DE1489926A1 - Einrichtung zur Verstaerkung der Intensitaet eines optisch erzeugten Bildes - Google Patents

Description

Dr.Lb/H AZ 1a α 5858 - H 89926

an der Eidgenössischen Technischen Hochschule

Zürich (Schweiz)

Einrichtung zur Verstärkung d©r Intensität eines optisch erzeugten Bildes

Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Einrichtung zur Verstärkung der Intensität eines optisch erzeugten Bildes*

Dem gleichen Zweck dienende Einrichtungen sind bereits bekannt und beispielsweise in den schweizerischen Patentschriften Hr. 301.222, 326.349 und 378.432 beschrieben. Sie weisen mindestens eine von einer Lichtquelle beleuchtete, streifenförmig^ Zone auf, die auf einen zugeordneten Blendenstreifen durch Beflexion* an der einen Seite einer verbiegbaren, spiegelnden Fläche optisch abgebildet wird« Die spiegelnde Fläche wird von einer elastisch deformierbaren Schicht getragen und iet mit dieser deformierbar. Das zu verstärkende Bild wird in gerasteter

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Form auf einer Iichtelektrisehen Leitersobicht abgebildet, welche ein zwischen ihr und der spiegelnden Fläche befindliches elektrostatisches Feld beeinflusst. Ferner sind Mittel vorhanden zur optischen Beobachtung, der spiegelnden Fläche an den Kanten des Blendenstreifens vorbei bzw. zwischen den Blendenetreifen hindurch, falls deren mehrere vorhanden sind. Zweckmässig wird die spiegelnde Fläche auf einem Projektionsschirm abgebildet, auf welchem dann ein dem zu verstärkenden Bild entsprechendes Bild grösserer Helligkeit wahrnehmbar ist.

Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung der geschilderten Einrichtungen. Um die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe und den dadurch erzielbaren technischen Fortschritt besser verstehen zu können, ist es zweckmässig, zunächst den Aufbau und die Wirkungsweise einer bekannten Einrichtung der eingangs genannten Art mit einer ebenfalls bekannten Variante an Hand von Fig. 1 bis 5 der Zeichnung zu erläutern.

Fig. 1 zeigt schematisch die Gesamtanordnung einer bekannten Einrichtung;

Fig. 2 veranschaulicht in grösserem Masstab und in perspektivischer Darstellung einen Ausschnitt aus einer Einzelheit der Einrichtung nach Fig. If

Fig. 3 stellt Einzelheiten von Fig. 1 in grösserem Masatab dar und dient zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der Einrichtung nach Fig. Ij

Fig. 4 zeigt schematisch eine bekannte Ausführungsvariante ' der Einrichtung;

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Pig. 5 stellt in grösaerem Maaatab Einzelheiten der Ein- · richtung nach Pig. 4 dar;

Pig. 6 ist eine zu Pig. 3 analoge Darstellung von Einzelheiten eines Ausführungsbeispieles der neuen Einrichtung geinäse der Erfindung;

Pig. 7 veranschaulicht eine Aueführungsvariante des Beispieles nach Pig. 6. ■ · »

Alle Figuren sind schematisch und unmasetäblicti gezeichnet.

Gernäss Pig. 1 ist einer starken Lichtquelle 1» B.B. einem Lichtbogen, ein Kondensor 2 zugeordnet, welcher das Licht bündelt und über einen Umlenkspiegel 3 auf eine Anordnung von Barren 4 Wirft. Die Anordnung besteht aus mehreren zueinander parallelen, lichtundurchläesigen Barren 4 in der Porm von Streifen, die in Abständen voneinander angeordnet sind und zwei Aufgaben zu erfüllen haben. Die erste Aufgabe der Barren 4 besteht darin, streifenförmige Zonen zu bilden, die durch das von der Lichtquelle 1 ausgehende Licht hell beleuchtet werden. Zu diesem Zweck iet die in Pig. 1 nach oben gekehrte Seite der Barren 4 reflektierend ausgebildet. Die zweite Aufgabe der Barren 4 ist die Bildung von Blendenstreifen. Auf der beleuchteten Seite der Barren 4 befinden sich ein Objektiv 5 und ein aus mehreren Schichten zusammengesetztes Lichtsteuerorgan 6, dessen Aufbau weiter unten mit Bezug auf Pig. 2 erläutert wird. Das Organ 6 besitzt eine spiegelnde Fläche, über welche die beleuchteten Barren 4 mit Hilfe des Objektives 5 wieder auf die nun als Blendenstreifen wirkenden Barren 4 abgebildet werden, wobei das Objektiv 5 von den Lichtstrahlen zweimal durchsetzt wird,

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Ein Projektionsobjektiv 7 und ein Umlenkspiegel 8 sind derart angeordnet, dass sie durch die Spalte zwischen den Barren 4 hindurch die spiegelnde Fläche des Lichtsteuerorgans 6 in Richtung des Pfeiles P auf einem nicht dargestellten Projektionsschirm abbilden. Die Barren 4 wirken bei dieser Projektion lediglich als Blendenstreifen, di-'e auf dem Projektionsschirm nicht abgebildet werden. Ein anderer Umlenkspiegel 9 und ein Objektiv 10 "eimöglichen, durch Lichtstrahlen gemäss dem Pfeil 0 auf einer lichtelektrisch-leitenden Schicht des Lichtsteuerorgans β optisch ein Bild zu erzeugen, das von einem Diapositiv, von einem Film einem Oszillographen, oder von wirklichen Gegenständen usw. herstammen kann.

