DE2751058C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Faseroptik.
Es ist bereits ein Verfahren zur Herstellung einer Faseroptik
bekannt (US-PS 39 09 109), wobei die Enden der Lichtleiter in
der Austrittsfläche in einem größeren Abstand im Vergleich zu
den Enden der Lichtleiter in der Lichteintrittsfläche angeordnet
sind, und wobei die Endflächen der Lichtleiter in
der Austrittsfläche in einer Ebene liegen, die rechtwinklig
zu der Ebene durch die Endflächen in der Eintrittsfläche
verläuft. Dabei wird noch als nachteilig angesehen, daß
ein verhältnismäßig großer Arbeitsaufwand zur Herstellung
einer derartigen Faseroptik erforderlich ist. Entsprechendes
gilt auch für eine andere bekannte Faseroptik, die aus zwei
keilförmigen Blöcken aus faserförmigen Lichtleitern zusammengesetzt
ist (US-PS 34 02 000), wobei der erste Block
zur Vergrößerung einer Abbildung in einer ersten Dimension
und der zweite Block zur Vergrößerung einer Abbildung in
der zweiten Dimension dient. Die beiden Blöcke sind über
den Strahlengang ablenkende Schichten miteinander verbunden.
Dadurch ergibt sich der weitere Nachteil, daß die faserförmigen
Lichtleiter nicht kontinuierlich ausgebildet werden
können und daß durch die ablenkenden Schichten zusätzliche
Lichtverluste verursacht werden.
Es ist ferner bereits eine Faseroptik bekannt (US-PS
30 43 910), bei der im wesentlichen in einer Richtung verlaufende
Lichtleiter durch vertikal angeordnete streifenförmige
Abstandshalter voneinander getrennt werden, und
wobei zur Erzielung einer geeigneten Vergrößerung ein Anschneiden
des Faserbündels unter spitzem Winkel am Austrittsende
vorgesehen ist. Eine Kombination der aus dieser Vorveröffentlichung
bekannten Maßnahmen mit anderen bekannten
Maßnahmen der eingangs genannten Art zum Zwecke der Vereinfachung
der Herstellung einer Faseroptik erscheint nicht
ohne weiteres möglich.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein einfaches Verfahren
zur Herstellung einer Faseroptik anzugeben, die ausgangsseitig
ein vergrößertes Anzeigefeld aufweist. Diese Aufgabe
wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1
beziehungsweise des Patentanspruchs 2 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen derartiger Verfahren sind Gegenstand der
Ansprüche 3 und 4.
Besondere Vorteile des Verfahrens gemäß der Erfindung sind
neben der Erzielbarkeit verringerter Herstellungskosten darin
zu sehen, daß eine kompakte Anordnung der Vielzahl von
Lichtleitern möglich ist, ohne daß eine zu starke mechanische
Beanspruchung der Lichtleiter bei der Ausbildung des vergrößerten
Anzeigefelds verursacht wird. Dazu trägt insbesondere
die verhältnismäßig geringe Anzahl von erforderlichen Verfahrensschritten
bei, die eine genaue Wiederholbarkeit und
Verringerung des Materialbedarfs ermöglicht.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
zur Erläuterung anhand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine Perspektivansicht einer Anzeigeeinrichtung (Faseroptik),
Fig. 2 eine Schnittansicht entlang den Pfeilen 2-2 in Fig. 1,
Fig. 3 eine schematische Ansicht einiger Fasern der in Fig. 1
gezeigten Anzeigeeinrichtung zur Erläuterung des Aufbaus
der Fasern,
Fig. 4A bis 4E Darstellungen zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens,
und
Fig. 5A bis 5C Darstellungen zur Erläuterung eines weiteren
Herstellungsverfahrens.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Anzeige- oder Wiedergabeeinrichtung
(Faseroptik), die erfindungsgemäß hergestellt ist. Die Anzeigeeinrichtung, die in Fig. 1 mit 10 bezeichnet
ist, weist eine Licht-Eingangsfläche 20 auf, die
jeweils durch Enden 31 mehrerer länglicher, optischer Lichtleiter
30, beispielsweise in Form von Fasern, festgelegt ist.
