DE2348385B2

DE2348385B2 - Vorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Signals, welches ein optisches BUd darstellt

Info

Publication number: DE2348385B2
Application number: DE2348385A
Authority: DE
Inventors: Philipp G. North Syracuse Kornreich; Syracuse Kowelh Stephen T.
Original assignee: Research Corp
Current assignee: Research Corp
Priority date: 1972-12-29
Filing date: 1973-09-26
Publication date: 1979-05-31
Also published as: DE2348385C3; FR2212561B1; FR2212561A1; JPS561607B2; NL7313380A; IT1008040B; SU724094A3; SU695588A3; DE2348385A1; CA993098A; JPS4998649A; GB1445119A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Signals, welches ein optisches Bild darstellt, mit einem Medium, welches eine elektrische Eigenschaft hat, die sich abhängig von einem auf das Medium auftreffenden optischen Bild sowie abhängig von in Zeit und Ort sich ändernden Verformungsspannungen in dem Medium ändert, ferner mit einem Bildprojektor zur Erzeugung des Bildes auf dem Medium, einem an das Medium angeschlossenen Erreger für die Verformungsspannungen, der mehrere Frequenzen erzeugt, und mit einer an das Medium angeschlossenen Meßeinrichtung für die elektrische Eigenschaft des Mediums, die elektrische Ausgangssignale erzeugt.

Eine derartige Vorrichtung beschreibt die US-PS 30 65 378. Dort erzeugt der Erreger Stoßwellen, so daß gleichzeitig die Grundschwingungen der verschiedenen, angeregten Wellenarten mit deren Oberschwingungen in jeweils unterschiedlicher Amplitude erregt werden. Damit ist aber der Nachteil verbunden, daß die Ausgangssignale im wesentlichen von den Eigenfrequenzen des Mediums abhängen, d. h. von bestimmten mechanischen Eigenschaften dieses akustisch angeregten Mediums. Außerdem gibt es keine eindeutige Zuordnung zwischen der momentan angeregten Frequenz und dem momentanen elektrischen Ausgangssignal. Fernerhin wird dort rastermäßig jeweils nur ein bestimmter Bereich des Mediums abgetastet, so daß jedes elektrische Ausgangssignal keinr Aussage über das gesamte optische Bild enthält.

Eine ähnliche Vorrichtung beschreibt die britische Patentschrift 11 50 625. Der Erreger erzeugt dort gleichzeitig alle Frequenzen eines vorbestimmten Frequenzbandes. Dadurch bedingt ergeben sich bei der Auswertung der elektrischen Ausgangssignale — ähnlich wie bei der an erster Stelle diskutierten Druckschrift — Filterprobleme, bedingt durch die dann noch notwendige richtige Zuordnung der Ausgangssignalc zu den Eingangssignalcn. Diese Vorrichtung verwendet eine Four er-Transformaiion eines Bildes. Nachteilig ist es bei eier beschriebenen vorbekannten Vorrichtung fernerhin, daß das dort verwendete Medium die Eigenschaften einer PV-Verbindung zwisehen zwei Schichten moduliert, wodurch sich ebenfalls Verzerrungen in den Ausgangssignalen ergeben können.

Ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs genannten Art liegt der Erfindung die Aufgabe

ίο zugrunde, diese so weiterzubilden, daß eine zeitlich definierte Zuordnung zwischen den Eingangssignalen und den Ausgangssignalen hergestellt wird.

Zur· Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Erreger nacheinander Verformungsspannungen erzeugt, die im wesentlichen außerhalb der Eigenfrequenzen des Mediums liegen, und daß jedes der elektrischen Ausgangssignale eine Aussage über das gesamte optische Bild enthält.

Durch diese Maßnahme werden die nachte !igen Einflüsse der natürlichen Grün·..schwingungen des angeregten Mediums und deren Obei wsiien vermieden. Außerdem ergibt sich zwangsweise eine zeitlich definierte Zuordnung zwischen den Eingangssignalen und den Ausgangssignalen. Die elektrischen Ausgangs-

r, signal· geben jeweils eine Aussage über das gesamte optische Bild wieder.

