WO2006097280A1 - Faseroptische anordnung für anzeigeeinrichtungen, insbesondere mit analogen oder digitalen displays, sowie mit dieser versehene einrichtungen - Google Patents

Faseroptische anordnung für anzeigeeinrichtungen, insbesondere mit analogen oder digitalen displays, sowie mit dieser versehene einrichtungen Download PDF

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WO2006097280A1
WO2006097280A1 PCT/EP2006/002336 EP2006002336W WO2006097280A1 WO 2006097280 A1 WO2006097280 A1 WO 2006097280A1 EP 2006002336 W EP2006002336 W EP 2006002336W WO 2006097280 A1 WO2006097280 A1 WO 2006097280A1
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WO
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fiber
transparent
fiber optic
display device
fibers
Prior art date
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PCT/EP2006/002336
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Steffen Reichel
Burkhard Danielzik
Kevin Tabor
Michael Weisser
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Schott Ag
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Publication date
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    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/133524—Light-guides, e.g. fibre-optic bundles, louvered or jalousie light-guides
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/04—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres
    • G02B6/06—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres the relative position of the fibres being the same at both ends, e.g. for transporting images

Definitions

  • Fiber optic arrangement for display devices in particular with analog or digital displays, as well as devices provided with same
  • the transparent arrangement for a display device in particular for an analog and / or digital display, with a fiber optic arrangement which transmits light from an entrance surface into an exit surface, wherein at the exit surface of the fiber optic device regions, in particular picture elements, one in front of the entrance surface lying visible field, and on the exit surface visible areas, in particular
  • Pixels, spatially offset at least by an offset V relative to the image field, the viewing plane can be moved forward, this means the visually perceptible location of the display are visually closer to the viewer and edge shadows can be avoided by housing areas.
  • a lower field of view of an analog or digital display can be moved forward in an image plane to the surface of the housing of the display device in such a way.
  • the display can be perceived optically substantially without offset to the housing surface and for the viewer thus creates the impression that the image field would be in a plane or at least edge-locking in the plane of the housing surface.
  • the actual arrangement of the analogue or digital display can be arranged deep in the housing of a mechanically robust or radiantly strongly shielding housing form and yet the visually perceivable location of the image of the display device is on the surface. Furthermore, much more space is available for sealing devices or for lateral fastening devices over known display windows.
  • the image field can also have a different maximum viewing angle in a first direction, for example in the horizontal direction, than in a second direction, for example in the vertical direction, which allows an even better adaptation to the respective requirements.
  • a fiber is used as the transmitting fiber or light-transmitting fiber, with the exception of coloring
  • NAa of a transparent fiber in a preferred embodiment has the value 1.0 at its exit face, advantageous viewing angles of up to 90 ° result for many applications.
  • fiber optic plates which have an outwardly curved exit surface thereby the visibility for the entire visible part of the fiber optic plate for almost all viewing angles is always guaranteed.
  • NAa of a transparent fiber at its exit surface has a value which is less than 1.0, since here materials can be used for the manufacture of the optical fiber, which have a smaller difference in refractive index between the fiber core and the fiber cladding and are less prone to produce discoloration by absorption bands.
  • the numerical aperture NAa of a transparent fiber at its exit slit is preferably about 0.7 +/- 0.3, and most preferably has a value less than 0.9. In particular, at the most preferred value of 0.85, typical viewing angles are realized in a range of about 58 °, which are completely sufficient for many applications.
  • the numerical aperture NA of fibers of the fiber-optic arrangement is preferably in the range from 0.3 to 0.7.
  • the numerical aperture NA of fibers of the fiber-optic arrangement is preferably in the range from 0.3 to 0.7.
  • Such light-scattering structures can be realized, for example, by roughening the exit surface.
  • a lens may also be arranged on the exit surface. Under light-scattering structures are at this
  • Embodiment according to the invention change the angular distribution of the light, especially against the refraction on a flat or evenly curved surface widen.
  • This also includes the refraction of the light at non-planar interfaces, such as structures with a curved or faceted surface. Accordingly, in addition to a roughened surface, for example, even small lenses on the light exit side fiber end cause light scattering, which increase the viewing angle.
  • the light-diffusing structure embodiment of the invention is not limited to fiber optic devices having a small numerical aperture of the fibers, but can of course be used with larger values of the numerical aperture of the fibers and effect an improvement.
  • the image formed in the image plane located at the exit surface of the fiber optic array may be rotated relative to the image at the location of the image field of the display when the fiber bundle of the fiber optic plate has a twist.
  • the fiber optic assembly comprises a second plurality of light absorbing fibers disposed in parallel to substantially the first plurality of transmitting fibers, then stray light emerging laterally from the cladding can be reduced thereby increasing the contrast of the image at the exit surface, thereby providing a substantially improved visual Sharpness impression arises.
  • a fiber is considered to be the absorbent fiber which, for the light entering the fiber laterally perpendicular to the fiber, preferably in the entire region of the visual spectrum, and at the point of the largest diameter of the fiber in a single pass, absorbs at least 15%, preferably more than 50% causes.
  • the absorbent fibers define a window, since in this way different display areas can be delimited with high contrast.
  • the transparent arrangement additionally or alternatively has a diaphragm.
  • edge-side fasteners are elements from the group, which
  • the transparent arrangement can have edge-side recesses for sealing elements in order thereby to permit a fluid-tight fit in the assembled state in a very simple manner.
  • a self-sealing material fit in the assembled state is made possible when the transparent arrangement has conical side surfaces or conical threads.
  • the respective numerical aperture can be advantageously influenced by refraction.
  • the first plurality of transmitting fibers comprises at least fibers with a first and fibers with a second core diameter, wherein the first core diameter is different from the second core diameter, thereby advantageously the brightness can be improved by fibers with a larger and the contrast by fibers with a smaller core diameter. Furthermore, for example, for a narrow viewing angle range through a first group of fibers high image brightness and for a larger
  • Viewing angle range can be provided by fibers of a second group lower image brightness.
  • the choice of the numerical ratio of the different fibers to each other and their core diameter allows further optimization for the respective requirements.
  • Design effects can be advantageously realized if at least some of the transmitting fibers in the visible part of the spectrum has a coloring effect, in particular transmission and / or absorption bands.
  • the at least partially non-planar surface is ellipsoid or pyramid shaped.
  • the respective facets of the pyramid can also be assigned their own image areas of the image field of a display, as a result of which a display device which is visible from side to side is produced.
  • the offset V at least in one side section of the fiber optic arrangement corresponds approximately to the distance of an edge portion of the image field of a display or its display elements to a housing edge of a housing of the display device adjacent to the fiber optic arrangement.
  • the offset V relative to the width or diameter of the fiber optic plate is greater than 0.01 times the width or diameter, preferably greater than 0.1 times the width or diameter, and most preferably greater than 0.2 times the width or diameter. This is understood as the width of the smallest lateral width, in a polygonal fiber optic arrangement, for example, the width of the smallest dimension.
  • the display device has an image field with a smallest structure size S, in particular with a display element with the smallest structure size S, with a distance L between the entrance surface of the transparent arrangement and the image field, in particular a distance L between the entrance surface of the transparent arrangement and the display element in which the fiber core diameter of many or all of the transmitting fibers is d, the many or all of the transmitting fibers have a numerical aperture NA e at the entrance surface of the transparent array, and wherein for the distance L: L ⁇ ( ⁇ -d ) l (2 - tan [arcsin (iV / 4e)]).
  • the fiber core diameter d of many or all of the optical fibers of the first plurality of fibers has the relationship d ⁇ (S-2-L ⁇ tan [arcsin (iV / 4e)] / 3, a fairly good image quality and
  • a fiber core diameter is preferred which has the maximum diameter which is still tolerable for the respective application in order to obtain the largest possible distance L for the sharpest possible image on the exit surface of the fiber-optic device.
  • the numerical aperture of a fiber is formed at its exit surface NAa such that NAa> cos ( ⁇ ) and preferably NAa> NAe, where ⁇ is the
  • Angle is measured from a normal to the exit surface at the location of a fiber core to the direction of observation.
  • the numerical aperture of a transparent fiber at its entrance surface NAe corresponds approximately to the numerical aperture of the fiber at the exit surface NAa.
  • the transparent arrangement may advantageously have a scratch-resistant and / or reflection-reducing layer at its exit surface and / or at its entry surface.
  • FIG. 1 shows a part of a first embodiment of a display device according to the invention with a first
  • FIG. 2 is a schematic representation of a viewer of a fiber optic arrangement for specifying the viewing angle ⁇ relative to the fiber optic arrangement
  • FIG. 3a shows a part of a second embodiment of a display device according to the invention with a second embodiment of a fiber optic arrangement partially in cross-section, in which the exit surface is concave-shaped,
  • FIG. 3b shows a part of a third embodiment of a display device according to the invention with a third embodiment of a fiber optic arrangement partially shown in cross section, in which the fiber optic arrangement acts enlarging and the exit surface is concave,
  • FIG. 3c shows a part of a fourth embodiment of a display device according to the invention with a fourth embodiment of a fiber optic arrangement partly in FIG
  • 3d shows a part of a fifth embodiment of a display device according to the invention with a fifth
  • FIG. 4 shows a part of a medical device, a device for dental treatment, in particular for the UV curing of plastic implants, with a further embodiment of a fiber optic arrangement partially shown in cross section,
  • FIG. 5 shows a part of a further medical device, a device for laser surgery, in particular for micro-invasive surgery, with a further embodiment of a fiber optic arrangement partially shown in cross-section,
  • Fig. 6 is a plan view of the exit surface of another
  • Embodiment of a fiber optic arrangement with fibers with two different fiber diameters and in particular fiber core diameters
  • FIG. 7 is a plan view of the exit surface of yet another embodiment of a fiber optic assembly with fibers in close-packed packing
  • FIG. 8 is a plan view of the exit surface of yet another embodiment of a fiber optic array with fibers, which is associated in groups with an absorbent fiber,
  • FIG. 9a shows a part of a further embodiment of a fiber optic arrangement partially in cross section, in which the fiber optic arrangement comprises fibers with convex entry and exit surfaces,
  • FIG. 9c shows part of another embodiment of a fiber optic assembly, partially in cross-section, in which the fiber optic assembly includes fibers with planar entrance and concave exit surfaces;
  • FIG. 10 shows a part of a further embodiment of a display device according to the invention, with a further embodiment of a fiber optic arrangement, partly in cross section, in which the fiber optic arrangement has lateral fastening means and recesses for
  • FIG. 11 shows a part of a further embodiment of a display device according to the invention with a further embodiment of a fiber optic arrangement partly in FIG
  • FIG. 12 shows a part of a further embodiment of a display device according to the invention with a further embodiment of a fiber optic arrangement partially in cross section, in which the fiber optic arrangement fiber optic arrangement part of the cavity of a
  • Plasma displays is,
  • Fig. 14 shows a variant of the embodiment shown in Fig. 13 with a separate lens.
  • FIG. 1 shows a part of a first embodiment of a total of 1 designated inventive display device with a first embodiment of a fiber optic assembly 2 partially in cross-section.
  • the fiber-optic arrangement 2 which will be described in more detail in the following, has an entrance surface 3 and an exit surface 4, between which fiber bundles, for example as in FIGS. 9a to 9c, with the fibers 5, 6, 7, 8 and 9 shown extending approximately parallel to each other.
