DE1447208C - Anordnung zur schnellen Brennweiten verstellung - Google Patents
Anordnung zur schnellen Brennweiten verstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur schnellen Verstellung der Brennweite.
Linsen mit veränderlicher Brennweite sind bekannt und werden auf den verschiedensten Gebieten der
Technik verwendet. Am bekanntesten sind die bei Film- und Fernsehkameras verwendeten sogenannten
Gummilinsen, deren Brennweite entweder durch die Formänderung eines elastischen Linsenkörpers oder
durch die Änderung der Abstände zwischen den einzelnen Linsen eines Linsensystems veränderbar ist.
Ein Nachteil dieser Anordnungen ist die relativ kleine Geschwindigkeit der Brennweitenänderung,
die für die obengenannten Zwecke zwar im allgemeinen ausreichend, für viele Anwendungen aber, wie beispielsweise
Auslesevorrichtungen für optische Speicher, ebenso wie die Arbeitsgeschwindigkeit mechanischer
Verschlüsse, bedingt durch die dabei notwendige Bewegung mechanischer Teile, um einige Größenordnungen
zu klein ist.
Es sind zwar ,sehr schnelle, beispielsweise aus zwischen Polarisatorcn mit zueinander senkrechten
Durchlaßrichtungen angeordneten, steuerbar doppelbrechenden Elementen bestehende elektrooptische
Verschlüsse für elektromechanische Strahlung bekanntgeworden, mit denen Schaltzeilen bis herunter
auf IO~s see erreicht werden konnten, eine Veränderung
der Brennweite eines optischen Systems konnte damit aber nicht erreicht werden.
Es sind weiterhin auch schon als Fresnellinsen bezeichnete
Anordnungen bekanntgeworden, die aus ringförmigen konzentrischen, abwechselnd lichtdurchlässig
und lichtundurchlässigen Bereichen bestehen. Die Brennweite dieser Linsen, die durch Breite bzw.
durch die Abstände der einzelnen Bereiche voneinander bestimmt wird, konnte aber nicht verändert
werden.
Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine Linse oder ein Linsensystem mit sehr schnell veränderlicher
Brennweite anzugeben, das mit relativ einfachen Mitteln Übergangszeiten von einer Brennweite zur anderen
in der Größenordnung von 10~8 see ermöglicht.
Um diese Aufgabe zu lösen, wird gemäß der Erfindung eine Anordnung zur schnellen Verstellung der
Brennweite angegeben, die gekennzeichnet ist durch ein plattenförmiges elektrooptisches Element mit an
gegenüberliegenden Flächen in mindestens zwei getrennt ansteuerbaren Gruppen angeordneten ringförmigen
konzentrischen Elektroden zur Erzeugung von den ringförmigen Bereichen von wahlweise mindestens
zwei Fresnellinsen mit unterschiedlichen Brennweiten entsprechenden, das plattenförmige Element
durchsetzenden elektrischen Feldern, in deren Be-
reich die Polarisationsrichtung einer das plattenförmige Element durchsetzenden polarisierten Strahlung
um vorzugsweise 900C gedreht wird.
Eine andere Ausführungsform des Erfindungsgedankens ist gekennzeichnet durch ein plattenförmiges
elektrooptisches Element, das an einer Fläche mit ringförmigen konzentrischen, den ringförmigen Bereichen
einer Fresnellinse entsprechenden Elektroden versehen ist, denen an der gegenüberliegenden Fläche
jeweils zwei getrennt ansteuerbare, im wesentlichen die gleiche Form und Lage aufweisende Elektroden
zugeordnet sind, in deren Randbereichen bei Anlegen von Potentialen geeigneter Höhe elektrische
Streufelder auftreten, die als Funktion der angelegten Potentialhöhen zwecks Veränderung der Brennweite
der durch sie definierten Fresnelzonen in Richtung auf das Zentrum oder die Peripherie steuerbar verschiebbar
sind.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Erfindungsgedankens ist beispielsweise dadurch gegeben,
daß die Elektroden strahlungsdurchlässig ausgebildet sind und daß die Form und die Breite der
in ihren optischen Eigenschaften steuerbar veränderlichen, eine Drehung der Polarisationsebene des
Lichtes bewirkenden Bereiche des Elements im wesentlichen durch die zwischen den besagten Elektroden
erzeugten homogenen elektrischen Felder definiert ist.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann dadurch verwirklicht werden,
daß die Elektroden aus dünnen drahtförmigen Leitern bestehen und daß die Form und die Breite der in
ihren optischen Eigenschaften steuerbar veränderlichen, eine Drehung der Polarisationsebene des
Lichtes bewirkenden Bereiche des Elements im wesentlichen durch die mittels der besagten Elektrode erzeugten
Streufelder definiert ist.
