DE2111746A1

DE2111746A1 - Vorrichtung zum Sichtbarmachen von Infrarotstrahlen

Info

Publication number: DE2111746A1
Application number: DE19712111746
Authority: DE
Inventors: Dr Roche Ulrich La; Fred Dr Mast
Original assignee: Ciba Geigy AG
Current assignee: Novartis AG
Priority date: 1970-03-13
Filing date: 1971-03-11
Publication date: 1971-09-30
Also published as: IL36372A0; AT314868B; BE764170A; CA939943A; FR2081937B1; IL36372A; FR2081937A1; SE360182B; GB1301954A; NL7103127A; CH534364A

Description

DR, BERQ DtFU-INQ-STAFF

PATENTANWÄLTE ^ ■

θ MÜNCHEN 80, MAUERKIROHERQTR. 4β 2 I I 1 74θ

I BA - GEI GY A G , B A SEL(SGHWEIZ)

Case G 320/E

MUn chen, den 11. März 1971 Anwaltsakte 20 783 ·

Vorrichtung zum Sichtbarmachen von Infrarotstrahlen.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Sichtbarmachen von Infrarotstrahlen, mit einer abbildenden' Infrarotoptik, welche die zu wandelnden Infrarotstrahlen sammelt und durch einen Raster, welcher im folgenden als Infrarotraster bezeichnet wird, auf einen mit der Intensität der Strahlung örtlich verformbaren Flüssigkeitsfilm wirft, welcher das Licht eines optischen Systems, insbesondere einer Schlieren- oder Phasenkontrastoptik steuert.

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Dieser bekannte Bildwandler soll durch die Erfindung insbesondere hinsichtlich seiner Temperaturanpassungsfähigkeit und Empfindlichkeit verbessert werden. Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass der Träger des Flüssigkeitsfilms durch eine frei aufgespannte dünne Membran gebildet ist.

Gemäss einer bevorzugten Erfindungsvariante besteht die Membran und allenfalls auf ihr befindliehe Beläge • aus schlecht wärmeleitendem Material.

Die Infrarotstrahlen und die Lichtstrahlen können von verschiedenen Selten auf den Flüssigkeitsfilm gerichtet sein. Diese Anordnung ermöglicht eine vollständige Entkopplung der deformations- und damit bilderzeugenden Infrarotstrahlung von der Schlieren- bzw. Phasenkontrastoptik. Dadurch wird es auch möglich, den Flüssigkeitsfilm direkt auf einer Spiegelschicht auszubreiten; diese Spiegelschicht und der Flüssigkeitsfilm liegen somit praktisch in derselben Ebene. Hierdurch fallen für das Schlierensystem verschiedene Einschränkungen weg. Bei Verwendung der Spiegelschicht ist der Einfallswinkel des Lichtes der Schlierenoptik auf die Steuerschicht praktisch ohne Belang. Dadurch ergeben sich mannigfaltige Anwendunssmöglichkeiten. Verwendet man beispielsweise ein Schlierensystem, v/elches korr-'rentes Licht benutzt, ■ darm kann man den Bildwandler für Zwecke der optischen Four ier--Tr?!iu;for- ΐ*

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mation verwenden, da eine auf die Steuerschicht geworfene Lichtwellenfront-an dieser eine bildmässig steuerbare Phasenverschiebung erleidet. ·

Im folgenden wjLrd die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel in schematischer Gesamtdarstellung,

Fig. 2 einen vergrösserten Ausschnitt aus Fig. 1,

Fig. 3 bis 10 acht .Detailvarianten zu Fig. 1 bzw. 2₉

Fig. 11 ein zweites. Ausführungsbeispiel in sehe- - matIscher Gesamtdarstellung und

Flg. 12 ein ergänzendes Detail zu den beiden Ausführungsbeispielen.

