DE2449766C3 - Optisches Projektionssystem, insbesondere für 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 Konde.nsorsystem 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 unterschied· liehe 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 NachStellmöglichkeit vorgWhen ist, wird lediglich eine Verlagerung der Bildebene dadurch ausgeglichen, das die Projektionslinse 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 im Abbildungsmaßstab führt außerdem zu einer Veränderung der Lichtstärke des abgebildeten Punktes, was ebenfalls Veränderungen

ίο 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 Lichtfiusses 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 Licht-

durchlässigkeitsfaktor auf einem gleichbleibenden Wert 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 Schwierigkeiten 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 Lichlbox die eine Endfläche eines, Lichtleiterkabels, welches von der Lichtbox 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 Tauchspuleinsystems verbunden ist. In der Ruhestellung deckt die Blende die Lichtleiteröffnung vollkommen ab. Entsprechend der elektrischen Ansteuerung g;ibt 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 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 Strahlengang un-

«vmmetrisch geschwächt wird und somit auch keine ■rewähr für eine gleichmäßige Ausleuchtung bzw. \ Reieuchtungsdichte der erzeugten Linien od. dgl. ge- ^: '- »n ist Es wird vielmehr das Projektionslicht an einer "«^te heller und auf der anderen Seite weniger hell |^5e _fay_{en was} die Qualität des gezeichnet an Bildes "iflatüriinh'beeinträchtigt

> Der Erfindung liegt nun die Aufgabe «.ugrunde, ein ' nti'ches Projektionssystem der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem auf möglichst einfache Weise sichergestellt ist, daß beim Abblenden eine über den 'nuerschnitt des Strahlenganges im wesentlichen leichbleibende Lichtintensität aufrechterhalten wird, fmbei der bei dem System gemäß der Erfindung verendete Abblendmechanismus auch ausreichende Stabilität besitzt und die vorstehend erläuterten Schwierigkeiten der bekannten, den Lichtfluß schwächenden Systeme nicht befürchten sind.

7ur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemaß vorgeschlagen, daß die Blende als Hohlzj linder mit einander gegenüberliegenden symmetrischen Blendenöffnungen in der Zylinderwand ausgebildet ist und HaS das Lichtleiterbündel im Inneren des Hohlzylinders koaxial zum Strahlengang durch die Blenden-Kffmine angeordnet ist

Durch die Ausbildung der Blende als Hohlzylinder mrt einander gegenüberliegenden symmetrischen Blendenöffnungen in der Zylinderwand wird erreicht, rtäß bei der Schließbewegung der Blende das einfalrr_{de Lic}ht auf einer Seite, das austretende Licht hinoeeen auf der anderen Seite ausgeblendet wird, cn 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 «reicht daß bei der Schließbewegung der hohlzylindrischen Blende tatsächlich lediglich zwei einander symmetrisch gegenüberliegenden Randbereiche des ^Blende durchsetzenden Lichtes ausgeblendet werden so daß das aus dem Abblendmechanismus austretende Licht mit unveränderter und nach wie vor Bleichmäßig verteilter Intensität vorliegt, jedoch die Querschnittefläche 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 Lichtleiterbundel im Inneren der hohlzylindrischen Blende sehi 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 Lichtverluste von etwa 40% auftreten können.

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

Nachstehend wird ein bevorzugtes Ausfuhrungsbei-SBiel eines-Projektionssystems gemäß der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

Fig 1 im Schnitt das Ausführungsbcispiel des erfindungsgemäßen Projektionssystems,

Fig 2 einen Schnitt durch ein Projektionssystem ähnlich Fig. 1, wobei jedoch das Lichtle>terbundel im Abblendmechanismus fehlt, und Pi., 1» und 3b Schnitte durch den Abblendmecha-■
nismus in unterschiedlichen Positionen.

Wie F i g. 1 zeigt, gelangt der Lichtstrom einer Licmquelle O, z. B. einer Jodlampe, über eine Beleucntungslinse L, zu einem Abblendmecharasmus, mit dem eine Veiänderung der weitergeleiteten Lichtmenge möglich fct Der Abblendmechanismus umfaßt eine hohlzy'indrische Blende S, die zwei gleiche Öffnungen aufweist, welche in der Zylinderwand der Blende i einander diametral gegenüberliegend und symmetnsen ίο angeordnet sind. Bei Verdrehung dei Blende i um ihre (zur Zeichenebene vertikale) Achse wird nur der durch die Öffnungen des Abblendmechanismus bzw der Blende S hindurchtretende Lichtfluß abgebildet Innerhalb der hohlzylindrischen Blende S ist em Lichtleiterbündel F feststehend angeordnet, die opüscne Achse des Lichtleiterbündels F fällt mit der optischen Achte der Blende S(s. F i g. 1) zusammen. Die Blende ύ in Verbindung mit dem LichÜeiterbündel F bildet das Steuerelement zur Veränderung der von der Licntquelle 0 kommenden Lichtmenge.

Ein Strahlenteiler M reflektiert den größten Teil des aus dem Abblendmechanismus kommenden Lichtes und läßt lediglich einen kleinen Teil durch. Dieser kleine Teil kommt zu einem lichtempfindlichen Element P, z. B. einem Photoelement, welches die Intensität des durchgelassenen Lichtes bestimmt uie Maske A wild über ein Linsensystem aus den Linsen L₂ und L₃ beleuchtet wobei das Linsensystem L₁ und L, die Lichtstrahlung sammelt und für eine gleichförmige Ausleuchtung der abzubildenden Maske mit honer Lichtstärke sorgt. In dem Raum zwischen den Linsen L₂ und L₃ (Abstand «/,) verläuft die Strahlung etwa parallel Es ist weiter eine Projektionslinse L₄ vorgesehen die die Maske A mit der gewünschten vergrößerung (bzw. Verkleinerung) abbildet. Das tatsächliche Bild der Maske A entsteht bei £, wobei die Abbildung auf dem auf der Zeichenplatte aufliegenden lichtempfindlichen Material mittels der Projektions-

40 ^UlBei deivoSchtung gemäß Fig. 1 ist der AbstandIJ, veränderlich, wobei bei Veränderung des Abstandes die Einheit ß, welche aus der Linse L₃ der Maske-.Λ, der Projektionslinse L₄ und dem realen Bild E besteht auf- und abbewegt werden kann, ohne daß die_Lage

45 der einzelnen Teile der Einheit B zueinander verändert

^WDas Lichtleiterbündel Fist so angeordnet, daß seine auseangsseitige Endfläche im wesenüichen in der Brennebene der Linse L₂ liegt Infolgedessen verlauft 50 der Strahlengang, ausgehend von dem LichtleiterbündelF, annähernd parallel durch die Linse L₂ hindurch und tritt so in die Linse L₃ ein Da die Linse Lj so angeordnet ist, daß .hre Schnittebene *™ mrtder Pupillenebene der Projektionshnse ^4 zusammenfallt, 55 wird das reale Bild der Endfläche des Lichtleiterbündels Fin der Pupillenebene der Proiektionslinseι L₄ abgebildet. Diese Zuordnung ändert sich nicht auch wenn die Einheit B zur Änderung des Abstandes d, auf- und abbewegt wird, so daß das reale Bild £ imme 6o gleichmäßig mit konstanter Lichtstarke beleuchtet wird Weiterhin ergibt sich natürlich auch keine Ana.rung in dem bei der Projektion .eintretendenι Verarößeningsfaktor und somit bezuglich des realen BHdes £. Mit Hilfe des optischen Projektionssystems 65 nach der Erfindung kann daher durch Bewegung der ⁵ Einheit B in Abhängigkeit von der Starke^des lichtempfindlichen Materials, das jewe.ls Verwendung findet, bei unveränderter Vergrößerung eine gleich-