Eine andere Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist beispielsweise dadurch zu verwirklichen,
daß die Elektroden mit zwei Spannungsquellen mit steuerbar veränderlicher Spannung über aus Kondensatoren
bestehende Spannungsteiler verbindbar sind, die ein bestimmtes Verhältnis der an den einzelnen
ringförmigen Elektroden wirksam werdenden Potentiale bewirken, derart, daß Tür verschiedene
Höhen und/oder Verhältnisse der Potentiale der beiden Potentialquellen Randzonen unterschiedlicher
Lage und Breite entstehen, die jeweils bestimmte Brennweiten der Anordnung definieren.
Es ist vorteilhaft, daß das elektrooptische Element beispielsweise zwischen zwei Polarisationen angeordnet
ist.
Die Erfindung wird anschließend an Hand der ein Ausführungsbeispiel darstellenden Figuren näher
erläutert. Es zeigt
F i g. 1 die Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung in einer Datenverarbeitungsanlage,
F i g. 2 die erfindungsgemäße Anordnung von der Lichtquelle aus gesehen,
F i g. 3 eine schematische Darstellung des Randeffektes,
F i g. 4 einen Schnitt durch die Mitte der erfindungsgemäßen Anordnung,
F i g. 4A die vergrößerte Ansicht eines Ausschnittes
aus der F i g. 4,
F i g. 5 eine Fresnel-Zonenplatte üblicher Bauart.
F i g. 1 zeigt die Anwendung der Erfindung im Rahmen eines an und für sich bekannten Verfahrens
zum schnellen Schreiben digitaler Informationen auf einen thermoplastischen Aufzeichnungsträger. In
einer nach diesem Verfahren arbeitenden Anordnung wird eine binäre Eins durch das Vorhandensein und
eine binäre Null durch das NichtVorhandensein von Licht dargestellt. Eine in F i g. 1 dargestellte Lichtquelle
1 liefert einen kollimierten, monochromatischen Strahl 2. Durch eine feststehende Linse 3
herkömmlicher Bauart wird der Lichtstrahl fokussiert und auf einen Ablenkspiegel 4 gerichtet. Der Spiegel 4
ist um die Achsen 5 Und 5' drehbar angeordnet und bewirkt durch seine Drehung, daß der Strahl 2 seitlich
abgelenkt wird, so daß er die entlang einer horizontalen, durch den Brennpunkt gehenden Linie,
auf dem Aufzeichnungsträger 6 aufgezeichneten Daten abtastet. Der Aufzeichnungsträger ist auf den Spulen 7
und 8 aufgewickelt.
Eine gemäß der Erfindung verstellbare Linse 9 ermöglicht eine schnell arbeitende, elektrisch steuerbare
Brennpunktverstellung, durch die bewirkt wird, daß der Strahl auf jeden Punkt auf Bahn 6 des Aufzeichnungsträgers
genau fokussiert werden kann. Ohne die Verstellung der Linse 9 würde infolge der
durch den drehbaren Spiegel 4 bewirkten Ablenkung der durch die Linse 3 erzeugte Brennpunkt einen
Bogen beschreiben, von dem sich nur ein Punkt auf der Bahn des Aufzeichnungsträgers 6 befindet.
In der Anordnung nach F i g. 1 ist die Linse 9 elektrisch mit dem Spiegel 4 verbunden, und der Brennpunkt
wird automatisch und mit hoher Geschwindigkeit auf die seitliche Verschiebung eingestellt,
die der Spiegel 4 einleitet.
In F i g. 2 ist die elektrisch verstellbare Linse der in F i g. 1 dargestellten Anordnung im einzelnen
dargestellt.
