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Bildverstärker sowie Anwendungsmöglichkeiten desselben Die Erfindung
betrifft einen Bildverstärker, bei dem die Intensitätsverteilung des das zu verstärkende
Bild führenden Lichtstrahlbündels die Intensitätsverteilung eines das verstärkte
Bild führenden zweiten Lichtstrahlbündels steuert, ausgestattet mit einer photohalbleitenden
Bildauffangschicht, in der aus dem zu verstärkenden optischen Bild ein flächenhaft
verteiltes elektrisches Widerstandsbild herstenbar ist, welches elektrisch die Intensitätsverteilung
des zweiten Lichtstrahlbündels steuert, und mit einer optischen Spiegelschicht,
die in flächenhaftem Kontakt mit der photohalbleitenden Schicht liegt und die zur
Reflexion des zweiten Lichtstrahlbündels dient.
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Für die Wiedergabe von Strahlungsbildem stehen heute neben optischen
auch elektronische Hilfsmittel zur Verfügung. Bei den elektronischen Einrichtungen
wird das Strahlungsbild gewöhnlich auf einer photoelektrisch wirksamen Fläche aufgefangen
und als selbstleuchtendes Lumineszenzbild auf einer mit Leuchtstoffen bedeckten
Wiedergabefläche dargestellt. Die Bildübertragung von der einen zur anderen Fläche
erfolgt auf elektrischem Wege. Wegen der hiermit verbundenen Energiezufuhr kann
ein sichtbares Bild bei geeigneter Dimensionierung der elektronischen Einrichtung
mit größerer Helligkeit wiedergegeben werden.
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Bei manchen Anwendungen, besonders dann, wenn es auf große Bildhelligkeit
ankommt, bedeutet die Verwendung von Leuchtstoffen für die Bildwiedergabefläche
eine gewisse Einschränkung. Man erreicht mit Leuchtstoffen nicht die sonst bei optischen
Geräten gewohnte Bildqualität, Helligkeit und Anpassungsfähigkeit in bezug auf das
Bildformat. Für die Zwecke der Fernsehgroßprojektion ist deshalb schon vorgeschlagen
worden, die Bildwiedergaberöhre nicht mit einem Leuchtschirin, sondern mit einem
als Lichtrelais wirkenden Auffangschirm für die Kathodenstrahlen zu versehen, der
wie ein Diapositiv das Licht einer besonderen Wiedergabelichtquelle örtlich abschattet
und auf diese Weise die Projektion des Fernsehbildes ermöglicht. Als Beispiel sei
das Eidophorverfahren angeführt. Bei diesem Verfahren verändert der Kathodenstrahl
der Wiedergaberöhre die Oberflächengestalt einer durchsichtigen Flüssigkeit.
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Diese von Ort zu Ort verschiedene Oberflächenstruktur der Flüssigkeit
wird mit Hilfe einer Schlierenoptik in eine ortsabhängige Abschattierung umgewandelt;
der weitere optische Strahlengang entspricht da= der üblichen Projektion. Im Vergleich
zum Fernsehen erfordert der Bildwandler einen geringeren technischen Aufwand. Der
als Vakuumgefäß ausgeführte und nach dem Prinzip des äußeren Photoeffektes arbeitende
elektronenoptische Bildwandler gestattet andererseits nur eine mäßige Helligkeitsverstärkung
und ist wegen seines kleinen im Vakuumgefäß untergebrachten Leuchtschirmes im allgemeinen
nur für subjektive Bildbeobachtung geeignet. Es bedeutete daher einen technischen
Fortschritt, als es gelungen war, Bildwandler mit größerer Wiedergabefläche herzustellen,
die ohne Anwendung eines Vakuums auskommen. Sie stellen im wesentlichen eine Kombination
eines Photohalbleiters mit einem nach dem Prinzip des Elektrolumineszenzeffektes
arbeitenden Leuchtschirin dar. Mit diesem sogenannten Festkörperbildwandler ist
eine objektive Bildbetrachtung möglich; die Auffang- und Wiedergabefläche, die zueinander
in unmittelbarer Wirkbeziehung stehen, sind etwa gleich groß.
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Aber auch der Festkörperbildwandler in der bekannten Form ist nicht
frei von den mit Benutzung einer Leuchtsubstanz verbundenen Nachteilen, die die
Verwendungsmöglichkeit dieses, Bildverstärkers in optischen Geräten oder für Projektionszwecke
einschränkt. Da nämlich die Lichtausstrafflung der Leuchtsubstanzen angenähert das
Lambertsche Cosinusgesetz befolg ist die optische Abbildung der Leuchtfläche mit
großem Lichtverlust verbunden bzw. erfordert eine sehr hchtstarke Optik-Vorliegende
Erfindung vermeidet die Verwendung eines Lumineszenzbildes dadurch, daß das Licht
einer Fremdlichtquelle bildmäßig gesteuert wird. Helligkeit und Format des Wiedergabebildes
sind dann wesentlich durch die Helligkeit der Fremdlichtquelle und die Eigenschaften
des optischen Strahlenganges bestimmt.
