DE2809067C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Einblenden eines Symbols in den Strahlengang eines optischen Systems, von der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art. Eine derartige Einrichtung ist aus US-PS 39 94 597 bekannt.

Es besteht häufig das Bedürfnis, wahlweise verschiedene Symbole im Strahlengang sichtbar zu machen. Dies konnte bisher nur durch Auswechseln der betreffenden Symbolträ­ ger erreicht werden. Dies ist jedoch umständlich und er­ fordert einen beträchtlichen Geräteaufwand, um die er­ forderliche Lagegenauigkeit der Symbolträger zu gewähr­ leisten, und führt auch zu Schwierigkeiten bei der staub­ dichten Abdichtung des Strahlengangs.

Aus der DE-OS 25 29 418 ist ein optisches Gerät mit einer Strichplatte bekannt, bei dem durch wahlweise Ansteuerung von Lichtquellen unterschiedliche Bereiche der Strich­ platte wahlweise sichtbar gemacht werden können. Diese unterschiedlichen Bereiche erscheinen dann aber auch an unterschiedlichen Stellen des Strahlengangs. Das Prob­ lem, unterschiedliche Symbole jeweils an gleicher Stelle im Strahlengang erscheinen zu lassen, wird dadurch nicht gelöst.

Aus US-PS 32 02 039 ist ein optisches System für eine Farbfernsehkamera bekannt, dessen Strahlengang hinter der Objektivlinse durch mit dichroischen Schichten ver­ sehene Prismen in drei Strahlengänge für die drei Grund­ farben ausgeteilt wird, die zu entsprechenden Empfängern für diese Grundfarbe führen, wobei die optische Weglän­ gen der drei Strahlengänge gleich sind. Die verschiede­ nen zur Aufspaltung des Strahlengangs und zur Anglei­ chung der optischen Weglängen dienenden Prismen sind teils direkt, teils unter Zwischenfügung dünner Luft­ schichten zur Erzielung von total reflektierenden Grenz­ flächen, aneinandergefügt. Für eine Vereinigung von Strah­ lengängen gleicher Wellenlänge, wie sie zum Einblenden verschiedener Symbole in einen Strahlengang nötig wäre, ist diese bekannte Anordnung nicht vorgesehen oder ge­ eignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrich­ tung der genannten Art so auszubilden, daß mit einfa­ chen, billigen und funktionssicheren Mitteln mehrere Symbole teilweise gleichzeitig in den Strahlengang eingeblendet werden können.

Durch wahlweises Ein- und Ausschalten der den einzelnen Symbolträgern zugeordneten Lichtquellen erscheint das jeweils zugeordnete Symbol im Strahlengang, wobei durch die gleichen optischen Weglängen der von jedem Symbol über die teildurchlässigen Reflexionsflächen in den Strahlengang verlaufenden Lichtwege dafür gesorgt ist, daß jedes Symbol ohne die Notwendigkeit einer Nachfokus­ sierung scharf im Strahlengang sichtbar ist, obwohl die Symbolträger selbst an ganz unterschiedlichen Stellen und in verschiedener Entfernung vom Strahlengang angeord­ net sein können.

Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Prinzipskizze einer Einrichtung gemäß der Erfindung.

Fig. 2 und 3 zeigen zwei verschiedene Ausführungs­ formen mit quadratischen Strahlteilprismen und Kompensationsblöcken.

Fig. 1 zeigt das Anordnungsprinzip von re­ flektierenden Oberflächen bei der Einrichtung gemäß der Erfindung, wobei nur die op­ tische Achse der symbolprojizierenden Anordnung gezeichnet wurde. In dem Strahlengang eines optischen Hauptsystems mit dem Linsensystem 1 und der Bild­ fläche 2 ist eine teildurchlässige planparallele Platte 3 angeordnet, die Strahlung vom Linsensystem 1 durchläßt, auf der Rückseite aber eine reflek­ tierende Oberfläche 4 besitzt. Ein zweites Linsensystem 5 ist so angeordnet, daß es Symbolträger P ₁-P _n auf der Bildfläche 2 über die re­ flektierende Oberfläche 4 abbildet. Halbdurchlässige Spiegel s ₁-s _m sind im Strahlengang von den Symbolträgern zum Linsen­ system 5 angeordnet, wobei die Symbole, deren Licht von den Spiegeln s ₁-s _m durchgelassen bzw. reflektiert werden, alle um die gleiche optische Weglänge vom Linsensystem 5 entfernt angeordnet sind. Der Weg von dem Spiegel s ₁ an, der dem Linsensystem 5 am nächsten ist, ist für die Lichtwege von allen Symbolträgern p ₁-p _n gemeinsam.

Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform, bei der die Spiegel-/ Symbolanordnung mit Hilfe von quadratischen strahlteilenden Pris­ men und Kompensations- bzw. Abstandsblöcken aufgebaut ist. In dieser Konstruktion werden zwei strahlteilende Prismen a ₁ und a ₂, deren reflektierende Diagonalflächen einander parallel sind, und ein Abstandsblock c verwendet. Von den Symbolen p ₁-p ₃ sind zwei an zwei Seitenflächen des zweiten strahlteilenden Prismas winklig zueinander angeordnet; das dritte an einer Seite des Abstands­ blocks. Auf der anderen Seite jedes Symbols p ₁, p ₂, p ₃ befindet sich eine Platte b ₁, b ₂, b ₃, die, um diffusen Lichtdurchtritt zu erhalten, vorzugsweise aus getrübtem Glas besteht, in bestimmten Anwendungen aber auch völlig durchsichtig sein kann. Die Symbole können entweder auf den zugehörigen Platten oder an den zugehörigen Endflächen der Prismen oder Abstandsblöcke angebracht sein. Hinter jedem so hergestellten Symbolträger, von der Strahlrich­ tung her gesehen, ist eine Lichtquelle, wie z. B. Lampe oder Leucht­ diode e ₁-e ₃, angeordnet, die normalerweise außer Betrieb ist. Eine Lichtquelle e _i wird eingeschaltet, wenn das zugehörige Symbol p _i projiziert werden soll. Mehrere Lampen können natürlich gleich­ zeitig brennen, wodurch mehrere Symbole zu einem einzigen zusammenge­ setzt werden können. Die Symbole können entweder aus durchsichtigen Abschnitten in einer Oberflächenbeschichtung, die ansonsten undurchsichtig ist, bestehen, wobei die Symbole selbst leuch­ tend projiziert werden, oder sie können aus Abschnitten be­ stehen, die nicht durchsichtig sind, wobei die Symbole in die­ sem Fall dunkel gegen einen erleuchteten Hintergrund projiziert werden. Im letzteren Fall muß die Leuchtstärke der Lichtquellen e _i so schwach gehalten werden, daß ihr Betrieb den geringst möglichen Einfluß auf das durch das optische Hauptsystem projizierte Bild hat. Die Symbole können natürlich selbst aus Lichtquellen beste­ hen, die in Betrieb genommen werden, wenn das fragliche Symbol projiziert werden soll. Möglich ist z. B., daß jede Platte b _i ein Substrat, auf dem Leuchtdioden od. dgl. zu bestimmten Mu­ stern angebracht sind, aufweist.

In Übereinstimmung mit der Zeichnung sind bei dieser Aus­ führungsform die zwei strahlteilenden Prismen a ₁ und a ₂ neben­ einander in gerader Linie mit der optischen Achse des gemeinsamen Linsensystems angeordnet. Am vom Linsensystem 5 abgewandten Ende des entfernteren strahlteilenden Prismas a ₂ ist die erste Platte b ₁ mit dem Symbpol p ₁ angeordnet. Wenn die Lampe e ₁ hinter dieser Platte brennt, gelangt Strahlung vom Symbpol p ₁ durch die halbdurchlässigen, reflektierenden Oberflächen der zwei Prismen a ₂ und a ₁.

Die zweite Platte b ₂ mit dem Symbol p ₂ ist an einer der Seiten des Prismas a ₂ rechtwinklig zur Seite mit der Platte b ₁ angeordnet, so daß es von der reflektierenden Oberfläche des Prismas gespiegelt wird. Wenn die Lampe hinter dieser Einblendplatte leuchtet, wird Licht vom Symbol p ₂ von der teilreflektierenden Oberfläche des Prismas a ₂ reflektiert und durch die teilreflektierende Oberfläche des Prismas a ₁ durchgelassen. Das Licht von den beiden Symbolen p ₁ und p ₂ hat daher den gleichen Weg von der reflektierenden Oberfläche des Prismas a ₂ und der optische Weg zum Linsensystem 5 ist von gleicher Länge.

