Vorrichtung zur Beeinflussung von Strahlen durch Formänderung einer spiegelnden Fläche und Verfahren zur Herstellung derselben. Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beeinflussung von Strahlen durch Form änderung einer spiegelnden Fläche, zum Bei spiel für Interferenzzwecke oder zur Ände rung der Strahlenrichtung in physikalischen, astronomischen oder ähnlichen Apparaten,
insbesondere bei Lichtsteuerungsgeräten für bildtelegraphische Übertragungen oder op- tisch-akustische Umsetzungen. Die Erfin dung bezieht sich ferner auch auf ein Ver fahren zur Herstellung einer solchen Vorrich tung.
Bei der den Gegenstand der Erfindung bildenden Vorrichtung zur Beeinflussung von Strahlen durch Formänderung einer spiegeln den Fläche ist als formveränderliche Fläche ein spiegelndes Häutchen verwendet, das durch Kräfte , die an seinem Umfang an greifen, und durch Spannmittel innerhalb dieses Umfanges zu einer faltenlosen Fläche von bestimmter Form ausgebildet ist.
Zur Herstellung solcher Spiegelmembranen durch metallische Verspiegelung elastischer Häut- chen wird nach dem Verfahren der Erfin dung so vorgegangen, dass die Verspiegelung erst nach erfolgter Spannung des eleastischen Häutchens vorgenommen wird, damit die weniger elastische spiegelnde Metallschicht nicht beim Spannvorgang zerrissen wird.
In einem Ausführungsbeispiel der Vor richtung nach der Erfindung ist das von vornherein mit einer gewissen Spannung ver sehene, spiegelnde Häutchen mit seinem In nenteil unter einem gewissen Auflagedruck über einen regelmässig geformten Ring gezo gen. Diese zusätzliche Auflagespannung und Straffung kann zum Beispiel durch das Ge wicht der über den Spannring hinausragen den Teile des Häutchens oder seiner Halte rung oder durch einstellbare Zugkräfte oder durch bestimmte Tiefenlage der Halterung erzielt werden.
Bei Verwendung mehrerer einander umschliessender Spannringe. kann der äussere zur Halterung dienende Rand des Häutchens, auf dem äusseren Ring aufliegen oder abgestützt sein und die Spannung des Innenteils dadurch bewirkt werden, dass man auf den ringförmigen Teil des Häutchens zwischen den beiden konzentrischen Ringen geeignete Druckkräfte ausübt, zum Beispiel ihn beschwert.
Man kann auch Häutchen an der äussern Fläche eines Spannringes, zum Beispiel durch Ankleben, Anklemmen, An löten befestigen, was kleine Abmessungen für die Gesamtheit von Ring und Häutchen ergibt.
Man kann auch mehrere nicht ineinander sondern nebeneinander liegende Stütz- oder Spannringe zur Straffung der Innenfläche des Häutchens vorsehen, wodurch entspre chende einzelne Teile des Häutchens zu genau ebenen oder in bestimmter Weise gewölbten Flächen gespannt werden. Ferner kann man statt geschlossener Ringe zur Stützung und Straffung des Häutchens auch offene Ringe verwenden,
die entsprechende nicht geschlos sene Stützlinien ergeben. Man kann auch -ge rade oder sonstwie geformte Stützlinien am Häutchen durch geeignet gestreckte oder ge bogene Spannkörper erzeugen.
Beispielsweise gibt ein in der Art einer Einzelschneide an dem Häutchen angreifender gerader Stütz körper zwei schwach zueinander geneigte ge straffte Häutchenfelder, die zum Beispiel für Interferenzzwecke geeignet sind, während zwei derartige gerade Stützkörper bei paral leler Anordnung noch ein mittleres wagrech- tes ebenes Feld hervorbringen. Auch bei ein ander teilweise umschliessenden Stützlinien kann man eine Spannungsregelung in den Zwischenräumen vornehmen.
Durch nicht in einer Ebene sondern im Raum gebogen verlaufende Stützlinien, zum Beispiel durch gewellte oder sonst-wie teilweise hochgebo gene Stützringe, lassen sich die Häutchen auch nach einer in bestimmtem .Sinne ge- krümmten Fläche faltenlos formen.
