DE2449766B2 - Optisches projektionssystem, insbesondere fuer einen lichtzeichner - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Projektionssystem, insbesondere für einen Lichtzeichner, mit einem Projektionskopf, der eine Lichtquelle, wenigstens einen einem Lichtleiterbündel zugeordneten Abblendmechanismus mit einer Blende und im Lichtweg hinter diesem ein die Ebene einer im Lichtweg liegenden Maske beleuchtendes Kondensorsystem sowie ein Projektionslinsensystem zur Abbildung der Maske aufweist.

Das Projektionssystem gemäß der Erfindung ist insbesondere für automatische Zeichenmaschinen gedacht, bei denen dann, wenn Kopf und Zeichenplatte feststehen. Masken mit beliebiger Form, z. B. Punkte, Buchstaben, Zahlen, Zeichen und Symbole, auf lichtempfindliches Material abgebildet werden können. Bewegt sich der Kopf gegenüber der Fläche des lichtempfindlichen Materials, so können vorgegebene Linien auf dem Material aufgezeichnet werden.

Lichtempfindliche Materialien haben unterschiedliche Dicken, und zwar abhängig davon, ob sie aus Trockenplatten oder Film, der wiederum verschiedene Stärke haben kann, bestehen. Diese unterschiedliche Materialstärke müßte an sich ausgeglichen werden. Trotzdem ist bei herkömmlichen photographischen Zeichenmaschinen keine Möglichkeit vorgesehen, dieser Verschiebung der Bildebene infolge der unterschiedlichen Stärke des lichtempfindlichen Materials, das Anwendung findet, auszugleichen. Es wird vielmehr bei den bekannten Zeichenmaschinen in Kauf genommen, daß diese bei verschiedenen Materialstärken außerhalb des Schärfebereiches arbeiten. Soweit bei den bekannten Zeichenmaschinen eine Nachvorgesehen ist. wird ledigiah eine Verlagerung der Bildebene dadurch ausgeglichen, das die Projektionslmse verstellt wird, nicht jedoch die Maske oder die Zeichenplatte verschoben werden. wodurch ein Fehler im Abbildungsmaßstab und somit z. B. in der Breite der zu zeichnenden Linien entsteht. Die Veränderung in Abbildungsmaßstab führt außerdem zu einer Veränderung der Lichtstarke des abgebildeten Punktes, was ebenfalls Veränderungen

■ ο in der Breite der gezeichneten Linien verursacht.

Bei den bekannten Abblendmechanismen wird die Blendenöffnung in einer vorgegebenen Ebene entweder durch eine Blendenscheibe verändert oder es erfolgt ein Abblenden der Lichtintensität mittels eines Materials, welches einen veränderlichen Lichtdurchlässigkeitsfaktor hat, um so eine Belichtungssteuerung zu ermöglichen. Die Methode, die Blendenöffnung durch Betätigung einer Blendenscheibe zu verändern, ist für die Anwendung bei einem Lichtzeichner wenig geeignet, da bisher keine Mechanismen auf dem Markt sind, die den hohen Beanspruchungen standzuhalten in der Lage wären. Die Verminderung der Strahlungsintensität bzw. des Lichtflusses mit einem Material veränderlicher Lichtdurchlässigkeit kann auch mit Hilfe eines optischen Filters, z. B. eines Lichtkeiles, oder unter Benutzung einer polarisierenden Scheibe, eines Flüssigkristalls oder eines Kristalls wie KDP erfolgen. Bei Benutzung eines optischen Filters tritt jedoch insbesondere die Schwierigkeit auf, den Lichtdurchlässigkeitsfaktor auf einem gleichbleibenden Wen zu halten. Wird von einem Kristall (KDP) Gebrauch gemacht, dann bereitet es Schwierigkeiten, den Einfallswinkel des Lichtes zu steuern. Die Verwendung eines Flüssigkeitskristalls führt zu Schwieriges keiten bezüglich des Ansprech- und Kontrastverhältnisses. Alle herkömmlichen Abblendmechanismen und -methoden sind also mit Schwierigkeiten verbunden und für die Anwendung bei einer schnellen Abblendvorrichtung zur Steuerung der Lichtmenge in einem Lichtzeichner wenig geeignet.

