DE202010017362U1

DE202010017362U1 - Device for illuminating a marking

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Publication number: DE202010017362U1
Application number: DE202010017362U
Authority: DE
Original assignee: Leica Camera AG
Current assignee: Leica Camera AG
Priority date: 2010-03-19
Filing date: 2010-03-19
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2020-03-20

Abstract

Vorrichtung zur Beleuchtung einer auf einer ebenen transparenten Trägerscheibe als Beugungsstruktur aufgebrachten Markierung, wobei die Beleuchtungsstrahlen über eine Seitenrandfläche der Trägerscheibe so in die Trägerscheibe eingeleitet werden, dass sie nach Beugung an der Markierung senkrecht zur Ebene der Trägerscheibe abgestrahlt werden, dadurch gekennzeichnet, dass als Lichtquelle eine schmalbandige Leuchtdiode (LED) mit vorgeschalteter Kollimationsoptik (10) vorgesehen ist, deren optische Achse senkrecht zur Lichteintrittsfläche eines auf die Seitenrandfläche der Trägerscheibe (1) aufgekitteten Einkoppelprismas (2) oder einer an die Seitenrandfläche angeschliffenen schrägen Fläche ausgerichtet ist.Device for illuminating a marking applied as a diffraction structure on a flat, transparent carrier disk, the illumination beams being introduced into the carrier disk via a side edge surface of the carrier disk in such a way that they are emitted perpendicular to the plane of the carrier disk after diffraction at the marking, characterized in that as the light source A narrow-band light-emitting diode (LED) with upstream collimation optics (10) is provided, the optical axis of which is oriented perpendicular to the light entry surface of a coupling prism (2) cemented onto the side edge surface of the carrier disk (1) or an oblique surface ground on the side edge surface.

Description

Die Neuerung betrifft eine Vorrichtung zur Beleuchtung einer auf einer ebenen transparenten Trägerscheibe als Beugungsstruktur aufgebrachten Markierung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The innovation relates to a device for illuminating a marking applied to a flat, transparent carrier disk as a diffraction structure having the features of the preamble of claim 1.

Aus EP 0 886 163 B1 ist eine optische Einrichtung mit einer beleuchteten Strichplatte bekannt. Die Strichplatte besteht aus einer ebenen transparenten Trägerscheibe, auf die eine als Beugungsstruktur ausgebildete Markierung aufgebracht ist. Strichplatten werden insbesondere in Zielfernrohre zur Zielmarkierung eingesetzt. Die Markierung liegt in einer Zwischenbildebene des Zielfernrohres. Die Markierung kann in Lichtrichtung des Zielfernrohres auf der Vorder- oder Rückseite der Trägerscheibe aufgebracht sein.Out EP 0 886 163 B1 For example, an optical device with an illuminated reticle is known. The reticule consists of a flat transparent carrier disk, on which a mark designed as a diffraction structure is applied. Reticles are used in particular in riflescopes for target marking. The marking lies in an intermediate image plane of the riflescope. The marking can be applied in the light direction of the riflescope on the front or back of the carrier disk.

Die Beleuchtung der Markierung erfolgt durch eine seitlich zur Trägerscheibe angeordnete Lichtquelle durch die Randfläche der Trägerscheibe hindurch. Durch die Wirkung der Beugungsstruktur werden die Beleuchtungsstrahlen in der ersten Beugungsordnung in die Richtung der optischen Achse des Zielfernrohres zum Beobachter gelenkt, so dass die Markierung für den Beobachter im Zwischenbild sichtbar wird.The illumination of the marking is effected by a light source arranged laterally to the carrier disk through the edge surface of the carrier disk. By the action of the diffraction structure, the illumination beams in the first diffraction order are directed in the direction of the optical axis of the telescopic sight to the observer, so that the mark is visible to the observer in the intermediate image.