Das Lichtsteuerorgan 6 hat den in Fig. 2 gezeigten Aufbau. Eine durchsichtige Trägerplatte 11 ist mit einem lichtundurchlässigen Linienraster Ί2 versehen, der z.B. aus im Vakuum aufgedampften Metallstreifen besteht. An der Unterseite der Trägerplatte 11 ist eine lichtdurchlässige, elektrisch leitende Elektrodenschicht 13 angeordnet, die ein dünner Metallfilm oder ein Film aus Zinndioxyd sein kann und z.B. durch Aufsprühen oder Aufdampfen der betreffenden Substanz erzeugt worden ist. Der Raster 12 und die Elektrodenschicht 13 können auch in ihrer Lage vertauscht sein. Unterhalb des Rasters 12 und der Elektrodenschicht befindet sich die bereits erwähnte lichtelektrische Leiterschicht 14, die beispielsweise aus Selen besteht. Nachher folgt eine lichtundurchlässige, elektrisch isolierende Schicht

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Auf der oberen Seite einer zweiten, durchsichtigen Trägerplatte 20 ist wieder ein lichtdurchlässiger, elektrisch leitender Elektrodenbelag 19 angebracht. Darüber befindet sich eine durch die Wirkung elektrostatischer Feldkräfte elastisch deformierbare Schicht 18, die z.B. aus Polyvinylchlorid mit Weichmacher besteht, eine Stärke von etwa 100 Micron hat und einen Elastizitätsmodul von 10⁵ bis 10 dyn/cm² aufweist. Auf der Schicht 18 haftet eine verbiegbare, aus aufgedampftem Silber, Aluminium od.dgl. bestehende spiegelnde Schicht 17, die zusammen mit der deformierbaren Schicht 18 ebenfalls deformierbar ist. Zwischen der lichtundurchlässigen Schicht 15 und der spiegelnden Schicht 17 ist ein mit einem gasförmigen Medium, wie z.B. Luft, angefüllter Zwischenraum 16 vorhanden, welcher die Deformation der Schichten 17 und 18 ermöglicht. Die Flächen sämtlicher Platten und Schichten 11 bis 20 sind eben und parallel zueinander. An die beiden Elektrodenschichten 13 und 19 ist eine Wechselspannungsquelle 21 mit der Spannung IJ angeschlossen.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist wie folgt: Mit Hilfe der Elektroden 13 und I9 und der daran angelegten Spannung Ü wird ein elektrisches Feld erzeugt, das die Schichten 14 bis 18 durchsetzt. Das elektrische Feld hat in den verschiedenen Schichten entsprechend ihrem elektrischen Widerstand verschiedene Werte, Bei kleinem Widerstand der deformierbaren Schicht 18 liegt praktisch die geeamte Spannung U zwischen der Elektrode 13 und der spiegelnden Schicht 17 allein, was hier der Einfachheit halber vorausgesetzt sei. Die zur spiegelnden

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Schicht 17 senkrecht stehende elektrische Feldstärke übt auf diese gemäss elektrostatischen Gesetzen ein© Kraft aus, die bei geeigneter Wahl der Elastizitätskonstanten der deformierteren Schicht 18 sowie der Dicke der spiegelnden Schicht 17 und der deformierbaren Schicht 18 imstande ist, die beiden letztgenannten Schichten zu deformieren, was wegen der gasförmigen ** Zwischenschicht 16 ohne Behinderung möglich ist. Trifft über das Objektiv 10 und den Umlenkspiegel 9 kein Licht auf die ' lichtelektrische Leiterschicht 14, so ist das elektrische Feld, abgesehen von Randeffekten, homogen, und es erfolgt keine Deformation der Schichten 17 und 18. Die spiegelnde Schicht 17 bleibt somit eben. Da die Abbildungen der beleuchteten Oberseite der Barren 4 wieder genau auf diese Barren fallen, gelangt kein Licht an &en Barren 4 vorbei zum Objektiv 7, weshalb der Projektionsschirm dunkel bleibt.

Wenn aber entsprechend dem Pfeil 0 Riefet durch den Baeter ,12 hindurch auf die lichtelektrische Leiterschicht 14 föllt, so ändert sich der elektrische Widerstand der Schicht 14 an jenen Stellen, zu denen das Lieht gelangt. Das zieht an diesen Stellen eine Aenderung der auf die Schicht 17 wirkenden Feldkräfte nach sich und führt, weil das Feld jetzt nicht meer homogen ist, zu einer nahezu sinusförmigen Deformation der Schichten 17 und 18 an den entsprechenden Stellen, wie in Fig. 3 veranschaulicht ist. Die so verbogene spiegelnde Schicht 17 stellt ein reflektierendes Beugungsgitter dar und läset nunmehr Licht der Lichtquelle 1 durcfe die Spalten zwischen den Barren 4 hindurch fallen» indem jetzt infolge der Beugung die beleuchteten Barren nicht nur auf eich

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selbst abgebildet werden, öondern auch ganz oder teilweise in die Spalten zwischen den Barren 4- Mittels des Objektives 7 und" des Spiegels 8 wird das zwischen den Barren 4 hindurchtretende Licht in Richtung des Pfeiles P auf den Projektionsschirm geworfen, auf welchem den beleuchteten Stellen der lichtelektrischen Leiterschicht 14 entsprechende helle Bildpartien erscheinen.

