DE2558788A1

DE2558788A1 - Beleuchtungsvorrichtung zur schaffung einer anordnung relativ kleiner lichtquellen

Info

Publication number: DE2558788A1
Application number: DE19752558788
Authority: DE
Inventors: Lawrence Walter Grunberger
Original assignee: Personal Communications Inc
Current assignee: Personal Communications Inc
Priority date: 1974-12-26
Filing date: 1975-12-24
Publication date: 1976-07-01
Also published as: GB1538233A; DE2558788C3; FR2296201A1; FR2296201B1; BE837136A; DE2558788B2; JPS51128545A; NL7515092A

Description

PATENTANWALT

DlPL-PHYS. WCLrGAMG SEEGER

8 MÖNCHEN 22 · Tld-'Cii ΛΧΑ^ 2'

TEL(M9) 22 51S2

Anwaltsakte: 21 Pat 3

Anmelder: Personal Communications, Ine· 671 Hope Street, Stamford, Conn. o69o6 / USA

"Beleuchtungsvorrichtung zur Schaffung einer Anordnung relativ

kleiner Lichtquellen"

Die Erfindung "betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung zur Schaffung einer Anordnung von relativ kleinen Lichtquellen. In der

-v rv,> ^s > Ul,

älteren US-Patentanmeldung Ser.No. 3 ο 9»9 68', d er en lnnal t hiermit zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht wird, ist ein Mikrofichemit einstückigen Linsen "beschrieben, welche wegen ihrer kleinen Größe Lensetten genannt werden. Dieser Ausdruck Lins enfiche wurde dort für einen Mikrofiche verwendet, welches einstückig mit diesem ausgebildete Lensetten auf einer Oberfläche und eine fotografische Emulsion auf der anderen Oberfläche aufwies. Zum Zwecke der Beleuchtung der Mikrobilder auf der Emulsion und zu ihrer Projektion auf einen Schirm wurde eine Vielzahl von Lichtfasern verwendet. Jede Lichtfaser ist so positioniert, daß Projektionslicht, welches von einem Ende austritt, gegen ein entsprechendes Mikrobild gerichtet ist, rechtwinklig zur fotografischen Emulsion. Der Ausgang oder die Austrittsenden dieser Lichtfasern sind im allgemeinen an Ecken von Quadraten mit einer S'oi'tenlänge von o,254 cm (o,loo^H) angeordnet. Eine große Zahl solcher Lichtfasern ist zur Beleuchtung der Mikrobilder notwendig. Die

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Lichtaustrittsenden der Pasern bilden eine Vielzahl von Lichtpunkten, wobei der Ausdruck "Punkte" wegen der relativ kleinen Größe verwendet wird. ■

Durch Verwendung von Lichtfasern zur Beleuchtung der Mikrobilder kann die gewünschte Makroszene auf dem Betrachtungsschirm erzeugt werden, jedoch ist die präzise Ausrichtung der Lichtfaser end en nicht ganz einfach. TJm die Herstellung derartiger mikro-optischer Vorrichtungen, wie sie in der obengenannten US-Patentanmeldung beschrieben sind, zu erleichtern, sind andere Beleuchtungseinrichtungen zur Schaffung punktförmiger Lichtquellen erwünscht.

Solche Beleuchtungsvorrichtung en sind durch die vorliegende Erfindung geschaffen und in den Ansprüchen beschrieben.

Gemäß der Erfindung werden statt der Lichtfasern transparente Blätter oder Schichten verwendet.

In einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Kunststoff blatt mit einer Vielzahl von Löchern vorgesehen, welche eine Anordnung bildene Eine Oberfläche des Blattes und die Seiten der Löcher sind mit einer transparenten Substanz überzogen, welche einen ersten Brechungsindex aufweist· Ein zweiter Überzug dehnt sich gleicherweise wie der erste Überzug aus und hat einen größeren Brechungsindex. Licht, welches in die Kanten des zweiten Überzuges eingeleitet wird, wird innerhalb dieses total reflektiert und gelangt in das-Volumen oder in die Zone der Löcher und tritt aus diesen im wesentlichen parallel zur Achse derselben aus. Das austretende Licht bildet somit eine Anordnung von punktf örmigen Lichtquellen.

Bei einer zweiten Ausfuhrungsform der Erfindung ist eine transparente Platte mit einem ersten Brechungsindex auf beiden

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Seiten mit einer Substanz überzogen, welche einen zweiten, kleineren Brechungsindex aufweist. An gewünschten Punkten dee Blattes wird das Blatt verformt, wobei jede Verformung eine reflektierende Oberfläche unter einem Y/inkel von 45° bezüglich der Ebene des Blattes bildet. Das Licht, welches durch die Kante in das Blatt eingeleitet wird, wird von den .deformierten Abschnitten senkrecht zu dem Blatt nach außen reflektiert.

Gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung ist eine Anordnung von Strahlenkompressorlinsen in einem Halter montiert, welcher im wesentlichen eben ist, und die optischen Achsen der Strahlenkompressorlinsen sind senkrecht dazu ausgerichtet. Die Kanten von umgebogenen und übereinander angeordneten Lichtblättern sind so angeordnet, daß sie an den Eingangsenden der Strahlenkompressorlinsen angrenzen, wobei die Kanten einen Abstand voneinander aufweisen, um mit den Reihen zu koinzidieren, welche durch die Achsen der Strahlenkompressorlinsen gebildet werden. Das Licht wird dann in eine Eingangskante eines jeden gekrümmten Blattes eingeleitet. Licht, welches durch die Kanten des Blattes austritt, gelangt somit zu den Eingangsseiten der Strahlenkompressorlinsen zur Beleuchtung der Mikrobilder auf einem Linsenfiche.

Die Erfindung ist im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels und in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt?

Pig. 1 eine teilweise schematische Darstellung eines im allgeneinen rechtwinkligen Substrates, welches eine Vielzahl von öffnungen aufweist, welche eine Anordnung von punktförmigen Lichtquellen bilden,

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Fig. 2 einen Querschnitt durch das Substrat der Fig. 1, weichereine typische Beschichtungs- oder Überzugskonfiguration zeigt, welche einer typischen Öffnung zugeordnet ist,

Pig. 3 eine Ansicht ähnlich der Pig. 2 eines Ausführungsbeispiels,

Pig* 4 eine teilweise schematische Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbexspiel,

Pig. 5 einen Schnitt längs der Idnie 5-5 der Pig. 4» Pig. 6 eine Ansicht längs der Linie 6-6 der Pig. 4»

Pig. 7 eine perspektivische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Pig. 8 einen teilweisen Querschnitt durch die I¹Ig. 7»

Pig. 9 eine teilweise perspektivische Ansicht einer in Pig. 8 gezeigten reflektierenden Fläche in vergrößertem Maßstab,

Fig.io eine teilweise schematische Draufsicht auf eine Konstruktion, welche Licht in die in Pig. 7 gezeigte Ausführungsform führt,

Pig.11 eine perspektivische Ansicht der zusammengesetzten Konstruktion der Pig. 1o,

Pig.12 eine teilweise schematische Draufsicht auf eine Torrichtung zur Beleuchtung des Bandes eines Blattes oder einer Schicht,

Pig.13 eine Ansicht längs des Schnittes 12-12 der Pig. 12

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Fig.14 ein Verfahren zur Kopplung eines Lichtstrahles an bzw. in ein Laminat von Streifen, welches wiederum Licht in die Ausführungsform der S¹Xg. 11 leitet.

In Pig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1o im allgemeinen ein Substrat, welches eine rechteckige Form hat und aus einem starren oder steifen Material besteht. Das Blatt oder Substrat trägt das Bezugszeichen 12 und weist eine Vielzahl von Öffnungen oder Löcher 14 auf, welche sich vollständig durch das Substrat erstrecken und eine im allgemeinen regelmässige Anordnung bilden. Diese Anordnung ist im allgemeinen rechtwinklig» Wie man in Mg. 2 sieht, ist das Substrat 12 auf einer Seite mit einer Schicht 16 überzogen, welche aus transparentem Material besteht und einen ersten Brechungsindex aufweist· Die Schicht 16 erstreckt sich vollständig über die Oberfläche des Substrats 12 und erstreckt sich in das Innere der Löcher 14 hinein, so daß es die Seiten im Innern überzieht, wie die Figur es zeigt. Ein zweiter Überzug 18 ist auf dem ersten Überzug 16 angeordnet. Der zweite Überzug 18 erstreckt sich gleich weit wie der erste Überzug 16 und erstreckt sich somit auch in die Löcher 14 hinein. Falls es erwünscht ist, kann eine Abschrägung oder Abrundung 2o am oberen Eingang eines jeden Loches 14 vorgesehen sein« Die Überzüge 16 und 18 sind im wesentlichen parallel zueinander und, falls am Eingang eines jeden Loches eine Abschrägung 2p vorgesehen ist, wird dadurch eine·Vertiefung 22 an der Oberseite eines jeden Loches definiert, welche einen'Durchmesser Dj₁ hat.

Die endbearbeitete Oberfläche an den Seiten der Löcher 14, die Oberfläche der abgeschrägten Abschnitte 2o und die

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Oberflache des Substrats 12 haben vorzugsweise eine Rauhigkeit, deren quadratischer Mittelwert o,1 Mikron nicht übersteigt. Diese Oberflächen sollten so glatt als irgend möglich sein. Der erste Überzug 16 ist üblicherweise eine Schicht aus klarem Polymer mit einem relativ niedrigen Brechungsindex n1 und mit einer Dicke zwischen 1 und 1o Mikron. Vorzugsweise ist die äußere Oberfläche des Überzugs 16 glatt, wobei die örtliche Rauhigkeit innerhalb von 100 A/ Der'zweite Überzug 18 besteht typischerweise aus einem klaren Polymer, welches jedoch einen relativ höheren Brechungsindex n2 hat. Der zweite Überzug kann nach dem Verfahren aufgebracht werden, wie es in den US-PS 3 288 728 und 3 342 754 beschrieben ist, deren Inhalt hiermit zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht wird. Bei einem solchen Beispiel kann der erste Überzug 16 aus Poly(methylmethacrylat) bestehen, welches einen Brechungsindex n1 von etwa 1,491 hat.

