DE2437580B1

DE2437580B1 - Signalanzeigevorrichtung zur Ausstrahlung von Lichtzeichen

Info

Publication number: DE2437580B1
Application number: DE2437580A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Kriege
Original assignee: Jenaer Glaswerk Schott and Gen
Current assignee: Schott AG
Priority date: 1974-08-05
Filing date: 1974-08-05
Publication date: 1975-11-13
Also published as: DE2437580C2

Description

Bei der in der DL-PS 63 020 beschriebenen Vorrichtung, die als optische Ausgabe- und Anzeigevorrichtung für die auf der Basis der Elektrofotografie und der Fotografie arbeitenden nichtmechanischen Druckverfahren dient, wird das aus der faseroptischen Anzeigefläche austretende Licht dazu benutzt, im wesentlichen im Kontaktverfahren lichtempfindliche Schichten zu belichten, weshalb eine gleichmäßige Ausleuchtung der einzelnen Rasterelemente der Anzeigefläche erwünscht ist. Zu diesem Zweck sind die Endflächen der als Anzeigefläche benutzten Glasfasern vorteilhafterweise zur Verbesserung der optischen Darstellung der Zeichen mit dünnen Schichten eines Materials mit einem hohen Anteil an diffuser Reflexion versehen.
Die Austrittsflächen anderer faseroptischen Signalanzeigevorrichtungen sind dafür bestimmt, die darzustellenden Zeichen über eine gewisse Entfernung den Betrachter sichtbar zu machen. So dient die in der DT-OS 23 49 764 beschriebene Vorrichtung der digitalen optischen Wiedergabe des von einer automatischen Waage angezeigten Gewichtswertes.
Höhere Anforderungen an die gute und deutliche Sichtbarkeit von optischen Zeichen werden jedoch an Signalanzeigevorrichtungen gestellt, die beispielsweise zur Ausstrahlung von Verkehrszeichen eingesetzt werden sollen. Eine solche Vorrichtung ist in der DT-OS 22 45 460 beschrieben. Insbesondere bei schlechten Wetterverhältnissen (Regen, Nebel usw.) wird eine hohe Konturenschärfe und starke Leuchtkraft der ausgestrahlten Lichtsignale verlangt.
Man war offensichtlich bisher der Ansicht, daß eine optimale Wiedergabe der abgestrahlten Lichtzeichen dann erreicht wird, wenn die einzelnen Rasterelemente eines darzustellenden Zeichens möglichst dicht aneinander anschließen und in ihrer Oberfläche möglichst gleichmäßig ausgeleuchtet sind. Eine solche gleichmäßige Ausleuchtung bereitet aber besonders dann Schwierigkeiten, wenn der Austrittsquerschnitt eines Rasterelementes anders gestaltet und insbesodere größer ist als der Querschnitt des ihn versorgenden Lichtleiters.
Man hat daher bei allen bekannten Vorrichtungen die Lichtaustrittsflächen vorzugsweise mit einem lichtstreuenden Belag versehen. Dies trifft sowohl für die Vorrichtungen gemäß der DL-PS 63 020, der DT-OS 23 49 764, insbesondere aber auch für die der vorliegenden Erfindung am nächsten kommende Vorrichtung der DT-OS 22 45 460 zu. Um die durch die Streuwirkung der mattierten Austrittsflächen hervorgerufene Konturenunschärfe zu kompensieren, hat man versucht, die einzelnen Rasterelemente durch zum Teil spiegelnde, kassettenartige Einfassungen zu umschließen (DL-PS 63 020 und insbesondere DT-OS 22 45 460).
Ziel der vorliegenden Erfindung ist eine faseroptische Signalanzeigevorrichtung zur Ausstrahlung von Lichtzeichen, mit der eine gegenüber den bekannten Vorrichtungen, insbesondere unter schlechten Sichtverhältnissen verbesserte Zeichenwiedergabe auch über größere Entfernungen, wie sie z. B. bei Verkehrszeichen verlangt werden, erzielt werden kann.
