DE2038352B2 - Lichtleiterplatte zur bilduebertragung - Google Patents

Description

Bekannt ist eine Lichtleiterplatte aus einer Vielzahl optischer Fasern, die jesveils einen Ke nteil aus einem Lichtleiterstoff mit hohem Brechungsindex und einen Mantel aus einem LichtleiterstofF mit kleinem Brechungsindex aufweisen; diese Lichtleiterfasern sind nebeneinander angeordnet und festgelegt. Eine solche Lichtleiterplatte wird als Sichtbildplatte an einer Kathodenstrahlröhre benutzt, damit das von dem Fluoreszenzschirm ausgesandte Licht unmittelbar aufgezeichnet werden kann. Innerhalb einer solchen Lichtleiterplatte übertragen die einzelnen optischen Fasern eine Lichtmenge auf Fleckbasis, so daß das Auflösungsvermögen durch den Durchmesser der optischen Fasern begrenzt ist. Wenn man auch das Auflösungsvermögen durch Verringerung des Faserdurchmessers bis zu einem gewissen Grade verbessern kann, ist eine Beschränkung des Durchmessers der optischen Fasern vorhanden und entsprechend des Auflösungsvermögens, weil die Herstellung optischer Fasern mit einem Durchmesser von weniger als 10 μ Schwierigkeiten mit sich bringt, überdies wird die Herstellung einer Lichtleiterplatte aus optischen Fasern immer umständlicher und weniger wirtschaftlich, je mehr der Faserdurchmesser abnimmt.

Wenn eine Lichtleiterplatte durch Bündelung einer Vielzahl optischer Linsen als Vielfachlinsenplatte hergestellt ist, läßt sich ein mit Hilfe dieser Vielfachlinsenplatte erhaltenes fotografisches Bild als dreidimensionales Bild wiedergewinnen.

Zur Herstellung einer solchen Vielfachlinsenplatte ist eine langwierige und mühsame Arbeitsleistung zum Schleifen der Oberfläche eines transparenten Stoffes erforderlich, damit man eine Vielzahl sphärischer Oberflächen jeweils mit der vorgeschriebenen Krümmung erhält. Das Schleifen der gekrümmten Fläche einer Mikrolinse mit sehr kleinem Durchmesser erfordert eine sehr große Erfahrung; die Herstellung ist nur mit Handarbeit möglich. Aus diesem Grunde befindet sich die Herstellung von Vielfachlinsenplatten immer noch im Versuchsstadium. Eine Serienherstel lung konnte noch nicht verwirklicht werden.

Zur Behebung dieser Schwierigkeiten wurde bereit eine Vielfachlinsenplatte in der deutschen Offen legungsschrift 1942 601 vom 26. März 1970 vorge schlagen, die aus einer Anzahl zylindrischer ode faserförmiger Lichtleiterelemente besteht, in denen de Brechungsindex jeweils vom. Mittelteil gegen dei Umfang hin abnimmt. Diese Lichtleiterelemente sine jeweils in paralleler Ausrichtung der Mittelachsel gebündelt. Die gebündelten Lichtleiterelemente wer den durch ein Bindemittel festgelegt und fixiert sowi< auf die gewünschte Länge zugeschnitten. Bei diesel Anordnung ist kein Schleifen oder Polieren gekrümm ter Flächen von Mikrolinsen erforderlich. Infolgedessen kann eine solche Viellachhnsenplatte serienmäßig hergestellt werden.

Da jedoch die einzelnen Faserelemente einen Kreisquerschnitt haben, bleiben zwischen benachbarter Fasern Spalten frei, die zur Bildübertragung nicht beitragen.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Lichtleiterplatte, bei der im wesentlichen der gesamte Flächenbereich der Lichtleiterplatte einen Beitrag zur Bildübertragung liefert. Außerdem soll die Lichtleiteranordnung möglichst einfach hergestellt werden können, damit sie sich Tür eine Serienproduktion eignet. Vor allem soll die gegenseitige Anordnung der einzelnen Lichtleiter ohne Schwierigkeiten möglich sein. Damit soll eine Verringerung der Herstellungskosten erreicht werden.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Lichtleiterkörper einen Rechtkantquerschnitt haben und einen zu beiden Seiten einer Mittellängsebene in Abhängigkeit vom Abstand zu der Mittellängsebene abnehmenden Brechungsindex aufweisen und daß in Lichtdurchgangsrichtung der Anordnung mindestens zwei Lichtleiterglaskörper hintereinander angeordnet sind, deren genannte Mittellängsebenen parallel zur Lichtdurchgangsrichtung ausgerichtet sind und einander schneiden.

In weiterer Ausbildung schlägt die Erfindung vor. daß die Mittelebenen von hintereinander angeordneten Lichtleiterkörpern einander senkrecht schneiden.

Eine Lichtleiterplatte nach der Erfindung besteht aus transparenten Elementen mit quaderförmiger Gestalt, so daß diese Elemente ohne Schwierigkeiten untei vollständiger Raumausfüllung ancinandergesetzt werden können. Die gesamte Fläche dieser Lichtleiteranordnung trägt zur Lichtübertragung bei. so daß die Ubertragungsintensität sehr günstig ist.

Eine Lichtleiterplatte nach der Erfindung ist für die Bildübertragung geeignet und kann als Sichtbildplatte einer Kathodenstrahlröhre Anwendung finden.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert, welche darstellen:

Fig. 1 (a) eine vergrößerte perspektivische Teilansicht einer Lichtleiterplatte nach der Erfindung, F i g. 1 (b) die Platte nach F i g. 1 (a) im Aufriß,

Fig. 2(a) eine nochmals vergrößerte perspektivische Teilansicht von benachbarten Einzelelementen der Lichtleiterplatte nach den F i g. 1 (a) und 1 (b).

Fig. 2(b) und 2(c) Schaubilder für die Verteilung der Brechungsindizes in den Einheitselementen nach Fig. 2(a),

Fig. 3, 4(a) und 4(b) jeweils schematische Dar-

Stellungen der Lichtwege von Parallelstrahlen, die in Einheitsclemente der Lichtleiterplatte bestimmter Dicke eintreten und

Fig. 5(a), 5(b) und 5(c) perspektivische bzw. Aufrißansichten von abgewandelten Lichtleiterplatten nach der Erfindung, die Mikrolinsen mit dreieckigem oder sechseckigem Querschnitt ergeben.

Die Fig. 1 (a) und 1 (b) zeigen eine Lichtleiterplatte aus zwei Gruppen Al und A2 transparenter Lichtleiterelemente. Eine erste Gruppe A1 besteht aus einer Anzahl m, transparenter Elemente, die in Richtung einer x-Koordinate aufeinandergestapelt sind und jeweils eine Breite rf,, eine Dicke I₁ und eine Länge Z₁ haben; der Brechungsindex ändert sich im wesentlichen nach der bekannten Beziehung

mit H₁, aN Brechungsindex in einer Mittelebene ν = 0 in der Mute der Breite ι/, und mit α als einer position Konstanten. In ahnlicher Weise besteht die Gruppe .4 2 aus einer Λη/ahl transparenter Elemente m₂. die in Richtuni; einer senkrecht zu der x-Koordinate ausgerichteten V-Koordinate aufeinandergestapelt sind und jeweils eine Breite (/,. eine Dicke r_: und eine Lange I₂ haben: deren Brechungsindex ändert sich nach der folgenden Beziehung

der Größe o, eines Brechungsindex der Größe π in einem Punkt und einer Änderungsgröße ^ des Brechungsindex in dem genannten Punkt in Querrichtung gilt die folgende Gleichung

1 _ J_ _dn_
"7 ~~ ΊΪ dN "

.V₁ -- .V₀Il h Y¹)

(2)

mit .V₁, als Brechungsindex in der Mittelebene Ϊ' = 0 in einen Mittelpunkt der Breite d₂ und mit b als einer positiven Konstanten.

Die Gruppen A 1 und .12 der transparenten Elemente werden so zueinander ausgerichtet, daß die jeweiligen x-. y- und z-Koordinatenachsen sowie die X-. Y- und Z-Koordinatenachsen jeweils in gleiche Richtungen weisen, so daß die x- und V-Richtungen längs deren sich die Brechungsindizes ändern, senkrecht zueinander ausgerichtet sind. Die Lichtleiteranordnung mit den Dicken f, und f, der Gruppen und einem festgelegten Abstand zwischen den Gruppen .4 1 und .4 2 bildet eine Vielfachlinsenplatte mit überragenden Vorteilen.

Eiin Verfahren zur Herstellung transparenter Elemente der vorliegenden Art ist in der deutschen Offenlegungsschrift 1913 358 vom 20. November 1969 vorgeschlagen. Danach wird eine Glasplatte mit bestimmten Kationen zur Bildung eines Abwandlungsoxids des Glases und mit einem merklichen Beitrag zur Vergrößerung des Brechungsindex, beispielsweise Thalliumionen, der Einwirkung eines Salzes ausgesetzt, das eine andere Art von Kationen zur Bildung von Abwandlungsoxiden, jedoch mit kleinerem Beitrag zur Vergrößerung des Brechungsindex, beispielsweise Alkaliionen enthält, damit die Glasplatte eine Verteilung des Brechungsindex mit allmählicher Änderung von der hinwirkungsgrenzfläche in das Innere erhält. Die Glasplatte wird anschließend in eine Vielzahl von Elementen entsprechender Abmessung geschnitten. Diese Elemente werden dann geschliffen und poliert.