Die Enden 31 sind unter Einhaltung eines relativ kleinen Abstandes
in vertikalen und horizontalen Reihen angeordnet. Die
Eingangsfläche 20 ist im wesentlichen eben, kann jedoch auch
gegenüber der dargestellten, ebenen Ausbildung in bestimmtem
Umfang abgeändert werden, um an die Form derjenigen Einrichtung
angepaßt zu werden, von der ein Bild übertragen werden
soll. Eine Licht-Ausgangsfläche 40 steht im wesentlichen senkrecht
zur Eingangsfläche 20 und wird durch die anderen Enden
41 der Fasern 30 festgelegt. Die Faserenden 41 sind nach Fig. 1
in einer aus horizontalen und vertikalen Reihen bestehenden
Anordnung vorgesehen, wobei die Faserenden 41 Abstand zueinander
einhalten und in bestimmter Entfernung zu den Faserenden
31 liegen. Die Fasern der Anzeigeeinrichtung oder Sichtanzeigeeinrichtung
10 sind in einem Trägermaterial 50 eingebettet,
welches nachstehend noch näher erläutert wird. Die
in den Figuren gestrichelt eingezeichneten Linien zeigen die
Wege der Fasern und die gepunktet eingezeichneten Linien verdeutlichen,
daß weitere Reihen solcher Fasern vorgesehen sind,
die jedoch wegen des besseren Verständnisses nicht dargestellt
sind.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird die in Fig. 1 gezeigte
linke vertikale Reihe der Fasern, die sich in der Eingangsfläche
20 befindet, als vertikale Reihe 1 der Eingangsfläche
bezeichnet. Jeder optische Leiter, bzw. jede Faser dieser
vertikalen Reihe erstreckt sich über eine Länge nach hinten,
die durch die hinterste Kante der Ausgangsfläche 40 (Fig. 3)
in etwa bestimmt ist; der Ausdruck "Länge" ist auf die Eingangsfläche
20 bezogen. Die anderen Enden der Fasern der vertikalen
Reihe 1, die in der Ausgangsfläche 40 liegen, ergeben
in der Ausgangsfläche 40 eine (vertikale) Reihe, die mit 1′ in
Fig. 1 angedeutet ist.
Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht entsprechend den Pfeilen
2-2 in Fig. 1, wobei die Fasern der vertikalen Reihe 1 etwa
an ihrem am weitesten hinten gelegenen Punkt dargestellt sind
und es ist ersichtlich, daß sich jede Faser seitlich an einem
Punkt umbiegt, welcher der größten Länge gegenüber der Fläche
20 entspricht, so daß jede Faser in eine Richtung umgebogen
ist, die im wesentlichen parallel zur Eingangsfläche 20 liegt.
Die anderen Enden dieser Fasern bilden die Reihe 1′ in der Ausgangsfläche
40. Die Reihe 1′, die der vertikalen Reihe 1 entspricht,
liegt ersichtlicherweise dann ebenfalls in vertikaler
Richtung, wenn die Darstellung nach Fig. 1 etwa um 90°
im Uhrzeigersinn gedreht wird.
Die nächste vertikale Reihe von Fasern in der Eingangsfläche,
die als vertikale Reihe 2 bezeichnet ist, verläuft über eine
gegenüber der vertikalen Reihe 1 etwas kleinere Länge nach
hinten; jede Faser der vertikalen Reihe 2 ist dann seitlich
an dem Punkt der größten Länge in eine Richtung umgebogen,
die ebenfalls im wesentlichen parallel zur Eingangsfläche 20
liegt. Jede vertikale Reihe von Fasern erstreckt sich infolgedessen
von der Eingangsfläche 20 über eine Länge nach hinten,
wobei diese Länge von der Position der betreffenden vertikalen
Spalte in der Anordnung der Spalten abhängt. Zum Beispiel verläuft
die Spalte 1 über einen größeren Betrag nach hinten, die Spalte
2 über einen etwas kleineren Betrag, usw. und die letzte
vertikale Spalte, die mit n bezeichnet ist, erstreckt sich über
die kleinste Länge von der Fläche 20 nach hinten.
Jede Faser jeder vertikalen Reihe biegt sich an der Stelle
der größten Länge gegenüber der Fläche 20 in eine Richtung,
die im wesentlichen parallel zur Eingangsfläche 20 liegt.