Die lichtundurchlässige Schicht 15 verhindert, dass Reste des starken Lichtbündels vom Objektiv 5 her, welche die spiegelnde Schicht 17 durchdringen, die lichtelektrische Leiterschicht 14 erreichen und dieselbe störend beeinflussen.Bei genügend kleiner optischer Durchlässigkeit der spiegelnden Schicht 17 kann die lichtundurchlässige Schicht 15 gegebenenfalls weggelassen werden.

Es ist hier wichtig zu bemerken, dass die Streifen des Rasters 12 parallel zu den Barren 4 verlaufen, da nur dann die gewünschte Deformation der Schichten 17 und 18 so erfolgt, dass das gebeugte Licht der Quelle 1 durch die Spalten zwischen den Barren 4 fällt. Würden die Streifen des Rasters 12 beispielsweise rechtwinklig zu den Barren 4 verlaufen, so würde das Licht nur in der Längsrichtung der Barren 4 gebeugt. Die Abbilder der beleuchteten Oberfläche der Barren 4 würden in diesem Pelle auch nach der Beugung weiterhin auf die Barren 4 zu liegen kommen, und es könnte kein Licht zwischen den Barren 4 hindurch auf den Projektionsschirm fallen.

Eine nähere Analyse zeigt nun, dass in der oben erläuterten, bereits bekannten Ausbildungsform der Lichtverstärkereinriehtung

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einige wesentliche, sowohl prinzipielle wie teebnologieeh bedeutsame Bedingungen erfüllt sein müssen. Biese Bedingungen betreffen die Geometrie und die physikalischen Eigenschaften der lichtelektrischen Lederschicht 14 und der spiegelnden Schicht Die Probleme im Zusammenhang mit der lichtelektrischen Leiterscbicht sind in der schweizerischen Patentschrift Nr. 378.432 näher erläutert und werden hier nicht angeführt, da sie im Zusammenhang mit vorliegender Erfindung keine ausschlaggebende Bedeutung haben.

Die spiegelnde Schicht 17 muss unter dem Einfluss der auf sie einwirkenden elektrostatischen JFeldkräfte leicht deformierbar sein. Die Dicke der z.B. aus Silber oder Aluminium metallisierten Schicht 17 muss daher sehr klein sein und in der Grössenordnung von 0,05 Micron liegen. Demzufolge wird ein Teil des von der Quelle 1 herstammenden Lichtes die Schicht 17 durchdringen und muss durch die isolierende, lichtundurchlässige Schicht 15 absorbiert werden. Letztere muss einen sehr hohen spezifischen Widerstand aufweisen, um die lichtelektrische Leitersohicht 14 nicht über eine erträgliche Grenze hinaus zu saunten. Die erwähnte Grenze ist von den Eigenschaften der Beetandteile der Leiterschicht 14 abhängig. Die für die Schicht 15 in Präge kommenden Stoffe, welche die geforderte Eigenschaft in Verbindung mit ausreichender Lichtundurchlässigkeit aufweisen, sind nicht zahlreich. Ihre Durchlässigkeit ist niemals null und hängt von. der ^ Wellenlänge des Lichtes ab. Die zulässige Stärke der Lichtquelle ist aus diesem Grunde durch die noch tragbare Intensität des die Schicht 15 durchdringenden und von der Quelle 1 stammenden Lichtes

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begrenzt. Zudem muss die Bewegung der spiegelnden Schiebt 17 mit 3ener der elastisch deformierbaren Schicht 18 in jedem Punkt ihrer gemeinsamen Oberfläche völlig Übereinstimmen. Es genügt,darauf ,hinzuweisen, dass die Wärmeausdehnungs-Koeffizienten der Schichten 17 und 18 wegen der Natur der letzteren verschieden sind. Es besteht deshalb die Gefahr, dass bei einer Temperaturänderung die spiegelnde Schicht 17 Runzeln oder Risse bekommt, was die Funktion der Einrichtung beeinträchtigen würde. Tatsächlich hat jede Aenderung der Form oder Struktur der spiegelnden Oberfläche der Schicht 17, deren Ursprung nicht in dem zu verstärkenden Bild liegt, ein entsprechendes Auftreten von Störlicht auf dem Projektionsschirm zur Folge, wodurch die Qualität des verstärkten Bildes ernstlich gestört werden könnte. Es ist ferner zu befürchten, dass die beim Betrieb der Einrichtung auftretende Amplitude der Deformationen der spiegelnden Schicht 17, die in der Grössenordnung eines Microns liegt, die Bildung von Runzeln oder Rissen in der Schicht 17 verursacht. Es ist auch nicht ausgeschlossen, dass die Schichten 17 und 18 mit Reibung aufeinander gleiten, sei es an einer örtlich beschränkten Stelle oder auf ihrer ganzen Ausdehnung. Die spiegelnde Schicht 17 könnte daher dauernd Faltenbildung zeigen.