Im einzelnen wertet die Erfindung die bekannte Tatsache aus, daß Lichtstrahlen, die sich in einer Glasplatte mit der genannten Änderung des Brechungsindex in einer Richtung quer zur Lichtausbreitungsrichtung, allmählich gegen denjenigen Teil der Glasplatte abgebogen werden, wo der Brechungsindex größer als in anderen Teilen ist. Unter der Annahme eines Krümmunusradiusscs des Lichtstrahls Aus diesem Grund breiten sich Lichtstrahlen, die in eine Oberfläche einer Glasplatte mit allmählicher Abnahme des Brechungsindex von dem Mittelteil gegen den Randbereich eintreten, und zwar unter einem Winkel kleiner als ein Grenzwinkel, innerhalb der Glasplatte auf einer wellenförmigen Bahn um die

!5 Mittelebene aus.

Aus der Kombination einer Gruppe A1 transparenter Elemente und einer weiteren uruppe η i. einsprechender Elemente gemäß Fig. 1 erhält man eine Anzahl /H₁ ■ m, von Verbundenheiten; zur Vereinfachung wird angenommen, daß gilt: hi, = nu = m. t/, = d_z = d. und I₁ = L = nut. Der Fokussierungseffekt in einer Verbundeinheit wird unten an Hand der F i g. 2(a) erläutert.

Das Zentrum einer Einfallsfläche der Größe d ■ d wird als Koordinatenursprung des ersten transparenten Elements L₁ und das Zentrum einer entsprechenden Fläche des zweiten transparenten Elements L₂ als Koordinatenursprung für dasselbe gewählt. Im ersten Element L₁ hat man die Koordinaten <x. y. :) und im zweiten Element L₂ die Koordinaten (X. Y. Z).

Ein Lichtvektor k\ der in eine Stirnfläche des ersten

Elements L₁ an einer Stelle (X₁. >,, 0) in der Richtung (cos «. cos ,;. cos ;■) einfällt, wird nunmehr für eine Verteilung des Brechungsindex in dem Element L,

in Richtung der x-Koordinate gemäß Fig. 2(b entsprechend Gleichung (1) durchgerechnet Als Er gebnis der Rechnung erhält man die Gleichung füi den Lichtweg in dem Element L₁ der Gruppe .41 folgendermaßen:

X=

sin

C₁

C₁

2uk,,n_u

sin

\Ις,/(" ~CJ -d . \''2aK„n,,

x - - " sin (Vi, - vl

i 2« K₁₁Ii₁, C₂

C₁

, 2iik,,ii,,

sin

Ar.ir.-rf -C3

+ V₁

mit

]k'.. = K = U~ + ki + ki = k,"x k_x = k cos u. ky = k cos //. A-. = k cos ··

Der Vektor A;'ist ein Wellenzahlvektor einer ebene Welle, dessen Richtung mit der Ausbreitungsriclitun der ebenen Welle übereinstimmt.

Da das Element L₁ nur in .v-Richtung fokussicrend wirkt, gilt

k_: = constans = C₁

ky = constans = C₂. 5 cos«, =

Die Richtungskosinus des in das Elcmcnl L₂ eintretenden Lichtstrahls sind

cos /(, = ■-■ ---.

	- (cos2	/' +	cos2	■/)/( I	- aXt)
CON	Il
1 - <	ι Xn
cos	r_

Im Ergebnis erhält man die Lichtausbreitungs-

Die Gleichungen (4), (5) und (6) sind Lichtausbreitungsgleichungen in allgemeinster l-'orm für die Lichtwege innerhalb des Elements L₁. Mit Hilfe dieser Gleichungen läßt sich bestimmen, ob die im to Mittelpunkt (.v, = y, = 0) des Elcmcnis L₁ in der genannten Richtung eintretenden Lichtstrahlen in einem Mittelpunkt (X = Y = 0) nach Durchgan« durch das Element L₁ konvergieren oder nicht. Der

Koordinatenursprung (X. Y. Z) wird wie erwähnt 15 gleichung für das Element L₂ folgendermaßen: in das Zentrum der Eintrittsflächc des Elements L, gelegt. Die Verteilung des Brechungsindex in V-Richtung innerhalb des Elements L₂ folgt der Gleichung (2).