Aus EP 1 653 271 B1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung bekannt, mit der die Beleuchtung der Beugungsstruktur der bekannten Strichplatte verbessert wird, so dass eine größere Helligkeit und ein höherer Kontrast der Markierung im Zwischenbild erreicht werden. Die Beleuchtungsvorrichtung besteht aus einem seitlich neben der Trägerscheibe der Markierung angeordneten Spiegel mit einer Spiegelfläche, die derart gekrümmt ist, dass der Spiegel zwei Brennpunkte aufweist. Im Bereich des einen Brennpunktes befindet sich die Lichtquelle. Die vom Spiegel reflektierten Lichtstrahlen laufen zu der Markierung hin zusammen, die im zweiten Brennpunkt des Spiegels liegt. Je nach Lage der Markierung auf der in Lichtrichtung vorderen oder hinteren Fläche der Trägerscheibe werden die Lichtstrahlen direkt oder nach einer oder mehreren Totalreflektionen an einer inneren Fläche der Trägerscheibe auf die Markierung gelenkt.Out EP 1 653 271 B1 For example, an illumination device is known with which the illumination of the diffraction structure of the known reticule is improved, so that a greater brightness and a higher contrast of the marking are achieved in the intermediate image. The illumination device consists of a mirror arranged laterally next to the carrier disc of the marking and having a mirror surface which is curved in such a way that the mirror has two focal points. In the area of one focal point is the light source. The light rays reflected from the mirror converge towards the marker located at the second focus of the mirror. Depending on the position of the marking on the front or rear surface of the support disk in the light direction, the light beams are directed onto the marking directly or after one or more total reflections on an inner surface of the support disk.

Die Spiegelfläche soll vorzugsweise an der Rückseite eines von der Lichtquelle von vorne angestrahlten Spiegelelementes angeordnet sein. Als Lichtquelle wird vorzugsweise eine Leuchtdiode vorgesehen. Das Spiegelelement kann insbesondere durch Kleben am Rand der Trägerscheibe befestigt sein. Die Leuchtdiode kann mit der Vorderseite des Spiegelelementes verbunden sein.The mirror surface should preferably be arranged on the rear side of a mirror element illuminated by the light source from the front. As the light source, a light-emitting diode is preferably provided. The mirror element can be fastened in particular by gluing on the edge of the carrier disk. The light emitting diode may be connected to the front of the mirror element.

Der Neuerung lag die Aufgabe zugrunde, die Beleuchtung der als Beugungsgitter ausgebildeten Markierung insbesondere durch eine Leuchtdiode so zu optimieren, dass nahezu die gesamte von der Leuchtdiode abgestrahlte Lichtenergie erfasst und auf die Markierung gelenkt wird.The innovation was based on the task of optimizing the illumination of the diffraction grating formed in particular by a light-emitting diode in such a way that almost the entire light energy radiated by the light-emitting diode is detected and directed to the marking.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art neuerungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.This object is achieved in a device of the type mentioned according to the innovation by the characterizing features of claim 1. Advantageous developments emerge from the features of the subclaims.

Eine wesentliche Eigenschaft der an sich bekannten Strichplatte besteht darin, die an der Markierung gebeugten Lichtstrahlen in die optische Achse des Fernrohres zum Beobachter lenken zu können. Da die Beugung wellenlängenabhängig ist, können die Randbedingungen für die gewünschte Beugungsrichtung durch die Verwendung einer schmalbandigen Leuchtdiode optimal erfüllt werden.An essential feature of the known reticle is to be able to direct the diffracted at the mark light rays in the optical axis of the telescope to the observer. Since the diffraction is wavelength-dependent, the boundary conditions for the desired diffraction direction can be optimally fulfilled by the use of a narrow-band light-emitting diode.

Es ist bekannt, dass Leuchtdioden eine in der Fläche und Tiefe unsymmetrische Abstrahlcharakteristik aufweisen. Von der Emission aus einem Brennpunkt heraus kann daher nicht ausgegangen werden. Eine der Leuchtdiode vorgeschaltete Kollimationsoptik kann so ausgelegt werden, dass sie die aus unterschiedlichen Richtungen und Tiefen aus der Leuchtdiode austretenden Lichtstrahlen zu einem symmetrischen und homogenen Lichtstrahlenbündel vereinigt. Die Kollimationsoptik kann insbesondere aus asphärischen oder anamorphotischen Linsen, einer GRIN-Linse oder einem DOE bestehen. Die Kollimationsoptik kann mit der Leuchtdiode zu einem einheitlichen Bauteil zusammengefügt sein.It is known that light-emitting diodes have an asymmetrical emission characteristic in terms of area and depth. From the emission from a focal point out can therefore not be assumed. A collimating optics connected upstream of the light-emitting diode can be designed such that it combines the light beams emerging from different directions and depths from the light-emitting diode into a symmetrical and homogeneous light beam. The collimating optics may consist in particular of aspherical or anamorphic lenses, a GRIN lens or a DOE. The collimating optics can be combined with the light-emitting diode to form a unitary component.

