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Anordnung zur Signalübertrazunz mittels optischer Leiter
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Signalübertragung
mittels optischer Leiter von einer durch die Wendelabbildung einer Signallampe beleuchteten
Lichte in trittsseite, auf der die optischen Leiter räumlich benachbart zu einem
Strang vereinigt auf einer im wesentlichen rechteckigen Lichteintrittsfläche festgelegt
sind, zu einer Lichtaustrittsseite, auf der die optischen Leiter bündelweise in
einem durch ein jeweils darzustellendes Zeichen gegebenen Muster verteilt angeordnet
sind, insbesondere für die Zeichendarstellung bei der Verkehrssteuerung.
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Eine derartige Anordnung ist beispielsweise aus dem Prospekt "Lichtleiteranzeiger
LA 250" der Siemens AG, Bestell-Nr. F 523/124, bekannt. Dort ist ein faseroptischer
Anzeiger mit gerasterter Zeichendarstellung beschrieben, wie er beispielsweise für
die Verkehrs steuerung verwendet wird. Für eine gute Lesbarkeit der jeweils dargestellten
Zeichen ist es erforderlich, die einzelnen Rasterpunkte der Darstellung jeweils
gleichstark auszuleuchten. Dies verlangt auf der Lichteintrittsseite des Abbildungssystems
eine möglichst homogene Beleuchtung der Lichtleiterbündel. Eine homogene Beleuchtung
der Lichtleiter kann z. B. durch eine statistische Verteilung der Lichtleiter über
die gesamte Lichteintrittsfläche des Systems erreicht werden. Wie dies technisch
zu realisieren ist, ist z. B. in IBM Technical Disclosure Bulletin Vol. 18 No. 1
June 1975, S. 189 angegeben. Das dort beschriebene Verfahren zur Mischung der Lichtleiter
ist jedoch relativ
aufwendig und damit kostenintensiv. Außerdem
lassen sich wegen der Zwischenlagen zwischen den einzelnen Lichtleitern keine hohen
Leuchtdichten erreichen wie sie für eine gute Zeichenerkennbarkeit erforderlich
sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung der eingangs näher erläuterten
Gattung so auszubilden, daß eine lichtintensive und intensitätsgleiche Rasterpunktbeleuchtung
bei einem Minimum an Kosten und Zeitaufwand für die lichteintrittsseitige Halterung
und Festlegung der Lichtleiter erreichbar wird. Diese Anordnung soll darüber hinaus
so beschaffen sein, daß ihre Beleuchtungseigenschaften sich beim Auswechseln der
jeweils beleuchtenden Signallampe nicht ändern, das heißt, daß keine Nachjustierung
der Signallampe bzw. des Lichtleiterstranges erforderlich ist. Ferner soll die Anordnung
so beschaffen sein, daß sie wahlweise auch für Signallampen unterschiedlichen Typs,
das heißt unterschiedlicher Leistung und unterschiedlicher Wendelausbildung verwendbar
ist.
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Eine weitere Aufgabe der erfindungsgemäßen Anordnung ist es, mit möglichst
wenig Volumen für den Leiterbereich, in dem die Lichtmischung erfolgt, auszukommen
und so zu einer geringen Einbautiefe des optischen Systems zu gelangen. Für die
Festlegung der Lichtleiterbündel auf ihrer Lichteintrittsseite sollen die Lichtleiter
möglichst wenig beansprucht werden; hierdurch soll das Brechen einzelner Leiter,
wie es bei intensiver Mischung der Leiter auftritt, weitgehend verhindert werden.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß die Leiterbündel lichteintrittsseitig
jedes für sich rechteckig ausgeformt und alle gemeinsam in Längsrichtung der Wendelabbildung
so nebeneinander angeordnet sind, daß die
einzelnen Rechtecke mit
ihren längeren Seiten quer zur Längsachse der Wendelabbildung ausgerichtet sind,
und daß die durch die Summe der Einzelrechtecke gegebene Lichteintrittsfläche gegenüber
der Wendelabbildung so ausgerichtet ist, daß diese mit ihren Wendelendbereichen
die Lichteintrittsfläche der Leiterbündel zu beiden Seiten hin überdeckt. Durch
die seitlichen Uberdeckungsbereiche der Wendelabbildung wird erreicht, daß die Lichteintrittsfläche
des Systems auch beim Auswechseln einer Signallampe in gleicher Weise wie bisher
beleuchtet wird, auch wenn der Lampenfaden der jeweils neuen Signallampe, bezogen
auf seine Längsachse, zur einen oder anderen Seite geringfügig verschoben ist. Variiert
die Höhenanordnung der Lampenwendeln von Signallampe zu Signallampe, so ändert dies
an den Abbildungseigenschaften des Systems in aller Regel nichts; ergeben sich bei
größeren Toleranzen der Wendelanordnung dennoch Änderungen in der Beleuchtungsintensität,
so wirken sie auf sämtliche Rasterpunkte der Darstellung in gleicher Weise, das
heißt, die Zeichendarstellung insgesamt bleibt homogen.