mäßige Ausleuchtung über die gesamte Zeilenbreite dem Auftreten derartiger Ungleichmäßigkeiten bei der

auf der Bildebene gewährleistet werden. Es können Ausleuchtung der Maske A nicht mehr zu rechnen,

somit Zeichnungen mit Linien konstanter Stärke er- Wie die Fig. 1 bis 3 zeigen, ist das Lichtleiterbündel F

zeugt werden. so angeordnet, daß seine optische Achse mit der Strah-

Der Strahlenteiler M kann natürlich nicht nur zwi- 5 lungsachse zusammenfällt. Bei Abblendung durch Verschen dem Abblendmechanismus (Blende S, Licht- drehung der Blende S wird nun an einer Seite der leiterbündel F) und der Linse L₂ angeordnet sein. Es Blende 5 die Strahlung, die auf die eingangsseitige ist in gleicher Weise möglich, den Strahlenteiler M zwi- Oberfläche des Lichtleiterbündels F auffällt, teilweise sehen den Linsen L₂ und L₃, zwischen der Linse L₃ beschnitten. Nachdem die Strahlung das Lichtleiterund der Maske Λ, zwischen der Maske A und der Pro- io bündel F durchsetzt hat, erfolgt eine entsprechende jektionslinse L₄ oder aber auch zwischen der Projek- Beschneidung an der Austrittsöffnung.
tionslinse L₄ und dem realen Bild E anzuordnen. ' Die Fig. 3a und 3b zeigen nun in vergrößertem Weiterhin ist es nicht erforderlich, das Projektions- Maßstab die Wirkungsweise des Abblendmechanismus system gemäß Fig. 1 so auszubilden, daß es an dem mit der Blende 5 und dem Lichlleiterbündel F, wobei Strahlenteiler M rechtwinkelig abknickt. Es wäre ge- 15 die Fig. 3a den Abblendmechanismus bei voll genauso gut möglich, alle Elemente in einer geraden öffneter Blende darstellt. In dieser Stellung liegen die Linie anzuordnen, wobei im letzteren Falle jedoch ein Öffnungen a-b bzw. c-d symmetrisch zur optischen Strahlenteiler M verwendet werden müßte, der fast Achse. Die Fig. 3b zeigt eine Position des Abblenddurchscheinend ist, um zu verhindern, daß die zur Ab- mechanismus, in der ein Teil des Lichtes durch Verbildung verwendete Lichtstärke zu stark reduziert wird. 20 drehung der Blende S ausgeblendet ist. Dabei wird

Zur näheren Erläuterung der Wirkung des Abblend- das einfallende Licht teilweise durch den Randmechanismus gemäß der Erfindung zeigt Fig. 2 ein bereich α der eingangsseitigen Öffnung ausgeblendet, optisches Projektionssystem, bei dem der Abblend- Nach dem Durchtritt des Lichtes durch das optische mechanismus zwar eine hohlzylindrische Blende S, Lichtleiterbündel F erfolgt nochmals eine teilweise jedoch kein Lichtleiterbündel F aufweist. Bei dem 25 Beschneidung des Lichtstrahles, und zwar durch den Projektionssystem gemäß Fig. 2 wird das von der Randbereich d der Austrittsöffnung. Der aus dem Lichtquelle O ausgehende Licht durch die Sammel- Abblendmechanismus bzw. der Blende S austretende linse L₁ gebündelt, wodurch ein erstes Bild O' der Lichtstrahl hat dann einen Querschnitt, der einer Lichtquelle O innerhalb des Hohlzylinders S entsteht. Öffnungsform entspricht, wie sie durch die schein-Dieses Bild O' wird dann von einer weiteren Linse L< 30 baren Randbereiche e und d bestimmt würde. Dies (die den Linsen L₃ und Lj in Fig. 1 entspricht) wieder- bedeutet aber, daß eine der Lichtquelle O entspreum bei O" in der Pupillenebene der Projektionslinse L₄ chende zweite Lichtquelle auf der ausgangsseitigen abgebildet. Oberfläche des Lichtleiterbündels F gebildet wird.

