DD230092B1 - ARRANGEMENT FOR CONTROLLING POCKEL CELLS - Google Patents

ARRANGEMENT FOR CONTROLLING POCKEL CELLS Download PDF

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DD230092B1
DD230092B1 DD27102484A DD27102484A DD230092B1 DD 230092 B1 DD230092 B1 DD 230092B1 DD 27102484 A DD27102484 A DD 27102484A DD 27102484 A DD27102484 A DD 27102484A DD 230092 B1 DD230092 B1 DD 230092B1
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Winfried Angermann
Wolfgang Ende
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Georg Packheiser
Uwe Sandig
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Numerik Karl Marx Veb
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Abstract

Das Anwendungsgebiet der Erfindung sind Anordnungen zur technischen Ausnutzung des elektrooptischen Effektes in Poekelszellen, insbesondere bei der Beleuchtungsstärkeregelung in optischen Einrichtungen numerisch gesteuerter Lichtzeichenmaschinen. Ziel der Erfindung ist es, die Zersetzung der Poekelszellen zu vermindern, ohne daß bei Intensitätssteuerung in der Beleuchtungsstärkeregelung das Kontrastverhältnis auf dem zu belichtenden Material vermindert wird. Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zu schaffen, bei der mittels einer Pockelszelle die Beleuchtungsstärkeregelung erfolgt. Die Pockelszelle wird mit Hochspannung gesteuert, indem durch eine Doppeltriode die Polarität an der Pockelszelle umgeschaltet wird.The field of application of the invention are arrangements for the technical utilization of the electro-optical effect in Poekelszellen, in particular in the illumination intensity control in optical devices numerically controlled light-emitting engines. The aim of the invention is to reduce the decomposition of Poekelszellen without the intensity ratio in the illumination intensity control, the contrast ratio is reduced to the material to be exposed. It is an object of the invention to provide an arrangement in which the lighting intensity is controlled by means of a Pockels cell. The Pockels cell is controlled by high voltage by a double triode, the polarity at the Pockels cell is switched.

Description

Ausführungsbeispielembodiment

Figur 1: zeigt die erfindungsgemäße Anordnung in der Zusammenschaltung mit dem Stand der Technik, Figur 2: die Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und Figur 3: die Ausgestaltung nach Anspruch 2.1 shows the arrangement according to the invention in the interconnection with the prior art, Figure 2: the circuit arrangement according to claim 1 and Figure 3: the embodiment according to claim 2.

In Figur 1 sind die Ausgänge der numerischen Steuerung 5 und des damit verbundenen Lichtregelkreises 4 auf den Umschalter 8 geführt, von dem zwei Ausgänge mit der Doppeltriode 3 verbunden sind. An die Doppeltriode 3 ist die Pockelszelle 1 angeschlossen. Das Licht der Lichtquelle 2 wird über die Pockelszelle 1 und über den teilweise durchlässigen Spiegel 6 auf das lichtempfindliche Material 7 gelenkt und diese Anordnung ist mit Lichtregelkreis 4 verbunden. Figur 2 zeigt die Doppeltriode 3 mit ihren zwei Systemen, an deren mit positiver Hochspannung gespeisten Anoden die Pockelszelle 1 angeschlossen ist. Die beiden Steuergitter der Doppeltriode 3 sind über den von der numerischzen Steuerung 5 aufrufbaren doppelpoligen Umschalter 9 mit dem Lichtregelkreis 4 oder mit dem festen Spannungswert Uf verbunden. Nach Figur 3 ist ein Steuergitter der Doppeltriode 3 direkt mit dem Lichtregelkreis 4 verbunden und das andere Steuergitter über den einfachen Umschalter 10 an den festen Spannungswert UF oder an den Spannungsmittelwert UM angeschlossen.In Figure 1, the outputs of the numerical control 5 and the associated light control loop 4 are guided to the switch 8, of which two outputs are connected to the double triode 3. At the double triode 3, the Pockels cell 1 is connected. The light from the light source 2 is directed to the photosensitive material 7 via the Pockels cell 1 and the partially transmissive mirror 6, and this arrangement is connected to the light control circuit 4. FIG. 2 shows the double triode 3 with its two systems, to whose positive voltage fed anodes the Pockels cell 1 is connected. The two control grid of the double triode 3 are connected via the callable from the numerical control 5 double-pole switch 9 with the light control loop 4 or with the fixed voltage value Uf. According to FIG. 3, a control grid of the double triode 3 is connected directly to the light control circuit 4 and the other control grid is connected via the simple changeover switch 10 to the fixed voltage value U F or to the voltage average U M.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist wie folgt:The operation of the arrangement is as follows:

Für die Anwendung in einer Lichtzeichenmaschine wird eine Pockelszelle 1, angeordnet zwischen Polarisationsfiltern, an den Lichtregelkreis 4 angeschlossen. Die Steuerung erfolgt über die zwei Systeme der Doppeltriode 3, die die Hochspannungssteuerung vornimmt. Die beiden Systeme werden abwechselnd im Regelkreis betrieben. Es wird die Polarität nach jeder Belichtung durch die Lichtquelle 2 umgeschaltet. Zu diesem Zweck ist die Pockelszelle 1 zwischen die beiden Anoden der mit positiver Hochspannung gespeisten Doppeltriode 3 geschaltet. Die Steuergitter der Doppeltriode 3 werden über den doppelpoligen Umschalter 9 abwechselnd mit dem Ausgang des Lichtregelkreises 4 bzw. mit der festen Spannung UF zur Arbeitspunkteinstellung der Doppeltriode 3 verbunden, indem der Umschalter 9 durch die Steuereinrichtung 5 betätigt wird. Ist bei Ansteuerung einer Polarität, wie bei der Dunkelfahrt beim Lichtzeichen, ein fester Spannungswert Um ausreichend, so wird ein einfacher Umschalter 10 direkt mit der Spannungsquelle des Mittelwertes Um verbunden. In diesem Fall kann auf das andere Schaltelement verzichtet werden, wenn zusätzlich gewährleistet wird, daß während der Ansteuerung der betrachteten Polarität der Ausgang des Lichtregelkreises 4 einen festen Spannungswert hat.For application in a traffic light engine, a Pockels cell 1, arranged between polarization filters, is connected to the light control circuit 4. The control takes place via the two systems of the double triode 3, which performs the high-voltage control. The two systems are operated alternately in the control loop. The polarity is switched after each exposure by the light source 2. For this purpose, the Pockels cell 1 is connected between the two anodes of the fed with positive high voltage double triode 3. The control grid of the double triode 3 are connected via the double-pole switch 9 alternately with the output of the light control loop 4 and with the fixed voltage U F to the operating point of the double triode 3 by the switch 9 is actuated by the control device 5. If a fixed voltage value Um is sufficient when driving a polarity, as in the case of dark driving in the light signal, then a simple change-over switch 10 is connected directly to the voltage source of the mean value Um. In this case, can be dispensed with the other switching element, if it is additionally ensured that during the activation of the considered polarity of the output of the light control loop 4 has a fixed voltage value.

Die beiden Steuergitter der Doppeltriode 3 werden gegenphasig oder abwechselnd angesteuert und realisieren so den Polarisationswechsel an der Pockelszelle 1.The two control grids of the double triode 3 are driven in antiphase or in alternation, thus realizing the polarization change at the Pockels cell 1.

Durch die Anordnung wird erreicht, daß die elektrolytische Zersetzung der Pockelszelle 1, die bei einer Gleichspannungssteuerung auftritt, vermindert wird. Gleichzeitig wird aber bei Intensitätssteuerung der Vorteil der Gleichspannungsansteuerung, der für die analoge Betriebsart durch ein höheres Kontrastverhältnis gekennzeichnet ist, erhalten. Die Polarität der Steuerspannung wird derart gewechselt, daß die Zeitintegrale der Spannungen beider Polaritäten statistisch etwa gleich groß sind. Die Ansteuerung einer Polarität kann dabei auch mit einem festen Mittelwert erfolgen. Der Polaritätswechsel wird bei Steuerspannung Null oder mit steiler Schaltflanke nach festen oder der Spannungshöhe umgekehrt proportionalen oder errechneten Zeitintervallen durchgeführt. Die Umschaltfrequenz wird vom Innenwiderstand der Pockelszelle 1 und von der Größe der Spännung an der Pockelszelle 1 bestimmt. Durch den Polaritätswechsel wird bewirkt, daß die durch den hohen Innenwiderbtand der Pockelszelle 1 ohnehin gering einsetzende Ionenwanderung teilweise rückgängig gemacht und die Zersetzung vermindert wird. Es können außerdem Substanz-Kontaktierungsmittelkombinationen oder lichtdurchlässige Kontaktierung.ist'· f«; mit geringer lonenleitung und umkehrbaren Elektrodenvorgängen benutzt werden. Der Einsatz der gegeneinander oder aowechselnd zu betreibenden Steuerelemente umgeht die Verwendung hochspannungsfester und verschleißgefährdeter Schaltelemente. Die Hochspannungssteuerung ermöglicht das Betreiben der Pockelszelle bei jeder Spannung mit der Grundfrequenz der eingesetzten Steuerelemente, d. h. der Doppeltriode.The arrangement ensures that the electrolytic decomposition of the Pockels cell 1, which occurs in a DC voltage control, is reduced. At the same time, however, in the case of intensity control, the advantage of the DC voltage control, which is characterized by a higher contrast ratio for the analog operating mode, is obtained. The polarity of the control voltage is changed such that the time integrals of the voltages of both polarities are statistically approximately equal. The driving of a polarity can also be done with a fixed average. The polarity change is carried out at control voltage zero or with a steep switching edge according to fixed or the voltage level inversely proportional or calculated time intervals. The switching frequency is determined by the internal resistance of the Pockels cell 1 and by the size of the chip on the Pockels cell 1. As a result of the polarity change, the ion migration, which in any case is low due to the high internal resistance of the Pockels cell 1, is partially reversed and the decomposition is reduced. Substance-contactor combinations or translucent contacting may also be used. be used with low ion conduction and reversible electrode operations. The use of the mutually or alternately operated controls bypasses the use of high-voltage resistant and wear-prone switching elements. The high voltage control allows operation of the Pockels cell at each voltage with the fundamental frequency of the controls used, i. H. the double triode.