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Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles näher erläutert.
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Die Zeichnung zeigt in Figur 1 schematisch einen faseroptischen Anzeiger,
in Figur 2 eine Glühwendelabbildung auf der Lichteintrittsseite des optischen Systems,
in Figur 3 die Anordnung und Verteilung der Lichtleiterbündel auf der Lichteintrittsseite
des Systems und in Figur 4 eine vorteilhafte Ausbildung für die Halterung der Lichtleiter.
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Figur 1 zeigt einen faseroptischen Digitalanzeiger, wie
er
beispielsweise im Eisenbahnwesen als sogenannter Zusatzanzeiger für die großflächige
Signalisierung von Fahrgeschwindigkeiten zu verwenden ist. Das auf einem Sichtschirm
1 darzustellende Zeichen 2 wird aus einer Reihe von Rasterpunkten 3 gebildet, von
denen aus Gründen der Übersichtlichkeit nur einige wenige dargestellt sind.
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Der Sichtschirm kann beispielsweise als undurchsichtige Tafel ausgebildet
sein, in die in vorgegebenem Raster Durchbrüche eingelassen sind. In die Durchbrüche
werden von der Rückseite her bedarfsweise Lichtleiterbündel 4 eingestöpselt. Diese
Lichtleiterbündel können auf ihrer Lichtaustrittsseite mit einer optischen Linsenanordnung
versehen sein, über die den einzelnen Rasterpunkten bestimmte Abstrahlcharakteristika
zuzuordnen sind. Die Lichtleiterbündel 4 bestehen aus einer Anzahl von optischen
Leitern, wie sie für viele Anwendungszwecke verwendet werden. Die einzelnen Leiterbündel
sind in einer Manschette 5 zu einem Leiterstrang zusammengefaßt und werden über
einen Kondensor 6 von einem Beleuchtungskörper 7 aus beleuchtet. Dieser Beleuchtungskörper
7 wird durch eine Signallampe mit einer Glühwendel 8 gebildet.
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Diese Glühwendel 8 wird über den Kondensor 5 als Wendelabbildung 9
auf die Stirnseite der Manschette 5 abgebildet. Auf dieser Stirnseite der Manschette
sind die Lichteintrittsenden der Lichtleiterbündel 4 in der durch die Erfindung
gegebenen Weise angeordnet; sie bilden die Lichteintrittsfläche 10 des Systems.
Zur Verdeutlichung der Erfindung wird nachstehend auf die Figuren 2 und 3 Bezug
genommen. Figur 2 zeigt die Abbildung der Glühwendel 8 einer Signallampe 7 auf der
Stirnseite der Manschette 5 und die Wendelabbildung 9 der angeschalteten Glühwendel
8. Diese Wendelabbildung zeigt, daß der ausgeleuchtete Bereich etwa die Form eines
langgestreckten
Trapezes aufweist. Um eine möglichst lichtstarke
Ausleuchtung zu erzielen, ist man bestrebt, die Wendelabbildung auf der Lichteintrittsseite
des Systems möglichst klein zu halten; sie wird in aller Regel in der gleichen Grö-Anordnung
liegen wie die durch die Abmessungen der Lichtleiter gegebene Lichteintrittsfläche
des Systems. Figur 3 verdeutlicht die erfindungsgemäße Anordnung der einzelnen Lichtleiterbündel
auf der Lichteintrittsseite des Systems bezüglich der dort dargestellten Wendelabbildung.