Die Fasern jeder vertikalen Reihe haben daher gegenüber den
Fasern der anderen vertikalen Reihe unterschiedliche Länge
und jede Faser jeder vertikalen Reihe endet an einer
Position, welche abhängig ist von der Reihenfolge
in der horizontalen Reihe, so daß die anderen Enden 41
bzw. durch letztere gebildeten Flächen der Fasern der vertikalen
Reihen entsprechende vertikale Reihen in der Ausgangsfläche 40
festlegen, die unter einem Winkel, der kleiner als 90° ist,
gegenüber der Ebene der vertikalen Reihen in der Eingangsfläche
liegen, wodurch eine keilförmige Platte hervorgerufen wird. Dies
bedeutet, daß die durch die vertikalen Reihen 1′ bis n′ definierte
Fläche 40 unter einem Winkel, der kleiner ist als 90°,
gegenüber den Ebenen geneigt ist, die durch die vertikalen
Reihen 1 oder 2 usw. definiert sind. Fig. 2 läßt erkennen,
daß die obere Faser der vertikalen Reihe 1 an einer Position
endet, die zur durch Reihe 1 gebildeten Ebene kleineren Abstand hat,
als die nach unten nächstfolgende Faser der gleichen vertikalen
Reihe 1; dies bedeutet, daß die Länge der Fasern entsprechend
Fig. 2 in der in Fig. 2 gezeigten Richtung von oben nach unten
zunimmt. Die Länge der Fasern in Querrichtung ist in
Fig. 2 mit Q L angedeutet und für die oberste Faser der vertikalen
Reihe 1 eingetragen. Abhängig von der Reihenfolge der
Fasern in der vertikalen Reihe variiert somit die Querlänge
Q L und die Höhe der Ausgangsfläche 40 ändert sich gleichmäßig,
was zu einer kompakten, keilförmigen Anzeigeplatte führt.
Die Fig. 4A bis 4E zeigen die einzelnen Verfahrensschritte
bei der Herstellung der in Verbindung mit Fig. 1 erläuterten
Anzeigeeinrichtung. Zur Herstellung der Anzeigeeinrichtung
10 wird eine Vielzahl von optischen Leiterelementen, beispielsweise
optischen Fasern oder Fäden verwendet, die parallel zueinander
liegen und in kleinem Abstand zueinander angeordnet
sind. Da diese Fäden mit fester bzw. großer Länge verwendet
werden, ist es vorteilhaft, ein Band 101 zu verwenden, wie
dies beispielsweise in Fig. 4A gezeigt ist und welches eine
Vielzahl von in gleichmäßigem Abstand zueinander und parallel
zueinander liegenden Fasern 30 enthält, die von einem Trägerelement
102 gehalten werden. Dieses Band 101 kann entweder
auf eine Spule aufgespult sein oder in anderer Form verfügbar
sein, infolgedessen feste Längen dieses Bandes leicht
abgespult oder abgewickelt werden können.
Das Band 101 mit den optisch leitenden Fasern wird um ein relativ
flaches Abstandselement 110 gewickelt, wie aus Fig. 4B
hervorgeht. Diese und die folgenden Wickelschritte werden
dadurch erreicht, daß das Abstandselement 110 in Drehung
versetzt wird und als sich drehende Platte dient, die um
eine Achse Z gedreht wird. Die Wickelschritte können andererseits
auch dadurch ausgeführt werden, daß die das Band tragende
Einheit, beispielsweise eine Spule, auf welche das
Band aufgewickelt ist, spiralförmig um das Abstandselement
110 bewegt wird. Nachdem das Band einmal um das Abstandselement
110 herumgelegt ist, wird ein geeignetes Verkapselungs-
oder Bindematerial, beispielsweise Kunststoff oder Kunstharz,
auf und zwischen die Fasern 30 verbracht. Weitere, relativ
flache Abstandselemente werden dann über den vorher gewickelten
Fasern angeordnet; entsprechend Fig. 4C wird beispielsweise
ein Abstandselement 111 auf eine freiliegende Fläche
des Bandes 101 aufgesetzt und ein Abstandselement 112 auf
die andere freiliegende Fläche des Bandes 101. Dann werden
die Fasern wieder über die weiteren Abstandselemente, d. h.
zuerst über das Abstandselement 112 und dann über das Abstandselement
111 gelegt, indem beispielsweise eine weitere
Drehung der Platte 110 ausgeführt wird. Die Hinzufügung weiterer
Abstandselemente und die darauf folgende spiralförmige
Aufwicklung werden dann in beliebiger Zahl wiederholt, um
den in Fig. 4D gezeigten Aufbau zu erreichen, die eine Seitenansicht
wiedergibt. Daraufhin wird die in Fig. 4D gezeigte
Anordnung entlang der durch das erste Abstandselement 110
festgelegten Ebene getrennt, die durch Pfeile 4 E-4 E in Fig.