Die Verwendung eines einfachen Prismas oder einer an die Seitenrandfläche der Trägerscheibe angeschliffenen schrägen Fläche zur Einkopplung der Beleuchtungsstrahlen in die Trägerplatte hinein vereinfacht die optische Justierung der Einstrahlungsrichtung und Ausrichtung des Einkoppelelements zur Markierung. Planoptische Elemente und Flächen können außerdem mit größerer Präzision hergestellt werden als gekrümmte Spiegelflächen.The use of a simple prism or a beveled on the side edge surface of the support plate oblique surface for coupling the illumination beams in the carrier plate in the optical adjustment of the direction of irradiation and alignment of the coupling element to the marker simplified. Plano-optical elements and surfaces can also be manufactured with greater precision than curved mirror surfaces.

Bei vorgegebener Gitterkonstante der Beugungsstruktur ist die Beugung in die Beobachtungsrichtung von der Wellenlänge der Lichtstrahlen und dem Anstrahlwinkel der Beleuchtungsstrahlen auf die Beugungsstruktur abhängig. Der Anstrahlwinkel kann durch die Neigung der Reflexionsfläche an einem Prisma oder die Neigung einer angeschliffenen schrägen Randfläche an der Trägerscheibe in einfacher Weise beeinflusst werden. Das eröffnet die Möglichkeit, für Leuchtdioden mit unterschiedlicher Emissionswellenlänge über die Neigung der Einkoppelfläche den geeigneten Anstrahlwinkel einzustellen und damit eine unterschiedliche farbliche Darstellung der Markierung zu erzeugen. Bei einer Beugungsstruktur mit zueinander parallelen Beugungselementen können am Randbereich der Trägerscheibe zwei diametral zueinander und senkrecht zu den Beugungsstrukturen liegende Einkoppelstellen für die Beleuchtungsstrahlen angeordnet sein, die wahlweise einschaltbar sind. For a given lattice constant of the diffraction structure, the diffraction in the observation direction is dependent on the wavelength of the light beams and the angle of the illumination beams on the diffraction structure. The beam angle can be influenced in a simple manner by the inclination of the reflection surface on a prism or the inclination of a ground beveled edge surface on the carrier disk. This opens up the possibility of setting the appropriate angle of illumination for light emitting diodes with different emission wavelengths via the inclination of the coupling surface and thus to produce a different color representation of the marking. In the case of a diffraction structure with mutually parallel diffraction elements, two coupling points for the illumination beams lying diametrically opposite one another and perpendicular to the diffraction structures can be arranged on the edge region of the carrier disk, which can optionally be switched on.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele für die neuerungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung schematisch dargestellt. Anhand der Figuren werden diese näher beschrieben. Dabei zeigenIn the drawings, exemplary embodiments of the lighting device according to the invention are shown schematically. Based on the figures, these are described in detail. Show

1 ein erstes Ausführungsbeispiel mit einem Einkoppelprisma, 1 a first embodiment with a coupling prism,

2 ein zweites Ausführungsbeispiel mit anderem Einkoppelprisma, 2 a second embodiment with another coupling prism,

3 eine Aufsicht auf eine Trägerscheibe mit zwei Einkoppelbereichen, 3 a plan view of a carrier disk with two coupling areas,

4 ein über einen ersten Einkoppelbereich eingestrahltes Strahlenbündel und 4 a radiation beam irradiated via a first coupling region and

5 ein über einen zweiten Einkoppelbereich eingestrahltes Strahlenbündel. 5 a radiation beam irradiated via a second coupling region.