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Gemäss Pig. 1 besteht die erfindungsgemässe Vorrichtung im wesentlichen aus einem Infrarotwandler W und aus einer Schlierenoptik S. Der Infrarotwandler W besteht aus einer frei aufgespannten Membran "5, welche auf ihrer der Schlierenoptik S zugewandten Fläche mit einem dünnen Spiegelbelag 5 versehen und auf dieser Spiegelfläche mit einem dünnen Flüssigkeitsfilm 6 beschichtet ist, und aus einem vor der freien Oberfläche der Membran 3 angeordneten Raster 2. Die von einem nicht dargestellten Infrarotstrahler ausgesandten Infrarotstrahlen I werden von einer Infrarotoptik Ik gebündelt und fallen durch ein Infrarotfilter 15 auf den Infrarotwandler W und bewirken örtliche Erwärmungen der Membran 3 und damit örtliche Veränderungen der Oberflächenspannung, des auf der Membran ausgebreiteten Flüssigkeitsfilms 6. Zur Sichtbarmachung der hierbei entstehenden Oberflächendeformationen des Flüssigkeitsfilms dient die ' -■ Schlierenoptik S, welche im wesentlichen aus einer Lichtquelle 16, einem Objektiv 19 und einem Barren 20 besteht. Von der Lichtquelle 16 wird ein von den Strahlen 17 und begrenztes Strahlenbündel L auf den Flüssigkeitsfilm geworfen und an dessen Hinterseite von der an der Membran 3 angebrachten Spiegelschicht 5 reflektiert. Das von den Strahlen 17' und 18' begrenzte reflektierte Lichtbündel L' .Wird von der Linse 19 gebündelt und der Pupille 21 der Betrachtungsoptik zugeführt. Hierbei werden jene Strahlen,

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welche an unbelichteten Stellen des Flüssigkeitsfilms 6 auf-"treffen, beispielsweise der Strahl 18, auf den Barren 20 der Schlierenoptik S geworfen und somit von diesem abgedeckt und nicht in der Ebene der Pupille 21 abgebildet. Hingegen werden diejenigen Strahlen, beispielsweise der Strahl 17, welche an belichteten Stellen des Flüssigkeitsfilms β auftreffen, anders gebeugt als die an ubelichteten Stellen auftreffenden Strahlen, und erscheinen als Beugungsordnungen 17"* und 17** ausserhalb des Barrens und symmetrisch zu diesem und werden in der Ebene der Pupille 21 scharf abgebildet. Das Betrachtungsfeld der Pupille 21 ist so gewählt, dass zumindest die ersten BeugungsOrdnungen der gebeugten Lichtstrahlen betrachtet werden können. Je grosser die Intensität der einfallenden Infrarotstrahlen I ist, desto stärker ist die Beugung der Lichtstrahlen an den deformierten Stellen des Flüssigkeitsfilms 6 und desto heller erscheinen die Beugungsordnung I7*" und 17^*· . Diese Vorgänge sind in Fig. 2 vergrössertdargestellt.

Gemäss Fig. 2 dringen die Infrarotstrahlen I durch die Oeffnungen des Rasters 2 in die Membran 3 ein, werden an der Spiegelschicht 5 reflektiert und in der Membran 3 absorbiert. Die durch die Absorption der Strahlen entstehenden lokalen Erwärmungen werden von der Membran 3 .durch die Spiegelschicht 5 hindurch an den Flüssigkeitsfilrn β weitergegeben und führen in diesem zu Einbuchtungen an seiner freien Oberfläche, wogegen an den vom Raster 2 ab-

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gedeckten Stellen Ausbuchtungen entstehen. An den Einbuchtungen werden die auftreffenden Strahlen L der Schlierenoptik anders gebeugt als an den Ausbuchtungen, - so dass die reliefartige Oberflächenverformung der Flüssigkeitsschicht 6 schlierenoptisch auslesbar ist.

Die Spiegelschicht 5 ist sehr vorteilhaft, jedoch für die Punktion der Anordnung nicht unbedingt erforderlich. Das Weglassen der Spiegelschicht ist deshalb möglich, weil bekanntlich an der Oberfläche jeder Flüssigkeit, auch einer optisch durchsichtigen, eine Reflexion der auftreffenden Strahlung zu einem bestimmten Prozentsatz stattfindet. Der Betrag des reflektierten Lichtes L^! liegt für durchsichtige Flüssigkeiten bei etwa k% vom Betrag des auftreffenden Lichtes L. Dies ist für die schlierenoptische Auslesung ausreichend, insbesondere da die Intensität des Lichtes L in weiten Grenzen gesteigert werden kann.