Es wurde offensichtlich bisher übersehen, daß es für eine gute Sichtbarkeit der abgestrahlten Zeichen weniger auf die vollständige Ausleuchtung der einzelnen Rasterelemente in der Ebene der Anzeigefläche ankommt als vielmehr auf eine verbesserte Abstrahlcharakteristik des Lichtes aus den einzelnen Rasterelementen. Für eine Erhöhung der Ausbeute des abgestrahlten Lichtes ist anzustreben, möglichst die gesamte aus dem Ende einer Lichtleitfaser austretende Lichtmenge in demjenigen Winkelbereich nutzbar zu machen, der für den Betrachter der Signalanzeigefläche in Frage kommt. Hierfür ist es erforderlich, das Licht durch optische Mittel auszurichten und alles zu unterlassen, was anschließend wieder eine Streuung bewirken könnte.
Es hat sich herausgestellt, daß auf sehr wirkungsvolle und einfache Weise der bekannte optische Strahlengang in einem Lichtleitkegel zur Verwirklichung des angestrebten Ziels ausgenutzt werden kann.
Die Erfindung besteht daher in einer Signalanzeigevorrichtung zur Ausstrahlung von Lichtzeichen, die aus einer Anzeigefläche besteht, in deren Rasterpunkten die verzweigten Enden eines oder mehrerer mehrarmiger Lichtleiter münden, deren zusammengefaßte andere Enden von einer Lichtquelle beleuchtbar sind, und die dadurch gekennzeichnet ist, daß die einzelnen Rasterpunkte aus Lichtleitkegeln bestehen, deren große Endquerschnitte die optische Abstrahlungsebene der Anzeigefläche bilden und deren kleine Endquerschnitte mit den Enden dieser mehrarmigen Lichtleiter optisch verbunden sind.
Die optische Wirkung von Lichtleitkegeln ist im Prinzip bekannt und für andere Anwendungsfälle bereits nutzbar gemacht worden. So werden in der DT-OS 2313288 und in der DT-OS 2313289 Lichtleitkegel als verlustarme optische Kopplungselemente bei Querschnittsänderung innerhalb eines Wellenleitweges vorgeschlagen.
Die DT-PS 23 49 764 zeigt zwar bereits Querschnittserweiterungen an den Enden der dort verwendeten Lichtleiter, die den Zweck haben, zu einer bestimmten Gestalt eines Rasterelementes zu gelangen, jedoch besitzen die Erweiterungen bei der bekannten Anordnung auf ihren Austrittsflächen einen streuenden Belag, so daß in solchen Fällen von einem Lichtleitkegel nicht gesprochen werden kann.
Die erfindungsgemäße Lösung bietet gegenüber bekanntcn Vorrichtungen die entscheidenden Vorteile, daß das von jedem Rasterpunkt abgestrahlte Licht stärker gebündelt und in Richtung auf den Betrachter eine größere Leuchtdichte und somit eine bessere Sichtbarkeit über größere Entfernungen erzielt, gleichzeitig aber auch der einzelne Rasterpunkt im Verhältnis zum Querschnitt des ihn versorgenden Lichtleiters größer und dadurch ebenfalls für den Betrachter besser wahrnehmbar wird.
An Hand der Zeichnungen wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es stellt dar F i g. 1 eine schematische Darstellung des Strahlenganges in einem erfindungsgemäß verwendeten Lichtleitkegel, F i g. 2 eine schematische, perspektivische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung von zwei mehrarmigen Lichtleitern.
F i g. 1 zeigt in schematischer Darstellung den Strahlengang in einem Lichtleitkegel, welcher den wesentlichen Bestandteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellt.
Ein mit der Bezugsziffer 1 bezeichneter Lichtleitkegel besteht aus einem Kern 2 aus transparentem Material mit einer Brechzahl nK. Der Kern 2 ist von einem Mantel 3 umgeben, dessen Brechzahl nM kleiner ist aldiejenige des Kerns 2. Auf diese Weise wird innerhalb des Lichtleitkegels 1 an der Trennfläche 4 eine Totalreflexion der in seinem Inneren verlaufenden Lichtstrahlen erreicht.