Wie die Pfeile es anzeigen, wird Licht, welches in den Randbereich des Überzugs 18 eingetreten ist, innen reflektiert, und breitet sich aus, bis es auf einen der gekrümmten äußeren Abschnitte des Überzugs im Bereiche der Vertiefung 22 auf— trifft. Die Reflektion an der Innenseite führt dazu, daß das Licht nach unten in die Löcher 14 und im wesentlichen parallel zu deren Längsachsen weitergeleitet wird.

In der Pig. 3 ist eine Modifikation dargestellt, bei welcher der zweite Überzug so dick ist, daß weniger als das gesamte Volumen der Öffnung 14 von den beiden Überzügen ausgefüllt wird, im Unterschied zur Fig. 2, bei welcher dieses Volumen ausgefüllt ist. Das Ergebnis ist ein längliches und im allgemeinen zylindrisches Loch 24» welches im wesentlichen koaxial zur Längsachse des Loches ist. Es ist wiederum eine Vertiefung oberhalb jedes Loches vorhanden, welche das Bezugszeichen 26 trägt, ähnlich wie die Vertiefung 22 der Ausführungsform der

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Fig. 2. Anstatt abgeschrägterAbschnitte wie in Fig. 2, sind die Schulterabschnitte im Bereich der Grenzflächen der einen Oberfläche des Substrats 12 und der Löcher 14 quadratisch, und sie tragen das Bezugszeichen 28·

Eine typische -Anordnung gemäß der Erfindung ist in den Fig. bis 3 dargestellt, wobei der Durchmesser der Löcher 14 etwa o,o343 cm (o,o135 ^w) beträgt, und wobei diese Löcher an Ecken von Quadraten mit einer Seitenlänge von o,254 cm (o,1oo^w) angeordnet sind·

In den Fig. 4» 5 und 6 ist eine andere Ausfüiirungsform der Erfindung dargestellt. Ein starres oder steifes Substrat weist eine Vielzahl von Löchern auf, welche eine Vielzahl von Strahlenkompressorllnsen 34 tragen und positionieren· Jede StrahlenkoHtpresBorlinse sammelt Licht, welches seiner Eingangsseite zugeleitet wird, und führt es zu seiner Ausgangsseite· Die Ausgangsseite jeder Linse ist kleiner als die Eingangsseite, und deswegen wird sie als Strahlenkompressor bezeichnet. Im allgemeinen kann eine solche. Linse aus üblichen Materialien geformt sein, wie sie in der optischen Technik bekannt sind, z.B. aus Glas. Solch eine Linse 34 kann auch eine Form haben, wie sie aus den US-PS 3 188 478, 3 187 627 oder 3 o43 91o bekannt ist. Die genaue Art der Herstellung einer Strahlenkompressorlinse ist nicht von entscheidender Bedeutung für die vorliegende Erfindung und wird deshalb nicht näher beschrieben.

Die kleineren Ausgangsseiten der Strahlenkompressorlinsen sind angrenzend an die Mikrobilder eines Linsenfiche angeordnet, um diese Mikrobilder für die Projektion zu beleuchten; diese schmalen Ausgangsseiten der Strahlenkompressorlinsen werden anstelle der optischen Fiberenden der Fig. 5

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der genannten US-Patentanmeldung Ser.No. 3o9 968 verwendet. Die Linsen 34 sind in einem rechtwinkligen Muster angeordnet, es wird jedoch als Vorteil empfunden, daß irgendeine Anordnung oder ein beliebiger Abstand entsprechend dem besonderen Bedürfnis verwendet werden kann.