Die dritte Platte b ₃ mit dem Symbol p ₃ ist so ange­ ordnet, daß dieses von der teilreflektierenden Oberfläche vom Prisma a ₁ gespiegelt wird; so gelangt z. B., wenn die Lampe e ₃ brennt, Licht vom Symbol p ₃ auf eine der Sei­ ten des Prismas a ₁, die parallel zur optischen Achse durch das Linsensystem 5 läuft. Damit der optische Weg für das Symbol p ₃ von der gleichen Länge wie für die Symbole p ₁ und p ₂ ist, wird ein Abstands- oder Kompensationsblock c zwischen Platte b ₃ und Prisma a ₁ eingefügt. Dieser Abstandsblock sollte geeigneterweise aus dem gleichen Material wie das Prisma bestehen, oder aus einem Material mit dem gleichen Brechungsindex für das verwendete Lampenlicht. In diesem Fall hat der Abstandsblock dieselben Dimensionen wie die Prismen a ₁ und a ₂. Er kann aber auch aus einem anderen Material bestehen; nur muß bei der Weglängenbestimmung dies in Betracht gezogen werden; der Abstandsblock wird dann nicht dieselben Dimensionen wie die Prismen besitzen.

Da annähernd 50% des Lichts bei jedem Durchtritt durch oder jeder Reflektion an einer schrägen, halbdurchlässigen reflektierenden Oberfläche verloren geht, müssen die Lampen e ₁ und e ₂ für die Symbole p ₁ und p ₂, welche zwei teilreflektierende Oberflächen passieren müssen, eine größere Leuchtkraft haben als die Lampe e ₃ für das Symbol p ₃, welches nur eine teilreflektierende Oberfläche passieren muß, damit in projizierten Bild jedes Symbol dieselbe Leuchtintensi­ tät hat.

Der Vorteil einer Verwendung von strahlteilenden Prismen, Abstandsblöcken, Symbolplatten und/oder Diffusionsplatten, wobei die Elemente zu einer Einheit zusammengekittet sind, liegt darin, daß die mechanische Konstruktion äußerst stabil wird. Die Justierung der Symbole in bezug auf das Linsensystem 5 und die Bildfläche 2 muß nur für eines der Symbole durchgeführt werden und ist dann für alle anderen verwendbar.

Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform mit quadratischen strahlteilenden Prismen und Abstandsblöcken. In diesem Auf­ bau sind nicht alle Diagonalen in den strahlteilenden Prismen zu­ einander parallel ausgerichtet, sondern bestimmte Prismen kreuzen mit ihren Diagonalen die anderen. Wie aus der Zeichnung zu er­ sehen, bilden die Prismen A ₂ und A ₃ ein System der gleichen Art wie die Prismen a ₁ und a ₂ in Fig. 2. Das Prisma A ₃ ist - wie im Fall von Prisma a ₂ - mit Platten B ₁ und B ₂ mit den Symbolen P ₁ und P ₂ ausgerüstet. Hinter diesen Platten sind Lampen oder Leuchtdioden oder andere Lichtquellen E ₁ und E ₂ angeordnet. Die Platten B ₁, B ₂ sollen vorzugsweise aus trübem Glas gefertigt sein; die Lichtquellen sind ausge­ stattet mit Reflektoren oder Kondensor-Optiken, so daß ein im wesentlichen kolliniertes Lichtbündel von den Lichtquellen und eine möglichst gleichstarke Ausleuchtung für jedes Symbol er­ halten wird. In diesem Aufbau befindet sich außerdem eine dünne Abstandsplatte F ₁-F ₆ zwischen jeder Symbolträgerplatte und der nächstge­ legenen Prismenoberfläche. Der Zweck dieser Abstandsplatten be­ steht darin, sicherzustellen, daß beim Zusammenbau, z. B. beim Verkitten aller Teile, die in den Schallteilerblock einbezogen sind, alle Symbole, in die richtige Position gebracht werden, so daß folgerichtig der optische Weg von jedem Symbol zum Linsen­ system 8 von genau gleicher Länge sein wird. In der Praxis kön­ nen nämlich die Dimensionen der einzelnen Strahlteilprismen variieren. Um dies auszugleichen, sind die Platten F ₁-F ₆ einge­ fügt, wobei ihre Dicke jedem Symbol einzeln angepaßt werden muß, um die gleichen Weglängen zu erhalten. In dieser Ausführungsform wurde anstelle eines Abstandsblocks c ein Prisma A ₄ des gleichen Typs an die Unterseite von Prisma A ₂ in der Zeichnung angefügt. Die halbdurchlässig reflektierende Diagonalfläche dieses Prismas A ₄ ist in die entgegengesetzte Richtung gerich­ tet, wie die Diagonalfläche von Prisma A ₂ und A ₃, da eine an der Prismenseitenfläche angebrachte Einblendplatte nicht so ange­ ordnet sein darf, daß sie von derselben Lampe wie die Platte B ₂ beleuchtet wird. Deshalb ist die Platte B ₄ an der von der Lampe E ₄ abgewendeten Fläche des Prismas A ₄ ange­ ordnet. Die halbdurchlässig reflektierende Oberfläche des Prismas A ₁, das dem gemeinsamen Linsensystem 8 am nächsten steht, ist in dieselbe Richtung wie die des Prismas A ₄ gedreht, da wegen der Einblendplatte B ₄ und der Lampe E ₄ kein zusätz­ liches optisches Element wie ein Prisma oder ein Abstands­ block an der in der Zeichnung unteren Seite vom Prisma A ₁ ange­ setzt werden kann.

Auf die obere Seite von Prisma A ₁ ist ein Abstandsblock c gekittet, und an diesen ein weite­ res Prisma A ₅. In diesem Fall kann die Diagonalfläche des Prismas in jede beliebige der vier möglichen Richtungen weisen, z. B. in die zwei Richtungen, die in der Zeichnung für die Prismen A ₁-A ₄ gezeigt sind, oder auch aufwärts und abwärts bezüglich der Papierebene. In der Zeichnung wurden die Richtungen so gelegt, daß die Platte B ₅ auf der linken Seite des Prismas liegt, abge­ wendet vom optischen Hauptsystem. In der Zeichnung ist auch ge­ zeigt, daß diejenigen Seiten der Prismen und des Abstandsblocks, durch die keine Strahlung gehen soll, eine lichtabsorbierende Be­ schichtung besitzen, um unerwünschte Reflektionen auf ein Minimum zu reduzieren. Sie können z. B. schwarz gestrichen werden. Wie aus der Zeichnung erkenntlich ist, hat das Prisma A ₁ die Beschich­ tung D ₁ an seiner unteren Fläche; die Prismen A ₂ und A ₄ haben die Beschichtungen D ₂ bzw. D ₃ auf ihrer oberen Fläche; das Pris­ ma A ₄ hat die Beschichtung D ₄ auf seiner linken Seite; das Pris­ ma A ₅ hat die Beschichtung D ₅ auf seiner rechten Seite; der Abstands­ block c hat die Beschichtungen D ₆ und D ₇ an seinen Seitenflächen. Diese Beschichtungen reduzieren auch das Risiko von Streulicht in dem System.

In Fig. 3 ist ebenfalls gezeigt, daß die halbdurchlässige planparallele Platte 6 im Hauptsystem, die auch durch strahlteilendes Pris­ ma ersetzt sein kann, wie auch die Platte 3 in den Fig. 1 und 2, nicht unter einem Winkel von 45° gegen die optische Achse des Hauptsystems geneigt zu sein braucht. Wie jedoch aus der Zeichnung er­ kenntlich ist, muß dann entsprechend auch der Strahlteilblock und die optische Achse des Linsensystems 8 natürlich unter einem anderen Winkel als 90° zur optischen Achse des Hauptsystems angeordnet sein. Die Neigung der Platte 6 kann gänzlich nach praktischen Erwägungen gewählt werden. Anstelle einer Platte 6 oder eines statt dessen verwende­ ten einzelnen strahlteilenden Prismas können natürlich auch Pris­ men mehr komplexer Natur gebraucht werden. Solche und ähnliche Abwandlungen sind im Rahmen der Erfindung möglich.