Das in 1 dargestellte erste Ausführungsbeispiel zeigt eine Trägerscheibe 1 in der Seitenansicht. Die aufgebrachte rautenförmige Struktur soll die aus der Zeichenebene vorstehende Ausdehnung der kreisförmigen Trägerscheibe 1 deutlich machen. Auf eine Seitenrandfläche der Trägerscheibe 1 ist ein Einkoppelprisma 2 aufgesetzt. Das Einkoppelprisma 2 ist ein Rechteckprisma, bei dem eine Kathetenfläche auf die Seitenrandfläche aufgekittet ist und die andere Kathetenfläche als Strahleneintrittsfläche genutzt ist. An der Basisfläche werden die Beleuchtungsstrahlen in die Trägerscheibe 1 hinein reflektiert. Die Reflektion kann je nach Neigungswinkel der Basisfläche über Totalreflektion oder über Verspiegelung der Basisfläche erfolgen.This in 1 illustrated first embodiment shows a carrier disk 1 in the side view. The applied diamond-shaped structure is intended to be the extension of the circular carrier disc projecting from the plane of the drawing 1 make clear. On a side edge surface of the carrier disk 1 is a coupling prism 2 placed. The coupling prism 2 is a rectangular prism in which one catheter surface is cemented to the side edge surface and the other catheter surface is used as the radiation entrance surface. At the base surface, the illumination beams are in the carrier disc 1 reflected in it. Depending on the angle of inclination of the base surface, the reflection can be made by total reflection or by mirroring of the base surface.

Als Lichtquelle ist eine LED 3 dargestellt. Neben den elektrischen Kontakten 4, 5 enthält die LED 3 einen Halbleiterkörper 6 als schmalbandigen Strahler mit einer transparenten Abdeckung 7. Die Abdeckung 7 ist üblicherweise als konvexe Linse ausgebildet, die einen für die LED typischen Strahlungskegel 8 erzeugt. Insgesamt ist der Darstellung zu entnehmen, dass die LED 3 als Leuchtkörper mit dreidimensionaler Ausdehnung zu behandeln ist. Für eine effektive und gleichmäßige Ausleuchtung einer im Flächenbereich 9 auf der Trägerscheibe 1 aufgebrachten beugenden Markierung ist es erforderlich, den Strahlenkegel 8 möglichst vollständig zu erfassen und die in dem Strahlungskegel 8 enthaltenen Strahlen in ein symmetrisches und homogenes Lichtstrahlenbündel umzuformen.The light source is an LED 3 shown. In addition to the electrical contacts 4 . 5 contains the LED 3 a semiconductor body 6 as a narrow-band radiator with a transparent cover 7 , The cover 7 is usually designed as a convex lens, which is a typical for the LED radiation cone 8th generated. Overall, the illustration shows that the LED 3 be treated as a luminous body with three-dimensional extent. For an effective and even illumination in the area area 9 on the carrier disk 1 applied diffractive marking, it is necessary to the beam cone 8th as completely as possible and in the radiation cone 8th To transform the rays contained in a symmetrical and homogeneous light beam.

Zu diesem Zweck ist der LED 3 eine Kollimationsoptik 10 vorgeschaltet. Die Kollimationsoptik 10 ist hier als asphärische Linse dargestellt, wobei durch die nebeneinander liegenden Konturlinien der Lichteintritts- und Lichtaustrittsseite deutlich wird, dass die asphärische Formgebung auch in den aus der Zeichenebene heraustretenden Flächenbereichen der Linse gegeben ist. Der Querschnitt des Strahlungskegels 8 ist in der Regel oval.For this purpose, the LED 3 a collimation optics 10 upstream. The collimation optics 10 is here shown as an aspherical lens, wherein it is clear by the adjacent contour lines of the light entrance and exit side, that the aspherical shape is also given in the emerging from the plane of the surface areas of the lens. The cross section of the radiation cone 8th is usually oval.

Unsymmetrien im Strahlungskegel 8 können in an sich bekannter Weise auch durch eine anamorphotische Ausbildung der Kollimationsoptik 10 oder durch GRIN-Linsen oder ein diffraktives optisches Element DOE ausgeglichen werden.Asymmetries in the radiation cone 8th can in a conventional manner also by an anamorphic formation of the collimating optics 10 or be compensated by GRIN lenses or a diffractive optical element DOE.

Das von der Kollimationsoptik 10 erzeugte Strahlenbündel hat über den gesamten Querschnitt eine relativ homogene Lichtverteilung wie aus der dargestellten Strahlenverteilung zu entnehmen ist. Durch die gute Bündelung der Strahlen entstehen kaum vagabundierende Strahlen, die zu einer Aufhellung der Trägerscheibe 1 und Kontrastminderung eines in der Markierungsebene entstehenden Objektbildes führen würden.That of the collimation optics 10 generated beam has a relatively homogeneous light distribution over the entire cross section as can be seen from the radiation distribution shown. Due to the good bundling of the rays, there are hardly any stray rays that brighten the carrier disc 1 and contrast reduction would result in an object image resulting in the marking plane.