Der Film 6 ist durch eine niederviskose Flüssigkeit gebildet, wobei sich Schichtdicken von 0,2.10 cm bis 10.10 cm als besonders geeignet erwiesen haben. Als Flüssigkeiten eignen sich z.B. niederviskose Kohlenwasserstoffe wie Dekan, Hexan oder Oktan, deren Viskosität zwischen 0,4 und 1 Centipoise liegt. Die Membran 3 ist etwa

-4 η -4
2.10 cm bis 8.10 cm dick und besteht aus einem schlecht wärmeleitenden Material, z.B. aus einem keramischen oder glasartigen Werkstoff oder aus Kunststoff wie z.B. Nitro-

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cellulose. Die Periode des Rasters 2 beträgt ungefähr das 100- bis 300-fache der Dicke des Flüssigkeitsfilms 6. Der Raster 2 kann durch ein Linien- oder Kreuzraster, wie in der Figur angedeutet, oder durch ein Linsenraster etc. gebildet sein. Bei letzterem ist der Durchmesser der einzelnen Linsen mit der Rasterperiode des Linien- oder Kreuzrasters identisch, sodass auch für das Linsenraster die oben angegebene Beziehung zwischen Rasterperiode und Dicke des Flüssigkeitsfilms gilt. *

Da die Membran 3 eine sehr geringe Masse und damit auch eine geringe Wärmekapazität .besitzt, besitzt sie eine sehr hohe Temperaturanpassungsfähigkeit und befindet sich fast augenblicklieh im Temperaturgleichgewicht mit der Umgebung. Die durch die Infrarotstrahlen I in der Membran 3 bewirkten örtlichen Erwärmungen werden durch Wärmeleitung nur noch in der Membran selber und zu einem kleinen Prozentsatz an das umgebende Medium abgeführt, wodurch eine örtliche Variation des Strahlungsgleichgewichts eine optimale 'Temperatur"variation zur Folge hat, wodurch sich eine sehr grosse Empfindlichkeit ergibt.

In den Fig. .3 und 4 sind zwei weitere Möglichkeiten für dLe gegenseitige Lage der Infrarote ins tr ahlung I und der Schlierenoptik S bzw. der Strahlenbündel L und L* dargestellt.

(Jemäss Fig. 3 ist die Schlierenoptik so angeordnet, dass von der Pupille (21, Fig. 1) der Betrachtungs-

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optik nicht das von der'Flüssigkeitsschicht 6 reflektierte, sondern das von dieser hindurchgelassene Lieht L' betrachtet wird. Eine Spiegelschicht (5, Fig. 2) ist hier nicht vorhanden. Die Membran 3 muss zumindest zu einem gewissen Grad für sichtbares Licht durchsichtig sein.

Gemäss Fig. 4 sind die Infrarotstrahlen I und die von der Lichtquelle 16 der Schlierenoptik S (Fig. 1) ausgesandten Lichtstrahlen L von derselben Seite auf den Infrarotwandler W gerichtet. Der Flüssigkeitsfilm 6" ist darstellungsgemäss auf der den Strahlungsquellen (L, I) zugewandten Seite der Membran > ausgebreitet. Der Film könnte auch auf"der den Strahlungsquellen (I, L) abgewandten Membranseite ausgebreitet sein. Ausserdem kann in Fig. 4 der Infrarotwandler W einen Spiegelbelag (5, Fig. 2) aufweisen.

. Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung sind zwei Faktoren von wesentlicher Bedeutung: Erstens die Grosse der durch die einfallende Infrarotstrahlung I hervorgerufenen Oberflächendeformationen der Flüssigkeitsschicht und zweitens die optische Auslesung dieser Deformationen durch die Schlierenoptik S. In den Fig. 5 bis 8 werden verschiedene Ausführungsvarianten für den Infrarotwandler W angegeben, welche diesen beiden Faktoren besonders Rechnung tragen.

Gemäss Fig. 5 ist die Membran j5 auf ihrer dem Flüssigkeitsfilm 6 abgewandten Seite mit einem irifrarotabsorbierenden Belag 4 beschichtet. Die einfallende Infra-

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.rotstrahlung I muss in diesem Pall nicht von der Membran 3 selbst absorbiert werden. Dies ist insoferne von Vorteil, als hierdurch gewisse Einschränkungen bei der Wahl des Membranwerkstoffes wegfallen. Darstellungsgemäss durchlaufen die einfallenden Infrarotstrahlen I den infrarotabsorbierenden Belag 4 und werden dort teilweise absorbiert, wodurch sich der Belag lokal erwärmt und.diese Wärme durch Wärmeleitung durch die Membran 5 und die Spiegelschicht 5 hindurch in die Plussigkeitsschicht 6 abgibt. 'Der vom Belag 4 nicht absorbierte Teil· der Infrarotstrahlen durchläuft die Membran 3 (falls diese infrarotdurchlässig ist), wird von der Spiegelschicht 5 reflektiert und gelangt über • die Membran wiederum an den Belag 4 und wird dort grösstenteils absorbiert, was wiederum zu dem oben beschriebenen Warmeleitungsprozess führt. Der dünne Absorptionsbelag 4 kann aus einem amorphen oder einem kristallinen Stoff bestehen. Von-den amorphen Stoffen sind beispielsweise Goldoder Silberblack gut geeignet; von den "kristallinen Stoffen haben sich Halogensalze, insbesondere Lithiumfluorid bewährt. Es ist auch möglich, den Absorptionsbelag in die Membran einzubetten, beispielsweise durch Eingiessen von infrarotabsorbierenden Partikeln.