Diese Figur zeigt den Aufbau von Elektroden, durch die ein elektrisches Feld in den gewünschten
Bereichen erzeugt und die Fokussierung bewirkt wird. Auf der ebenen Platte 10 sind die Elektroden
UA bis 12 E und UA bis 13 D befestigt. Die
Platte 10 besteht aus Kaliumhydrogenphosphat (KDP, Formel KH2PO4), ist etwa 1 mm dick und hat eine
Oberfläche, die mindestens so groß ist wie die Fläche der in der Erfindung verwendeten Linse. Obwohl
in dem speziellen Ausführungsbeispiel KDP angegeben ist, ist auch jede andere Substanz, die den
elektrooptischen Effekt aufweist, im folgenden Streufeldeffekt genannt, zur Verwendung im Sinne der
Erfindung geeignet. Insbesondere sind auch ADP (NH4H2PO4) und Kupferchlorür (CuSl). bekannte
elektrooptische Substanzen, die für die Zwecke der Erfindung geeignet sind. Weiter hat Kaliumdideuteriumphosphat
(KD2PO4) sehr gute elektrooptische
Eigenschaften, ist aber wegen seiner Kostspieligkeit nicht so vorteilhaft. Das gemäß der Erfindung angestrebte
Resultat ist die Änderung des Polarisationszustandes an Punkten, die den Rand oder Streubereich
eines durch die Substanz induzierten elektrischen Feldes einschließen. Jedes Material, das geeignet
ist, den Polarisationszustand von Licht, das durch es hindurchtritt, im Bereich eines elektrischen
Feldes (auch Streufeldes) zu verändern, kann gemäß der Erfindung verwendet werden. Bei festen elektrooptischen
Substanzen wird der erzeugte Effekt auch als Pockelsscher Effekt bezeichnet, eine Definition,
die voraussetzt, daß die Substanz ein piezoelektrischer Kristall ist. Obwohl die in dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel benutzte Substanz den Pockelsschen Effekt aufweist, könnte die Erfindung aber
auch andere Substanzen verwenden, selbst wenn diese nicht piezoelektrisch oder kristallinisch sind.
Bevor auf die erfindungsgemäße elektrische Anordnung eingegangen wird, soll der elektrooptische
Effekt im einzelnen erläutert werden. Dies geschieht an Hand der F i g. 3, die eine Anordnung von Elementen
zeigt, welche grundsätzlich einem der in der Erfindung verwendeten Elektrodenringe ähnelt
und eine genaue Erklärung des Streufeldeffektes ermöglicht. Danach wird ein Ausfiihrungsbeispiel
der Erfindung an Hand von F i g. 4 beschrieben. Das elektrooptische Element 30 besteht aus KDP
und befindet sich zwischen den beiden Elektroden 32 und 34. Durch die Spannungsquelle 36 wird eine
Spannung zwischen den besagten Elektroden erzeugt. Bei Anliegen einer Spannung an den Elektroden 32
und 34 sind in der Substanz direkt zwischen den Elektroden 32 und 34 elektrooptische Eigenschaften
zu beobachten, die auch in den seitlich davon gelegenen Bereichen auftreten und durch gestrichelte
Linien 38 und 40 angedeutet sind. Die Fläche zwischen den gestrichelten Linien 38 und 40 umschließt den
ganzen Bereich .des Streufeldeffektes. Wenn an das Element 30 eine geringere Spannung gelegt wird,
verkleinert sich der Streufeldbereich und besteht nur noch zwischen den gestrichelten Linien 35 und 37.
Die Breite des Streufeldbereiches ist für ein gegebenes System relativ konstant (0,5 mm in dem System des
Ausführungsbeispiels). Man hat beobachtet, daß bei einer Spannungsänderung der Quelle 36 der Streufeldbereich
sich mit stärker werdendem elektrischem Feld in der elektrooptischen Substanz verbreitert
und bei schwächer werdendem elektrischem Feld abnimmt. Jede Substanz, die den elektrooptischen
Effekt aufweist, ändert unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes den Polarisationszustand einer sie
durchsetzenden elektromagnetischen Strahlung.