Bei dem bekannten Projektionssystem der eingangs erwähnten Art beleuchtet eine Niederspannungs-Halogen-Glühlampe über einen Kondensor und ein Objektiv in einer separaten Lichtbox die eine Endfläche eines Lichtteiterkabels, welches von der Lichlbox zum Lichtzeichenkopf führt, wobei dann das andere Ende des Lichtleitkabels die Lichtquelle für den Lichtzeichenkopf bildet. In der Lichtbox ist im Bereich der Lichtleiteröffnung ein Abblendmechanismus vorgesehen, dessen Blende, ein dünnes ebenes Metallplättchen, mit der Spule eines elektromagnetischen Tauchspulensystems verbunden ist. In der Ruhestellung deckt die Blende die Lichtleiteröffnung vollkommen ab. Entsprechend der elektrischen Ansteuerung gibt die Blende einen der Größe ihres Hubs entsprechenden Querschnitt der Lichtleiteröffnung frei, so daß ein bestimmter Lichtstrom in den Lichtleiter eintreten kann, wobei der Strom von Null bis zu einem Maximalwert stufenlos steuerbar ist. Das Lichtleiterkabel hat bei dem bekannten Projektionssystem im wesentlichen nur die Aufgabe, die optische Verbindung zwischen der separaten Lichtbox und dem Lichtzeichenkopf herzustellen. Das die Blende bildende Metallplättchen ragt dabei mehr oder weniger

hs weit in den Strahlengang des Lichtes aus der Halogenlampe hinein und deckt einen mehr oder weniger großen Teil an einer Seite des Gesamtstrahles ab. Dies hat den Nachteil, daß der Strahleneane im-

symmetrisch geschwächt wird und somit auch keine Gewahr fiir eine gleichmäßige Ausleuchtung bzw. Beleuchiungsdichte der erzeugten Linien od. dgl gegeben ist Es wird vielmehr das Projektionslicht an einer Seite heller und auf der anderen Seite weniger hell ausfallen, was die Qualität des gezeichneten Bildes natürlich beeinträchtigt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein optisches Projektionssystem der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem auf mögitchst einfache Weise sichergestellt ist, daü beim Abblenden eine über den Querschnitt des Strahlenganges im wesentlichen gleichbleibende Lichtintensität aufrechterhalten wird, wobei der bei dem System gemäß der Erfindung verwendete Abblendmechanismus auch ausreichende Stabilität besitzt und die vorstehend erläuterten Schwierigkeiten der bekannten, den Lichtfluß schwächenden Systeme nicht befürchten sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Blende als Hohlzylinder mit einander gegenüberliegenden symmetrischen Blendenöffnungen in der Zylinderwand ausgebildet ist und daß das Lichtleiterbündel im Inneren des Hohlzylinders koaxial zum Strahlengang durch die Blendenöffnung angeordnet ist.

Durch die Ausbildung der Blende als Hohh-ylinder mit einander gegenüberliegenden symmetrischen Blendenöffnungen in der Zylinderwand wird erreicht, daß bei der Schließbewegung der Blende das einfallende Licht auf einer Seite, das austretende Licht hingegen auf der anderen Seite ausgeblendet wird, so daß die Symmetrieachse des die Blende durchsetzenden Lichtes unverändert bleibt. Durch geeignete Wahl der Ausbildung der Blendenöffnung kann darüber hinaus eine progressive, degressive oder lineare Minderung der Lichtintensität über den Schwenkwinkel des Hohlzylinders erzielt werden. Durch die Anordnung des Lichtleiterbündels koaxial zum Strahlengang durch die Blendenöffnung wird dabei erreicht, daß bei der Schließbewegung der hohlzylindrischen Blende tatsächlich lediglich zwei einander symmetrisch gegenüberliegenden Randbereiche des die Blende durchsetzenden Lichtes ausgeblendet werden, so daß das aus dem Abblendmechanismus austretende Licht mit unveränderter und nach wie vor gleichmäßig verteilter Intensität vorliegt, jedoch die Querschnittsfläche des Lichtbündels durch symmetrisch zur optischen Achse liegende Ausblendungen verringert ist. Dies führt zu einer gleichmäßigen Lichtintensität des auf die Abbildungsebene auftreffenden Lichtes. Da das Lichtleiterbündel im Inneren der hohlzylindrischen Blende sehr kurz sein kann, ist auch kaum mit Lichtverlusten zu rechnen, während bei dem eingangs erwähnten Lichtzeichner infolge der Länge des Lichtleiters von etwa 1 m Licht-Verluste von etwa 40% auftreten können.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Projektionssystems gemäß der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 2 und 3.