Die strahlenempflndliche
Fläche und die Bildwand können räumlich getrennt angeordnet sein, und hinsichtlich
der erreichbaren Helligkeit bestehen keine prinzipiellen Grenzen mehr, Für Bildwiedergabeeinrichtungen
unter Verwendung einer photohalbleitenden Strahlenauffangschicht, die zur Herstellung
eines flächenhaft verteilten elektrischen Widerstandsbildes aus einem optischen
Strahlenbild geeignet ist, wird gemäß vorliegender Erfindung vorgeschlagen, daß
die Gestalt der Spiegelschicht elektrisch durch das flächenhaft verteilte Widerstandsbild
der photohalbleitenden Schicht örtlich der Bild:verteilung entsprechend einstellbar
ist.
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Der Photoleiter kann mit einem nichtphotoleitenden Halbleiter elektrisch
in Reihe gelegt und gegebenenfalls der Reflektor mit einer weiteren Schicht kombiniert
werden, so daß das Reflexionsvermögen elektrisch steuerbar ist.
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Auch ist es zweckmäßig, außer den genannten Schichten Zwischenschichten
vorzusehen, die als Trägerfolien, Klebeschichten sowie als Lichtsperrschichten zur
Vermeidung einer optischen Rückkopplung dienen. Der Photohalbleiter und/oder der
Reflektor werden in einem bevorzugten Ausfährungsbeispiel mit einer Rasterstruktur
ausgebildet.
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Die nach der Erfindung vorgeschlagene Wiedergabeeinrichtung stellt
ein photoelektronisches Lichtrelais bzw. Lichtventil dar. Für solche, Relais, die
aus zwei Schichten bestehen, die ihren Abstand unter der Einwirkung der auf sie
auftreffenden primären Strahlung ändern, und wobei die zusätzliche Strahlungsquelle
(sekundäre Strahlung) derart angeordnet ist, daß diese Strahlung im Winkelbereich
der Totalreflexion auf die innere Begrenzungsflache, der ihr benachbarten Schicht
auftrifft, wurde bereits vorgeschlagen, eine der beiden Schichten als dünnes Häutchen
auszubilden, das die primäre Strahlung absorbiert und unter ihrer. Einwirkung
- sich erwärmt und ausdehnt. Es ist einleuchtend, daß die Wärmeausdehnung
infolge einer Strahlenabsorption eine um viele Größenordnungen geringere Wirkung
auslöst als die unter Schutz gestellte Anordnung.
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Der durch die vorgeschlagene Maßnahme erzielte technische Fortschritt
ergibt sich unter anderem aus der universellen Verwendbarkeit für optische Geräte
aller Art. Besondere Vorteile bietet das Lichtrelais in Geräten hoher Lichtleistung,
wie z. B. bei der Fernseh- und Kinogroßprojektion, bei der Wiedergabe von Infrarot-,
UV-, Röntgen- und Atomstrahlenbildern, aber auch in anderen optischen Geräten,
wie Kameras, Mikroskopen, Spektroskopen usw., in denen das Lichtrelais zur Bilddarstellung
oder -verstärkung verwendet werden kann.
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Man hat schon vorgeschlagen, als lichtsteuerndes Medium eine Schicht
aus elektrooptisch wirksamen Kristallen zu verwenden, und zwar in Kombination mit
einem Photohalbleiter und einem Reflektor. Trotz grundsätzlicher Brauchbarkeit haben
diese Anordnungen wegen der geringen Größe des elektrooptischen Effektes in Kristallen
und wegen technologischer Schwierigkeiten bei der Herstellung der Kristalle bisher
noch keine praktische Bedeutung erlangt. Der gemäß vorliegender Erfindung vorgeschlagene
Bildverstärker beruht auf Lichtsteuereffekten, die elektrooptische Effekte ausschließen.
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Dabei wird zwar ein Reflektor benutzt, der in flächenhafteni Kontakt
mit der photohalbleitenden Schicht liegt und der zur Reflexion des zweiten Lichtstrahlbündels
dient. Jedoch fällt diesem Reflektor eine gänzlich andere Aufgabe zu,
nämlich die optische Trennung der beiden Bereiche der Lichtbündel. Die spiegelnde
Schicht behält jedoch ihre ursprüngliche Gestalt bei und ist in den Steuerungsprozeß
nicht eingeschlossen.
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Weitere Merkmale der Erfindung enthalten die Unteransprüche. An Hand
der Zeichnung werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. Es zeigt
Fig. 1 schematisch eine Wiedergabeeinrichtung bekannter Art, Fig. 2,
5, 8, 9 und 10 Anordnungen nach der Erfindung, Fig. 3 ein Schema
der Elektrodenanordnung, Fig. 4, 6 und 7 die optischen Strahlengänge
mehrerer Wiedergabemöglichkeiten, teils durch Projektion, teils durch subjektive
Betrachtung.