Bevorzugte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Das Wesen der Erfindung kann durch eine Vorrich-

JO tung verdeutlicht werden, die auf einer Kopplung zwischen gesteuerten Schallwellen und einem optischen Bild beruht, um elektrische Signale zu erzeugen, die Funktionen der räumlichen Fourier-Transformation des Bildes sind. In der vorliegenden Beschreibung bedeutet

r> die Bezeichnung Schallwellen Phononenwellen beliebiger Frequenz, beispielsweise von 10 Hz bis zu den Bereichen MHz oder G Hz. Die Bezeichnung gesteuerte Schallwellen bezieht sich auf Schallwellen, bei denen der volle Wellen-Vektor durch Größe und Richtung bestimmt und veränderbar ist. Die Bezeichnung Fcjrier-Transformation wird generalisierend verwendet und schließt, wie weiter unten noch näher beschrieben, besondere Fälle der mathematischen Konzeption von Fouricr-Transformationen ein, bei-

4-, spielsweise Fouricr-Reihen oder abgebrochene Fourier-Transformationen. Die Bezeichnung optisches Bild wird für räumliche Änderungen der Lichtintensität verwendet. Die Bezeichnung eindimensionales Bild bedeuiei ein optisches Bild, in dem nur die Änderungen in einer

-,n Dimension interessieren.

Die erfindungsgernäße Vorrichtung ist gekennzeichnet durch ein Substra' nus geschmolzenem Quarz und nine-, Wandler zum Erzeugen einer Oberflächen-Schallwelle in dem Substrat. Ein inhärent halbleitender Film,

γ, beispielsweise au.. CdS wird über einen Bereich des Substrats verteilt, und ein Paar Metallkontakte wird über dem Film angeordnet, das voneinander durch einen schmalen Filmstreifen getrennt ist. Ein optisches Bild wird auf den belicnteten Filmstreifen projiziert, und eine

(,0 konstante Spannungsdifferenz wird zwischen den Metallkontakten über dem schmalen Filmstreifen hergestellt. Der Wandler zur Erzeugung von Schwingungen des Substrats durchläuft anschließend einen Frequenzbereich und damit verbunden der darauf

hi befindliche Halbleiterfilm, und zwar in einer diskreten bzw. kontinuierlichen Folge von unterschiedlichen Frequenzen. Der Strom über dem Filmstreifen zwischen den Metallkontakten wird bei unterschiedlichen Fre-

<|uen/.en gemessen, jeder gemessene Slroniwcrt repräsentiert für die bestimmte Frequenz, den Ausdruck der Fouricr-Transformation. die das projizierte optische Bild darstellt. Eine Anzahl derartiger schmaler Streifen ι: nes inhärent halbleitenden Films kann nebeneinander ungeordnet sein, so daß eine Art zweidimcnsionaler |)hotoieitende Vorrichtung ausgebildet wird, deren Auflösung in der Querrichtung zur Länge der Streifen durch die Breite der Streifen begrenzt ist.

Die Vorrichtung zum Herstellen eines repräsentativjn elektrischen Signals einer /wcidimensionalcn bildlichen Information ist gekennzeichnet durch eine ii'inlich der für eine eindimensionale Vorrichtung vorgesehene Ausbildung, die jedoch eine Einrichlunj;· /.um Herstellen einer kontrollierten Schallwelle besitzt, die beispielsweise durch nichtlincares Koppeln zweiei Wandler erzeugt werden kann, von denen jeder ir seiner Eigenfrequenz, erregt wird, mit dem Ergebnis, dal.', die Steuerung der Schallwelle durch unabhängige¹· Variieren der Frequenzen der beiden Wandler erfolgen kann. Alternativ kann die Steuerung der Schallwelle durch Schwingungen eines akustischen Systems erfol· gen.

Die Umwandlung von bildlichen Informationen in c nc elektrische Darstellung derartiger Informationen kann auch durch degenerierte Halbleiter und Metalle c'folgcn. beispielsweise durch Störungen der Verfortriungsspannung der Fotolcitfähigkcit derartiger Male nahen. So kann beispielsweise eine geringfügige P-förmigc Siliziumstangc, die mit unterschiedlichen Frequenzen schwingt, dazu verwendet werden, elektrische Signale zu erzeugen, die fouriertransformierte Darstellungen eines auf die Stange projezierten optischen Bildes sind.

