DE1274365B

DE1274365B - Verfahren und Einrichtung zur Darstellung und/oder Aufzeichnung des gleichzeitigen Verlaufes der waehrend eines sehr kurzen Zeitintervalls auftretenden Intensitaetsaenderung an mehreren Punkten einer linienfoermigen Strahlungsquelle

Info

Publication number: DE1274365B
Application number: DEJ21720A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Adelfried Steinhausen
Original assignee: Institut fuer Plasmaphysik GmbH
Current assignee: Institut fuer Plasmaphysik GmbH
Priority date: 1962-05-04
Filing date: 1962-05-04
Publication date: 1968-08-01
Also published as: US3334538A

Description

Verfahren und Einrichtung zur Darstellung und/oder Aufzeichnung des gleichzeitigen Verlaufes der während eines sehr kurzen Zeitintervalls auftretenden Intensitätsänderung an mehreren Punkten einer linienförmigen Strahlungsquelle Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Darstellung und/oder Aufzeichnung des gleichzeitigen Verlaufes der während eines sehr kurzen Zeitintervalls auftretenden Intensitätsänderung an mehreren verschiedenen, längs ihrer wirksamen Erstreckungsverteilung liegenden Punkten einer linienförmigen Strahlungsquelle.
Um den Verlauf einer sich schnell ändernden, eindimensionalen Energieverteilung, z. B. eines Spaltbildes od. dgl., darzustellen, hat man sich bisher verschiedener Verfahren bedient.
Ein bekanntes Verfahren besteht beispielsweise darin, das Spaltbild auf eine photographische Schicht abzubilden und diese während des zu erfassenden Zeitintervalls schnell senkrecht zum Spaltbild zu bewegen. Man erhält dadurch ein zweidimensionales Bild, dessen eine Koordinate die Intensität in Längsrichtung der Energieverteilung, also beispielsweise des beleuchteten Spaltes, und dessen andere Koordinate die Änderungen der Energie eines bestimmten Punktes des Spaltes darstellt; ähnliche Ergebnisse lassen sich auch mit Drehspiegelkameras u. dgl. erzielen. Diese Verfahren haben den Vorzug einer hohen Bildauflösung, ihrer Anwendbarkeit sind jedoch wegen der mechanisch bewegten Teile und der begrenzten Empfindlichkeit der photographischen Schicht Grenzen gesetzt. Außerdem eignen sich diese Verfahren schlecht zur fortlaufenden Überwachung von kurzdauernden Vorgängen, die sich periodisch wiederholen.
Zur Darstellung schnell verlaufender Vorgänge hat man sich auch bereits rein elektrisch arbeitender Anordnungen bedient, die beispielsweise einen Bildwandler oder Speicheranordnungen, wie sie bei Fernsehaufnabmeröhren gebräuchlich sind, enthalten.
Speichernde Anordnungen sind jedoch verhältnismäßig träge und eignen sich daher nicht für extrem schnell verlaufende Vorgänge, während bei Bildwandlern das Auflösungsvermögen etwa umgekehrt proportional dem erzielbaren Verstärkungsfaktor ist, d. h. also, daß das Auflösungsvermögen mit der Intensität der Primärenergie abnimmt.
Es ist ferner bei seismischen Bodenuntersuchungen bekannt, eine Anzahl von Signalen, die von einer gleichen Anzahl von Geophonen (seismischen Schwingungsaufnehmern) gleichzeitig erzeugt werden, auf einer entsprechenden Anzahl von in Vorschubrichtung aufeinanderfolgenden Abschnitten eines Aufzeichnungsträgers aufzuzeichnen. Hierzu können die Geophone beispielsweise jeweils mit einem Magnetkopf verbunden sein. Die Magnetköpfe sind dann im Abstand voneinander längs eines Magnetbandes angeordnet, das im Verlauf einer Aufzeichnung um eine dem Abstand zwischen zwei Magnetköpfen entsprechende Strecke vorgeschoben wird.
Zur Auswertung der so aufgezeichneten Signale werden diese getrennt wiedergegeben und, gegebenenfalls nach Einstellung der gegenseitigen Phasenlage, miteinander vereinigt.
Durch dieses Verfahren soll die Verwendung mehrerer paralleler Speicherspuren, die damals anscheinend technisch noch nicht sicher beherrscht werden konnte, vermieden werden. An eine serienmäßige Wiedergabe der hintereinander aufgezeichneten Signalgruppen ist im bekannten Fall nicht gedacht, sie wäre bei seismischen Untersuchungen auch nicht sinnvoll.
In der Meßtechnik ist es ferner bekannt, mehrere gleichzeitig ablaufende Vorgänge mit Hilfe von Mehrfach-Oszillographen oder Mehrfach-Schreibern darzustellen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der sehr rasch ablaufende Intensitätsänderungen und sehr kurze Zeitintervalle mit relativ geringem apparativem Aufwand erfaßt werden können.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Darstellung und/oder Aufzeichnung des gleichzeitigen Verlaufes der während eines sehr kurzen Zeitintervalls auftretenden Intensitätsänderung an mehreren verschiedenen, längs ihrer wirksamen Erstreckungs- verteilung liegenden Punkten einer linienförmigen Strahlungsquelle gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die von den einzelnen Punkten ausgehende Strahlung, vorzugsweise nach Umsetzung in entsprechende elektrische Signale, um festgelegte Zeitintervalle verzögert wird, welche von Punkt zu Punkt um einen wenigstens annähernd konstanten Betrag ansteigen, der mindestens gleich der Dauer des sehr kurzen Zeitintervalls bemessen ist, und daß die verzögerten Signale in an sich bekannter Weise nacheinander dargestellt und/oder aufgezeichnet werden.
Eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die von den einzelnen Punkten der linienförmigen Strahlungsquelle ausgehende Strahlung oder die hieraus erzeugten elektrischen Signale jeweils getrennten Verzögerungseinrichtungen zugeführt sind, deren Verzögerungszeiten sich von Verzögerungseinrichtung zu Verzögerungseinrichtung um eine Zeitspanne, die mindestens gleich der Dauer des sehr kurzen Zeitintervalls ist, unterscheiden, und daß die Ausgänge aller Verzögerungseinrichtungen mit einer Einrichtung zur Darstellung und/oder Aufzeichnung gekoppelt sind.
Eine andere Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die von den einzelnen Punkten der linienförmigen Strahlungsquelle ausgehende Strahlung oder die hieraus erzeugten elektrischen Signale jeweils getrennten Verzögerungseinrichtungen mit unter sich gleichen Verzögerungszeiten, die mindestens gleich der Dauer des sehr kurzen Zeitintervalls sind, zugeführt sind, daß der Ausgang einer ersten Verzögerungseinrichtung mit einer Einrichtung zur Darstellung und/oder Aufzeichnung gekoppelt ist und daß die Ausgänge der übrigen Verzögerungseinrichtungen jeweils mit dem Eingang der vorangehenden Verzögerungseinrichtung gekoppelt sind.
Weitere Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Verzögerung der Primärenergie oder der durch Umwandlung aus dieser erzeugten elektrischen Energie kann durch Änderung der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Energie und/oder der zu durch: laufenden Strecke bewirkt werden. Das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip läßt sich daher auf die verschiedensten Energieformen anwenden, die Primärenergie kann beispielsweise elektromagnetische oder Korpuskularstrahlung oder unter Umständen auch kinetische Energie, wie Druck, Wärme, Schall, sein. Die Begriffe »rasch« und »sehr kurz« sind daher relativ im Hinblick auf die in Betracht kommenden Energieformen und ihre Fortpflanzungsgeschwindigkeit zu verstehen.
Das bevorzugte Anwendungsgebiet der Erfindung ist jedoch die Darstellung von Strahlungsbildern, insbesondere aus optischer Wellenstrahlung.
Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnung in Verbindung mit nicht einschränkend auszulegenden Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Grundprinzips des Verfahrens gemäß der Erfindung und F i g. 2 bis 6 schematische Darstellungen von Einrichtungen gemäß der Erfindung zur Ausübung des an Hand von F i g. 1 erläuterten Verfahrens.
In F i g. 1 ist links eine in erster Näherung linien- förmige Energiequelle 10 in Form eines Spaltes perspektivisch dargestellt. Zur Vereinfachung der Darstellung soll angenommen werden, daß eine Längsauflösung des einen Bildpunkt breiten Spaltbildes in vier Bildpunkte 11 bis 14 genügen soll. Ferner soll angenommen werden, daß die EnergiequellelO nur während eines kurzen Zeitintervalls z Energie abgibt.
Falls die Energiequelle diese Eigenschaft nicht von Natur aus besitzt, kann sie mit einem geeigneten Verschluß versehen sein.
Die einzelnen »Objektpunkte« 11 bis 14 der Energieverteilung liefern also Energieimpulse, die mit 21 bis 24 bezeichnet sind. Während des Zeitintervalls z, also der Impuls dauer, soll sich ein Merkmal der Energie ändern, und diese Änderung soll, getrennt für die einzelnen Objektpunkte 11 bis 14, zur Darstellung gebracht werden. Das sich ändernde Merkmal der Energie kann die Intensität sein, ferner bei einer Wellenstrahlung oder einem periodischen mechanischen Vorgang die Frequenz oder im Falle einer Korpuskularstrahlung auch die Teilchenenergie oder Dichte.
Die von den Objektpunkten 11, 12, 13, 14 abgegebenen Energieimpulse 21, 22, 23 bzw. 24 werden nun schrittweise um einen vorzugsweise wenigstens annähernd konstanten Betrag verzögert, und zwar wird der Impuls 21 nicht verzögert, der Impuls 22 um die Zeitdauerdt, der Impuls 23 um die Zeitdauer 2dt und der Impuls 24 um die Zeitdauer 3 X t. Die vorher gleichzeitig auftretenden Energieimpulse 21 bis 24 folgen daher nach der Verzögerung im Abstand von A t aufeinander, wie die Impulse 21' bis 24' zeigen, die in einem Zeitpunkt dargestellt sind, bei dem der letzte Impuls 24' gerade die zugehörige Verzögerungseinrichtung durchlaufen hat. Bis hierher waren die Energien der einzelnen Abschnitte der Energieverteilung, d. h. der Objektpunkte 11 bis 14, in getrennten Kanälen 15 bis 18 übertragen worden. Nun werden die getrennten Kanäle zu einem einzigen Kanal 19 vereinigt, der die aufeinanderfolgenden Impulse führt, wie bei 21" bis 24" dargestellt ist.
Der Betragdt, um den sich die einzelnen Verzögerungszeiten für die verschiedenen Impulse unterscheiden, soll mindestens gleich der Impulsdauer z, gegebenenfalls zuzüglich einer gewissen Zeitspanne A z sein, über deren Dauer noch genaue Angaben gemacht werden.