Zur Vereinfachung der Rechnung werden die Verteilungskonstante h des Brechungsindex sowie der Ausgangswert N₀ des Brechungsindex im Zentrum für das Element L₂ gleich wie für das Element L₁ entsprechend Fig. 2(c) angenommen, so daß also gilt a = b und H₀ = /V₀.

Aus Gleichung (4) laßt sich der Einfallspunkt A'„ der Lichtstrahlen für das Element L₂ folgendermaßen erhalten:

und

V = Y_n cos

d Y

Z=O

1/5«

r-=— sin

)/2aZ

mit d Y

COS²;-,

d.v
dr

sin

C₁

dx
dr

Z=O=I/ sin ο

- 1

COS₇,

(121

(8)

Wenn gleichzeitig,die BedingungX = 0 und > = (1 erfüllt sein soll, erhält man aus den obigen Lichtausbrcilungsgleichungcn eine Beziehung

40

cosjl

COSy tan i -

sin²// - cos² v

(1 - aX₀-)- cos²/i-

cos²

Xj und χ] stellen jeweils den Einfallspunkt eines Lichtstrahls für das Element L₁ sowie die Neigung in diesem Punkt dar. Größen .x^, und .x^ stellen den Austrittspunkt des gleichen Lichtstrahls aus dem Element L₁ und die Neigung in diesem Punkt dar. Es gilt dann die Beziehung:

= ^Ta [1 + αχ², +

- sin |·'2«ίϊ}±

45

Wenn die Werte a£_{ und 1/2 (tf genügend klein gegenüber 1 sind, kann man X₀ folgendermaßen ausdrucken:

—I

dz I

z=0

sin

X_n =

und entsprechend nach Gleichung (6)

(8'

Diese Beziehung ist immer erfüllt für /» = y . Die*

bedeutet, daß die durch das Element L₂ tretenden Lichtstrahlen in einer Stelle auf der Z-Achse fokussiert werden. Für ,·* 4= y schneiden die Lichtwege die Z-Achse an verschiedenen Stellen in Abhängigkeit von den Einfallsbedingungen: deshalb haben solche Strahlen normalerweise eine geringere Konvergenz. Wenn jedoch der Einfallswinkel der Lichtstrahlen vergleichsweise klein ist und das Licht in die Stirnfläche des Elements L_n im wesentlichen längs der r-Achse eintritt und wenn außerdem \1ä t_t vergleichsweise klein ist, ist die obige Bedingung (13) im wesentlichen erfüllt. Aus diesem Grunde werden solche Lichtstrahlen als konvergent angesehen.

In dem zuerst genannten Fall mit /i = y lassen

sich die Lichtausbreitungsgleichungen für das Element L₁ folgendermaßen ausdrücken:

65

ν
⁰

COSy

*i -

(9)

= Xi COS

C₁

sin

(ο

_C ι punkt zusammenfallt, muß die Dicke f, des Elements L₁ die folgende Beziehung erfüllen:

tan

j cos

(15) ¹ (—), V -τ/

(19)

Wenn
und 1/2
sich die

in diesen Gleichungen die Werte von αχ* (χ))² genügend klein gegenüber 1 sind, lassen Gleichungen umformen:

+ T^

(16) die sich aus den Gleichungen (16) und (17) ergibt.

Wenn die Dicken der Elemente L, und L₂ nach ,o den Gleichungen (18) und (19) gewählt werden, ergibt sich aus den Lichtausbreitungsgleichungen (16) und (17) für Lichtstrahlen mit kleinem Einfallswinkel, daß ein Einfallslichlstrahl, der in das Element L_x an beliebiger Stelle (Xj. y„ O) eintritt, in das Element L₂ Y₁) eintritt mit:

= - \^r2α

ι sin YIc

+ x] cos /2«J₁. (17) in einem Punkt (X₍

A", = χ, cos

Y₁ = ν.

fla I₁

(20)

Diese Gleichungen stellen die Lichtausbreitungsgleichungen im Sinne der Erfindung für eine Vcrbundeinheit (L₁, L₂) dar, wo die Elemente L₁ und L₂ mit einander senkrecht schneidenden Mittelebencn angeordnet sind..

