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Polarisator mit einer molekularorientierten Kunststoffplatte Die Erfindung
bezieht sich auf solche Lichtpolarisatoren, die aus einer molekularorientierien
Kunststoffplatte bestehen, die durch Ablagerung von einem Dichroismus erzeugenden
Stoff auf einer ihrer Flächen dichroitisch gemacht werden können. Derartige Polarisatoren
sind z. B. in den. USA.-Patentschriften 2 237 567, 2 328 219 beschrieben.
Als Kunststoffplattenmaterialien kommen beispielsweise Polyvinylalkohol, Zellulose
und insbesondere Zelluloseacetat, die mittels Jod dichroitisch gemacht werden können,
in Frage. Die Wirkung des Dichroi:smus erzeugenden Stores beruht darauf, daß er
die Komponente des auffallenden Lichtbündels, die parallel zur Längsachse der orientierten
Moleküle der Kunststoffplatte schwingt, absorbiert und die senkrecht dazu schwingende
Komponente allein durch die Platte durchläßt, so daß das aus dem Polarisator austretende
Licht polarisiert ist.
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Diese bekannten Polarisatoren haben den Nachteil, daß der Grad der
Polarisationswirkung nicht veränderbar ist. Insbesondere läßt sich die Polarisationswirkung
nicht aufheben.
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Es sind jedoch auch elektrisch steuerbare Polarisatoren bekannt. Hierzu
zählen insbesondere die sogenannten Kerrzellen, ein Gerät zur trägheitslosen Umwandlung
elektrischer Spannungsschwankungen in entsprechende Lichtschwankungen. Bei der Kerrzelle
wird die Abhängigkeit. des optischen Drehvermögens infolge der Ausrichtung der Moleküle
des in der Kerrzelle befindlichen Nitrobenzols im elektrischen Feld erreicht (Pblarisierbarkeit).
Die Kerrzelle befindet sich dabei aber zwischen zwei polarisierenden Elementen (Polarisator
und Analysator). Die Kerrzelle, die mit höheren Spannungen arbeitet, stellt an sich
keinen reversiblen Polarisator dar. Die Anordnung zwischen Polarisator und Analysator
ist räumlich bauaufwendig und hat daher nur bestimmte beschränkte Anwendungsmöglichkeiten.
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Ziel der Erfindung ist es, einen einfach aufgebauten reversiblen Polarsator
zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird für einen Polarisator mit einer molekularorientierten
Kunststoffplatte der Eingangsart dadurch gelöst, daß die Kunststoffplatte erfindungsgemäß
zwischen zwei umpulsbaren Elektroden in einem durchsichtigen,. nur bei Stromdurchgang
Dichroismus erzeugenden Stoff ausscheidenden Elektrolyten angeordnet ist, wobei
eine Fläche der Platte auf Grund einer Auflage oder durch unmittelbare Verbindung
mit der einen Elektrode gegen die Berührung mit dem Elektrolyten abgedeckt ist.
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Solange Spannung an die Elektroden gelegt ist, wird je nach Polurig
der Elektroden. aus dem Elek trolyten auf der molekularorientierten Kunststoffplatte
Dichroismus erzeugender Stoff abgelagert oder von ihr abgenommen und wieder in den
Elektrolyten übergeführt. Dadurch, daß eine Fläche der Kunststoffplatte mittels
einer Auflage oder durch unmittelbare Verbindung mit der einen Elektrode gegen die
Berührung von dem Elektrolyten abgedeckt ist, kann sich bei Umpolung der Elektroden
kein Stoff aus dem Elektrolyten auf der Rückseite der Platte ablagern und dadurch
auch bei Umpolung die Kunststoffplatte dichroitisch machen; vielmehr nimmt dann
der Grad der Polarisationswirkung ah.
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Der Vorteil gegenüber den bekannten Polarisatoren ist die veränderbare
Anpassungsfähigkeit des Polarisationsgrades des Polarisators an den Verwendungszweck.