Pig. 6 zeigt eine Variante zu Fig. 5* bei welcher die Spiegelsehicht 5 nicht auf der die Plussigkeitsschicht 6 tragenden, sondern auf^; der mit dem Absorptionsbeläg 4

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beschichteten Seite der Membran 3 angeordnet ist. Die Spiegelschicht 5 muss in diesem Fall für die Infrarotstrah-, lung I durchsichtig sein. Am besten ist hierzu ein sogenannter Interferenzspiegel geeignet. Die Dicke solcher Spiegel liegt in-der Grössenordnung der Wellenlänge des sichtbaren Lichtes (L); sie werden vorzugsweise durch Aufdampfen hergestellt.

Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausfiihrungsvariante

4 besteht der Flüssigkeitsfilm 6 aus einer infrarotabsorbierenden Flüssigkeit. Der Raster 2 ist als Linsenraster ausgebildet. Eine Spiegel- und eine spezielle Infrarot-Absorptionsschicht sind nicht vorhanden. Die Flüssigkeitssehieht absorbiert die Infrarotstrahlung I. Auch hier fallen für die Wahl des Membranmaterials absorptionsbedingte Einschränkungen weg; die Membran 5 dient lediglich als Träger für die Flüssigkeitsschicht 6. Das auf die Flüssigkeitssehieht 6 auftreffende Licht L der Schlierenoptik wird an der Oberfläche der Flüssigkeitssehieht und an der freien Oberfläche der Membran

5 reflektiert. Die beiden Reflexionen werden von der Schlier.enoptik ausgelesen. Bei dieser Ausführungsform ist die Infrarotempfindlichkeit des Infrarotwandlers W optimal, die Lichtausbeute der Schlierenoptik ist hingegen gering, was aber durch Erhöhung der Intensität des Lichtes L kompensierbar ist. Selbstverständlich könnte auch bei diesem Ausführungsbeispiel die Membran 3 auf ihrer dem Linsenraster 2 zu-

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gewandten freien Oberfläche mit einer Spiegelschicht versehen sein.

Im Flüssigkeitsfilm 6 ist eine Ausbildung bzw. Aufrechterhalung einer Deformationsstruktür praktisch nur dann möglich, wenn die Wärmeleitung im Film und in der Membran klein ist. Andernfalls würden — ^; —■ ■ ■ —■

sich die lokalen Temperaturdifferenzen ausgleichen und damit Deformationen einebnen. Die Membran und ihre Beläge dürfen ■ daher eine bestimmte Wärmeleitfähigkeit nicht „überschreiten. Aus diesem Grund darf auch die Wärmeleitung des Spiegels 5 eine bestimmte Grosse nicht überschreiten. Um diese Bedingung zu erfüllen, kann man den Spiegel aus einem geeigneten dielektrischen Werkstoff bilden. Noch besser ist eine Aufteilung des Spiegels in isolierte Elemente; ein Ausführungsbeispiel dazu ist in Fig. 8 dargestellt.

Bei den in den Fig. 1., 2, 3, 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispielen kann der Infrarotraster 2 auch direkt auf der Membran aufgebracht bzw. durch den absorbierenden Belag 4 (Pig. 5). gebildet-werden..

Bei dem in den Fig. 8 und 8a dargestellten Ausführungsbeispiel für den Infrarotwandler W besteht die Spiegelschicht 5 aus voneinander isolierten, in einem gleichmässigen Raster angeordneten Spiegelflächen 5*· Infolge dieser räumlichen und wärmeleitungsmässigen Isolierung fallen die durch die Forderung nach minimaler Wärmeleitung.