Nachstehend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Projektionssystems gemäß der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 im Schnitt das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Projektionssystems,

Fig. 2 einen Schnitt durch ein Projektionssystem ähnlich Fig. 1, wobei jedoch das Lichtleiterbündel im Abblendmechanismus fehlt, und

Fie. 3a und 3b Schnitte durch den Abbicndmecha-

nismus in unterschiedlichen Positionen

Wie Fig. I zeigt,gelangt der Lichtstrom einer Lichtquelle O. ι. B einer Jodlampe, über eine BeleuchtungslmseL: /u einem \l!ilendmechanismus,mitdem eine Veiänd -; der weitergeleiteten Lichtmenge möglich is' ;Jer Abblendmechanismus umfaßt e nc hohlz\lind. sehe Blende S, die zwei gleiche Öffnungen aufweist welche in der Zylinderwand der Blende S einander diametral gegenüberliegend und symmetrisch

ίο angeordnet sind. Bei Verdrehung der Blende S um ihre (zur Zeichenebene vertikale) Achse wird nui der durch die Öffnungen des Abblendmechanismus bzw. der Blende S hindurchtrelende Lichtfluß abgebildet. Innerhalb der hohlzyündrischen Blende 5 ist ein Lichtleiterbündel F feststehend angeordnet, die optische Achse des Lichtleiterbündels F fällt mit der optischen Achse der Blende i (s. F1 g. 1) zusammen. Die Blende S in Verbindung mit dem Lichtleiterbündel F bildet das Steuerelement /ur Veränderung der von der Lichtquelle O kommenden Lichtmenge.

Ein Strahlenteiler M reflektiert den größten Teil des aus dem Abblendmechanismus kommenden Lichtes und la"! lediglich einen kleinen Teil durch. Dieser kleine Teil kommt zu einem lichtempfindlichen Element P, /. B. einem Pholoelemeni, welches die Intensität des durchgelassenen Lichtes bestimmt. Die Maske -i wird über ein Linsensystem aus den Linsen /
und L-, beleuchtet, wobei das Linsensystem L- und I , die Lichtstrahlung sammelt und für eine gleichförmige Ausleuchtung der abzubildenden Maike mit hoher Lichtslaik; sorgt. In dem Raum zwischen den Linsen L- und L-. (Abstand </_:) verläuft die Strahlung etwa parallel Hs ist weiter eine Projektionslinse L₄ vorgesehen, die die Maske A mit der gewünschten Vergrößerung (b/w Verkleinerung) abbildet. Das tatsächliche Bild der Maske A entsteht bei £, wobei die Abbildung auf dem auf der Zeichenplatte aufliegenden lichtempfindlichen Material mittels der Projektionslinse L₄ erfolgt.

Bei der Vorrichtung gemäß F i g. 1 ist der Abstand d, veränderlich, wobei bei Veränderung des Abstandes die Einheit B. welche aus der Linse L<, der Maske A, der Projektionslinse L₄ und dem realen Bild E besteht, auf- und abbewegt werden kann, ohne daß die Lage der einzelnen Teile der Einheit B zueinander verändert würde.

Das Lichtleiterbündel Fist so angeordnet, daß seine ausgangsseitige Endfläche im wesentlichen in der Brennebene der Linse L₂ liegt. Infolgedessen verläuft der Strahlengang, ausgehend von dem LichtleiterbündelF, annähernd parallel durch die Linse L₂ hindurch und tritt so in die Linse L₃ ein. Da die Linse L₁ so angeordnet ist, daß ihre Schnittebene etwa mit der Pupillenebene der Projektionslinse L₄ zusammenfällt, wird das reale Bild der Endfläche des Lichtleiterbündels Fin der Pupillenebene der Projektionslinse L₄ abgebildet. Diese Zuordnung ändert sich nicht, auch wenn die Einheit B zur Änderung des Abstandes rf, auf- und abbewegt wird, so daß das reale Bild E immer gleichmäßig mit konstanter Lichtstärke beleuchtet wird. Weiterhin ergibt sich natürlich auch keine Änderung in dem bei der Projektion eintretenden Vergrößerungsfaktor und somit bezüglich des realen Bildes E. Mit Hilfe des optischen Projektionssystems nach der Erfindung kann daher durch Bewegung der Einheit B in Abhängigkeit von der Stärke des lichtempfindlichen Materials, das jeweils Verwendung findet, bei unveränderter Vergrößerung eine gleich-

mäßige Ausleuchtung über die gesamte Zeilenbreite auf der Bildebene gewährleistet werden. Es können somit Zeichnungen mit Linien konstanter Stärke erzeugt werden.