4D gezeigt ist. Auf diese Weise werden zwei zueinander identische
Abschnitte erhalten, von denen einer in Fig. 4E gezeigt
ist. Die Platte oder das Abstandselement 110 ist wiederverwendbar
und wird vorzugsweise während der Trennung bzw. des
Schnittes durch den Aufbau nach Fig. 4D entfernt, so daß
eine in Fig. 4E gezeigte Aussparung 105 erhalten wird. In
diesem Fall kann vor dem weiteren Umwickeln entsprechend
Fig. 4B ein Paar von Abstandselementen auf einander gegenüberliegenden
Seiten des Abstandselementes 110 angeordnet
und an den zuerst gewickelten Fasern befestigt werden;
diese Abstandselemente bilden dann das Material an der Wand
der Aussparung 105 der beiden Abschnitte der getrennten
Konstruktion. Jeder Abschnitt, der sich aufgrund einer Trennung
der in Fig. 4D gezeigten Konstruktion ergibt und der
in Fig. 4E gezeigt ist, wird dann unter einem Winkel entlang
der Schnittebene getrennt, die in Fig. 4E durch die Pfeile
1-1 gezeigt ist. Die Trennung, die durch die gebrochenen
Linien in Fig. 3 angedeutet ist, ergibt dann ein Paar von
keilförmigen Anzeigeeinrichtungen entsprechend Fig. 1.
Der Abstand zuwischen den Faserenden in der Ausgangsfläche 40
ist durch S x (in horizontaler Richtung) und S y (in vertikaler
Richtung) in Fig. 1 eingetragen. Der Abstand S x ist durch die
Dicke der Abstandselemente zuzüglich der Dicke der Fasern festgelegt.
Der Abstand S y ergibt sich aus der folgenden Gleichung:
wobei W die Breite des Bandes 101, M der Vergrößerungsfaktor,
M · W die Länge des Abstandselementes und N die Zahl der Fasern
des Bandes bedeuten. Der Vergrößerungsfaktor M, d. h. das Verhältnis
zwischen der Länge des Abstandselementes und der Breite
des Bandes, wird so gewählt, daß der jeweils gewünschte
Vergrößerungsfaktor erhalten wird. Bei einer Ausführungsform
der Erfindung wird für die Abstandselemente schwarzes
Papier mit einer Dicke M · (Dicke des Bandes) verwendet, so
daß eine Vergrößerung M in der Richtung S y erreicht wird.
Die Verwendung eines schwarzen Papiermaterials zwischen
den Fasern des Bandes und für das Abstandsmaterial erleichtert
das Erkennen eines vergrößerten Bildes in einer relativ
hellen Umgebung, da die Faserenden in der Ausgangsfläche
von einer größeren, lichtabsorbierenden und nicht reflektierenden
Fläche umgeben sind, welche die Helligkeit oder Beleuchtung
der Umgebung daran hindert, den Betrachter des
angezeigten oder dargestellten Bildes zu erreichen. Während
der Herstellung kann ein geeignetes Bindemittel zwischen
den umgewickelten Schichten vorgesehen werden und dann durch
Erwärmung vor der Trennung des hergestellten Aufbaus ausgehärtet
werden. Nach den Trennungsvorgängen kann jede sich
daraus ergebende Anzeigeeinrichtung durch geeignetes Polieren,
Lackieren od. dgl. fertiggestellt werden.
Aus Fig. 2 ergibt sich, daß die Enden der Fasern an der Ausgangsfläche
nicht in senkrechtem Winkel zur Ausgangsfläche
selbst stehen. Wenn die Fasern sehr kleine Durchmesser haben,
wird das von ihnen austretende Licht relativ isotrop, d. h.
in etwa in allen Richtungen gleichmäßig verteilt bzw. gestreut.