Der auf diese Weise erzeugte Impulszug wird nun zur Modulation eines Elektronenstrahles verwendet, der in einer Oszillographenanordnung 25, vorzugsweise nach Art eines Fernsehrasters, über einen Bildschirm 26 abgelenkt wird, d. h., der Elektronenstrahl schreibt eine Reihe von untereinanderliegenden Zeilen 31 bis 34. Die Zeilendauer soll wenigstens annähernd der Impulsdauer z entsprechen, und die Zeitspanne A r muß mindestens gleich der für den Zeilenrücklauf benötigten Zeitdauer sein.
Die Modulation des Elektronenstrahles ist vorzugsweise eine Intensitätsmodulation, so daß sich die Helligkeit längs der Zeitbasis oder der einzelnen Zeilen in Abhängigkeit von den Änderungen des darzustellenden Merkmales der Energieverteilung ändert.
Die Modulation kann jedoch auch aus einer Ablenkung senkrecht zur Zeit- oder Zeilenablenkung bestehen, die dann der Rasterablenkung überlagert wird.
Um die Modulation des Elektronenstrahles ausführen zu können, muß die Primärenergie der Quelle 10 zu irgendeinem geeigneten Zeitpunkt in elektrische Energie in Form einer Spannung umgewandelt werden. Diese Umwandlung kann vor oder nach der Verzögerung durchgeführt werden, wie die folgenden Beispiele zeigen.
Das beschriebene Verfahren ermöglicht also, ohne mechanisch bewegte Teile und ohne statische Speicherung, gleichzeitig ablaufende Merkmalsänderungen einer Anzahl von Objektpunkten 11 bis 14 nacheinander zur Darstellung zu bringen. Die Darstellung kann in periodischen Abständen wiederholt werden, die mindestens gleich der maximalen Verzögerungsdauer zuzüglich der Dauer des Zeitintervalls und der Rücklaufzeit, also bei der bevorzugten Ausführungsform der Rasterrücklaufzeit ist.
F i g. 2 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform einer Einrichtung zur Ausübung des an Hand von F i g. 1 erläuterten Verfahrens gemäß der Erfindung. Es sei dabei angenommen, daß die Aufgabe gestellt sei, den Verlauf der Inteisität einer Plasmaentladung während eines bestimmten, kurzen Zeitintervalls t längs eines repräsentativen Querschnittes zu messen.
Die Plasmaentladung möge in einem nur schematisch angedeuteten Gefäß 40 erzeugt werden, das mit einem spaltförmigen Austrittsfenster 10' versehen sein soll, das so angeordnet ist, daß Strahlung aus dem interessierenden Entladungsbereich austreten kann.
Bei dem dargestellten Beispiel möge es sich um optische Strahlung zwischen dem Vakuum-UV und dem mittleren Infrarot handeln. Aus der emittierten Gesamtstrahlung des Plasmas kann gewünschtenfalls ein enger Spektralbereich durch an sich bekannte Mittel ausgeblendet werden.
Das Austrittsfenster 10', das als leuchtender Spalt angesehen werden kann, wird durch eine nur schematisch angedeutete Optik 41 auf eine Anzahl von photoempfindlichen Einrichtungen, hier vorzugsweise Multipliers 42 bis 45, abgebildet. Die Anzahl der photoempfindlichen Einrichtungen richtet sich wieder nach der in Längsrichtung des Spaltes 10' geforderten Auflösung. Der Ausgang des ersten Multipliers 42 ist über eine Verzögerungsschaltung 46 und einen Verstärker 47 mit dem Ausgang des zweiten Multipliers 43 verbunden, der seinerseits über eine zweite Verzögerungseinrichtung 48 und einen zweiten Verstärker 49 mit dem Ausgang des dritten Multipliers 44 verbunden ist usw. bis zum Ausgang des letzten, hier vierten Multipliers 45, der direkt mit dem Eingang einer Oszillographenanordnung 25' verbunden ist. Der Verstärkungsgrad der Verstärker47, 49 usw. ist so bemessen, daß die Dämpfung und/oder der Phasengang der mit ihnen in Reihe geschalteten Verzögerungseinrichtungen 46 bzw. 48 usw. sowie etwaige Empfindlichkeitsunterschiede der photoempfindlichen Einrichtungen kompensiert werden.
Die Arbeitsweise der in F i g. 2 dargestellten Einrichtung ist in Verbindung mit den an Hand von F i g. 1. gegebenen Erläuterungen leicht zu verstehen.
Die Aufteilung der etwa linienförmigen Energieverteilung längs des Spaltes 10' erfolgt durch die diskreten, lichtempfindlichen Einrichtungen 42 bis 45.
Falls die Energieemission aus dem Spalt 10' nicht von Natur aus auf ein kurzes, bestimmtes Zeitintervall beschränkt ist, wird die interessierende Zeitdauer durch irgendeinen Verschluß ausgeblendet. Es kann sich dabei um einen Kerrzellenverschluß im Weg der optischen Strahlung zwischen dem Spalt 10' und den photoempfindlichen Einrichtungen 42 bis 45 handeln; vorzugsweise wird jedoch die Betriebsspannung der photoempfindlichen Einrichtungen, also beispielsweise die Betriebsspannung der Multipliers 42 bis 45, durch eine schematisch dargestellte Impulsquelle 50 getastet.