Eine Massnahme zum Ausschälten der spiegelnden Schicht 17 besteht darin, die von der Quelle 1 ausgehenden Lichtstrahlen nicht in der Senkrechten auf die Schicht 18 auffallen zu lassen, sondern schräg dazu in einem solchen Winkel, dass an der freien Oberfläche der Schicht 18 foialreflexion auftritt. Für diesen Zweck muss die

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beschriebene Einrichtung einige Aenderungen erfahren. Eine derartige Variante der bekannte Einrichtung ist schematise!! in Fig. 4 veranschaulicht, während Fig.5 das Lietateteuerorgan der Einrichtung in grosserem Masstab zeigt. Das von der Lichtquelle 1 ausgehende Licht wird durch den Kondensor 2 gebündelt und auf die Barren 4 gerichtet. Das Objektiv 5 erzeugt im Unendlichen ein Bild der beleuchteten Spalte, welche durch die freien Zwischenräume zwischen den Barren 4 gebildet sind und die durch die Quelle 1 beleuchteten, streifenförmigen Zonen darstellen. Fach der Totalreflexion im Lichtsteuerorgan 6a durchlaufen die Lichtstrahlen ein Objektiv 5a, das ein zweites Bild der beleuchteten Spalte in ^f der Ebene einer komplementären Barrenanordnung 4a erzeugt. Die Barren 4a dienen als Blendenstreifen und sind derart angebracht, dass das Bild eines jeden Spaltes der Barrenanordnung 4 genau auf einen Barren 4a fällt. Die Wirkungsweise der Deformation der Schicht 18 ist gleich wie bei der oben beschriebenen Einrichtung, wobei die elektrostatischen Feldkräfte diesmal jedoch unmittelbar auf die Oberfläche der deformierbaren Schicht 18 einwirken fvergl. Fig. 5). Wenn das Objektiv 10 und der Spiegel 9 kein Licht auf die lichtelektrische Lederschicht 14 werfen, erreicht kein Licht das Objektiv 7, das eine optische Abbildung der freien Oberfläche der deformierbaren Schicht 18 auf dem Projektionsschirm Erzeugt, so dass der Projektionsschirm P dunkel bleibt. Wenn dafcegen in Richtung des Pfeiles 0 Licht durch d«n Raster 12 hin- '* durch auf die lichtelektrieche Leiterschicht 14 auf trifft, wird ^ J die Oberfläche der Schicht 18, wie vorher beschrieben, an ihren *

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beleuchteten Stellen der lichtelektrischer! Lederschicht 14 entsprechenden Stellen annähernd sinusförmig deformiert, wodurch ein Beugungsgitter entsteht, das einen Teil der Lichtstrahlen zwierchen den Barren 4a hindurch stain Objektiv 7 gehen läset. Diese Lichtstrahlen erzeugen auf dem Projektionsschirm helle Stellen, die den beleuchteten Stellen der lichtelektrischen Leiterschicht 14 entsprechen.

Aus praktischen Gründen wird nicht unmittelbar der Träger der deformierbaren Leiterechicht 18 als Prisma ausgebildet. Man bringt vielmehr ein Prisma 23 auf der Trägerplatte 20 an. Der optische Kontakt zwischen diesen beiden Teilen, die optisch eine Einheit bilden müssen, wird dadurch gewährleistet, dass der Zwischenraum 22 zwischen.den Teilen 20 und 23 mit einer Flüssigkeit ausgefüllt wird, die den gleichen Brechungsindex wie das ölas aufweist.

Die beschriebene Variante der bekannten Einrichtung ist ebenfalls mit zwei Hachteilen behaftet:

1. Da die deformierbare Schicht 18 nicht rechtwinklig zur optischen Axe dee Prpjektioneobjektivee 7 angeordnet ist, ergibt sich eine lineare Bildverzeichnung des auf den Projektionsschirm geworfenen Bildes in der einen Richtung. Diese Verzeichnung kann durch eine geeignete Korrekturoptik kompensiert werden.

2. Die praktische Erfahrung zeigt, dass ein beträchtlicher Teil des von der Lichtquelle 1 ausgesandten Lichtes die deformierbare Schicht 18 durchdringt, ohne an ihrer freien Oberfläche total reflektiert zu werden.

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Aua dem Vorstehenden ist ersichtlich, dass die Anwendung der Totalreflexion des von der Lichtquelle 1 herstammenden Lichtes an der freien Oberfläche der Schicht 18 zwar erlaubt, eich maneher schwieriger technologischer Probleme zu entledigen-, die bei der Verwirklichung der festen spiegelnden Schicht 17 (Fig. 3) auftreten, aber nicht zu verhindern vermag, dass ein verhältnismässig grosser Teil des Lichtes zur isolierenden, lichtundurchlässigen Schicht 15 gelangt, deren technologische Grenzen"der Wirksamkeit weiter oben erläutert worden sind. Das genannte Verfahren bringt zudem eine Verzeichnung des verstärkten Bildes, was eine spezielle Korrekturoptik erforderlich macht.

Die vorliegende Erfindung bezweckt die Beseitigung aller geschilderten Nachteile der beschriebenen bekannten Einrichtungen und betrifft demnach eine Einrichtung zur Verstärkung der Intensität eines optisch erzeugten Bildes, bei welcher mindestens eine

von einer Lichtquelle beleuchtete, streifenförmige Zone auf einen zugeordneten Blendenstreifen durch Reflexion an der einen Seite einer verbiegbaren spiegelnden Schicht optisoh abgebildet wird- und die spiegelnde Schicht an eine elastisch deformierbare Schicht angrenzt und mit dieser deformierbar ist, tfnd mit einer auf der anderen Seite der spiegelnden Schicht angeordneten lichtelektrischen Leiterschicht, auf welche das zu verstärkende Bild in gerasteter Form abgebildet wird und die ein zwischen ihr und der spiegelnden Schicht befindliches elektrostatisches Feld beeinflusst, sowie mit Mitteln zur optischen Beobachtung der Spiegelnden Schicht an den Kanten des Blendenetreifene vorbei.