Wenn jedoch relativ große Fasern, d. h. Fasern mit großem
Durchmesser verwendet werden, kann es erwünscht sein, die
Enden der Fasern so auszurichten, daß sie im wesentlichen
senkrecht zur Ausgangsfläche stehen. Eine Möglichkeit, dieses
zu erreichen, besteht in der Verwendung von Abstandselementen,
die einen in Diagonalrichtung liegenden Spalt enthalten,
wie dies in Fig. 5A gezeigt ist. Dieser Spalt entspricht
der Lage der Trennungsebene 1-1 in Fig. 4E. Wenn
das Band 101 über das Abstandselement gewickelt ist, werden
zwei Segmente 120 A, 120 B des Abstandselements geringfügig
entlang der in Diagonalrichtung liegenden Bezugsebene
verschoben, wie dies durch die Pfeile 125 und 126 in Fig. 5B
gezeigt ist. Die Größe der Verschiebung muß ausreichen, um
die Fasern in dem Spalt so auszurichten, daß sie senkrecht
zu einer durch die Mitte des Spaltes verlaufenden Ebene
stehen. Wenn dies ausgeführt ist, wird der Spalt mit einem
geeigneten Material, beispielsweise Kunstharz, ausgefüllt,
und dieses Material wird ausgehärtet. Nach der Trennung dieses
Aufbaus, beispielsweise entlang der Linien 1′-1′ in Fig. 5B
wird eine Anzeigeeinrichtung erhalten, wie sie in Fig. 5C
dargestellt ist und die sich gegenüber der Ausführungsform
nach Fig. 2 unterscheidet; die Faserenden in der Ausgangsfläche
stehen dabei senkrecht zur Ausgangsfläche. Eine Möglichkeit,
die in den Fig. 5A bis 5C dargestellte Technik auszuführen,
besteht darin, getrennte Platten anstelle einer einzigen
Platte oder eines einzigen Abstandselementes 110 nach
Fig. 4B zu verwenden. Die Abstandselemente werden dann entsprechend
Fig. 5A stapelförmig über den gespaltenen bzw. getrennten
Abstandselementen während des Aufwicklungsschrittes
angeordnet und an diesen Abstandselementen durch geeignete
Mittel befestigt. Nach Beendigung des Herstellungsvorganges
werden dann die Platten in der in Fig. 5B gezeigten Weise
verschoben, wodurch alle Segmente der Abstandselemente ebenfalls
verschoben werden. Die Einführung von Füllmaterial
und die nachfolgende Trennung kann dann in der vorstehend
erläuterten Weise ausgeführt werden.
Vorzugsweise werden die Abstandselemente stapelförmig an
beiden Seiten des ersten Abstandselementes während des
Wicklungsvorganges angeordnet bzw. aufgelegt, um auf diese
Weise vier Anzeigeeinrichtungen zu erhalten; wenn jedoch
die Abstandselemente nur auf einer Seite stapelförmig angeordnet
bzw. aufgesetzt werden, lassen sich aus jeder derartigen
Konstruktion zwei Anzeigeeinrichtungen erhalten.
Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß die dort dargestellte Anzeigeeinrichtung
eine Spiegelbild-Umkehr des Eingangsbildes
ausführt; es können jedoch geeignete Mittel eingesetzt werden,
um diese Umkehrung auszuschließen. Anstelle der Aufwicklung
von teilweise oder vollständig befestigten Bändern können
auch einzelne Fasern schichtweise aufgewickelt werden.
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung einer Faseroptik, das folgende Schritte in
der angegebenen Reihenfolge umfaßt:
- a) einlagiges Wickeln einer Mehrzahl von in kleinem Abstand und im wesentlichen parallel zueinander angeordneten faserförmigen Lichtleitern (30) auf ein erstes flaches Abstandselement (110),
- b) Anordnen eines weiteren flachen Abstandselements (111) auf der zuvor gefertigten Lichtleiter-Lage und Wickeln einer weiteren Lichtleiter-Lage,
- c) Wiederholen des vorgenannten Schrittes in der gewünschten Vielfalt,
- d) Durchtrennen der erhaltenen Anordnung entlang der durch das erste flache Abstandselement (110) festgelegten Ebene,
- e) Durchtrennen des die weiteren Abstandselemente (111) enthaltenden Teils in einer Ebene, die zur Bildung eines keilförmigen Endbereichs zu der durch die Abstandselemente (111) festgelegten Ebene in Richtung der Lichtleiter (30) unter einem Winkel geneigt ist, der kleiner als 90° ist (Fig. 4).
2. Abgeändertes Verfahren nach Anspruch 1, bei dem beim Schritt b) zu
beiden Seiten des ersten Abstandselements (110) je ein weiteres Abstandselement
(111) angeordnet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß zum Aufwickeln der Lichtleiter (30) das erste Abstandselement (110)
um eine Achse gedreht wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß beim Schritt b) in Diagonalrichtung, welche der
Richtung der Trennebene gemäß Schritt e) entspricht, durch einen
Spalt getrennte Abstandselemente (111) verwendet werden und vor
Durchführung des Trennens nach Schritt e) die beiden Segmente (120 A,
120 B) des Teils entlang der Diagonalrichtung geringfügig derart gegeneinander
verschoben werden, daß im Bereich der Trennebene die Lichtleiter
(30) senkrecht zur Trennebene ausgerichtet sind.
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