Im Betrieb treten an sämtlichen Ausgängen der photoempfindlichen Einrichtungen 42 bis 45 gleichzeitig Ausgangsimpulse entsprechend der Intensität der linienförmigen Strahlungsquelle 10' auf. Der Ausgangsimpuls der Einrichtung 45 gelangt dabei ohne Verzögerung zum Oszillographen 25'. Der Ausgangsimpuls der Einrichtung 44 muß zuerst die Verzögerungseinrichtung 51 durchlaufen und erscheint am Verbindungspunkt 52 erst, nachdem der Impuls von der Einrichtung 45 schon zu Ende ist. Entsprechendes gilt für die von den Einrichtungen 43 und 42 gelieferten Impulse. Dem Eingang des Oszillographen 25' wird also eine Reihe von beabstandeten Impulsen entsprechend der Impulsreihe 21" bis 24" in F i g. 1 zugeführt. Der Elektronenstrahl im Oszillographen 25' wird wie in Fig. 1 so abgelenkt, daß eine Anzahl von untereinanderliegenden Zeilen geschrieben wird.
Jeder einzelne Ausgangsimpuls der Einrichtungen 45 bis 42 moduliert den Strahl während eines Zeilenhinlaufes. Der Zeilenrücklauf erfolgt in der Pause 1 z (F ig. 1) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen. Wenn der Strahl in der Intensität moduliert wird, entspricht die auf dem Bildschirm des Oszillographen 25' wiedergegebene Darstellung in etwa einer Drehspiegelaufnahme. Die Zeilenablenkung kann in üblicher Weise getriggert werden, man kann auch der Verzögerungsanordnung einen Vorimpuls zuführen, der die Zeilenablenkung auslöst. Die eine Torschaltung G, eine Verzögerungseinrichtung T und einen Verstärker V enthaltende Reihenschaltung war bisher nicht erwähnt worden. Diese Reihenschaltung dient vor allem bei visueller Beobachtung des Schirmbildes dazu, den Impulszug mehrmals umlaufen zu lassen, so daß theoretisch eine unbegrenzte Wiederholung der Darstellung des einmaligen Vorganges möglich wäre. In der Praxis wird der Impulszug beim mehrmaligen Durchlaufen der Verzögerungsanordnung natürlich mehr und mehr verzerrt.
Eine visuelle Beobachtung wird aber auch schon durch wenige Wiederholungen sehr erleichtert, für Justierarbeiten genügt auch häufig eine ungenauere, mehr qualitative Wiedergabe. Die Anzahl der Umläufe kann durch die Schleuse G gesteuert werden, die z. B. einen Zähler enthalten kann, der abschaltet, wenn eine bestimmte Impulszahl durchgelaufen ist.
Bei dem in F i g. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird nicht das elektrische Signal, in das die Primärenergie zur Modulation des Elektronenstrahles verwandelt wird, verzögert, sondern die Primärenergie selbst. Es sei auch hier angenommen, daß die Primärenergie optische Strahlung ist.
Die Primärstrahlung möge wieder aus einer spaltförmigen Quelle 10 stammen und in Form eines wenigstens annähernd parallelen Strahles austreten.
Die Strahlung durchläuft dann eine Verzögerungsanordnung 60, in der die verschiedenen Abschnitte der Strahlung längs des Spaltes 10 um verschiedene Zeiten verzögert werden. Nach Durchlaufen der Verzögerungsanordnung 60 wird die Strahlung durch eine nur schematisch dargestellte Optik 64 auf eine einzige strahlungsempfindliche Einrichtung 65 fokussiert, an deren Ausgang dann wieder ein Impulszug abnehmbar ist, der in der beschriebenen Weise mittels eines Oszillographen 25 dargestellt wird.
Die Vergrößerungseinrichtung 60 kann eine Anzahl von Lichtleiterstrecken 61, 62, 63 enthalten, die aus Quarz- oder Kunststoffstäben, Faserbündeln, Rohren oder Schläuchen, die mit einer hochbrechenden Flüssigkeit gefüllt sind, usw. bestehen. Die Länge und/ oder der Berechnungsindex der Lichtwege wird so gewählt, daß die Laufzeit von Stab zu Stab um einen bestimmten Betrag A t zunimmt. Die Strahlung vom ersten Abschnitt 11 der spaltförmigen Strahlungsquelle 10 gelangt unmittelbar zur photoempfindlichen Einrichtung 65, die wieder ein Multiplier sein kann, die Strahlung vom Abschnitt 12 durchläuft einen Lichtleiter 61, der sich um die Zeitdauer d t verzögert; die Strahlungsenergie aus dem Abschnitt 13 wird durch den Lichtleiter 62 um die Zeitdauer 26 t und die Energie aus dem Abschnitt 14 durch den Lichtleiter 63 um die Zeit 3 A t verzögert. Die Lichtleiter 61 bis 63 können gebogen, z. B. aufgewickelt sein und enden dann vorzugsweise alle direkt am Eintrittsfenster der Zelle 65.
Wenn bei der in F i g. 3 - dargestellten Anordnung ein Verschluß nötig ist, muß er vor der Verzögerungsanordnung 60 angeordnet werden. Als Verschluß dient vorzugsweise eine Kerrzellenanordnung 66.
Die Energie aus den Abschnitten 11 bis 14 wird infolge der verschiedenen zu durchlaufenden Strecken und Medien auch verschieden stark geschwächt werden. Um diese Schwächung auszugleichen, wird vorzugsweise in den Weg des elektrischen Signals ein Verstärker 67 mit veränderlichem Verstärkungsgrad geschaltet. Der Verstärkungsgrad des Verstärkers kann von Impuls zu Impuls stufenweise erhöht werden. Bei einer größeren Anzahl von Abschnitten, in die die Energieverteilung unterteilt wird, ist es jedoch auch möglich, die stufenweise Änderung durch eine lineare zu ersetzen. Der Verstärkungsgrad des Verstärkers 67 kann dann einfach entsprechend der Ablenkung des Elektronenstrahles senkrecht zur Zeilenrichtung, z. B. direkt durch die Rasterablenkspannung oder eine dieser proportionalen Spannung, gesteuert werden.