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Nach Fig. 1 besteht der Festkörperbildwandler aus den beiden
Glasplatten 1 und l', die mit leitenden, durchsichtigen Schichten 2, V bedeckt
sind. Zwischen diesen Schichten befinden sich der Reihe nach die Photobalbleiterschicht
3, die dunkle Lichttrennschicht 4 und die Elektrolumineszenzschicht
5. Die leitenden Schichten 2 und 2' werden zum Betrieb an eine Wechselspannungsquelle
6 angeschlosseir Die -
Pfeile 7 kennzeichnen die Einstrahlrichtung
des zu verstärkenden Strahlungsbildes, die Pfeile 8 die Richtung des von
der Flektrolumineszenzschicht 5 ausgesandten Wiedergabelichtes.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Die Photohalbleiterschicht
3 hat die Eigenschaf4 an den bestrahlten Stellen einen niedrigen, an den
unbestrahlten Stellen einen hohen Widerstand anzunehmen. Die Elektrolunüneszenzschicht
5 kommt andererseits zum
Aufleuchten, wenn ein elektrisches Wechselfeld
ausreichender Größe wirksam ist. Die Wechselstromwiderstände der Schichten
3, 4 und 5 sind nun so abgestimmt, daß die Schicht 5 unter
dem Einfluß der angelegten Spannung bei Bestrahlung des Photohalbleiters
3 aufleuchtet, unbestrahlt jedoch dunkel bleibt. Da die Bestrahlungsstärke
dem Bildinhalt entsprechend von Ort zu Ort wechselt (Pfeile 7), weist auch
das Wiedergabelicht 8 eine dem Original entsprechende Helligkeitsverteilung
auf. Eine optische Rückkopplung zwischen den Schichten 3 und 5 wird
durch die Lichttrennschicht 4 verhindert. In lichttechnischer Hinsicht ist besonders
hervorzuheben, daß die Elektroluniineszenzschicht selbst Licht erzeugt, also kein
Fremdlicht steuert und nach Art eines Lambertstrahlers ungerichtetes. Licht aussendet,
unabhängig davon, ob der Photohalbleiter mit gerichteteni oder diflusern. Licht
bestrahlt wird.
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Im Gegensatz hierzu wirkt ein Lichtrelais gemäß der Erfindung wiedergabeseitig
nicht als Lichtquelle, sondern als örtlich gesteuerter Spiegel, der das Licht einer
Freindlichtquelle ja nach der speziellen Ausführungsform entweder gerichtet
oder mit einer gewünschten Streucharakteristik reflektiert. An Hand der in Fig.
2 im Detail dargestellten Ausführungsform soll nun das Prinzip der Erfindung näher
erläutert werden.
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Die Fig. 2 zeigt eine Glasunterlage 9, auf der sich das Elektrodenraster
10, 10' befindet. Die schematische Fig. 3 räßt erkennen
' daß die Elektroden 10,
10' kammartig ineinandergreifen und
über Schutzwiderstände 16 an die Spannungsquelle 17 angeschlossen
sind.
Das Elektrodenraster kann auf die Glasunterlage beispielsweise
auf photographisch-galvanischern Wege nach den Methoden der Klischeeherstellung
aufgebracht sein. Es ist mit der Glas- oder Kollodiumfolie 12 bespannt, die vor
der Montage auf der dem Elektrodenraster 10, 10' zugewandten Seite mit dem
Pbotohalbleiter 11, auf der abgewandten Seite mit dem Spiegelbelag
13 bedampft ist.
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Die Wirkungsweise ist folgende. Unter dem Einfluß der Strahlen 14
geht innerhalb des Photohalbleiters 11 zwischen den Elektroden ein örtlich
verschiedener Photostrorn über. Die Strom:würrne teilt sich der Trägerfolie mit,
die sich dadurch ortsabhän-gig verschieden stark wölbt. Auf der unbelichteten,
ebenen Spiegelfläche bilden sich je nach der Bestrahlungsstärke verschieden
stark gekrümmte Mikrospiegel aus. Die Einrichtung stellt also ein Lichtrelais dar,
das die Richtung des reflektierten Lichtes 15 bildmäßig steuert.
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Zur Umwandlung der Richtungssteuerung in eine Intensitätssteuerung
und zur Darstellung des Wiedergabebildes eignet sich der in Fig. 4 dargestellte
Schlierenstrahlengang. Das Lichtrelais 18 wird auf der Seite des Photohalbleiters
vom Strahlenbild 19,
auf der Spiegelseite vom Licht der Fremdlichtquelle 20
getroffen. Der Beleuchtungsstrahlengang enthält die Kondensorlinsen 21, 21', den
aus mehreren Spiegelstegen bestehenden, in den Zwischenräumen lichtdurchlässigen
45 0-Spiegel 22 und die Linse 23. Das Wiedergabelicht durchsetzt nach Reflexion
am SpiegeIbelag des Lichtrelais 18 die Linse 23 zum zweiten Mal und
gelangt dann auf die Spiegelstege22. Wenn die Spiegelfläche des Lichtrelais eben
ist, sperren die Spiegelstege 22 den Lichtdurchgang. Wenn sich dagegen unter dem
Einfluß der Strahlen 19 die erwähnten Mikrospiegel ausbilden, kann Licht
durch die Lücken zwischen den Spiegelstegen 22 hindurchtreten und gelangt über das
Objektiv 24 und den Umlenkspiegel 25 auf die Bildwand 26. Das Objektiv
24 ist dabei so eingestellt, daß es die Spiegelfläche des Lichtrelais
18 auf die Bildwand abbildet. Das Bild der Spiegelfläche ist je nach
der Krümmung der Mikrospiegel örtlich verschieden stark aufgehellt. Auf der Bildwand
erscheint demnach das Wiedergabebild, überlagert von einem Strukturbild der Spiegelfläche
des Lichtrelais. Damit diese Struktur nicht stört, muß der Abstand benachbarter
Elektroden 10, 10' in den Fig. 2 und 3 in genügendem Maße fein gewählt
werden. Dieser Abstand bestimmt die Größe des auflösbaren Bildelementes.