Nimmt man an, daß zwei Lichtstrahlen 5,5' aus einem Medium mit der Brechzahl ni kommend unter einem Winkel α1 in die Eintrittsfläche 6 mit dem Eintrittsdurchmesser di in den Lichtleitkegel 1 eintreten und diesen durch die Austrittsfläche 7 mit dem Austrittsdurchmesser d2 unter einem Winkel α2 in ein Medium mit der Brechzahl n2 wieder verlassen. so gilt folgende Beziehung zwischen Eintritts- und Austrittsapertur eines solchen, optisch isolierten Kegels: wobei die maximale EingangsaperturN.A. durch die Beziehung begrenzt wird.
Der Austrittswinkel α2 der Strahlen 5, 5' aus dem Lichtieitkegel 1 kann also dadurch verändert werden, daß man das Durchmesserverhältnis d2, d. h. also die d1 Geometrie des Lichtleitkegels 1 entsprechend wählt.
Dabei ist es unwesentlich. welchen genauen Verlauf die Erweiterung des Lichtleitkegels 1 zwischen der Eintrittsfläche 6 und der Austrittsfläche 7 nimmt.
Wesentlich sind allein die Durchmesser d1 und d2 des Lichtleitkegels 1 in den Ebenen dieser beiden Flächen 6 und 7.
Aus F i g. list deutlich erkennbar, daß die Lichtstrahlen 5, 5' am Austrittsende des Kegels 1 einen kleineren Winkel Oc2 mit der Kegelachse bilden als der Winkel oci, unter dem sie in den Kegel 1 eingetreten sind.
Wesentlich bei der Wirkungsweise des Lichtleitkegels 1 ist also, daß mit ihm weniger eine Änderung des Querschnittes des abgestrahlten Strahlenbündels erreicht werden soll, als vielmehr die bereits beschriebene Änderung des Austrittswinkels α2 ( Fig. 1)eines Lichtstrahles 5, 5' gegenüber dem Eintrittswinkel α1.
Dennoch ist der Austrittsquerschnitt 7 des stärker gebündelten bzw. parallelisierten Lichtes größer als der Eintrittsquerschnitt 6.
Auf diese Weise kann also eine Flächenvergrößerung des Rasterpunktes bei gleichzeitig verbesserter Parallelität des von ihm ausgehenden Lichtes erreicht werden.
Nimmt man an, daß die F i g. 1 einen Querschnitt durch einen runden Lichtleitkegel 1 darstellt, so werden die Lichtstrahlen 5, 5' über den gesamten, kreisförmig angenommenen Austrittsquerschnitt 7 unter dem Winkel α2 aus dem Kegel abgestrahlt.
Will man eine Abstrahlcharakteristik erzielen, die nicht rotationssymmetrisch ist, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch mit Lichtleitkegeln ausgerüstet sein, die einen nicht kreisförmigen Austrittsquerschnitt 7 aufweisen. Dies kann z. B. der Fall sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Signalanzeigevorrichtung der Abstrahlwinkel in horizontaler Richtung verhältnismäßig breit, in vertikaler Richtung aber auf die Augenhöhe eines Beobachters beschränkt bleiben soll, wodurch Lichtverluste nach oben und unten vermieden werden sollen. In solch einem Fall muß die Austrittsfläche 7 des Lichtleitkegels 1 in vertikaler Richtung einen größeren Durchmesser aufweisen als in horizontaler Richtung.
Die geometrische Form der Austrittsfläche 7 kann dabei ganz den Erfordernissen angepaßt werden, wie z. B. der Aufteilung der Rasterplatte für die Signalanzeige.
In F i g. 2 ist eine beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Signalanzeigevorrichtung schematisch dargestellt, mit der zwei verschiedenfarbige Signale auf der gleichen Anzeigetafel dargestellt werden können. Die Vorrichtung besteht dementsprechend aus zwei vielarmigen Lichtleitern 8, 8', deren Ein elenden in getrennten Rasterpunkten 9, 9' einer Rasterplatte 11 enden. Am Ende jeder Einzelfaser 10 ist ein kreisförmiger Lichtleitkegel 1 angebracht, der in die Rasterplatte 11 eingelassen ist und dessen Austrittsfläche einen Rasterpunkt 9 bzw. 9' darstellt. Die Lichtleitkegel 1 sind so in die Rasterplatte 11 eingelassen, daß eine wetterfeste Baueinheit entsteht.