Durch Auswahl der Werte der Dicken f, und J₂ kann man eine Linsenanordnung erhalten. Die Dicken der Elemente L₁ und L₂, die für eine Fokussierung eines einfallenden Parallellichtbündels in eine Stirnfläche des ersten Elements L₁ in einem Punkt in der Austrittsfläche des Elements L₂ erforderlich sind, lassen sich berechnen. Nach Fig. 3 ergibt sich die Dicke des Elements L₂, die eine Fokussierung eines einfallenden Parallellichtbündels längs der Mittelebene des Elements L₁ in einem Punkt aul der Z-Achse des Elements L₂ ermöglicht, an Hand der Gleichung (16) zu

U =

la

(18)

Andererseits wird ein Einfallslichtbündel, das in einem Punkt (x, 0, 0) der x-Achse eintritt, gegen die Mittelebene (x = 0) hin gebrochen; nach Durchgang durch einen Punkt x₀ auf der Austrittsseite des Elements L₁ breitet sich der Lichtstrahl innerhalb des Elements L₂ mit einer konstanten Neigung

2 fTa mit einem Einfallswinkel

X'i = - i'2(ix,sin 1'TTjJ₁. (21)

Infolgedessen lassen sich die Lichtausbreitungsgleichungen innerhalb des Elements L₂ folgendermaßen ausdrücken:

X = XJ Z+.v, )

(22) Y = Y₁ cos 12« J, j

Wenn die Gleichungen (20). (21) und (18). (19) in die Gleichungen (22) eingesetzt werden, erhält man X = Y = O. Dies bedeutet, daß alle Paiallellichtstrahlen, die in die Einfallsstirnfläche des Elements L₁ eintreten, unabhängig von dem jeweiligen Eintrittspunkt in einem Punkt fokussiert werden, der im Zentrum der Austrittsfläche des Elements L₂ liegt.

Wie man aus einem Vergleich der Gleichung (18) mit der Gleichung (19) ersieht, ist die Dicke J₁ des Elements L₁ kurzer als die Dicke J₂ des Elements L₂. Wenn die tatsächliche Dicke des Elements L₂ nach Gleichung (19) gleich der Dicke J₁ des Elements L₁ gewählt wird, liegt der Fokussierungspunkt nach Fig. 4(a) im Außenraum des Elements L₂. Da die Eintrittsseite und die Austrittsseite der Verbundeinheit symmetrisch bezüglich der vertikalen Mittelebene sind, stellt diese Verbundeinheit eine Linse dar. Die Brennweite /, der Abstand /1 der Hauptebene der Linse sowie der Abstand s des Brennpunktes jeweils von der Endfläche der Verbundeinheit läßt

sich folgendermaßen berechnen:

bis zum Schnittpunkt mit der Z-Achsc aus Damit dieser Schnittpunkt mit dem zuerst genannten Scnnitt-

1 Γft

s =

h =

H₀ |/2äsin flat
[cos flat- tan"¹-^sin fTaA (24)

lat

Γΐ-L

cos tan ¹^-sin |/5ärl. (25)

Da die Dicke t durch Gleichung (19) eingeschränkt ist, lassen sich die obigen Gleichungen folgendermaßen vereinfachen:

s = 1,01

/ = 1,86

Ι6Ϊ

(26) h = 0,86

(28) 209 532'416

Wenn die Dicken der Elemente L₁ und L₂ nach Gleichung (18) bestimmt werden, schneiden die Brennlinien der Elemente L₁ und L₂ einander senkrecht in der Grenzfläche der Elemente L₁ und L₂. Infolgc-Allgemein läßt sich der Abstand der Brennlinic. gemessen von der Stirnfläche eines Lichtleitcrclcmcnts der Dicke f mit Konvergenzeigenschaften in bezug auf eine Achsrichtung, folgendermaßen ausdrucken:

"ο

cot flat

(29)

Wenn deshalb die Lichtlciterelemente der Dicke r, und t₂ miteinander kombiniert werden, so daß ihre Brennlinien einander senkrecht schneiden und wenn ein Abstand (s, + .V₂) zwischen den Lichtleiterclcmenten eingehalten wird [s, und S₁ sind die jeweiligen Werte s, die man durch Substitution von I₁ und t, in Gleichung (29) erhält], erhält man eine Linsenanordnung mit einem Brennpunkt im Schnittpunkt der obengenannten Brennlinien.

Wenn ferner drei Lichtleiterelemente L₁. L₁ und L, mit jeweils gleicher Dicke /, , der Elemente L₁ und L₁ und mit einer Dicke t₂ des Elements L₁ verwendet werden, wenn ferner die Beziehungen zwischen den Werten t_lmi und f₂ gelten:

= - tan -γ-

2α ί,

— ;r— = — tan

(30)

(31)

und wenn die Lichtleiterelcmcnte in der Reihenfolge L₁. L₁ und L, angeordnet sind, wobei die Verteilung des Elements L₁ im wesentlichen senkrecht zu derjenigen der Elemente L₁ und L, eine Änderung aufweist und die Mittelebenen der Elemente L₁ und L, zusammenfallen, dann hat die Gesamtanordnung Hauptebenen, die mit den Stirnflächen übereinstimmen, so daß ein Gegenstand in unmittelbarer Nähe mit einer Stirnfläche der Lichtleiter-Gesamtanordnung ein gleich großes, aufrechtes Bild in der anderen Stirnfläche ergibt.