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Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Lichtrelais. Bei dieser Ausführung befindet sich zwischen zwei Glasplatten
27, 27' mit den innen aufgebrachten leitenden, durchsichtigen Belegen
28, 28' die Photohalbleiterschicht 29, die Lichttrennschicht
30, der aufgerasterte Metall- oder Interferenzspiegelbelag 31 und
das Lichtsteuermedium 32. Als Medium kann nach einem bekannten Vorschlag
eine Suspension plättchenförn-dger Körper in einer dielektrischen Flüssigkeit dienen.
Bei passender Wahl der Impedanz dieses Mediums ist innerhalb des Mediums senkrecht
zur Relaisebene eine von der Bestrahlung des Photohalbleiters abhängige elektrische
Feldstärke wirksam, die eine Orientierung der plättchenförrnigen Körper bewirkt.
Während die Suspension bei unbestrahltem Photohalbleiter, d. h. ohne Feld,
infolge regelloser Orientierung der Plättchen undurchsichtig bleibt, wird sie bei
zunehmender Bestrahlung, d. h. zunehmendem Feld, mehr und mehr lichtdurchlässig.
Am Ort der Suspension erscheint dann das Bild, das entweder direkt betrachtet oder
im reffektierten Licht abgebildet werden kann.
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Die Elektroden 28, 28' werden im Betrieb an die Spannungsquelle
33 angeschlossen. Die Pfeile 34 kennzeichnen die Richtung der Primärstrahlung,
die Pfeile 35 die Einstrahlrichtung des Frerndlichtes. 36 und
36' sind Fenster für den Lichteintritt und Austritt.
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Der Steuervorgang spielt sich hier in der Weise ab, daß der Photohalbleiter
29 in unbestrahltern Zustand wegen seines hohen Widerstandes praktisch die
ganze Betriebsspannung aufnimmt, während das Lichtsteuermedium 32 bei vergleichsweise
kleinem Widerstand praktisch feldfrei bleibt. Das am Spiegelbelag 31 reflektierte
Licht bleibt bei unbestrahltem Photohalbleiter 29 demnach unbeeinflußt und
kann das Fenster 36' nicht passieren. Bei bestrahltem Photohalbleiter
29 hingegen wird dieser im Vergleich zum Lichtsteuermedium niederohmig, so
daß sich mit steigender Bestrahlungsstärke der Spannungsabfall mehr und mehr auf
das Lichtsteuermedium verlagert. Um den Steuervorgang nicht zu stören, darf der
Spiegelbelag nur eine geringe Querleitfähigkeit besitzen. Er besteht deshalb aus
einem halbleitenden oder aufgerastertern Metall oder Interferenzbelag.
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Die optische Anordnung zur Darstellung des Strahlungsbildes mit dem
Lichtrelais nach den Fig. 2 oder 5 kann auch gemäß den Fig. 6 oder
7 gestaltet sein, je nachdem, ob Projektion oder subjektive Beobachtung,
geometrische oder physikalische Strahlenteilung beabsichtigt ist. In der Projektionsanordnung
nach Fig. 6 mit geometrischer Strahlenteilung bedeutet 37 den darzustellenden
Gegenstand, der durch das Objektiv 38 über den zugleich der Strahlenteilung
dienenden Umlenkspiegel 39 und die Feldlinse 40 auf der Seite des Photohalbleiters
des Lichtrelais 41 als Strahlenbild 42 abgebildet ist. Innerhalb des Lichtrelais
41, das unter dem Einfluß der Spannungsquelle 43 steht, findet dann eine Umformung
des Strahlungsbildes 42 in ein latentes optisches Bild 44 statt, das zunächst nur
in der Form einer örtlich verschiedenen Helligkeits- oder Richtungssteuerung vorliegt
und erst mit Hilfe des Wiedergabestrahlenganges sichtbar wird.
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Wiedergabeseitig ist die Lichtquelle 45 vorgesehen, zweckmäßig eine
Lampe hoher Leuchtdichte, z. B. eine Xenonlampe. Die Kondensoroptik besteht aus
dem Kugelhilfsspiegel 46 und den Linsen 47 bis 49. Das Licht gelangt dann über das
Kreuz- oder Linienraster 50 und den Umlenkspiegel 51 zur Linse
52, die die Aufgabe hat, auf der Seite des Lichtsteuermediums des Lichtrelais
einen telezentrischen Strahlengang herzustellen.
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Das am Lichtrelais41 reflektierte, von der Lichtquelle45 stammende
Licht wird durch das latente Bild 44 in seiner Helligkeit oder Richtung verändert,
durchsetzt dann die Linse 52 zum zweiten Mal, wird durch den Spiegel
53 umgelenkt und erzeugt nach Durchgang durch das Objektiv 54, das, Fenster
55
und das Kreuz- oder Linienraster 56 in der Ebene des Bildfensters
57 ein reelles Bild 58, das in seiner Helligkeitsverteilung dem Gegenstand
37 entspricht, in seiner Intensität jedoch nur noch von der Stärke der Fremdlichtquelle
45 abhängig ist. Ein übliches Projektionsobjektiv 59 bildet schließlich das
Zwischenbild 58 auf die Bildwand 60 ab.