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in der Querrichtung bedingten Einschränkungen für den

für Spiegel

Spiegelwerkstoff weg; die Spiegel 5' können aus dem/bestgeeigneten Material, insbesondere Metall bestehen. Die gerasterte Spiegelsehieht und der Infrarotraster können miteinander in einer einzigen Schicht vereinigt werden. Die Spiegelelemente 5* absorbieren oder reflektieren die einfallende Infrarotstrahlung I* Zwischen den Spiegel- elementen. 5* befinden sich infrarotdurchlässige Bereiche 5¹V. Da an den Rändern der Spiegelelemente 5' Beugungen des Lichtes L stattfinden, welche sich in der Ebene der Pupille 21 (Flg. 1) auswirken, wird die Periode des Spiegelrasters kleiner als die Periode des Infrarotrasters 2 gewählt. Vorzugsweise ist die Periode des Spiegelrasters gleich der halben Periode des Infrarotrasters. Die Periode des Infrarotrasters richtet sich nach den Stoffeigenschaften und nach der Dicke der Flüssigkeitsschicht. Das heisst mit anderen Worten, dass es für jede bestimmte Flüssigkeitsschicht bestimmter Dicke eine bestimmte optimale Deformationsperiöde gibt. Die Flüssigkeitsschicht ist dann optimal empfindlieh, wenn die der Flüssigkeitsschicht durch den Infrarotraster aufgeprägte Deformationsperiode der durch die Stoffeigenschaften und Dicke vorgegebenen Deformationsperiode entspricht. Wenn die Periode des Spiegelrasters halb so gross ist wie die Periode des Infrarotrasters, dann fällt in der Ebene der Pupille 21 (Fig. 1) das durch Beugung des

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Lichtes L am Spiegelraster entstehende Beugungsbild erster Ordnung mit dem durch Beugung.des Lichtes L an der Flüssigkeitssehicht entstehenden Beugungsbild zweiter Ordnung zusammen. Wenn die.Pupille 21 so gewählt wird, dass nur das durch Beugung an der Plüssigkeitsschicht entstehende Beugungsbild erster Ordnung betrachtet wird, dann sind die durch Beugung am Spiegelraster entstehenden störenden Einflüsse ausgeschaltet.

Der Infrarotraster 2 kann so ausgebildet sein, dass in der Ebene der Pupille (21, Fig. 1) in Abhängigkeit von. der Wellenlänge der einfallenden Infrarotstrahlung verschiedenfarbige Bilder entstehen. Wenn der Infrarotraster beispielsweise durch einen Kreuzraster gebildet ist, dann

kann/die eine Parallellinienschar für kurzwelliges und die andere für langwelliges Infrarot durchlässig sein.

Die für die beiden Wellenlängenbereiche in der Ebene der Pupille (21, Fig. 1) entstehenden Beugungsbilder liegen dann ebenfalls in zwei verschiedenen Richtungen und können beispielsweise durch Filter in verschiedenfarbige Bilder umgewandelt werden.

Damit in der Pupille (21, Fig.· 1) ein strukturiertes Bild entsteht, muss die mittlere Temperatur des Flüssigkeitsfilms 6 innerhalb eines bestimmten Intervalls um die Temperatur des betrachteten Objektes liegen. Dieses .Intervall beträgt erfahrungsgemäss etwa "£ 8°C. Ausserdem muss dem. Flüssigkeitsfilm stets so viel Wärmeenergie zuge-

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führt bzw. von diesem abgeführt werden, dass dieser während jeder Messung an einem bestimmten Objekt auf angenähert konstanter Mitteltemperatur bleibt und sich durch die einfallende Infrarotstrahlung im Mittel weder erwärmt noch abkühlt.

Gemäss Fig. 9 ist dem Infrarotwandler W rasterseitig eine heiz- und/oder kühlbare Platte 7 aus infrarotdurchsichtigem Material vorgeschaltet. Der Wandler bzw. die Membran 3 kann durch die Wirkung dieser Platte auf jede gewünschte Temperatur gebracht und auf dieser gehalten werden und zwar unabhängig von unkontrollierbaren äusseren Einflüssen. Die Platte 7 kann z.B. mit einer elektrischen Widerstandsheizung ausgerüstet sein, was in der Fig. durch die Anschlussklemmen 70 und 71 angedeutet ist. Der Spalt 8 zwischen Platte 7 und Wandler W kann gasdicht abgeschlossen und mit einem speziellen Gas gefüllt sein. Durch geeignete Wahl des Gases sowie der Dimensionen dieses Spalts kann die- Wärmeleitung zwischen der Platte 7 und der Membran 3 in weiten Grenzen variiert werden. Es hat sich als besonders günstig erwiesen, den Spalt 8 mit einem schlecht wärmeleitenden Gas zu füllen. Da die Wärmeleitfähigkeit eines Gases bekanntlich dem Quadrat von dessen Atomradius indirekt und der spezifischen Wärme direkt proportional ist, ist ein Edelgas mit relativ hohem Molekulargewicht, beispielsweise Xenon, als Füllgas hervorragend geeignet. Abweichend von Fig. 7 kann der Raster 2, insbe-

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sondere In..Form eines Linsenrasters auf bzw. in die Platte 7 verlegt oder in Form einer Schicht direkt auf die Membran 5 verlegt sein.

