 1(A) von der Unterseite aus gesehen ist.
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie A-A von Fig. 1.
Fig. 3 ist eine vergrößerte Teilprojektionsansicht, wobei Fig. 3(A) eine Draufsicht und Fig. 3(B) eine Seitenansicht ist.
Fig. 4 ist eine vergrößerte Teilprojektionsansicht, die den Einfluß auf den optischen Weg zeigt, wenn die Glaselemente von Fig. 1 versetzt werden, wobei Fig. 4(A) eine Draufsicht ist und Fig. 4(B) sowie Fig. 4(C) Seitenansichten sind.
Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie A-A von Fig. 1(A), die eine zweite Ausführungsform dieser Erfindung zeigt.
Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie A-A von Fig. 1(A), die eine dritte Ausführungsform gemäß dieser Erfindung zeigt.
Fig. 7 ist eine Draufsicht des optischen Stromwandlers einer vierten Ausführungsform dieser Erfindung.
Fig. 8 ist eine Seitenansicht von Fig. 7, gesehen längs eines Pfeiles A.
Fig. 9 ist eine Seitenansicht von Fig. 7, gesehen längs eines Pfeiles B.
Fig. 10 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie C-C von Fig. 7.
Fig. 11 ist eine Seitenansicht von Fig. 7, gesehen längs eines Pfeiles D.
Fig. 12 sind vergrößerte Teilprojektionsansichten des optischen Stromwandlers einer vierten Ausführungsform dieser Erfindung, wobei Fig. 12(A) eine Draufsicht ist, Fig. 12(B) eine Seitenansicht von Fig. 12(A) ist, die von der linken Seite aus gesehen ist, und Fig. 12(C) eine Seitenansicht von Fig. 12(A) ist, die von der Unterseite aus gesehen ist.
Fig. 13 sind vergrößerte Projektionsansichten des optischen Stromwandlers einer fünften Ausführungsform dieser Erfindung, wobei Fig. 13(A) eine Draufsicht ist, Fig. 13(B) eine Seitenansicht von Fig. 13(A) ist, die von der linken Seite aus gesehen ist, und Fig. 13(C) eine Seitenansicht von Fig. 13(A) ist, die von der Unterseite aus gesehen ist.
Fig. 14 sind vergrößerte Teilansichten des optischen Stromwandlers einer sechsten Ausführungsform dieser Erfindung, wobei Fig. 14(A) eine Draufsicht ist, Fig. 14(B) eine Seitenansicht von Fig. 14(A) ist, die von der linken Seite aus gesehen ist, und Fig. 14(C) eine Seitenansicht von Fig. 14(A) ist, die von der Unterseite aus gesehen ist.
Fig. 15 sind vergrößerte Teilansichten des optischen Stromwandlers einer siebten Ausführungsform dieser Erfindung, wobei Fig. 15(A) eine Draufsicht ist, Fig. 15(B) eine Seitenansicht von Fig. 15(A) ist, die von der linken Seite aus gesehen ist, und Fig. 15(C) eine Seitenansicht von Fig. 15(A) ist, die von der Unterseite aus gesehen ist.
Fig. 16 ist eine Draufsicht des optischen Stromwandlers einer achten Ausführungsform dieser Erfindung.
Fig. 17 ist eine Seitenansicht von Fig. 16, gesehen längs eines Pfeiles A.
Fig. 18 sind Triangulardiagramme von lediglich dem den optischen Weg ändernden Stück und dem Befestigungsstück von Fig. 17, wobei Fig. 18(A) eine Draufsicht ist, Fig. 18(B) eine Seitenansicht von Fig. 18(B) ist, die von der Oberseite aus gesehen ist, und Fig. 18(C) eine Seitenansicht von Fig. 18(A) ist, die von der rechten Seite aus gesehen ist.
Fig. 19 sind Projektionsansichten eines herkömmlichen optischen Stromwandlers, wobei Fig. 19(A) eine Draufsicht ist, Fig. 19(B), Fig. 19(C), Fig. 19(D) und Fig. 19(E) Seitenansichten von Fig. 19(A) sind, die von der rechten Seite, Oberseite, linken Seite bzw. Unterseite aus gesehen sind.
Fig. 1 ist eine Projektsansicht eines optischen Stromwandlers einer Ausführungsform gemäß dieser Erfindung, wobei Fig. 1 (A) eine Draufsicht ist, und Seitenansichten sind um die Draufsicht herum auf der Basis der Trigonometrie angeordnet. Das heißt, Fig. 1(B) ist eine Seitenansicht, die von der rechten Seite von Fig. 1(A) aus zu sehen ist, Fig. 1(C) ist eine Seitenansicht, die von der Oberseite von Fig. 1(A) aus zu sehen ist, Fig. 1(D) ist eine Seitenansicht, die von der linken Seite von Fig. 1(A) aus zu sehen ist, und Fig. 1(E) ist eine Seitenansicht, die von der Unterseite von Fig. 1(A) aus zu sehen ist. Fig. 1 ist der Fig. 19 ähnlich, und die gleichen Elemente sind durch die gleichen Bezugszahlen repräsentiert. Ähnliche Elemente sind mit der gleichen Bezugszahl bezeichnet, an die ein Affixbuchstabe A angehängt ist, und deren ausführliche Beschreibung hinsichtlich des gemeinsamen Aufbaus und der Funktion ist weggelassen.
In Fig. 1 sind Faraday-Effekt-Glaselemente 11A, 12A, 13A, 14A und den optischen Weg ändernde Stücke 15A, 16A, 17A zwischen zwei Substraten 21, 22 angeordnet und an den Substraten dadurch befestigt, daß sie mit Schrauben/Mutter-Sätzen 31, 32, 33 geklemmt sind. Wie später beschrieben, sind die Glaselemente, 11A, 12A, 13A, 14A jedoch so befestigt, daß sie beweglich sind, oder sie sind über elastische Elemente weich befestigt. Spalte 41 sind zwischen den den optischen Weg ändernden Stücken 15A, 16A, 17A und den Glaselementen gebildet, und die den optischen Weg ändernden Stücke 15A, 16A, 17A sind jeweils aus einem Element gebildet. Das heißt, die Befestigung der Glaselemente 11A, 12A, 13A, 14A und der den optischen Weg ändernden Stücke 15A, 16A, 17A wird ohne Haftmittel ausgeführt. Dementsprechend sind die oben beschriebenen Probleme, die auftreten würden, wenn das Haftmittel verwendet wird, gelöst. Wie später beschrieben, kann jedoch das Positionieren der den optischen Weg ändernden Stücke 15A, 16A, 17A mit einer kleinen Menge Haftmittel zur vorübergehenden Befestigung ausgeführt werden.
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht längs einer Linie A-A in Fig. 1(A). In dieser Figur sind die Substrate 21, 22 mit Nuten 211, 221 versehen, und beide Enden des Glaselements 11A sind in die Nuten eingesetzt. Es sind Spalte 212, 222 zwischen den Substraten 21, 22 und dem Glaselement 11A vorhanden, und das Glaselement 11A ist im Bereich des Spaltintervalls versetzbar. Wie später beschrieben, bewirkt eine leichte Versetzung des Glaselements 11A keine Behinderung der Funktion des optischen Stromwandlers. Mit dem Aufbau, bei dem das Glaselement 11A nicht unversetzbar befestigt ist, kann selbst dann verhindert werden, daß innere Spannungen in dem Glaselement 11A auftreten, wenn die Temperatur variiert.
Fig. 3 ist eine vergrößerte Teilprojektionsansicht eines Montageabschnitts des den optischen Weg ändernden Stücks 15A, wobei Fig. 3(A) eine Draufsicht ist und Fig. 1(A) entspricht, während Fig. 3(B) eine Seitenansicht ist und Fig. 1(B) entspricht. In dieser Figur durchsetzen zwei Schrauben von Schrauben/Mutter-Sätzen 31 zwei Schraubenlöcher, die in den Substraten 21, 22 und dem den optischen Weg ändernden Stück 15A vorgesehen sind, und die Schrauben werden mit Muttern befestigt. Der Abschnitt des den optischen Weg ändernden Stücks 15A, bei dem die Schrauben/Mutter-Sätze vorgesehen sind, ist außerhalb des optischen Wegs vorgesehen, so daß er den optischen Weg nicht beeinträchtigt. Der Zwischenraum zwischen den Substraten 21 und 22, wenn diese Substrate durch den Schrauben/Mutter-Satz 31 fixiert sind, ist durch die Dicke des den optischen Weg ändernden Stücks 15A bestimmt. Die Abmessungen der jeweiligen Elemente werden zuvor so festgelegt, daß die in Fig. 2 gezeigten Spaltintervalle 212, 222 zwischen dem Glaselement 11A und den Substraten 21, 22, gebildet werden, wenn die Substrate 21, 22 mit dem obigen Zwischenraum aneinander befestigt werden. Es ist natürlich besser, daß die Spalte 212, 222 klein sind, und daher wird die Abmessung der jeweiligen Elemente unter Berücksichtigung der Herstellungsfehler der jeweiligen Elemente festgelegt.
