DE1639350A1

DE1639350A1 - Vorrichtung zum Ablenken eines Strahlungsbuendels

Info

Publication number: DE1639350A1
Application number: DE19681639350
Authority: DE
Inventors: Mansell John Revere
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1967-01-30
Filing date: 1968-01-27
Publication date: 1971-02-25
Also published as: CH482210A; FR1553338A; NL6801012A; GB1168161A; US3536375A; BE710111A

Description

».,1716.1639360

Kt b/UN V,

. Herbert Sefiftt»

Patentxnirnlt

AMcNo. ΪΗΒ-31.716

Anmeldung vom: 26. Jan. 1968 Vorrichtung sun Ablenken eines ütrahlungsbündels.

Die Erfindung besieht eich auf eine Vorrichtung zum Ablenken eines polarisierten Jtruhlungsbündels, die einen doppelbreohendcn Kristall Bit einer GrenzflSohe enthSlt, auf die die Strahlung nach Eintritt in den Kristall unter einem ^infullswinkel trifft, der grSsser als der Grenzwinkel für strahlung ist, die in einer ^bene senkreoht sur Einfallsebene des Bündels auf die Crenzflftche polarisiert ist, und der kleiner als der Grenzwinkel für strahlung ist, die in einor ubene in der üinfullsebene dee Bfindols auf die CrenzflHohe polarisiert ist.

~ine derartige Einrichtung ist aus dur frunzöaisohen Patentschrift 1 445 75β bekannt· Jo nach der ι olarisationsrichtunf der in den Kristall eintretenden strahlung wird diese an der Grcn^fllohe »wischen dem Kristall und der Luft entweder to· tal reflektiert oder nahezu ungeschwächt durchgolasaen. Sie be* kannte /orriohtung hat den Nachteil, dass der Einfallswinkel auf Al« GrenzflSohe nur innerhalb enger Grenzen Inderbar ist und »war swlsehen ,*inkelno( und β , für die-filt sino(- * uad »inß- -

10M0l/06«1 .' BAD

Dabei ist η - die Breohsahl des Kristalls für die ordentliohen ο

Strahlen und η · die Brechzahl des Kristalls für die auss«rord«ntliohen Strahlen.

Die Erfindung bezweckt, eine Vorrichtung zu aohaffen, bei der der Einfallswinkel auf die Grenzfläche.innerhalb verhältnismäesig weiter Grenzen änderbar ist. oie ist dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzfläche «it der Grenzfläche «ines zweiten doppelbreohenden Kristalls' aus dem gleichen Material völlig oder nahezu vSllig aus«—nfällt, derart, dass entsprechende Hauptachsen* beider Kristalle senkrecht aufeinander stehen·

Der Einfallswinkel auf die Grenzfläche kann nun sehr Über eisen .Vink«l gleioh 90* - ^geändert werden (sin« - * )·

η Geaäss eines weiteren Kerkaal sind die Kristall« duroh

eine Verbindungsaaterialschioht ait einer Brechzahl gleioh oder nahezu gleioh einer der beiden Breohzahlen der Kristalle voneinander getrennt« Dadurch ergibt sich ein koapukter fester Bau·

Zwackmäaaig wird die betreffende Hauptachse des ersten Kristalls parallel sur Richtung der einfallenden »Strahlung gewählt·

Di« Ablenkvorrichtung kann von der Art sein, bei der die Kristalle negativ« einachsige Kristall« sind und die erwähnt« Hauptachse οine optische Aohse ist (siehe Fig. 1 und 3a)·

Di« Ablenkvorrichtung kann auoh von der «rt ««in, b«i d«r die Kristalle positive einachsige Kristalle sind und die erwähnte Uauptaohs« die optische AOhs« ist, während dies« *ohs«n b«ia zweiten Kristall parallel zur Richtung der einfallenden Strah· lung ist (siehe ?i£. 3B).