Durch die Infrarotoptik (14, Fig. 1) wird jeder Punkt des die Infrarotstrahlung I aussendenden Objektes als Punkt im Flfissigkeitsf lim 6 abgebildet. Hierbei empfängt jeder infrarotbelichtete Punkt des Films aus einem durch den Oeffnungswinkel der Infrarotoptik bestimmten Raumwinkel Temperaturstrahlung. Dieser Raumwinkel.liegt bei gebräuchlichen Optiken bei etwa 7 bis 10$ des totalen Raumwinkels von 360°. Durch Wärmestrahlung aus dem restlichen Raumwinkel, welcher somit etwa 9Q# des totalen Raumwinkels beträgt, kann also jedem Punkt des Films eine beliebige Temperatur aufgeprägt werden. Hiervon wird bei der In Fig. IO dargestellten AusfUhrungsvariante Gebrauch gemacht.

Gemäss Flg. 10 1st der Infrarotwandler Vf und damit auch die Membran 3 (Fig. 1) seitlich von zwei Temperaturstrahlern 9 und 10 umgeben« welche Strahler auf verschiedene Temperaturen einstellbar und wechselweise ganz oder je zu einem Bestimmten Bruchteil durch eine Blende abdeckbar sind, sodass jede gewünschte Temperatur aus dem zwischen den Temperaturen der beiden Strahler liegenden Intervall stufenlos einstellbar ist. Darstellungsgemäss ist jeder der beiden Temperaturstrahler 9* 10 durch einen

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halbkreisförmigen zylindrischen Plächenstrahler gebildet, dessen Bogenlänge etwas kleiner ist als die des entsprechenden Halbkreises. Die Bogenlänge einer mit einem Arm 12 um eine Achse 13 verdrehbaren Blende 11 entspricht der Bogenlänge des zugeordneten Halbkreises. Durch Verdrehen der Blende 11 können die beiden Temperaturstrahlej? 9 und wechselweise ganz oder zu je einem bestimmten Bruchteil abgedeckt werden, wodurch das scheinbare Flächenverhältnis der beiden Strahler momentan und quantitativ veränderbar ist. Selbstverständlich ist es auch möglich, anstelle von zwei Temperaturstrahlern mehrere Strahler anzuordnen oder auch nur einen einzigen, dessen Temperatur rasch veränderbar ist. Wenn beispielsweise die Infrarotoptik (14, Fig» I) durch eine Linsenoptik gebildet ist, dann könnte dieser Strahler durch die.Rohrwand der Linsenoptik gebildet.sein. Bei Verwendung eines Spiegelobjektivs, beispielsweise eines Spiegelobjektivs nach Cassegrain, könnte der Strahler durch die innerste Abschirmung des Spiegelobjektivs gebildet sein.

Gemass dem in Fig. 11 dargestellten Ausführungsbeispiels ist die Membran 3 auf einem Ringträger 22 aufgespannt. Ringträger 22 und Membran 3 sind in einem gasdichten Gehäuse 23 angeordnet. Die parallel zur Membran 3 verlaufenden beiden Gehäusewände sind mit durchsichtigen Scheiben oder Folien 27 bzw« 7 für den Eintritt der Infra-

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rotstrahlen I bzw. den Ein- und Austritt der Lichtstrahlenbündel L und L¹ ausgestattet. Der Raster 2 ist darstellungsgemäss als Linsenraster und eine das Gehäuse in zwei dichte Kammern 25 und 26 teilende Trennwand ausgebildet. Die Kammer 25 ist- vorzugsweise permanent verschlossen und mit Xenon-Gas gefüllt. Die Kammer 26 ist mit zwei Anschlüssen 28 für eine Gaszirkulation ausgerüstet. Die Gaszirkulation ist ausserhalb.der Kammer über einen Wärmeaustauscher 32 geführt, durch welchen die Gastemperatur beliebig regelbar ist. Der Membran 3 ist eine Vorrichtung zum Auftragen des Flüssigkeitsfilms 6 auf die Membran zugeordnet. Diese Vorrichtung umfasst darstellungsgemäss einen Balken 24, welcher sich . über die Membranbreite erstreckt und an seinen Enden über die Membranhöhe verschiebbar gelagert ist. Eine bevorzugte Vorrichtung dieser Art wird weiter unten anhand der Fig. 12 ausführlicher erläutert.