In Fig. 3 sind zwei Schrauben/Mutter-Sätze 31 vorgesehen, um das den optischen Weg ändernde Stück 15A zu befestigen, es kann jedoch auch ein Schrauben/Mutter-Satz verwendet werden, wie in Fig. 1 gezeigt.
Fig. 4 sind drei vergrößerte Teilprojektionsansichten zum Darstellen der Wirkung auf den optischen Weg, wenn ein Glaselement von einer Normalposition weg versetzt wird, wobei Fig. 4(A) eine Draufsicht entsprechend Fig. 1(A) ist, Fig. 4(B) eine Seitenansicht entsprechend Fig. 1(B) ist und Fig. 4(C) eine Seitenansicht entsprechend Fig. 1(C) ist. In allen Figuren ist die Darstellung des Substrats 21 weggelassen, und das Glaselement sowie das den optischen Weg ändernde Stück in Fig. 4(A) sind als freiliegend dargestellt.
Eine durchgezogene Linie stellt das an einer Normalposition angeordnete Glaselement 11A dar, und eine strichpunktierte Linie mit zwei Punkten stellt das Glaselement 11A an einer von der Normalposition wegversetzten Position dar. In der Figur ist das Glaselement in der versetzten Position bezüglich der Normalposition im Gegenuhrzeigersinn gedreht. Eine durchgezogene Linie mit einem Pfeil gibt den optischen Weg an, wenn sich das Glaselement 11A an der durch die durchgezogene Linie angegebenen Normalposition befindet, und eine mit einem Pfeil versehene strichpunktierte Linie mit zwei Punkten gibt den optischen Weg an, wenn sich das Glaselement 11A an der Position befindet, die durch die strichpunktierte Linie mit zwei Punkten angegeben ist. Der Auftreffpunkt und der Emissionspunkt des Glaselements 11A etc. und der Reflexionspunkt in dem den optischen Weg ändernden Stück 15 im optischen Weg sind durch alphabetische Kleinbuchstaben in alphabetischer Reihenfolge angegeben. Wenn kein Affixbuchstabe vorhanden ist, stellt dies das Glaselement an der Normalposition dar, und das Affixzeichen "1" stellt das Glaselement an der versetzten Position dar. In der folgenden Beschreibung wird das Glaselement 11A an der Normalposition als normales Glaselement bezeichnet, und das Glaselement 11A an der versetzten Position wird als versetztes Glaselement bezeichnet.
Der Auftreffpunkt b von Licht a, das auf das Glaselement 11A auftrifft, ist im wesentlichen die gleiche Position bei dem normalen Glaselement und dem versetzten Glaselement. Die Richtung senkrecht zur Fläche des normalen Glaselements am Auftreffpunkt b fällt mit der Ausbreitungsrichtung des einfallenden Lichts a zusammen, weshalb keine Brechung auftritt. Daher liegen das Einfallslicht a und der optische Weg in dem normalen Glaselement auf derselben Geraden. Andererseits trifft beim versetzten Glaselement das Licht unter einem Winkel entsprechend dem Drehwinkel auf, weshalb eine Brechung auftritt. Deshalb wird der durch die strichpunktierte Linie mit zwei Punkten angegebene optische Weg vom normalen optischen Weg aus nach links versetzt, wie in der Figur gezeigt. Daher wird der Emissionspunkt c1 des versetzten Glaselements vom Emissionspunkt c des normalen Glaselements aus gesehen etwas nach links versetzt. Das Licht wird am Emissionspunkt c1 wieder gebrochen, was den Knick des optischen Wegs aufgrund der Brechung am Punkt b kompensiert, und daher ist das vom Emissionspunkt c1 emittierte Licht parallel zu dem vom Emissionspunkt c emittierten Emissionslicht. Wie oben beschrieben, selbst wenn das Glaselement 11A (oder eines der anderen Glaselemente) verdreht wird, ist dessen Emissionslicht parallel zum einfallenden Licht. Dies ist der Grund, warum die leichte Versetzung des Glaselements die Charakteristika des optischen Stromwandlers nicht beeinträchtigt und die weiche Fixierung ausgeführt werden kann. Im weiteren wird die Variation des optischen Wegs für das normale Glaselement und das versetzte Glaselement ausführlich unter Heranziehen des Glaselements 11A als Beispiel beschrieben.
Da das Emissionslicht vom Glaselement 11A parallel zu der Richtung senkrecht zur Einfallsfläche des den optischen Weg ändernden Stücks 15A ist, fällt das Emissionslicht sowohl beim normalen Glaselement als auch beim versetzten Glaselement ohne Brechung ein, wird am Reflexionspunkt d oder d1 und am Reflexionspunkt e oder e1 reflektiert und danach von der Fläche an der linken Seite der Figur des den optischen Weg ändernden Stücks 15A emittiert. Die Reflexionspunkte d und d1 sowie e und e1 unterscheiden sich in der Position voneinander, jedoch treffen die jeweiligen optischen Wege auf das Glaselement 12A auf, wobei sie parallel zueinander gehalten werden. Danach werden auf ähnliche Weise, selbst wenn der optische Weg aufgrund einer Verdrehung der Position des nächsten Glaselements versetzt wird, die optischen Wege außerhalb des Glaselements parallel zueinander gehalten. Demzufolge kann das normale Ausgangslicht h als Ausgang des optischen Stromwandlers gewonnen werden, außer der optische Weg wird so stark versetzt, daß er nicht mehr auf die zwei Reflexionsflächen der jeweiligen, den optischen Weg ändernden Stücke auftrifft. Selbstverständlich ist es unerläßlich, daß ein Fotodetektor (nicht gezeigt) das Ausgangslicht selbst dann zuverlässig fotodetektieren kann, wenn es bezüglich der normalen Position versetzt ist.
Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht von Fig. 1(A) längs A-A, die eine andere Ausführungsform dieser Erfindung zeigt. Der Unterschied bei dieser Figur zu Fig. 2 besteht darin, daß Schwämme bzw. Schaumstoffe 213, 223, die als elastische Elemente dienen, in die Spalte 212, 222 zwischen den Substraten 21, 22 und dem Glaselement 11A eingesetzt sind (es ist zu beachten, daß hier das Glaselement 11A lediglich als Beispiel für alle vier Glaselemente herangezogen wird). Wie oben beschrieben, werden die Charakteristika des optischen Stromwandlers durch die Positionsversetzung der Glaselemente 11A bis 14A nicht beeinträchtigt. In einem Fall jedoch, in dem die Glaselemente 11A bis 14A so ausgelegt sind, daß sie ohne Beschränkung frei beweglich sind, innerhalb der Grenzen der Nut, wie in Fig. 2 gezeigt, können die Glaselemente 11A bis 14A und die Substrate 21, 22 aneinanderstoßen, und es kann eines dieser Elemente aufgrund einer Bewegung oder einer Schwingung des optischen Stromwandlers beschädigt werden, wobei dieses Phänomen von der Größe der Nuten 211, 221 abhängt. Demzufolge werden, wie in Fig. 5 gezeigt, die Schaumstoffe 213, 223 in den optischen Stromwandler lediglich eingesetzt, um die Versetzung der Glaselemente 11A bis 14A zu verhindern. Wenn jedoch aufgrund einer Temperaturvariation ein Dimensionsunterschied zwischen den Glaselementen 11A bis 14A und den Substraten 21, 22 auftritt, können die Schaumstoffe 213, 223 den Dimensionsunterschied auf einfache Weise ausgleichen, so daß in den Glaselementen 11A bis 14A keine inneren Spannungen auftreten. Des weiteren reduziert die Beschränkung der Versetzung der Glaselemente 11A bis 14A durch Verwendung der Schaumstoffe 213, 223 die Variation des optischen Wegs, woraus der Vorteil resultiert, daß der optische Stromwandler besser stabilisiert ist.
