DE3141662A1

DE3141662A1 - Beleuchtungseinrichtung

Info

Publication number: DE3141662A1
Application number: DE19813141662
Authority: DE
Inventors: Karlheinz Dipl.-Ing. 6806 Viernheim Herzig
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1981-10-21
Filing date: 1981-10-21
Publication date: 1983-05-05

Description

Beleuchtungseinrichtung
Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung, insbesondere zur Beleuchtung von Anzeige- und/oder Bedienungselementen.
Zur optischen Anzeige von Funktions- oder Betriebszuständen ist es bekannt, Anzeige- und Bedienungselemente, wie z.B. Druckknopfschalter, zu verwenden, die jeweils mit einer Glühlampe bestückt sind und durch das Aufleuchten der Lampe einen bestimmten Funktions- oder Betriebszustand signalisieren.
Sofern viele Anzeige- und/oder Bedienungselemente zur Überwachung einer Anlage oder eines Gerätes in ein Anzeige- und Bedienungsfeld zusammengefaßt sind, sind eine Reihe von Schwierigkeiten zu überwinden. In diesem Fall müssen eine Vielzahl von Glühlampen mit Fassungen, elektrische Zuleitungen und Relaisschaltungen installiert werden. Sie beanspruchen relativ viel Platz.
Es muß die Austauschbarkeit defekter Glühlampen gewährleistet werden. Das Anzeige- und Bedienungsfeld muß so gestaltet werden, daß ein Wärmestau infolge der Heizleistung der vielen nahe beieinander angeordneten Glühlampen vermieden wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bleuchtungseinrichtung, insbesondere zur Beleuchtung von Anzeige- und/oder Bedienungselementen zu schaffen, bei der auf eine einzelne Bestückung der Anzeige- und/oder Bedienungselemente mit Glühlampen verzichtet werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im polarisierten Lichtbündel einer Lichtquelle wenigstens ein Flüssigkristallelement angeordnet ist, dessen Transmissionsvermögen für polarisiertes Licht durch Anlegen einer elektrischen Spannung veränderbar ist, daß auf die der Lichtquelle abgewandten Seite jedes Flüssigkristallelmentes die Eintrittsöffnung wenigstens eines Lichtleiters gerichtet ist und daß jeder Lichtleiter das das jeweilige Flüssigkristallelement durchdringende Licht der Lichtquelle zu den zu beleuchtenden Anzeige- und/oder Bedienungselementen überträgt.
Auf diese Weise können eine Vielzahl von Lichtsignalen, die durch elektrisches Ansteuern von Flüssigkristallelementen erzeugt werden, über eine nahezu beliebig große Entfernung zu Anzeige- und/oder Bedienungselementen geführt werden und diese beleuchten. Durch das Entfallen der Glühlampen können die Anzeige- und Bedienungselemente sehr klein ausgeführt werden. Wärmeprobleme an Anzeige- und Bedienungsfeldern treten nicht auf, zumindest wenn die einzige Lichtquelle in genügendem Abstand angeordnet oder ausreichend gekühlt wird.
Die Beleuchtungseinrichtung läßt sich zum Beispiel durch Einsparung vieler Bauteile (Fassungen, Lampen) und durch Miniaturisierung ökonomisch gestalten. Die Leuchtdichte ist regelbar und kann in den Lichtleitern so hochgetrieben werden, daß selbst bei Sonnenlicht das Anzeige-und Bedienungsfeld abgelesen werden kann. Die Lebensdauer der Lichtleiter ist praktisch unbegrenzt, so daß mögliche Störquellen auf den Bereich begrenzt sind, wo die optischen Signale erzeugt werden (Lichtquelle, Flüssigkristallelemente und deren Ansteuerung).