Soll das Wiedergabebild
nicht projiziert, sondern nur visuell betrachtet werden, so kann eine optische Anordnung,
wie in Fig. 7 dargestellt, benutzt werden. In Fig. 7 bedeutet
61 das durch Pfeile symbolisierte Strahlungsbild, 62 das Lichtrelais
und 63 die Wiedergabelichtquelle, z. B. eine Glühlampe. Die Beleuchtung des
Lichtrelais erfolgt über die Linse 64, die einander zugeordneten Kreuz- oder Linienraster
65
und 71, den halbdurchlässigen Spiegel 66 sowie die Linsen
67 und 68. Bei diesem Beispiel erfolgt also die Strahlenteilung auf
physikalischem Wege. Zum Unterschied von Fig. 6 ist ferner das in Fig.
7 dargestellte Lichtrelais nicht eben, sondern hohlspiegelartig gekrümmt.
Dies hat den Vorteil, daß die. in Fig. 6 vorgesehene Linse 52 zur
Herstellung des telezentrischen Strahlenganges entbehrlich ist und daß im Zusammenwirken
mit dem Meniskus 68 eine hohe AbbildungsquaEtät erreichbar ist. Zum Betrieb
wird das LichtreIais an die Spannungsquelle. 69 angeschlossen. Das beobachtende
Auge 72, das das Lichtrelais 62 durch die Linsen 68, 67 und
70 betrachtet, nimm dann am Ort des Lichtrelais das Wiedergabe-bild
wahr. Die Ausführung nach Fig. 7 kommt naturgemäß vor allem für tragbare
Geräte in Frage.
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Die Empfindlichkeit der Lichtsteuerung läßt sich erhöhen, wenn die
Anordnung so getroffen wird, daß das Licht die Lichtsteuerschicht mehrmals durchsetzt.
Fig. 8 dient der Veranschaulichung geeigneter Ab-
änderungen für viermaligen
Lichtdurchgang. Sie zeigt ein Detail der grundsätzlichen Anordnung von Fig.
5.
Die Abänderung besteht in einer abweichenden Ausbildung des Glasträgers
27'. Der neue, Glasträger 61
in Fig. 8 besitzt auf der Außenseite
zylindrische Konvexlinsen 62, auf der Innenseite Konkavspiegel.
63,
die mit ebenen, durchsichtigen Oberflächenstreifen 64 abwechseln. Angedeutet
ist ferner das Lichtsteuermedium 65 und der Rasterspiegelbelag
66, die in Fig. 5 mit 32, 31 bezeichnet sind. Die Pfeile
67 und 68 bezeichnen die Richtung des auffallenden bzw. reflektierten
Lichtes. Das auffallende Licht 67 wird am Rasterspiegel 66 reflektiert,
gelangt dann auf die Hohlspiegel 63, wird wieder auf den Rasterspiegel
66
konzentriert und dringt nach außen, nachdem es durch die Konvexlinse
62 parallel gerichtet ist.
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Ebenfalls im Sinne der Erfindung liegt ein Lic17trelais, das auf der
Kombination einer Flüssigkeit, eines Spiegels und eines Photohalbleiters beruht.
Ein solches Lichtrelais nach Fig. 9 kann als photoelektrisches Gegenstück
zur Eidophor-Kathodenstrahlröhre angesehen werden. In Fig. 9 bedeutet
69 einen durchsichtigen Kunststoffträger, der mit linienförmigen Kerben,
Anschlußdrähten 70 und dem Photohalbleiterbelag 71 versehen ist. Der
Träger 69 ist mit einer halbleitenden, aber nicht photoclektrisch wirksamen
Lichttrennschicht 72 bedeckt, die korrespondierend zu 71 linienförmige
Leitstreifen 73, den nicht leitenden Spiegelbelag 74 und die dielektrische
Flüssigkeit 75 trägt. Die Pfeile 76 kennzeichnen die Einstrahhichtung
des Strahlenbildes, die Pfeile 77 die Richtung des Fremdlichtes, das bei
unterschiedlichem Oberflächenprofil der Flüssigkeit 75 je nach der Neigung
der Flüssigkeitsoberffäche unter verschiedenen Winkeln vom Spiegelbelag 74 reflektiert
wird und das Lichtrelais in Richtung der Pfeile 78 verläßt.
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Die Steuerwirkung beruht in diesem Fall auf der Erscheinung, der Elektrostriktion.
Wird an die Elektroden 70 und # 73, Spannung angelegt, z. B. eine
Gleichspannung mit der durch + und - gekennzeichneten Polung, so bildet sich
in der Flüssigkeit an den Stellen, an denen der Photohalbleiter belichtet wird,
das durch die Pfeile 79 angedeutete elektrische Feld aus. Voraussetzung
ist, daß der Photohalbleiter bei Belichtung mederohnuger, unbelichtet hochohnuger
als die Schicht 72 ist. Infolge des Elektrostriktionseffektes wölbt sich
im angedeuteten Sinne die Flüssigkeit an den Stellen, an denen das Feld
79 einwirkt. Dabei entstehen Mikrolinsen, die die Lichtstrahlen im Sinne
der Pfeile 78 in ihrer Richtung beeinflussen. Die örtliche, Verformung der
Flüssigkeitsoberfläche, kann wiederum in einem üblichen Schlierenstrahlengang, ähnlich
dem in Fig. 4, 6 oder 7 dargestellten, sichtbar gemacht werden. Wesentlich
ist bei dieser Anordnung die rastenartige Unterteilung der Elektroden bzw. des Photohalbleiters,
damit auch an gleichmäßig bestrahlten Bildstellen eine periodische Verwölbung eintritt.