  • the entry and exit surfaces of the respective individual fibers of the fiber-optic arrangement 2 are also substantially, this means, except for deviations due to their possibly non-planar configuration, in this entry surface 3 or in this exit surface 4 ,
  • the fiber optic assembly 2 comprises a fiber optic plate, which is held in front of a display 10 at a distance L by lateral housing elements 11, 12 of the display device 1.
  • the display 10 may be an analog display with hands or a digital display with separately controllable pixels, such as in an LCD, OLED or a plasma display.
  • the smallest structure size S the smallest lateral dimension of such a separately controllable pixel is considered in a digital display.
  • the smallest feature size S is corresponding to that image information in the image field the display 10 or its display elements, which should still be displayed clearly visible on the exit surface 4.
  • the display 10 is self-luminous, such as an OLED or plasma display or has, as far as is transparent, a known to the expert and therefore not shown in the figures backlight.
  • lamps 13 which, for example, as LEDs, discharge lamps or electroluminescent bulbs, the fiber optic assembly 2 facing surface, thus illuminate the image field of the display 10.
  • the lighting means 13 are arranged in front of a diaphragm 14, which prevents the direct incidence of light from the light sources emanating from these light sources into the optical fiber arrangement 2. Furthermore, the aperture 14 arranged on the entrance surface of the fiber-optic arrangement 2 defines viewing windows 15 and 16, which are respectively assigned to underlying areas of the display 10 and delimit these areas from each other with high contrast.
  • absorbing fibers 8 see, for example, FIGS. 9a to 9c may be arranged in the regions lying directly behind the panel 14, which fibers also lead independently or in addition to a lateral delimitation of different display areas.
  • Optical fibers are preferably used, at least a proportion of glass fibers in the fiber optic assembly 2 is used and in the most preferred embodiment, all fibers, both the absorbing and the transmitting, consist of glass.
  • these fibers comprise a sheath and a core, so that light is guided in the fiber core due to a refractive index difference between the sheath and core material.
  • the guidance of the light is only up to a maximum
  • the viewing angle ⁇ for a fiber-optic plate is shown schematically in Figure 2, which shows a fiber optic assembly 2, in which the fibers extend in the horizontal direction and which exemplarily on a fiber determined by the refractive index difference between the fiber core and fiber cladding largest angle to a Normal 18 of the entrance surface 3 shows under which light can still be performed in the fiber.
  • This maximum angle can have a different value ⁇ e on the inlet side than on the outlet side ⁇ a, for example if the fiber end faces have a non-planar shape, as can be seen from FIGS. 9a to 9c.
  • the viewing angle ⁇ results as the angle, which of a normal 17 at a point of the exit surface 4 to that
  • a straight line connects the foot of the normal 17 with the eye of a beholder.
  • the sine of the maximum entrance angle ⁇ e is called the numerical aperture of the entrance surface NAe.
  • NAe the numerical aperture of the entrance surface
  • image elements of the display which are typically arranged in an image field 18, result in an image of these pixels on the exit surface 4 of the fiber-optic device 2, and regions or image elements of the image field 18 lying in front of the entrance surface 3 are offset by an offset V from the image field 18 displayed spaced.
  • the offset V is preferably selected in the embodiment shown in Figure 1 and in the other figures, that an upper side portion of the exit surface 4 of the fiber optic Arrangement 2 approximately corresponds to the distance of an underlying edge portion of this field of view 18 of the display 10 to the inner housing edge 28, 29 of the housing member 11 and 12, respectively.
  • the offset V is preferably less than 3 times the width or diameter relative to the width or diameter of the fiber optic plate, preferably less than 2 times the width or diameter, and most preferably less than the width or diameter itself.
  • the core diameter of many or all of the optical fibers of the first plurality of fibers is greater than or equal to 2 microns, especially for very high resolution and extremely high quality applications, or is preferably greater than or equal to 10 microns, especially for very high resolution applications and good quality, or more preferably greater than or equal to 30 microns, especially for good quality applications, and most preferably greater than or equal to 60 microns for acceptable quality applications.
  • FIG. 9c can also be advantageously used, for example, to allow an enlarged viewing angle ⁇ with the enlarged numerical aperture at the exit surface 4.
  • the exit surface 4 of the fiber optic assembly 2 may not be flat.
  • the respective pyramidal surface 24, 25 respectively below this surface lying own areas 26 and 27 of the image field 18 can be assigned.
  • sector-specific display areas can be provided for different areas of the image field 18 assigned to the respective pyramid sides.
  • the fibers of the fiber optic assembly 2 are rotated relative to each other along their longitudinal direction, whereby the image on the exit surface 4 of the fiber optic assembly 2 relative to the image at the image field 18 of the display 10 is twisted.
  • the fiber-optic arrangement 2 has edge-side fastening elements 30, which in the case of FIG. 10 illustrated embodiment comprise a thread attached to the outer circumference of the fiber optic assembly 2.
  • the thread 30 is screwed during assembly into an internal thread 31 of the housing elements 11, 12.
  • This thread 30 and, alternatively, also the internal thread 31 can, preferably in the case of elastic plastic casing elements 11, 12, be designed conically in such a way that a self-dishing sight already results.
  • the exit surface 4 is bevelled sideways, preferably at an angle of 45 °, and preferably comprises a recess 34, in particular an annular groove 34, in which a sealing element, for example in the form of an O-ring 33, is received for non-self-sealing threads.
  • the O-ring 33 comes into sealing contact with the bevelled annular shoulder 32 of the housing and thereby seals the fiber-optic assembly 2 in a fluid-tight manner against the housing.
  • thread can be arranged as fasteners in the fiber optic assembly 2 depressions or elevations, which cooperate bayonet-like with associated elevations or depressions of the housing elements 11, 12 and ensure a tight fit of the fiber optic assembly 2.
  • an adhesive bond between the fiber optic assembly 2 and the housing elements 11, 12 can be made.
  • the fiber optic assembly 2 is part of the cavity 35 of a liquid crystal display 36.
  • ITO indium-tin oxide
  • thin-film transistors may be arranged on the entrance surface 3 of the fiber-optic arrangement 2 in order to actively drive the picture elements of the liquid-crystal display 36.
  • the fiber optic arrangement 2 also forms part of the cavities 42 to 47 of a plasma display 48 and their own electrodes 49 to 54 in the respective cavity, preferably at least one per cavity, at the exit surface 3 of the fiber optic Arrangement 2 arranged.
  • the electrodes 49 to 54 are electrically driven such that they can effect a plasma discharge with a respective further counterelectrode (not shown in the figures) in the individual cavities 42 to 47 separately.
  • the transparent arrangement according to the invention can also be used to display other analog image fields 18, for example of
  • Treatment fields are used in the medical field.
  • Figure 4 shows a part of a medical device, namely a device 55 for dental treatment, in the present case for UV curing of plastic implants.
  • This medical device comprises a handle 56, on which a slightly angled head 57 is arranged, which carries the display device according to the invention.
  • a light exit opening 58 from which light suitable for curing plastic, for example ultraviolet light, emerges and occurs conically on the tooth 59 to be treated.
  • Display device 1 which reproduces an enlarged image of the treated tooth part in the region of the image field 18 at its exit surface 4.
  • the fibers of the fiber-optic arrangement 2 may be concave at the entrance surface 3 and concave at the exit surface 4, as shown in FIG. 9b, so as to allow an increased distance L and a larger viewing angle.
  • a lens or a lens system which images the image field 18 onto the entrance surface 3, can be arranged in front of the entry surface 3 of the fiber optic arrangement 2.
  • a light source with a high intensity component in the infrared spectral range for example, for heat therapy include.
  • the light source is adapted in its intensity and with its emission spectrum to dermatological requirements for the removal of tattoos or for skin treatment, in particular for rejuvenation therapies.
  • Figure 5 shows a part of another medical device 60, in which emerges from the light exit opening 58 parallel or focused light with high intensity.
  • the medical device 60 is a laser scalpel which allows portions 61 of tissue 62 to be vaporized or separated with the high light intensity of the light beam 61.
  • Entry surface 3 one or more reflection-reducing layers arranged.
  • FIG. 13 another embodiment of a fiber optic assembly 2 is shown.
  • FIG. 14 shows a variant of the embodiment of a fiber-optic arrangement 2 shown in FIG. 13.
  • a separate diffusion disk 65 is placed on the exit surface 4, which has light-scattering structures 67 on the side facing the fiber bundle.
  • the light-scattering structures can be formed by roughening the surface.
  • the light-scattering structures could also be arranged in the volume of the lens.
  • Temperature, pressure, level, voltage, current or ph value measuring device the display device according to the invention can be used.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine transparente Anordnung für eine Anzeigeeinrichtung, insbesondere für einen analogen und/oder digitalen Display, mit einer faseroptischen Anordnung, welche Licht von einer Eintrittsfläche in eine Austrittsfläche überträgt, bei welcher an der Austrittsfläche der faseroptischen Anordnung Bereiche, insbesondere Bildelemente, eines vor der Eintrittsfläche liegenden Bildfelds sichtbar sind und an der Austrittsfläche sichtbare Bereiche, insbesondere Bildelemente, zumindest um einen Versatz V relativ zum Bildfeld räumlich versetzt sind.

Description

Faseroptische Anordnung für Anzeigeeinrichtungen, insbesondere mit analogen oder digitalen Displays, sowie mit dieser versehene Einrichtungen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine faseroptische Anordnung für
Anzeigeeinrichtungen, insbesondere für analoge und digitale Displays aufweisende Einrichtungen, im Allgemeinen sowie mit diesen versehene
Einrichtungen .
Es ist bekannt, Licht zu Signal- oder Anzeigezwecken in lichtleitenden
Einrichtungen zu führen.
US 6,690,623 Bl beschreibt Zeitanzeigeeinrichtungen, welche faseroptische Lichtleiter aufweisen, um an einer Anzeigefläche, insbesondere einem Zifferblatt, mittels aus den Fasern austretenden Lichts die aktuelle Zeit anzuzeigen.
Faseroptische Einrichtungen, wie beispielsweise faseroptische Platten wurden bereits verwendet, um den Betrachtungswinkel von
Flüssigkristallanzeigen zu vergrössern sowie deren Homogenität zu verbessern, wie beispielsweise in der EP 0 674 209 Al beschrieben.
Auch Displays mit organischen lichtemittierenden Dioden, OLED- Displays, wurden bereits mit faseroptischen Platten versehen, um deren visuellen Schärfeeindruck zu verbessern, welches in der EP 1 385 219 Al beschrieben ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Sichtbarkeit einer Anzeigeeinrichtung, insbesondere eines analogen oder digitalen Displays, weiter zu verbessern.
Dies gelingt auf überraschend wirkungsvolle Weise bereits mit einer transparenten Anordnung für eine Anzeigeeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie mit einer Anzeigeeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 26.
Mit der transparenten Anordnung für eine Anzeigeeinrichtung, insbesondere für einen analogen und/oder digitalen Display, mit einer faseroptischen Anordnung, welche Licht von einer Eintrittsfläche in eine Austrittsfläche überträgt, bei welcher an der Austrittsfläche der faseroptischen Anordnung Bereiche, insbesondere Bildelemente, eines vor der Eintrittsfläche liegenden Bildfelds sichtbar sind, und an der Austrittsfläche sichtbaren Bereiche, insbesondere
Bildelemente, zumindest um einen Versatz V relativ zum Bildfeld räumlich versetzt sind, kann die Sichtebene vorverlagert, dies bedeutet, der visuell wahrnehmbare Ort der Anzeige optisch zum Betrachter näher angeordnet werden und können Randabschattungen durch Gehäusebereiche vermieden werden.