Das Bezugszeichen 36 bezeichnet eine Vielzahl von innen total reflektierenden und transparenten Blättern. Solche Blätter können z.B. aus Poly(methylmethacrylat) hergestellt sein, während beide Oberflächen mit einem Material überzogen sind, welches einen niedrigeren Brechungsindex hat. Nachdem solch ein Blatt auf diese Yfeise überzogen worden ist, weist es die bekannten Eigenschaften der optischen Fibern auf, nämlich die Eigenschaft der totalen inneren Reflektion. Licht, welches an einer Kante des Blattes im wesentlichen parallel zur Ebene des Blattes eingeführt wird, wird vollständig innen reflektiert und tritt dementsprechend an der entgegengesetzten Kante des Blattes aus. Die Kanten des Blattes sind im allgemeinen nicht überzogen. Das Blatt 36 ist so gekrümmt, daß seine Kante an den Eingangsenden einer ersten Spalte von Strahlenkompressorlinsen angrenzt. Ein zweites und ähnliches Blatt ist so positioniert, daß seine Oberfläche die Oberfläche des Blattes 36 berührt, und es v/eist ebenfalls einen gekrümmten Abschnitt auf, so daß eine Kante einer zweiten Spalte von Strahlenkompressorlinsen benachbart ist. Wie man aus den Fig. 5 und 6 sieht, berühren die Licht eingangs enden der Blätter 36 und 4o einander und bilden ein Laminat. Der Leser kann jetzt verstehen, daß zusätzliche Blätter wie die Blätter 36 und 4o aufeinander gestapelt werden; jedes Blatt hat einen gekrümmten Abschnitt, v/elcher sich nach unten erstreckt, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, wodurch die benachbarte oder angrenzende Position mit den Eingangsenden einer entsprechenden Spalte von Strahlenkompressorlinsen hergestellt wird. Die Anzahl der innen total reflektierenden Blätter ist gleich

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der Anzahl der Spalten von S trahlenkompres so rlins en.

Die Punktion dieser Anordnung ist augenscheinlich. Von einer geeigneten Lichtquelle wird Licht in die Eingangsenden des Laminats eingeleitet, welches von den aufeinander geschichteten Abschnitten der lichtleitenden Blätter gebildet wird. Das Licht teilt sich und ein Teil tritt durch jedes Blatt hindurch und an dessen entsprechender Kante aus diesem aus. Von der Kante tritt der größte Teil des Licht in die Strahlenkompressorlinsen ein, wird durch diese hindurchgeleitet und gelangt von dort zu den Mikrobildern eines Linsenfiches oder zu einem anderen Objekt, welches eine derartige Beleuchtung erfordert.

Es versteht sich, daß zwar jedes lichtleitende Blatt auf beiden seinen Oberflächen mit seinem Material mit einem niedrigeren Brechungsindex überzogen sein kannj ein solcher Überzug ist jedoch nicht absolut notwendig, außer an denjenigen Punkten oder Zonen, wo die Blätter eine Unterlage berühren. Die Blätter werden von einem Rahmen, welcher sie an ihren Kanten hält, an ihrem Platz gehalten. Die Blätter werden vorzugsweise bereits vor ihrem Einsatz in den Halte- und Tragrahmen in ihre gewünschte Form gebogen. Die Strahlenkompressorlinsen sind bezüglich ihrer Größe und Form so ausgewählt, daß jede Spalte von Linsen den größten Teil des Lichtes empfängt, welcher von der entsprechenden Beleuchtungskante des Blattes ausgeht, und daß möglichst wenig Licht verloren geht. Vorzugsweise fokussiert jede Linse das empfangene Licht auf einen Fleck, welcher geringfügig größer als die Mikrobilder ist, welche dem Linsenfiche beleuchtet werden sollen.

In den Fig. 7 bis 11 ist eine dritte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Das Bezugszeichen 5o der Fig. 7 bezeichnet allgemein die Vorrichtung, welche ein transparentes Blatt 52 aufweist, welches z.B. aus Poly(methylmethacrylat) geformt ist und auf beiden Seiten einen Überzug aufweist, so daß es

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innen total reflektiert, wie es bei optischen Fibern oder
Pasern bekannt ist. Der Überzug hat einen Brechungsindex,
welcher kleiner als der Brechungsindex des Blattes 52 ist.
Licht, welches an einer Kante 54 in das Blatt eintritt, stößt auf eine Vielzahl von Reflektoren 56, von denen in Pig. 7 lediglich einer dargestellt ist. An Hand der Fig· 8 wird jetzt die Form des Reflektors beschrieben, welcher von einem gestanzten, geprägten oder gegossenen Abschnitt des transparenten Materials 52 begrenzt wird, welcher einen Hohlraum 58
begrenzt. Die Pfeile zeigen die Richtung des Lichtes an, welches auf die reflektierende Fläche 56 stößt, und die Richtung des reflektierten Lichtes, nämlich senkrecht zur Oberfläche
des Blattes 52. Die Fig. 9 zeigt weitere Einzelheiten der reflektierenden Fläche 56, welche durch Gießen geformt wird, oder durch Eindrücken eines geeigneten Dornes oder Werkzeuges in
das Blatt 52. Die pfeile zeigen wiederum die Richtung des Lichtes an, welches zwischen den Oberflächen des Blattes durch
dieses hindurchtritt, bis es auf die reflektierende Fläche 56 stößt, von welcher es von dem Blatt heraus reflektiert wird.
Der Leser versteht jetzt, daß eine Anordnung von punktförmig en Lichtquellen dadurch gebildet werden kann, wenn eine Vielzahl von solchen reflektierenden Oberflächen 56 vorgesehen ist und das Blatt an einer Kante beleuchtet wird, wie es in der Zeichnung angedeutet ist.