F i g. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der ebenfalls die primäre optische Strahlungsenergie verzögert wird. Die Anordnung nach F i g. 3 stellt in gewisser Hinsicht ein Analogon zu F i g. 2 dar, da die Strahlungsenergie von den einzelnen Abschnitten nicht verschiedene, individuelle Verzögerungsstrecken durchläuft, sondern eine sukzessive, ansteigende Anzahl von wenigstens annähernd gleichen Verzögerungsstrecken.
Es soll wieder angenommen werden, daß der Spalt 10 ein möglichst paralleles Strahlenbündel liefere und daß eine Unterteilung des Spaltbildes in vier Abschnitte 11 bis 14 ausreichend sei. Das Strahlenbündel kann wieder einen Kerrzellenverschluß 66 durchlaufen, falls dies nötig ist, und gelangt dann in eine als Ganzes mit 70 bezeichnete Verzögerungsanordnung.
Die wesentlichen Elemente der Verzögerungsanordnung 70 sind vier spiegelnde Flächen 71, 72, 73, 74, die vorzugsweise durch drei Prismen 75, 76, 77 gebildet werden.
Das bandförmige Strahlenbündel tritt vorzugsweise senkrecht in das Prisma 75 ein, dessen Fläche 71 teildurchlässig verspiegelt sein kann. Ein Teil des auf die Fläche 71 auftreffenden Lichtes wird nach oben reflektiert und geht verloren, der Rest tritt durch die Fläche 71 in die eigentliche Verzögerungsanordnung ein. Die Strahlen sollen nach dem Austritt aus dem Prisma 75 mit der Fläche 71 einen Winkel von 450 bilden. Wenn die eintretende Strahlung nicht monochromatisch ist, wird nur ein enger Spektralbereich durch die Prismenanordnung übertragen. Macht man den Eintrittswinkel der Strahlung in das Prisma 75 veränderlich, so kann man nach Wunsch einen bestimmten Spektralbereich ausblenden, die Anordnung wirkt dann gleichzeitig als Monochromator.
Die in F i g. 3 oberen Kanten 78, 79 der reflektierenden Flächen 71 bzw. 72 sind gegeneinander um die Breite eines Abschnittes (entsprechend der Breite eines aufzulösenden Objektpunktes) versetzt, so daß angrenzend an die Kante 79 ein Stück 80 des aus der Fläche 71 austretenden Lichtbündels nicht von der gegenüberliegenden Katheterfiäche des Prismas 76 aufgenommen wird. Der aus der Fläche 71 am Punkt 81 austretende Strahl 11' kann daher durch den Bereich 80 direkt zu der strahlungsempfindlichen Einrichtung gelangen, die wie in Fig. 3 ein Multiplier sein kann und an die eine hier nicht dargestellte elektrische Anordnung angeschlossen ist, die wie in F i g. 3 ausgebildet sein kann.
Der aus dem Prisma 75 im Punkt 82 austretende, gestrichelt gezeichnete Strahl 12' gelangt dagegen zu der Prismenfläche 72 und wird an dieser in eine Laufstrecke 84 reflektiert. Am Ende dieser Laufstrecke tritt er durch die Hypotenusenfläche in das Prisma 77 ein, wird an den Flächen 73 und 74 gespiegelt und gelangt nach erneutem Durchlaufen der Laufstrecke 84 wieder zum Prisma 75. Da die Spiegelfläche 71 des Prismas 75 jedoch um die Breite eines der Abschnitte 11 bis 14 in Richtung der Lichtstrahlen in der Laufstrecke 84 verschoben angeordnet ist, trifft der Strahl 12' nicht mehr an seinem Austrittspunkt 82 ein, sondern am Austrittspunkt 81 des Strahles 11', der von dem vorhergehenden Abschnitt emittiert worden war.
Im Punkt 81 wird der Strahl 12' entsprechend dem Verspiegelungsgrad der Fläche 71 reflektiert und gelangt auf demselben Weg wie der Strahl 11' zu der strahlungsempfindlichen Einrichtung 65.
Der vom Abschnitt 13 ausgehende, punktiert gezeichnet Strahl 13' tritt im Punkt 83 aus dem Prisma 75 aus, wird an den Flächen 72, 73 und 74 reflektiert und gelangt wieder zu der verspiegelten Fläche 71, die er im Punkt 82, an dem der Strahl 12' ausgetreten war, erreicht. Hier wird der Strahl 13' nach rechts gespiegelt und durchläuft nun genau denselben Weg, den vorher der Strahl 12' durchlaufen hatte. Er wird schließlich am Punkt 81 in die strahlungsempfindliche Einrichtung 65 reflektiert.
Es ist leicht einzusehen, daß ganz analoge Verhältnisse auch beim Strahl 14' und allen eventuell noch folgenden Strahlen vorliegen. Der Strahl 14' trifft nach einem Umlauf am Punkt 83, nach zwei Umläufen am Punkt 81 und nach drei Umläufen am Punkt 81 ein und gelangt schließlich nach der dreifachen Verzögerungsdauer in die strahlungsempfindliche Einrichtung 65. An der strahlungsempfindlichen Einrichtung trifft daher eine Folge von beabstandeten Lichtimpulsen ein, die von den aufeinanderfolgenden Abschnitten der linienförmigen Strahlungsverteilung stammen.