Zusätzlichen Schutz bietet eine ebene oder gewölbte Scheibe 12. Die Scheibe 12 kann auch mit einem Antireflexbelag versehen sein, um auftretendem Reflexphantomlicht entgegenzuwirken.
Unter Reflexphantomlicht versteht man das durch die Signalanzeigevorrichtung zurückgeworfene Fremdlicht (am häufigsten Sonnenlicht), durch das ein Lichtzeichen erzeugt wird, ohne daß die Lichtquelle der Signalleuchte eingeschaltet ist. Das Auftreten von Reflexphantomlicht wird durch jede reflektierende Fläche innerhalb des Lichtweges der Signalanzeigevorrichtung begünstigt.
Um dies zu vermeiden und darüber hinaus die Lichtausbeute zu erhöhen, sind auch die Lichtleitkegel 1 mit den Enden der Lichtleitfasern 10 optisch gekoppelt, d.h., sie sind durch einen optischen Kitt oder eine Immersionsflüssigkeit von gleicher Brechzahl wie derjenigen der Lichtleitfasern 10 bzw. der Lichtleitkegel 1 fugenlos so verbunden, daß sich am Übergang keine optische Brechungsschicht ausbildet.
Die Lichtleitfaserbündel 8, 8' werden an ihren zusammengefaßten Enden 13, 13' durch je ein Glühlampensystem 14, 14' beleuchtet Zwischen dem Faserbündelende 13 und dem Glühlampensystem 14 ist noch ein Farbfilter 15 angeordnet, der aus den Rasterpunkten 9 ein farbiges Signal erscheinen läßt, wenn das Glühlampensystem 14 eingeschaltet ist In F i g. 2 ist als Beispiel das Glühlampensystem 14' eingeschaltet, durch das ein ungefärbtes Signal aus den Rasterpunkten 9' sichtbar wird.
Durch die verhältnismäßig geringen Abmessungen der an den Lichtleitfaserenden befindlichen Lichtleitkegel kann die Zahl der eingesetzten mehrarmigen Lichtleiter zur Darstellung einer Vielfalt von Symbolen auf der gleichen Anzeigetafel noch wesentlich erhöht werden. Dabei können mehrere Lichtleitfasern, die je von verschiedenen mehrarmigen Lichtleitern kommen, entweder in einem gemeinsamen Lichtleitkegel als Rasterpunkt enden oder jeweils mit getrennten Lichtleitkegeln nebeneinander in der Rasterplatte angeordnet sein.
Die Lichtleitkegel können aus einem optisch isolierten, konischen Stab bestehen, der aus optisch transparentem Material besteht. Wichtig ist, daß der Kegel eine gute Lichtdurchlässigkeit aufweist und daß an seinen Mantelflächen auf der Innenseite eine Totalreflexion stattfindet.
Eine weitere Variante besteht darin, daß die Lichtleitkegel selbst aus einem Bündel konisch sich erweiternder Lichtleitfasern zusammengesetzt sind. Da die Änderung der Ausgangsapertur gegenüber der Eingangsapertur eines Kegels nur von dem Durchmesserverhältnis der Endflächen abhängt, spielt es keine Rolle, ob der Kegel eine ideal geometrische oder eine nicht lineare, jedoch stetige Erweiterung bzw. Verengung besitzt.
Die Aufteilung der Lichtleiter kann so erfolgen, daß mehrere Lampen ein Zeichen ausleuchten, wobei jede einzelne Lampe das Zeichen voll darstellt. Dies bedeutet eine höhere Betriebssicherheit bei Lampenausfall und ermöglicht eine stufenweise Anpassung der Signallichtstärke an die Umgebungshelligkeit.
Es besteht auch die Möglichkeit, daß eine einzige Lampe mehrere Zeichen ausleuchtet, indem sie in geeigneter Weise dem jeweiligen Zeichen zugeordnet wird. Dies kann z. B. auf optischem oder mechanischem Weg erfolgen.
Durch Farbfilter ist es möglich, mehrfarbige Signale zu übertragen bzw. mehrere verschiedenfarbige Signale nach Bedarf wechselweise zu schalten. Die Farbgebung kann auch durch andere zusätzliche Elemente oder durch Einfärben eines oder mehrerer der den Signalanzeiger bildenden optischen Komponenten erfolgen.

