CH639790A5

CH639790A5 - Arrangement for directed radiation of light on a character display device

Info

Publication number: CH639790A5
Application number: CH761179A
Authority: CH
Inventors: Waldemar Gaertner; Gerhard Kutschan; Werner Dulich
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1978-09-18
Filing date: 1979-08-21
Publication date: 1983-11-30
Also published as: DE2840535C3; DE2840535B2; AT377114B; ATA610879A; FI792885A; DE2840535A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur gerichteten Abstrahlung von Licht an einer Zeichenanzeigeeinrich- 40 tung, bei welcher Einrichtung die Zeichen durch Rasterpunkte gebildet werden, die aus bedarfsweise ausleuchtbaren und in Halterungen der Zeichenanzeigeeinrichtung gehaltenen Lichtleitern bestehen und bei welcher Anordnung jeder Lichtleiter in einen Linsenkörper mit einem aus mehreren Linsen gebiIde-45 ten lichtbrechenden optischen System mündet, über das vorbestimmte Abstrahlcharakteristika für die Rasterpunkte erreichbar sind. The invention relates to an arrangement for the directional emission of light on a character display device, in which device the characters are formed by raster dots, which consist of light guides that can be illuminated and held in holders of the character display device, and in which arrangement each light guide in a lens body with a light-refractive optical system made up of several lenses, via which predetermined radiation characteristics for the raster points can be reached.

Zum grossflächigen Darstellen alphanumerischer Zeichen werden in zunehmendem Masse faseroptische Digitalanzeiger 50 verwendet. Derartige Anzeigeeinrichtungen sind beispielsweise für das Eisenbahnwesen entwickelt worden; sie dienen dort als sogenannte Zusatzanzeiger für die optische Übermittlung von Streckeninformationen an die Züge. Fiber optic digital indicators 50 are being used to an increasing extent for the large-area display of alphanumeric characters. Such display devices have been developed for example for the railway system; there they serve as so-called additional indicators for the optical transmission of route information to the trains.

Da die Zeichenanzeigeeinrichtungen nicht nur bei Dunkel- 55 heit, sondern auch am Tage starker Umgebungshelligkeit zufriedenstellend arbeiten müssen, sind auf die Lichtaustrittsenden der für die Zeichendarstellung verwendeten Lichtleiter optische Systeme aufgesetzt, welche das eingestrahlte Licht ausgangsseitig bündeln und möglichst vollständig in den 60 Raumwinkel umlenken, in dem sich der Zeichenbeobachter aufhält. Um dieses Ziel erreichbar werden zu lassen, ist es bekannt (DE-OS 2616298), für jeden Rasterpunkt der Zeichenanzeigeeinrichtung eine Linsenanordnung vorzusehen, die in der Beobachterebene zwei horizontal nebeneinanderlie- 65 gende, sich teilweise überdeckende Lichtquellen abbildet. Since the sign display devices have to work satisfactorily not only in the dark, but also during the day when there is strong ambient light, optical systems are placed on the light exit ends of the light guides used for the character display, which bundle the incident light on the output side and deflect it as completely as possible into the 60 solid angle. where the sign observer is. In order to make this goal achievable, it is known (DE-OS 2616298) to provide a lens arrangement for each raster point of the character display device which images two partially overlapping light sources lying horizontally next to one another in the observer plane.