Jedes Leiterbündel 4 ist lichteintrittsseitig rechteckig ausgeformt. Alle Leiterbündel
gemeinsam sind in Längsrichtung der Wendelabbildung 9 so nebeneinander angeordnet,
daß die einzelnen Rechtecke mit ihren längeren Seiten quer zur Längsachse der Wendelabbildung
ausgerichtet sind. Die durch die Summe der Einzelrechtecke gegebene Lichteintrittsfläche
10 ist gegenüber der Wendelabbildung 9 so ausgerichtet, daß diese mit ihren Wendelendbereichen
die Lichteintrittsfläche der Leiterbündel zu beiden Seiten hin überdeckt. Die Reihenfolge,
in der die Lichtleiterbündel 4 nebeneinander angeordnet sind, ist beliebig, Dadurch,
daß die Wendelabbildung 9 mit ihren Wendelendbereichen die Lichteintrittsfläche
10 des Systems überdeckt, bleiben in Längsrichtung der Wendel auftretende Abbildungsverschiebungen,
wie sie beim Auswechseln von Signallampen durch unterschiedliche Fertigungstoleranzen
unumgänglich sind, ohne Auswirkungen auf die Beleuchtungseigenschaften des Systems.
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Bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist angenommen,
daß die rechteckig ausgeformten Leiterbündel mit ihren Schmalseiten bereits außerhalb
der Wendelabbildung 9 gelegen sind. Diese Anordnung kann sich ergeben
aus
der Größe der Wendelabbildung 9, dem von dieser zu nutzenden Bereich 11 und der
Anzahl und Fläche der zu beleuchtenden Lichtleiter. In den seitlichen Bereichen
außerhalb der Wendelabbildung 9 nimmt zwar die Lichtintensität gegenüber dem Bereich
der Wendelabbildung ab; dieser Mangel kann jedoch in Kauf genommen werden, weil
die hierdurch bedingte Intensitätsminderung für alle Lichtleiterbündel die gleiche
ist, das heißt, sämtliche Rasterpunkte eines darzustellenden Zeichens sind bei der
Figur 3 angenommenen Ausbildung und Anordnung der Lichtleiter gleichmäßig hell ausgeleuchtet.
Wird nun beim Auswechseln einer Signallampe die Wendelabbildung 9 durch unvermeidbare
Fertigungstoleranzen der Signallampen quer zur Längsachse der Wendelverrückt, so
hat dies in aller Regel keinerlei Auswirkungen auf die Leuchtstärke der Rasterpunkte.
Wird die Wendelabbildung beispielsweise nach oben hin verschoben, so werden die
oberen Bereiche der rechteckigen Lichtleiterbündel 4 stärker als zuvor ausgeleuchtet,
während gleichzeitig der untere Bereich der Rechtecke weniger stark ausgeleuchtet
wird. Kann das Auswandern einer Wendelabbildung, beispielsweise bei Verwendung eines
anderen Signallampentypes nicht mehr von der Lichteintrittsfläche des Systems aufgefangen
werden, so ändert sich zwar die von der Lichteintrittsfläche insgesamt aufgenommene
Lichtmenge in der einen oder anderen Richtung; immer aber bleibt dabei die gleichmäßige
Ausleuchtung aller Rasterpunkte des betreffenden Zeichens erhalten.
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Sind, abweichend von den dargestellten Ausführungsbeispielen, nur
wenige Lichtleiter zu einem Strang zu vereinigen und ist die beleuchtende Wendelabbildung
durch das optische System vorgegeben, so werden die lichteintrittsseitigen
Rechtecke
der Leiterbündel über ihre gesamte Fläche von der Wendelabbildung beleuchtet.