Die Spannung der Randteile des Häut chens kann statt am ganzen Umfang auch ab schnittweise, zum Beispiel durch örtliche Zug- oder Druckbelastung an mehreren Stel len des Umfanges oder durch örtliche Verän- ,derung des innern Stützringes erfolgen.
Viel fach. wird es zweckmässig sein, die zur Halte- rung und Spannung des Häutchens dienenden Mittel einstellbar zu gestalten, zum Beispiel indem hierfür veränderbare Gewichte oder Federdrücke oder Stellschrauben benutzt werden. Als geeignete Einrichtungen können zum Beispiel solche dienen, wie sie bei den dickeren akustischen Membranen zur Rege lung der Spannung und zur unabhängigen einstellbaren Anspannung der einzelnen Rand teile üblich sind.
Ferner kann man das ge spannte Häutchen auch durch eine Saug- oder Druckwirkung oder durch Einwirkung von magnetischen elektrostatischen oder ähnlichen Fernkräften beeinflussen, welche an dem Aussen- oder Innenteil des Häutchens angrei fen und dessen Arbeitsform bestimmen. Zu diesem Zweck kann man zum Beispiel gegen über dem spiegelnden Häutchen eine etwa dessen späterer Arbeitsform entsprechende ebene oder gewölbte Gegenfläche vorsehen.
welche zur Ausübung von die Häutehenform bestimmenden, zum Beispiel magnetischen oder elektrischen Kraftwirkungen dient und durch Aubringung an einem verschiebbaren Körper in ihrem Abstand vom Häutchen ein stellbar sein kann. Diese Gegenfläche kann auch zur Erzielung einer die Ruhelage oder die Bewegung :des Häutchens verbessernden Dämpfungswirkung benutzt werden, die durch ein Gas- oder Flüssigkeitspolster zwi schen Häutchen und Gegenfläche erzeugt wird.
Weiterhin können zwei oder mehrere spiegelnde Häutchen durch Befestigung an je einem besonderen Spannring oder an je einem der äussern Ränder eines gemeinsamen Spann ringes mit Abstand einander gegenüber ge stellt werden.
Besonders geeignet zur Erzielung regel mässig geformter Spiegelhäutchen sind sehr dünne gespannte, an sich bereits Hochglanz besitzende Metallmembranen, vorzugsweise von weniger als @%looo mm Dicke.
Statt aus Metall oder Metallverbindungen kann das Häutchen auch aus irgend einem andern geeig neten Baustoff anorganischer oder organischer Natur bestehen, zum Beispiel aus Glas, Glim mer, Quarzglas, aus einer chemisch umgewan delten Metallfolie, etwa einer oxydierten Leichtmetallfolie, oder aus Zelluloid, Vis kose, Gelatine, Lackmassen, Kunstharzen, Hartgummi. Derartige Häutchen können mit einer spiegelnden Schicht aus Metall., zum Beispiel Silber.
Gold, Chrom, Nickel durch chemischen Auftrag, Verdampfung insbeson- flere im Hochvakuum oder durch kathodische Zerstäubung oder auf andere Weise versehen werden. Das Häutchen kann ferner aus zwei oder mehreren Baustoffen aus härteren und weicheren Schichten von verschiedenen Me tallen, wie zum Beispiel Gold und Nickel oder von Metall und anorganischem oder or ganischem Stoff zusammengesetzt sein.
Um bei Temperaturänderungen eine konstante Spannung des Häutchens zu behalten, wer den die Baustoffe für das Häutchen und seine Halterung, sowie für seine Spann- und Stütz teile zweckmässig so gewählt, dass sie gleiche oder annähernd gleiche mittlere Temperatur- ausdehnung aufweisen.