Die bildseitige Brennweite der Kollimationsoptik 10 ist so gewählt, dass die Leuchtfläche der LED 3 in den Flächenbereich 9 abgebildet wird. Das Beleuchtungsstrahlenbündel wird dabei nach der Reflektion an der Basisfläche des Einkoppelprismas 2 noch zweimal unter dem Grenzwinkel der Totalreflektion an den inneren Flächen der Trägerscheibe reflektiert.The image-side focal length of the collimation optics 10 is chosen so that the illuminated area of the LED 3 in the area area 9 is shown. The illumination beam is thereby after the reflection at the base surface of the coupling prism 2 twice reflected at the critical angle of total reflection on the inner surfaces of the carrier disk.

Der durch die Neigung der Basisfläche des Einkoppelprismas 2 vorgegebene Einstrahlungswinkel ist so gewählt, dass das Beleuchtungsstrahlenbündel 11 auf die in dem Flächenbereich 9 liegende beugende Struktur der Markierung unter einem Winkel auftrifft, bei dem die Beleuchtungsstrahlen in die 1. Beugungsordnung der Struktur gebeugt werden. Die Richtung der 1. Beugungsordnung des Mittelstrahls des Beleuchtungsstrahlenbündels 11 soll dabei senkrecht zur Fläche der Trägerscheibe 1 stehen, d. h. in Richtung der optischen Achse eines Beobachtungsfernrohres verlaufen. Im dargestellten Beispiel ist eine reflektierend beugende Struktur für die Markierung vorgesehen. Das gebeugte Strahlenbündel weist eine Öffnung auf, die an die Öffnung eines nicht dargestellten Okulars angepasst ist. The by the inclination of the base surface of the Einkoppelprismas 2 given angle of incidence is chosen so that the illumination beam 11 on the in the area area 9 The diffractive structure of the marker is incident at an angle at which the illumination rays are diffracted into the first diffraction order of the structure. The direction of the 1st diffraction order of the center beam of the illumination beam 11 should be perpendicular to the surface of the carrier disk 1 stand, that run in the direction of the optical axis of an observation telescope. In the example shown, a reflective diffractive structure is provided for the marking. The diffracted beam has an opening which is adapted to the opening of an eyepiece, not shown.

2 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der das Einkoppelprisma in Form eines Keiles 19 auf die Randfläche der Trägerscheibe 1 aufgesetzt ist. Die Einstrahlung erfolgt über die Basisfläche des den Keil 19 bildenden Rechteckprismas. Selbstverständlich kann die Strahleneintrittsfläche auch direkt an die Trägerscheibe 1 als schräge Fläche angeschliffen sein. Zur Weiterleitung des Beleuchtungsstrahlenbündels innerhalb der Trägerscheibe genügt in diesem Fall eine einmalige innere Totalreflektion. 2 shows a further embodiment in which the Einkoppelprisma in the form of a wedge 19 on the edge surface of the carrier disk 1 is attached. The irradiation takes place via the base surface of the wedge 19 forming rectangular prism. Of course, the radiation entrance surface also directly to the carrier disk 1 be sanded as an inclined surface. For forwarding the illumination beam within the carrier disk is sufficient in this case, a one-time total internal reflection.

3 zeigt in der Aufsicht eine Trägerscheibe 1 mit einer im Flächenbereich 9 liegenden Gitterstruktur 14. Der Flächenbereich 9 hat z. B. einen Durchmesser von etwa 1,6 mm und erscheint im Beugungsbild als leuchtender Punkt. An die Trägerscheibe 1 angeformt sind zwei einander diametral gegenüber liegende Einkoppelelemente 15, 16, die jeweils ein aus Einkoppelprisma, Kollimationsoptik und LED bestehendes Beleuchtungssystem repräsentieren. Bei gleicher Gitterstruktur 14 können die Einkoppelelemente 15, 16 für unterschiedliche Wellenlänger der LED und damit für unterschiedliche Farbdarstellungen der Markierung ausgelegt sein. 3 shows in the supervision of a carrier disk 1 with one in the area area 9 lying lattice structure 14 , The surface area 9 has z. B. a diameter of about 1.6 mm and appears in the diffraction pattern as a luminous point. To the carrier disk 1 formed are two diametrically opposed coupling elements 15 . 16 each representing a lighting system consisting of coupling prism, collimating optics and LED. With the same lattice structure 14 can the coupling elements 15 . 16 be designed for different wavelengths of the LED and thus for different color representations of the marker.