Es sei nun wieder auf F i g. 2 eingegangen, die die Anordnung der Platte 10 und ihrer Elektroden
\2A bis 12 £ und 13/1 bis 13 D zeigt, deren Funktion
auf Grund der oben gemachten Angaben nunmehr ohne weiteres verstanden werden kann. Der erste
in F i g. 2 gezeigte Ring besteht aus zwei aufgedampften Schichten aus leitendem Material 12B und
13 A. die durch eine Isolierschicht 14 A getrennt sind.
Die anderen Ringe, beispielsweise die Ringe 12 C bis 12£ und 13B bis 13/), die durch Isolierschichten
14 B bis 14 D getrennt sind, sind ebenso angeordnet.
Die mittlere kreisförmige Elektrode 12/1 ist von den anderen Elektroden getrennt. Die Elektroden MA
bis 12 £ und 13/1 bis 13 D sind jede mit einer entsprechenden
Schaltungsanordnung verbunden, welche in F i g. 4 veranschaulicht ist.
Eine detaillierte Darstellung der Gesamtanordnung gibt F i g. 4, die auch andere Teile der Erfindung
des bevorzugten Ausführungsbeispiels einschließt, um die Gesamtfunktion der erfindungsgemäßen verstellbaren
Fresnelschen Zonenlinse zu veranschaulichen. F i g. 4 zeigt eine KDP-Platte 10, äußere Elektroden
12.-4. 12ß, 12C, 12D und 12£, innere Elektroden
UA. 13 B1 13 C und 13 D und isolierende Bereiche
UA. 14B, UC und 14D. An der Rückseite der KDP-Platte
10 ist jedem EIcktrodenring auf der Vorderseite eine der Elektroden 5QA. 5θ"β, 50C, 5OD und
50 £ zugeordnet, die jeweils die gleiche Breite wie das gegenüberliegende Elektrodenpaar 12 A bis 12£
b-/.v,Cl3A bis 13D haben. Die Elektroden 5OA bis
50£ sind geerdet. Parallele, polarisierte und monochromatische Lichtstrahlen 51, die dem die Daten
übertragenden Licht 2 in F i g. 1 entsprechen, treffen senkrecht auf die Linse. Hinter der Linse (gesehen
von der Lichtquelle) befindet sich ein Analysator 52. Es handelt sich dabei um einen herkömmlichen Analysator,
der Licht mit einer bestimmten Lage der Polarisationsebene durchläßt und Licht anderer Lagen
der Polarisationsebene nicht durchläßt.
Um die Spannung an der Platte 10 wahlweise so einzustellen, daß die gewünschten Streufeldbereiche zur Erzeugung der jeweils erforderlichen Brennweite entstehen, ist jede äußere Elektrode 12 A, 12 B, 12 C, 12 D und 12 £ über einen Kondensator 53 A, 53 B. 53 C, 53 D bzw. 53 £ an eine veränderliche Spannungsquelle V1 angeschlossen. Ebenso sind die inneren Elektroden 13/1, 13ß, 13C und 13D über Kondensatoren 54 A, 54 B, 54 C bzw. 54 D an eine veränderliche Spannungsquelle V2 gelegt. Jeder der Kondensatoren 53A, 535, 53C, 53D, 53E, 54/1, 54B, 54C und 54 D hat einen anderen Wert. Die Wahl der Größe der Kondensatoren hängt ab von den Kapazitäten auf der Platte 10 und von der Größe der benutzten veränderlichen Spannungen der Spannungs- t quellen V1 und V2. Zur Vereinfachung der Berechnung wird die Kapazität der Elektroden als vernachlässigbar klein betrachtet und eine aus den Kondensatoren 56 A bis 56/ bestehende und mit den Elektrodenpaaren auf der Platte 10 verbundene Schaltung verwendet. Leder Kondensator 56 A bis 56/ hat einen Wert von 100 x 10~12 Farad. Die Kondensatoren 56 A bis 56/ sind durch dünne Leiter verbunden und liegen nicht im Strahlengang.