Vorzugsweise werden mehrere, einzeln ansteuerbare Flüssigkristallelemente matrixförmig in einer ebenen, senkrecht zum Lichtbündel ausgerichteten Halterung angeordnet. Die Halterung läßt sich in vorteilhafter Weise in Form einer leicht austauschbaren Steckkarte ausbilden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist auf der der Lichtquelle abgewandten Seite der Halterung eine Lochblende angeordnet, die Durchgangsausnehmungen aufweist, die in Strahlungsrichtung mit den Flüssigkristallelementen fluchtend, und es sind in den Durchgangsaufnehmungen die Lichteintrittsenden je eines Lichtleiters befestigt und jeweils auf das entsprechende Flüssigkristallelement ausgerichtet. Auf diese Weise können verschiedene durch die Flüssigkristallelemente erzeugte Lichtsignale durch die Lichtleiter aufgefangen und an entsprechende Anzeige- und/oder Bedienungselemente weitergeleitet werden.
Es ist vorteilhaft, wenn im Strahlengang der Lichtquelle unmittelbar vor oder hinter dem wenigstens einen Flüssigkristallelement ein Polarisationsfilter angeordnet ist. Auf diese Weise kann einerseits eine Lichtquelle, die unpolarisieres Licht aussendet, verwendet werden, andererseits wird vermieden, daß unpolarisierte Streustrahlung die Flüssigkristallelemente durchdringt und unabhängig von der anliegenden Spannung auf die Eintrittsöffnungen der Lichtleiter fällt.
Es ist ferner, insbesondere bei Verwendung mit einer Lichtquelle mit Wärmestrahlung, von Vorteil, zwischen Lichtquelle und dem wenigstens einen Flüssigkristallelement ein Wärmestrahlungsfilter anzuordnen. Hierdurch kann vermieden werden, daß die höchstzulässige Temperatur der Flüssigkristallelemente überschritten wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen Lichtquelle und den Flüssigkristallelementen ein Farbfilter angeordnet. Auch bei Verwendung einer weißen Lichtquelle können durch diese Ausgestaltung die Anzeige- und/oder Bedienungselemente farbige Signale abgeben.
Ferner kann es von besonderem Vorteil sein, daß Farbfilter in Abschnitte mit unterschiedlichen Filtereigenschaften einzuteilen und jeden Abschnitt mit einer vorgegeben Anzahl von Flüssigkristallelementen zu überdecken. Auf diese Weise können unterschiedliche Anzeige- und/oder Bedienungselemente Signale unterschiedlicher Farbe abgeben. Führt man die Beleuchtungseinrichtung in der Weise aus, daß zwei oder mehr Lichtleiter zu einem Anzeige- und/oder Bedienungselement führen, jedoch das Licht jedes Lichtleiters von Flüssigkeitselementen unterschiedlicher Farbabschnitte herrührt, so läßt sich ein Anzeige- und/oder Bedienungselement so ansteuern, daß es bei verschiedenen Informationen in unterschiedlichen Farben aufleuchtet.
Anstelle der Farfilter können in vorteilhafter Weise auch mehrere Lichtquellen mit unterschiedlicher Farbe verwendet werden.
Zur Vermeidung einer Erwärmung der Flüssigkristallelemente durch die Lichtquelle findet vorzugsweise eine Kaltlichtlampe Verwendung, deren Licht durch eine Optik eine gleichmäßige Ausleuchtung der Flüssigkristallelemente ermöglicht.
Es kann für viele Anwendungsfälle auch von Vorteil sein, als Lichtquelle einen Laser zu verwenden, der mittels einer Optik bsw. einer Zersteuungslinse, die gleichmäßige Ausleuchtung der Flüssigkristallelemente ermöglicht. Sofern mehrere Laser, die Licht unterschiedlicher Wellenlänge aussenden, verschiedene Flüssigkeitselemente beleuchten, können die im Zusammenhang mit der Verwendung von Farbfiltern beschriebenen, in unterschiedlichen Farben aufleuchtenden Anzeige- und/oder Bedienungselemente realisiert werden.