Wenn die elastischen Elemente in die Spalte 212, 222 eingesetzt werden, wie in der Figur gezeigt, sind die elastischen Elemente vorzugsweise stark volumenveränderlich, wie beispielsweise Schaumstoffe. Dies ist so, weil leicht eine Überbeanspruchung bei einem Element auftritt, dessen Volumen nur geringfügig variabel ist, wie beispielsweise bei einer Gummiplatte. In der Figur sind die Schaumstoffe 213, 223 in beide Spalten zwischen den Substraten 21, 22 und den oberen und unteren Seiten des Glaselements 11A eingesetzt, es kann jedoch auch ein Schaumstoff in nur einen Spalt eingesetzt werden. Außerdem können die Schaumstoffe über die gesamte Länge in der Richtung senkrecht zur Zeichnungsfläche eingesetzt werden, oder sie können nur teilweise eingesetzt werden. In jedem Fall können sie derart eingesetzt werden, daß das Glaselement 11A nicht leicht bewegbar ist.
Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht von Fig. 1 (A) längs A-A, die eine andere Ausführungsform dieser Erfindung zeigt. Bei dieser Figur werden zwei Federn 214 als elastische Elemente verwendet. Die Federn 214 dienen dazu, die Versetzung des Glaselements 11A in der Richtung nach oben und unten in der Figur zu begrenzen, und auch dessen Versetzung in der Richtung nach rechts und links durch Reibung mit dem Substrat 22 zu begrenzen. Da es unmöglich ist, die Federn 214 so auszulegen, daß sie dünner sind als die Schaumstoffe 213, 223, wird der Spalt größer gemacht, um die Federn unterzubringen, wie in der Figur gezeigt. Diese Auslegung ist jedoch nicht wesentlich. Wenn der lokal andrückende Aufbau gemäß obiger Beschreibung eingesetzt wird, kann auch Gummi anstatt der Federn 214 verwendet werden.
Wie zuvor ausgeführt, sind gemäß Fig. 5 die Schaumstoffe 213, 223 sowohl in der oberen als auch der unteren Nut 215, 225 vorgesehen, sie können jedoch nur in einer Nut wie in Fig. 6 vorgesehen sein. Wenn das elastische Element wie beispielsweise der Schaumstoff 213 oder die Feder 214 nur in einer Nut vorgesehen ist, befindet sich die andere Seite des Glaselements 11A in direktem Kontakt mit dem Boden der Nut, was den Vorteil bringt, daß die Position des Glaselements 11A in der oberen und unteren Richtung in Fig. 5 besser stabilisiert ist.
In jedem Fall können auch andere Konstruktionen als die vorgenannten Konstruktionen eingesetzt werden, ohne den Bereich dieser Erfindung zu verlassen, so lange das Glaselement 11A auf weiche, nachgiebige Weise an den Substraten 21, 22 befestigt ist. Die Art der Befestigung der anderen Glaselemente 12A bis 14A ist identisch wie diejenige des Glaselements 11A.
Das Verfahren, mit dem die Glaselemente 11A, 12A, 13A, 14A und die den optischen Weg ändernden Stücke 15A, 16A, 17A auf die in Fig. 1 gezeigte Weise angeordnet werden und diese Elemente unter Verwendung der Schrauben/Mutter-Sätze 31, 32, 33 fixiert werden, um einen optischen Stromwandler herzustellen, wird im wesentlichen wie folgt ausgeführt.
(1) Das Substrat 22 wird horizontal so angeordnet, daß die Nut 221 sich mit der Öffnung nach oben befindet, und die den optischen Weg ändernden Stücke 15A, 16A, 17A werden in vorübergehenden Positionen angeordnet. In diesem Zustand wird Eingangslicht a eingestrahlt, und das Ausgangslicht h wird erhalten.
(2) Die den optischen Weg ändernden Stücke 15A, 16A, 17A werden in ihrer Position so eingestellt, daß das Ausgangslicht h in einer normalen Position ist, und die jeweiligen, den optischen Weg ändernden Stücke werden nach der Positionseinstellung mit einer kleinen Menge Haftmittel vorübergehend fixiert. Da nur eine kleine Menge Haftmittel verwendet wird, tritt kein Problem aufgrund der Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, wie beschrieben. In anderen Worten, das zeitweilige Fixieren wird mit einer derartigen Menge an Haftmittel ausgeführt, daß kein Problem auftritt.
(3) Wenn die elastischen Elemente wie beispielsweise die Schaumstoffe 213, 223 oder Federn 214, die in Fig. 5 bzw. Fig. 6 gezeigt sind, eingesetzt sind, werden die Glaselemente 11A, 12A, 13A, 14A in die Nuten eingesetzt, nachdem die elastischen Elemente eingesetzt worden sind.
(4) Das Substrat 21 wird befestigt. Zu diesem Zeitpunkt werden erforderlichenfalls die elastischen Elemente befestigt.
(5) Die Schrauben der Schrauben/Mutter-Sätze 31, 32, 33 werden durch die Schraubenlöcher der Substrate 21, 22 und der den optischen Weg ändernden Stücke 15A, 16A, 17A geführt und mittels Muttern befestigt.
Fig. 7 ist eine Draufsicht des optischen Stromwandlers einer vierten Ausführungsform gemäß dieser Erfindung. In dieser Figur sind vier Faraday-Effekt-Glaselemente 11B, 12B, 13B und 14B in Zwischenlage zwischen Substraten 23, 24 angeordnet und befinden sich an jeweiligen Seiten eines Quadrats. Von einer externen Lichtquelle emittiertes Licht fällt von der rechten unteren Seite aus zur oberen Seite hin ein und wird durch die jeweiligen Glaselemente transmittiert. Der optische Weg des Lichts wird von den den optischen Weg ändernden Stücken 15B, 16B, 17B an den Eckabschnitten des Quadrats vertikal und horizontal geknickt, wodurch der optische Weg oder die Schleife, der/die in einer ersten Richtung an der unteren rechten Ecke beginnt und in einer zweiten Richtung im wesentlichen senkrecht zur ersten Richtung an der gleichen Ecke endet, schließlich gebildet wird. Der optische Weg ist durch eine mit einem Pfeil versehene strichpunktierte Linie mit zwei Punkten dargestellt. Die nachfolgenden Zeichnungen (Fig. 8, 9, 11 bis 18) sind den Fig. 19 und 1 ähnlich. Wie später beschrieben, unterscheidet sich der Aufbau der den optischen Weg ändernden Stücke 15B, 16B, 17B von demjenigen der den optischen Weg ändernden Stücke 15A, 16A, 17A, und auch der Aufbau der Substrate 23, 24 unterscheidet sich von demjenigen der Substrate 21, 22. Wie im Fall der in Fig. 1 gezeigten Substrate 21, 22 ist das Durchgangsloch 20 an der Ecke der Substrate 23, 24 gebildet.
In der Figur befindet sich das Substrat 23 an der unteren Seite, und das Substrat 24 befindet sich an der oberen Seite. In der Zeichnung ist ein oberer rechter Halbabschnitt des Substrats 24 ausgeschnitten, um die Glaselemente 11B, 12B, 13B, 14B und das den optischen Weg ändernde Stück 15B ganz oder teilweise freizulegen, wie durch eine durchgezogene Linie angegeben. Die Substrate 23, 24, zwischen denen diese Elemente angeordnet sind, sind mit Schraubenlöchern 301 versehen, und Schrauben von Schrauben/Mutter-Sätzen 34 durchsetzen die Schraubenlöcher und sind mit Muttern befestigt, wodurch die gesamte Vorrichtung mechanisch zu einem Körper vereint wird.