Insbesondere läßt sich leicht die polarisierende Wirkung ganz aufheben. Der Polarisator
muß dazu also nicht aus dem Lichtstrahlengang, in den er eingeschaltet ist, mechanisch
herausgezogen werden.
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Die Kerrzelle arbeitet im Gegensatz zum erfindungsgemäßen Polarisator
nicht mit Elektrolyse. Sie weist den Nachteil auf, daß sie, solange sie nicht polarisieren
soll, nicht völlig lichtdurchlässig ist, eine erheblich höhere Arbeitsspannung als
der erfindungsgemäße Polarisator erfordert, wegen der Anordnung zwischen Polarisator
und Analysator eine erheblich
kleinere optische Öffnung und in Richtung
des Strahlendurchgangs eine erhebliche geometrische Ausdehnung aufweist. Im Gegensatz
dazu kann der erfindungsgemäße Polarisator sehr dünn und großflächig hergestellt
werden, er bewirkt im nichtpolarisierenden Zustand praktisch keine Lichtabschwächung
und läßt daher die Anwendung auf Gebieten zu, .die der Kerrzelle verschlossen sind.
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Soll die aus Elektroden und Kunststoffplatte bestehende Gesamtanordnung
als Baueinheit wie ein herkömmlicher Polarisator verwendbar sein, so muß diese aus
durchsichtigem, Werkstoff bestehen. Durchsichtige Elektroden sind an sich bekannt,
sie bestehen z. B. aus einer durchsichtigen Unterlage mit einem dünnen Überzug aus
einem leitenden Metall, wie Gold, einem feinmaschigen Netz eines Edelmetalls oder
einem durchsichtigen leitenden Oxydfilm.
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Werden zwischen den Elektroden zwei parallele Kunststoffplatten angeordnet,
deren Polarisationsachsen in gekreuzter Stellung zueinander stehen, so ist ein solches
PolarisationsfiIter als veränderbares Lichtfilter verwendbar, da auf Grund der gekreuzten
Stellung der beiden Polarisationsplatten je nach Stärke der Belegung mit Dichroismus
erzeugendem Stoff eine mehr oder minder starke Lichtabschwächung nach Art eines
Graufilters erfolgt.
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Ein Polarisationsfilter kann auch so aufgebaut sein, daß zwei Kunststoffplatten
in unmittelbarer Verbindung mit je einer Elektrode vorgesehen sind, die beide auf
gleichem Potential liegen, wobei der Elektrolyt zwischen den Kunststoffplatten und
Elektroden und die Gegenelektrode seitlich zwischen den Kunststoffplatten zu diesen
etwa senkrecht ausgerichtet angeordnet sind. Stehen die Polarisationsachsen der
Kunststoffplatten in gekreuzter Stellung zueinander, so wird je nach Polung der
Elektroden eine der beiden Kunststoffplatten dichroitisch gemacht, so daß durchfallendes
Licht wahlweise in der einen oder anderen Richtung polarisiert wird.
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Ein veränderbares Lichtfilter ergibt sich auch dann, wenn parallel
zur Kunststoffplatte eines Polarisators gemäß der zuerst genannten Ausführungsform
eine unveränderliche Polarisatorplatte angeordnet ist, deren Polarisationsachse
zu der der Kunststoffplatte gekreuzt gestellt ist.
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Soll das Polarisationsfilter als Lichtfilter mit veränderlicher Durchlässigkeit
verwendet werden, so wird in vielen Fällen eine Veränderung der Lichtdurchlässigkeit
in Abhängigkeit des auffallenden Lichts erwünscht sein. Eine selbsttätige Umpolung
der Elektroden, durch die die Veränderung der Polarisationswirkung des Filters herbeiführbar
ist, läßt sich vorteilhaft mit einem Relais bewirken, dessen Ankerspule im Stromkreis
einer lichtempfindlichen Zelle liegt. Ist in den Stromkreis noch ein regelbarer
Widerstand eingeschaltet, so läßt sich die Empfindlichkeit der Anordnung einstellen.