Auf überraschend einfache Weise kann dergestalt ein tiefer im Gehäuse liegendes Bildfeld eines analogen oder digitalen Displays nach vorn in eine Bildebene an die Oberfläche des Gehäuses der Anzeigeinrichtung verlegt werden. Das Display kann optisch im Wesentlichen ohne Versatz zur Gehäuseoberfläche wahrgenommen werden und für den Betrachter entsteht hierdurch der Eindruck, das Bildfeld läge in einer Ebene oder zumindest randschlüssig in der Ebene der Gehäuseoberfläche.
Hierdurch ergeben sich insbesondere für Anwendungen, welche hohe
Zuverlässigkeit, hohe Widerstandsfähigkeit und/oder auch abschirmende Wirkung erfordern grosse Freiheiten in der Konstruktion. Die tatsächliche Anordnung des analogen oder digitalen Displays kann tief im Gehäuse einer mechanisch robusten oder strahlentechnisch stark abschirmend wirkenden Gehäuseform angeordnet sein und dennoch ist der visuell wahrnehmbare Ort des Bildes der Anzeigeinrichtung an der Oberfläche. Ferner ist für dichtende Einrichtungen oder auch für seitliche Befestigungseinrichtungen gegenüber bekannten Displayscheiben wesentlich mehr Raum.
Eine weitere, für viele Anwendungen sehr vorteilhafte Eigenschaft der transparenten faseroptischen Anordnung besteht in dem in weiten Grenzen einstellbaren Öffnungswinkel des aus der lichtleitenden Faser austretenden Lichts. Bereits durch Wahl der numerischen Apertur der lichtleitenden Faser an deren Austrittsfläche kann dieser Winkel beeinflusst werden. Ferner kann dieser Austrittswinkel durch sphärische oder auch asphärische Ausgestaltung der Faserendfläche stark beeinflusst werden.
Somit können je nach Einstellung dieses Öffnungswinkels Anzeigeeinrichtungen geschaffen werden, welche seitlich bis zu einem
Betrachtungswinkel von fast 90°, dies bedeutet bis zur fast parallelen Betrachtung bezogen auf die Lichtaustrittsfläche, noch erkennbar sind.
Oder es können äusserst vorteilhaft schmale Lichtbereiche, etwa keulenförmige Intensitätsverteilungen des austretenden Lichts geschaffen werden, welche eine wesentlich verbesserte Sichtbarkeit, auch bei Rauch, Nebel oder stark verschmutzter Luft gewährleisten.
Da Licht an Partikeln des Rauchs oder Nebels sowie partiklären Verschmutzungen gestreut wird, ist beispielsweise in einem
Flugzeugcockpit der in die Blickrichtung eines Piloten gestreute Lichtanteil in einem solchen Falle wesentlich geringer, da seitliche, quer zur Blickrichtung des Piloten verlaufende Lichtintensitäten und auch deren Streuintensitäten stark vermindert sind. Folglich bleibt auch im Gefahrenfalle der Kontrast der erfindungsgemäss verbesserten Anzeigeeinrichtungen wesentlich höher und erlaubt ein sichereres Navigieren in und Beherrschen von Ausnahmesituationen.
Dieses bietet jedoch nicht nur in der Luftfahrt, beispielsweise bei avionischen Instrumenten, sondern auch in anderen Fahrzeugen oder auch in der chemischen Industrie in Sicherheits- oder gefährdeten Bereichen beachtliche Vorteile. Dabei sind insbesondere aus Glas bestehende oder Glas umfassende Fasern wesentlich besser als beispielsweise Kunststoffasern geeignet, auch noch unter hoher thermischer Belastung sowie unter chemischem Angriff ein korrektes Funktionieren der Anzeigeeinrichtung zu gewährleisten.
Ferner kann das Bildfeld auch in einer ersten Richtung, beispielsweise in der Horizontalen, einen anderen maximalen Betrachtungswinkel als in einer zweiten Richtung, beispielsweise in der Vertikalen, aufweisen, welches eine nochmals bessere Anpassung an die jeweiligen Anforderungen gestattet.
Hierzu ist es vorteilhaft, wenn die faseroptische Anordnung eine faseroptische Platte mit einer ersten Vielzahl von im Wesentlichen parallel zueinander angeordneten, Licht transmittierenden Fasern, vorzugsweise mit zumindest einem Anteil an Glasfasern oder bestehend aus Glasfasern, ist.
Als transmittierende Faser oder Licht transmittierende Faser wird dabei eine Faser verwendet, welche mit Ausnahme von farbgebenden
Absorptionsbändern zumindest in einem spektralen Bereich des visuellen Spektrums des Lichts, von 380 nm bis 750 nm, mehr als 70 % des in deren Eintrittsfläche eintretenden Lichts zu deren Austrittsfläche überträgt.
Wenn die numerische Apertur NAa einer transparenten Faser in einer bevorzugten Ausführungsform an deren Austrittsfläche den Wert 1,0 aufweist, ergeben sich für viele Anwendungen vorteilhafte Betrachtungswinkel von bis zu 90°. Insbesondere bei faseroptischen Platten, welche eine nach aussen gewölbte Austrittsfläche aufweisen ist hierdurch die Sichtbarkeit für den gesamten sichtbaren Teil der faseroptischen Platte für nahezu alle Betrachtungswinkel stets gewährleistet .
In vielen Fällen kann es jedoch auch sehr vorteilhaft sein, wenn die numerische Apertur NAa einer transparenten Faser an deren Austrittsfläche einen Wert aufweist, welcher kleiner als 1,0 ist, da hier für die Fertigung der optischen Faser auf Werkstoffe zurück gegriffen werden kann, welche zwischen Faserkern und Fasermantel einen geringeren Brechzahlunterschied aufweisen und weniger dazu neigen, Verfärbungen durch Absorptionsbänder zu erzeugen.
Für viele Anwendungen ist die numerische Apertur NAa einer transparenten Faser an deren Austrittstlache bevorzugt etwa 0,7 +/- 0,3 und weist am bevorzugtesten einen Wert kleiner als 0,9 auf. Insbesondere werden bei dem am meisten bevorzugten Wert von 0,85 typische Betrachtungswinkel in einem Bereich von etwa 58° realisiert, welche für viele Anwendungen vollständig ausreichend sind.
Es ist gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung aber auch möglich, kleinere numerische Aperturen zu verwenden. Vorzugsweise liegt die numerische Apertur NA von Fasern der faseroptischen Anordnung dabei im Bereich von 0.3 bis 0.7. Um auch bei Fasern mit geringerer numerischer Apertur dabei eine gute Auflösung auch unter größeren Betrachtungswinkeln zu realisieren, ist es vorteilhaft, wenn an oder auf der Austrittsfläche lichtstreuende Strukturen angeordnet sind. Damit können dann auch Betrachtungswinkel realisiert werden, die größer als der durch die numerische Apertur gegebene Wert sind. Es ist bei dieser Weiterbildung der Erfindung insbesondere von Vorteil, wenn die lichtstreuenden Strukturen nur auf der Betrachtungs-, beziehungsweise Lichtaustrittsseite, nicht aber auf der Lichteintrittsseite vorhanden sind.
Derartige lichtstreuende Strukturen können beispielsweise realisiert werden, indem die Austrittsfläche aufgerauht wird. Alternativ oder zusätzlich kann auf der Austrittsfläche auch eine Streuscheibe angeordnet sein. Unter lichtstreuenden Strukturen werden bei dieser
Ausführungsform im Sinne der Erfindung die Winkelverteilung des Lichts verändern, insbesondere gegenüber der Brechung an einer ebenen oder gleichmäßig gewölbten Fläche aufweiten. Dies beinhaltet auch die Brechung des Lichts an nicht ebenen Grenzflächen, wie etwa an Strukturen mit gewölbter oder facettierter Oberfläche. Demgemäß können neben einer aufgerauhten Oberfläche beispielsweise auch kleine Linsen an den lichtaustrittsseitigen Faserende eine Lichtstreuung bewirken, welche den Betrachtungswinkel vergrößern. Die Ausführungsform der Erfindung mit lichtstreuenden Strukturen ist auch nicht auf faseroptische Anordnungen mit kleiner numerischer Apertur der Fasern beschränkt, sondern kann selbstverständlich auch bei größeren Werten der numerischer Apertur der Fasern eingesetzt werden und eine Verbesserung bewirken.
Für avionische, nautische oder Instrumente in Sicherheitsbereichen können aber auch schmalere maximale Betrachtungswinkel beispielsweise von 10° oder 15° sehr vorteilhaft sein, beispielsweise um Licht nur zu einem an einem definierten Ort befindlichen Betrachter zu leiten, wofür die numerische Apertur NAa einer transparenten Faser an deren Austrittsfläche dann Werte von etwa 0,3 +/- 0,2, besonders bevorzugt 0,174 oder 0,26 annehmen kann.
Bei Verwendung von faseroptischen Platten mit Fasern, deren Durchmesser bei dichter Faserpackung von deren Eintrittsfläche zu deren Austrittsfläche zunimmt, kann das an der Austrittsfläche der faseroptischen Anordnung entstehende Bild vergrössert dargestellt werden, welches für viele Anwendungen wegen der besseren Sichtbarkeit von grossem Vorteil ist.
Aus Designgründen oder bei baulich engen Voraussetzungen kann bei
Verwendung von faseroptischen Platten mit Fasern, deren Durchmesser bei dichter Faserpackung von deren Eintrittsfläche zu deren Austrittsfläche abnimmt, das an der Austrittsfläche der faseroptischen Anordnung entstehende Bild verkleinert dargestellt werden.
Ferner kann das in der an der Austrittsfläche gelegenen Bildebene der faseroptischen Anordnung entstehende Bild relativ zu dem Bild am Ort des Bildfelds des Displays verdreht sein, wenn das Faserbündel der faseroptischen Platte eine Verdrehung aufweist.
Falls die faseroptische Anordnung eine zweite Vielzahl von im Wesentlichen zu der ersten Vielzahl transmittierender Fasern parallel angeordnete, Licht absorbierende Fasern aufweist, kann hierdurch seitlich aus dem Fasermantel austretendes Streulicht reduziert und hierdurch der Kontrast des Bildes an der Austrittsfläche erhöht werden, wodurch ein wesentlich verbesserter visueller Schärfeeindruck entsteht.
Als absorbierende Faser wird hierbei eine Faser angesehen, welche für seitlich senkrecht zur Faser in die Faser eintretendes Licht, vorzugsweise im gesamten Bereich des visuellen Spektrums, und an der Stelle des grössten Durchmessers der Faser im Einmaldurchgang eine Absorption von mindestens 15 %, vorzugsweise von mehr als 50 % bewirkt.
Für viele Displayanwendungen kann es vorteilhaft sein, wenn zumindest ein Teil der absorbierenden Fasern ein Fenster definieren, da hierdurch verschiedene Anzeigebereiche kontrastreich abgrenzbar sind. Eine ähnliche Wirkung kann auch dadurch erreicht werden, dass die transparente Anordnung zusätzlich oder alternativ eine Blende aufweist.