Sohlissslioh können geaäss einer Abwandlung d«r Brf1ä· dung die Kristall« swsiaohsig eein, in w«lohea Fall« nioht sw«i,

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-5. »»πι« 163935»

sondern drei verschiedene Brechzahlen vorliegen (eiehe Fig* 3C)»

Die Auetrittsfllohe de· ersten Kristalle kann senkreoht auf der Sintrittsfllohe stehen, in welohem Fall ein gesoar derter lusserer Spiegel (parallel tut Qrensflfiohe) Verwendung finden kannι un das reflektierte Bündel auf einem verschobenen Weg parallel sur Richtung der einfallenden Strahlung verlaufen su lassen· Vorzugsweise jedoch erfolgt dies durch Totalreflexion Ib ersten Kristall, su welchem Zweck dieser eine parallel sur Eintritt sf liehe verlaufende Austrittstliehe und eine parallel sur urensflloHt verlaufende vierte wirksame FlSohe aufweist. Bei einer derartigen Ausftthrungsfora kann die Austrittsfliehe mit der Austritt sflSche des »weiten Kristalle in einer Ebene liegen, und diee iet die ftlr die in den zeichnungen dargestellten und ia folgenden n&her beschriebenen Aueftthrungsbeispiele gewählte Konfiguration» Ee zeigen

Fig· 1 und JA Vorrichtungen mit negativen einachsigen Krletallen,

Fig. 2 zur jtlrlSuterung bestimmte «Zinke 1 und Parameter der \Torriohtung,

Fig· 3B eine Vorrichtung mit einem positiven einaohsi* gen Kristall»

Fig· 3C eine Abwandlung, bei der zweiachsige Kristalle benutzt werden,

Fig· 4 eine Anordnung von drei *blenkro!richtungen ait geeigneten elektro-optisehen Schaltern, mittels deren ein StrahlungubOndel auf vier Auetrittswegen gelenkt werden kann·

In Fig. 1 und 2 tritt ein Strahlungsbündel bü in eine lintrittsflSohe A ein* Jas bündel ist entweder in der Zeiohenebene

• BAD ORIGINAL

1O90O9/QS81 „ . .

-4- ».,17« ¹⁶³⁹³⁵°

(Bündel P) oder senkrecht zur Zeiohenebene (bündel P¹) polari-

- Anfang« wird der Einfachheit halber angenommen, dues der erste Kristall X. und der zweite Kristall X„ so genau gesohnitten sind, dass sie unmittelbar aneinander anliegen kSnnen ■it einer GreniflSohe B, ohne dass optisch angepasstes Verbindungameterial erforderlich ist.

Jie Eintritteweg des Bündels verlauft in der Zeichnung horizontal und schneidet die Qrenzfllchc B unter eines Win· kel W (fig. 1 und 2), so dass der Einfallswinke Lan der Grenzflftohe (90* ψ β) betragt (Fig. 2). Der Winkel zwischen der Grenzfläche B und 4er oberen Flache des Kristalle X₂ ist auch gleich tt, weil diese obere Flache parallel zur Riohtung der eintretenden Strahlung gejwählt ist, aber dies ist belanglos·

Wie nachstehend naher er Hute rt wird« geht das Bündel bu, wenn es die Polarisation P hat, durch B hindurch und tritt aus der zweiten Austrittsflache als ein Auegangsbündel b2 aus« während es, wenn es die Polarisation i· aufweist, ia Kristall XI total oder . nahezu total reflektiert wird, so dass es als Auetrittebündel b1 austritt.