In den Zeichnungen sind beispielsweise verschiedene Ausführungsformen der Vor richtung nach der Erfindung in seherra- tischer Darstellung veranschaulicht. Fig. 1 zeigt eine elektromagnetiseh besteuerte Vor richtung zur Beeinflussung von Strahlen durch Formänderung einer spiegelnden Fläche: Fig. ? bis 6 geben in Einzeldarstel lung mehrere Ausführungsformen des als formveränderliche Fläche zur Strahlungs steuerung zu verwendenden spiegelnden Häutchens wieder, wobei die Strahlungs quelle und die Mittel zur Beeinflussung des Häutchens der Einfachheit halber weggelas sen sind;
Fig. 7 bis 11 lassen verschiedene Ausführungsformen der Vorrichtung nach der Erfindung mit elektrostatischer Steue rung des formveränderlichen spiegelnden lläutchens erkennen.
fach Fig. 1 liegt ein Metallhäutchen m. < las in der Mitte eine Stärke von etwa <B>0,00015</B> mm und am verstärkten Rande eine Dicke von etwa. <B>0,1</B> min hat, auf einem Stütz- c,der Spannring S auf, dessen oberer, sich verjüngender Rand eine schmale, flache Ringfläche aufweist, die eine vollkommen ebene Auflagefläche für das Häutchen. m darstellt.
Der verstärkte Aussenrand r des Häutchens übt .durch sein Gewicht einen hin reichenden Zug auf .den mittleren Teil des Häutchens m aus, der dadurch glatt und straff zu einer genau ebenen Fläche gespannt wird. Die innerhalb des Ringes S liegende Oberfläche des Metallhäutchens ist spiegelnd ausgebildet.
Auf diese spiegelnde Fläche fal len die Strahlen einer Strahlungsquelle, zum Beispiel einer Glühlampe g, während das Me tallhäutchen 7n unter der Einwirkung eines Elektromagnetes 1e steht, der im Stromkreis der Batterie e liegt und dessen Erregerstrom durch das elektrische Steuermittel x verän dert werden kann. Je nach der Stärke seiner Erregung bewirkt der Elektromagnet 7e eine mehr oder weniger grosse Formänderung, das heisst Durchbiegung des Häutchens: na und damit eine entsprechende Ablenkung des Strahlenbündels q.
Bei der gestrichelt an gedeuteten Durchbiegung des Häutchens -in, wird das Strahlenbündel q beispielsweise in der Richtung q' abgelenkt und zurück gewoffen.
Der verstärkte äussere Rand r des Metall- häutchens in kann gemäss Fig. 2 durch einen besonderen Ring T abgestützt sein, der den Spannring S umgibt und einstellbar sein kann. Bei einer solchen Doppellagerung lässt sich die Spannung des Innenteils auch da durch bewirken, dass man auf den zwischen den beiden Ringen S, T liegenden Teil des Häutchens in einen geeigneten Druck ausübt.
Nach Fig. 2 geschieht dies durch :das von oben wirkende Gewicht eines aufgelegten Ringes a, der auch durch mehrere einzelne Gewichte oder Federdrücke oder eine Saug wirkung ersetzt werden kann. Durch Anwen dung mehrerer konzentrischer Spannringe kann die vollkommene Ebnung des Metall teils des Häutchens erleichtert werden, wie Fig. 3 beispielsweise für zwei einander um schliessende Stütz- oder Spannringe S und S' zeigt, über die das Häutchen m .durch am Rand angreifende Gewichte g gestrafft ist.
Die Formänderung des Häutchens in der Fig. 2 und 3 zur Strahlungsbeeinflussung kann in gleicher Weise wie bei Fig. 1 zum Beispiel auf elektromagnetischem Wege her vorgerufen werden.
Fig. 4 zeigt in einem Ausführungsbei spiel, wie man auch die genaue Formgebung schwach gewölbter spiegelnder Flächen durch die Verwendung von Stütz- oder Spannmit teln erreichen kann. Hierfür ist es vorteil haft, wenn man auf den Innenteil des Häut chens m ausser den in .der Richtung der Häutcheniläche wirksamen Spannkräften auch noch dazu senkrechte Kräfte wirken lässt.
Bei der Ausführung nach Fig. 4 steht das Häutchen<I>na</I> einerseits unter Einwirkung einer Randspannung, die durch die Zug schrauben b und die Druckschrauben c regel bar ausgeübt wird, und anderseits im Innen teil unter .dem Einfluss von Kräften, welche eine Wölbung der Häutehenoberfläche her beiführen, zum Beispiel Saug- oder Druck kräften oder elektrischen oder magnetischen Kraftwirkungen.