Das Substrat 23 ist mit Rahmen 231, 232, 233, 234 versehen, die an der Peripherie von dessen flachem Abschnitt 230 zur Seite des Substrats 24 hin hervorragen. Diese Rahmen sind einstückig mit dem Substrat 23 gebildet und an der unteren rechten Seite in Fig. 7 ausgeschnitten, von der aus das Licht einfällt. Statt der Ausschneidung kann ein Durchgangsloch mit einem zur Lichttransmission erforderlichen Durchmesser gebildet sein.
Fig. 8 ist eine Seitenansicht, die längs eines Pfeils A gesehen ist, wobei der Rahmen 231 von Fig. 7 weggelassen ist, und Fig. 9 ist eine Seitenansicht, die längs eines Pfeils B gesehen ist, wobei der Rahmen 232 von Fig. 7 weggelassen ist. Wie aus den Fig. 8 und 9 hervorgeht, steht das Substrat 24 an der oberen Seite in der Figur in Kontakt mit den oberen Abschnitten der Rahmen 231, 232, 233, 234, wodurch seine Position festgelegt ist. Die Rahmen 231, 232, 233, 234 dienen als Abstandshalter zum Definieren des Abstands zwischen dem flachen Abschnitt 230 des Substrats 23 und dem Substrat 24.
Wie aus den Fig. 8, 9 und 11 hervorgeht, weist jedes der den optischen Weg ändernden Stücke 15B, 16B, 17B, die an den vier Ecken des Quadrats angeordnet sind, zwei prismenartige Elemente auf, die von den Rahmen 231, 232, 233, 234 aus nach innen hervorragen, und diese prismenartigen Elemente sind einstückig aus dem gleichen Material wie die Rahmen 231, 232, 233, 234 gebildet. Wie in Fig. 8 gezeigt, enthält das den optischen Weg ändernde Stück 15B Reflexionsabschnitte 1581 und 15B2, und der Reflexionsabschnitt 1 5B1 weist im Querschnitt die Form eines gleichschenkligen rechtwinkligen Dreiecks auf, dessen geneigte Fläche in der Figur als Reflexionsfläche dient. Der Reflexionsabschnitt 15B2 weist die gleiche Form wie der Reflexionsabschnitt 15B1 auf, jedoch befindet sich die schräge Reflexionsfläche auf der Rückseite der Zeichnung und ist somit lediglich als Quadratform dargestellt.
Das Eingangslicht a wird durch das Glaselement 11B transmittiert, am Punkt b an der Reflexionsfläche des Reflexionsabschnitts 1581 reflektiert, wodurch seine Ausbreitungsrichtung von der Richtung von links in die Richtung nach oben geändert wird, und am Punkt c an der Reflexionsfläche des Reflexionsabschnitts 1582 reflektiert, wodurch seine Ausbreitungsrichtung in eine Richtung nach hinten in der Zeichnung geändert wird, die senkrecht zur Zeichenebene ist, wie durch ein Richtungssymbol in der Figur angegeben ist. Demzufolge wird die Richtung des auf den Reflexionsabschnitt 15B1 auftreffenden Lichts geändert, wonach es vom Reflexionsabschnitt 15B2 reflektiert wird. Das heißt, das den optischen Weg ändernde Stück 15B, das aus den Reflexionsabschnitten 15B1 und 15B2 aufgebaut ist, weist für die Lichtreflexion die gleiche Wirkung auf wie die in Fig. 1 gezeigten, den optischen Weg ändernden Stücke 15A, 16A, 17A, und die den optischen Weg ändernden Stücke 16B, 17B weisen die gleiche Wirkung auf.
Die Fig. 7 bis 11 basieren auf der Annahme, daß die den optischen Weg ändernden Stücke aus Metall hergestellt sind, und die Reflexionsflächen der Reflexionsabschnitte 15B1, 15B2, 16B1, 16B2, 17B1, 17B2, welche die jeweiligen optischen Wege unter 45º schneiden, sind spiegelpoliert. Dabei weisen die Reflexionsabschnitte 17B1 und 1782 einen Aufbau auf, der dem Paar aus 15B1 und 15B2 oder dem Paar aus 16B1 und 16B2 ähnlich ist.
Fig. 10 ist eine Querschnittsansicht längs C-C in Fig. 7, und Fig. 11 ist eine Seitenansicht, die von einem Pfeil D von Fig. 7 aus gesehen ist. In diesen Figuren ist das Glaselement 13B in die im flachen Flächenabschnitt 230 des Substrats 23 vorgesehene Nut 235 und die im Substrat 24 vorgesehene Nut 245 eingesetzt, und als elastische Elemente dienende Schaumstoffe 236 und 246 sind dazwischen angeordnet. Die Breite und Tiefe der Nuten 235, 245 sind unter Berücksichtigung der Abmessung des Glaselements 13B so eingestellt, daß die Schaumstoffe 236, 246 eine vorbestimmte Dicke beibehalten. Die gleiche Wirkung wie die bei Verwendung der Schaumstoffe 213, 223 von Fig. 5 erhaltene wird durch weiches Unterstützen des Glaselements 13B durch die Schaumstoffe 236, 246 erhalten. Alternativ können die Federn statt der Schaumstoffe verwendet werden, wie in Fig. 6 gezeigt, oder das Glaselement kann in die Nut hineingesetzt werden, ohne die Spalt 212, 222 mit elastischem Material oder den elastischen Elementen wie beispielsweise dem Schaumstoff oder den Federn zu füllen, was in Fig. 2 gezeigt ist.
Fig. 12 ist eine vergrößerte Teilprojektionsansicht zum Aufzeigen des Aufbaus und der Funktion des den optischen Weg ändernden Stücks 15B, wobei Fig. 12(A) eine Draufsicht entsprechend dem oberen rechten Abschnitt von Fig. 7 ist, Fig. 12(B) eine Seitenansicht von Fig. 12(A) ist, die von der linken Seite aus gesehen ist, und Fig. 12(C) eine Seitenansicht von Fig. 12(A) ist, die von unten aus gesehen ist. Fig. 12(B) stellt auch eine Ansicht dar, die durch Drehen von Fig. 11 um 90º im Uhrzeigersinn erhalten wird. Die Darstellung des Glaselements 11 B etc. wird unterlassen. Die Funktion des den optischen Weg ändernden Stücks 15B wird ausführlicher unter Bezug auf diese Figuren beschrieben.
Das von der unteren Seite in den Fig. 12(A) und 12(B) einfallende Licht wird zuerst am Punkt b an der Reflexionsfläche des Reflexionsabschnitts 1581 reflektiert. Die Reflexionsfläche schneidet den optischen Weg unter einem Winkel von 45º, so daß die Lichtausbreitungsrichtung zum Reflexionsabschnitt 1582 um 90º geändert wird. Die Reflexionsfläche des Reflexionsabschnitts 15B2 schneidet ebenfalls die Lichtausbreitungsrichtung unter 45º, so daß die Lichtausbreitungsrichtung am Punkt c wiederum um 90º geändert wird. Deshalb wird, wie in Fig. 12(A) gezeigt, das von unten einfallende Licht schließlich auf das den optischen Weg ändernde Stück 16B gerichtet. Dabei wird der Abstand zwischen dem optischen Weg und dem flachen Flächenabschnitt 230 des Substrats 23 von der dem flachen Flächenabschnitt 230 näheren Position b zu der vom flachen Flächenabschnitt 230 entfernteren Position c geändert. Wie aus den oben beschriebenen Figuren ersichtlich, werden die Elemente so eingestellt, daß der optische Weg unabhängig von der Änderung des Abstands zwischen dem optischen Weg und dem flachen Flächenabschnitt 230 nicht von den Glaselementen 11B, 12B, 13B, 14B versetzt wird.
Fig. 13 ist eine vergrößerte Teilprojektionsansicht einer fünften Ausführungsform gemäß dieser Erfindung. Die gleichen Elemente wie in Fig. 12 sind mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und werden nicht erneut beschrieben. Die Fig. 13(A) bis 13(C) sind identisch wie die jeweiligen der Fig. 12(A) bis 12(C) mit Ausnahme des Aufbaus des den optischen Weg ändernden Stücks 15B. Bei dieser Ausführungsform sind das Substrat 23 und das den optischen Weg ändernde Stück 15C aus Metall gebildet, und der Reflexionsabschnitt 15C1 sowie der Reflexionsabschnitt 15C2, welche das den optischen Weg ändernde Stück 15C bilden, werden getrennt vom Substrat 23 hergestellt. Diese Reflexionsabschnitte werden mittels Haftmitteln am flachen Flächenabschnitt 230, Rahmen 231, 232 mittels Metallabscheidung oder -zufuhr wie beispielsweise Schweißen befestigt. Die in Fig. 12 gezeigten Elemente sind hinsichtlich des Materials nicht notwendigerweise identisch mit den entsprechenden Elementen in Fig. 13. Dieser Unterschied ist in der Darstellung nicht durch Anhängen von Symbolen unterschieden, sondern nur die den optischen Weg ändernden Stücke sind durch Anhängen unterschiedlicher alphabetischer Affixbuchstaben unterschieden. Das gleiche wird bei der folgenden Beschreibung angewendet.