Aufgrund der mechanischen Stabilität ist es möglich, die transparente Anordnung zumindest randseitig mit einem Befestigungselement so zu versehen, dass diese selbsthaltend ohne weiter Bauteile oder Baugruppen montierbar ist. Vorteilhaft als randseitige Befestigungselemente sind dabei Elemente aus der Gruppe, welche
Vertiefungen, Erhebungen, Gewinde, und Bajonettbestandteile umfasst.
Ferner kann die transparente Anordnung randseitige Ausnehmungen für Dichtelemente aufweisen um hierdurch auf äusserst einfache Weise bereits einen fluiddichten Sitz im montierten Zustand zu ermöglichen. Ein selbstdichtender materialschlüssiger Sitz im montierten Zustand wird ermöglicht, wenn die transparente Anordnung konische Seitenflächen oder konische Gewindegänge aufweist.
Falls das Faserende einer transmittierenden Faser an deren Eintritts- und/oder Austrittsseite eine nicht-ebene Form aufweist, kann hierdurch die jeweilige numerische Apertur durch Brechung vorteilhaft beeinflusst werden.
Wenn die erste Vielzahl von transmittierenden Fasern zumindest Fasern mit einem ersten und Fasern mit einem zweiten Kerndurchmesser umfasst, wobei der erste Kerndurchmesser verschieden vom zweiten Kerndurchmesser ist, kann hierdurch vorteilhaft die Helligkeit durch Fasern mit grosserem und der Kontrast durch Fasern mit kleinerem Kerndurchmesser verbessert werden. Ferner kann beispielsweise für einen engen Betrachtungswinkelbereich durch eine erste Gruppe von Fasern hohe Bildhelligkeit und für einen grosseren
Betrachtungswinkelbereich durch Fasern einer zweiten Gruppe geringere Bildhelligkeit bereitgestellt werden. Die Wahl des Zahlenverhältnis der verschiedenen Fasern zueinander sowie von deren Kerndurchmesser gestattet eine weitere Optimierung für die jeweiligen Anforderungen.
Designeffekte lassen sich vorteilhaft verwirklichen, wenn zumindest ein Teil der transmittierenden Fasern im sichtbaren Teil des Spektrums farbgebend wirkt, insbesondere Transmissions- und/oder Absorptionsbänder aufweist.
Weitere attraktive Designeffekte lassen sich auch dadurch erreichen, dass die zumindest bereichsweise nicht ebene Oberfläche ellipsoid oder pyramidenförmig geformt ist. Ferner können bei pyramidenförmiger Ausgestaltung auch den jeweiligen Facetten der Pyramide eigene Bildbereiche des Bildfelds eines Displays zugeordnet werden, wodurch eine sektorenweise seitlich sichtbare Anzeigeeinrichtung entsteht.
Für das Design der Anzeigeeinrichtung kann es ferner sehr vorteilhaft sein, wenn der Versatz V zumindest in einem Seitenabschnitt der faseroptischen Anordnung etwa dem Abstand eines Randabschnitts des Bildfelds eines Displays oder von dessen Anzeigeorganen zu einer der faseroptischen Anordnung benachbarten Gehäusekante eines Gehäuses der Anzeigeeinrichtung entspricht. Vorzugsweise ist der Versatz V relativ zu der Breite oder dem Durchmesser der faseroptischen Platte grösser als das 0,01 fache der Breite oder des Durchmessers, vorzugsweise grösser als das 0,1 fache der Breite oder des Durchmessers und am bevorzugtesten grösser als das 0,2 fache der Breite oder des Durchmessers. Hierbei wird als Breite die kleinste seitliche Breite verstanden, bei einer mehreckigen faseroptischen Anordnung beispielsweise die Breite mit der jeweils kleinsten Abmessung.
Gute Bildqualität wird sichergestellt, wenn die Anzeigeeinrichtung ein Bildfeld mit einer kleinsten Strukturgrösse S, insbesondere mit einem Anzeigeorgan mit der kleinsten Strukturgrösse S, mit einem Abstand L zwischen der Eintrittsfläche der transparenten Anordnung und dem Bildfeld, insbesondere einem Abstand L zwischen der Eintrittsfläche der transparenten Anordnung und dem Anzeigeorgan, bei welchem der Faserkerndurchmesser von vielen oder allen der transmittierenden Fasern d beträgt, die vielen oder alle transmittierenden Fasern an der Eintrittsfläche der transparenten Anordnung eine numerische Apertur NAe aufweisen, und wobei für den Abstand L : L ≤ (ß - d)l(2 - tan[arcsin(iV/4e)]) gilt .
Als Abstand L wird bei paralleler Anordnung der Eintrittsfläche der faseroptischen Anordnung zur Oberfläche des Bildfelds des Displays der mittlere Abstand der Eintrittsfläche zur Oberfläche des Bildfeldes oder bei nicht paralleler Anordnung der maximale Abstand von der Eintrittsfläche zu mindestens 70 % der Oberfläche des Bildfelds, jeweils gemessen von einem Punkt der Eintrittsfläche ausgehend senkrecht zur Eintrittsfläche zu dem hierbei erfassten Punkt des Bildefelds, verstanden.
Erfüllt bei einer Anzeigeeinrichtung mit einem Bildfeld mit einer kleinsten Strukturgrösse S, insbesondere mit einem Anzeigeorgan mit der kleinsten Strukturgrösse S, mit einem Abstand L zwischen der Eintrittsfläche der transparenten Anordnung und dem Bildfeld, insbesondere einem Abstand L zwischen der Eintrittsfläche der transparenten Anordnung und dem Anzeigeorgan, bei welchem der Faserkerndurchmesser von vielen oder allen der transmittierenden Fasern d beträgt, bei welcher die vielen oder alle transmittierenden Fasern an der Eintrittsfläche der transparenten Anordnung eine numerische Apertur NAe aufweisen, i) der Faserkerndurchmesser d vieler oder aller optischer Fasern der ersten Vielzahl von Fasern die Beziehung d ≤(S-2-L-tan[avcsin(NAe)])/2, wird eine für Standardanwendungen noch vernünftige Bildqualität erreicht,
ii) vorzugsweise der Faserkerndurchmesser d vieler oder aller optischer Fasern der ersten Vielzahl von Fasern die Beziehung d ≤ (S - 2 - L ■ tan[arcsin(iV/4e)]) /3 , ergibt sich eine recht gute Bildqualität und
iii) erfüllt der Faserkerndurchmesser d vieler oder aller optischer Fasern der ersten Vielzahl von Fasern die Beziehung besonders bevorzugt d ≤ (S — 2 • L • tan[arcsin(iV/ϊe)]) / 5 , so wird hierdurch eine sehr hochwertige Bildqualität ermöglicht.
Generell wird jedoch ein Faserkerndurchmesser bevorzugt, welcher den für die jeweilige Anwendung noch tolerierbaren grössten Durchmesser aufweist, um einen möglichst großen Abstand L bei einem möglichst scharfen Bild an der Austrittsflache der faseroptischen Einrichtung zu erhalten.
Für die vorstehenden Beziehungen ist es vorteilhaft, wenn für einen maximalen Betrachtungswinkel ß der Anzeigeeinrichtung die numerische Apertur einer Faser an deren Austrittsfläche NAa so ausgebildet ist, dass NAa > cos (ß) gilt und vorzugsweise NAa > NAe ist wobei ß der
Winkel von einer Normalen zur Austrittsfläche am Ort eines Faserkerns zur Richtung der Betrachtung hin gemessen ist.
Bei einer fertigungstechnisch einfachen und aus Kostengründen bevorzugten Ausführungsform entspricht die numerische Apertur einer transparenten Faser an deren Eintrittsfläche NAe in etwa der numerischen Apertur der Faser an deren Austrittsfläche NAa.
Besonders gute Bildqualität ergibt sich durch eine faseroptische Anordnung, die auch Teil einer bildgebenden Einrichtung ist, wenn beispielsweise die faseroptische Anordnung Teil der Kavität eines LCD- Displays ist und an deren Eintrittsfläche leitfähige Stukturen oder Dünnfilmtransistoren angeordnet sind oder die faseroptische Anordnung Teil der Kavität eines Plasma-Displays ist. Für viele Anwendungen kann die transparente Anordnung an deren Austrittsfläche und/oder an deren Eintrittsfläche vorteilhaft eine Kratzschutz- und/oder eine Reflexionen vermindernde Schicht aufweisen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detaillierter beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Teil einer erste Ausführungsform einer erfindungsgemässen Anzeigeeinrichtung mit einer ersten
Ausführungsform einer faseroptischen Anordnung teilweise im
Querschnitt dargestellt,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Betrachters einer faseroptischen Anordnung zur Angabe des Betrachtungswinkels ß relativ zur faseroptischen Anordnung,
Fig. 3a einen Teil einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemässen Anzeigeeinrichtung mit einer zweiten Ausführungsform einer faseroptischen Anordnung teilweise im Querschnitt dargestellt, bei welcher die Austrittsfläche konkav geformt ist,
Fig. 3b einen Teil einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemässen Anzeigeeinrichtung mit einer dritten Ausführungsform einer faseroptischen Anordnung teilweise im Querschnitt dargestellt, bei welcher die faseroptische Anordnung vergrössernd wirkt und die Austrittsfläche konkav geformt ist,
Fig. 3c einen Teil einer vierten Ausführungsform einer erfindungsgemässen Anzeigeeinrichtung mit einer vierten Ausführungsform einer faseroptischen Anordnung teilweise im
Querschnitt dargestellt, bei welcher die faseroptische Anordnung verkleinernd wirkt,
Fig. 3d einen Teil einer fünften Ausführungsform einer erfindungsgemässen Anzeigeeinrichtung mit einer fünften
Ausführungsform einer faseroptischen Anordnung teilweise im Querschnitt dargestellt, bei welcher die faseroptische Anordnung eine konvexe Austrittsfläche aufweist,
Fig. 3e einen Teil einer fünften Ausführungsform einer erfindungsgemässen Anzeigeeinrichtung mit einer fünften
Ausführungsform einer faseroptischen Anordnung teilweise im Querschnitt dargestellt, bei welcher die faseroptische Anordnung eine pyramidenförmige Austrittsfläche aufweist,
Fig. 4 einen Teil eines medizinischen Geräts, einer Einrichtung zur zahnmedizinischen Behanldung, insbesondere zur UV- Härtung von Kunststoffimplantaten, mit einer weiteren Ausführungsform einer faseroptischen Anordnung teilweise im Querschnitt dargestellt,
Fig. 5 einen Teil eines weiteren medizinischen Geräts, einer Einrichtung zur Laserchirurgie, insbesondere zur mikroinvasiven Chirurgie, mit einer weiteren Ausführungsform einer faseroptischen Anordnung teilweise im Querschnitt dargestellt,
Fig. 6 eine Aufsicht auf die Austrittsfläche einer weiteren
Ausführungsform einer faseroptischen Anordnung mit Fasern mit zwei verschiedenen Faserdurchmessern und insbesondere Faserkerndurchmessern,
Fig. 7 eine Aufsicht auf die Austrittsfläche einer nochmals weiteren Ausführungsform einer faseroptischen Anordnung mit Fasern in dichtester Packung,
Fig. 8 eine Aufsicht auf die Austrittsfläche einer nochmals weiteren Ausführungsform einer faseroptischen Anordnung mit Fasern, welchen gruppenweise eine absorbierende Faser zugeordnet ist,
Fig. 9a einen Teil einer weiteren Ausführungsform einer faseroptischen Anordnung teilweise im Querschnitt dargestellt, bei welcher die faseroptische Anordnung Fasern mit konvexer Eintritts- und Austrittsfläche umfasst,
Fig. 9b einen Teil einer weiteren Ausführungsform einer faseroptischen Anordnung teilweise im Querschnitt dargestellt, bei welcher die faseroptische Anordnung Fasern mit konvexer Eintritts- und konkaver Austrittsfläche umfasst,
Fig. 9c einen Teil einer weiteren Ausführungsform einer faseroptischen Anordnung teilweise im Querschnitt dargestellt, bei welcher die faseroptische Anordnung Fasern mit planer Eintritts- und konkaver Austrittsfläche umfasst,
Fig. 10 einen Teil einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemässen Anzeigeeinrichtung mit einer weiteren Ausführungsform einer faseroptischen Anordnung teilweise im Querschnitt dargestellt, bei welcher die faseroptischen Anordnung seitliche Befestigungsmitte und Ausnehmungen für
Dichtelemente umfasst,
Fig. 11 einen Teil einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemässen Anzeigeeinrichtung mit einer weiteren Ausführungsform einer faseroptischen Anordnung teilweise im
Querschnitt dargestellt, bei welcher die faseroptischen Anordnung Teil der Kavität eines LCD-Displays ist und an deren Eintrittsfläche leitfähige Stukturen oder Dünnfilmtransistoren angeordnet sind,
Fig. 12 einen Teil einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemässen Anzeigeeinrichtung mit einer weiteren Ausführungsform einer faseroptischen Anordnung teilweise im Querschnitt dargestellt, bei welcher die faseroptischen Anordnung faseroptische Anordnung Teil der Kavität eines
Plasma-Displays ist,
Fig. 13 eine faseroptische Anordnung mit lichtstreuenden
Strukturen, und
Fig. 14 eine Variante des in Fig. 13 gezeigten Ausführungsbeispiels mit einer separaten Streuscheibe.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen Bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung werden jeweils gleiche Bezugszeichen für im Wesentlichen funktionsgleiche oder identische Bestandteile der verschiedenen Ausführungsformen verwendet. Es sind ferner die Darstellungen in den Figuren nicht masstabsgerecht, um ein besseres
Verständnis zu unterstützten. Zusätzlich werden um der Klarheit willen nicht immer alle Strukturen vollständig dargestellt, wie beispielsweise bei den verschiedenen Faserbündelanordnungen, bei welchen nicht immer der Fasermantel- oder Faserkern, jedoch deren relative Lage zueinander zu erkennen ist.
