DE1489926A1 - Einrichtung zur Verstaerkung der Intensitaet eines optisch erzeugten Bildes - Google Patents
Einrichtung zur Verstaerkung der Intensitaet eines optisch erzeugten BildesInfo
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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
14/Oiit . ;:
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
BAD OBlGlNAL
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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
3 0 9 8 U / Q 6 5 2 .
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
BAD 909«U/Q6&2
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
"ι
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
9 0 9814/06-5 2
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)
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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1489928
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.
■■-iJfc ,
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH897265 | 1965-06-24 | ||
CH897265A CH424009A (de) | 1965-06-24 | 1965-06-24 | Einrichtung zur Verstärkung der Intensität eines optisch erzeugten Bildes |
DEG0044070 | 1965-07-03 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1489926A1 true DE1489926A1 (de) | 1969-04-03 |
DE1489926B2 DE1489926B2 (de) | 1972-09-21 |
DE1489926C DE1489926C (de) | 1973-04-19 |
Family
ID=
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2554529A1 (de) * | 1974-12-06 | 1976-06-10 | Shigeo Baba | Synchronisierter akkumulationsradioaktivitaetsdetektor |
EP0029006A1 (de) * | 1979-11-08 | 1981-05-20 | GRETAG Aktiengesellschaft | Optischer Bildverstärker |
US4281896A (en) * | 1978-08-02 | 1981-08-04 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Shared aperture separator for reciprocal path optical beams |
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US3485550A (en) | 1969-12-23 |
SE324624B (de) | 1970-06-08 |
NL6508758A (de) | 1966-12-27 |
DE1489926B2 (de) | 1972-09-21 |
AT254288B (de) | 1967-05-10 |
GB1114162A (en) | 1968-05-15 |
BE682793A (de) | 1966-12-01 |
CH424009A (de) | 1966-11-15 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
SH | Request for examination between 03.10.1968 and 22.04.1971 | ||
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |