DE2454996A1 - Einrichtung zur ankopplung von lichtfuehrungselementen an eine lichtquelle - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Ankopplung von Lichtführungselementen an eine Lichtquelle.
• Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Ankopplung mehrerer Lichefuhrungselemente an eine gemeinsame Lichtquelle, wobei mittels optischer Zwischenglieder eine Richtwirkung auf die Lichtstrahlen ausgeübt wird, Lichtführungselemente sind in der Anzeigetechnik immer dort von Vorteil, wo die Lichtquelle aus verschiedenen Gründen nicht unmittelbar im Anzeigefeld angeordnet werden soll.
• IhreAnwentung ist darüber hinaus insbesondere bei Verkehrssignalgebern auch aus sicherheitstechnischen Uberlegungen zweckmäßig, da man beispielsweise sämtliche Signalgeber einer Straßenkreuzung mit einer einzigen Lichtquelle speisen kann; beim Ausfall dieser gemeinsamen Lichtquelle fallen demnach sämtliche Signalgeber maus, so daß kein verkehrsgefährdender Signalzustand entstehen kann (deutsche Offenlegungsschrift 2 304 668). Die Signalzustände werden dabei durch Steuerblenden erzeugt, welche in den Lichtleitweg eingreifen.
• Ein wichtiges Problem bei der Verwendung von Lichtleitersystemen ist bis jetzt immer noch der geringe Durclmesser der Lichtleitfasern, so daß sie Jeweils relativ wenig Licht aufnehmen und zur Anzeigefläche übertragen können. Wenn beispielsweise eine punktförmige Lichtquelle das Licht kugelförmig abstrahlt oder eine stabförmige Lichtquelle eine zylinderförmige Abstrahlung besitzt, so kann aus diesem gesamten Strahlenbündel nur relativ wenig Licht von Lichtleitfasern aufgefangen werden. Selbst wenn man die Lichtleitfasern eng aneinander gebündelt anordnet, geht ein großer Teil der Lichtstrahlen an ihren Eintrittsöffnungen vorbei. Zudem können die Lichtleitfasern nur Licht aufnehmen, wenn der Divergenzwinkel der einfallenden Strahlung in einem bestimmten Bereich liegt.
• Zwar ist es benannt, die Lichtquelle auf einer Seite mit einem Kugel- bzw. Zylinderspiegel zu versehen und das nach der anderen Seite abgestrahlte und reflektierte Licht mit einer Kondensorlinse in ein Bündel paralleler Lichtstrahlen umzuwandeln. Aber auch das reicht vielfach nicht aus, um den einzelnen Lichtleitfasern genügend Licht anzubieten.
• Dazu sind diese gleichgerichteten Strahlenbündel im Durchmesser um mehrere Zehnerpotenzen größer als die einzelnen Lichtleiter. Man müßte also Tausende von Lichtleitfasern nebeneinander anordnen, um das angebotene Strahlenbündel einigermaßen auszützen. Für die praktische Anwendung, beispielsweise bei Signalanlagen, liegt die Zahl der getJünschten Lichtleitwege in einer ganz anderen Größenordnung, nämlich etwa zwischen 10 und 100.
• Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden und eine optimale Ankopplung der einzelnen Lichtleitfasern an eine gemeinsame Lichtquelle derart vorzunehmen, daß möglichst das gesamte abgestrahlte Licht in die vorgesehenen Lichtleiter eingekoppelt werden kann.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen der Lichtquelle und den Eintrittsflächen der einzelnen Lichtführungselemente eine Kombination eines Strahlvervielfachers mit mindestens einer Sammellinse vorgesehen ist.
• Durch die erfindungsgemäße Kombination von optischen Elementen ist es möglich, das abgestrahlte Licht der gemeinsamen Lichtquelle in so viele Strahlen aufzuteilen, wie Lichtführungselemente vorgesehen sind, und gleichzeitig diese einzelnen Lichtstrahlen auf die Eintrittsflächen der einzelnen Lichtführungselemente zu fokussieren.
• Als Strahlvervielfacher können bekannte optische Elemente verwendet werden, beispielsweise eine Strahlteileranordnung oder ein Beugungsgitter. Dabei ist es zweckmäßig, hinter dem Strahlvervielfacher für Jeden der abgehenden Lichtstrahlen eine Linse'vorzusehen, welche den betreffenden Strahl fokussiert und den Lichtstrahl jeweils unter dem richtigen Divergenzwinkel auf den zugehörigen Lichtleiter auftreffen läßt. Für bestimmte Anordnungen kann es auch von Vorteil sein, eine einzige Linse vor dem Strahlvervielfacher anzuordnen, so daß beispielsweise aus einem Beugungsgitter bereits fokussierte Strahlen austreten.
• In einer anderen zweckmäßigen Ausführungsform kann der Strahlvervielfacher durch eine Anzahl von halbkugelförmig oder zylinderförmig angeordneten Linsen gebildet werden.
• Auf diese Weise kann ebenfalls das gesamte abgestrahlte Licht aufgefangen und auf die Lichtleiter konzentriert werden. In einer Weiterbildung kann diese Linsenanordnung auch von einem.einzigen Körper gebildet werden, in dessen Oberfläche die Linsen eingeformt sind.
• Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert.
• Es zeigen Fig. 1 eine bekannte Anordnung mit einer stabförmigen Lichtquelle und einer Kondensorlinse, Fig. 2 eine erfindungsgemäße Anordnung mit einer Strahlteileranordnung als Strahlvervielfacher, Fig. 3 ein Beugungsgitter zur Strahlvervielfachung, Fig. 4 eine erfindungsgemäße Anordnung mit einem Beugung gitter und nachgeschalteten Linsen, Fig. 5 ein Beugungsgitter mit einer einzigen vorgeschalteten Linse.
• Fig. 6 einen optischen Körper mit einem Linsenraster, das gleichzeitig als Strahlvervielfacher wirkt, Fig. 7 eine halbkugelförmige Linsenaxrdnung, die ebenfalls gleichzeitig als Strahlvervielfacher dient.
• Die Fig.1 zeigt eine bekannte optische Anordnung zur Lichterzeugung für Lichtleitfasern. Eine stabförmige Lichtquelle 1 strahlt ihr Licht zylinderförmig ab, wobei ein Teil dieser Strahlen direkt auf eine Kondensorlinse 2 trifft. Ein weiterer Teil der Strahlen wird von einem Zylinderspiegel 3 reflektiert und ebenfalls auf die Kondensorlinse 2 geworfen.
• Es entsteht ein Bündel aus parallelen Lichtstrahlen, dessen Rechteckquerschnitt durch die angedeuteten Strahlen 4,5,6 und 7 begrenzt wird. Diese parallelen Strahlen treffen auf die Lichtleitfasern 8 und werden durch sie fortgeleitet. Auch wenn diese Lichtleitfasern 8 eng -gebündelt angeordnet sind, geht ein erheblicher Teil des erzeugten Lichtes an ihnen vorbei und verloren.
• Die Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Ankopplung z zwischen einer Lichtquelle und mehreren Lichtleitfasern (im Schnitt).
• Dabei wird das Licht von der Lichtquelle 11 teils direkt, teils indirekt durch Reflexion am Zylinderspiegel 13 auf die Kondens--orlinse 12 geworfen und durch diese parallel gerichtet.
• Als Strahlvervielfacher dient eine Anordnung mit mehreren Strahlteilern 14, deren schräge Trennflächen 15 jeweils als halbdurchlässige Spiegel wirken, und Prismen 14' zur Strahlumlenkung. Das parallele Strahlenbündel vom Kondensor 12 wird also an diesen schrägen Trennflächen 15 immer wieder halbiert, so daß mehrere parallele Strahlenbündel gleicher Stärke entstehen. In der Fig. 2 wird nur der Weg des Mittelpunktstrahles 16 dargestellt, der durch die Prismenanordnung in parallele Strahlen 17 umgewandelt wird. An den Außenflächend18 der Prismen 14' ist eine Totalreflexion angenommen.
• Hinter der Strahlteileranordnung mit den Strahlteilern 14 ist für Jeden Ausgangsstrahl eine Linse 19 vorgesehen, welche jeweils dasStr-ahlenbündel um den Mittelpunktsstrahl 17 sammelt und auf die Eingangsfläche der zugehörigen Lichtleitfaser 20 fokussiert. Auf diese Weise wird das gesamte vom Kondensor 12 abgestrahlte Licht in einzelne Bündel aufgeteilt und gezielt den einzelnen Lichtleitfasern zugeführt.
• In den Fig. 3 bis 5 wird eine weitere Möglichkeit eines Strahlvervielfachers dargestellt, und zwar mittels eines Beugungsgitters. Die Fig.3 zeigt die grundsätzliche Wirkungsweise eines Beugungsgitters anhand der Vervielfachung eines einzigen Strahls. Das Gitter 21 ist auf einen Gitterträger, beispielsweise eine Glasplatte 22, aufgebracht bzw. in dessen Oberfläche eingeritzt. Der Lichtstrahl 23 wird an einer Gitteröffnung so gebeugt, daß ein Bündel von radial versetzten Strahlen 24 entsteht. Die Dispersionswirkung des Beugungsgitters bzw. eines Punkthologramms könnte gleichzeitig zur Erzeugung von Signalfarben aus dem einfallenden weißen Licht ausgenutzt werden. Dies ist insbesondere für Verkehrssignalanlagen von Bedeutung.
• In der Fig.4 wird die Strahlteilung anhand eines Strahlenbündels 33 gezeigt, welches an einem Gitter 31 mit dem Gitterträger 32 gebeugt wird. Durch die Beugung entstehen mehrere Strahlenbündel 34, welche jeweils einer Linse 35 zugeleitet und durch diese auf die nachgeschalteten Lichtleitfasern 36 fokussiert werden.
• Die Fig. 5 zeigt wiederum die Beugung eines Strahlenbündels 43 an einem Beugungsgitter 41. Im Gegensatz zur Fig. 4 sind hier aber nicht mehrere Linsen hinter dem Beugungsgitter angeordnet, sondern an deren Stelle ist hier eine einzige Linse 45 vor dem Gitter vorgesehen.
• Auch durch diese Anordnung entstehen mehrere Strahlenbündel 44, die auf die nachgeschalteten Lichtleitfasern 46 fokussiert sind.
• Die Fig.6 und 7 schließlich zeigen optische Anordnungen, bei denen die Sammellinsen nicht mehr vom Strahlvervielfacher getrennt sind. So fällt in der Fig.6 ein paralleles Strahlenbündel 51 auf einen Linsenkörper 52, in dessen Oberflächen beiderseits Linsenkrümmungen 53, 55 eingeprägt sind. Durch die Form der Linsenkrummungen wird der Strahl 51 nicht nur in mehrere Strahlen 54 aufgeteilt, sondern diese werden gleichzeitig auf die nachfolgenden Lichtleitfasern 56 fokussiert.
• Die Fig. 7 schließlich zeigt eine weitere Möglichkeit für eine erfindungsgemäße Lichtleiterankopplung. Hierbei: ist ausgegangen von einer punktförmigen Lichtquelle 61, an deren einer Seite ein Hohlkugelspiegel 62 angeordnet -ist, so daß das gesamte Licht halbkugelförmig abgestrahlt wird. In dieser Abstrahlrichtung sind Linsen 63 halbkugelförmig angeordnet, so daß sie insgesamt als Strahlvervielfacher wirken und die Strahlenbündel 64 auf die Lichtleiter 66 fokussieren. Die halbkugelförmige Linsenanordnung 67 kann entweder aus Einzellinsen 63 zusammengesetzt sein oder wiederum von einem einzigen Körper gebildet werden. Der erfindungsgemäße Effekt der Strahlvervielfachung und gleichzeitigen Bündelung'wird hier wie bei den anderen Ausführungsformen erreicht.
• 9 Patentansprüche 7 Figuren