Die Fig. 1o und 11 zeigen eine Ausführungsform eines Blattes, dessen Eingangskante eine Vielzahl von einstückig ausgebildeten Streifen 6o aufweist, welche voneinander getrennt sind, mit Ausnahme ihrer Basen, und welche so ausgebildet sind, daß sie verdreht werden können, so daß ihre Enden zu einem Laminat
oder Bündel zusammengeführt werden, wie es in Fig. 11 gezeigt ist. Unter Hinweis auf den rechten Abschnitt der Fig. 1o soll jetzt angenommen werden, daß es erwünscht ist, eine recht-

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winklige Anordnung von Punkten (z.B. die Mikrobilder eines Linsenfiches) mit Hilfe eines solchen Transparentblattes zu beleuchten. Es soll angenommen werden, daß es m Reihen und η Spalten gibt, so daß insgesamt N » mn Punkte vorhanden sind.

Der Abstand zwischen den Reihen soll durch den Buchstaben "b und der Abstand zwischen den Spalten durch den Buchstaben a bezeichnet sein. Dann wird der Winkel Alpha, um welchen das ankommende Licht bezüglich der X-Achse geneigt oder gekrümmt werden muß, durch das Erfordernis bestimmt, daß jede reflektierende Fläche 56 sich in der Sichtlinie längs des ankommenden Lichtstrahles befindet. Es darf sich keine reflektierende Fläche im Schatten einer anderen reflektierenden Fläche befinden. Es wird angenommen, daß das ankommende Licht ziemlich gut kollimiert, d.h. nahezu parallel ist. Die Breite w jedes Reflektors wird ebenfalls durch die Abschattungsbedingung bestimmt. Es ist also erwünscht, daß die Breite w hinreichend groß ist, so daß alles ankommende Licht eines perfekt kollimierten Strahles aus dem Blatt heraus reflektiert wird, aber nicht so groß, daß ein Schatten auf irgendeine andere reflektierende Fläche 56 geworfen wird. Es wird darauf hingewiesen:, daß die Anordnung von Reflektoren 56 demjenigen, der längs des ankommenden Lichtstrahles schaut, als eine feste Wand erscheint. Alle diese Erfordernisse sind dann erfüllt, wenn

(1) Alpha a Arcus tangens -— (2) nw see (Alpha) » b.

na

In einem Beispiel sind a=baO,5o8 cm (o,2 ")» n=20 und Alpha β 2° 52'j w β 0,0254 cn (o,o1 ^M).

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In der Praxis ist es erwünscht, daß die "Lichtpunkte" quadratisch erscheinen, wenn sie längs der Senkrechten zur flachen Oberfläche des Blattes 52 betrachtet werden» Aus diesem Erfordernis folgt, daß das Blatt 52 eine Dicke w haben sollte.

Um Licht in das Blatt einzuleiten, ist es zweckmässig, die Lichtquelle und das Blatt mit Hilfe eines Lichtleiters miteinander zu koppeln. Dies kann mit Hilfe von Streifen 6o geschehen, wie sie in den Fig. 1o und 11 dargestellt sind. Die Streifen sind so geformt, daß sie in die linke Kante des Blattes eintreten, wie es in Fig. 1o gezeigt ist, wobei ihre Achsen einen Y/inkel Alpha bezüglich der Vertikalen bilden.

Falls es erwünscht ist, können die Streifen so geschnitten sein, daß die mittleren Streifen die größte Breite haben, während die oberen und die unteren Streifen (der Fig. 1o) die kleinste Breite haben. Dies führt zu einer Annäherung eines kreisförmigen Querschnittes, wenn die Enden der Streifen wie in Fig. zusammengeführt sind.

In den Fig. 12 und 13 ist eine Vorrichtung dargestellt, welche die ICantenbeleuchtung eines oder mehrerer transparenter und innen total reflektierender Blätter oder Schichten ermöglicht, welche im Zusammenhang mit den drei Ausführungsbeispielen beschrieben und dargestellt wurden. Das Bezugszeichen 7o bezeichnet allgemein eine Beleuchtungseinrichtung, welche aus einer Vielzahl von gebogenen Lichtfasern 72 besteht, welche an ihren Innenseiten total reflektieren. Alternativ können anstelle von Lichtfasern 72 auch gekrümmte transparente Blätter verwendet werden, welche ebenfalls an ihren inneren Oberflächen total reflektieren« Die Lichtfasern oder Blätter, je nachdem, was verwendet wird, sind so gebogen, daß ihre Enden eine Oberfläche 73 begrenzen, welche normal zu den Enden der Fiber oder Blätter ausgerichtet ist. Das Bezugszeichen 74 bezeichnet einen

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halb-ringförmigen Reflektor nit einem parabolischen Querschnitt. Der Fokus des Parabols muß auf der Achse des Toroids liegen· Eine Lampe oder eine andere Beleuchtungsquelle 76 ist in einem Fokus des Parabols angeordnet. Die anderen Enden der Lichtfasern oder der transparenten Blätter sind eben und sind durch das Bezugszeichen 78 gekennzeichnet. Eine Kante 8o eines oder mehrerer transparenter Blätter ist so ausgebildet, daß sie beleuchtet werden können. Selbstverständlich kann die Kante von einem oder mehreren Blättern begrenzt werden, oder auch* alternativ durch die sich, überlappenden Streifen der Ausfünrungsform der Fig. 11.