Wie aus Fig. 2 zu erkennen ist, wird bei dem dort deren Größe, d. h. Fläche, nach Wunsch symmetrisch gezeigten Projektionssystem die Maske A dann gleich- 35 verändert werden kann, indem der Abblendmechanisförmig ausgeleuchtet, wenn der Hohlzylinderides Ab- mus betätigt und die Blende 5 gedreht wird,
blendmechanismus weder den einfallenden noch den Es sei noch darauf hingewiesen, daß das Lichleiteraustretenden Lichtstrahl beschneidet, d. h., wenn beide bündel F vorzugsweise so angeordnet ist, daß das Bild Öffnungen der Blende 5 im wesentlichen symmetrisch seiner ausgangsseitigen Endfläche in der Pupillenebene zur optischen Achse liegen. Wird jedoch die hohl- 40 der Projektionslinse L₄ liegt, so daß sich eine gleichzylindrische Blende 5 um ihre Symmetrieachse, die mäßige Ausleuchtung des realen Bildes der Maske A gle^;chzeitig die Rotationsachse bildet, verdreht, um mit beliebig einstellbarer Lichtstärke ergibt, indem zur einen Teil der Lichtmenge auszublenden, dann wird Veränderung der Lichtstärke die hohlzylindrische einseitig ein Teil des Lichtes arsgeblendet, und es Blende 5 des Abblendmechanismus verdreht wird. Es ergibt sich eine Verschiebung des Gleichgewichtes be- 45 ist also eine sehr genaue Belichtungssteuerung durch zügiich der Ausleuchtung. Jenach Verdrehungswinkel Veränderung des Drehwinkels der Blende S in Aberfolgt eine Beschneidung der Strahlung in den schraf- hängigkeit von einem Wechsel in der Zeichengefierten Bereichen, wodurch die Maske A im oberen schwindigkeit möglich. Die Vorrichtung gemäß der Bereich stärker, im unteren Bereich schwächer be- Erfindung ist sehr einfach und billig, da keinerlei leuchtet wird (bei Drehung der Blende S im Uhrzeiger- 50 Verschleißteile erforderlich sind, wodurch sich eine sinn). hohe Lebensdauer und daneben eine hohe Einstell-

Es ist leicht einzusehen, daß eine derartige Ungleich- geschwindigkeit ergibt. Der Abblendmechanismus

mäßigkeit in der Ausleuchtung der Maske A einen kann ohne weiteres als Verschluß eingesetzt werden,

großen Nachteil darstellt, wenn die Linienstärke und indem der die hohlzylindrische Blende 5" um einen der Linienabstand bei einem Lichtzeichner mit hoher 55 entsprechend großen Winkel verdreht wird, so daß

Genauigkeit eingehalten werden müssen. Wenn nun der Lichtleiter F durch die Öffnungen nicht mehr be-

erfindungsgemäß das Lichtleiterbündel F innerhalb strahlt werden kann,
der hohlzylindrischen Blende 5 angeordnet ist, ist mit

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. 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, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (S) als Hohlzylinder mit einander gegenüberliegenden symmetrischen Blendenöffnungen in der Zylinderwand ausgebildet ist und daß das Lichtleiterbündel (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 Lichtleiterbündels (F) in der Pupillenebene des Projektionslinsensystems (L₄) liegt.

3. Projektionssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil (L₃) des Kondensorsystems, die abzubildende Maske (A) und das Projektionslinsensystem (I₄) in fester räumlicher Zuordnung zueinander (Einheit B) gegenüber der Zeichenplatte bewegbar sind, wobei sich der mitbewegte Teil des Kondensorsystems in einem Bereich etwa konstanter Beleuchtungsstärke bewegt.