Der.Linsenraster 2 besteht aus einem gut wärmeleitenden Material, beispielsweise AgCl. Er nimmt daher innerhalb kürzester Zeit die Temperatur des vorbeiströmenden Gases an und leitet diese durch Strahlung in die Membran 3 weiter. Selbstverständlich ist es auch möglich den Linsenraster auf andere Art und Weise zu-heizen, beispielsweise durch Verwendung eines Linsenrasters mit einer aufgedampften elektrisch.leitenden Schicht, welche an einen Heizstromkreis angeschlossen, ist.

Zur automatischen Regelung der mittleren Temperatur des Infrarotwandlers W ist im Strahlengang hinter der Pupille

21 ein halbdurchlässiger Spiegel 29 angeordnet, welcher einen Teil des aus der Pupille heraustretenden Lichtes zu einem lichtelektrischen Wandler 30 .lenkt. Der lichtelektrische Wandler ist mit einer Auswerteeinheit 31 verbunden,

Welche den Wärmeaustauscher 32 —■ ■ *-

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steuert. Die Steuerung des Wärmeaustauschers erfolgt aufgrund der in der Auswerteeinheit 31 gemessenen integralen Helligkeit über das Beobachtungsfeld der Pupille 21, und zwar wird der Wärmeaustauscher stets so reguliert, dass die integrale Helligkeit des Beobachtungsfeldes minimal ist.

Wie bereits dargelegt, liegt die Dicke des Flüssigkeitsfilms β in der Grössenordnung von 10 " cm. Flüssigkeitsfilme dieser geringen Dicke können so aufgetragen werden, dass der Träger (Membran 3) zuerst mit einem relativ dicken Flüssigkeitsfilm beschichtet und anschliessend die Dicke dieses Films beispielsweise durch Abstreifen auf die gewünschte Grosse gebracht wird. In Fig. 12 ist eine verbesserte Methode zur Herstellung des dünnen FlUssigkeitsfilms schematisch dargestellt.

Gemäss Fig. 12 befindet sich im Parallelabstand von einigen Zehntelsmillimetern vor der mit einem Film der Flüssigkeit 6 zu beschichtenden Fläche der Membran 3 ein Balken 24, welcher sich über die Membranbreite erstreckt und der Länge nach über die Membran bewegbar ist. Die Lagerung und der Bewegungsmechanismus können von an sich bekannter Konstruktion sein und sind in der Zeichnung nicht dargestellt. Zur Applikation des Films 6 wird der Balken an einen Rand der Membran gestellt, dort in den Zwischenraum zwischen Membran und Balken Flüssigkeit 6' eingebracht und der Balken mit einer bestimmten Geschwindigkeit über

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die Membran bewegt. Es wurde gefunden, dass sich dabei auf der Membran ein Flüssigkeitsfilm ausbildet., dessen Dicke d mit der Zähigkeit *\ und der Oberflächenspannung α der Flüssigkeit, dem Radius r des-Meniskus zwischen Balken und Membran, der Relativgeschwindigkeit ν zwischen Balken und Membran sowie einem von-α, η ,von der Dichte der Flüssigkeit und von der Erdbeschleunigung abhängigen Faktor F durch die folgende Beziehung verknüpft ist:

Somit ist bei einem bestimmten Abstand zwischen Membran und Balken und bei Verwendung einer bestimmten Flüssigkeit die Dicke des sich .ausbildenden Flüssigkeitsfilms lediglich von der Relativgeschwindigkeit zwischen Membran und dem Balken abhängig.

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Claims

Ansprüche

IJ Vorrichtung zum Sichtbarmachen von Infrarot- * strahlen, mit einer abbildenden Infrarotoptik, welche die zu wandelnden Infrarotstrahlen sammelt und durch einen Raster* welcher.im folgenden als Infrarotraster bezeichnet wird, auf einen mit der Intensität der Strahlung örtlich verformbaren Flüssigkeitsfilm wirft, welcher das Licht eines optischen Systems, insbesondere einer Schlierenoder Phasenkontrastoptik steuert, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger des Flüssigkeitsfilms (6) durch eine frei aufgespannte dünne Membran (3) gebildet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Membran (5) in der Grössen-