Die in Fig· 1 -dargestellte Ablenkvorrichtung besteht aus zwei Jtüoken (X1 und X2) aus (negativen einuohuigem) Kalkspat, deren optische Achsen υ«ΐ und üA2 senkrecht aufeinander stehen· Fttr ein eenkrecht auf die. Fliehe A fallende· Struhlungubflndel bü, das somit durch den ereten Kristall XI in einer Richtung parallel su dessen optische Achse (U 1 hindurchgeht, ist die Brechzahl gleich der ordentliohen breohzahl n, ungeachtet der Polarisatioas· richtung des Bündels, ^in in der Zeiohenebene polarisiertes Bündel

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erfährt keine «.enderung der Brechzahl an der GrensflSchö B zwischen den beiden Kristallen und geht somit durch den zweiten Kristall (X2) hinduroh und tritt unabgelenkt bei b2 aus. Ein senkrecht *ur ^eichenebene polarisiertes Bündel erfahrt jedooh eine Aenderung der Brechzahl an der Grenzfläche B₁ weil die ..rechzahl im zweiten Kristall die des aus^erordentlichen Strahls irt (n ). wenn der Einfallswinkel auf die Grenzfläohe grSsser als der Grenzwinkel «f ist, der duroh

■^{ln 0}C^- Γ" ^{(wobei n}· < ⁿo>
ο

fegeben wird, wird die Jtrahlung an der Grenzfläche B total reflektiert· Nach einer weiteren Totalreflexion an dor Fläche C tritt das Bündel bei b. aus, zwar parallel sum Einfallenden Bündel, aber verschoben· Bas Mass der Parallelversohiebung hängt vom Abstand zwischen den beiden schrägen Flachen des ersten Kristalls ab·

iJg kann nachgewiesen werden, dass der Mind«βtabstand zwischen den austretenden Bündeln (S in Fig. 2) gleich 3 · J) cos 2 ist, wobei die Länge der Ablenkvorrichtung (L in fit;. 2) L - 2D oos² 9 oot 9 ist·

Für Kalkspat schwankt der Grenswinkel für Strahlung im ■ioktbaren Bereioh »wischen 63* und 64* (siehe die nachstehende Tabelle), so dass sich bei einem Einfallswinkel )>0" - fc) von 67* (te - 23*) eine brauchbare Apertur für die Vorrichtung ergibt· _<ine Ablenkvorrichtung, bei der U ■ 23" und S ■ 5 mn» hat a.B, einen Abstand S von 3«5 mm und ein· uäng» h von 20 mm.

tOfttOS/OSII

BAD ORlGlNAU

	-6-	•	ⁿe	PHB.51716¹ 639350	18»
	IiULLI		1.506		7'
Wellenlange in	1» ⁿo		1.494	•Co	55·
0,5405	1.701	1,468	62·	41»
O,4540(vollett)	1.675	1.486	65·	52·
0,5460(grünJ	1,662	1.4Θ5	65'	56·
0,5892	1.650	1.484	65·
0,6562(rot)	1.654		65·
0,7665	1.652	65'
*

Die beiden Kristalle aflssen In optischer Berührung sein («as sohver verwirkliohbar ist) oder mittel· eines Klebstoffs alt einer Breohsahl, die gleich oder etwa gleioh n_Q ist, alt einander verkittet sein. Ia letzteren Fall folgt die Totalreflexion an der Crensflffohe swisohen dem Klebstoff und dem zweiten Kristall·

Bei einer praktischen Anwendung geht der Vorrichtung ein elektro-o^tlecher Schalter voran, der die nufgube hat, die Polarisationsebene des üiingangsbündele b0 ua 90* su drehen, wodurch das Ausgangsbündel yoa einer Stolle sur anderen geschaltet wird· (Hat das einfallende Bündel b0 eine andere Polarisationsriohtunc als die beiden vorerwähnten Hiohtungen, so tritt strahlung an beiden Stellen aus| die relative Jtlrke der beiden auetretenden Bündel hangt dabei von der GrSsse der Komponenten des Bündels alt Polarisation in der einen bsw. in der anderen Riohtung abj.