Diese Linsenanordnung bewirkt eine Auffächerung des verfügbaren Lichtstromes in die seitlichen Bereiche, wodurch eine relativ gute Erkennbarkeit der Rasterpunkte auch dann gegeben ist, wenn der Beobachter sich der Anzeigeeinrichtung nicht auf direktem Wege, sondern von der Seite her nähert, wie es dann der Fall ist, wenn die Zeichenanzeigeeinrichtungen am Ende eines Gleisbogens angeordnet sind. Allerdings wird auch bei dieser bekannten Zeichenanzeigeeinrichtung ein nicht unerheblicher Teil des verfügbaren Lichtstromes nach oben und nach unten abgestrahlt und geht damit für den Beobachter verloren. This lens arrangement causes the available luminous flux to be fanned out into the lateral areas, which means that the dots are relatively easy to see even if the observer does not approach the display device directly, but from the side, as is the case then. if the character display devices are arranged at the end of a track curve. However, even with this known character display device, a not inconsiderable part of the available luminous flux is emitted upwards and downwards and is therefore lost to the observer.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung der eingangs näher gekennzeichneten Art anzugeben, die die für jeden Rasterpunkt insgesamt verfügbare Lichtmenge voll für die Zeichendarstellung ausnutzt, die durch Ausbildung eines möglichst grossflächigen optischen Systems die Verwendung einer hochwertigen Linsenanordnung möglich macht und die zur Erzielung der vorgegebenen Abstrahlcharakteristik möglichst spielfrei in der Zeichenanzeigeeinrichtung positioniert werden kann. The object of the present invention is to provide an arrangement of the type characterized in more detail at the outset, which makes full use of the total amount of light available for each raster point for the character display, which makes it possible to use a high-quality lens arrangement by designing an optical system which is as large as possible and which achieves predetermined radiation characteristic can be positioned in the character display device with as little play as possible.

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung dadurch gelöst, dass jeder Linsenkörper die Form einer Düse mit rechteckigem Querschnitt aufweist, deren sich verengendes Ende einen Lichtleiter fasst und deren sich erweiterndes Ende das optische System bildet, dass die Mantelflächen des Linsenkörpers Reflektoren für die ausserhalb der optischen Achse des Systems aus dem Lichtleiter einfallenden Lichtstrahlen darstellen und dass die Brennpunkte bzw. die Achsen der das optische System bildenden sphärischen bzw. zylindrischen oder kegelförmigen Linsen über den Querschnitt des Linsenkörpers verteilt, vorzugsweise in einer gemeinsamen Ebene, angeordnet sind. Eine zweckmässige Ausgestaltung der erfin-dungsgemässen Anordnung sieht vor, dass jeder Linsenkörper an seinem sich verengenden Ende mindestens zwei parallel zur Düsenmittelachse verlaufende, senkrecht zu dieser Achse federnde flache Stege aufweist, die auf ihren Aussenseiten mit Rasten versehen sind, über die er sich in einer Halterung der Zeichenanzeigeeinrichtung ausrichtet. This object is achieved by the invention in that each lens body has the shape of a nozzle with a rectangular cross section, the narrowing end of which holds an optical fiber and the widening end of which forms the optical system, that the outer surfaces of the lens body reflectors for the outside of the optical axis of the system from the light guide incident light rays and that the focal points or the axes of the spherical or cylindrical or conical lenses forming the optical system are distributed over the cross section of the lens body, preferably in a common plane. An expedient embodiment of the arrangement according to the invention provides that each lens body has at its narrowing end at least two flat webs running parallel to the central axis of the nozzle and resiliently perpendicular to this axis, which are provided on their outer sides with catches, over which they are in one Align bracket of the character display device.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. The invention is explained below with reference to an embodiment shown in the drawing.

Figur 1 der Zeichnung zeigt die Anordnung in ihrer natürlichen Grösse, FIG. 1 of the drawing shows the arrangement in its natural size,

Figur 2 die Draufsicht auf ein Linsensystem und Figure 2 is a plan view of a lens system and

Figur 3 die mit dem Linsenkörper des Linsensystems einstückig verbundene Befestigungseinrichtung, über die der Linsenkörper in einer Halterung der Zeichenanzeigeeinrichtung ausgerichtet und fixiert wird. FIG. 3 shows the fastening device connected in one piece to the lens body of the lens system, by means of which the lens body is aligned and fixed in a holder of the character display device.

Figur 1 zeigt in der Seitenansicht die nach Erfindung vorgeschlagene Anordnung eines Linsenkörpers 1 in einer Halterung einer Zeichenanzeigeeinrichtung 2. FIG. 1 shows a side view of the arrangement, proposed according to the invention, of a lens body 1 in a holder of a character display device 2.