Dieser Anordnung liegen die nachstehenden Gesetzmäßigkeiten für die Beugung eines Lichtstrahls an einem Gitter zugrunde, die durch die Gittergleichung beschrieben werden: m·λ = n·g·sinα + n'·g·sinα' This arrangement is based on the following laws for the diffraction of a light beam at a grating, which are described by the grating equation: m · λ = n · g · sin α + n '· g · sin α'

Dabei bedeuten α den Anstrahlwinkel, unter dem der Beleuchtungsstrahl auf die Ebene der Gitterstruktur auftrifft, α' den Abstrahlwinkel des gebeugten Strahls gegenüber der Senkrechten zur Gitterstruktur, g die Gitterkonstante, λ die Wellenlänge des Beleuchtungsstrahls, n die Brechzahl des Mediums vor dem Gitter, n' die Brechzahl des Mediums in Lichtrichtung hinter dem Gitter und m die Beugungsordnung. Wenn die Gitterstruktur reflektiv ist und innerhalb der Trägerscheibe angestrahlt wird, dann ist n' = n. Wenn das Gitter transmittiv ist und innerhalb der Trägerscheibe angestrahlt wird, dann ist n'= 1.In this case, α denotes the angle of radiation at which the illuminating beam impinges on the plane of the grating structure, α 'the angle of emission of the diffracted beam with respect to the perpendicular to the grating structure, g the lattice constant, λ the wavelength of the illuminating beam, n the refractive index of the medium in front of the grating, n 'the refractive index of the medium in the light direction behind the grating and m the diffraction order. If the grating structure is reflective and illuminated within the carrier disk, then n '= n. If the grating is transmissive and is illuminated within the carrier disk, then n' = 1.

Wenn, wie in dem vorstehenden Anwendungsbeispiel beschrieben, der Abstrahlwinkel α' längs der optischen Beobachtungsachse erfolgen soll, dann ist α' = 0 und die Gittergleichung reduziert sich zu m·λ = n·g·sinα If, as described in the above application example, the emission angle α 'is to take place along the optical observation axis, then α' = 0 and the lattice equation reduces to m · λ = n · g · sinα

Für die Beleuchtung einer Gitterstruktur müssen eine bestimmte Wellenlänge λ₀, eine Brechzahl n der Trägerscheibe, eine geeignete Gitterkonstante g₀ und ein zugehöriger Anstrahlwinkel α₀ festgelegt werden.For the illumination of a grating structure, a specific wavelength λ ₀ , a refractive index n of the carrier disk, a suitable grating pitch g ₀ and an associated beam angle α ₀ must be defined.

Damit ist der Abstrahlwinkel α eine Funktion der Wellenlänge λ, sowie der festgelegten konstanten Parameter, nämlich der Gitterkonstanten g₀, des Anstrahlwinkels α₀ und der Brechzahl n der Trägerscheibe.Thus, the emission angle α is a function of the wavelength λ, as well as the fixed constant parameters, namely the lattice constants g ₀ , the angle of incidence α ₀ and the refractive index n of the carrier disc.

Diese Wellenlängen-Abhängigkeit des Abstrahlwinkels α' ist der Grund dafür, dass eine mehrfarbige LED-Beleuchtung ausgehend von einer festen Position der LED unterschiedliche Abstrahlwinkel α' erzeugt. Für den Betrachter des durch die Gitterstruktur dargestellten Zielpunktes ergeben sich damit zum Teil erhebliche Abweichungen in der Parallaxe. Bei der Auswahl der LED muss daher auf eine schmalbandige Emissionscharakteristik großer Wert gelegt werden.This wavelength dependence of the emission angle α 'is the reason that a multicolor LED illumination, starting from a fixed position of the LED produces different emission angles α'. For the viewer of the target point represented by the lattice structure, this results in some significant deviations in the parallax. When selecting the LED, therefore, great importance must be attached to a narrow-band emission characteristic.