F.s gib; Anwendungsbereiche für die voraufgehend beschriebenen Vorrichtungen, die die Rekonstruktion der bildlichen Information nicht erforderlich machen. Die Wahrnehmung von Rastern und die Übertragung von Information sind zwei derartige An« endungsbercic'ic. Sofern die Wiedererzeugung der bildlichen Information erforderlich ist. so sind die beiden moelichen Wege hierzu einmal die Berechnung dor l.'mkchrtransformation der elektrischen Signale und deren Wiedergabe auf derzeitig verfügbaren Vorrichtungen. /. B. Kathodenstrahlröhren, und zum anderen die Verwendung einer direkten Festkörpervorrichtung.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig.! eine schmeatische Darstellung zur Erläuterung der wesentlichen Merkmale der Erfindung.

F i g. 2. 3. 4 die Herstellung gesteuerter Schallwellen in einem Substrat.

Fig. 5 eine Vorrichtung zum Herstellen einer fouriertransformierten Darstellung eines eindimensionalen optischen Bildes.

F i g. 6 eine Vorrichtung ähnlich F i g. 5. die jedoch zur Herstellung einer zweiten Dimension eines optischen Bildes begrenzter Auflösung verwendet wird.

F i g. 7 eine andere Ausführungsform einer Vorrichtung zum Herstellen einer fouriertransformierten Darstellung eines eindimensionalen optischen Bildes.

F ig. 8 eine Vorrichtung zur Herstellung einer fouriertransformierten Darstellung eines zweidimensionalen optischen Bildes.

ρ i er. 9 eine weitere Vorrichtung zum Herstellen einer fouriertransformierten Darstellung eines zweidimensionalen optischen Bildes.

Fig. 10 eine Vorrichtung zum Herstellen eines optischen Bildes von einer fouriertransformicrlen Darstellung des Bildes.

F" i g. 11 eine weitere Ausführungsform einer Ausgangs-Ableitvorrichtung, die in Verbindung mit den in den Fi g. 5-9 gezeigten Vorrichtungen verwendbar ist.

Fig. 12 die Anwendung der Vorrichtung nach den Fig. 5 —9 zur Herstellung einer fouriertransformierten Darstellung eines farbigen Bildes.

Vor der näheren Beschreibung der verschiedenen Ausführungsformen der Vorrichtung nach der Erfindung sollen im folgenden einige der in tier Beschreibung verwendeten Bezeichnungen näher definiert werden und gewisse elementare Zusammenhänge in bezug auf die Ausbildung eines Bildes und die Transformation eines optischen Bildes in elektrische Signale, die fouriertransformierte Darstellungen des Bildes sind, in Betracht gezogen werden.

Die in der Beschreibung diskutierten optischen Bilder sind durch Änderung der Lichtintensität über eine Oberfläche, die gewöhnlich eine planarc Oberfläche ist. ausgebildet. Zur Vereinfachung wird nur eine zweidimensional planarc Oberfläche, in der die Lichtintensität sowohl in der x- wie auch in der v-Riehlung variieren kann, diskutiert. Ein spezieller I all eines derartigen planarcn /weidimensionalcn optischen Bildes ist ein eindimensionales Bild, in dem das Licht bzw. die I lelligke't nur längs einer einzigen Dimension, beispielsweise längs der v-Richlung varriert. Werden Fourier-Transformationen in der vorliegenden Beschreibung diskutiert, so handelt es sich nicht um das reine mathematische Konzept einer Fourier Transformation, sondern um eine abgebrochene I ouricr Transformation, wobei das Abbrechen eine Folge davon ist, daß die Fouricr-Transformationcn von Bildern über endliche Bereiche interessieren. Die Fourier-Transformation ist ein unendliches Integral. Da jedoch Bilder von unendlicher Größe interessieren, reicht ein endliches Integral mis. Wenn daher von einer Fouricr-Transformation gesprochen wird, so bedeutet dies eine abgebrochene Transformation. Die Bezeichnung FOurier-Transformation schließt eine Vielzahl von Fourier-Reihcn ein.