Der Linsenkörper besitzt die Form einer sich zum Beobachter hin erweiternden Düse mit rechteckigem Querschnitt. Das sich verengende Ende der Düse geht in einen mit dem Linsenkörper einstückig verbundene Halteeinrichtung 3 über, über die er sich in der Zeichenanzeigeeinrichtung ausrichtet und fixiert. In die Halteeinrichtung 3 ist von der Rückseite her ein Lichtleiter 4 eingesetzt, dessen optische Achse mit der optischen Achse 5 des Linsenkörpers fluchtet und der in der Halteeinrichtung kraft- und/oder formschlüssig fixiert ist. Der Linsenkörper nimmt an seinem dem Beobachter zugewandten vorderen Teil das optische System der Anordnung auf. Dabei bilden die Mantelflächen des Linsenkörpers Reflektoren für die ausserhalb der optischen Achse des Systems aus dem Lichtleiter einfallenden Lichtstrahlen. Sie wirken zusammen mit lichtbrechenden optischen Elementen an der Vorderseite des Linsenkörpers. Diese Elemente werden durch sphärische, zylindrische oder kegelförmige Linsen sowie Prismen gebildet. Sie sind nach den bekannten optischen Gesetzmässigkeiten so beschaffen, dass die über den Lichtleiter eingestrahlte-Lichtmenge entsprechend der vorgegebenen Abstrahlcharakteristik The lens body has the shape of a nozzle with a rectangular cross section that widens towards the observer. The narrowing end of the nozzle merges into a holding device 3, which is connected in one piece to the lens body and via which it aligns and fixes in the character display device. A light guide 4 is inserted into the holding device 3 from the rear, the optical axis of which is aligned with the optical axis 5 of the lens body and which is fixed in the holding device in a non-positive and / or positive manner. The lens body receives the optical system of the arrangement on its front part facing the observer. The lateral surfaces of the lens body form reflectors for the light rays incident from the light guide outside the optical axis of the system. They work together with light-refractive optical elements on the front of the lens body. These elements are formed by spherical, cylindrical or conical lenses and prisms. They are designed according to the known optical laws so that the amount of light radiated in via the light guide corresponds to the specified radiation characteristic

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gebündelt und abgelenkt wird. is bundled and distracted.

Figur 2 zeigt in der Draufsicht wie ein derartiges optisches System für den Linsenkörper einer faseroptischen Zeichenanzeigeeinrichtung ausgestaltet sein kann. Die Lichtaustrittsfläche des optischen Systems wird gebildet aus sechs sphärischen 5 Linsenelementen Kl bis K6. Diese Kugellinsenelemente haben die Aufgabe, das über den Lichtleiter einfallende Licht innerhalb eines einzigen Quadranten in etwa axialer Richtung weiterzuleiten. Die Lichtaustrittsöffnung des optischen Systems beinhaltet ferner drei zylindrische Linsenelemente ZI 10 bis Z3, deren Aufgabe es ist, das einfallende Licht innerhalb des auszuleuchtenden Quadranten zur Seite hin aufzufächern. Ferner beinhaltet die Lichtaustrittsfläche des optischen Systems ein Kegelelement K und ein Prisma P, das im Zusammenwirken mit den durch die Mantelflächen des Linsenkör- 15 pers gegebenen Reflektoren eine für die Naherkennbarkeit der Zeichendarstellung erforderliche Tiefenausleuchtung erreichbar macht. FIG. 2 shows a top view of how such an optical system for the lens body of a fiber-optic character display device can be designed. The light exit surface of the optical system is formed from six spherical 5 lens elements K1 to K6. The purpose of these spherical lens elements is to transmit the light incident via the light guide within a single quadrant in an approximately axial direction. The light exit opening of the optical system further includes three cylindrical lens elements ZI 10 to Z3, the task of which is to fan out the incident light to the side within the quadrant to be illuminated. Furthermore, the light exit surface of the optical system contains a cone element K and a prism P, which, in cooperation with the reflectors given by the lateral surfaces of the lens body, makes it possible to achieve a deep illumination necessary for the nearness of the character representation.