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Die Erfindung ist im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an
mehreren vorteilhaften Beispielen und Anwendungsmöglichkeiten näher erläutert. Es
zeigt F i g. 1 schematisch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Polarisators,
F i g. 2 eine zweite Ausführungsform des Polarisators, F i g. 3 eine dritte Ausführungsform
mit gekreuzten Polarisatorplatten, F i g. 4 eine weitere Ausführungsform mit gekreuzten
Polarisatorplatten, F i g. 5 eine Ausführungsform mit senkrecht zueinander stehenden
Elektroden.
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Der in F i g. 1 dargestellte reversible Polarisator 1 weist zwei durchsichtige
Elektroden 2 und 3 und eine zwischen ihnen angeordnete durchsichtige Kunststoffplatte
4 auf, welche durch Ablagerung eines Dichroismus erzeugenden Stoffes auf einer ihrer
Flächen dichroitisch gemacht werden kann. Auf einer Seite ist die Kunststoffplatte
4 mit einer durchsichtigen Auflage 5 abgedeckt, auf der kein Dichroismus erzeugender
Stoff abgelagert werden kann. Für die Elektroden 2 und 3 kommen bekannte durchsichtige
Elektroden in Frage. Die Kunststoffplatte 4 besteht aus einem _ molekularorientierten
Kunststoff, wie er- für die Herstellung von Polarisatoren bereits verwendet worden
ist. Die abgedeckte Kunststoffplatte 4 ist in einer zwischen den Elektroden 2 und
3 vorgesehenen Elektrolytlösung 6 angeordnet. Sie enthält ionisierbare Stoffe, die
beim Anlegen einer Spannung in einer Richtung auf die Kunststoffplatte zu -wandern,
sich auf ihr ablagern .und diese dichroitisch machen. Als ionisierbare Stoffe kommen
Jodide, wie Kaliumjodid, in Frage, das nach Anlegen einer elektrischen Spannung
Jod bildet. Es sind auch eine. Reihe anderer brauchbarer ionisierbarer Stoffe, @
z. B. ionisierbare Farbstoffe, anorganische Salze u. dgl:; bekannt. Als Elektrolytflüssigkeit
kommen Wasser, organische Flüssigkeiten oder deren Mischung mit Wasser in Frage.
Gegebenenfalls kann die Elektrolytlösung auch geeignete, die Viskosität erhöhende
Zusätze, z: B. Carboxymethyleellulose, Hydroxyäthyleellulose u. dgl., enthalten.
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Die Elektroden 2 und 3 liegen gemäß F i g. 1 über Leitungen
7 und 8 und einen Umschalter 11, 11 a und 11 b sowie einen
Regelwiderstand 10 an einer Batterie 9. Mit dem Regelwiderstand 10 kann der elektrolyse
Strom eingestellt werden und damit die Geschwindigkeit der Belegung variiert werden.
Bei der in F i g. 1 veranschaulichten Stellung des Schalters 11 wird= die Elektrode
3 zur Anode und die Elektrode 2 zur Kathode gemacht. Hierdurch wandern die Ionen
der Elektrolytlösung 6 von der Elektrode 2 weg gegen die Kunststoffplatte 4 und
machen diese dichroitisch. Durch Umlegen des Schalters 11 und damit verbundenem
Umpolen der Elektroden wird die Stromrichtung umgekehrt, so daß der Strom vom Schalter
11b über Leitung 7 zur Elektrode 2 fließt, was zur Folge hat, daß die auf der Kunststoffplatte
niedergeschlagenen Ionen von dieser weg auf die Elektrode 2 .zu wandern. Dadurch,
daß die Kunststoffplatte 4 mit einer Abdeckung 5 auf der Rückseite
versehen ist, können sich von rechts her keine Ionen auf ihr ablagern. Durch Umpolung
der Elektroden wird also die Polarisationswirkung des Filters zerstört, d. h.; das
Filter ist reversibel.