F i g. 1 zeig! schematisch einen eindimensionalen Streifen 1 aus lichtempfindlichen Material. Angenommen, der Lichteinfall auf ein Teilsegmcnl dv des Streifens 1 stellt eine Veränderung d V₀ im Potential über den Längsenden des Tcilsegmcntcs dv her. Physikalische Umstände erfordern, daß die tatsächliche Potentialdifferenz, die wahrgenommen werden kann, über einer endlichen Länge besteht. Angenommen daß diese Länge Endpunkte ;i und b besitzt, so ist die Potentialdifferenz J V₀. die über den die Enden der eindimensionalen photoempfindlichen Reihe definierenden Punkte a und b wahrgenommen wird

ι κ, =

dV₀ dx

dx

(e-l)

Diese Beziehung trifft bei einem herkömmlichen photoempfindlichen Anzeigegerät zu. Wird angenommen, daß die Veränderung in der Spannung d Vo linear im Bereich der Photonenflußdichte Φ (χ) des Bildes verläuft, so gilt:

ι ν. _x ψ (χ) dx (ε-2)

Üblicherweise werden zur Bildabtastung viele identische Elemente aneinander angeordnet, so daß diese eine

Reihe bilden, die gewährleisten, daß jedes Element getrennt abtastbar ist. Die vorliegende Erfindung geht von dieser Lösung ab und verwendet eine einzelne Vorrichtung zur Herstellung elektrischer Signale, welche das gesamte auf die Vorrichtung projizierte Bild repräsentieren. Um das Wesen der Erfindung /u verdeutlichen, wird wiederum auf den hypothetischen eindimensionalen Streifen aus photoempfincllichen Material Bezug genommen, der im voraufgehenden diskutiert würde, und angenommen, daß die Schwank'ingeii in der Spannung über den Liingsenden des leilsegments ύ\ ebenfalls von einer harmonischen des Segmentes der Form

le-.D

,iiifwcisl.

el I dv - '/»(.ν) I i^(.v. I)

(0-4)

isi. wobei A'die Aiisbreitiingskonstanlc. u die momentane Frequenz und / eine Proportionalkonstanle ist. I lici'durch wird der Spannungsabfall über dem durch die Endpunkte ,/und bdefinierten hypothetischen Streifen

I I

= j 'J' il.vJ

'/'(ν) Ί _; /·Σ,,ο'^μ clv

(e-5)

Dei erste Ausdruck auf der rechten Seite in der obigen Gleichung ist die l'otentialdifferenz über dem durch die Endpunk'c a und b definierten Segment, und /war in Abwesenheit einer harmonischen Störung. Der /weile Ausdruck in der obigen Gleichung ist der interessierende Ausdruck, weil dieser als Fourier-Integral des Photonenflusses ausgedrückt ist. das das auf den eindimensionalen hypothetischen Streifen projizierte optische Bild repräsentiert. Dieser zweite Ausdruck ist klein, er ist aber feststellbar, wcii er sich in der Zeit ändert, während dies bei dem ersten Ausdruck nicht der (■"all ist. Nennt man den /weiten Ausdruck der obigen Gleichung J V. so entsteht die folgende Gleichung:

Μ ,1,

'^u dv

= lic

(e-fi)

wobei sowohl die Größe \AV\ und Phase (i von der Lichtintensität '/> Mund von der Ausbreitungskonstante k abhängig sind. Die Ausbreitungskonstante A- = k (w) ist die Verteilungsrelation für Schallwellen in dem Streifenmaterial. Somit wird deutlich, daß die Spannung J Vdie Ausbildung der Komponente der Fourier-Transformation der Lichtintensitätsverteilung Φ (χ) besitzt, wobei Φ (χ) = 0 außerhalb der Endpunkte a und b liegt, und zwar bei der räumlichen Frequenz. Die Entsprechungist dann

Τ\Φ[χ\\<-

(c-7)

und AV(u-) stellt die Lichtintensitätsverteilung Φ (χ) längs der hypothetischen Linie zwischen den Endpunkten a und 6 vollständig dar. Die Ausbreitungskonstante A^- ist eine Funktion der Frequenz.