Soll der Abstrahlwinkel α' für alle Farben längs der optischen Achse OA erfolgen, d. h. α'(λ) = const = 0, dann ergibt sich, dass der Anstrahlwinkel α eine Funktion der Wellenlänge λ, der Gitterkonstanten g₀, der benutzten Beugungsordnung m₀ und der Brechzahl n der Trägerscheibe ist:

If the emission angle α 'for all colors along the optical axis OA done, ie α' (λ) = const = 0, then it follows that the angle of radiation α is a function of wavelength λ, the lattice constant g ₀ , the diffraction order used m ₀ and the refractive index n of the carrier disk is:

Die Gitterkonstante g₀ und die Brechzahl n sind dabei als konstant vorgegeben. Damit ergibt sich für die Differenz der notwendigen Anstrahlwinkel Δα für die Beleuchtung mit zwei unterschiedlichen Farben die Winkeldifferenz

neuerungsgemäß wird zusätzlich zu einer ersten Beleuchtung mit der Wellenlänge λ₀ eine zweite Beleuchtung mit der Wellenlänge λ₁ vorgesehen, indem eine LED mit der Wellenlänge λ₁ auf der Seite der Trägerscheibe 1 senkrecht zur Gitterstruktur 14 angeordnet wird, die der LED mit der Wellenlänge λ₀ gegenüber liegt. Über eine entsprechend angepasste Einkoppel- und Abbildungsvorrichtung unter Nutzung der – m₀-ten Beugungsordnung wird die Beugungsstruktur unter dem Winkel

angestrahlt. Dadurch ist gewährleistet, dass für beide Abstrahlwinkel gilt:

α'(λ₀) = α(λ₁) = 0

The lattice constant g ₀ and the refractive index n are given as constant. This results in the difference between the necessary angle of illumination Δα for the illumination with two different colors, the angular difference

According to the innovation, in addition to a first illumination having the wavelength λ _0, a second illumination having the wavelength λ _{1 is} provided by an LED having the wavelength λ ₁ on the side of the carrier wafer 1 perpendicular to the lattice structure 14 is arranged, which is opposite to the LED with the wavelength λ ₀ . The diffraction structure is ₀ m th order of diffraction at the angle - on a correspondingly adapted coupling and imaging device using the

illuminated. This ensures that applies for both angles:

α '(λ ₀ ) = α (λ ₁ ) = 0

In 4 und 5 sind die unterschiedlichen Werte der Anstrahlwinkel α(λ₀) und α(λ₁) an den unterschiedlichen Abständen der Auftreffstellen Beleuchtungsstrahlenbündel vom Randbereich der Trägerscheibe zu erkennen.In 4 and 5 the different values of the angles of incidence α (λ ₀ ) and α (λ ₁ ) can be recognized at the different distances of the impingement points of the illumination beam from the edge area of the carrier disk.

Wenn die Differenz der Wellenlängen und damit die Differenz der notwendigen Einstrahlwinkel groß genug ist, dann können auf einer Randseite der Trägerscheibe auch zwei Einkoppelvorrichtungen hintereinander angebracht werden. Zusammen mit der auf der gegenüber liegenden Seite eingekoppelten Beleuchtung kann die Gitterstruktur dann auch mit mehr als zwei Farben beleuchtet werden.If the difference of the wavelengths and thus the difference of the necessary Einstrahlwinkel is large enough, then two coupling devices can be mounted one behind the other on one edge side of the carrier disk. Together with the lighting coupled in on the opposite side, the grid structure can then be illuminated with more than two colors.

Bei der Anordnung der Beleuchtungsvorrichtungen für unterschiedliche Wellenlängen können zur Erzeugung der benötigten unterschiedlichen Anstrahlwinkel auch verschiedene Anzahlen von Totalreflektionen in der Trägerscheibe genutzt werden.In the arrangement of the illumination devices for different wavelengths, different numbers of total reflections in the carrier disc can be used to generate the required different angles of radiation.