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Die Umpolung kann manuell erfolgen, läßt sich jedoch auch automatisch
mit den im unteren Teil der F i g. 1 dargestellten Einrichtungen durchführen. In
.diesem Fall ist der Schalter 11 ein Relais, dessen Ankerspule 12 im Stromkreis
einer lichtempfindlichen Zelle 13, einer Batterie 14 und eines regelbaren
Widerstandes 15 liegt. Der Strom fließt durch die diese Bauteile verbindenden Leitungen
16, 17, 18 und 19. Der im Anker 12 fließende Strom wird einerseits durch den Regelwiderstand
15 und zum andern durch die auf die Fotozelle fallende Lichtmenge bestimmt.
Am
Widerstand 15 kann -der Strom eingestellt werden, der zum Umlegen des Schalters
erforderlich ist.- Mittels .des Regelwiderstandes 15 erfolgt damit die Empfindlichkeitseinstellung
der Umschalteinrichtung. Durch die automatische Umschaltung wird jeweils die Polarisationseigenschaft
des Polarisators bei niedrigerer- einfallender Lichtintensität auf die Fotozelle
aufgehoben. .
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Bei der in F i g. 2 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Polarisators ist die leitfähige Kunststoffplatte 4 auf der einen. Seite direkt mit
der Elektrode 3 verbunden, ,so daß eine Abdeckschicht 5 entfallen kann.
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Der Polarisator gemäß F i g. 3 weist zwischen den Elektroden 2 und
3 zwei parallele leitfähige Kunststoffplatten 4 auf, deren Polarisationsachsen
in gekreuzter Stellung stehen. Die linke der Kunststoffplatten 4 steht mit der Elektrode
2 in unmittelbarer Verbindung und ist dadurch einseitig gegen Berührung mit dem
Elektrolyten abgedeckt. Die rechte Kunststoffplatte 4 ist auf der linken
Seite mit einer Auflage 5 gegen Berührung mit dem Elektrolyten geschützt. Auf diese
Weise werden bei Ionenwanderung von rechts nach links beide Kunststoffplatten 4
gleichzeitig beschichtet. Dadurch, daß die Polarisationsachsen der Platte
4 in gekreuzter Stellung stehen, erfolgt mit zunehmender Belegung der Platten
durch Dichroismus erzeugenden Stoff eine steigende Auslöschung durch den Polarisator
tretenden Lichts, so daß der Polarisator nach Art eines veränderlichen Graufilters
arbeitet. Bei ausreichender Belegung läßt sich das auffallende Licht völlig auslöschen.
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Mit der Ausführungsform gemäß F i g. 4 ist ebenso wie mit der gemäß
F i g. 3 ein veränderbarer Polarisator nach Art eines veränderlichen Graufilters
geschaffen. Bei diesem ist im Elektrolyten nur eine leitfähige Polarisationsplatte
4 in direkter Verbindung mit der Elektrode 2 vorgesehen, während in gekreuzter Stellung
hierzu ein unveränderbarer Polarisator 40 auf der Außenseite der Elektrode 3 angeordnet
ist. Der Polarisator 40 steht in gekreuzter Stellung zur Polarisationsachse
der Kunststoffplatte 4.
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In den Fällen, in denen es wünschenswert ist, daß der Polarisator
40 auf der anderen bzw. der Innenfläche der Elektrode, also innerhalb des Elektrolyten,
angeordnet ist, ist ein solcher zu verwenden, der durch die Elektrolytlösung nicht
beeinftußbar ist. Hierzu kommt unter anderem ein solcher Polarisator in Frage, der
durch Ablagerung von Dichroismus erzeugendem Stoff auf einer molekularorientierten
Kunststoffplatte hergestellt ist, wobei der Stoff aus einem Farbstoff oder einem
anderen färbenden Mittel, das nicht ionisch und chemisch inert gegenüber den Bestandteilen
der Elektrolytlösung ist, ausgewählt sein muß.