Um die Spannung an der Platte 10 wahlweise so einzustellen, daß die gewünschten Streufeldbereiche zur Erzeugung der jeweils erforderlichen Brennweite entstehen, ist jede äußere Elektrode 12 A, 12 B, 12 C, 12 D und 12 £ über einen Kondensator 53 A, 53 B. 53 C, 53 D bzw. 53 £ an eine veränderliche Spannungsquelle V1 angeschlossen. Ebenso sind die inneren Elektroden 13/1, 13ß, 13C und 13D über Kondensatoren 54 A, 54 B, 54 C bzw. 54 D an eine veränderliche Spannungsquelle V2 gelegt. Jeder der Kondensatoren 53A, 535, 53C, 53D, 53E, 54/1, 54B, 54C und 54 D hat einen anderen Wert. Die Wahl der Größe der Kondensatoren hängt ab von den Kapazitäten auf der Platte 10 und von der Größe der benutzten veränderlichen Spannungen der Spannungs- t quellen V1 und V2. Zur Vereinfachung der Berechnung wird die Kapazität der Elektroden als vernachlässigbar klein betrachtet und eine aus den Kondensatoren 56 A bis 56/ bestehende und mit den Elektrodenpaaren auf der Platte 10 verbundene Schaltung verwendet. Leder Kondensator 56 A bis 56/ hat einen Wert von 100 x 10~12 Farad. Die Kondensatoren 56 A bis 56/ sind durch dünne Leiter verbunden und liegen nicht im Strahlengang.
Die Bestimmung der Größen der Spannungen. Kondensatoren und anderen elektrischen Elemente
erfolgt auf Grund folgender Überlegungen: Die Spannung V1 tritt jeweils um den Spannungsabfall
an den Kondensatoren 53 A bis 53 £ vermindert an den Elektroden 12 A bis 12 £ auf. In der gleichen
Weise tritt die Spannung V2 jeweils um den Spannungsabfall
an den Kondensatoren 54 A bis 54D vermindert an den Elektroden 13/1 bis 13D auf. Da
jeder dieser Kondensatoren sich größenmäßig von den anderen unterscheidet, treten verschiedene Spannungen
an jedem durch die Elektroden 12 A bis 12 £ -und 13 A bis 13D definierten Ring anf. Da die Platte 10
aus einer elektrooptischen Substanz besteht, die auch in den Streufeldbereichen anisotrop wird, wird
auch in diesen Bereichen der Polarisationszustand der elektromagnetischen Strahlung verändert. Diese
Bereiche sind gegenüber den Elektroden entsprechend der Größe der an den Elektroden liegenden Spannung
verschoben. Außerhalb der Streufeldbereiche wird der Polarisationszustand der einfallenden Strahlung
nicht verändert.
Die Konstruktion dps Ausführungsbeispiels wird
außerdem durch die Breite der Streufeldringe bestimmt, die nötig sind, um eine Fresnelsche Zonenlinse
zu bilden. Die Wirkungsweise einer bekannten Fresnelschen Zonenlinse wird nachstehend beschrieben,
da eine weitgehende Analogie zwischen einer solchen Fresnelschen Zonenlinse und der elektrisch
gemäß der Erfindung gebildeten Zonenlinse besteht.
F i g. 5 zeigt eine herkömmliche Fresnelsche
Zoncnlinse. Die Wirkung einer Fresnelschen Zonenlinse wird durch den Durchgang einer Strahlung
erreicht, die entsprechend einem Schema interferiert, dessen Ergebnis ein additiver Effekt im Brennpunkt
ist. F i g. 5 zeigt eine herkömmliche Linse dieser
Art, bei der die von der Interferenz auszuschließende Strahlung durch undurchsichtige Ringe ausgeblendet
wird.
Die undurchsichtigen Ringe 60, die den durch den elektrooptischen Effekt in der Erfindung definierten
Ringen entsprechen, bilden eine Maske, die nur die Strahlung durchläßt, welche in der gewünschten
Weise gebeugt wird. Diese Ringe 60 sind auf einer transparenten Platte 62 befestigt, die der Platte 10
entspricht. F i g. 5 zeigt zur Veranschaulichung die gestrichelt eingezeichneten fünf kürzesten Radien
der Zonenlinse. Die restlichen Radien sind natürlich nach demselben Schema numeriert, und es versteht
sich, daß die fünf kürzesten Radien nur als die zur Veranschaulichung geeignetsten ausgewählt worden
sind. Da der Abstand zum Brennpunkt von jedem Radius in der gezeigten Zonenlinse um eine halbe
Wellenlänge zunimmt, beschreibt die Formel
<·„= η/λ
die Abmessungen des Systems, dabei sind r„ der Radius der η-ten Zone, / der kleinste Abstand vom
Brennpunkt zur Zonenlinsenfiäche und /. die Wellenlänge
des zu fokussierenden Lichtes. Die Brennweite nimmt natürlich mit wachsender Radiusgröße zu.