Ein wesentlich wichtiger Aspekt der im voraufgehenden diskutierten Ausführungen ist, daß, da jede Fourier-Komponente Informationen über den gesamten durch die Endpunkte <; und b definierten eindimensionalen Streifen enthält, die Auflösung eines Detektors, der auf dem zuvor Erwähnten basiert, nicht durch die Entfernung zwischen den Endpunkten bestimmt ist. sondern durch die höchste erziclbare räumliche Frequenz begrenzt wird, und, in jeder speziellen Vorrichtung, durch Begrenzungen im Frequenzbereich des Materials und der elektronischen Abtasteinrichtungen. Ein weiterer wesentlich wichtiger Aspekt ist, daß eine Einzelvorrichtung, die viele Male größer als ihre Auflösung sein kann, /um Abtasten eines gesamten Bildes verwendet werden kann.

Die voraufgegangene Diskussion verdeutlicht, weshalb die Verfügbarkeit von gesteuerten Schallwellen für die Durchführung der vorliegenden Erfindung wesentlich ist. Da alle Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung in irgend einer Form gesteuerte Schallwellen verwenden, wird im folgenden ausgeführt, wie derartige Wellen hergestellt werden können.

Im Falle von eindimensionalen optischen Bildern genügt die Steuerung der Frequenz der Schwingung eines Mediums. Dies kann durch Schwingen eines Mediums, beispielsweise eines Substrates aus geschmolzenem Quarz, erfolgen, und zwar mittels bekannter Wandler. Beispielsweise zeigt Fig. 2 eine Stange 2 aus geeignetem Material, beispielsweise geschmolzenem Quarz, die durch einen herkömmlichen Wandler 3. der über einen Keil 4 an die Stange 2 angekoppelt und durch einen geeigneten Frequenzgenerator angetrieben ist. zu Schwingungen veranlaßt wird. |e nach der Frequenz des von einer Quelle 5 ausgehenden elektrischen Signals und je nach den relativen Dimensionen, Materialien und Orientierungen der Stange 2 und des Wandlers 3, wird eine Oberflächen-Schallwelle bzw. eine Gesamtschallwelle einer bestimmten Frequenz in die Stange 2 induziert. Die Schwingung der Stange 2 kann eine stehende Wcllenschwingung sein. Alternativ kann die Stange 2 in einen akustischen Absorber 6 münden. Die Quelle 5 kann ein Kippfrequenzgenerator sein, der beispielsweise Frequenzci von 10OkHz bis 10 MHz durchläuft, um den Wandler 3 zu treiben. Der Wandler 3 produziert jedoch nur dann ein Ausgangssignal, wenn ein ungerades Vielfaches einer halben Wellenlänge gleich der Länge des Wandlers ist. Somit produziert der Wandler 3 nur ungerade Oberwellen. Es können zwei derartige Wandler verwendet werden, wobei einer der Wandler halb so lang wie der andere Wandler ist. um eine Reihe von Oberwellen zu erzeugen, wobei jede vierte ObcrwelL· fehit. Bei der Verwendung von drei derartigen Wandlern, von denen jeder folgende Wandler halb so lang wie der vorhergehende Wandler ist. ist die Herstellung einer Reihe von Oberwellen gewährleistet, wobei jede achte Oberwelle fehlt usw. Alternativ können dünne Filmwandler verwendet werden, die eine bessere Kontrolle der Abgabecharaktcristiken gewährleisten. Verschiedene Oberwellen einer Grundfrequenz können jederzeit in der Stange 2 vorhanden sein.