Claims (1)

1. Patentansprüche Q.)Einrichtung zur Ankopplung mehrerer Lichtführungselemente an eine gemeinsame Lichtquelle, wobei mittels optischer Zwischenglieder eine Richtwirkung auf die Lichtstrahlen ausgeübt wird, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß zwischen der Lichtquelle (11; 61) und den Eintrittsflächen der einzelnen Lichtführungselemente (20; 36; 46; 56; 66) eine Kombination eines Strahlvervielfachers (14; 31; 41; 52; 65) mit mindestens einer Sammellinse (19; 35; 45; 53t 55; 63) vorgesehen ist.

   2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlvervielfacher eine Folge hintereinander geschalteter Strahlteiler (14, 15) vorgesehen ist.

   3. Einrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlvervielfacher ein Beugungsgitter (31; 41) vorgesehen ist.

   4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Beugungsgitter (31) für jeden ausgehenden Lichtstrahl (34) eine Sammellinse (35) nachgeschaltet ist.

   5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Strahlengang (43) vor dem Beugungsgitter (41) eine Sammellinse (45) eingeschaltet ist.

   .6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlvervielfacher durch die Anordnung (52; 67).

   einer Anzahl von Linsen (cm31 55; 63) gebildet wird.

   7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen (63) halbkugelförmig gegenüber einer annähernd punktförmigen Lichtquelle (61) angeordnet sind.

   8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen zumindest teilweise zylinderförmig gegenüber einer linienförmigen Lichtquelle angeordnet sind.

   9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen (53, 55) von einem einzigen Körper (52) gebildet werden.