Nachfolgend wird auf Fig. 1 Bezug genommen, welche einen Teil einer ersten Ausführungsform einer insgesamt mit 1 bezeichneten erfindungsgemässen Anzeigeeinrichtung mit einer ersten Ausführungsform einer faseroptischen Anordnung 2 teilweise im Querschnitt darstellt zeigt .
Die faseroptische Anordnung 2, welche an nachfolgender Stelle noch detaillierter beschrieben werden wird, weist eine Eintrittsfläche 3 sowie eine Austrittsfläche 4 auf, zwischen welchen sich Faserbündel, beispielsweise wie in den Figuren 9a bis 9c mit den Fasern 5, 6, 7, 8 und 9 dargestellt, in etwa parallel zueinander angeordnet erstrecken.
Soweit in der nachfolgenden Beschreibung nicht anderes angegeben wird, liegen auch die Eintritts- und Austrittsflächen der jeweiligen einzelnen Fasern der faseroptischen Anordnung 2 im Wesentlichen, dies bedeutet bis auf Abweichungen durch deren gegebenenfalls nicht-ebene Ausgestaltung, in dieser Eintrittsfläche 3 beziehungsweise in dieser Austrittsfläche 4.
Die faseroptische Anordnung 2 umfasst eine faseroptische Platte, welche, vor einem Display 10 mit einem Abstand L durch seitliche Gehäuseelemente 11, 12 der Anzeigeeinrichtung 1 gehalten ist. Das Display 10 kann ein analoges Display mit Zeigern oder auch ein digitales Display mit getrennt ansteuerbaren Bildelementen sein, wie beispielsweise bei einer LCD, einem OLED oder einem Plasmadisplay.
Als kleinste Strukturgrösse S wird bei einem digitalen Display die kleinste seitliche Abmessung eines solchen, getrennt ansteuerbaren Bildelements angesehen. Bei einem analogen Display ist die kleinste Strukturgrösse S entsprechend diejenige Bildinformation im Bildfeld des Displays 10 oder von dessen Anzeigeorganen, welche an der Austrittsfläche 4 noch gut sichtbar dargestellt werden soll.
In vorteilhafter Weise ist das Display 10 selbstleuchtend ausgebildet, wie beispielsweise ein OLED oder Plasmadisplay oder weist, soweit dies transparent ist, eine dem Fachmann bekannte und folglich in den Figuren nicht dargestellte Hintergrundbeleuchtung auf.
Ferner liegt es im Rahmen der Erfindung, im Bereich der Innenwand der Gehäuseelemente 11 und 12 Leuchtmittel 13 anzubringen, welche beispielsweise als LED's, Entladungslampen oder elektrolumineszente Leuchtmittel, die der faseroptischen Anordnung 2 zugewandte Oberfläche, somit das Bildfeld des Displays 10 beleuchten.
Bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform sind die Leuchtmittel 13 vor einer Blende 14 angeordnet, welche den direkten Lichteinfall des von diesen Leuchtmitteln ausgehenden Lichtes in die faseroptische Anordnung 2 verhindert. Ferner definiert die an der Eintrittsfläche der faseroptischen Anordnung 2 angeordnet Blende 14 Sichtfenster 15 und 16, welche jeweils darunter liegenden Bereichen des Displays 10 zugeordnet sind und diese Bereiche mit hohem Kontrast voneinander abgrenzen.
Alternativ oder zusätzlich können in den direkt hinter der Blende 14 liegenden Bereichen absorbierende Fasern 8, siehe beispielsweise die Figuren 9a bis 9c angeordnet sein, welche ebenfalls eigenständig oder zusätzlich zu einer seitlichen Abgrenzung verschiedener Displaybereiche führen.
Obwohl erfindungsgemäss die verschiedensten Materialien von
Lichtleitern verwendbar sind, wird bevorzugt zumindest ein Anteil an Glasfasern in der faseroptischen Anordnung 2 verwendet und bei der am meisten bevorzugten Ausführungsform bestehen alle Fasern, sowohl die absorbierenden als auch die transmittierenden, aus Glas.
In dem Fachmann bekannter Weise umfassen diese Fasern einen Mantel sowie einen Kern, so dass aufgrund eines Brechzahlunterschieds zwischen dem Mantel- und Kernmaterial im Faserkern Licht geführt wird. Jedoch ist in Abhängigkeit vom Brechzahlunterschied des Mantel- und Kernmaterial die Führung des Lichts nur bis zu einem maximalen
Grenzwinkel möglich, dessen Sinuswert auch als numerische Apertur NA bezeichnet wird. Hierbei ist der Betrachtungswinkel ß für eine faseroptische Platte schematisch in Figur 2 dargestellt, welche eine faseroptische Anordnung 2 zeigt, bei welcher sich die Fasern in horizontaler Richtung erstrecken und welche beispielhaft an einer Faser den durch den Brechzahlunterschied zwischen Faserkern und Fasermantel bestimmten grössten Winkel zu einer Normalen 18 der Eintrittsfläche 3 zeigt, unter welchem Licht noch in der Faser geführt werden kann. Dieser maximale Winkel kann eintrittseitig einen anderen Wert αe als austrittseitig αa aufweisen, beispielsweise, wenn die Faserendflächen eine nicht ebene Gestalt aufweisen, wie dies aus den Figuren 9a bis 9c ersichtlich ist.
Der Betrachtungswinkel ß ergibt sich als derjenige Winkel, welcher von einer Normalen 17 an einem Punkt der Austrittsfläche 4 zu derjenigen
Geraden führt, welche den Fusspunkt der Normalen 17 mit dem Auge eines Betrachters verbindet.
Der Sinus des maximalen Eintrittswinkels αe wird als numerische Apertur der Eintrittsfläche NAe bezeichnet. Innerhalb dieses maximalen Winkels αe liegende Bereiche des Bildfelds 18 des Displays 10 werden in einer jeweiligen Faser der faseroptischen Anordnung 2 als separater Bildpunkt von deren Eintrittsfläche in deren Austrittstlache übertragen.
Unter einem Betrachtungswinkel ß, welcher kleiner ist als der numerische Aperturwinkel αa der Fasern an der Austrittsfläche 4 werden diese vor der Eintrittsfläche 3 liegende Bildstrukturen als jeweils getrennte Bildpunkte an der Austrittsfläche der jeweiligen Faser sichtbar.
Hierdurch kommt es für Bildelemente des Displays, welche typischerweise in einem Bildfeld 18 angeordnet sind, zu einer Abbildung dieser Bildpunkte an der Austrittsfläche 4 der faseroptischen Einrichtung 2 und werden Bereiche oder Bildelemente des vor der Eintrittsfläche 3 liegenden Bildfelds 18 um einen Versatz V vom Bildfeld 18 beabstandet angezeigt.
Der Versatz V ist bei der in Figur 1 sowie bei den in den weiteren Figuren dargestellten Ausführungsformen vorzugsweise so gewählt, dass ein oberer Seitenabschnitt der Austrittsfläche 4 der faseroptischen Anordnung 2 etwa dem Abstand eines unter diesem liegenden Randabschnitts des Bildfelds 18 des Displays 10 zu der inneren Gehäusekante 28, 29 des Gehäuselements 11 bzw. 12 entspricht.
Der Versatz V ist relativ zu der Breite oder dem Durchmesser der faseroptischen Platte vorzugsweise kleiner als das 3 fache der Breite oder des Durchmessers, vorzugsweise kleiner als das 2 fache der Breite oder des Durchmessers und am bevorzugtesten kleiner als die Breite oder der Durchmesser selbst.
Vorzugsweise ist dabei der Kerndurchmesser vieler oder aller optischer Fasern der ersten Vielzahl von Fasern grösser oder gleich 2 μm, insbesondere für Anwendungen mit sehr hoher Auflösung und mit extrem hoher Qualität, oder ist vorzugsweise grösser oder gleich 10 μm, insbesondere für Anwendungen mit sehr hohe Auflösung und mit guter Qualität, oder ist besonders bevorzugt grösser oder gleich 30 μm, insbesondere für Anwendungen mit guter Qualität, und ist am bevorzugtesten grösser oder gleich 60 μm für Anwendungen mit akzeptabler Qualität.
In erfindungsgemässer Weise lassen sich auch alle zwischen diesen angegebenen Werten liegende Grossen verwenden und ist beispielsweise für viele Anwendungen auch ein Kerndurchmesser von 50 μm für Displayanwendungen vorteilhaft.
Die Erfinder haben erkannt, dass der Abstand L zwischen der Eintrittsfläche 4 der faseroptischen Anordnung 2 und dem Bildfeld 18 des Displays 10 nicht grösser als der durch die nachfolgende Gleichung angegebene Wert für L sein sollte: L ≤ (S - d)/(2 ■ tan[arcsin(iV<4e)]) , wobei der Faserkerndurchmesser von vielen oder zumindest allen der transmittierenden Fasern, welche massgeblich zu der Bilddarstellung innerhalb eines Betrachtungswinkelbereichs beitragen, den Wert d aufweist .