Die Torriohtung kann alt anderen einachsigen Kristallea alt ^rosier Dlfferen· swisohen den Brechzahlen η und η hergestellt W9TU9n bei geeigneter nahl von 9, ma4 die Kristalle brauohoa aitthtt «i« iü Itsohrlobonen Fall, aogatife tlaKOhtig« Kalkspatluri»· lalle «u, tiiSj sondern sie ktonen auch psaitire «inachsige Kristall·

10II09/0Ü1 · BADORtGlNAL

Min (β Nn ), wobei die Richtungen der optischen Achten üb 90" gedreht Bind, wie in Fig.JB angegeben ist· (Die Fi£. 3*.und )B ■eigen einen sohematisohen Vergleich der beiden Falle).

Sin dritter Fall it möglich als eine Abwandlung Bit zweiachsigen Kristallen und ist schematisch in Fig. 3ü dargestellt.

Kompliziertere Anordnungen können gebaut werden, um ein BUndel swieohen mehr als swei Hegen zu schalten. Fig.4 zeigt z.B. eine "Baue"-anordnung» die bei einer Farbfernsehwiedergabevorrichtung Anwendung finden kunn· us werden drei Vorrichtungen P1, P2 und PjJ benutzt, die tob an Hand einer oder mehrerer der Fig· 1,2 und 3 beschriebenen Typ sein kSnnen. Die erste Vorrichtung (P1) sohaltet das Singsngsbttndel bO zu einem Ton swei Zwisohenwegen «11 und bi2. Die Vorrichtungen P2 und P3 tind "Rücken an Hucken" in Fluent mit den re<;en bi1 bzw. bl2 angeordnet und liefern zusaBBen vier mogliohe Auetrittewege (b1, b2, b3 und b4), von denen auf bekannte .Yeise beliebig einer durch geeignete steuerung der elektrooptischen Schalter Ed und E02 gewählt werdun kann. Solche oahalter werden benutzt, um die iolarisationsebene uni 90· zu drehen und dadurch das Bündel von einer Stelle zur anderen zu schalten. Diese äohulter können ··»· ϊ».·ττ seilen oder auf dem Pockels-Effekt busierende Vorriohtungen sein, die z.B. aus AJP (primfirem Aaaoniumphosphut) oder KDP (primären Kuliumphosphat) hergestellt sind.

Fic· 3C zei^t einen zweiachsigen Kristall mit drei senkreoht aufeinander stehenden Achsen x, y und ζ und drei entsprechenden Breohzahlen η , η. und η . Zwisohen diesen urechzahlen

a D ο

beeteht.diu nachstehende Beziehung!
^aa<ⁿb<ⁿo

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BAD OBlGlNAL

.β. PHB. 31716 1^39350

und ·β ist bekanntι dass infolgedessen die optischen Achsen in der x-e-iibene liegen, (in der Figur eteht die /ichse y senkrecht auf der uei-chenebene und ist perspektivisch dargestellt).

Bei der Vorrichtung nach Fig. 3C (die eine der drei möglichen Achsenkoabinationen bildet) ist die Brechzahl für in der Zeichenebene polarisierte Jtrahlung in beiden Kristallen gleich n. . Diese strahlung wird nioht abgelenkt. Für in einer Ebene senkrecht zur Zeiohenebene polarisierte Strahlung Ändert sich die Brechzahl an der Grenzflftuhe roh η in η · Ist der Einfallswinkel auf die Grenzflache grCeser als dar Jrenzwinkel, der durch sin o< · η ι η gegeben wird, so wird die strahlung total reflektiert.

Obgleich die Vorrichtung nach Fig. 3C eine Abwandlung der Erfindung ist, in den drei (statt zwei) Werte von η vorliegen» fallt sie (mit den anderen Auaführungaforaen) unter eine allgemeine Definition, die auf der Basis von drei senkrecht aufeinander stehenden Richtungen Dl, D3 und 02 gegeben werden kann, die den Dichtungen x, y bzw. ζ der Fig· 3C entsprechen.