Fig. 14 ist eine vergrößerte Teilprojektionsansicht einer sechsten Ausführungsform dieser Erfindung. Die gleichen Elemente wie in Fig. 13 sind mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und sind nicht beschrieben. Fig. 14(A) bis 14(C) entsprechen den jeweiligen der Fig. 13(A) bis 13(C) mit Ausnahme des Aufbaus des den optischen Weg ändernden Stücks 15D. Die Reflexionsabschnitte 15D1, 15D2 dieser Ausführungsform sind einstückig mit den Rahmen 231, 232 gebildet und aus nicht-metallischem Material wie beispielsweise keramischem Material o. ä. gebildet. Dementsprechend wird Metall auf den Reflexionsflächen abgeschieden, um Metallfilme 61, 62 zu bilden, wie durch strichpunktierte Linien und schräge Linien dargestellt, und damit Spiegelflächen zu bilden. Wenn diese Elemente aus Metall gebildet werden, dessen Reflexionsvermögen jedoch niedriger ist, kann ein Metallfilm mit einem hohen Reflexionsvermögen wie beispielsweise Aluminium, Silber o. ä. vorgesehen werden.
Fig. 15 ist eine vergrößerte Teilprojektionsansicht einer siebten Ausführungsform gemäß dieser Erfindung. Die gleichen Elemente wie in Fig. 14 sind mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und sind nicht beschrieben. Die Fig. 15(A) bis 15(C) entsprechen den jeweiligen der Fig. 14(A) bis 14(C) mit Ausnahme des Aufbaus des den optischen Weg ändernden Stücks 15E. Der flache Flächenabschnitt 230 des Substrats 23, die Rahmen 231, 232 und die Reflexionsabschnitte 15E1, 15E2 sind aus nicht-metallischem Material wie beispielsweise keramischem Material gebildet, und die Reflexionsabschnitte 15E1, 15E2 werden getrennt von dem flachen Flächenabschnitt 230 und den Rahmen 231, 232 hergestellt, und dann werden diese Elemente mittels Haftmitteln aneinander befestigt. Da diese Elemente aus einem nicht-metallischen Material gebildet sind, kann die Befestigung der den optischen Weg ändernden Stücke an dem Substrat nicht direkt mittels einer Metallabscheidungstechnik wie beispielsweise Löten erfolgen. Deshalb wird wie bei den Reflexionsflächen eine Abscheidung von Metall für diese Elemente ausgeführt, die einen Befestigungsabschnitt aufweisen, um Metallfilme 63, 64 zu bilden, und die Metallabscheidung wird unter Verwendung einer Lötung durch diese Metallfilme ausgeführt, um Abscheideabschnitte 51, 52 zu bilden.
Wie oben beschrieben, können verschiedene Verfahren zur Bildung der Reflexionsflächen der Reflexionsabschnitte, welche das den optischen Weg ändernde Stück bilden, und das Befestigen des Substrats und des den optischen Weg ändernden Stücks mittels Haftmittel aneinander nach Maßgabe der Materialien des Substrats und der den optischen Weg ändernden Stücke, die an dem Substrat zu befestigen sind, verwendet werden. Die Materialien des Substrats und der den optischen Weg ändernden Stücke werden unter Berücksichtigung verschiedener Punkte wie beispielsweise Bearbeitbarkeit, Beziehung des Wärmeausdehnungskoeffizienten bei den Glaselementen etc. ausgewählt, und das Verfahren der Bildung der Reflexionsflächen und das Verfahren für die Haftverbindung werden nach Maßgabe der Kombination der ausgewählten Materialien ausgewählt. Selbst wenn das Substrat und das den optischen Weg ändernde Stück aus dem gleichen Material gebildet werden, ist es nicht notwendigerweise günstig, daß diese Elemente einstückig miteinander gebildet werden. Da der Reflexionsabschnitt des den optischen Weg ändernden Stücks getrennt hergestellt werden kann und dann mittels Haftmitteln an dem Substrat befestigt werden kann, werden auch in diesem Fall das Verfahren der Bildung der Reflexionsfläche und das Verfahren zur Haftverbindung nach Maßgabe des Materials dieses Elements (Metall oder Nicht-Metall) ausgewählt.
Da kein organisches Haftmittel, wie beispielsweise Epoxidharz, verwendet wird, liegt bei dieser Erfindung nicht nur dann, wenn das Substrat und das den optischen Weg ändernde Stück einstückig miteinander gebildet sind, sondern auch dann, wenn das den optischen Weg ändernde Stück mittels Haftmittel an dem Substrat befestigt wird, keine Beeinträchtigung durch Fotoelastizität aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten vor, und es ist kein Faktor vorhanden, der eine Verschlechterung des Materials im Zeitverlauf verursacht.
Fig. 16 ist eine Draufsicht des optischen Stromwandlers einer achten Ausführungsform gemäß dieser Erfindung, und Fig. 17 ist eine Seitenansicht längs eines Pfeils A in Fig. 16. Die gleichen Elemente wie bei den oben beschriebenen Figuren sind mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, und jene Elemente, welche die gleichen Funktionen wie in den oben beschriebenen Figuren aufweisen, sind mit den gleichen Bezugszahlen mit einem Affixbuchstaben F bezeichnet. Ihre Beschreibung ist weggelassen. In diesen Figuren sind drei den optischen Weg ändernde Stücke 15F, 16F und 17F über Befestigungsstücke 151, 161, 171 an einem Substrat 23F befestigt. Die den optischen Weg ändernden Stücke 15F, 16F, 17F sind den den optischen Weg ändernden Stücken 15A, 16A, 17A ähnlich, der hauptsächliche Unterschied besteht jedoch darin, daß diese den optischen Weg ändernden Stücke nicht mit Schraubenlöchern versehen sind, die von Schrauben 31 durchsetzt sind. Wie später beschrieben, werden die den optischen Weg ändernden Stücke 15F, 16F, 17F an den Befestigungsstücken 151, 161, 171 mittels Löten bzw. Hartlöten haftend befestigt, und die Befestigungsstücke 151, 161, 171 sind mit Schrauben an dem flachen Flächenabschnitt 230 des Substrats 23F befestigt. Daher wird kein Haftmittel benötigt, um die den optischen Weg ändernden Stücke 15F, 16F, 17F vorübergehend zu befestigen. Außerdem kann selbst dann, wenn die optische Achse nach der Herstellung versetzt wird, eine Nacheinstellung durch Lockern der Schrauben ausgeführt werden.
Die gleiche Art der Befestigung wie die in Fig. 7 gezeigte wird zum Befestigen von vier Faraday- Effekt-Glaselementen 11F, 12F, 13F, 14F verwendet, weshalb die entsprechende Beschreibung weggelassen wird. Des weiteren sind Rahmen 231 F, 232F, 233F, 234F, die als Vorsprungsabschnitte dienen, die sich im Außenbereich des Substrats 23 befinden, im wesentlichen gleich wie die Rahmen 231, 232, 233, 234 von Fig. 7. Die Rahmen 231 F, 232F, 233F, 234F sind dicker dargestellt als jene von Fig. 7, dieser Unterschied ist jedoch nicht signifikant. Die in Fig. 7 gezeigte Verschraubung kann zum Klemmen der Substrate 23F und 24F verwendet werden.
Außerdem können das Substrat 24F und die Rahmen 231 F, 232F, 233F, 234F durch Schrauben aneinander befestigt werden.