Claims (2)

1. Anordnung zur Ansteuerung von Pockelszellen, insbesondere bei der Beleuchtungsstärkeregelung in optischen Einrichtungen numerisch gesteuerter Lichtzeichenmaschinen, wobei das Licht einer Lichtquelle über die Pockelszelle und über einen teilweise durchlässigen Spiegel auf lichtempfindliches Material gelenkt wird und diese Anordnung mit einem Lichtregelkreis verbunden ist, gekennzeichnet dadurch, daß die Steuergitter einer Doppeltriode (3) über einen von der numerischen Steuerung (5) betätigbaren doppelpoligen Umschalter (9) abwechselnd mit dem Lichtregelkreis (4) und einer Konstantspannung (UF) verbindbar sind, während die Pockelszelle (1) zwischen die Anoden der Doppeltriode (3) geschaltet ist.1. Arrangement for driving Pockelszellen, in particular in the illumination intensity control in optical devices numerically controlled light-emitting engines, wherein the light of a light source via the Pockels cell and a partially transmissive mirror is directed to photosensitive material and this arrangement is connected to a light control loop, characterized in that the control grid of a double triode (3) can be connected alternately to the light control circuit (4) and a constant voltage (U F ) via a double - pole changeover switch (9) which can be actuated by the numerical controller (5), while the Pockels cell (1) is connected between the anodes of the Double triode (3) is connected. 2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß ein Steuergitter der Doppeltriode (3) direkt an den Lageregelkreis (4) geschaltet ist, während das andere Steuergitter über einen von der numerischen Steuerung (5) betätigbaren einfachen Umschalter (10) abwechselnd mit der Konstantspannung (Uf) oder mit einem Spannungsmittelwert (UM) beaufschlagt ist.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that a control grid of the double triode (3) is connected directly to the position control loop (4), while the other control grid via one of the numerical control (5) operable simple change-over switch (10) alternately with the Constant voltage (Uf) or with a mean voltage (U M ) is applied. Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Das Anwendungsgebiet der Erfindung sind Anordnungen zur technischen Ausnutzung des elektrooptischen Effektes in Pockelszellen, insbesondere bei der Beleuchtungsstärkeregelung für numerisch gesteuerte Lichtzeichenmaschinen. Die Lösung kann auch bei der Ermittlung des Drehwinkels in automatisierten Polarimetern der chemischen Analytik angewendet werden.The field of application of the invention are arrangements for the technical utilization of the electro-optical effect in Pockels cells, in particular in the illumination intensity control for numerically controlled light-signaling machines. The solution can also be used in the determination of the rotation angle in automated polarimeters of the chemical analysis. Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions Es ist bekannt, den elektrooptischen Effekt in einem Kristall unter Einwirkung einer elektrischen Feldstärke auszunutzen. Bei linearem elektrooptischen! Effekt in Kristallen (= Pockelseffekt) ändern sich die Brechnungsindizees in verschiedenen Richtungen im Kristall proportional der Feldstärke. Diese Wirkung wird zur Modulation von Licht angewendet. Bekannt ist eine Anordnung zur Beleuchtungsstärkeregelung beim Lichtzeichen (DD-WP 209149), bei derein Bauelement mit elektrooptischem Effekt zur Lichtregelung eingesetzt ist. Die dabei verwendete Pockelszelle befindet sich zwischen Polarisationsfiltern in einem Lichtregelkreis mit Fotoempfänger, Regelverstärkerund Stellglied. In dem Patent WP 231184 dient zusätzlich als Sollwertvorgabe das über einen Analogrechner gebildete Quadrat der Bahngeschwindigkeit und es wird über eine entsprechende Verschaltung eine Anpassung an das verwendete lichtempfindliche Material und an spezifische Eigenschaften der Lichtzeichenmaschine erreicht. Die Steuerung der Substanz mit elektrooptischem Effekt erfolgt durch das Anlegen einer Gleichspannung, die ständig auf die Substanz mit gleicher Polarität einwirkt, eine Zersetzung der Substanz hervorruft und damit die Standzeit einer solchen Zelle wesentlich verringert.It is known to exploit the electro-optical effect in a crystal under the action of an electric field strength. With linear electro-optical! Effect in crystals (= Pockels effect) change the refractive indices in different directions in the crystal in proportion to the field strength. This effect is used to modulate