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Das Heuβ der erfindungsgemässen Einrichtung liegt im wesentlichen darin, dass die spiegelnde Schicht durch eine reflektierende, im Betriebszustand der Einrichtung flüssige ,Substanz gebildet ist, die auf der einen Seite durch die er- . wähnte deformierbare Schicht und auf der anderen Seite durch eine zweite elastisch deformierbare Schicht begrenzt ist, und dass die Intensität des elektrostatischen Feldes zeitlich periodisch variiert. -

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung , wie auch die durch die Erfindung erzielten Vorteile ergeben sich aus den Ansprüchen, aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den zugehörigen Zeichnungen. In den Pig. 6 und 7 sind rein schematisch Einzelheiten des Liohtsteujarorgane eines Ausführungsbeispielee bzw. einer Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Einrichtung dargestellt.

Das in Pig. 6 gezeigte Lichtsteuerorgan weist eine erste durchsichtige Trägerplatte 11 auf,. die mit einem das Licht nicht durchlassenden Linienraster 12 versehen ist, der z.B. aus la Vakuum aufgedampften Metallstreifen besteht. Auf der unteren Seite der Trägerplatte Il let eine lichtdurchlässige und elektrisch leitend« Elektrodenschicbt 13 aufgetragen, die ein dünner MetallfilBj oder ein Pil« aus Zinnoxyd sein kann und a.B. durch Sublimation oder Verdampfung der betreffenden Substanz erzeugt worden ist/ Die Lagen des Rasters 12 und der Elektrodenechioht können gegebenenfalls vertauscht sein. Unterhalb der Elektrodenschicht 13 bzw. des Rasters 12 befindet sich eine lichtelektrische

Leiterschicht 14, die beispielsweise aus Selen besteht. An der Unterseite der Leiterschicht 14 ist eine elektrisch, isolierende, elastisch deformierbare Schicht 16a angebracht, welche aus einem Silikon-Polymerisat mit Weichmaoher, z.B. Silikon-Kautschuk mit Weichmacher, bestehen kann und einen Elastizitätsmodul zwischen ICr und 10 dyn/cm aufweisen soll. Die Stärke der Schicht 18 . beträgt etwa 100 Micron.

Auf der oberen Seite einer zweiten durchsichtigen !Trägerplatte 20 befindet sich eine ebenfalls durchsichtige eleaetisch deformierbare Schicht 18, die genau gleich ausgebildet sein und aus dem gleichen Material bestehen kann wie die bereits erwähnte Schicht 16a. Die beiden elastisch deformierbaren Schichten 16a und 18 haben voneinander einen Abstand in der Grössenordnung von 10 bis 60 Micron und begrenzen demzufolge einen Zwischenraum. Letzterer ist mit einer im Betriebszustand der Einrichtung flüssigen Substanz gefüllt, welche ein gutes Lichtreflexionevermögen aufweist und eine flüssige Spiegelschiobt 17a bildet. Vorzugsweise besteht die Spiegelschicht 17a aus einem Metall oder einer metallischen Legierung. Wenn die Einrichtung bei üblicher Raumtemperatur arbeiten soll, kann die Spiegelechicht 17a aus Quecksilber oder einem Amalgam mit einer geringen Menge, etwa 1 Gew.-# indium bestehen. Die Oberflächen der Trägerplatte 11 und

20 sowie der verschiedenen Schichten 15, 14, 16a, 17a und 18 sind im RuheEuetand des beschriebenen Lichtsteuerorgane eben und parallel zueinander. An die ElektrodenSebicht 15 und die elek-

₊ trisoh leitende Spiegelschicht 17a ist eine Wechselepannungsquelle

21 angeschlossen zur Erzeugung eines zeitlich variierenden

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elektrostatischen Feldes quer durch die lichtelektrische leiterechiebt 14 und aie elastisch deformierbare, isolierende Schicht I6a.

Das beschriebene Lichtsteuerorgan gemäss Fig. 6 unterscheidet sich von der in Pig. 3 dargestellten, bekannten Ausführung durch folgende Aenderungen:

1) Weglassen der isolierenden, lichtundurchlässigen Schicht

2) Ersetzen der gasförmigen Schicht 16 durch die isolierende, elastisch deformierbare Schicht I6a«

3) Ersetzen der festen spiegelnden Schicht 17 durch die bei der Betriebstemperatur der Einrichtung flüssige spiegelnde Schicht 17a.

4) Weglassen der Elektrodenschicht 19, deren Punktion jetzt durch die elektrisch leitende Spiegelschicht 17a übernommen wird..

Das Liehiniteuerorgan gemäss Pig. 6 ist genau gleich wie das Lichtsteuerorgan 6 der Pig. 1 in der übrigen Einrichtung zur Verstärkung der Intensität eines optisch erzeugten Bildes angeordnet. Von der übrigen Einrichtung sind in Fig. 6 lediglich die Barren 4 und die Linse 5 veranschaulicht. Die Einrichtung weist aber ausserdem, wie Pig. 1 zeigt, eine starke Lichtquelle 1, einen zugehörigen Kondensor 2, einen Umlenkspiegel 3, ein Projektions- objektiv 7, einen Umlenkspiegel 8, einen Projektionsschirm P₁ sowie ein Objektiv 10 und einen Umlenkspiegel 9 zur optischen Ereeugung eines zu verstärkendem Bildes auf der llchtelektrischen Leiterschicht 1*4 des Liehtsteuerorganes auf.