Bei jeder Reflexion an der teildurchlässig verspiegelten Fläche 71 tritt natürlich ein Lichtverlust auf, da ein Teil der Strahlung aus der Laufstrecke 84 in das Prisma 75 eintritt und verlorengeht. Man wird daher auch hier eine Verstärkeranordnung verwenden, deren Verstärkungsfaktor stufenweise oder vorzugsweise zeitlinear ansteigt.
Der Verspiegelungsgrad der Fläche 71 richtet sich nach der Anzahl der Blldpunkte, d. h. nach der maximalen Anzahl der Reflexion. Eine starke Verspiegelung der Fläche 71 hat natürlich zur Folge, daß nur ein entsprechend geringer Anteil der Strahlung durch die Fläche 71 hindurch in die Verzögerungsanordnung gelangt. Andererseits sind aber bei einer starken Verspiegelung die Reflexionsverluste geringer. Da der Verlust beim Eintreten des Lichtes in die Verzögerungsanordnung nur ein einziges Mal eingeht, während sich die Reflexionsverluste multiplizieren, wird man die Verspiegelung der Fläche 71 um so stärker wählen, je mehr Reflexion, d. h. je mehr Bildpunkte vorhanden sind.
Mit Kerrzellenverschlüssen lassen sich nach dem derzeitigen Stand der Technik Lichtimpulse einer minimalen Dauer von etwa 20 ns herstellen. Geht man von einer Impulsdauer von 50 ns aus, die sich leichter beherrschen läßt und zu annähernd rechteckförmigen Impulsen führt, so ergibt sich eine Länge des Lichtimpulses von etwa 15 m. Sieht man für den Rücklauf des Elektronenstrahles ebenfalls eine Zeitdauer von 50 ns vor, so ergibt sich für den Abstand der Prismen 75, 76 vom Prisma 77 etwa 15 m.
Optische Anordnungen dieser Größenordnung sind auch im Vakuum ohne weiteres realisierbar.
Es ist leicht einzusehen, daß die in Fig. 4 dargestellte Anordnung ein sehr paralleles Strahlenbündel erfordert, wenn sie einwandfrei arbeiten soll. Zur Erzeugung einer weitgehenden parallelen Strahlung kann man sich bekanntlich einer sehr langbrennweitigen Optik bedienen. Eine andere Möglichkeit, die jedoch nur für Transmissionsmessungen anwendbar ist, zeigt Fig. 5.
In der in Fig. 5 und 6 dargestellten Anordnung wird als Lichtuelle ein Laser 90 verwendet. der in an sich bekannter Weise im Impulsbetrieb arbeiten kann. Die aus dem Laser austretende, sehr weitgehend parallele und monochromatische Strahlung wird durch einen Spalt 91 begrenzt und tritt durch ein Eintrittsfenster 92 in ein Gefäß 93 ein, in dem der auf Grund seiner Absorptionsänderungen zu untersuchende Vorgang abläuft. Die modifizierte Strahlung tritt dann aus einem Austrittsfenster 94 aus und kann dann wie in Fig.4 weiter verarbeitet werden. Das Austrittsfenster 94 tritt dann also an die Stelle des Spaltes 10 in Fig. 4.
In F i g. 5 ist jedoch noch eine etwas abgewandelte Verzögerungsanordnung 70 dargestellt, bei der der Lichtverlust vermieden wird, den das Strahlenbündel beim Durchtritt durch die geneigte Fläche 71 und den Reflexionen an ihr erleidet. Das Prisma 75' ist in Fig.S ebenfalls ein gleichschenklig rechtwinkliges Prisma wie das Prisma 76' und liegt spiegelbildlich zu diesem, so daß sich zwei Kathetenflächen berühren, die vorzugsweise möglichst genau aneinander angesprengt sind. F i g. 6 zeigt die Prismen 75' und 76' von der Seite. Die spiegelnden Flächen 71' bzw. 72' der Prismen 75' bzw. 76' sind wie bei Fig.4 um eine Bildpunktbreite gegeneinander versetzt. Außerdem ist das Prisma 75' gegenüber dem Prisma 76' in Richtung der Prismenkanten etwa seitlich versetzt, so daß das Strahlenbündel senkrecht in die eine Kathetenfläche des Prismas 76 eintreten kann. Das Strahlenbündel wird dann in der beschriebenen Weise von der Fläche 72 reflektiert und gelangt zum Prisma 77', das jedoch gegenüber dem Prisma 77 in F i g. 4 etwas um eine zur Lichteinfallsrichtung parallele Achse verdreht ist. Die in Wirklichkeit sehr kleine und in F i g. 5 stark übertrieben dargestellte Verdrehung ist gerade so groß, daß die vom Prisma 77' zum Prisma 75' reflektierten Strahlen in das Prisma 75' eintreten können und dann in der beschriebenen Weise umlaufen, bis sie schließlich aus der Fläche 80' (F i g. 6) austreten. Infolge der Verdrehung des Prismas 77' treten die Lichtimpulse je nach der Anzahl der Umläufe an verschiedenen Stellen längs der Kante 80' aus, wie die gestrichelten Geraden 96, die die Wege der aufeinanderfolgenden Lichtimpulse versinnbildlichen sollen, zeigen. Die parallelen Strahlen 96 werden durch eine Linse 95 auf eine engbegrenzte Fläche der Photokathode des Multipliers 65 fokussiert, so daß eine unterschiedliche Empfindlichkeit der verschiedenen Bereiche der Photokathode ohne Einfluß ist.