Durch den rechteckförmigen Querschnitt des Linsenkörpers ergibt sich eine gegenüber einem runden Querschnitt ver- 20 grösserte Lichtaustrittsfläche des optischen Systems. Hierdurch ist es möglich, die lichtbrechenden Elemente des optischen Systems grösser als bisher üblich auszugestalten und damit auch eine genauere Lichtbrechung zu erzielen. Ferner ist durch die nach der Erfindung vorgeschlagene Anordnung 25 eine grössere Lichtausbeute als bei den bisherigen Linsenkörpern dadurch erreichbar, dass die Brennpunkte MK1 bis MK6 der sphärischen Linsen bzw. die Achsen ZA1 bis ZA3 und KA der zylindrischen und der kegelförmigen Linsen über den Querschnitt des Linsenkörpers verteilt angeordnet sind. Eine 30 derartige Ausbildung des Linsenkörpers gestattet eine nahezu gleichmässige Ausleuchtung des für die Zeichenerkennung in Frage kommenden Quadranten sowohl im Nahbereich als auch auf weite Entfernung. The rectangular cross section of the lens body results in a larger light exit area of the optical system than a round cross section. This makes it possible to make the light-refractive elements of the optical system larger than previously customary and thus to achieve a more precise light refraction. Furthermore, the arrangement 25 proposed according to the invention achieves a greater luminous efficacy than in the previous lens bodies in that the focal points MK1 to MK6 of the spherical lenses or the axes ZA1 to ZA3 and KA of the cylindrical and the conical lenses over the cross section of the lens body are distributed. Such a design of the lens body permits an almost uniform illumination of the quadrant that is suitable for character recognition both in the close range and at a great distance.

Versuche mit nach der Erfindung ausgebildeten optischen 35 Systemen haben ergeben, dass insbesondere solche Linsenkörper die geforderten optischen Qualitäten zeigen, bei denen die Länge der Linsenkörper 1,75- bis 2,5mal so gross ist wie die Diagonalen der Lichtaustrittsflächen der Linsenkörper. Eine zusätzliche Belegung der Lichtaustrittsflächen der Linsenkör- 40 per mit einer Interferenzschicht hebt die Zeichenerkennbarkeit durch Aufhebung von Spiegeleffekten zusätzlich an. Die Experiments with optical systems designed according to the invention have shown that lens bodies in particular show the required optical qualities in which the length of the lens body is 1.75 to 2.5 times as long as the diagonals of the light exit surfaces of the lens body. An additional covering of the light exit surfaces of the lens body with an interference layer additionally increases the character recognizability by canceling out mirror effects. The

Anordnung der Brennpunkte in einer gemeinsamen Ebene machte eine besonders wirtschaftliche Herstellung der Linsenkörper möglich. Arranging the focal points on a common plane made it possible to produce the lens bodies in a particularly economical manner.

Voraussetzung für eine gute Zeichenerkennung ist die Ausrichtung des Linsenkörpers ay.f eine systemeigene Mittelachse. Dies geschieht durch die mit dem Linsenkörper einstückig verbundene Halteeinrichtung, die in Figur 3 vergrössert dargestellt ist. Diese Halteeinrichtung besteht aus einem vom Querschnitt her rechteckigen Mittelstück 6, in dem einerseits der Lichtleiter 4 fixiert ist und an den andererseits der eigentliche Linsenkörper 1 angeschlossen ist. Seitlich dieses Mittelstückes 6 befinden sich zwei flache Stege 7 und 8, die federnd am Mittelstück befestigt sind. Beim Einsetzen des Linsenkörpers in eine Ausnehmung einer Anzeigevorrichtung schwenken die beiden Stege 7 und 8 nach innen ein und federn beim Erreichen ihrer Einbauposition wieder nach aussen auf. Dabei greifen an den Aussenseiten der Stege angebrachte Rasten 9 von beiden Seiten hinter die Halterungen der Zeichenanzeigeeinrichtung wie es in Figur 1 zu sehen ist. A prerequisite for good character recognition is the alignment of the lens body ay.f a system-specific central axis. This is done by the holding device connected in one piece to the lens body, which is shown enlarged in FIG. 3. This holding device consists of a central section 6 with a rectangular cross section, in which the light guide 4 is fixed on the one hand and to which the actual lens body 1 is connected on the other hand. To the side of this middle piece 6 are two flat webs 7 and 8 which are resiliently attached to the middle piece. When the lens body is inserted into a recess in a display device, the two webs 7 and 8 swivel inwards and spring back outwards when they reach their installation position. In this case, catches 9 attached to the outside of the webs engage behind the holders of the character display device from both sides, as can be seen in FIG. 1.