In Abhängigkeit von der kleinsten Strukturgrösse S kann für einen bekannten Wert von L und S ebenfalls der Durchmesser des bevorzugten Faserkerns d einer Faser mit den numerischen Aperturen NAe und NAa ermittelt werden und es sollte vorteilhaft gelten, dass für einen maximalen Betrachtungswinkel ß der Anzeigeeinrichtung die numerische Apertur einer Faser an deren Austrittsfläche NAa so ausgebildet ist, dass NAa > cos (ß) gilt und vorzugsweise NAa > NAe ist. Es ergibt sich dann für ein Bildfeld mit einer kleinsten Strukturgrösse S, insbesondere mit einem Anzeigeorgan mit der kleinsten Strukturgrösse S, mit einem Abstand L zwischen der Eintrittsfläche 3 der transparenten Anordnung 2 und dem Bildfeld 18, insbesondere einem Abstand L zwischen der Eintrittsfläche 3 der transparenten Anordnung 2 einem Anzeigeorgan, der Faserkerndurchmesser d vieler oder aller optischer Fasern der ersten Vielzahl von Fasern ein Verhältnis d ≤ (S-2•L•tan[arcsin(Λ^4e)])/2 , vorzugsweise d<(S-2-£-tan[arcsin(iV/4e)])/3 , besonders bevorzugt d≤(S-2-L-tan[arcsin(-V.4e)])/5 ist.
Wobei unter Erfüllung der Beziehung d ≤(S-2-L-tan[&τcsin(NAe)])/2 , eine für Standardanwendungen noch vernünftige Bildqualität erreicht wird, mit d ≤(S-2-L-tan[a.TCSin(NAe)])/3 eine recht gute Bildqualität und mitd ≤(S-2-L-tan.[arcsm(NAe)\)/5 eine sehr hochwertige Bildqualität ermöglicht wird.
Hierbei waren Faserkerndurchmesser d grösser oder gleich 2 μm für Anwendungen mit sehr hoher Auflösung und mit extrem hoher Qualität, Durchmesser grösser oder gleich 10 μm für Anwendungen mit sehr hoher Auflösung und mit guter Qualität, Faserkerndurchmesser grösser oder gleich 30 μm für Anwendungen mit guter Qualität, und Kerndurchmesser grösser oder gleich 60 μm für Anwendungen mit akzeptabler Qualität gut geeignet.
Bevorzugt weist die numerische Apertur NAa der transparenten Faser an deren Austrittsfläche 4 einen Wert von 0,7 + 0,3 auf und weist am bevorzugtesten einen Wert auf, der kleiner als 0,9 ist.
Ein besonders bevorzugter Wert von 0,85 definiert einen maximalen Betrachtungswinkel ß von bis zu etwa 58°.
Für bestimmte Anwendungen, beispielsweise um Licht nur zu einem an einem definierten Ort befindlichen Betrachter zu leiten sind auch numerische Aperturwerte NAa der transparenten Faser an deren Austrittsfläche von etwa 0,3 +/- 0,2, besonders bevorzugt 0,174 oder etwa 0,26 verwendbar, welche zu maximalen Öffnungswinkeln von 10° bzw. 15° führen. Neben dem Brechzahlunterschied zwischen Faserkern und Fasermantel hat auch die Gestaltung der Faserendfläche, wie in den Figuren 9a bis 9c dargestellt Einfluss auf den Aperturwinkel und kommt es bei der Darstellung gemäss Figur 9a, welche eine Ausführung einer faseroptischen Anordnung teilweise im Querschnitt zeigt, bei welcher die faseroptische Anordnung zwei Fasern mit konvexer Eintritts- und Austrittsfläche umfasst zu einer Verkleinerung der numerischen Apertur sowohl an der Eintritts- als auch an der Austrittsfläche.
So kann mit den vorstehenden Beziehungen für eine bestimmte Anwendung mit bekannter noch aufzulösender Strukturgrösse S zunächst der grösstmögliche Faserdurchmesser bestimmt, danach die für diese Anwendung kleinsten noch nötigen numerischen Aperturen ermittelt und der erlaubte Abstand L festgelegt werden.
Nachfolgend wird auf die in Figur 9b dargestellte faseroptische Anordnung 2 Bezug genommen, bei welcher die faseroptische Anordnung 2 Fasern mit konvexer Eintritts- und konkaver Austrittsfläche umfasst und es hierdurch zu einer Verkleinerung der numerischen Apertur an der Eintrittsfläche und einer Vergrösserung der numerischen Apertur an deren Austrittsfläche kommt, wodurch noch kleinere Bildelemente des Bildfelds 18 des Displays 10 aufgelöst werden können oder ein grosserer Abstand L ermöglicht wird und grossere Betrachtungswinkel ß erhalten werden.
Auch die in Figur 9c dargestellte Ausführungsform kann vorteilhaft eingesetzt werden, um beispielsweise mit der vergrösserten numerischen Apertur an der Austrittsfläche 4 einen vergrösserten Betrachtungswinkel ß zu ermöglichen.
Die Form der jeweiligen Enden der Fasern 5 bis 9 können sphärisch oder asphärisch sein und, beispielsweise durch verschiedene Ätzraten des Fasermantel- und des Faserkernmaterials erhalten werden.
Wie in Figur 6 lediglich stark schematisch dargestellt kann anstatt eines für alle Fasern gleichen Kerndurchmessers eine Anzahl von Fasern beispielsweise einen ersten Durchmesser Dl und eine weitere Anzahl von Fasern einen zweiten Durchmesser D2, welcher kleiner als der erste Kerndurchmesser ist, aufweisen. Ferner können die Fasern, wie in Figur 7 stark schematisiert dargestellt in einer dichtesten Packung angeordnet sein und einen im Wesentlichen identischen Durchmesser zeigen.
Ferner ist die Erfindung nicht auf runde Fasern beschränkt sondern können auch wie in Figur 8 mit den Fasern 19 bis 22 dargestellt, rechteckige oder allgemein mehreckige Fasern Verwendung finden. Vorteilhaft ist bei der fünfeckigen Fasergeometrie der Fasern aus Figur 8 eine absorbierende Faser 23 jeweils vier transmittierenden Fasern zugeordnet.
Bei der in Fig. 8 dargestellten Faseranordnung kann das Bildfeld auch in einer ersten Richtung, beispielsweise in der Horizontalen, einen anderen maximalen Betrachtungswinkel als in einer zweiten Richtung, beispielsweise in der Vertikalen aufweisen, welches dadurch erreicht werden kann, dass bei der Herstellung der Faser das Material des Fasermantels strukturiert wird und Licht horizontal unter einem anderen Grenzwinkel als vertikal geführt wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Oberfläche der Faser an der Austrittsfläche 4, beispielsweise durch richtungsselektives Ätzen bei deren Herstellung, horizontal eine andere Krümmung als vertikal aufweisen.
Ferner können die transmittierenden Fasern, vorzugsweise im sichtbaren Teil des Spektrums farbgebend wirken und entsprechende Transmissions- und Absorptionsbänder, vorzugsweise durch Beigabe von Farbstoffen aufweisen.
Ferner kann auch, wie in den Figuren 3a, 3b, 3d und 3e dargestellt die Austrittsfläche 4 der faseroptischen Anordnung 2 nicht eben ausgebildet sein.
Figur 3a zeigt eine zweite Ausführungsform einer faseroptischen Anordnung 2, welche teilweise im Querschnitt dargestellt ist und bei welcher die Austrittsfläche 4 konkav geformt ist, wodurch ein nach innen gewölbtes Bildfeld bereitgestellt wird, welches beispielsweise für seitliches Streulicht weniger empfindlich ist.
Ferner kann, wie in Figur 3d dargestellt die Austrittsfläche 4 der faseroptischen Einrichtung 2 auch nach aussen konvex geformt sein, wodurch das Design der Anzeigeeinrichtung 1 gewollt beeinflusst werden kann oder beispielsweise bei Anzeigen in nautischen Einrichtungen, diese mechanisch stabiler ausgeführt werden so, dass diese höherem Druck standhalten können.
Wird die Austrittsfläche 4, wie bei der in Figur 3e dargestellten Ausführungsform gezeigt, pyramidenförmig ausgebildet, können der jeweiligen Pyramidenfläche 24, 25 jeweils unter dieser Fläche liegende eigene Bereiche 26 bzw. 27 des Bildfelds 18 zugeordnet werden.
Hierdurch können sektorenweise eigene Anzeigebereiche für verschiedene, den jeweiligen Pyramidenseiten zugeordnete Bereiche des Bildfelds 18 bereitgestellt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Austrittsfläche 4 der faseroptischen Anordnung 2 auch ellipsoid konkav oder konvex ausgebildet sein.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, welche in Figur 3b dargestellt ist, ist das an der Austrittsfläche 4 der faseroptischen Anordnung 2 entstehende Bild relativ zum Bild des Bildfelds 13 vergrössert, welches durch eine Änderung der Grosse des Faserkerndurchmessers bewirkt ist.
Bei der in Figur 3c dargestellten Ausführungsform ist das an der Austrittsfläche 4 der faseroptischen Anordnung 2 entstehende Bild relativ zu dem Bild im Bildfeld 18 des Displays 10 verkleinert, welches durch eine Grössenänderung der Faser der faseroptischen Anordnung 2 von grosseren zu kleineren Durchmessern hin bewirkt.
Bei einer weiteren erfindungsgemäss Ausführungsform, welche eigenständig nicht in den Figuren dargestellt ist sind die Fasern der faseroptischen Anordnung 2 entlang ihrer Längsrichtung relativ zueinander verdreht, wodurch auch das Bild an der Austrittsfläche 4 der faseroptischen Anordnung 2 relativ zum Bild am Ort des Bildfelds 18 des Displays 10 verdreht ist.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist in Figur 10 dargestellt, welche eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Anzeigeeinrichtung 1 mit einer weiteren Ausführungsform der faseroptischen Anordnung 2 teilweise im Querschnitt zeigt.
Bei dieser Ausführungsform weist die faseroptischen Anordnung 2 randseitige Befestigungselemente 30 auf, welche bei der in Figur 10 dargestellten Ausführungsform ein an dem Aussenumfang der faseroptischen Anordnung 2 angebrachtes Gewinde umfassen.
Das Gewinde 30 wird bei der Montage in ein Innengewinde 31 der Gehäuseelemente 11, 12 eingeschraubt. Dieses Gewinde 30 und alternativ auch das Innengewinde 31 können, vorzugsweise bei elastischen Kunststoff-Geäuseelementen 11, 12, konisch so ausgebildet sein, dass sich bereits ein selbstdidchtender Sicht ergibt.
Die Austrittsfläche 4 ist zur Seite hin, vorzugsweise unter einem Winkel von 45° angeschrägt und umfasst bei nicht selbstdichtenden Gewinden vorzugsweise eine Ausnehmung 34, insbesondere eine Ringnut 34, in welcher ein Dichtelement, beispielsweise in Form eines Rundschnurrings 33 aufgenommen ist.
Beim Einschrauben der faseroptischen Anordnung 4 in das Gehäuse kommt der Rundschnurring 33 zur dichtenden Anlage an der angeschrägten Ringschulter 32 des Gehäuses und dichtet hierdurch die faseroptischen Anordnung 2 fluiddicht gegen das Gehäuse ab.