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Fig. 10 zeigt schließlich eine Lichtrelaisanordnung im Schnitt,
die sich von der in Fig. 9 dargestellten hauptsächlich dadurch unterscheidet,
daß die Flüssigkeit durch eine verspiegelte, Membran ersetzt ist Wesentliche Bestandteile
des Lichtrelais sind der Kunststoffträger 80, die miteinander elektrisch
verbundenen Elektroden 81 aus Draht, Leitbelag od. dgl., die mit den Photohalbleiterschichten
82 im Kontakt stehen. 83 ist wieder ein Belag konstanter Leitfähigkeit,
der leitend die miteinander verbundenen Leitstege 84 trägt. Diese Stege, sind zugleich
Träger der Folie 85, die vorzugsweise auf der Seite der Stege 84 mit dem
leitenden Spiegelbelag 86 versehen ist. Wird an die Elektroden
81 und 84 Gleich- oder Wechselspannung angelegt, so tritt unter den gleichen
Bedingungen wie bei Fig. 9 je nach der Bestrahlungsstärke (Pfeile
87) des Photohalbleiters eine Verwölbung der Folie ein- Die Wirkung der Bestrahlung
entspricht derjenigen eines Kondensatormikrophons. An den stark bestrahlten Stellen
erniedrigt der Photohalbleiter seinen Widerstand in solchem Maße, daß dort fast
die volle Betriebsspannung zwischen dem Spiegelbelag 86 und dem Teil der
Halbleiterschicht 83
anlieg der sich mitten zwischen zwei Stegen befindet.
An diesen Stellen wird die Folie von der Schicht 83
angezogen und verwölbt
sich im angedeuteten Sinne. Das Ergebnis ist wiederum eine Richtungssteuerung des
eingestrahlten Fremdlichtes 88, wie durch die. Pfeile 89 zum Ausdruck
gebracht wird. Zur Wiedergabe ist im Prinzip wiederum der Strahlengang nach Fig.
4, 6 oder 7 geeignet. Angemerkt sei noch, daß die Anordnung nach Fig.
10 funktionsfähig bleibt, wenn die Schichten 82 und 83 miteinander
vertauscht werden. Das gleiche gilt für die Schichten 71 und 72
in
Fig. 9.
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Bei dem Lichtrelais nach Fig. 10 kann der Ab-
stand zwischen
den Flächen 83 und 86 einstellbar gemacht werden, wobei die Wölbung
der Spiegelfläche einen dem Abstand entsprechenden Wert annimmt. Erfindungsgemäß
soll die Einstellung des Ab-
standes auf pneumatischem Wege erfolgen, indem
der Außenraum des Lichtrelais einem anderen Druck als der Raum zwischen den Flächen
83 und 86 ausgesetzt wird. Gleichzeitig wendet man zweckmäßig in beiden
RÜunien einen gewissen Überdruck an, um einen elektrischen Durchschlag zwischen
den angegebenen Flächen zu verhüten. Dem gleichen Zweck kann auch eine Einbettung
der Folie in eine dielektrische Flüssigkeit dienen.
Auch bei dem
Lichtrelais nach Fig. 2 bietet die Variation der Atmosphäre Vorteile durch Förderung
oder Unterbindung der Wärmeableitung und ermöglicht die Einstellung der Zeitkonstanten
auf einen vorgegebenen Wert. Insbesondere erhält das Lichtrelais nach Fig. 2 bei
Anwendung von Vakuum Speichereigenschaften. Das Wiedergabebild bleibt dann auch
nach Aufhören der Primärstrahlung noch sichtbar. Der gleiche Effekt kann auch bei
Benutzung eines trägen Photohalbleiters erzielt werden, doch läßt sich bei Variation
der Atmosphäre oder auch der Luftbewegung in der Nähe des Relais die Trägheit in
weiten Grenzen beeinflussen.
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Eine andere Möglichkeit, elastische Deformationen hervorzurufen, bietet
der inverse Piezoeffekt von Quarz und den Ferroelektriken, wie z. B. Seignettesalz.
Ein Mosaik entsprechend orientierter Kristalle, die oberflächlich mit einem zugleich
als Elektrode wirkenden leitenden Spiegelbelag versehen sind, wölbt sich bei übereinstimmender
piezoelektrischer Hauptdeforinationsrichtung und elektrischem Feld von Ort zu Ort
je nach der Feldstärke und bildet wiederum Mikrospiegel. Wichtig ist auch
in diesem Fall die Aufrasterung des Photohalbleiters, um auch bei konstanter Bestrahlung
eine periodische Verwölbung zu erhalten.
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Bei allen Varianten der vorgeschlagenen Einrichtung entsteht das Wiedergabebild
am Ort des Reflektors bzw. in dem Medium vor dem Reflektor, und es ist wichtig,
daß der Reflektor bzw. das Lichtsteuermedium so sorgfältig ausgeführt ist, daß das
Wiedergabebild frei von einer auf Unvollkommenheiten des Steuervorganges zurückzuführenden
Störstruktur ist. In manchen Fällen, z. B. bei der Zusammensetzung des Lichtsteuerrnediums
aus geschliffenen Teilen zu einem Mosaik, läßt sich allerdings zuweilen eine von
den Stoßkanten der Kristalle herrührende Bildstruktur nicht ganz vermeiden. Erfindungsgemäß
wird deshalb vorgeschlagen, eine eventuell vorhandene Störstruktur durch eine Relativbewegung
der Relaisfläche gegenüber dem optischen Strahlengang auszuschalten. Wird z. B.