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Ordnung von 10 cm liegt und insbesondere 2.10 cm beträgt.
3· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2., dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (5) aus einem Material geringer Wärmeleitfähigkeit,.vorzugsweise aus einem glas- oder keramikartigen Werkstoff oder aus Kunststoff besteht.
4·· Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran {J>) zur Reflexion des Lichtes des optischen Systems mit einem

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Spiegelbelag (5) versehen ist..
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet., dass der Spiegelbelag (5) aus einem Material geringer Wärmeleitfähigkeit besteht, beispielsweise aus einem dielektrischen Werkstoff.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4_Λ dadurch gekennzeichnet., dass der Spiegelbelag (5) aus voneinander isolierten, in einem gleichmässigen Raster angeordneten Spiegelflächen (5^!) besteht, wobei die Periode dieses Spiegelrasters gleich oder kleiner ist als die halbe Periode des Infrarotrasters (2).
7· Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsfilm (6) aus einer infrarotabsorbierenden Flüssigkeit besteht.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (3) aus einem infrarotabsorbierenden Material besteht.
9· Vorrichtung, nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Membran (3) Partikel eines infrarotabsorbierenden Materials eingebettet sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran(3) mit einem

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infrarotabsorbierenden Belag (4) versehen ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das infrarotabsorbierende Material ein amorpher Stoff, vorzugsweise Goldblack oder Silberblack ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das infrarotabsorbierende Material ein kristalliner Stoff, vorzugsweise ein Halogensalz ist.

1^. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Infrarotraster (2) direkt auf der Membran (3) oder einem der auf dieser befindlichen Beläge sitzt.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 1J>, dadurch gekennzeichnet, dass der infrarotabsorbierende Belag (4) als Infrarotraster (2) ausgebildet ist.

15. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Infrarotraster (2) aus mindestens zwei in verschiedenen Richtungen orientierten Teilrastern besteht, welche verschiedene spektrale Durchlässigkeitseigenschaften aufweisen, so dass in der Abbildungs- bzw. Barrenebene des optischen Systems die Spektralbänder dieser Teilraster in verschiedenen Sektoren abgebil-

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det werden, und dass in diesen Sektoren unterschiedliche Farbfilter angeordnet sind.

16. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere (integrale) Temperatur der Membran (3) und des Flüssigkeitsfilms (6) regelbar ist. ·

17· Vorrichtung nach Anspruch l6, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturregelung mittels eines auf die Membran (3) einwirkenden Temperaturstrahlers erfolgt.

18. Vorrichtung nach Anspruch IJ, dadurch gekenn-

durch eine zeichnet, dass der Temperaturstrahler/im Parallelabstand von der Membran angeordnete ebene Strahlplatte (7) aus licht- und/oder infrarotdurchsichtigem Material gebildet ist.

19. Vorrichtung nach 'Anspruch I7, dadurch gekennzeichnet, dass der Infrarotraster (2) als Temperaturstrahler ausgebildet ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Infrarotraster (2) in einer von Heizoder Kühlgas durchströmten Kammer (26) angeordnet ist oder die membranseitige Wand dieser Kammer bildet.

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21. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturstrahler die Membran (5) · seitlich ringförmig umgibt.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der die Membran (J) ringförmig umschliessende Temperaturstrahler aus zwei voneinander getrennten halbkreisförmigen Flächenstrahlern {9, 10) besteht, welche unabhängig' voneinander auf verschiedene Temperaturen einstellbar und wechselweise vollständig oder zu einem bestimmten· Bruchteil durch eine gemeinsame halbkreisförmige Innenblende (11) abdeckbar sind, so dass jede gewünschte Temperatur aus dem zwischen den Temperaturen der beiden Strahler liegenden Intervall" stufenlos einstellbar ist.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum (8) zwischen Membran (3) und Temperatürstrahler (7 bzw. 9, 10) in sich abgeschlossen und mit Gas einer geringen Wärmeleitfähigkeit gefüllt oder von diesem durchströmbar ist.

2.k. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (3) und der Temperaturstrahler (7 bzw. 9, 10) in einem permanent abgeschlossenen und mit Gas geringer Wärmeleitfähigkeit, vorzugsweise mit Xenon, gefüllten Gehäuse angeordnet sind.

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25·. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Temperatur der Membran (3) "und des Flüssigkeitsfilms·-(6) automatisch so geregelt, ist, dass die integrale Helligkeit des in der
Abbildungs- bzw. Barrenebene des optischen Systems entstehenden Bildes stets einen Minimalwert aufweist.

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