Die nachstehende Tabelle beschreibt die Verhältnisse für eine Fokussierung bei 500 mm und bei
einer Wellenlänge von 5561 Ä.
" Ring | Tabelle I | Radius (mm) | |
0,522 0.736 0.905 1,042 1,168 1,280 1,380 |
|||
J*l ... | 1,476 1,566 1,650 |
||
)\ | |||
/·. . . | |||
Vc ... | |||
/·, . | |||
Y1 ... | |||
Va | |||
Va | |||
'Ίο ·· | |||
Im Ausführungsbeispiel soll die Brennweite mit angemessener Genauigkeit von 500 um +25,0 und
— 25.0 mm geändert werden. Tabelle II zeigt die Radiusänderung, mit deren Hilfe das erreicht wird.
Ring
± r für eine Änderung
der Brennweite/ auf
475,0 und 525.0 mm
der Brennweite/ auf
475,0 und 525.0 mm
0,0270
0,0384
0,0470
0,0542
0,0606
0,0664
0,0718
0,0766
0,0808
0,0858
0,0384
0,0470
0,0542
0,0606
0,0664
0,0718
0,0766
0,0808
0,0858
Tabelle III zeigt die Brennweite für verschiedene Wellenlängen bei den in Tabelle I gezeigten Ringen.
Tabelle | 111 | / |
mm
mm |
|
Angströmeinheiten | 681 454 |
|||
4000 6000 |
||||
Das Ausführungsbeispiel wird für Licht von 5561Ä
durch die in den Tabellen I und II festgesetzten Werte bestimmt. Da die Streufelder nur relativ nahe
an den Elektroden 12 Λ bis 12 £ und 13 A bis 13 D
auf der Platte 10 auftreten, sind die Elektroden 12 A bis 12 E und 13 A bis 13 D im Bereich der Mitte der
Linse breit, wo gemäß der Tabelle I die Ringe breite Abstände voneinander haben. Da jedes Elektrodenpaar
12 A bis 12£ bzw. 13,4 bis 13 D auf jeder Seite
ein Streufeld erzeugt, erhält man die prinzipielle Anordnung von F i g. 5, indem man eine Fresnelsche
Zonenlinse durch die Lücken zwischen den Streufeldbereichen, die sich seitlich der Elektroden befinden,
definiert. Ein Elektrodenring befindet sich überall dort, wo in F i g. 5 ein undurchsichtiger
Ring ist, ist aber etwas kleiner. Das Ausführungsbeispiel wird vervollständigt durch die Bemessungsvorschrift für die Kondensatoren 53 A bis 53 £ und"
54 A bis 54 D, die die Spannungen V2 und V1 als auch
die Größe der Verschiebung der Streufelder berücksichtigt. Aus Tabelle II geht hervor, daß die äußeren
Ringe sich um einen größeren Betrag ändern müssen als die inneren Ringe. Daher müssen die Außenring-Kondensatoren
53 A bis 53 £ groß sein im Vergleich zu den an die inneren Ringe angeschlossenen Kondensatoren,
da die Spannung, die an der Platte 10 auftritt, mit der Kapazität der zugeordneten Kondensatoren
53 A bis 53 £ und 54 A bis 54 D zunimmt. Durch entsprechende Wahl der Kondensatoren wurde
das Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 so konstruiert, daß sich r, um 0,027 mm ändert und durch 0,522 mm
hindurchgeht, während r2 sich um 0,0384 mm ändert
und 0,736 ist, wenn T1 0,522 mm ist. In derselben
Weise ändern sich die anderen Radien gemäß den Tabellen I und II. In F i g. 4 werden die Bereiche
durch gestrichelte Linien angedeutet, in denen ein Streufeld zur Verwirklichung eines Fokussierungsmusters
erzeugt wird.
Obwohl jede der Elektroden 12 A bis 12 £ und 13/4 bis 13 D durch eine getrennte Spannungsquelle
gesteuert werden könnte, wird im Ausführungsbeispiel nur eine Mindestzahl von Spannungsquellen verwendet,
nämlich, wie in F i g. 4 dargestellt, V1 und V1. Hierdurch werden die Änderungen an jeder der
zugeordneten Elektroden einander direkt proportional, da jede Änderung in V1 in gewissem Ausmaß
durch die Kondensatoren 53/1 bis 53 £ an jeder der Elektroden 12 A bis 12 £ bestimmt wird. Das gleiche
trifft auf Änderungen in V2 zu. Abweichungen von
den gemäß Tabelle II theoretisch bestimmten Verhältnissen sind jedoch vernachlässigbar, und die
Verminderung der Anzahl der Spannungsquellcn ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung.