Anstelle des Gewindes können als Befestigungselemente in der faseroptischen Anordnung 2 Vertiefungen oder Erhebungen angeordnet sein, welche bajonettartig mit zugeordneten Erhebungen bzw. Vertiefungen der Gehäuseelemente 11, 12 zusammenwirken und einen festen Sitz der faseroptischen Anordnung 2 gewährleisten.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Klebeverbindung zwischen der faseroptischen Anordnung 2 und den Gehäuseelementen 11, 12 hergestellt werden.
Nachfolgend wird auf Figur 11 Bezug genommen, in welcher eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Anzeigeeinrichtung mit einer weiteren Ausführungsform der faseroptischen Anordnung 2 teilweise im Querschnitt dargestellt ist.
Bei dieser Ausführungsform ist die faseroptische Anordnung 2 Teil der Kavität 35 eines Flüssigkristall-Displays 36.
An der Eintrittsfläche 3 sind bei einer ersten derartigen Ausführungsform aus Indium-Zinnoxyd (ITO) bestehend transparente und flächig strukturierte Elektroden angeordnet, welche mit in den Figuren nicht dargestellten Treibereinrichtungen verbunden so sind, dass Bildelemente des Flüssigkristall-Displays 36 getrennt voneinander ansteuerbar sind.
Alternativ oder zusätzlich können zu oder statt der Elektroden 37 bis 41 Dünnfilmtransistoren an der Eintrittsfläche 3 der faseroptischen Anordnung 2 angeordnet sein, um aktiv die Bildelemente des Flüssigkristall-Displays 36 anzusteuern.
Auch bei der weiteren, in Figur 12 dargestellten Ausführungsform bildet die faseroptische Anordnung 2 einen Teil der Kavitäten 42 bis 47 eines Plasmadisplays 48 und sind in der jeweiligen Kavität eigene Elektroden 49 bis 54, vorzugsweise mindestens jeweils eine pro Kavität, an der Austrittsfläche 3 der faseroptischen Anordnung 2 angeordnet. Die Elektroden 49 bis 54 sind elektrisch so angesteuert, dass diese eine Plasmaentladung mit einer in den Figuren nicht dargestellten jeweiligen weiteren Gegenelektrode in den einzelnen Kavitäten 42 bis 47 getrennt bewirken können.
Die erfindungsgemässe transparente Anordnung kann aber auch zur Anzeige anderer analoger Bildfelder 18, beispielsweise von
Behandlungsfeldern im medizinischen Bereich verwendet werden.
Nachfolgend wird auf Figur 4 Bezug genommen, welche einen Teil eines medizinischen Geräts, nämlich eine Einrichtung 55 zur zahnmedizinischen Behandlung, im vorliegenden Falle zur UV-Härtung von Kunststoffimplantaten zeigt.
Dieses medizinische Gerät umfasst einen Griff 56, an welchem ein leicht abgewinkelter Kopf 57 angeordnet ist, der die erfindungsgemässe Anzeigeeinrichtung trägt.
Am grifffernen Ende des Kopfes 57 befindet sich eine Lichtaustrittsöffnung 58, aus welcher zur Härtung von Kunststoff geeignetes Licht, beispielsweise ultraviolettes Licht, austritt und kegelförmig auf den zu behandelnden Zahn 59 auftritt.
Dessen zu behandelnde Oberfläche bildet das Bildfeld 18 für die
Anzeigeeinrichtung 1, welche an deren Austrittsfläche 4 ein vergrössertes Bild des behandelten Zahnteils im Bereich des Bildfelds 18 wiedergibt. Bei der in Figur 4 dargestellten Ausführungsform können die Fasern der faseroptischen Anordnung 2 wie in Figur 9b dargestellt an der Eintrittsfläche 3 konvex und an der Austrittsfläche 4 konkav ausgebildet sein, um derart einen vergrösserten Abstand L und grosseren Betrachtungswinkel zu ermöglichen.
Alternativ oder zusätzlich kann vor der Eintrittsfläche 3 der faseroptischen Anordnung 2 eine Linse oder ein Linsensystem angeordnet sein, welches das Bildfeld 18 auf die Eintrittsfläche 3 abbildet.
Statt einer ultravioletten Lichtquelle kann bei einer abgewandelten Ausführungsform eine Lichtquelle mit einem hohen Intensitätsanteil im infraroten Spektralbereich, beispielsweise für die Wärmetherapie umfassen.
Bei einer nochmals abgewandelten Ausführungsform ist die Lichtquelle in deren Intensität und mit deren Emissionsspektrum an dermatologische Anforderungen für die Entfernung von Tätowierungen oder zur Hautbehandlung, insbesondere für Verjüngungstherapien, angepasst.
Nachfolgend wird auf Figur 5 Bezug genommen, welche einen Teil eines weiteren medizinischen Geräts 60 zeigt, bei welchem aus der Lichtaustrittsöffnung 58 paralleles oder fokussiertes Licht mit hoher Intensität austritt.
Das medizinische Gerät 60 ist ein Laserskalpell, welches es gestattet, mit der hohen Lichtintensität des Lichtbündels 61 Bereiche von Gewebe 62 zu verdampfen oder zu trennen.
Durch die Anzeigeeinrichtung 1 entsteht ein vergrössertes Bild an der Austrittsfläche 4 der faseroptischen Einrichtung 2, welche es insbesondere bei mikroinvasiver Chirurgie gestattet, Gewebeteile mit hoher Präzision herauszulösen und hierdurch mit minimaler Schädigung zu operieren.
Durch Wahl von Fasern, welche an der Eintrittsfläche 3 der faseroptischen Anordnung 2 eine kleine numerische Apertur NAe aufweisen, wird eine starke Richtwirkung mit wenigen seitlichen Lichtanteilen bei der Abbildung des Bildfelds 18 erreicht, wodurch während der Behandlung, insbesondere während der Verdampfung von Gewebe und hierbei entstehenden Gasen mit partikulären Anteilen Streulicht vermindert und somit verbesserter Kontrast für das Bild der Austrittsfläche 4 der faseroptischen Anordnung 2 erreicht wird.
Je nach Anwendung weist die transparente oder auch faseroptische Anordnung 2 an deren Austrittsfläche 4 und/oder an deren
Eintrittsfläche 3 eine Kratzschutzschicht auf, um es beispielsweise bei den vorstehend beschriebenen medizinischen Geräten zu ermöglichen, diese zu reinigen oder zu desinfizieren ohne jedoch bei längerem Gebrauch deren optische Eigenschaften zu verschlechtern. Zusätzlich oder alternativ sind an der Austrittsfläche 4 und/oder an der
Eintrittsfläche 3 eine oder mehrere Reflexionen vermindernde Schichten angeordnet .
In Fig. 13 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer faseroptischen Anordnung 2 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die
Lichtaustrittsseite 4 mit lichtstreuenden Strukturen versehen. Dazu ist die Lichtaustrittsseite 4 aufgerauht. Aufgrund der aufgerauhten Oberfläche kommt es zu einer Streuung der austretenden Lichtstrahlen, so daß diese teilweise auch von Winkeln kleiner als der numerische Aperturwinkel in Winkel abgelenkt werden, die größer als der durch die numerische Apertur NA der Fasern 5 definierte Winkel ist, unter dem ansonsten noch die vor der Eintrittsfläche 3 liegenden Bildstrukturen als getrennte Bildpunkte an den Faserenden auf der Austrittsseite sichtbar sind. Auf diese Weise können dann auch kostengünstigere Fasern 5 mit einer niedrigeren numerischen Apertur, beispielsweise mit einer numerischen Apertur im Bereich von 0,3 bis 0,7 verwendet werden.
Fig. 14 zeigt eine Variante des in Fig. 13 gezeigten Ausführungsbeispiels einer faseroptischen Anordnung 2. Bei der in Fig. 14 dargestellten Variante ist auf die Austrittsfläche 4 eine separate Streuscheibe 65 aufgesetzt, welche auf der dem Faserbündel zugewandten Seite lichtstreuende Strukturen 67 aufweist. Ähnlich zu dem in Fig. 13 gezeigten Beispiel können die lichtstreuenden Strukturen durch Aufrauhen der Oberfläche erzeugt werden. Ebenso ist es aber auch möglich, eine Streuscheibe mit Mikrolinsen zu verwenden. Weiterhin könne die lichtstreuenden Strukturen auch im Volumen der Streuscheibe angeordnet sein.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt sondern es kann diese in weiteren
Ausführungsformen vorteilhaft verwirklicht werden, beispielsweise in Form eines Kraftfahrzeug-Instruments, insbesondere als Tachometer, Drehzahlmesser oder Multifunktionsanzeige. Auch als Avionikinstrument oder Insrument für ein Fluggerät wie beispielsweise als Höhenmesser, Fahrtmesser, künstlicher Horizont, GPS-Navigationssystem sind die erfindungsgemässen Vorteile nutzbar. Gleiches gilt für nautische Instrumente, insbesondere Kompass, Log, Lot oder GPS-Navigationssystem oder auch Instrumente, für Tauchgeräte sowie ünterwasserfahrzeuge, insbesondere Druck-, Spannungs-, Strom, Füllstandsanzeigen.
Auch medizinische Instrumente sind nicht nur auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, insbesondere existieren auch Anwendungen in der Notfallversorgung sowie für die Radiologie, für den strahlenmedizinischen, insbesondere nuklearmedizinischen Bereich, sowie für die Verwendung an Beschleunigern.
Auch als Instrument für chemische Anlagen, insbesondere als
Temperatur-, Druck-, Füllstand-, Spannungs-, Strom- oder ph-Wert- Messeinrichtung ist die erfindungsgemässe Anzeigeeinrichtung verwendbar.
Bezugszeichenliste
1 Ausführungsform der Anzeigeeinrichtung
2 Ausführungsform der faseroptischen Anordnung 3 Eintrittsfläche
4 Austrittsfläche
5 Faser
6 Faser
7 Faser 8 Faser
9 Faser
10 analoger und/oder digitaler Display
11 Gehäuseelement
12 Gehäuseelement 13 Leuchtmittel
14 Blende
15 Fenster
16 Fenster
17 Normale zur Austrittsfläche 18 Bildfeld des Displays 10
19 nicht runde Faser
20 nicht runde Faser
21 nicht runde Faser
22 nicht runde Faser 23 absorbierende Faser
24 Seitenfläche der pyramidenförmigen Austrittsfläche
25 Seitenfläche der pyramidenförmigen Austrittsfläche
26 der Seitenfläche 24 zugeordneter Teil des Bildfelds 18
27 der Seitenfläche 25 zugeordneter Teil des Bildfelds 18 28 Gehäusekante von 11
29 Gehäusekante von 12
30 Befestigungselement, Aussengewinde
31 Innengewinde
32 Ringschulter 33 O-Ring, Rundschnurring
34 Ausnehmung
35 Kavität des Flüssigkristall-Displays
36 Flüssigkristall-Display
37 Elektrode 38 Elektrode
39 Elektrode
40 Elektrode 41 Elektrode
42 Kavität
43 Kavität
44 Kavität
45 Kavität
46 Kavität
47 Kavität
48 Plasma-Display
49 Elektrode
50 Elektrode
51 Elektrode
52 Elektrode
53 Elektrode
54 Elektrode
55 medizinisches Gerät
56 Griff
57 Kopf
58 Lichtaustrittsöffnung
59 Zahn
60 medizinisches Gerät
61 Lichtbündel hoher Intensität
62 zu behandelndes Gewebe
65 Streuscheibe
67 lichtstreuende Strukturen

Claims

Patentansprüche
1. Transparente Anordnung für eine Anzeigeeinrichtung, insbesondere für einen analogen und/oder digitalen Display, mit einer faseroptischen Anordnung, welche Licht von einer Eintrittsfläche in eine Austrittsfläche überträgt, bei welcher an der Austrittsfläche der faseroptischen Anordnung Bereiche, insbesondere Bildelemente, eines vor der Eintrittsfläche liegenden Bildfelds sichtbar sind, und an der Austrittsfläche sichtbaren Bereiche, insbesondere Bildelemente, zumindest um einen Versatz V relativ zum Bildfeld räumlich versetzt sind.