Fig. 18 sind Diagramme, die nur das den optischen Weg ändernde Stück 15F und das Befestigungsstück 151 zeigen, wobei Fig. 18(A) eine Draufsicht ist, Fig. 18(B) eine Seitenansicht von Fig. 18(A) ist, die von oben gesehen ist, und Fig. 18(C) eine Seitenansicht von Fig. 18(A) ist, die von rechts gesehen ist. Die Befestigungsstücke 161, 171 IFig. 16) sind identisch wie das Befestigungsstück 151 oder symmetrisch zu ihm ausgebildet, und daher wird nur das Befestigungsstück 151 beschrieben. In dieser Figur umfaßt das Befestigungsstück 151 einen Befestigungsabschnitt 152, der mit einem Schraubenloch 156 versehen und am Flächenabschnitt 230 des Substrats 23F mit einer Schraube 157 befestigt ist, einen flachen Flächenabschnitt 153, der aus dem gleichen Material wie der Befestigungsabschnitt gebildet ist und an dem das den optischen Weg ändernde Stück 15F befestigt ist, und einen L-förmigen Abschnitt 154, der an einem Eckabschnitt des den optischen Weg ändernden Stücks 15F anliegt, um die Position des den optischen Weg ändernden Stücks 15F zu definieren. Das Befestigungsstück 151 ist aus Keramik gebildet, und eine derartige Konstruktion ist durch mechanische Bearbeitung und eine Haftverbindung wie beispielsweise Schweißen ausgeführt. Das den optischen Weg ändernde Stück 15F ist über einen Schweißabschnitt 155 an dem L-förmigen Abschnitt 154 befestigt. Ein Schweißverfahren ähnlich wie ein Löt- bzw. Hartlötverfahren, bei dem das gleiche Material wie das Befestigungsstück 151 geschmolzen wird, kann für den Schweißabschnitt 155 verwendet werden. Der Grund hierfür liegt darin, daß nur das den optischen Weg ändernde Stück 15F und das Befestigungsstück 151 zum Zeitpunkt des Schweißens behandelt werden und es daher nicht erforderlich ist, zum Zeitpunkt des Schweißens auf thermische Wirkungen auf die anderen Elemente aufzupassen.
In der Figur befindet sich der Schweißabschnitt 155 aus folgendem Grund nur an einer Stelle. Das heißt, da der L-förmige Abschnitt 154 und der flache Flächenabschnitt 153 nahe am Eckabschnitt des den optischen Weg ändernden Stücks 15F befestigt sind, wird das den optischen Weg ändernde Stück 15F nicht gedreht, weshalb keine große Spannung im Schweißabschnitt 155 auftritt.
Der Aufbau des Befestigungsstücks 151 ist nicht auf die obige Form beschränkt. Beispielsweise kann der L-förmige Abschnitt 154 weggelassen werden, und der Schweißabschnitt zwischen dem flachen Flächenabschnitt 153 und dem den optischen Weg ändernden Stück 15F kann an zwei oder drei Stellen vorgesehen sein. Demzufolge besitzt der L-förmige Abschnitt die Wirkung, daß der Schweißabschnitt 155 nur an einer Stelle vorgesehen zu werden braucht. Die Form des Befestigungsabschnitts 152 muß nicht in einem Quadrat ausgebildet sein, das teilweise überlappend mit dem flachen Flächenabschnitt 153 ist, wie in der Figur gezeigt, und wie aus Fig. 16 hervorgeht, kann er in jeder beliebigen Form ausgebildet sein, so lange er die Glaselemente 11F, 12F an beiden Seiten nicht behindert. Die zwei Schrauben 157 sind aus folgendem Grund vorgesehen. Das heißt, wenn ein einheitlicher Körper aus dem den optischen Weg ändernden Stück 15F und dem Befestigungsstück 151 nach dessen Befestigung an dem Substrat 23 verdreht wird, kann der Körper aufgrund der Konzentration der Spannungen durch die Schrauben vor Beschädigung bewahrt werden. Wenn keine Möglichkeit der Konzentration der Spannungen vorhanden ist, ist es auch möglich, nur eine Schraube zu verwenden.
Wie aus Fig. 17 hervorgeht, ist ein Spalt zwischen dem den optischen Weg ändernden Stück 1 5F und dem Substrat 24F vorhanden, so daß das den optischen Weg ändernde Stück 15F nicht durch das Substrat 24F befestigt wird.
Wie oben beschrieben, ist das den optischen Weg ändernde Stück 15F durch das Befestigungsstück 151 befestigt, so daß es nicht erforderlich ist, die Schraubenlöcher vorzusehen, wie in Fig. 1 gezeigt, oder das den optischen Weg ändernde Stück durch die Substrate 23, 24 zu befestigen. Demzufolge ist es nicht erforderlich, daß das den optischen Weg ändernde Stück 15F als Abstandshalter zum Definieren des Abstands zwischen den zwei Substraten 23F, 24F dient. Deshalb ist ein Substrat mit den Rahmen 231F, 232F, 233F, 234F versehen, welche die gleiche Funktion wie ein Abstandshalter wie der von Fig. 7 aufweisen. Der Aufbau ist jedoch nicht auf den obigen Substrataufbau beschränkt. Das heißt, es sind Abstandshalter an solchen vier Stellen vorgesehen, daß sie die anderen Elemente nicht behindern, und beide Substrate sind mittels Schrauben befestigt, die durch Schraubenlöcher hindurchgeführt sind, welche an geeigneten Stellen an den Substraten vorgesehen sind. Um das Anhaften von Staub oder Wassertröpfchen auf den Glaselementen und den den optischen Weg ändernden Stücken zu verhindern, wird ein Hohlraum, in dem diese Elemente montiert sind, in der Tat abgedichtet. Die Rahmen 231F 232F, 233F, 234F und die Substrate 23F, 24F dienen als Teile einer Abdichtkammer, deren in der Figur gezeigter Aufbau der im praktischen Gebrauch beste ist. In Fig. 16 sind die Rahmen am Einlaß und am Auslaß für das Eingangslicht a und das Ausgangslicht h ausgeschnitten. Das Eingangslicht a und das Ausgangslicht h werden jedoch von externen Geräten oder zu ihnen hin über Lichtleitfasern übertragen, und daher wird der Hohlraum innerhalb der Rahmen 231F, 232F, 233F und 234F in der Tat durch Vorsehen eines Lichtleitfaserbefestigungsabschnitts in einer Dichtanordnung dicht verschlossen.
Wie oben beschrieben, sind gemäß dieser Erfindung die Glaselemente und die den optischen Weg ändernden Stücke in Zwischenlage zwischen den zwei Substraten befestigt, und jedes den optischen Weg ändernde Stück ist aus einem einstückigen Element gebildet, so daß eine Haftverbindung unter Verwendung eines Haftmittels zur Herstellung dieser Elemente nicht erforderlich ist. Daher treten keine thermischen Spannungen aufgrund des Unterschieds des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen den Glaselementen und dem Haftmittel auf, weshalb keine Probleme auftreten, die von den Thermospannungen herrühren. Demzufolge ist ein Faktor der Vergrößerung des Meßfehlers beseitigt, wodurch ein präziser optischer Stromwandler geschaffen wird. In diesem Fall werden die den optischen Weg ändernden Stücke auch als Abstandshalter zum Definieren des Abstands zwischen den zwei Substraten verwendet, die Glaselemente werden in die in den Substraten vorgesehenen Nuten eingesetzt, und die Abmessung der Nuten wird größer als diejenige der Glaselemente eingestellt, wodurch die Glaselemente in sicherem Eingriff in die Nuten eingesetzt werden, und es tritt teilweise ein Spalt zum Verhindern der Ausübung einer Klemmkraft auf die Glaselemente auf, so daß keine Spannungen in den Glaselementen auftreten. Außerdem wird, selbst wenn die Glaselemente innerhalb des Spaltintervalls verschoben werden, wenn von einer Endfläche des Glaselements eintretendes Licht von dessen anderer Endfläche aus emittiert wird, nur die Lichtemissionsposition geändert, aber die Richtung des Lichts wird nicht geändert. Daher wird der optische Weg nicht stark versetzt, weshalb die Präzision des optischen Stromwandlers nicht leidet und dieser seine hohe Präzision beibehält.