Im Ausführungsbeispiel ist die Kapazität jeder Elektrode.
209 644/33
ίο
Elektrode
1 (12/1)
2 (13/1)
3 (UB)
4 (13B)
5 (12C)
6 (13C)
7 (12D)
8 (13D)
9 (12E)
Kapazität
0,144.X 10"'2F
0,055 x 10"'2F 0,060 x 10-'2F
0,042 x 10-'2F 0,043 x 10"'2F
0,023 x ΙΟ"12 F Ό,023 x 1O-'2 F
0,0093 x ΙΟ"12 F 0,0093 x ΙΟ"12 F
Ring | Kondensator | I Ίο | Kapazität |
5 9 10 |
53 £ (nicht dargestellt) |
0.94382 1.0 |
169.5 x 10"'2F 200 x 10-'2F |
Diese werden durch die Nebenschlußkondensatoren 56 A bis 56/, die alle eine Größe von 100 x 10" Farad
haben, vernachlässigbar gemacht.
Die Radiusänderung gegenüber anderen Radien ist aus Tabelle II zu entnehmen. Bekanntlich erhält
man eine 0,1-mm-Verschiebung des Streufeldes in dem Ausführungsbeispiel durch eine Spannungsveränderung von 1500 Volt. Wie Tabelle II zeigt,
genügt eine Verschiebung von 0,1 mm für alle Erfordernisse. Eine Spannung von 1500VoIt erhält
man, indem man 2250 Volt für V1 und V2 wählt.
Ein gewisser Spannungsabfall erscheint an den Kondensatoren 56 A bis 56/, und der Kondensator von
200 x 10"12 Farad im äußeren Ring gleicht diesen
Abfall im Ring 10 aus.
Nach Auswahl dieser Werte werden die anderen Kondensatoren bestimmt durch die proportionale
Änderung, die gemäß Tabelle II bei einer gegebenen Änderung in r10 eintreten muß. Tabelle V zeigt diese
Berechnung und die so erhaltenen Endwerte.
Ring | Kondensator | ■lr„ lr,o |
Kapazität |
1 | 53 A | 0,31468 | 26 x 10-'2F |
2 | 54A | 0,44755 | 42,5 x 10-12 F |
3 | 53 B | 0,54778 | 57,5 x 10''2F |
4 | 54B | 0,63170 | 72,7 x ΙΟ'12 F |
5 | 53 C | 0,70629 | 89,9 x 10-'2F |
6 | 54 C | 0,77389 | 106,5 x 10''2F |
7 | 53 D | 0,83682 | 126,2 x 10-'2F |
8 | 54 D | 0,89277 | 147,0 x 10''2F |
ίο Die Fokussierung erfolgt auf Grund der Tatsache,
daß das durchgelassene Licht in zueinander senkrechten Richtungen polarisiert ist und daß das Muster
des polarisierten Lichtes die Form einer Fresnelschen Zonenlinse hat. Das Licht 51 und seine Polarisationsebene
ist natürlich in bezug auf die Platte 10 so orientiert, daß eine Änderung im Polarisationszustand
des aus den Streufeldbereichen austretenden Lichtes eintritt. Dieses Licht tritt daher mit einer Polarisationskomponente
aus, die im rechten Winkel zu dem aus anderen, keinen elektrooptischen Effekt aufweisenden Bereichen austretenden Licht liegt.
Da zueinander orthogonal polarisiertes Licht nicht interferiert, hat nuf das aus den Lücken zwischen
den Streufeldbereichen austretende Licht Komponenten, die gemäß dem Fresnelmuster gebeugt werden.