die Anordnung so getroffen, daß die Relaisfläche in einer Ebene senkrecht zum Strahlengang
rotiert, so gelangen immer neue Mächenteile des Relais in den Bereich einer bestimmten
Bildstelle, so daß die Störstruktur durch Mittelwertbildung des Lichtsteuereffekts
beseitigt wird. Anstatt das Relais zu bewegen, kann auch der Strahlengang beiderseits
der Relaistläche bewegt werden, im Fall der Fig. 6
z. B. durch eine synchrone
Kippbewegung der Spiegel 39, 51. und 53. Die Kippung kann kontinuierlich
oder intermittierend in einer oder vorzugsweise zwei zueinander senkrechten Richtungen
erfolgen und ist so zu bemessen, daß sich das Wiedergabebild 60 dabei nicht
bewegt. Bei der Wiedergabe von Film- oder Fernsehbildern empfiehlt es sich, die
Spiegel-Kippbewegungen nach Art der Kippschwingungen ausführen zu lassen, wobei
der Rücklauf der Spiegel in der Fortschaltperiode des Bildes erfolgt.
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Mit der beschriebenen Einrichtung bereitet die Wiedergabe farbiger
Bilder keine besonderen Schwierigkeiten. Man erreicht sie im einfachsten Fall mit
Hilfe von zwei auf gleicher Achse rotierenden Gruppen von je drei Filtern
entsprechend den drei Farbauszügen. Die eine Filtergruppe befindet sich vor der
Seite des Photohalbleiters, die andere vor der Wiedergabeseite des Relais. Durch
Anpassung der Filterfarbe an die Spektralcharakteristik des Photohalbleiters kann
man entweder naturgetreue Farbwiedergabe oder erforderlichenfalls auch eine gewisse
Korrektur der Bildfärbung erhalten. Durch geeignete Bemessung der Durchlaßcharakteristik
der Filter ist aus eine Transponierung diskreter Wellenbereiche des unsichtbaren
Spektrums in sichtbare Farbbilder möglich. Benutzt man beispielsweise das Lichtrelais
nach der Erfindung zur Darstellung von UV-Bildern, so kann das kurzwellige UV in
Blau, das inittelwellige in Gelbgrün und das langwellige in Rot transportiert werden.
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Eine andere Möglichkeit der Farbwiedergabe besteht in der Verwendung
von drei Lichtrelais mit drei ruhenden Filtern entsprechend den drei Farbauszügen.
Die drei Wiedergabebilder werden in diesem Fall übereinanderprojiziert oder mit
Hilfe teildurchlässiger oder dichroitischer Spiegel in den gleichen optischen Strahlengang
übergeführt.
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Die Spektralcharakteristik des Photohalbleiters läßt sich durch geeignete
Wahl der Grundstoffe und Aktivatoren in weiten Grenzen variieren. Für das sichtbare
Spektralgebiet kommen z. B. in Frage: CdS, ZriS, Sb 2s, oder die entsprechenden
Oxyde. Geeignete Aktivatoren sind z. B. Cu, Ag, Sb und Bi. Für das
UV- und Röntgengebiet lassen sich die Halbleiter PbO und Se, letzteres besonders
in der amorphen Form, verwenden. lafrarotempfindliche Photohalbleiter sind beispielsweise
mit Sauerstoff aktiviertes TI 2S35 PbS, PbSe und PbTe. Daneben kommt auch den Halbleiterelementen
Ge und Si sowie den intennetallischen Verbindungen drei- und fünfwertiger Metalle
in diesem Zusammenhang besondere Bedeutung zu.
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Die Ansprechgeschwindigkeit des Lichtrelais hängt unter anderem von
der Betriebstemperatur, dem Material und der Leitfähigkeit des Photohalbleiters
ab. Wenn geringe Trägheit erwünscht ist, ist es zweckmäßig, den Photohalbleiter
zusätzlich, insbesondere mit langwelligem Licht zu bestrahlen. Große Trägheit erhält
man vielfach mit hochohmigen Halbleitern bei Abkühlung unter Zimmertemperatur. Ein
träge arbeitendes Lichtrelais hat die Fähigkeit der Bildspeicherung, die z. B. bei
der Beobachtung von Kurzzeitvorgängen und bei Röntgendurchleuchtungen erwünscht
ist. Wendet man in diesen Fällen eine Blitztechnik an, die in einer sehr kurzen,
aber intensiven Bestrahlung des Objektes besteht, so kann das Objekt mit einem speichernden
Lichtrelais nach der Bestrahlung noch einige Zeit beobachtet werden Verwendet man
für ein derartiges Speicherlichtrelais hochohmige Photohalbleiter wie Se und Pb0,
so muß aus Anpassungsgründen der mit dem Photohalbleiter kombinierte, nicht photoleitende
Halbleiter, z. B. ein Mosaik von Kristallen mit elektrooptischem Effekt, hochohmig
sein. Auch der Lichteuereffekt läßt vielfach eine Variationsmöglichkeit hinsichtlich
der Zeitkonstante zu. Bei Verwendung einer elastischen Membran kann, wie erwähnt,
durch die Art des umgebenden Mediums die Zeitkonstante beeinflußt werden, wobei
es besonders auf die Zähigkeit und Wärmeleitung des umgebenden Mediums ankommt.