Die Wirkungsweise der Einrichtung mit dem' in Fig. 6 gezeigten Licht'steuerorgan ist wie folgt:

Zum leichteren Verständnis sei zunächst angenommen, die Spannung U der elektrischen Spannungsquelle 21 sei eine Gleichspannung. Mittels der Spannung U wird zwischen der Elektrodenschicht 13 und der spiegelnden Schicht 17a ein elektrostatisches Feld erzeugt, das die lichtelektrische Lederschicht 14 und die elastisch deformierbare Schicht 16a durchsetzt, in denen das Feldpotential je nach dem elektrischen Widerstand dieser Schichten verschiedener Werte annimmt. Diejenige Komponente der elektrostatischen Feldkräfte, die senkrecht zur Grenzfläche I zwischen der deformierbaren Schicht 16a und der spiegelnden Schicht 17a verläuft, übt auf die genannte Fläche I eine Kraft aus. Wenn durch das Objektiv 10 und den Umlenkspiegel 9 kein Licht auf die lichtelektrische Lederschicht 14 geworfen wird, ist das elektrostatische Feld über die ganze Fläche I konstant, wenn man von den Randwirkungen absieht. Demzufolge sind auch die senkrecht auf die Fläqhe I ausgeübten Kraftkomponenten alle gleich gross, βο dass diese Fläche I keine Deformation erfährt und eben bleibt. Die zwischen der spiegelnden Schicht 17a und der unteren deformierbaren Schicht 18 vorhandene Grenzfläche II blöibt auch eben. Da- ■' her werden die mittels der Lichtquelle 1 beleuchteten Barren 4 durch Eeflexion der Lichtstrahlen an der spiegfeinden Fläche II und mit Hilfe des Objektives 5 genau auf sich selbst abgebildet, weshalb kein Licht an den. Barren 4 vorbei gegen das Projektionsobjektiv 7 und auf den Projektionsschirm P gelangen kann. Der Projektionsschirm P bleibt somit dunkel.

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Wenn hingegen licht in der Richtung des Pfeiles O (Pig. I) durch den Raster 12 hindurch auf die lichtelektrische leiterschicht 14 fällt, wird deren elektrischer Widerstand an den be- - leuchteten Stellen geändert. Dies hat an den genannten Stellen eine Aenderung der elektrostatischen Feldkräfte zur Folge, die auf die Grenzfläche I der Spiegelschicht 17a einwirken. Die Fläche I ist daher einer inhomogenen Verteilung der Feldkräfte ausgesetzt, wodurch eine annähernd sinusförmige Deformation der Fläche I an jenen Stellen entsteht, die den beleuchteten Partien der lichtelektrisch^ Lederschicht 14 gegenüber liegen. Dass die Deformation der Fläche I sinusförmig wird, ist durch den Raster 12 begründet. Die Periode der sinusförmigen Deformation stimmt mit der Periode des Rasters 12 überein. Diese Deformation der Fläche I wird durch die elastische Deformierbarkeit der Schicht 16a und flüssigen Spiegelschicht 17a ermöglicht.

Während der für das Aufbauen der erwähnten Deformation benötigt§n Zeitdauer, d.h. bis die auf die Fläche I einwirkenden Feldkräfte durch die elastischen Reaktionskräfte der Schicht 16a im Gleichgewicht gehalten werden (die Schwerkraft spielt hier eine vernacblässigbare Rolle), pflanzen sich Druckwellen und Verecbiebungsweilen von der Fläche I quer durch die flüssige Spiegelscbicht 17a.. Durchgeführte Berechnungen und Experimente zeigen, daee diese Druckwellen bzw. Verschiebungsweilen eich einander derart überlagern, dass sie bei ihrer Ankunft an der Grenzfläche II auf letzterer eine Druckverteilung herVorrufeiii die-Punkt für Punkt der elektrostatischen Feldkräfteverteilung

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an der Fläche I analog ist. Dies tritt umsomehr ein als die deformierbaren Schichten 16a und 18 eine verbältnismässig grosse innere Reibung zeigen, durch die eine ausreichende Dämpfung von gegebenenfalls auftretenden mechanischen Resonanzen der deformierbaren Schichten 16a, 17a und 18 gewährleistet ist, wie ee bei den auf der Basis von Silikonpolyraerisaten mit Weichmacher bestehenden Schichten 16a und 18 der Fall ist. Folglich wird die Grenzfläche II ebenfalls annähernd sinusförmig deformiert, und sie bildet dann ein Beugungsgitter für die von der Lichtque£le 1 ausgesandten und an der Fläche II reflektierten Lichtstrahlen. Somit fällt auf den Projektionsschirm P an jenen Stellen Licht, die den beleuchteten Partien der lichtelektrischen Leiterschicht 14 entsprechen. Der Projektionsschirm wird jedoch nur während der Zeitspanne beleuchtet, die nötig ist bis die Grenzfläche I ihr Deformationsgleichgewicht erreicht bat, wonach die Druckverteilung über die deformierte Fläche I konstant bleibt. Die Fläche II nimmt dann wieder ihre ursprüngliche, ebene Gleichgewichtslage ein.

Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, dass die inhomogene Druckverteilung, welche an der Fläche I durch das mittels der zunächst als Gleichspannungsquelle angenommenen Quelle 21 er- _ zeugte und durch den veränderlichen Widerstand der lichtelektrischen Leiterecbicbt 14 bei Beleuchtung mit Licht entsprechend dem Pfeil 0 (Fig. 1) modulierte elektrostatische Feld hervorgerufen wird, Punkt für Punkt auf der Fläche II reprodu-. ziert wird, solange die Fläche I sich deformiert und noch nicht ihren neuen, deformierten Gleichgewichtszustand erreicht hat, bei

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welchem die elastische Schicht 16a die elektrostatischen Feldkräfte Punkt für Punkt kompensiert. Damit das verstärkte Bild auf dem Projektionsschirm P ebenso lange erscheint wie das . zu verstärkende Bild auf der lichtelektrischen Lederschicht 14 unbeweglich bleibt, ist es wichtig, und das ist eine Grundbedingung für das Funktionieren der Einrichtung, dass während der genannten Zeit die Fläche I niemals einen Gleichgewichtszustand annimmt, sondern ständig in Bewegung gehalten ist. Mit andern Worten gesagt ist es erforderlich, dass die durch die Spannungsquelle 21 hervorgerufenen elektrostatischen Feldkräfte zeitlich periodisch variieren, Was durch die Verwendung einer Wechselspannungsquelle erreicht werden kann.

Bei Verwendung einer Wechselspannungsquelle 21 wird somit ein elektrostatisches Wechselfeld erzeugt, das durch den veränderlichen Widerstand der lichtelektrischen Leiterschicht 14 infolge Beleuchtung gemäss dem Pfeil 0 (Fig. 1) moduliert wird. Dieses modulierte elektrostatische Wechselfeld ruft an der Fläche I pulsierende Feldkräfte hervor, deren Verteilung Punkt für Punkt quer durch die Spiegelschicht 17a hindurch auf die das Licht der Quelle 1 reflektierende Fläche II übertragen wird, die dann ein Beugungsgitter bildet, welches, wie mit Bezug auf die bekannte Einrichtung erläutert wurde, das Auftreten von hellen Stellen auf dem Projektionsschirm P entsprechend den beleuchteten Partien der licht«lektrisehen Leitersohicht 14 zur Folge hat. Da di* spiegelnde Fläche II wiedie Fläche I in pulsierender Bewegung¹ ist, ändert· sich die Helligkeitsinteneität der beleuchteten Stellen auf dem Projektionsschirm P periodisch zwischen

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Null und einem Höchstwert im Rhythmus der Bewegungen der Fläche II. Wenn dieser Rhythmus schnell genug ist und z.B. 20 Wechsel in der Sekunde tibersteigt, kann das menschliche Auge wegen der Trägheit der Netzhaut keine Schwankungen der Intensität des verstärkten Bildes auf dem Projektionsschirm wahrnehmen.

Es muss darauf hingewiesen werden, dass das Vorhandensein der isolierenden, elastisch deformiorbaren Schicht 16a für das Funktionieren des Lichtsteuerorgans gemäss Fig. 6 unerlässlich

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ist. Wenn nämlich der durch die Schicht 16a eingenommene Raum durch ein flüssiges aäer gasförmiges Medium ausgefüllt wäre, würde die flüssige Spiegelschicht 17a keine bestimmte Gestalt haben. Sie könnte sich während dem».Vornehmen von Manipulationen an der Einrichtung oder unter dem Einfluss eines Stosses oder äusserer Vibrationen frei bewegen, ihre Dicke örtlich ändern, sich in unzusammenhängende Teile aufspalten usw. All dies hätte unkontrollierbare und dem Zufall unterliegende Veränderungen der Verstärkungsempfindlichkeit des Licbtsteuerorgans zur Folge, wie auch die Bildung von störenden Licbtflecken auf dem Projektionsschirm, was mit den durch die Praxis verlangten Anforderungen an die einwandfreie und sichere Verwendbarkeit der Einrichtung unvereinbar wäre. Wenn der durch die Schicht I6a eingenommene Raum durch eine starre Substanz ausgefüllt wäre, würde diese durch ihre Reaktionen die elektrostatischen Feldkräfte aufnehmen, ohne deformiert zu werden, wodurch die Uebertragung von Kräften quer durch die flüssige Spiegeiechicht 17a hindurch zwecke irgendwelcher Deformation der reflektierenden Fläche II

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unmöglich wäre. Wenn schliesslicb der von der Schicht 16a eingenommene Raum gänzlich fehlen würde und die flüssige Spiegelschicht 17a in unmittelbarer BtrÜhrung mit der liohtelektrischen 'Leiterschicht 14 wäre, würde die letztere durch die metallische Substanz der Spiegelschicht 17a elektrisch kurzgeschlossen.

Mit Vorteil ist die deformierbare Schicht 16a undurchlässig für das Licht, welches das zu verstärkende Bild auf den lichtelektrischen Leiter 14 wirft, um zu verhüten, dass durch Reflexion dieses Lichtes an der Fläche I der spiegelnden Schicht 17a· gegebenenfalls eine zweite, störende Beleuchtung der lichtelektrischen Leiterschiebt 14 erfolgt.

Die Amplitude der Deformation der spiegelnden Fläche II steht, für ein gegebenes elektrostatisches Feld an der Fläche I, in engem Zusammenhang mit der Dicke der flüssigen Spiegelschicht 17a, mit den geometrischen und mechanischen Eigenschaften der elastisch deformierbaren Schichten 16a und 18, sowie mit der Frequenz der Wechselspannung II der elektrischen Spannungequelle 21. Berechnungen und Experimente haben gezeigt, dass die Dicke der Spiegelschicht^l7a nicht kritisch ist und zwischen 10 und 60 Micron, vorzugsweise etwa 30 Mioron betragen kann. Die Lichtdurchlässigkeit einer metallischen Schicht der genannten Stärke let praktisch gleich null, weshalb eine sehr hohe Leuchtdichte auf der Fläche II zulässig 1st, an welcher die Lichtstrahlen der Quelle I (Fig. If reflektiert werden. -

In einem tatsächlichen Ätilifünrungsbeiepiei, bei welchem die elastisch deformiefcbaren Schichten 16a und 18 einen Elastizitätsmodul von 3.10* dyn/cm und eine Stärke von 110 bzw. 150 .