Die in F i g. 4 oder 5 dargestellte Anordnung läßt sich leicht so weiterbilden, daß auch Lichtimpulse von einer zweidimensionalen optischen Energieverteilung aufgelöst werden können. Es ist leicht einzusehen, daß die Verzögerungsanordnung 70 in F i g. 4 in genau derselben Weise arbeitetv, wenn nicht ein lichtimpuls von einer linienförmigen Lichtquelle, sondern von einer zweidimensionalen, flächigen Lichtquelle durch die Prismenfläche71 in die Verzögerungsanordnung70 eintritt. Der einzige Unterschied besteht darin, daß aus der Fläche 80 dann eine Folge von bandförmigen Lichtimpulsen austritt, die dann ebenso zerlegt werden können wie die von der Lichtquelle 10 in F i g. 4 ausgehenden Lichtimpulse. Um ein rechteckiges Bild aufzulösen, ist es also lediglich erforderlich, zwei Verzögerungsanordnungen 70, deren Verzögerungsstrecken 84 einen Winkel von 900 miteinander bilden, vorzusehen, wobei die erste Verzögerungsanordnung dann streifenförmige Lichtimpulse in einem solchen Abstand liefert, daß sie von der zweiten Verzögerungsanordnung in der in Verbindung mit Fig.4 beschriebenen Weise aufgelöst werden können.
Die Erfindung wurde an Hand einiger Ausführungsbeispiele erläutert, die jedoch in der verschiedensten Weise abgewandelt werden können. So ist es beispielsweise bei dem in Fig.2 dargestellten Ausführungsbeispiel möglich, getrennte Verzögerungsleitungen und getrennte Verstärker zu verwenden, die jeweils nur von dem Signal einer strahlungsempfindlichen Einrichtung durchlaufen werden. Die Laufstrecke 84 in F i g. 4 kann zur Verkürzung der Abmessungen von einem hochbrechenden Medium erfüllt sein. Schließlich könnte der Impulszug auch während einer einzigen Querablenkung des Elektronenstrahles dargestellt werden, wenn auch die Übersichtlichkeit und Auflösbarkeit der Anordnung darunter leiden würde.
Es ist ebenfalls leicht einzusehen, daß sich die beschriebenen Anordnungen auch zur Wiedergabe anderer als optischer Energieverteilungen eignen. In F i g. 2 können beispielsweise an die Stelle der Multipliers 42 bis 45 andere Wandlereinrichtungen treten, z. B. Szintillationszähler, Neutronenzählrohre usw., wenn der Spalt 10' andere Energieformen liefert. Bei entsprechender Abwandlung der F i g. 3 können auch andere Energieformen auf Grund von Laufzeit- oder Laufstreckeneffekten verschieden verzögert werden.
Die Energieverteilung muß nicht notwendig, wie bei den dargestellten Beispielen, gerade sein.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Darstellung und/oder Aufzeichnung des gleichzeitigen Verlaufes der während eines sehr kurzen Zeitintervalls auftretenden Intensitätsänderung an mehreren verschiedenen, längs ihrer wirksamen Erstreckungsverteilung liegenden Punkten einer linienförmigen Strahlungsquelle, dadurch gekennzeichnet, daß die von den einzelnen Punkten (11 bis 14) ausgehende Strahlung, vorzugsweise nach Umsetzung in entsprechende elektrische Signale, um festgelegte Zeitintervalle (d t, 2set, 3 d t...) verzögert wird, welche von Punkt zu Punkt um einen wenigstens annähernd konstanten Betrag ansteigen, der mindestens gleich der Dauer (r) des sehr kurzen Zeitintervalls bemessen ist, und daß die verzögerten Signale in an sich bekannter Weise nacheinander dargestellt und/oder aufgezeichnet werden.
2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von den einzelnen Punkten (11 bis 14) der linienförmigen Strahlungsquelle (10) ausgehende Strahlung oder die hieraus erzeugten elektrischen Signale jeweils getrennten Verzögerungseinrichtungen (61, 62, 63 in Fig. 3) zugeführt sind, deren Verzögerungszeiten sich von Verzögerungseinrichtung zu Verzögerungseinrichtung um eine Zeitspanne, die mindestens gleich der Dauer des sehr kurzen Zeitintervalls ist, unterscheiden, und daß die Ausgänge aller Verzögerungseinrichtungen mit einer Einrichtung (25) zur Darstellung und/oder Aufzeichnung gekoppelt sind (Fig. 3).
3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von den einzelnen Punkten (11 bis 14) der linienförmigen Strahlungsquelle (10) ausgehende Strahlung oder die hieraus erzeugten elektrischen Signale jeweils getrennten Verzögerungseinrichtungen (46, 48, 51 in Fig. 2) mit unter sich gleichen Verzögerungszeiten, die mindestens gleich der Dauer des sehr kurzen Zeitintervalls sind, zugeführt sind, daß der Ausgang einer ersten Verzögerungseinrichtung (51) mit einer Einrichtung (25) zur Darstellung und/oder Aufzeichnung gekoppelt ist und daß die Ausgänge der übrigen Verzögerungseinrichtungen (46, 48) jeweils mit dem Eingang der vorangehenden Verzögerungseinrichtung(51 bzw. 48) gekoppelt sind (F i g. 2).