Die Funktion der Beleuchtungseinrichtung 7o ist offensichtlich. Das Licht von der Quelle 76 wird zu den Eingangsenden der Faserbündel oder der gekrümmten, transparenten Blätter bei 73 übertragen. Das Licht tritt dann durch diese Elemente hindurch, wobei es innen total reflektiert wird, und tritt senkrecht zur Oberfläche 78 aus. Von hier gelangt es in eine Kante 8o, welche beleuchtet werden soll.

Im Falle der Ausführungsform der Fig. 11 kann Licht in eine Stirnseite oder ein Ende eines Stapels von Streifen mit Hilfe einer in Fig. 14 gezeigten Anordnung aus einer Lampe und einem Reflektor eingeleitet werden. Eine Lampe 82 ist innerhalb eines Parabolreflektor 84 angeordnet} ihr Licht wird in eine Reflektorröhre 86 geführt, und tritt aus dieser an den Eingangsenden der Streifen 6o aus.

Aus den Fig. 12 und 13 geht hervor, auch wenn es nicht extra dargestellt ist, daß die Lichtfasern oder Blätter 72 keine kompakte Masse darstellen müssen, sondern verteilt angeordnet sein können. Es können sich also eine Vielzahl von Lichtfasern oder eine Vielzahl von getrennten optischen Lichtfaserbündeln von einer Lichtquelle, z.B. 76, welche entweder der zu beleuchtenden Kante 8o benachbart sind oder diese berühren, erstrecken.

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NACHQEREICHT

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Die erfindungsgemäßo Beleuchtungsvorrichtung kann auf zwei verschiedene Weisen verwendet werden.

Bei der einen Verwendungsart schafft sio eine Vielzahl kleiner Lichtquellen, deren Licht etwa senkrecht zu dom Substrat 1o bzw. zu dem Blatt 52, welches die reflektierenden Flächen 56 aufweist, austritt und ganz schmal gebündelt ist. Bei dieser Verwendung der Beleuchtungsvorrichtung wird ein Objekt punktweise konzentriert beleuchtet. Für diesen Verwendungszweck ist die Beleuchtungseinrichtung vorzugsweise so ausgebildet, daß die Überzüge 18, an ihren Lichtaustrittssoiton glatte, zur Lochachse senkrechte Oberflächen aufweisen, so daß das Licht annähernd senkrecht aus ihnen austritt.

Besonders vorteilhaft ist aber auch die andere möglicho Verwendungsart der Beleuchtungsvorrichtung, nämlich zur möglichst gleichmäßigen Beleuchtung einer Fläche. Zu diesem Zweck ist die Beleuchtungsvorrichtung so ausgebildet, daß das Licht nicht eng gebUndelt, sondern möglichst gleichmäßig verteilt bzw. gestreut aus der Beleuchtungsvorrichtung austritt.

Wird z.B. eine Beleuchtungsvorrichtung entsprechend den Fig. 1 bis 3 verwendet, so kann dieser Verteilungs- oder Streueffekt dadurch erzielt werden, daß die Überzüge an ihren Lichtaustrittsseiten eine leicht aufgerauhte, streuende Oberfläche aufweisen.

Alternativ oder aber auch ergänzend zu dieser Ausbildung können die Überzüge an ihren Lichtaustrittsseiten eine konvexe Oberfläche aufweisen, welche das austretende Licht streut.

Mit dieser Ausbildungsform der Erfindung ist es erstmals möglich, eine Fläche mit einer flachen Beleuchtungsvorrichtung aus großer Entfernung gleichmäßig zu beleuchten. Diese Beleuchtung kann z.B. bei durchscheinenden Objekten, wie Papieren oder Bildern, von deren Rückseite erfolgen. Es wird dadurch möglich, sehr flache,

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selbstlüuchtendo Wandbilder herzustellen.

Ein äußerst wichtiger Anwendungsbereich der erfindungsgemäQen Beleuchtungsvorrichtung liugt aber auch in der Herstellung von flachen Kopiermaschinon. Diese werden erstmals dadurch ermöglicht! daß durch die beschriebene Beleuchtungsvorrichtung eine gleichmäßige Beleuchtung des zu kopierenden Blattes bei minimalem Blattbedarf ermöglicht wird, weil die Beleuchtungsvorrichtung sich in einem ganz geringen Abstand von größenordnungsmäßig 1 cm von der zu kopierenden Fläche entfernt befindet.