Infolgedessen kann diese Gesamtanordnung als Sichtbiidplatte mit LinsenwirUung und Auflösungsvermögen benutzt werden. Da die Sichtbiidplatte nach der Erfindung im wesentlichen den gesamten Flächenbereich zur Bildübertragung ausnutzt, erhält man ein weit helleres Bild eines Gegenstandes auf der Bildseite. Der Durchmesser der Sichtbildplatte läßt sich leicht ausdehnen.

Die obengenannte Berechnung bezieht sich auf eine Lichtleiter-Verbundeinheit aus zwei oder mehr transparenten Elementen, deren Änderungsrichtungen der Brechungsindizes im wesentlichen senkrecht einander kreuzen. Diese Richtungen brauchen jedoch nicht unbedingt senkrecht zueinander ausgerichtet sein, sondern können sich auch unter einem anderen Winkel schneiden. In diesem Fall läßt sich die Anzahl der Lichtleiterelemente, die in Lichtausbreitungsrich tung hintereinander stehen, die Dicke der Einzelelemente in Lichtausbreitungsrichtung und die Ver teilung der Brechungsindizes in diesen Elementen durch ähnliche Rechnung bestimmen, so daß auch dann eine Lichtleiterplatte mit Linsenwirkung erhältlich ist. die für zahlreiche Anwendungen brauchbar ist.

F i g. 5(a) zeigt beispielsweise drei Gruppen Lichtlciterelcmente. die einander nahe benachbart sind und deren Änderungsrichtungen der Verteilung der Brechungsindizes miteinander jeweils einen Winkel von S 60 bilden. Diese Lichtleileranordnung wirkt ähnlich wie eine Vielzahl gleichmäßig verteilter Mikrolinscn mit Querschnittsformen eines gleichzeitigen Dreiecks oder Sechsecks gemäß den Fig. 5(b) und 5(c).
Die Lichtleiterplattc nach der Erfindung umfaßt

ίο mindestens zwei transparente Lichtleiterelcmcnte mit jeweils innerhalb einer Qucrschnittscbcnc senkrecht zu einer Mittclcbcne in Abhängigkeit von dem Abstand zu der Mittelebene quadratisch abnehmendem Brechungsindex. Die Mittelcbenen der einander ge· genüberstehenden transparenten Elemente schneiden sich jeweils unter einem bestimmten Winkel. Die jeweiligen Querschnittsebenen zu den genannten Mittelebenen der Elemente stehen einander gegenüber. Durch Anwendung einer Lichtleiterplattc nach der Erfindung steht nicht nur eine Vielfachlinscnplatte nach Art eines Facettenauges mit einer Vielzahl gebündelter zylindrischer Linsen zur Verfügung, sondern eine solche Anordnung ist auch einer Verbundanordnung aus zwei Lentikularplatten gleichwertig, die senkrecht zueinander ausgerichtet sind, oder einer Sichtbiidplatte mit einem hohen Auflösungsvermögen. Alle diese Anordnungen sind für die dreidimensionale Fotografie und Holografie brauchbar sowie für eine großformatige Kathodenstrahlröhre zur Faksimilewiedergabe brauchbar. Wenn schließlich beim Zusammenbau der Lichtleiteranordnung eine Lichtabsorberschicht auf die Seitenflächen eines jeden säulenförmigen Konvergenzclements aufgebraucht wird, so daß die Grenzflächen zwischen benachbarten Elcmenten einer Gruppe lichtisolierend sind, läßt sich die Verringerung des Bildkontrastes durch die Bildübertragung ausschalten.

Verschiedene Einzelbeispiele von Lichtleiterplatten nach der Erfindung sollen nunmehr erläutert werden.

Die in diesen Beispielen benutzten Rohplatten werden jeweils in folgender Weise hergestellt. Ein Glasrohstoff mit 48 Gewichtsprozent SiO₂. 12 Gewichtsprozent Na₂O, 16 Gewichtsprozent Tl₂O und 24 Gewichtsprozent PbO wird aufgeschmolzen und zu einer etwa 0,6 mm dicken Glasplatte geformt. Die Glasplatte wird 90 Stunden lang in einem Kaliumnitratbad bei einer Temperatur von 470³C getaucht. Nach dem Herausnehmen aus dem Bad werden beide Oberflächen poliert, so daß man in einem Abstand von etwa 0,5 mm parallele Oberflächen erhält. Die Glasplatte wird dann in einen Elektroofen einer Temperatur von 450° C eingestellt. Der Elektroofen wird mit Wasserstoff beschickt, so daß die Glasplatte reduziert wird. Nach der Reduktionsbehandlung wird

die Glasplatte langsam auf Zimmertemperatur abgekühlt und wieder auf beiden Seitenflächen poliert. Auf den Oberflächen der Glasplatte erhält man infolge der Reduktion von PbO und Tl₂O eine schwarze Lichtabsorberschicht einer Dicke von etwa 30 μ.