In der Fig. 4 ist zu diesem Zweck in .den Stützring Sein durch Schrau ben z verstellbarer Körper 172 angeordnet, der an der dem Häutchen m benachbarten Gegen fläche F konkav gewölbt ist -und zur Erzeu gung magnetischer oder elektrostatischer Zugkräfte dienen kann, welche die ge wünschte Wölbung der Häutchenfläche be wirken.
Beispielsweise kann der Körper 11 als Elektromagnet ausgebildet sein, der bei Erregung das metallische Häutchen in die der Wölbung der Gegenfläche F entsprechende gewölbte Arbeitsform durchbiegt. Durch die Anbringung einer solchen Gegenfläche wird auch die Empfindlichkeit der Durchbiegung des Metallhäutchens, zum Beispiel gegen Druckschwankungen der Umgebung vermin dert.
Der Raum zwischen dem Metallhäut chen und der Gegenfläche kann als Gas- oder Flüssigkeitspolster ausgebildet sein und der Körper 171 dadurch zur Verbesserung der Ruhelage und der Bewegung des Häutchens in. durch Dämpfungswirkung dienen. Der ver stellbare Körper i71 kann auch nur zu diesem Zweck allein vorgesehen und hierbei ebenso wie :das Häutchen 7n auch ebenflächig aus geführt sein.
Ferner kann die zwischen Häut- chen m und Körper 1I gebildete Kammer mit Hilfe eines gasförmigen oder flüssigen Zwi schenmediums auch zur Übertragung von Kraftwirkungen dienen, die an einer andern Stelle, zum Beispiel von einer Membran er zeugt werden und auf das spiegelnde Häut- cben, zum Beispiel pneumatisch oder hydrau lisch übermittelt werden sollen.
Gemäss Fig. 5 sind zwei spiegelnde Häut chen in,<I>m'</I> an je einem der beiden Aussen ränder eines. Stütz- und Spannringes S"' be festigt, der .durch je eine zu den Aussenrän dern konzentrische Innenkante die Straffung und Ebnung der beiden mittleren Häutchen flächen bewirkt.
Die beiden Häutchen, die in bestimmtem Abstand einander gegenüber liegen und von denen jedes zur Steuerung eines Strahlenbündels ähnlich wie das Häut- chen. der Fig. 1 dient, können durch einen gemeinsamen zwischen ihnen liegenden Elek tromagneten, der nicht näher dargestellt ist, Formänderungen erfahren. Durch die Ver wendung eines gemeinsamer,
Spannringes er hält diese Doppelanordnung eine einfache Ausführungsform. Man kann aber zwei oder mehrere Häutchen auch mit Hilfe einer ent sprechenden Zahl getrennter Spannringe mit Abstand voneinander anordnen.
Bei loser Lagerung des spiegelnden Häut chens auf einem Spannring kann mann dem Häutchen eine im bestimmten Sinne ge krümmte Fläche in einfacher Weise dadurch geben, dass man die Auflagerfläche für das Häutchen am Spann- oder Stützring in ent sprechender, zum Beispiel gewellter Form gebung ausführt.
Beispielsweise kann in der Art der Fig. ss der Spannring S, auf dem das Häutchen m lose aufliest und über den es durch nicht näher dargestellte am Rande an greifende Gewichte gestrafft wird, an zwei Stellen ei., W hochgebogen sein, wodurch sich eine Häutchenfläche bestimmter Krümmung ergibt.
Die Steuerung des formveränderlichen Häutchens nz kann auch bei Eig. 5 und 6 in ähnlicher Weise wie bei Fig. 1 zum Beispiel elektromagnetisch erfolgen, was nicht näher dargestellt ist. (?m restliche Ungleichförmigkeiten der gespannten Häutehenfläche auszugleichen. kann man in allen Fällen das Häutchen, wenn es aus Metall besteht, einer nachträg lichen thermischen Behandlung unterwerfen, indem man<I>es</I> zum Beispiel in gespanntem Zustande warm anlässt.