Selbstverständlich soll eine flache Büromaschine auch Vorlagen kopieren können, dio lichtundurchlässig sind und deshalb nicht von der Rückseite, sondern von vorne bulouchtot worden müssen. Die Böleuchtungsquelle muß deshalb die zu kopierenden Flächen von " vorne beleuchten. Andererseits darf die vor der zu kopierenden Fläche angeordnete Beleuchtungseinrichtung nicht den optischen Weg zwischen der zu kopierenden Flache und der Abbildungsvorrichtung blockieren.

Die Erlösung aus diesem Dilemma erhält man, wenn man in der Beleuchtungseinrichtung selber optische Wege vorsieht, durch welche die Abbildung eines Bildes oder einer Schrift auf einer Oberfläche mit Hilfe einer Linsonplatte durchgeführt werden kann, wie sie z.B. aus der DT-OS 2 395 106 bekannt ist, welche der eingangs genannten US-Patentanmeldung Ser.No. 3o9,968 entspricht. Solche Linsen- oder Lensettenplatten erzeugen bekanntlich Mikroteilbilder des abzubildenden Objekts.

Wenn man bei der Beleuchtungsvorrichtung entsprechend den Fig. 1 bis 3 in dem undurchsichtigen Substrat 1o an Stellen außerhalb der Löcher 14, welche die Überzüge 16 und 18 aufnehmen, weitere Löcher anbringt, die keine Überzüge enthalten und jeweils mit einer kleinen Linse oder Lensette des bekannten Lensfiches ausge-

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richtet sind, kann man durch diese Löcher der Beleuchtungsfolie das hinter dieser befindliche Objekt, also z.B. die Oberfläche eines Papierblattes, abbilden. Eine solche Abbildung kann mit der bekannten Linsenplatte im Verhältnis 1 : 1 erfolgen.

Es ist im Rahmen der Erfindung auch möglich, als Substrat für die AusfUhrungsform der Fig. 1 bis 3 eine durchsichtige Platte zu verwenden, welche an ihren Oberflächen einen lichtundurchlässigen Überzug aufweist. Soll eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer solchen Substratplatte in einer Kopiermaschine verwendet werden, so mUssen an der Oberseite und der Unterseite dieser Substratplatte sowohl miteinander als auch mit jeweils einer Lensette fluchtende Aussparungen in dem lichtundurchlässigen Überzug vorgesehen sein. Diese AusfUhrungsform der Erfindung v/eist den weiteren Vorteil auf, daß die für Kopiermaschinen zu verwendende Beleuchtungsvorrichtung besonders billig herstellbar ist, da keine Löcher in der Substratplatte selber ausgebildet werden müssen.

Diese Verwendung als Vorrichtung zur gleichmässigen Beleuchtung einer Fläche und besonders auch in Kopiermaschinen ist auch bei der AusfUhrungsform dor Fig. 7 möglich. Zu diesem Zweck ist die reflektierende Oberfläche 56 vorteilhafterweise leicht aufgerauht. Die Abbildung kann durch alle Stellen hindurch erfolgen, an denen keine reflektierenden Flächen 56 vorgesehen sind. Der auf beiden Seiten aufgebrachte Überzug, dessen Brechungsindex kleiner als der des Blattes 52 ist, stört bei der Abbildung nicht. Er reflektiert zwar das in dem Blatt befindliche Licht_f welches unter spitzem Winkel auf ihn auftriff-fc,nicht aber das von der abzubildenden Fläche reflektierte Licht, welches unter einem großen Winkel auf ihn auftrifft.

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Claims

Anspruche

Beleuchtungsvorrichtung zur Schaffung einer Anordnung von einen kleinen Abstand voneinander aufweisenden einzelnen Lichtquellen, gekennzeichnet

durch ein im allgemeinen ebenes Substrat (io), welches eine Anordnung von einzelnen Löchern (14) aufweist, welche sich hindurch erstrecken und im allgemeinen senkrecht zur Ebene des Substrats (io) angeordnet sind,

durch einen orr.ton, auf dem Substrat (io) aufgebrachten Überzug (16), welcher aus transparentem Material mit einem ersten Brechungsindex besteht und sich von der genannten einen Oberfläche in die Oberflächen der einzelnen Löcher (14) hinein erstreckt,

durch einen zweiten Überzug (18), welcher auf der Oberseite des ersten Überzugs (16) angeordnet ist, mit diesem in Berührung steht und sich gleich weit wie dieser erstreckt, und welcher aus transparentem Material besteht und einen zweiten Brechungsindex aufweist, welcher größer als der erste Brechungsindex ist,

wodurch Licht, welches in die Kanten des Überzugs (18) eingeleitet wird, durch innere Roflektion zu den Löchern (14) geleitet wird und auf der anderen Seite des Substrats (12) aus diesem austritt.
2. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überzüge (16) an ihren Lichtaustrittsseiten glatte, zur Lochachse senkrechte Oberflächen aufweisen, so daß das Licht annähernd senkrecht aus ihnen austritt.
3. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überzüge (16) an ihren Lichtaustrittsseiten leicht aufgerauhte, streuende Oberflächen aufweisen«