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Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen des reversiblen Polarisators
wurden zwei parallele Elektroden verwendet. An Stelle dieser Anordnung können die
Elektroden natürlich auch in verschiedener Lage zueinander sein, z. B. senkrecht
zueinander, oder es kann eine Elektrode um die andere gewickelt sein bzw. sie umgeben
u. dgl. Es liegt ferner im Bereich der vorliegenden Erfindung, daß die Polarisatoren
mehr als zwei Elektroden aufweisen. Eine solche Abwandlung ist in F i g. 5 veranschaulicht.
Dort sind drei Elektroden 2, 2 a und 3 a verwendet. Die durchsichtigen Elektroden
2 und 2 a verlaufen parallel zueinander, während die Elektrode 3 a im wesentlichen
senkrecht und seitlich -zu den beiden anderen steht: Solange die Elektrode 3 a außerhalb
des Durchlässigkeitsfeldes oder der - Polarisatoröffnung ist, muß sie nicht durchsichtig
sein. Die Elektroden 2 und- 2a liegen über die -Leitungen 7 und 7a auf gleichem
Potential. Beide Elektroden 2 und 2 a sind von- einer leitfähigen Kunststoffplatte
4 abgedeckt, deren Polarisatorachsen gekreuzt zueinander stehen.
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Der Polarisator gemäß F i g. 5 kann auch dahin abgewandelt werden,
daß sich jeweils nur eine vorbestimmte Polarisationsrichtung ergibt: Beispielsweise
können durch manuell oder selbsttätig betätigbare Schalter od. dgl. eine der Elektroden
-2 und 2a abgeschaltet werden, wodurch sich ein Zweielektrodensystem ergibt. Auf
diese Weise lassen sich folgende Effekte erzielen: ein Polarisator an jeder Elektrode
2 und 2a; ein Polarisator an einer Elektrode 2 oder ein Polarisator an der Elektrode
2a.
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Die erfindungsgemäßen Polarisatoren weisen eine Reihe von Anwendungsmöglichkeiten
auf, von denen beispielhaft einige erwähnt seien. So kann der reversible Polarisator
zu einem Fenster ausgestaltet sein, dessen Lichtdurchlässigkeit beispielsweise in
Abhängigkeit von der Intensität des einfallenden Sonnenlichts od. dgl. steuerbar
ist. Das in einen Raum einfallendes Licht läßt sich so auf konstantem Wert halten.
Ein solches Fenster wird vorzugsweise als Doppelpolarisator gemäß den F i g. 3 bis
5 ausgebildet.
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Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Polarisatoren lassen sich auch blendungsfreie,
in ihrer Wirkung veränderbare polarisierende Windschutzscheiben aufbauen, was den
Vorteil hat, daß bei Tagfahrten, bei denen eine Blendung durch die Scheinwerfer
entgegenkommender Fahrzeuge nicht zu befürchten ist, die Polarisationswirkung der
Windschutzscheibe völlig aufgehoben werden kann, wodurch sich eine niedrigere Lichtabschwächung
und bessere Durchsicht ergibt.
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Der erfindungsgemäße reversierbare Polarisator läßt sich auch in Systemen
zur Bildspeicherung anwenden, in denen eine lichtdurchlässige, fotoelektrisch leitende
Schicht zwischen Elektrode und Elektrolyt angeordnet wird. Beleuchtet man ein :solches
System mit einer Struktur (Bild), so wird die Kunststoffplatte nur an den Stellen
polarisierende Eigenschaften zeigen, an denen das Licht auf den Fotoleiter getroffen
war. Beobachtet man mit einem Polarisator in gekreuzter Stellung den durchleuchteten
reversierbaren Polarisator, so erkennt man die Struktur als Negativ. Es sind also
nur geringfügige Abwandlungen erforderlich, um den erfindungsgemäßen Polarisator
zur Bildspeicherung zu verwenden.