Micron hatten, ergab sich für die Wechselspannung U eine optimale Frequenz zwischen 1500 und 2400 Hz, wobei die Dicke der flüssigen Spiegelschicht 17a zwischen 10 und 40 Micron variierte.Im erwähnten Bereich ist es möglich, die Frequenz derart einzustellen, dass.eine Aenderung der Dicke der flüssigen Spiegelaohicht 17 a um mehrere Micron, beispielsweise infolge unterschiedlicher - · Wärmeausdehnung der angrenzenden Teile, nur eine vernachlässigbare und zulässige Aenderung der Amplitude der. Deformation der spiegelnden Fläche II und damit der Verstärkungsempfindlichkeit des Lichtsteuerorgans zur Folge hat.

Es könnte vorteilhaft sein, in dem in Fig. 6 gezeigten Lichtsteuerorgan die lichtelektrische Leiterschicht 14 und die angrenzende elastisch deformierbare Schicht 16a durch eine einzige Schicht 16b zu ersetzen, wie in der Ausführungsvariante gemäas Fig. 7 dargestellt ist. Die Schicht 16b hat in diesem Falle die lichtelektrische Leitfähigkeit der Schicht 14 und die mechanischen Eigenschaften der Schicht 16a zu vereinigen.

Die vorstehend beschriebenen, erfindungsgemässen Verbesserungen des Lichtsteuerorgans sind auch bei dem Gegenstand dee schweizerischen Patentes Nr. 378.432 anwendbar. In der dort in Fig. 5 gezeigten Anordnung braucht nur die eine der beiden Spannungen U-^ und Ug eine Wechselspannung zusein, um die auf die Fläche I der flüssigen Spiegelschicht einwirkenden elektrostatischen Feldkräfte zeitlich variierend zu machen.

Die vorliegende Erfindung und die beschriebenen Aueführungs- , beiepiele gemttss Fig. 6 und 7 bringen einen unbestreitbaren Fortschritt gegenüber den bekannten Einrichtungen, wie ei β in

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den Fig. 1 biß 5 gezeigt sind:

a) Die flüssige Spiegelschiqht 17a gewährleistet eine praktisch vollständige optische Trennung zwischen der lichtelektrischen Leitersehicht 14 (Pig. 6) oder 16b (Fig. 7) und den zur Bildung des verstärkten Bildes dienenden Lichtstrahlen von der Lichtquelle 1, wodurch alle Unannehmlichkeiten ausgeschaltet wercan, die sich aus einer Beleuchtung der lichtelektrischen Leitersehicht mit anderem als das zu verstärkende Bild erzeugende Licht ergeben könnten.

b) Die Verstärkungsempfindliohkeit des Lichtsteuerorgans kann wegen der verhältnismässig leichteren Verbiegbarkeit der flüssigen Spiegelschicht 17a gegenüber den bisherigen Ausführungen, wie sie in den schweizerischen Patentschriften Hr. 301.222, 326.348 und 378.432 beschrieben sind, erhöht ,werden.

c) Da nun die besondere lichtundurchlässige Schicht 15

und die Elektrodenschicht 19 (Fig. 2 und 3) der bekannten Lichteteuerorgane hinfällig sind, ist' die Herstellung des Lichtsteuerorgans vereinfacht.

Claims (5)

Patentansprüche

1. Einrichtung zur Verstärkung der Intensität eines optisch erzeugten Bildes, bei welcher mindestens eine von einer Lichtquelle beleuchtete, streifenförmige Zone auf einen zugeordneten· Blendenstreifen durch Reflexion an der einen Seite einer verbiegbaren spiegelnden Schicht optisch abgebildet wird und die spiegelnde Schicht an eine elastisch deformierbare Schicht angrenzt und mit dieser deformierbar ist, und mit einer auf der anderen Seite der spiegelnden Schicht angeordneten lichtelektrischen' Lei terschicht, auf welche das zu verstärkende Bild in gerasteter Form abgebildet wird und die ein zwischen ihr und der spiegelnden Schicht befindliches elektrostatisches Feld beeinflusst, sowie mit Mitteln zur optischen Beobachtung der spiegelnden Schicht an den Kanten des Blendenstreifens vorbei, dadurch gekennzeichnet, dass die spiegelnde Schicht (17a) durch eine reflektierende, im Betriebszustand der Einrichtung flüssige Substanz gebildet ist, die auf der einen Seite durch die erwähnte deformierbare Schicht (18) und auf der anderen Seite durch eine zweite elastisch deformierbare Schicht (16a) begrenzt ist, und dass die Intensität des elektrostatischen Feldes zeitlich periodisch variiert.

ORIGINAL !MSPECTBD

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2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daes die spiegelnde Schicht (17a) metallischer Natur ist.

3· Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die spiegelnde Schicht (17a) zugleich eine der Elektroden (13 und 17a) zur Erzeugung des periodisch variierenden elektrostatischen Feldes ist.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die der lichtelektriscben Lederschicht (14) benachbarte elastisch deformierbare Schicht (16a)undurchlässig ist für jenes Licht, welches das zu verstärkende Bild erzeugt.

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtelektrische Leiterschicht und die eine elastisch deformierbare Schicht (I6a) zu einer einzigen, elastisch deformierbaren Schicht (14b) mit photoelektrischen Eigenschaften vereinigt sind.

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