light. Known is an arrangement for illuminance control in the light signal (DD-WP 209149), in which a device is used with electro-optical effect for light control. The Pockels cell used is located between polarization filters in a light control loop with photoreceiver, variable gain amplifier and actuator. In the patent WP 231184 additionally serves as setpoint specification formed over an analog computer square the web speed and it is achieved via an appropriate interconnection adaptation to the light-sensitive material used and to specific properties of the traffic signal engine. The control of the substance with electro-optical effect is carried out by the application of a DC voltage, which constantly acts on the substance with the same polarity, causing a decomposition of the substance and thus significantly reduces the service life of such a cell. Die Verwendung von sinusförmiger Wechselspannung bringt den Nachteil eines schlechten Kontrastverhältnisses auf dem zu belichtenden Material.The use of sinusoidal AC voltage has the disadvantage of a poor contrast ratio on the material to be exposed. Ziel der ErfindungObject of the invention Ziel der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu beseitigen und bei notwendig hohen Spannungen mittels geringem Schaltungsaufwand eine Verminderung der elektrolytischen Zersetzung der Substanz mit elektrooptischem Effekt in der Pockelszelle zu erlangen, ohne daß bei Intensitätssteuerung in der Beleuchtungsstärkeregelung das Kontrastverhältnis auf dem zu belichtenden Material verringert wird, sowie den Einsatz verschleißgefährdeter Schaltelemente zu vermeiden.The aim of the invention is to eliminate the disadvantages mentioned and to obtain a reduction of the electrolytic decomposition of the substance with electro-optical effect in the Pockels cell at necessary high voltages by means of low circuit complexity, without reducing the contrast ratio on the material to be exposed in intensity control in the illuminance control as well as the use of wear-prone switching elements to avoid. Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung zur Ansteuerung von Pockelszellen, insbesondere bei der Beleuchtungsstärkeregelung in optischen Einrichtungen numerisch gesteuerter Lichtzeichenmaschinen, wobei das Licht einer Lichtquelle über die Pockelszelle und über einen teilweise durchlässigen Spiegel auf lichtempfindliches Material gelenkt wird und diese Anordnung mit einem Lichtregelkreis verbunden ist, wobei die Polarität der vorwiegend analogen Steuerspannung für die Pockelszelle gewechselt wird und die Zeitintegrale der Spannungen beider Potentiale statistisch etwa gleich groß sind. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Steuergitter einer Doppeltriode über einen von der numerischen Steuerung betätigbaren doppelpoligen Umschalter abwechselnd mit dem Lichtregelkreis und einer Konstantspannung verbindbar sind, während die Pockelszelle zwischen die Anoden der Doppeltriode geschaltet ist. Eine Ausgestaltung sieht vor, daß ein Steuergitter der Doppeltriode direkt mit dem Lichtregelkreis verbunden ist, während das andere Steuergitter über einen von der numerischen Steuerung betätigbaren einfachen Umschalter abwechselnd mit der Konstantspannung oder mit einem Spannungsmittelwert beaufschlagt ist.The object of the invention is to provide an arrangement for driving Pockelszellen, especially in the illumination intensity control in optical devices numerically controlled light engines, the light of a light source via the Pockels cell and a partially transmissive mirror is directed to photosensitive material and connected this arrangement with a light control loop is, wherein the polarity of the predominantly analog control voltage for the Pockels cell is changed and the time integrals of the voltages of both potentials are statistically about the same size. According to the invention, the object is achieved in that the control grid of a double triode can be connected via an operable by the numerical control double-pole switch alternately with the light control loop and a constant voltage, while the Pockels cell is connected between the anodes of the double triode. One embodiment provides that a control grid of the double triode is connected directly to the light control loop, while the other control grid is alternately acted upon by a controllable by the numerical control simple switch with the constant voltage or with a mean voltage value.
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