Im Sinne der Erfindung liegt es auch, den Photohalbleiter mit strahlenempfindlichen
Leuchtstoffen in optischen Kontakt zu bringen. Diese Möglichkeit ist insbesondere
für die Darstellung von Röntgen- und Atomstrahlenbildern von Interesse. Das Strahlungsbild
wird in diesem Fall durch den Leuchtstoff zunächst in ein sichtbares Fluoreszenzbild
verwandelt,
das dann mittelbar den Photohalbleiter beeinflußt. Die
Benutzung nachleuchtender Fluoreszenzstoffe würde dann ebenfalls zu einer Erhöhung
des Speichereffekts beitragen. Ist der Photohalbleiter so ausgewählt, daß er wahlweise
sichtbare oder unsichtbare Bilder wiederzugeben gestattet, so kann es vorteilhaft
sein, die interessierenden Strahlenbereiche durch Filter einzustellen. Wünscht man
beispielsweise wahlweise ein Röntgenbild oder das sichtbare Bild eines mit Röntgenstrahlen
durchleuchteten Gegenstandes darzustellen, so kann ein bei der Durchleuchtung störendes
Raumlicht durch eine als Filter wirkende Aluminiumfolie vom Lichtrelals ferngehalten
werden. Zur Darstellung des Lichtbildes wird dann die Folie wieder entfernt.
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Zuweilen kann es vorteilhaft sein, den Reflektor des Lichtrelais nicht
mit einer glatten, sondern mit einer etwas aufgerauhten oder leicht geriffelten
Spiegelfläche zu versehen. Man erreicht damit unter Umständen eäneVereinfachung
derWiedergabeoptik oder kann unter Umständen das Bild am Ort derReflektorfläche
schon ohne eine besondere Optik beobachten.
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Bei der praktischen Anwendung der beschriebenen Wiedergabeeinsichtung
wirkt es sich vorteilhaft aus. daß der Wiedergabestrahlengang vom Strahlengang zur
Erzeugung des Strahlenbildes räumlich getrennt ist. Obwohl auch Anordnungen denkbar
wären, bei denen diese beiden Strahlengänge einander teilweise durchdringen bzw.
auf der gleichen Seite des Lichtrelais zur Einwirkung kommen, so hat die räumliche
Trennung doch den Vorteil, daß das gleiche Gerät für mehrere Aufgaben verwendbar
ist. Mit Hilfe schwenkbarer Spiegel od. dgL kann z. B. ein Kinoprojektor mit Lichtrelais
wahlweise auch für die Wiedergabe von Dia-, Epi- und Fernsehbildern Verwendung finden.
Auch farbige Fernsehgroßprojektion läßt sich in einfachster Weise durchführen. Es
genügt, als Bildvorlage das Wiedergabebild einer normalen Dreifarben-Fernsehbildröhre
zu benutzen und auf die Photokathode des Lichtrelais abzubilden. Zur Wiedergabe
der Farbe können, wie beschrieben, zwei synchron bewegte Gruppen von drei Farbenfiltern
dienen, von denen sich die eine Gruppe vor dem Photohalbleiter, die andere vor der
Lichtsteuerseite des Lichtrelals befindet. Wiederum besteht die Mög-
lichkeit
einer Verbesserung der Farbwiedergabe durch sinngemäße Auswahl der Filter.
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Eine weitere Anwendung ergibt sich, wenn die Aufgabe vorliegt, ein
gegebenes Strahlungsbild in seinen Helligkeitswerten umzukehren. Man erreicht dies,
indem man den Lichtsteuereffekt so einstellt, daß maximaler Helligkeit des Strahlungsbildes
im Wiedergabebild Dunkelheit unbestrahlt jedoch größte Helligkeit entspricht. Bei
der Anordnung nach Fig. 5
hat man hierzu lediglich die Durchlaßrichtungen
des Polarisators 36 und des Analysators 36' parallel zu stellen, bei
den richtungsempfindlichen Anordnungen nach Fig. 2, 9 und 10 gelingt
die Bildumkehr durch entsprechende Bemessung und Einstellung der Rasterblende des
Schlierenstrahlenganges, die den Strahlengang bei größter Helligkeit des Strahlenbildes
sperren, bei geringerer Helligkeit öffnen muß.
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Wird die Wiedergabeeinrichtung mit einer Lichtquelle betrieben, die
vorwiegend UV- oder Infrarotlicht aussendet, so wirkt sie als Strahlentransformator,
der ein sichtbares oder unsichtbares Lichtbild in ein unsichtbares Bild im
UV- oder Infrarotbereich verwandelt. Diese Anwendung ist z. B. in der Photoaraphie
interessant. Man kann relativ unempfindliche UV- und blauempfindliche photographische
Materialien benutzen, wenn man das Lichtrelais als Vorsatz eines photographischen
Apparates benutzt und das Wiedergabelicht dem benutzten photographischen Material
spektral anpaßt. Nimmt man als Wiedergabelichtquelle eine überlastete Glühlampe,
mit starkem Blaulichtanteil oder eine Gasentladungslampe, die UV-Licht aussendet,
so kann z. B. orthochromatischer Film geringer Empfindlichkeit oder Ozalidpapier
benutzt werden. Das Wiedergabelicht kann z. B. übliches elektronisches Blitzlicht
sein und zugleich die Rolle des Momentverschlusses übernehmen.