Der Strahlenteiler M kann natürlich nicht nur zwisehen dem Abblendmechanismus (Blende S, Lichtleiterbündel F) und der Linse L₂ angeordnet sein. Es ist in gleicher Weise möglich, den Strahlenteiler M zwischen den Linsen L₂ und L_h zwischen der Linse L_} und der Maske A, zwischen der Maske A und der Projektionslinse L₄ oder aber auch zwischen der Projektionslinse L₄ und dem realen Bild E anzuordnen. Weiterhin ist es nicht erforderlich, das Projektionssystem gemäß Fig. 1 so auszubilden, daß es an dem Strahlenteiler M rechtwinkelig abknickt. Es wäre genauso gut möglich, alle Elemente in einer geraden Linie anzuordnen, wobei im letzteren Falle jedoch ein Strahlenteiler M verwendet werden müßte, der fast durchscheinend ist, um zu verhindern, daß die zur Abbildung verwendete Lichtstärke zu stark reduziert wird.

Zur näheren Erläuterung der Wirkung des Abblendmechanismus gemäß der Erfindung zeigt Fig. 2 ein optisches Projektionssystem, bei dem der Abblendmechanismus zwar eine hohlzylindrische Blende 5, jedoch kein Lichtleiterbündel F aufweist. Bei dem Projektionssystem gemäß Fig. 2 wird das von der Lichtquelle O ausgehende Licht durch die Sammellinse L₁ gebündelt, wodurch ein erstes Bild O' der Lichtquelle O innerhalb des Hohlzylinders S entsteht. Dieses Bild O' wird dann von einer weiteren Linse L₅ (die den Linsen L₂ und Ly in Fig. 1 entspricht) wiederum bei O" in der Pupillenebene der Projektionslinse L₄ abgebildet.

Wie aus Fig. 2 zu erkennen ist, wird bei dem dort gezeigten Projektionssystem die Maske A dann gleichförmig ausgeleuchtet, wenn der Hohlzylinder 5 des Abblendmechanismus weder den einfallenden noch den austretenden Lichtstrahl beschneidet, d. h., wenn beide Öffnungen der Blende S im wesentlichen symmetrisch zur optischen Achse liegen. Wird jedoch die hohlzylindrische Blende S um ihre Symmetrieachse, die gleichzeitig die Rotationsachse bildet, verdreht, um einen Teil der Lichtmenge auszublenden, dann wird einseitig ein Teil des Lichtes ausgeblendet, und es ergibt sich eine Verschiebung des Gleichgewichtes bezüglich der Ausleuchtung. Je nach Verdrehungswinkel erfolgt eine Beschneidung der Strahlung in den schraffierten Bereichen, wodurch die Maske A im oberen Bereich stärker, im unteren Bereich schwächer beleuchtet wird (bei Drehung der Blende S im Uhrzeigersinn).

Es ist leicht einzusehen, daß eine derartige Ungleichmäßigkeit in der Ausleuchtung der Maske A einen großen Nachteil darstellt, wenn die Linienstärke und der Linienabstand bei einem Lichtzeichner mit hoher Genauigkeit eingehalten werden müssen. Wenn nun erfindungsgemäß das Lichtleiterbündel F innerhalb der hobJzylindrischen Blende S angeordnet ist, ist mit dem Auftreten derartiger Ungleichmäßigkeiten bei der Ausleuchtung der Maske A nicht mehr zu rechnen. Wie die Fig. 1 bis 3 zeigen, ist das Lichtleiterbündel F so angeordnet, daß seine optische Achse mit der Strahlungsachse zusammenfällt. Bei Abblendung durch Verdrehung der Blende S wird nun an einer Seite der Blende S die Strahlung, die auf die eingangsseitige Oberfläche des Lichtleiterbündels F auffällt, teilweise beschnitten. Nachdem die Strahlung das Lichtleiterbündel F durchsetzt hat, erfolgt eine entsprechende Beschneidung an der Austrittsöffnung.