2. Transparente Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die faseroptische Anordnung eine faseroptische Platte mit einer ersten Vielzahl von im Wesentlichen parallel zueinander angeordneten, Licht transmittierenden Fasern, vorzugsweise mit zumindest einem Anteil an Glasfasern oder bestehend aus Glasfasern, ist
3. Transparente Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kerndurchmesser vieler oder aller optischer Fasern der ersten Vielzahl von Fasern grösser oder gleich 2 μm ist, insbesondere für Anwendungen mit sehr hoher Auflösung und mit extrem hoher Qualität, vorzugsweise grösser oder gleich 10 μm ist, insbesondere für Anwendungen mit sehr hohe Auflösung und mit guter Qualität, besonders bevorzugt grösser oder gleich 30 μm ist, insbesondere für Anwendungen mit guter Qualität, und am bevorzugtesten grösser oder gleich 60 μm ist, insbesondere für Anwendungen mit akzeptabler Qualität.
4. Transparente Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die numerische Apertur NAa einer transparenten Faser an deren Austrittsfläche den Wert 1,0 aufweist.
5. Transparente Anordnung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die numerische Apertur NAa einer transparenten Faser an deren Austrittsfläche einen Wert von etwa 0,7 +/- o,3 aufweist, welcher bevorzugt kleiner als 1,0 ist, und am bevorzugtesten kleiner als 0,9 ist.
6. Transparente Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die numerische Apertur NA von Fasern der faseroptischen Anordnung im Bereich von 0.3 bis 0.7 liegt.
7. Transparente Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, insbesondere nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an oder auf der Austrittsfläche lichtstreuende Strukturen angeordnet sind.
8. Transparente Anordnung gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsfläche aufgerauht ist.
9. Transparente Anordnung gemäß einem der beiden vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Austrittsfläche eine Streuscheibe angeordnet ist.
10. Transparente Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Austrittsfläche der faseroptischen Anordnung entstehende Bild relativ zu dem Bild im Bildfeld des Displays vergrössert ist.
11. Transparente Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche von 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Austrittsfläche der faseroptischen Anordnung entstehende Bild relativ zu dem Bild im Bildfeld des Displays verkleinert ist.
12. Transparente Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Austrittsfläche der faseroptischen Anordnung entstehende Bild relativ zu dem Bild im Bildfeld des Displays verdreht ist.
13. Transparente Anordnung einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die faseroptische Anordnung eine zweite Vielzahl von im Wesentlichen zu der ersten Vielzahl transmittierender Fasern parallel angeordnete, Licht absorbierende Fasern aufweist.
14. Transparente Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der absorbierenden Fasern ein Fenster definieren.
15. Transparente Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Anordnung eine Blende aufweist
16. Transparente Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Anordnung zumindest ein randseitiges Befestigungselement aufweist.
17. Transparente Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das randseitige Befestigungselement ein Element aus der Gruppe umfasst, welche Vertiefungen, Erhebungen, Gewinde, und Bajonettbestandteile umfasst.
18. Transparente Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Anordnung randseitige
Ausnehmungen für Dichtelemente aufweist.
19. Transparente Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Anordnung konische Seitenflächen aufweist.
20. Transparente Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Faserende zumindest einer transmittierenden Faser eine nicht-ebene Form aufweist.
21. Transparente Anordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Faserende der zumindest einen transmittierenden Faser sphärisch konkav oder sphärisch konvex geformt ist.
22. Transparente Anordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Faserende der zumindest einen transmittierenden Faser asphärisch konkav oder asphärisch konvex geformt ist.
23. Transparente Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Vielzahl von transmittierenden Fasern zumindest Fasern mit einem ersten und Fasern mit einem zweiten Kerndurchmesser umfasst, wobei der erste Kerndurchmesser verschieden vom zweiten Kerndurchmesser ist.
24. Transparente Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der transmittierenden Fasern im sichtbaren Teil des Spektrums farbgebend wirkt, insbesondere Transmissions- und/oder Absorptionsbänder aufweist.
25. Transparente Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsfläche der faseroptischen
Anordnung eine zumindest bereichsweise nicht ebene Oberfläche definiert .
26. Transparente Anordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest bereichsweise nicht ebene Oberfläche sphärisch konvex oder konkav geformt ist.
27. Transparente Anordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest bereichsweise nicht ebene Oberfläche asphärisch konvex oder konkav geformt ist.
28. Transparente Anordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest bereichsweise nicht ebene Oberfläche ellipsoid oder pyramidenförmig geformt ist.
29. Transparente Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Anordnung an deren Austrittsfläche und/oder an deren Eintrittsfläche eine Kratzschutz- und/oder eine Reflexionen vermindernde Schicht aufweist.
30. Anzeigeeinrichtung, insbesondere analoges oder digitales Display, umfassend eine transparente Anordnung, insbesondere nach einem der Ansprüche von 1 bis 25.
31. Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz V zumindest in einem Seitenabschnitt der Austrittsfläche der faseroptischen Anordnung etwa dem Abstand eines Randabschnitts des Bildfelds eines Displays oder von dessen Anzeigeorganen zu einer der faseroptischen Anordnung benachbarten Gehäusekante eines Gehäuses der Anzeigeeinrichtung entspricht.
32. Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz V relativ zu der Breite oder dem Durchmesser der faseroptischen Platte grösser als das 0,01 fache der Breite oder des Durchmessers, vorzugsweise grösser als das 0,1 fache der Breite oder des Durchmessers und am bevorzugtesten grösser als das 0,2 fache der Breite oder des Durchmessers ist.
33. Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 30, 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz V relativ zu der Breite oder dem Durchmesser der faseroptischen Platte kleiner als das 3 fache der Breite oder des Durchmessers, vorzugsweise kleiner als das 2 fache der Breite oder des Durchmessers und am bevorzugtesten kleiner als die Breite oder der Durchmesser ist.
34. Anzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche von 30 bis 33, gekennzeichnet durch ein Bildfeld mit einer kleinsten Strukturgrösse S, insbesondere mit einem Anzeigeorgan mit der kleinsten Strukturgrösse S, mit einem Abstand L zwischen der Eintrittsfläche der transparenten Anordnung und dem Bildfeld, insbesondere einem Abstand L zwischen der Eintrittsfläche der transparenten Anordnung und dem
Anzeigeorgan, bei welchem der Faserkerndurchmesser von vielen oder allen der transmittierenden Fasern d beträgt, die vielen oder alle transmittierenden Fasern an der
Eintrittsfläche der transparenten Anordnung eine numerische Apertur NAe aufweisen, und wobei für den Abstand L gilt:
L ≤ (S-d)/(2■tan[arcsin(iV^e)]) .
35. Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 33 oder 34, gekennzeichnet durch ein Bildfeld mit einer kleinsten Strukturgrösse S, insbesondere mit einem Anzeigeorgan mit der kleinsten Strukturgrösse S, mit einem Abstand L zwischen der Eintrittsfläche der transparenten Anordnung und dem Bildfeld, insbesondere einem Abstand L zwischen der Eintrittsfläche der transparenten Anordnung und dem Anzeigeorgan, bei welchem der Faserkerndurchmesser von vielen oder allen der transmittierenden Fasern d beträgt, die vielen oder alle transmittierenden Fasern an der Eintrittsfläche der transparenten Anordnung eine numerische Apertur NAe aufweisen, und der Faserkerndurchmesser d vieler oder aller optischer Fasern der ersten Vielzahl von Fasern d < (S - 2 ■ L •tan[arcsin(Λ^4e)])/2 gilt, vorzugsweise d ≤
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gilt, besonders bevorzugt d≤(S-2-L-tan[arcsin(_V-4e)])/5 ist.
36. Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 34 oder 35, dadurch gekennzeichnet, dass für einen maximalen Betrachtungswinkel ß der Anzeigeeinrichtung die numerische Apertur einer Faser an deren Austrittsfläche NAa so ausgebildet ist, dass NAa > cos(ß) gilt und vorzugsweise NAa > NAe ist wobei ß der Winkel von einer Normalen zur Austrittsfläche am Ort eines Faserkerns zur Richtung der Betrachtung hin gemessen ist.
37. Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 34 oder 35, bei welcher die numerische Apertur einer transparenten Faser an deren Eintrittsfläche NAe in etwa der numerischen Apertur der Faser an deren Austrittsfläche NAa entspricht.
38. Anzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche von 30 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass die faseroptische Anordnung Teil einer bildgebenden Einrichtung ist.
39. Anzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche von 30 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass die faseroptische Anordnung Teil der Kavität eines LCD-Displays ist und an deren Eintrittsfläche leitfähige Stukturen oder Dünnfilmtransistoren angeordnet sind.
40. Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass die faseroptische Anordnung Teil der Kavität eines Plasma- Displays ist.
41. Kraftfahrzeug-Instrument, insbesondere Tachometer, Drehzahlmesser, Multifunktionsanzeige, umfassend eine Anzeigeeinrichtung mit den Merkmalen eines der Ansprüche von 30 bis 40.
42. Avionikinstrument, insbesondere Höhenmesser, Fahrtmesser, künstlicher Horizont, GPS-Navigationssystem umfassend eine Anzeigeeinrichtung mit den Merkmalen eines der Ansprüche von 30 bis 40.
43. Nautisches Instrument, insbesondere Kompass, Log, Lot oder GPS- Navigationssystem, umfassend eine Anzeigeeinrichtung mit den Merkmalen eines der Ansprüche von 30 bis 40.
44. Nautisches Instrument, für Tauchgeräte sowie Unterwasserfahrzeuge, insbesondere Druck-, Spannungs-, Strom, Füllstandsanzeigen, umfassend eine Anzeigeinrichtung mit den Merkmalen eines der Ansprüche von 30 bis 40.
45. Medizinisches Instrument, insbesondere für die Notfallversorgung sowie für die Radiologie, für den strahlenmedizinischen, insbesondere nuklearmedizinischen Bereich, sowie für die Verwendung an Beschleunigern .
46. Medizinisches Instrument mit einer Lichtquelle für die Härtung von Implantaten, insbesondere im Mundraum sowie Laserskalpell umfassend eine Anzeigeinrichtung mit den Merkmalen eines der Ansprüche von 30 bis 40.
47. Medizinisches Instrumente mit einer Lichtquelle für Phototherapie, insbesondere für Tattoo-Entfernung oder Hautverjüngung, umfassend eine
Anzeigeinrichtung mit den Merkmalen eines der Ansprüche von 30 bis 40.
48. Medizinisches Instrumente mit einer Lichtquelle für die Wärmetherapie umfassend eine Anzeigeinrichtung mit den Merkmalen eines der Ansprüche von 30 bis 40.
49. Instrument chemischer Anlagen, insbesondere Temperatur-, Druck-, Füllstand-, Spannungs-, Strom- oder ph-Wert-Messeinrichtung umfassend eine Anzeigeinrichtung mit den Merkmalen eines der Ansprüche von 30 bis 40.
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