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4. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 3_f dadurch gekennzeichnet) daß die Überzüge (16) an ihren Lichtaustrittsseiten eine konvexe Oberfläche aufweisen, durch welche das austretende Licht gustreut wird.
5. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4_f dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (12) lichtundurchlässig ist.
6. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekonnzeichnot, daß das Substrat (io) zusätzlich zu den Löchern (14), welche Überzüge enthalten, weitere Löcher aufweist, durch welche mit kurzbrennweitigen kleinen Linsen verteilte Mikrobilder der beleuchteten Fläche aufgenommen werden können.
7. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat licht durchlässig ist

und an seinen Oberflächen einen lich^STurchlässigen Überzug aufweist, welcher sowohl an der Oberseite als auch an der Unterseite des Substrats miteinander fluchtende Aussparungen zur Abbildung eines Objekts durch die Beleuchtungsvorrichtung hindurch aufweist.
8. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden durchsichtigen Überzüge (16, 18) die Löcher (14) ausfüllen.
9. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden transparenten Überzüge (16, 18) die Löcher (14) nicht vollständig ausfüllen, wodurch innerhalb jedes Loches (14) in dessen zentraler Längsachse ein länglicher und im allgemeinen zylindrisches Hohlraum (24) gebildet wird.

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10. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingänge an der genannten Oberflache der Löcher (14) abgeschrägt sind.
11. Beleuchtungsvorrichtung zur Schaffung einer Anordnung von punktförmigen Lichtquellen, gekennzeichnet

durch ein transparentes Blatt,

durch eine Anordnung von lichtroflektierenden Flächen (56), welche jeweils in derselben Richtung ausgerichtet sind und von einem Blatt (52) getragen worden und einstückig mit diesem ausgebildet sind und welche zwischen den beiden Oberflächen des Blattes (52) angeordnet sind,

und durch eine Kante (54) des Blattes (52), welche so ausgebildet ist, daß sie Licht in Richtung der Flächen (56) empfangen kann.
12. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jede reflektierende Fläche (56) von einem Hohlraum begrenzt ist, welcher sich von einer Oberfläche des Blattes zu dessen anderer Oberfläche erstrockt und eine Wand aufweist, welche die reflektioronde Fläche (56) bildet.
13. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jede reflektierende Fläche (56) eben ist und unter einem Winkel von 45° zu der Ebene des Blattes (52) ausgerichtet ist.
14. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung von reflektierenden Flächen (56) durch η vertikale Spalten mit einem jeweiligen Abstand α und durch m horizontale Reihen mit einem jeweiligen Abstand b definiert ist, wobei die Flächen (56) jeweils eine Breite w aufweisen» daß eine Kante (54) des Blattes (52) zur Aufnahme von Licht in einer Richtung parallel zur Ebene des Blattes (52 )

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und unter einem Winkel Alpha bezüglich der Horizontalen ausgebildet ist, wobei die Relation zwischen den Größen durch die Gleichungen Alpha =* Acrus tangens —— und nw - b cos (Alpha) bestimmt ist.
15. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekonnzeichnet, daß das Blatt (52) eine Dicke w aufweist und daß jede reflektierende Fläche (56) eben ist und die Ebene des transparenten Blattes (52) unter einem Winkel von 45 schneidet.
16. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierenden Flächen streuend ausgebildet sind.
17. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das transparente Blatt (52) eine Vielzahl von einstückigen Streifen (6o) aufweist, welche unter einem festen Winkel bezüglich der Reihen der Anordnung der reflektierenden Flachen (56) ausgerichtet sind und welche aus der Ebene des Blattes herausgebogen und an ihren freien Enden miteinander schachtförmig angeordnet sind, um dadurch eine Lichteintrittsfläche zu bilden.
18. Beleuchtungsvorrichtung zur Schaffung punktförmiger Lichtquellen, gekennzeichnet

durch eine Vielzahl von Strahlenkomprossorlinsen (34), welche auf einem Substrat (32) angeordnet und einstückig mit diesem ausgebildet sind und eine Anordnung bilden,

durch eine Vielzahl von lichtleitonden, transparenten Blättern (36, 4o),

und durch eine Lichtaustrittskante an jedem Blatt neben den Lichteintrittsenden einer Teilmenge der Strahlenkompressorlinsen, wodurch die Linsen dieser Untermenge beleuchtet werden·

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19. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung rechtwinklig ist und daß jede
Untermenge eine Gpalto der Anordnung bildet.
20. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Blätter (36, 4o) mit ihren Bereichen, welche von den Lichtauntrittskanten entfernt sind, nebeneinander und einander berührend angeordnet sind.
21. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 2o, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Blatt im Querschnitt J-förmig ausgebildet ist.

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