Das Ergebnis des Fresnel-Zonenlinsenmusters ist eine Beugung zum Brennpunkt / hin. Die Elektroden
12/1 bis 12£ und 13A bis 13£ sind im Ausführungsbeispiel
undurchsichtig, damit der Ausschluß von Licht an den Stellen, wo ein Ausschluß gewünscht
wird, verbessert wird. Die Fokussierung tritt ein, weil die Strahlung in ein Muster orthogonaler zueinander
polarisierter Strahlungen umgeformt wird. Der Analysator 52 läßt die fokussierte Strahlung
durch und schließt die Strahlung einer Polarisation, die nicht fokussiert wird, aus, um auch die geringen
Lichtmengen auszuschließen, die den Brennpunkt von den nicht in einem Fokussierungsmuster liegenden
Punkten aus erreichen könnten. Durch Verstellung der Spannungsquellen Vx und V2 erhält man mit
hoher Geschwindigkeit und ohne wesentliche Bewegung mechanischer Teile einen anderen Brennpunkt.
Aus der vorhergehenden Beschreibung ergibt sich die Funktion der in der in Fig. 1 dargestellten An-Ordnung
verwendeten Linse 9. Die zur Steuerung dieser Linse verwendete Spannung wird durch die
Drehlage der Wellen 5 und 5' bestimmt. Die Einstellung des Brennpunktes des Lichtstrahls 2 erfolgt
somit in Abhängigkeit von der Winkellage des Spiegels 4.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Anordnung zur schnellen Verstellung der Brennweite, gekennzeichnet durch ein
plattenförmiges elektrooptisches Element (10) mit an gegenüberliegenden Flächen in mindestens zwei
getrennt ansteuerbaren Gruppen angeordneten ringförmigen konzentrischen Elektroden (50 A bis'
50 E) zur Erzeugung von den ringförmigen Bereichen von wahlweise mindestens zwei Fresnellinsen
mit unterschiedlichen Brennweiten entsprechenden, das plattenförmige Element (10) durchsetzenden
elektrischen Feldern, in deren Bereich die ' Polarisationsrichtung einer das plattenförmige EIement
durchsetzenden polarisierten Strahlung um vorzugsweise 90° gedreht wird.
2. Anordnung zur schnellen Verstellung der Brennweite, gekennzeichnet durch ein plattenförmiges
elektrooptisches Element (10), das an einer Fläche mit ringförmigen konzentrischen, den
ringförmigen Bereichen einer Fresnellinse entsprechenden Elektroden (50 A bis 50 E) versehen
ist. denen an der gegenüberliegenden Fläche jeweils zwei getrennt ansteuerbare im wesentlichen
die gleiche Form und Lage aufweisende Elektroden (UB, 13/1; 12C, 13ß ... 12£, 13D) zugeordnet
sind, in deren Randbereichen bei Anlegen von Potentialen geeigneter Höhe elektrische Streufelder
auftreten, die als Funktion der angelegten Potentialhöhe zwecks Veränderung der Brennweite
der durch sie definierten Fresnelzonen in Richtung auf das Zentrum oder die Peripherie
steuerbar verschiebbar sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn-, zeichnet, daß die Elektroden (50/1 bis 50E) strahlungsdurchlässig
ausgebildet sind und daß die Form und die Breite der in ihren optischen Eigen-, schäften steuerbar veränderlichen, eine Drehung
der Polarisationsebene des Lichtes bewirkenden Bereiche des Elements (10) im wesentlichen durch
die zwischen den besagten Elektroden erzeugten homogenen elektrischen Felder definiert ist. .
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Elektroden (12, 13, 50) aus dünnen, drahtförmigen Leitern bestehen und daß
die Form und die Breite der in ihren optischen Eigenschaften steuerbar veränderlichen, eine Drehung
der Polarisationsebene des Lichtes bewirkenden Bereiche des Elements (10) im wesentlichen
durch die mittels der besagten Elektroden erzeugten Streufelder definiert ist.
5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Elektroden (12 B, 13 A ... 12£, 13D) mit zwei Spannungsquellen (F1, V2) mit
steuerbar veränderlicher Spannung über aus Kon- ( densatoren (53,54,56) bestehende Spannungsteiler "'
verbindbar sind, die ein bestimmtes Verhältnis der an den einzelnen ringförmigen Elektroden
wirksam werdenden Spannungen bewirken, derart, daß für verschiedene Höhen und/oder Verhältnisse
der Spannungen der beiden Spannungsquellen (K1, V2) Randzonen unterschiedlicher Lage und
Breite entstehen, die jeweils bestimmte Brennweiten der Anordnung definieren.
6. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrooptische
Element (10) zwischen zwei Polarisatoren angeordnet ist.
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