Die Fig. 3a und 3b zeigen nun in vergrößertem Maßstab die Wirkungsweise des Abblendmechanismus mit der Blende S und dem Lichtleiterbündel F, wobei die Fig. 3a den Abblendmechanismus bei voll geöffneter Blende darstellt. In dieser Stellung liegen die Öffnungen a-b bzw. c-d symmetrisch zur optischen Achse. Die Fig. 3b zeigt eine Position des Abblendmechanismus, in der ein Teil des Lichtes durch Verdrehung der Blende S ausgeblendet ist. Dabei wird das einfallende Licht teilweise durch den Randbereich α der eingangsseitigen Öffnung ausgeblendet. Nach dem Durchtritt des Lichtes durch das optische Lichtleiterbündel F erfolgt nochmals eine teilweise Beschneidung des Lichtstrahles, und zwar durch den Randbereich d der Austrittsöffnung. Der aus dem Abblendmechanismus bzw. der Blende S austretende Lichtstrahl hat dann einen Querschnitt, der einer Öffnungsform entspricht, wie sie durch die scheinbaren Randbereiche e und d bestimmt würde. Dies bedeutet aber, daß eine der Lichtquelle O entsprechende zweite Lichtquelle auf der ausgangsseitigen Oberfläche des Lichtleiterbündels F gebildet wird, deren Größe, d. h. Fläche, nach Wunsch symmetrisch verändert werden kann, indem der Abblendmechanismus betätigt und die Blende S gedreht wird.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß das Lichleiterbündel /"vorzugsweise so angeordnet ist, daß das Bild seiner ausgangsseitigen Endfläche in der Pupillenebene der Projektionslinse L₄ liegt, so daß sich eine gleichmäßige Ausleuchtung des realen Bildes der Maske A mit beliebig einstellbarer Lichtstärke ergibt, indem zur Veränderung der Lichtstärke die hohlzylindrische Blende 5 des Abblendmechanismus verdreht wird. Es ist also eine sehr genaue Belichtungssteuerung durch Veränderung des Drehwinkels der Blende S in Abhängigkeit von einem Wechsel in der Zeichengeschwindigkeit möglich. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist sehr einfach und billig, da keinerlei Verschleißteile erforderlich sind, wodurch sich eine hohe Lebensdauer und daneben eine hohe Einstellgeschwindigkeit ergibt Der Abblendmechanismus kann ohne weiteres als Verschluß eingesetzt werden, indem der die hohlzylindrische Blende S um einen entsprechend großen Winkel verdreht wird, so daß der Lichtleiter F durch die ÖBhungen nichit mehr bestrahlt werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (3)

Patentansprüche

1. Optisches Projektionssystem, insbesondere für einen Lichtzeichner, mit einem Projektionskopf, der eine Lichtquelle, wenigstens einen einem Lichtleiterbünoe! zugeordnelen Abblendmechanismus mit einer Blende und im Lichtweg hinter diesem ein die Ebene einer im Lichtweg liegenden Maske beleuchtendes Kondensorsystem sowie ein Projektionslinsensystem zur Abbildung der Maske aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (S) zls Hohlzylinder mit einander gegenüberliegenden symmetrischen Blendenöffnungen in der Zylinderwand ausgebildet ist und daß das Lichüeiterbündel (F) im Inneren des Hohlzylinders koaxial zum Strahlengang durch die Blendenöffnungen angeordnet ist.

2. Projektionssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bild der ausgangsseitigen Endfläche des Lichtieiterbündels \F) in der Pupillenebene des Projektionslinsensystems (I₄) liegt.

3. Projektionssystem nach Anspruch ! oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil iL%) des Kondensorsystems, die abzubildende Maske (.4) und das Projektionslinsensystem (Li) in fester räumlicher Zuordnung zueinander (Einheit B) gegenüber der Zeichenplatte bewegbar sind, wobei sich der mitbewegte Teil des Kondensorsystems in einem Bereich etwa konstanter Beleuchtungsstarke bewegt.