4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine Verstärkeranordnung (47, 49; 67), die die aus der Strahlung gewonnenen elektrischen Signale wenigstens annähernd proportional der Dämpfung, die die jeweiligen Signale beim Verzögern erlitten haben, verstärkt.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die verzögerten Signale über einen Verstärker (67), dessen Verstärkungsgrad etwa zeitproportional vergrößerbar ist, einer Wiedergabeeinrichtung (25) zugeführt sind.
6. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verzögerungseinrichtung (46, 48, 51) für die aus der Strahlung erzeugten elektrischen Signale ein Verstärker(47, 49...) zur Kompensation der Veränderungen, die das jeweilige elektrische Signal durch die Verzögerung erlitten hat, in Reihe geschaltet ist (Fig. 2).
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das an die Wiedergabeeinrichtung (25) angeschlossene Ende der in Reihe geschalteten Verzögerungseinrichtungen (46, 48, 51) und Verstärker (47, 49) über eine zusätzliche Verzögerungseinrichtung (T), der ein Gatter(G) in Reihe geschaltet ist, mit dem Anfang der Reihenschaltung verbunden ist (Fig. 2).
8. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 für eine optische Strahlung liefernde Strahlungsquelle, gekennzeichnet durch eine Verzögerungsanordnung (70, 70'), die eine Anzahl von reflektierenden Flächen (71, 72, 73, 74; 71', 72', 73', 74') enthält, die so angeordnet sind, daß die von den Punkten (11 bis 14) der optischen Strahlungsquelle (10) stammenden Lichtimpulse eine jeweils schrittweise ansteigende Anzahl von Umläufen in dem durch die reflektierenden Flächen gebildeten Laufraum (84) ausführen (Fig. 4 und 5).
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste reflektierende Fläche (71) eine teildurchlässig verspiegelte Fläche ist, auf die ein streifenförmiges Strahlungsbündel von der Strahlungsquelle unter einem solchen Winkel auftrifft, daß das die teildurchlässig verspiegelte Fläche durchsetzende Licht aus dieser unter einem Winkel von 450 zu dieser Fläche austritt, daß im Weg der aus der teildurchlässig verspiegelten Fläche ausgetretenen Strahlung eine möglichst vollkommen reflektierende Fläche (72) angeordnet ist, die das Strahlenbündel um 900 in eine Laufstrecke (84) reflektiert, daß am Ende der Laufstrecke zwei senkrecht aufeinanderstehende spiegelnde Flächen (73, 74) angeordnet sind, die das Strahlungsbündel parallel versetzt in die Einfallsrichtung derart reflektieren, daß es wieder zu der teildurchlässig verspiegelten Fläche (71) gelangt, die in Einfallsrichtung der Lichtstrahlen gegenüber der zweiten reflektierenden Fläche (72) um die Breite eines Punktes der Lichtquelle so versetzt ist, daß die einem am Rand des streifenförmigen Strahlungsbündels gelegenen Abschnitt entsprechende Strahlung zu einer strahlungsempfindlichen Einrichtung(65) gelangt, die die elektrischen Signale erzeugt, während der Rest des Strahlungsbündels entsprechend dem Reflexionsgrad der teildurchlässig verspiegelten Fläche (71) reflektiert wird und den beschriebenen Weg nochmals durchläuft, wobei sich dieser Vorgang so lange wiederholt, bis das ganze streifenförmige Strahlungsbündel in den einzelnen Punkten (11 bis 14) der Strahlungsquelle in entsprechende aufeinanderfolgende Strahlungsimpulse zerlegt ist, die nacheinander zu der strahlungsempfindlichen Einrichtung(65) gelangen (F ig. 4).
10. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsanordnung eine erste reflektierende Fläche (71') aufweist, die in einer zur Eintrittsrichtung eines von der Strahlungsquelle ausgehenden streifenförmigen Strahlungsbündels und zur Laufstrecke senkrechten Richtung etwas kürzer ist als eine zweite reflektierende Fläche (76'), die mit ihr einen Winkel von 900 bildet, so daß das von der Seite der ersten Fläche (71') herkommende streifenförmige Strahlungsbündel zuerst auf die zweite Fläche (76') trifft, von dieser in die Laufstrecke reflektiert wird, an deren Ende sich zwei senkrecht aufeinanderstehende reflektierende Flächen befinden, deren Schnittlinie einen geringfügig von 900 verschiedenen Winkel mit der Eintrittsrichtung des Strahlungsbündels bildet, so daß die an den letztgenannten Flächen reflektierte Strahlung nach erneutem Durchlaufen der Laufstrecke auf die erste Fläche (71') auftrifft, die in Auftreffrichtung der Strahlung aus der Laufstrecke hinsichtlich der zweiten Fläche (76') um die Breite eines zu erfassenden Punktes der Strahlungsquelle verschoben ist.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Strahlungsquelle (10) und die Verzögerungsanordnung ein nur während des sehr kurzen Zeitintervalls öffnender Verschluß (66) angeordnet ist, wenn die Strahlungsquelle während einer das sehr kurze Zeitintervall überschreitenden Dauer Strahlung liefert.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 895 578, 819 420; deutsche Auslegeschrift Nr. 1 102 908; deutsche Patentanmeldung S 30530 IXb/42d (bekanntgemacht am 10. 2. 1955); französische Patentschrift Nr. 1 228 631; britische Patentschrift Nr. 751 950; Zeitschrift »Automatik«, Dezember 1961, S. 481 und 482.