Der Brechungsindex in beiden Oberflächen der Glasplatte beträgt 1,572. Die Verteilung des Brechungsindex innerhalb der Glasplatte wird gegen den Mittelteil hin gemessen, indem jeweils ein entsprechender Bereich abgetragen wird. Die Gleichung (1) beschreibt

die gemessene Verteilung des Brechungsindex Der zentrale Wert N„ im Inneren der Glasplatte ergibt sich zu 1.597. Die Konstante λ hat eintn Wen von 0.25 mm"².

Die Kantenteile der Glasplatte werden dann entfernt. Man erhält dann die unversehrten Rohplatten, die in den folgenden Beispielen 1 bis 4 benutzt sind.

B e i s ρ i e 1 1

Aus diesen Rohplatten werden kleine säulenförmige Elemente mit einer Dicke von etwa 2 mm und einer Länge von etwa 55 mm ausgeschnitten. Etwa 100 Elemente werden in Breitenrichtung (Dickenabmessung der Rohplatte) aufeinandergestapelt. Die plattenförmigc Anordnung hat eine Größe von etwa 55 χ 53 χ 2 mm Dicke. Diese Anordnung wird auf beiden Stirnflächen poliert, so daß man zueinander parallele Stirnflächen erhält. Die Gesamtdicke der Platte beträgt etwa

f, = -_r--^ tan

\[2a

80 mm .

Entsprechend werden kleine säulenförmige Elemente mit einer Dicke von 3 mm und einer Länge von etwa 55 mm aus der Rohplatte ausgeschnitten. 100 solcher Elemente werden in Breitenrichtung aufeinandergestapelt. Eine plattenförmige Anordnung mit einer Dicke von etwa 3 mm wird poliert, bis man eine Enddicke von

Diese Lichtleiterplatte hat einen Brennpunkt in einem Abstand s = 0,89 mm von der Stirnfläche, was mit einem parallelen Einfallslichtbündel gemessen wird, das in die Eintrittsstirnfläche der Lichtleiteranordnung eintritt. Damit stellt die Lichtleiterplatte eine Vielfachlinsenplatte mit etwa 40 000 Mikrolinsen jeweils mit einer Brennweite / = 1,65 mm dar. Eine solche Lichtleiterplatte erzeugt umgekehrte Bilder eines Gegenstandes unter unterschiedlichen Betrachtungsrichtungen desselben. Eine solche Lichtleiterplatte läßt sich für die sogenannte Integral-Fotografie benutzen, die ein Hauptverfahren für die dreidimensionale Fotografie darstellt.

Beispiel 3

Aus der genannten Rohplatte werden eine Anzahl Einzelelemente ausgeschnitten. Man stellt vier Plattenkörper aus jeweils etwa 100 Einzelelementen, die in Breitenrichtung aufeinandergestapelt werden, zusammen. Von diesen vier Plattenkörpern bringt man zwei durch Polieren auf eine Enddicke

/ = 2,22 mm

I .τ _ _

I₁ = —-— · — = 2,22 mm
\[2a 2

\"\^r2a"2j'

i°

erreicht.

Die beiden Platten werden dann so zusammengebracht, daß die Stapelrichtungen in beiden Platten aufeinander senkrecht stehen. Man erhält damit eine Lichtleiterplatte einer Gesamtdicke von etwa 3,02 mm. einer Breite von etwa 53 mm und einer Länge von etwa 53 mm.

Wenn ein Parallellichtbündel die Anordnung aufseiten der 0,80 mm dicken Platten erreicht, ergeben sich zahlreiche Brennpunkte (100 χ 100 Brennpunkte) in der Austrittsfläche der Lichtleiteranordnung. Eine solche Lichtleiteranordnung ist zum gleichzeitigen Drucken verkleinerter Ansichten eines Gegenstandes aus verschiedenen Richtungen für die dreidimensionale Fotografie und für die Holografie brauchbar.