Claims (9)

1. Einrichtung zum Einblenden eines Symbols in den Strahlengang eines optischen Systems, mit einem außerhalb des Strahlengangs angeordneten, mittels Lichtquelle beleuchtbaren Symbolträger, einem das Licht vom Symbolträger fokussierenden Linsensystem und einer im Strahlengang unter einem vorgegebenen Winkel zur optischen Achse angeordneten, halbdurch­ lässigen Platte, die das von diesem Linsensystem kommende Licht dem Strahlengang überlagert, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere räumlich getrennte Symbolträger (P ₁-P _n ) vorgesehen sind, denen einzeln ansteuerbare Lichtquellen (E ₁-E _n ) zu­ geordnet sind, und daß zwischen den Symbolträgern (P ₁-P _n ) und dem Linsensystem (5, 8) halsbdurchlässige, ebene Spiegel (S ₁-S _m ) angeordnet sind, welche für jeden Symbolträger (P ₁-P _n ) einen Lichtweg zwischen diesem Symbolträger (P ₁-P _n ) und dem Linsensystem (5, 8) definieren, welcher durch Reflexion und/oder Trans­ mission an einem oder mehreren dieser Spiegel (S ₁-S _m ) festgelegt ist, wobei der Verlauf dieses Lichtweges für jeden Symbolträger (P ₁-P _n ) verschieden, die opti­ sche Länge dieses Lichtweges aber für alle Symbol­ träger (P ₁-P _n ) gleich ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein jeder der halbdurchlässigen Spiegel (S ₁-S _m ) im Inneren eines strahlteilenden Prismas (a ₁, a ₂, A ₁-A ₅) liegt und daß alle strahlteilenden Prismen (a₁, a₂, A₁-A₅) zu einer Einheit zusammengesetzt sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes strahl­ teilende Prisma (a ₁, a ₂, A ₁-A ₅) als Kubus ausge­ bildet ist und der jeweils zugeordnete, halbdurch­ lässige Spiegel (S ₁-S _m ) zwischen zwei parallelen Seitendiagonalen des Kubus liegt.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmung der optischen Lichtwege zwischen den Symbolträgern (P ₁-P ₆) und dem Linsensystem (5, 8) auf gleiche Länge mit Hilfe von massiv ausgeführten, trans­ parenten Abstandsblöcken (c, C) erfolgt, welche vorzugsweise aus dem gleichen Material bestehen, wie die strahlteilenden Prismen (a ₁, a ₂, A ₁-A ₅).

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Symbole auf transparenten, planen Platten (b ₁-b ₃; B ₁-B ₆), insbesondere Strichplatten, ausgebildet sind, welche an jeweils einer Seite des zugehörigen strahlteilenden Prismas (a ₁, a ₂, A ₁- A ₅) oder des zugehörigen Abstandsblockes (c) anliegen und welche von einer Lichtquelle (e ₁-e ₃, E ₁-E ₆) gleichmäßig beleuchtet werden.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die trans­ parenten, planen Platten (b ₁-b ₃, B ₁-B ₆) als Trübscheiben ausgeführt und die Symbole auf der dem jeweiligen Prisma (a ₁ , a ₂, A ₁-A ₅) oder der dem jeweiligen Abstandsblock (c) zugewandten Seite angebracht sind.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Symbole an den beleuchteten Endflächen der Strahl­ teilprismen (a ₁, a ₂, A ₁-A ₅) oder der Abstandsblöcke (c) angebracht sind.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sym­ bole selbst mittels einer angeschlossenen Spannungs­ quelle zum Leuchten gebracht werden und vorzugs­ weise als Leuchtdioden ausgeführt sind.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jedem Symbolträger (P ₁-P ₆) und dem zugeordneten strahl­ teilenden Prisma (A ₁-A ₅) eine transparente Platte (F ₁-F ₆) angebracht ist, welche zur Feinabstimmung der optischen Weglänge dient.