Gemäß eines weiteren Erfindungsmerkmals ist am Lichtaustrittsende wenigstens eines Lichtleiters ein optischer Verteiler angeordnet, der die Ausleuchtung eines Anzeige- oder Bedienungselementes, deren Fläche größer ist als die Lichtleiterquerschnittsfläche, ermöglicht. Der optischer Verteiler kann bsw. eine Zerstreuungslinse sein.
Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt ist, soll die Erfindung näher erläutert werden.
Die Figur zeigt eine Beleuchtungseinrichtung, durch die das Licht einer mit Reflektor 10 ausgestatteten Lichtquelle 11 gesteuert und auf eine Anzeigetafel 12, die aus zwölf Anzeigeelementen 13, 14 besteht, übertragen wird. Das im wesentlichen weiße Licht der Lichtquelle 11 ist gebündelt auf eine Anordnung hintereinanderliegender optischer Elemente gerichtet. Im Strahlengang befindet sich ein Wärmefilter 15, zwei Farbfilterabschnitte 16, 17, ein Polarisationsfilter 18, eine ebene Halterung 19, in der in zwölf nur teilweise sichtbaren, rechteckigen Durchgangslöchern zwölf Flüssigkristallelemente 20 angeordent sind, und eine Lochblende 21 mit zwölf zylinderförmigen Durchgangslöchern 22.
Das Wärmefilter 15 hat die Aufgabe, die Wärmestrahlung der Lichtquelle 11 von den Flüssigkeitselementen 20 fern zu halten. Die beiden Fabfilterabschnitte 16, 17 haben unterschiedliche Filtereigenschaften. Bsw. ist der linke Farbfilterabschnitt 16, der die drei linken Flüssigkristallelemente 20 überdeckt, ein Rotfilter, während der rechte Farbfilterabschnitt 17, der die drei rechten Flüssigkeitselemente 20 überdeckt, ein Grünfilter ist.
Die sechs mittleren Flüssigkristallelemente 20, der Halterung 19 sind keiner Farbfilterung ausgesetzt.
Die zwölf Flüssigkristallelemente 20 werden über Zuleitungen 23 durch eine elektronische Schaltungseinrichtung 24, die Betriebskenndaten einer zu überwachenden Anlage aufbereitet, angesteuert. Im spannungslosen Zustand liegt die Polarisationsrichtung der Flüssigkristallelemente 20 senkrecht zu der des Polarisationsfilter 18. In diesem Fall tritt kein Licht der Lichtquelle 11 durch die Flüssigkristallelemente 20 sowie die jeweils im Strahlengang dahinterliegenden Durchgangslöcher 22 hindurch. Wird ein Flüssigkristallelement 20 durch die elektronische Schalteinrichtung mit einer entsprechenden Spannung versorgt, so wird der entsprechende optische Kanal geöffnet und es fällt Licht auf das entsprechende Durchgangsloch 22.
In die Durchgangslöcher 22 der Lochblende 21 sind Lichtleiter 25, 26, 27 eingesteckt. Die Lichtleiter 25, 26, 27 übertragen das durch die Durchgangslöcher 22 tretende Licht auf ein jeweils zugehöriges Anzeigeelement 13, 14 der Anzeigetafel 12 und Beleuchten auf diese Weise das jeweilige Anzeigeelement 13, 14.
In der Zeichnung sind lediglich drei Lichtleiter 25, 26, 27 dargestellt. Je einer, der in äußere links bzw.
rechts Durchgangslöcher 22 eingesteckten Lichtleiter 25, 26, leitet grün bzw. rot gefilterte Lichtsignale zu einem gemeinsamen Anzeigeelement 13. Je nach Ansteuerung der zugehörigen Flüssigkristallelemente 20 durch die elektronische Schalteinrichtung 24 erscheinen auf dem Anzeigeelement 13 rote bzw. grüne Farbsignale. Ein dritter Lichtleiter 27, dessen Eintrittsöffnung in ein mittleres Durchgangsloch 22 eingeführt ist, leitet weiße, ungefiltere Lichtsignale zu einem weiteren Anzeigeelement 14.
Zur Ausleuchtung eines Anzeigeelementes 13, 14 ist auf dem jeweiligen, in das Anzeigelement 13, 14 eingeführte Ende des Lichtleiters 25, 26, 27 eine nicht näher dargestellte Zerstreunungslinse aufgesetzt.

Claims

Ansprüche 1. Beleuchtungseinrichtung, insbesondere zur Beleuchtung tungvon Anzeige- und/oder Bedienungselementen (13, 14), dadurch gekennzeichnet, daß im polarisierten Lichtbündel einer Lichtquelle (11) wenigstens ein Flüssigkristallelement ~(~1 angeordnet ist, dessen Transmissionsvermögen Für polarisiertes Licht durch Anlegen einer elektrischen Spannung veränderbar ist, daß auf die der Lichtquelle (11) abgewandten Seite jedes Flüssigkristallelementes (20) die Eintrittsöffnung wenigstens eines Lichtleiters (25) gerichtet ist und daß die Austrittsöffnung des Lichtleiter (25) auf ein Anzeige- und/oder Bedienungselement (13, 14) zur Beleuchtung desselben gerichtet ist.
2. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Flüssigkristallelemente (20) matrixförmig in einer ebenen, senkrecht zum Lichtbündel ausgerichteten Halterung (19) angeordnet sind und daß jedes Flüssigkristallelement (20) mit elektrischen Zuleitungen (23) zur Beeinflußung des Transmissionsvermögens des Flüssigkristallelementes (20) versehen ist.
3. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (19), die die Flüssigkristallelemente (20) trägt, in Form einer leicht austauschbaren Steckkarte mit Steckkontakten für die elektrischen Zuleitungen (23) ausgebildet ist.
4. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der Lichtquelle (11) abgewandeten Seite der Halterung (19) eine Lochblende (21) angeordnet ist, die Durchgangsausnehmungen (22) aufweist, die in Strahlungsrichtung mit den Flüssigkristallelementen (20) fluchten, und daß in den Durchgangsausnehmungen (22) die Lichteintrittsenden Je eines Lichtleiters (25) befestigt und auf das entsprechende Flüssigkristallelement (20) ausgerichtet sind.
5. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang der Lichtquelle (11) unmittelbar vor oder hinter dem wenigstens einen Flüssigkristallelement (20) ein Polarisationsfilter (18) angeordnet ist.
6. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Lichtquelle (11) und dem wenigstens einen Flüssigkristallelement (20) ein Wärmestrahlungsfilter (15) angeordnet ist.
7. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Lichtquelle (11) und dem wenigstens einem Flüssigkristallelement (20) wenigstens ein Farbfilter angeordnet ist.
8. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Farbfilter in Abschnitte (16, 17) mit unterschiedlichen Filtereigenschaften eingeteilt ist und jeder Abschnitt (16, 17) eine vorgegebene Anzahl von Flüssigkristallelementen (20) überdeckt.
9. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (11) eine Kaltlichtlampe mit einer Optik ist, die eine gleichmäßige Ausleuchtung der Flüssigkristall- elemente (20) ermöglicht.
10. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle ein Laser mit einer Optik, bsw. einer Zerstreuungslinse, ist, die eine gleichmäßige Ausleuchtung der Flüssigkristallelemente (20) ermöglicht.
11. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichent, daß am Lichtaustrittsende wenigstens eines Lichtleiters (25, 26, 27) ein optischer Verteiler angeordnet ist, der die Ausleuchtung eines Anzeige- oder Bedienungselementes (13, 14), deren Fläche größer ist als die Lichtleiterquerschnittsfläche, ermöglicht.
12. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Lichtquellen (11) unterschiedlicher Farbemission das Feld der Flüssigkristallelemente (20) beleuchtet.