Claims

Patentansprüche: 1. Signalanzeigevorrichtung zur Ausstrahlung von Lichtzeichen, bestehend aus einer Anzeigefläche, in deren Rasterpunkten die verzweigten Enden eines oder mehrerer mehrarmiger Lichtleiter münden, deren zusammengefaßte andere Enden von einer Lichtquelle beleuchtbar sind, d a du r c h g e k e n n z e i c h ne t, daß die einzelnen Rasterpunkte (9, 9') aus Lichtleitkegeln (1) bestehen, deren große Endquerschnitte (7) die optische Abstrahlungsebene der Anzeigefläche bilden und deren kleine Endquerschnitte (6) mit den Enden dieser mehrarmigen Lichtleiter (8, 8', 10) optisch verbunden sind.
2. Signalanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigefläche aus einer Rasterplatte (11) besteht, in die die Lichtleitkegel (1) so eingelassen sind, daß ihre großen Endquerschnitte (7) mit der Oberfläche der Rasterplatte (11) eine Ebene bilden.
3. Signalanzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die großen Endquerschnitte (7) der Lichtleitkegel (1) eine von den kleinen Endquerschnitten (6) abweichende Gestalt aufweisen.
4. Signalanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitkegel (1) aus einem optisch isolierten, konischen Stab aus transparentem Material bestehen.
5. Signalanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitkegel (1) aus einer Mehrzahl konischer Lichtleitfasern zusammengesetzt sind.
6. Signalanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die großen Endquerschnitte (7) der Lichtleitkegel (1) mit einem reflexvermindernden Belag versehen sind.
7. Signalanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von Einzelenden (10) verschiedener mehrarmiger Lichtleiter (8, 8') in einem Rasterpunkt (9, 9') endet und mit einem gemeinsamen Lichtleitkegel (1) versehen ist.
8. Signalanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitkegel (1) mit der Rasterplatte (11) eine wetterfeste, dichte Einheit bilden.
9. Signalanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Anzeigefläche zusätzlich eine ebene oder gewölbte Schutzscheibe (12) angeordnet ist.
10. Signalanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausleuchten eines dieser zusammengefaßten anderen Enden eines mehrarmigen Lichtleiters (13, 13') mehrere Lichtquellen angeordnet sind, von denen jede auch allein das ganze darzustellende Zeichen wiedergeben kann.
11. Signalanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere mehrarmige Lichtleiter ein Zeichen bilden, wobei jeder mehrarmige Lichtleiter an seinem zusammengefaßten anderen Ende (13, 13') von einer separaten Lampe (14, 14') beleuchtet ist und jeder dieser mehrarmigen Lichtleiter das ganze Zeichen oder Teile desselben wiedergibt.
12. Signalanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere mehrarmige Lichtleiter (8, 8') von einer Lichtquelle in geeigneter Weise gleichzeitig oder wechselweise beleuchtet sind.
13. Signalanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Darstellung farbiger Zeichen oder Symbole zusätzliche, färbende Elemente angeordnet sind und/oder eine oder mehrere der optischen Komponenten eingefärbt sind.
14. Signalanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Rasterpunkte (9, 9') für verschiedene Zeichen auf einer Rasterfläche (12) wechselweise nebeneinander oder ineinander angeordnet sind.

Gegenstand der Erfindung ist eine Lichtsignalanzeigevorrichtung zur Sichtbarmachung von Zeichen, Ziffern oder Symbolen.

Herkömmliche Signalanzeiger zur Übertragung von Zeichen oder Ziffern bestehen in der Regel aus rasterförmig angeordneten Lampen mit vorgeschalteter Optik zur Erzeugung der gewünschten Abstrahlcharakteristik. Die Lampen werden in der Regel so geschaltet, daß wechselweise durch geeignete Lampen-Kombination verschiedene Zeichen zum Aufleuchten gebracht werden.

Die Nachteile dieser Signale liegen in der schlechten Lichtausbeute, dem hohen Lampenbedarf und der damit verbundenen hohen Störanfälligkeit durch Lampenausfall. Komplizierte Verdrahtungsschemata und mögliche Fehlinterpretation des Zeichens durch Lampenausfall kommen hinzu. Da die Lampen der einzelnen Lichtpunkte an der Darstellung verschiedener Zeichen beteiligt sind, ist nur die Anzeige von gleichfarbigen Zeichen oder Ziffern möglich. Hinzu kommt eine schlechte Auflösung der Zeichen bei Dunst oder Nebel sowie die Beschränkung der Baugröße der Anzeigegeräte nach unten, bedingt durch die Lampenabmessungen.

Seit einiger Zeit werden zur optischen Symboldarstellung auch Anordnungen benutzt, die sich eines oder mehrerer vielarmiger Lichtleiter bedienen, die an einem Ende für die gemeinsame und gleichzeitige Beleuchtung mittels einer Lichtquelle bündelartig zusammengefaßt sind und am Lichtaustrittsende mit ihren einzelnen Strängen so in einer Anzeigefläche angeordnet sind, daß ihre Verteilung dem darzustellenden Symbol entspricht.

Derartige Anordnungen gestatten, mit einer einzigen Lichtquelle ein oder mehrere Symbole auszuleuchten.

Die raumsparende Verwendung von Lichtleitern hat weiterhin den Vorteil, daß die Anzeigeflächen anders als bei der Verwendung von Glühlampen, für Spezialzwekke fast beliebig klein ausgeführt werden können.

Optische Anzeigevorrichtungen, die sich mehrarmiger Lichtleiter bedienen, sind z. B. aus der DL-PS 63 020, der DT-OS 23 49 764, der DT-OS 21 26 672 und der DT-OS 22 45 460 bekannt.