Wenn das den optischen Weg ändernde Stück aus einem einstückigen transparenten Material wie oben beschrieben gebildet ist, wird das den optischen Weg ändernde Stück an einem Substrat über das Befestigungsstück befestigt, das mittels Schrauben an dem Substrat befestigt ist, so daß das andere Substrat unabhängig von der Befestigung des den optischen Weg ändernden Stücks ist. Daher kann das Klemm- und Befestigungsverfahren und der Aufbau der zwei Substrate unabhängig von dem den optischen Weg ändernden Stück gewählt werden. Außerdem kann die Herstellung der den optischen Weg ändernden Stücke und der Befestigungsstücke in einer Stufe ausgeführt werden, in der sie Teile sind, und die Herstellung kann auf einfache Weise ausgeführt werden. Außerdem kann die Befestigung der den optischen Weg ändernden Stücke an einem Substrat unabhängig von den anderen Elementen ausgeführt werden, so daß selbst nach der Einstellung des optischen Wegs die Befestigungsarbeit auf einfache Weise ausgeführt werden kann. Des weiteren können die Rahmen durch Vorsehen der Rahmen an einem Substrat als Abstandshalter dienen, und die Befestigung der zwei Substrate kann unabhängig von den den optischen Weg ändernden Stücken ausgeführt werden. Das Befestigungsstück ist aus dem Befestigungsabschnitt, der durch Verschrauben an dem flachen Flächenabschnitt des Substrats befestigt wird, dem flachen Flächenabschnitt, auf dem das den optischen Weg ändernde Stück montiert wird, und dem L-förmigen Abschnitt aufgebaut, der aufrecht an dem flachen Flächenabschnitt befestigt wird, so daß er dicht an einer Ecke des den optischen Weg ändernden Stücks befestigt ist, wobei diese Elemente einstückig miteinander gebildet sind, so daß das Versetzen des den optischen Weg ändernden Stücks in den drei Richtungen durch den flachen Flächenabschnitt und den L-förmigen Abschnitt begrenzt wird, und das den optischen Weg ändernde Stück sowie das Befestigungsstück brauchen nur an einer Stelle zusammengeschweißt werden. Die Löt- bzw. Hartlötverschweißung unter Verwendung des gleichen Materials wie des Befestigungsstücks ist für das obige Schweißen gut geeignet, und eine kleine Anzahl an Schweißabschnitten vereinfacht die Schweißarbeit und reduziert den thermischen Effekt.
Durch Einsetzen der elastischen Elemente in die Spalte zwischen den Nuten der Substrate und den Glaselementen ist die Versetzung der Glaselemente auf den Bereich innerhalb der Spalte begrenzt, wodurch die Glaselemente vor Beschädigung geschützt werden und die Änderung des optischen Wegs aufgrund der Versetzung der Glaselemente reduziert wird. In diesem Fall sind die Glaselemente ebenfalls weich gehaltert, so daß keine Möglichkeit besteht, daß Spannungen aufgrund der Halterung und von Wärmespannungen aufgrund von Temperaturänderungen auftreten.
Des weiteren sind die elastischen Elemente über den breiten Bereich auf den Flächen der Glaselemente, die den Nuten zugewandt sind, eingesetzt, und es wird ein volumenveränderliches Material für die elastischen Elemente verwendet, wobei die Dicke der elastischen Elemente nach Maßgabe des Spaltintervalls zwischen den Glaselementen und den Substraten auf einfache Weise veränderbar ist und somit die weiche Halterung ausgeführt werden kann. Die elastischen Elemente können auch aus Gummi oder Federn gebildet sein, die an mehreren lokalen Stellen an den Flächen der Glaselemente vorgesehen sind, wodurch das Glaselement weich gehaltert werden kann.
Darüber hinaus können die zwei Substrate durch Klemmen der Substrate an geeigneten Stellen mit einer geeigneten Anzahl an Schrauben/Mutter-Sätzen aneinander befestigt werden. Dabei übernehmen die den optischen Weg ändernden Stücke die gleiche Rolle wie die oben beschriebenen Abstandshalter, die weiche Halterung kann ohne direktes Klemmen der Glaselemente erzielt werden. Außerdem sind die Schraubenlöcher in den den optischen Weg ändernden Stücken vorgesehen, und die Klemmschrauben werden durch die Schraubenlöcher geführt und dann geklemmt, so daß keine Biegespannungen auf die Substrate ausgeübt werden, und Klemmspannungen werden gleichförmig auf die den optischen Weg ändernden Stücke ausgeübt. Daher tritt keine Konzentration der Spannungen auf, weshalb der optische Stromwandler mechanisch stabil ist.
Die Rahmen sind an einem Substrat so vorgesehen, daß sie zum anderen Substrat hin hervorragen, die Reflexionsflächen der den optischen Weg ändernden Stücke sind aus den Spiegelflächen der zwei an dem Rahmen befestigten Reflexionsabschnitte gebildet, und die Rahmen werden auch als Abstandshalter zum Definieren des Abstands zwischen den zwei Substraten verwendet, so daß die den optischen Weg ändernden Stücke nicht aus einem transparenten Material wie beispielsweise Glas gebildet sein müssen. Daher können das optimale Material für die den optischen Weg ändernden Stücke und das optimale Befestigungsverfahren der den optischen Weg ändernden Stücke ausgewählt werden.
Als Verfahren zur Befestigung der Reflexionsabschnitte am Substrat können die Reflexionsabschnitte einstückig mit dem Substrat gebildet werden, an dem die Reflexionsabschnitte befestigt sind, so daß keine Haftverbindung erforderlich ist. Wenn die Reflexionsabschnitte getrennt von den Substraten hergestellt werden und dann mittels Haftmitteln an dem Substrat befestigt werden, kann die Haftverbindung unter Verwendung der Metallabscheidung ausgeführt werden, so daß kein organisches Haftmittel benötigt wird. Wenn das Substrat und/oder der Reflexionsabschnitt aus einem nicht-metallischen Material gebildet ist, wird das Material auf der einen Schweißabschnitt enthaltenden Oberfläche des nicht-metallischen Elements geschmolzen, um den Schweißabschnitt durch die Metallabscheidung für die Befestigung zu bilden.
Als Verfahren zur Bildung der Reflexionsfläche des Reflexionsabschnitts wird beim Metallreflexionsabschnitt die Fläche, die eine Reflexionsfläche sein soll, spiegelpoliert, wodurch die Reflexionsfläche mit einem hervorragenden Reflexionsvermögen auf einfache Weise gebildet werden kann. Des weiteren wird bei dem nicht-metallischen Reflexionsabschnitt Metall wie bei dem Schweißabschnitt abgeschieden, um einen Metallfilm zu bilden, wodurch auf einfache Weise die Reflexionsfläche mit einem hervorragenden Reflexionsvermögen gebildet werden kann.
Des weiteren werden die Schrauben durch die Schraubenlöcher geführt, die in den zwei Substraten gebildet sind, und dann mit den Muttern geklemmt, wodurch die zwei Substrate und die vier Faraday-Effekt-Glaselemente ohne Haftmittel mechanisch zu einem Körper zusammengebaut werden können.
Ferner sind alle Elemente aus anorganischem Material ohne organisches Material gebildet, weshalb kein Element im Zeitverlauf schlechter wird, so daß der optische Stromwandler eine große Zuverlässigkeit aufweist.