Für eine kontinuierliche Änderung der Farben und damit der Wellenlängen, die eine LED ausstrahlt, kann eine Vorrichtung vorgesehen sein, bei der die LED und die zugehörigen optischen Elemente so gedreht werden, dass der Anstrahlwinkel α der vorbeschriebenen funktionalen Abhängigkeit genügt, wobei die Abbildung der LED auf die Gitterstruktur erhalten bleibt. Die LED kann dabei mit der Kollimationslinse über eine mechanische Kurve bewegt werden in Verbindung mit einem Einkoppelprisma mit variablem Winkel, wie es aus bildstabilisierenden optischen Geräten bekannt ist.For a continuous change in the colors and thus the wavelengths emitted by an LED, a device can be provided in which the LED and the associated optical elements are rotated such that the angle of radiation α satisfies the above-described functional dependency, the image of the LED retained on the lattice structure. The LED can be moved with the collimating lens over a mechanical curve in conjunction with a Einkoppelprisma with variable angle, as it is known from image-stabilizing optical devices.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Trägerscheibecarrier disc
22: Einkoppelprismacoupling prism
33: LEDLED
4/54.5: elektrische Kontakteelectrical contacts
66: HalbleiterkörperSemiconductor body
77: Abdeckungcover
88th: Strahlungskegelradiation cone
99: Flächenbereich für MarkierungArea for marking
10 10: Kollimationsoptikcollimating optics
1111: BeleuchtungsstrahlenbündelIllumination beam
1212: gebeugtes Strahlenbündeldiffracted beam
1313: Keilwedge
1414: Gitterstrukturlattice structure
15/1615/16: Einkoppelelementecoupling elements
g₀ g ₀: Gitterkonstantelattice constant
OAOA: optische Achseoptical axis
αα: AnstrahlwinkelAnstrahlwinkel
α'α ': AbstrahlwinkelBeam
λ₀/λ₁ λ ₀ / λ ₁: Wellenlängen der LEDWavelengths of the LED

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 0886163 B1 [0002]
EP 1653271 B1 [0004]

Claims

Apparatus for illuminating a marking applied to a planar transparent carrier disk as a diffraction structure, wherein the illuminating beams are introduced into the carrier disk via a side edge surface of the carrier disk such that they are emitted after diffraction at the marking perpendicular to the plane of the carrier disk, characterized in that the light source a narrow-band light-emitting diode (LED) with an upstream collimation optics (LED) 10 ) is provided, the optical axis perpendicular to the light entry surface of a on the side edge surface of the carrier disk ( 1 ) puttied Einproppelprismas ( 2 ) or a beveled to the side edge surface inclined surface is aligned.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the collimating optics consists of aspherical or anamorphic lenses, a GRIN lens or a DOE.

Apparatus according to claim 1, characterized in that as Einkoppelprisma ( 2 ) a rectangular prism is provided, whose base surface is used as a light entry surface and which is cemented with a catheter surface on the side edge surface.

Apparatus according to claim 1, characterized in that as Einkoppelprisma ( 2 ) a rectangular prism is provided, whose one catheter surface is cemented to the side edge surface, the other catheter surface is used as a light entry surface and the base surface is used as a reflection surface.

Apparatus according to claim 4, characterized in that the inclination of the reflection surface to the light entry surface and the image-side focal length of the collimating optics ( 10 ) are selected so that the illumination beams after one or more internal reflection on the inner surfaces of the carrier disc ( 1 ) the mark ( 14 ) at a beam angle α at which the emission direction of the diffractive marking ( 14 ) perpendicular to the plane of the carrier disc ( 1 ) stands.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the collimation optics ( 10 ) with the light entry surface of the coupling prisms ( 2 ) or cemented to the side edge surface oblique surface is cemented.

Apparatus according to claim 6, characterized in that the LED with the collimating optics ( 10 ) is cemented.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that diametrically to a first coupling element ( 15 ) or a first inclined surface, a second coupling element ( 16 ) is cemented to the side edge surface or a second inclined surface is ground, wherein the second coupling element ( 16 ) or the second oblique surface, a second narrow-band LED are provided with a different wavelength of the first light emitting diode and adapted to this LED Kollimationsoptik and the angles of the rectangular prism or the inclined surface are adapted so that the illumination beams of the second light source, the marker ( 14 ) at a beam angle α ₂ at which the emission direction of the diffractive marking ( 14 ) perpendicular to the plane of the carrier disc ( 1 ) stands.