Hierfür eignen sich besonders Baustoffe, wie zum Beispiel Kur aluminium oder andere Aluminiumlegierun gen oder Berylliumlegierungen, die auf Grund thermischer Einwirkung eine Verfesti gung und Härtung erfahren. Für besondere Zwecke kann die Oberfläche oder der Quer schnitt der einzelnen Häutchenstellen un gleichmässig ausgebildet oder die Stoffzusam mensetzung der einzelnen Stellen eine Funk tion des Ortes sein. Beispielsweise kann die Oberfläche in der Form eines ebenen oder gekrümmten Beugungsgitters oder als elek trischer Stromleiter oder magnetischer Belag ausgeführt sein.
Zur Erhöhung oder Rege lung der Elastizität können zum Beispiel ein zelne Zonen dünner oder feinwellig ausge staltet werden. Ferner kann das Häutchen zur Einstellung .der Pufferung und Dämp fung etwas durchlässig für das Dä,mpfungs- oder Puffermedium sein. Auch kann es halb durchlässig für gewisse Strahlungen sein.
In Fix. 7 bis 11 sind einige Ausführungs- beispiele der Vorrichtung nach der Erfindung dargestellt, bei denen das Häutchen durch elektrostatische Kräfte beeinflusst wird. In Fig. 7 wird das auf dem Stützring S auf liegende spiegelnde Metallhäutchen m durch die Zugschrauben b und die Druckschrauben c zu einer vollkommen ebenen Fläche ge spannt, und die Spannung kann durch Ver stellung dieser Schrauben geregelt werden.
Unterhalb des Häutchens ist eine Elektrode d angeordnet, die gitterförmig unterteilt sein kann, indem sie zum Beispiel aus Lamellen oder einem Netz gebildet ist. Zwischen der Elektrode und dem Metallhäutchen liegt eine Spannungsquelle e.
Durch die elektrosta tische Wirkung der Elektrode d wird eine Durchbiegung des Häutchens .m hervorgeru fen, die sich mit der Grösse des Potential unterschiedes zwischen Häutchen und Elek- trode ändert, der durch irgend welche zwi schen Elektrode und Spannungsquelle vor gesehene elektrische Steuermittel x verän- clert wird.
In Fig. 8 sind zu beiden Seiten des über den Stützring S gespannten Metallhäutchens zwei Steuerelektroden<I>d, d'</I> vorgesehen. Eine Spannungsquelle e ist derart zwischen die Elektroden geschaltet, dass zwischen diesen und dem Metallhäutchen Potentiale ent3-egen- gesetzten Vorzeichens, zum Beispiel -I- 100 Volt und - 80 Volt, liegen. Diese Potentiale sind so abgeglichen, dass sich die elektrosta tischen Anziehungswirkungen der Elektroden auf .das Häutchen gegenseitig ganz oder grösstenteils aufheben.
Die zusätzlichen steuernden Potentiale x, welche die Durch biegungen der spiegelnden Fläche m zu be wirken haben, sind hier zwischen dem Ver teilungspunkt o der Spannungsquelle e und dem Metallhäutchen m einzuschalten.
Fig. 9 zeigt eine Elektrodenanordnung, welche Kippungen der spiegelnden Fläche bewirkt und dadurch einseitige Schwankun gen des von dieser Fläche reflektierten Lich tes verursacht. Die Elektrode d ist hier exzentrisch zu dem über dem Stützring S ge strafften Metallhäutchen m angeordnet und erhält zum Beispiel bei Kreisform der spie gelnden Fläche die Gestalt eines Halbkreises oder bei rechteckigem Stützring die. halbe Grösse dieses Rechteckes.
Die gestrichelte Kurve deutet in Fig. 9 .die bei dieser Elek- trodenanordnung auftretende elektrostatische Durchbiegung des. Häutchens an, durch die ein auf die spiegelnde Fläche auftreffendes Strahlenbündel z nach links in die gestri chelte Richtung z' abgelenkt und zurück geworfen wird. Die elektrische Schaltung kann bei der Vorrichtung nach Fig. 9 ähn lich wie bei Fig. 8 sein.
Bei der Vorrichtung nach Fig. 10 sind zur Steigerung der Kippwirkung über und unter :dem über den Stützring S gespannten Metallhäutchen m zwei exzentrisch gelagerte Elektroden<I>d</I> und<I>d'</I> gegeneinander versetzt vorgesehen. Die beiden Elektroden<I>d</I> und d' können miteinander verbunden sein und die elektrische Schaltung kann in der gleichen Weise wie bei Fig. 8 gewählt werden.