Zum bedarfsweisen Auswechseln der Linsenkörper können die federnden Stege von der Vorderseite der Zeichenanzeigeeinrichtung her zusammengedrückt werden, wodurch die Verriegelung der Halteeinrichtung in der Zeichenanzeigeeinrichtung aufgehoben wird. Die Linsenkörper können dann zur Rückseite her aus der Zeichenanzeigeeinrichtung herausgezogen werden. Desgleichen ist es aber auch möglich, die Linsenkörper von der Rückseite her zu lösen, indem von dort aus beispielsweise mittels eines Werkzeugs, das in entsprechende Ausnehmungen 10 einrastbar ist, Druck auf die Stege 7 und 8 ausgeübt wird. Nach dem Aufheben der Verriegelung des Linsenkörpers kann dieser zur Rückseite aus der Zeichenanzeigeeinrichtung herausgezogen werden. To replace the lens body as required, the resilient webs can be pressed together from the front of the sign display device, whereby the locking of the holding device in the sign display device is released. The lens body can then be pulled out of the character display device to the rear. Likewise, however, it is also possible to detach the lens body from the rear by exerting pressure on the webs 7 and 8 from there, for example by means of a tool which can be snapped into corresponding recesses 10. After unlocking the lens body, it can be pulled out of the character display device to the rear.

Die vorstehende Erfindung zeigt einen Weg auf für eine möglichst gleichmässige und lichtstarke Ausleuchtung bestimmter Raumwinkel durch faseroptische Zeichenanzeigeeinrichtung. Die Erfindung besteht dabei nicht in der speziellen Ausbildung des optischen Systems aus aufeinander abgestimmten Reflektoren und lichtbrechenden Elementen, sondern in der Lehre, den Linsenkörper vom Querschnitt her rechteckig auszubilden und die Brennpunkte bzw. Achsen der das optische System bildenden Linsen über den Querschnitt des Linsenkörpers verteilt anzuordnen. The above invention shows a way for a uniform and bright illumination of certain solid angles by means of fiber optic character display devices. The invention does not consist in the special design of the optical system from coordinated reflectors and light-refracting elements, but in the teaching to make the lens body rectangular in cross section and to distribute the focal points or axes of the lenses forming the optical system over the cross section of the lens body to arrange.

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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

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1. Arrangement for the directional emission of light on a character display device, in which device the characters are formed by halftone dots, which consist of light guides that can be illuminated and held in holders of the sign display device, and in which arrangement each light guide in a lens body with one of several Lens-formed light-refractive optical system, via which predetermined radiation characteristics can be reached for the halftone dots, is characterized in that each lens body has the shape of a nozzle with a rectangular cross section, the narrowing end of which holds a light guide and the widening end of which Optical system forms that the lateral surfaces of the lens body represent reflectors for the light rays incident outside the optical axis of the system from the light guide and that the focal points or the axes of the spherical or cylin forming the optical system drical or conical lenses are distributed over the cross section of the lens body. 20th

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the length of the lens body is 1.75 to 2.5 times as large as the diagonals of the light exit surfaces of the lens body.

2nd

PATENT CLAIMS

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that at least the light exit surfaces of the lens body are provided with interference layers.

4. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that each lens body has at its narrowing end at least two parallel to the central axis axis 30, perpendicular to this axis resilient flat webs, which are provided on their outer sides with notches, about which it is aligned in a holder of the character display device.