Claims

1. Optischer Stromwandler, umfassend, auf einem Substrat, vier stabförmige Faraday- Effekt-Glaselemente (11A-14A; 11B-14B; 11F-14F), die in im wesentlichen rechteckiger Form ein Durchgangsloch (20) umgebend angeordnet sind, das von einem elektrischen Leiter durchsetzbar ist, und drei den optischen Weg ändernde Stücke (15A-17A; 15B-17B; 15F-17F; 15C; 15D; 15E), wobei die Längsrichtung jedes der Glaselemente (11A-14A; 11B-14B; 11F-14F) längs eines jeweiligen der vier Seitenabschnitte der Rechteckform liegt und jedes der den optischen Weg ändernden Stücke (15A-17A; 15B-17B; 15F-17F; 15C; 15D; 15E) an einem jeweiligen von drei der vier Eckabschnitte der Rechteckform angeordnet ist sowie zwei Reflexionsflächen (15B1, 15B2; 15C1, 15C2, 16B1, 1682, 1781, 17B2; 15D1, 15D2; 15E1, 15E2) aufweist, die dazu dienen, von einem Glaselement emittiertes Licht so zu reflektieren, daß es auf ein benachbartes Glaselement auftrifft, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Substrate (21, 22; 23, 24; 23F, 24F) vorgesehen sind, um die Glaselemente (11A-14A; 11B-14B; 11F-14F) und die den optischen Weg ändernden Stücke (15A-17A; 15B-17B; 15F-17F; 15C; 15D; 15E) zu befestigen, wobei sie die Glaselemente (11A-14A; 11B-14B; 11 F-1 F-14F) und die den optischen Weg ändernden Stücke (15A-17A; 15B- 17B; 15F-17F; 15C; 15D; 15E) zwischen sich halten, wobei die vier Glaselemente (11A-14A; 11B-14B; 11F-14F) in jeweiligen, in den zwei Substraten (21, 22; 23, 24; 23F, 24F) gebildeten Nuten (211, 221; 215, 225; 235, 245) angeordnet sind, und die Nuten der Substrate (21, 22; 23, 24; 23F, 24F) so ausgelegt sind, daß sie eine um ein vorbestimmtes Maß größere Abmessung aufweisen als Abschnitte der Glaselemente (11A-14A; 11B-14B; 11F-14F), welche in die Nuten einzusetzen sind.

2. Wandler nach Anspruch 1, bei dem die den optischen Weg ändernden Stücke (15A- 17A) jeweils aus einem einstückigen transparenten Element gebildet sind, die zwei Reflexionsflächen zum Ausführen einer Totalreflexion in dem Element durch Schneiden dieses Elements gebildet sind und die den optischen Weg ändernden Stücke (15A-17A) als Abstandshalter zum Definieren des Abstands zwischen den zwei Substraten (21, 22) dienen.

3. Wandler nach Anspruch 1 oder 2, bei dem eine vorbestimmte Anzahl an Schraubenlöchern (301) an vorbestimmten Stellen in den zwei Substraten (21, 22) so vorgesehen sind, daß sie die zwei Substrate (21, 22) durchsetzen, und Schrauben (31) von Schrauben/Mutter-Sätzen zum Verschrauben diese Schraubenlöcher durchsetzen.

4. Wandler nach Anspruch 3, bei dem ein mit einem entsprechenden Schraubenloch der zwei Substrate (21, 22) ausgerichtetes weiteres Schraubenloch in jedem der den optischen Weg ändernden Stücke (15A-17A) vorgesehen ist, und sich eine Schraube eines Schrauben/Mutter- Satzes zum Verschrauben durch das weitere Schraubenloch erstreckt.

5. Wandler nach Anspruch 1, bei dem ein Rahmen (231-234) im Umfangsbereich eines der zwei Substrate (23, 24; 23F, 24F) so vorgesehen ist, daß er zum anderen Substrat hin hervorragt, und jedes der den optischen Weg ändernden Stücke (15B-17B; 15F-17F; 15C; 15D; 15E) an dem Rahmen befestigt ist und zwei Reflexionsabschnitte mit Reflexionsflächen aufweist, wobei der Rahmen als Abstandshalter zum Definieren des Abstands zwischen den zwei Substraten (23, 24; 23F, 24F) dient.

6. Wandler nach Anspruch 5, bei dem die Reflexionsabschnitte einstückig mit den Substraten (23, 24; 23F, 24F) gebildet sind.

7. Wandler nach Anspruch 5, bei dem die Reflexionsabschnitte getrennt von den Substraten (23, 24; 23F, 24F) hergestellt und an den Substraten befestigt sind.

8. Wandler nach Anspruch 5, 6 oder 7, bei dem die Reflexionsabschnitte aus nichtmetallischem Material gebildet sind und Metallfilme (62-64) auf deren Reflexionsflächen gebildet sind.

9. Wandler nach Anspruch 5, 6 oder 7, bei dem die Reflexionsabschnitte aus metallischem Material gebildet sind und die Reflexionsflächen spiegelpoliert sind.

10. Wandler nach Anspruch 1, bei dem die den optischen Weg ändernden Stücke (15F- 17F) jeweils aus einem einstückigen transparenten Element gebildet sind, zwei Reflexionsflächen zum Ausführen einer Totalreflexion in dem Element durch Schneiden des Elements gebildet sind und die den optischen Weg ändernden Stücke (15F-17F) durch ein Befestigungsstück (151, 161, 171) befestigt sind, das durch Verschrauben an einem Substrat (23F) befestigt ist.

11. Wandler nach Anspruch 10, bei dem ein Rahmen (231 F-233F) im Umfangsabschnitt eines der zwei Substrate (23, 24; 23F, 24F) so vorgesehen ist, daß er zum anderen Substrat hin hervorragt.

12. Wandler nach Anspruch 10 oder 11, bei dem das Befestigungsstück (151, 161, 171) einen Befestigungsabschnitt (152), der an einem flachen Abschnitt des Substrats (23F) durch Verschrauben befestigt ist, einen flachen Abschnitt (153), der einstückig mit dem Befestigungsabschnitt gebildet und an dem das den optischen Weg ändernde Stück (15F) befestigt ist, und einen L-förmigen Abschnitt (154) umfaßt, der einstückig mit dem flachen Abschnitt so gebildet ist, daß er aufrecht angeordnet ist und sich in engem Kontakt mit einem Eckabschnitt des den optischen Weg ändernden Stücks befindet.

13. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem elastische Elemente (213, 223; 236, 246; 214) zwischen den Nuten der Substrate (21, 22; 23, 24; 23F, 24F) und den Glaselementen (11A-14A; 11B-14B; 11F-14F) vorgesehen sind.

14. Wandler nach Anspruch 13, bei dem die elastischen Elemente (213, 223; 236, 246; 214) volumenveränderliche elastische Elemente umfassen, die sich über breite Bereiche der Flächen der Glaselemente (11A-14A; 11B-14B; 11F-14F) erstrecken, welche den Nuten (211, 221; 215, 225; 235, 245) zugewandt sind.

15. Wandler nach Anspruch 14, bei dem die volumenveränderlichen elastischen Elemente (213, 223; 236, 246) aus einem schwamm- oder schaumstoffartigen Material gebildet sind.

16. Wandler nach Anspruch 13, bei dem die elastischen Elemente an mehreren lokalen Stellen auf den Flächen der Glaselemente (11A-14A; 11B-14B; 11F-14F) vorgesehen sind.

17. Wandler nach Anspruch 16, bei dem die elastischen Elemente aus Gummi gebildet sind.

18. Wandler nach Anspruch 16, bei dem die elastischen Elemente (214) eine Feder umfassen.