Die durch diese beiden, Elektroden erzielte Formänderung des Metallhäutchens ist in Fig. 10 durch die gestrichelte Wellenlinie angegeben und be deutet eine verstärkte Kippwirkung gegen über der in Fig. 9 gestrichelt veranschaulich ten Durchbiegung des Metallhäutchens.
In Fig. 11 sind über und unter dem über dem Stützring S gestrafften und an diesem befestigten Metallhäutchen<I>na</I> zwei Paare von Elektroden <I>d, d-'</I> und<I>d", d"'</I> exzentrisch an geordnet, die kreuzweise miteinander verbun den sind. Diese Elektroden und das Häut chen sind so an die Spannungsquellen e, e' angeschlossen, .dass die über dem Häutchen befindlichen Elektroden gegenüber diesem .das entgegengesetzte Potential wie .die unter dem Häutchen liegenden Elektroden auf weisen.
Die Elektroden<I>d, d"'</I> haben zum Beispiel das Potential -<B>100</B> Volt und die Elektroden <I>d', d",</I> das Potential -I- 100 Volt. Bei entsprechender Wahl der Elektroden grösse, des Elektrodenabstandes und der Po- tentialdifferenzen bleibt das Metallhäutchen für gewöhnlich in seiner Ruhelage, bis steuernde Potentiale zugeführt werden,
wel che je nach ihrem Vorzeichen starke Kippun- gen des Häutchens nach den gestrichelten Linien der Fig. 11 hervorrufen. Diese Kipp- wirkungen können auch durch geeignet ange ordnete Elektromagnete erreicht werden.
Durch stärkere Steuerkräfte, insbesondere durch die bei elektrostatischer oder elektro- magnetischer Steuerung vielfach angewendete Vorspannung erfahren sehr biegsame emp- findlicbe spiegelnde Häutchen im allgemei nen örtlich ausgeprägte Formänderungen, welche die Gleichartigkeit der Strahlen- reflexion und Strahlenvereinigung merklich zu stören vermögen.
Zur Beseitigung dieses Abbildungsmangels ist es in der Regel zweckmässig, die wirksamen Elektroden- oder Elektromagnetabstände von dem Häutchen oder die Kraftlinendichten nicht in allen Stellender spieglnden Fläche gleichmässig zu wählen, sondern abschnittweise :derart, dass das Häutchen unter dem Einfluss der Kraft wirkungen eine optisch möglichst günstige Formänderung erfährt.
Zu diesem Zweck können Einstellvorrichtungen, zum Beispiel Stellschrauben vorgesehen werden, welche die Abstände und .die Form der einzelnen Elek troden- oder Elektromagnetabschnitte zu regeln gestatten und mittelst deren man dann nötigenfalls auch einen durch andere optische Teile des Strahlenganges hervorgerufenen Ab bildungsmangel berichtigen kann.
Die Vorrichtung nach der Erfindung mit ihrem hochempfindlichen und weitgehend trägheitsfreien formveränderlichen Häutchen hat eine vielseitige Verwendungsmöglichkeit. Beispielsweise ist sie mit Vorteil bei Licht steuerungen für trägheitsfreie Schallumset zungen, wie zum Beispiel beim sprechender Film, sowie für .die Zwecke der Nachrichten übermittlung, zum Beispiel bei der Bildtele graphie und insbesondere auch für Verfahren verwendbar,
bei denen der Gangunterschied oder die Intensität von interferierenden Strahlen verwertet oder durch Durchbiegung eines Membranspiegels die Strahlenrichtung, zum Beispiel die Abbildungsweite von Licht büscheln, verändert wird. Da die durch die Formänderungen der spiegelnden Fläche her vorgerufenen.
Beeinflussungen von Strahlen ein Masse für die diese Formänderungen be wirkenden, elektrischen, magnetischen oder sonstigen Kräfte sind, ist die Vorrichtung nach der Erfindung auch als Gerät zur Mes- sung,dieser Kräfte, zum Beispiel als Druck oder Temperaturmesser oder als elektrisches Messgerät benutzbar.