Beispiel 2

Aus der genannten Rohplatte werden zahlreiche etwa 100 mm lange und etwa 2 mm dicke Einzelelemente ausgeschnitten. Etwa 200 dieser Elemente werden in Breitenrichtung aufeinandergestapelt, so daß man einen Plattenkörper mit etwa 2 mm Dicke und Querabmessungen 100 χ 100 mm erhält. Zwei derartige Plattenkörper werden auf beiden Stirnflächen poliert, bis die Dicke von 2 mm auf einen Wert

t = 0.80 mm

\2a

60

herabgesetzt ist. Die beiden Plattenkörper werden dann λο aufeinandergelegt, daß jeweils die Stapelrichtungen der Einzelelemente aufeinander senkrecht stehen. Man erhält damit eine Lichtleiterplatte mit den Abmessungen 100 χ !00 κ 1.60 mm.

die beiden anderen ebenfalls durch Polieren auf eine Enddicke ί = 1,50 mm. Die beiden ersten Plattenkörper werden so zusammengestellt, daß die Stapelrichtungen aufeinander senkrecht stehen, so daß man eine Lichtleiterplatte mit 4,44 mm Dicke und in den Abmessungen von etwa 50 χ 50 mm erhält.

Das zweite Paar Plattenkörper wird ebenfalls mit senkrecht aufeinanderstehenden StapelrichU ngen zusammengefügt. Zu den Verbundplatten kommt eine Glasplatte mit einem Brechungsindex n_a = 1,520, die auf eine Enddicke gleich dem doppelten Wert /J₀S entsprechend Gleichung (29) poliert ist, nämlich n₀ · S ■ 2 = 1,15 mm. Diese Glasplatte wird zwischen die beiden genannten Verbundplatten eingefügt. Die drei Komponentenplatten werden zu einer Gesamtanordnung mit einer Dicke von 4,16 mm und Querabmessungen von 50 χ 50 mm verbunden. Die Lichtleiteranordnung zeigt Fokussierungslinien von den Einzelelementen, die einander im Mittelteil senkrecht schneiden. Dadurch erhält man eine Anzahl von Brennpunkten gleich der Anzahl der Schnittpunkte.

Diese Lichtleiterplatte läßt sich im Rahmen der Holografie anwenden.

Beispiel 4

Aus der genannten Rohplatte werden eine Anzahl Einzelelemente mit 10 mm Dicke und 220 mm Länge ausgeschnitten. Zwei Platten aus je 100 Einzelelementen, die in Breitenrichtung aufeinandergestapelt sind, werden auf eine Enddicke f_i:, = 2.87 mm poliert. Entsprechend werden von der genai.nten Rohplatte zahlreiche Einzelelemente von etwa 10 mm Dicke und etwa 55 mm Länge ausgeschnitten. Etwa 400 dieser Einzelelemente werden zu einer Platte /12 aufeinandergestapelt. Die Platte A 2 wird auf eine Enddicke t₂ = 5.74 mm poliert. Die Dicken werte i,_₃ und ti erfüllen die obengenannten Gleichungen (30) und (31).

Die Platten Al, Al und /43 werden in dieser Reihenfolge aufeinandergestapelt, wobei jeweils die Stapelrichtungen benachbarter Platien einander senkrecht schneiden. Außerdem werden die Mittelebenen der Platten Al und 43 aufeinander ausgerichtet. Sodann werden die Platten zu einer Verbundanordnung verbunden, so daß man eine Lichtleiterplatte

einer Dicke von 11,48 mm, einer Breite von 50 mm und einer Länge von 200 mm erhält. Wenn ein Gegenstand in unmittelbare Nachbarschaft einer Stirnfläche der Lichtleiteranordnung gebracht wird, erhält man ein aufrechtes Bild gleicher Größe in der gegenüberliegenden Endfläche. Diese Lichtleiteranordnung ist somit als Sichtbildplatte brauchbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Lichtleiterplatte zur Bildübertragung, bestehend aus Lichtleiterkörpern, in denen der Brechungsindex mit zunehmendem Abstand von einem Zentrum quadratisch abnimmt, dadurch gekennzeichne t, daß die Lichtleiterkörper einen Rechtkantquerschnitt haben und einen zu beiden Seiten einer Mittellängsebene in Abhängigkeit vom Abstand zu der Mittellängsebene abnehmenden Brechungsindex aufweisen und daß in Lichtdurchgangsrichtung der Anordnung mindestens zwei Lichtleiterglaskörper hintereinander angeordnet sind, deren genannte Mittellängsebenen parallel zur Lichtdurchgangsrichtung ausgerichtet

UIiU \-lllclllUtl blUUClUCIl.

2. Lichtleitcnlatte nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mehrere säulenförmige Lichtleiterkörper nebeneinander angeordnet sind, deren Mittellängsebenen parallel zueinander und senkrecht zur Plattenebene ausgerichtet sind.

3. Lichtleiterplatte nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelebenen von hintereinander angeordneten Lichtleiterkörpern einander senkrecht schneiden.