Tatsächlich besteht bei statliohen Aus führungsf omen die Vorrichtung aus einem ersten doppelbreohenden Kristall und einen zweiten Kraitall aus den gleichen Material» wobei eine Hauptachse im ersten Kristall senkrecht auf der gleiohen Hauptachse im zweiten Kristall steht und beide Aoheen parallel zu entweder D1 oder D3 aind, derart, daae für ein einfallendes Bündel, das in einer Richtung parallel zu Ώ2 polarisiert ist, beide Kristalle die gleiohe Brechzahl heben, wahrend für ein zweites Bündel» das in einer dichtung parallel zu S3 polarisiert ist, die Breohzahl an der Grenzfllohe von eines hohen zu einen niedrigen Wert geht·

1 09809/05$ 1 BAD ORIGINAL

Der Einfallswinkel des Bündels auf dio Grenzfläche let in all diesen Fallen kleiner als der Grenzwinkelfl( für das zweite bündel, und dieser Grenzwinkel wird definiert durch

ⁿl

wobei n.j und n₂ die Brechzahlen ia ersten bzw. in zweiten Kristall sind·

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Claims

-10- PHB. 31716

QIT ₁ AJf SPffUtfCHE ι

1J Vorriohtung ium Ablenken eine· polarisierten Strahlungsbündel·, die einen doppelbreohenden Kristall alt einer Orensfllohe enthalt, auf die die Strahlung nach Eintritt in den Kristall, unter eine« Äinfallsvinkel trifft, der grSsser als der Crenswinkel für in einer Ebene quer sur Einfallsebene des Bündels auf die GrensflSohe polarisierte Strahlung ist und der kleiner als der Grensvinkel für in einer Ebene in. der Einfalleeben· des Bündels auf die OreasflSohe polarisierte Strahlung ist, daduroh fekennseiohnet₉ da·· die Grenxfllohe völlig oder nahesu völlig mit der Grenxf liehe eines «weiten 'doppelbreohenden Kristalls aus dem gleichen Material susammenflllt, derart, dass ent« sprechende Hauptachsen beider Kristalle senkreoht aufeinander stehen· 2· Vorrichtung naoh Anspruoh 1, daduroh gekennzeichnet, dass die Kristalle durch eine Sohieht aus einem Terblniutigsmaterial mit einer Breohsahl, die gleloh oder nahesu gleioh einer der beiden Brechzahlen der Kristalle ist; voneinander getrennt ei*d.

3· Torriohtung naoh Anspruoh 1 oder 2» dadurch gekennseiohnet, da·· die.betreffende Hauptachse der ersten Kristall· parallel sur Hiohtung der einfallenden Strahlung let·

4» Torriohtung nach Anspruoh-1₉ 2 oder 3t daduroh gekennseiohnet, dass die Kristalle negative einachsige Kristalle aind und dass die be· treffende Hauptachse die optisohe Aohse ist· 5· Vorrichtung naoh Anspruch 1 oder 2, daduroh gekennseiohnet, dass die Kristalle positive einaohsige Kristall· sind und dass die betreffen de Hauptachse die optische Aohse ist, die im sveiten Kristall parallel sur Richtung der einfallenden Strahlung ist· 6· Vorrichtung naoh einem der vorstehenden Anaprttohe» daduroh gekeaM·^ »•lohnet, dass beim ersten Kristall die Austrlttafllohe mit der Au·· trlttafl&ohe des »weiten Kristalls in einer Ebene liegt·

109809/0661 bad original

7· Vorrichtung nach einer: oder mehreren der vorstehenden Ansprüche_f bei der die Kristalle zweiachsige Kristalle sind und die betreffende Hauptaohse ein· der X-, Y- und J-Achsen der Kristalle iet»
8· Vorrichtung nach «inen oder mehreren der vorstehenden Ansprüohe» dadurch gekennzeichnet! daus sie mit einer modulierten dreifarbigen Strahlungsquelle kombiniert ist, die einen Teil einer Farbfernsehwiedergabevorrichtung bilden kann·

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