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Für die Anordnung und Fixierung der Lichtleiterbündel an der Lichteintrittsseite
des Systems wird nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, hierfür einen
U-förmigen Träger vorzusehen, in den die lishteintrittsseitigen Enden der Leiterbündel
nach dem Entfernen des sie schützenden Kabelmantels einzeln einzulegen sind. Vor
dem Einlegen des jeweils folgenden Leiterbündels sind die bereits eingelegten Leiterbündel
dort mindestens vorübergehend zu fixieren. Es ergibt sich ein geschichteter Aufbau
der Lichtleiter vom Joch des U-förmigen Trägers aus nach oben hin. Für die gemeinsame
Fixierung aller Leiterbündel im Träger ist zwischen den Schenkeln des Trägers ein
Stempel vorzusehen, der nach dem Einlegen sämtlicher Leiterbündel in den Träger
aufzusetzen und festzulegen ist.
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Dieser Stempel kann durch Nut und Feder an den Außenseiten des Stempels
bzw. Innenseiten des Trägers geführt sein. Die Lichtleiter werden bei ihrer lichteintrittsseitigen
Festlegung nur jeweils einmal geringfügig mechanisch beansprucht. Brüche einzelner
Leiter, die zu Lichteinbußen auf der Lichtaustrittsseite der Leiterbündel führen
würden, treten bei der lageweisen Festlegung der Leiter im Träger nicht auf.
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Für die Halterung der Lichtleiter auf ihrer Lichteintrittsseite ist
es vorteilhaft, diese in einer Hülse unterzubringen. Bei einer derartigen Ausführungsform
ist es vorteilhaft, wenn der Träger für die Lichtleiterbündel durch eine schlitzförmige
Ausnehmung einer vorzugsweise kreisförmigen Platte gebildet ist und diese Platte
die Frontplatte der Hülse bildet. Eine derartige Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Anordnung ist in Figur 4 zu
sehen. Dort ist eine kreisförmige Frontplatte
12 dargestellt, wie sie beispielsweise auf die Stirnseite der Manschette 5 in Figur
1 aufzusetzen ist. In diese Platte ist ein Schlitz eingebracht, in den die einzelnen
Lichtleiterbündel 4 eingebracht und mindestens vorübergehend jeweils vor dem Einlegen
des nächsten Leiterbündels fixiert werden. Nach dem Einlegen sämtlicher Leiterbündel
wird der verbleibende Freiraum des Trägers durch einen Stempel 13 verschlossen.
Dieser Stempel 13 läßt sich beispielsweise durch Kleben mit der Platte 12 verbinden;
es ist auch möglich, die Platte 12 zusammen mit dem Stempel 13 in der die Lichtleiterenden
aufnehmenden Hülse (Manschette 5) zu fixieren. Durch Einbringen von Klebemitteln
in die Hülse lassen sich die Lichtleiter in der Hülse zugentlastend festlegen. Die
Lichtleiterenden werden nach ihrer Festlegung im Träger bzw. in der Hülse in bekannter
Weise auf gleiche Länge gekürzt und geschliffen und poliert.
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Wenn die nach der Erfindung ausgebildete Anordnung wahlweise bei Anzeigern
mit unterschiedlichen Signallampentypen verwendet werden soll, so ist es vorteilhaft,
die Lichteintrittsfläche des Systems nach der Signallampe mit der kürzesten Wendelabbildung
zu dimensionieren. Die Verwendung von Signallampentypen mit längeren Wendeln ist
dann unkritisch, weil bei Verwendung derartiger Signallampen ohnehin eine seitliche
Überdeckung der Lichteintrittsfläche durch die Wendelabbildung eintritt. Wollte
man dagegen die Lichteintrittsfläche nach einer Wendelabbildung für eine Signallampe
mit einer relativ langen Wendel dimensionieren, so würden bei Verwendung von Signallampen
mit kürzerer Wendel die in der Lichteintrittsfläche jeweils an den Seiten liegenden
Lichtleiter nicht mehr genügend ausgeleuchtet werden.
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Die erfindungsgemäße Anordnung macht es möglich, einen faseroptischen
Anzeiger zu schaffen, bei dem die Darstellungsqualität der eines Anzeigers mit statistischer
Mischung seiner Leiter auf der Lichteintrittsseite entspricht bzw. diese sogar noch
übersteigt, bei der der Aufwand für die Festlegung der Leiter aber nicht oder nur
unwesentlich größer ist als bei einem Anzeiger, bei dem die Leiter lichteintrittsseitig
ungemischt zusammengefaßt sind.
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5 Patentansprüche 4 Figuren
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