Bei zweidimensionalen optischen Bildern is; eine kompliziertere Kontrolle einer Schallwelle erforderlich. Wenn die Verformungsspannung in einem Medium eine Funktion von

mit

ist, so müssen sowohl q_x als auch q_} selektiv veränderbar sein, um eine Schallwelle zu erhalten, die in der erforderlichen Weise kontrolliert werden kann.

liine Möglichkeit, die erforderliche /wcidinicnsioiiiile Steuerung von Schallwellen durchzuführen, basiert auf der Tatsache, daß viele Materialien, und zwar sowohl kristalline als auch polykristalline Materialien, gegenüber Verformungsschwingungen empfindlich sind, woraus sich eine signifikante Mischung der Wellen ergibt, und zwar weil «lic Kräfte proportional zu dem Quadrat der der Verformung sind. Sind die Frequenzen der Verformungsspannung kleiner als 100 MHz, so ist ein klassisches Bild der akustischen Wellen adüquat.

Werden zwei Wandler 3;; und 3b (\gl. F i g. 3). die durch entsprechende Quellen 5;/ und 56 getrieben sind, dazu verwendet, zwei Schallwellen in demselben Medium 2 zu erzeugen, nämlich

^ ι — /) cos (tv, I - </_Λν)

V , = U COS(IV₂/ + </,.1·)

(C-S)

21)

und werden diese Wellen gemischt, so ist das Ergebnis des nichtlincaren Koppclns der beiden Wellen eine Welle, die vier Komponenten besitzt, die sich in der ursprünglichen Richtung ausbreiten, welche durch die Wandler 3n und 3b definiert sind sowie ein fünfter :'· Ausdruck, der erweitert werden kann und die Gleichung

V. = c5 2 cos [(tv, - tv,) f - (q_xx + </,.}·)]

+ c5 2 cos [(W₁ + tv,) f - (</_Λ..ν - (/,.>·)] (e-9) "'

eriiibt. wobei

= »»1 ^und ► T 'Γ, = »vi

ist. Somit sind die Ausdrücke der Summe und der Differenz der Frequenzen steuerbar, und auf diese Weise kann eine gesteuerte Schallwelle hergestellt werden. Sowohl q, wie auch q_y können beliebig variiert werden, und zwar durci. Veränderung der Frequenzen, die die beiden Wandler 3.·; und 3b durchlaufen. Der Faktor c, schließt die elastische Konstante dritter Ordnung ein sowie das Produkt der ursprünglichen Verformungsspannung AB. Es ist ersichtlich, daß der Differenzausdruck den Ausdruck (-Tj ■ T) enthält. Der Summenausdruck enthält den »konjugierten« Wellen-Vektor und soll von einem Bereich 7 in F i g. 3 hinweggleiten, der als Bildaufzeichnungs-Bereich verwendet werden kann. Die ersten vier Ausdrücke der gemischten Welle sollen sich ebenfalls vom Bildaufzeichnungsbereich 7 hinweg ausbreiten, so daß nur der Differenzausdruck verbleibt, um ein Lichtbild zu koppeln, das auf den Bereich 7 projiziert werden kann.

Eine weitere Lösung des Problems zur Herstellung eines zweidimensionalen akustischen Rasters ist die Verwendung normaler Schwingungen eines akustischen Systems. Ein grundsätzliches Beispiel für eine derartige Lösung ist in F i g. 4 gezeigt. Angenommen, das in F i g. 4 gezeigte System arbeitet mit Scherwellen mit niedrigen Frequenzen, wobei keine ζ Abhängigkeit besteht. Dies ist der Fall, wenn

w < c_s {nid)

(e-10)

ist. Die akustischen Wellen in diesem System sind ScherweJlen mit einer Verlagerung ~vi, und zwar nur in der z-Richtung und einer Ausbreitung in den Richtun-

gen χ und y. Die Bewegungsgleichung für die Verlagerung einer derartigen Scherwelle lautet

V, = eil* T;

(C-Il)

wobei c, die Scherwcllcngeschwindigkeit des Schalls in dem Substrat 2 nach F i g. 4, und /der Index des Bereichs ist. Die Verlagerung im Bereich I der Fig. 4 kann wie folgt ausgedrückt werden:

['., = l\ \A cos {2mn \) Iv) ■ cos (.'!».τ ΛI (y)
f- B cos (2im τ /)) (v) · sin (2/i.r />) (y)
t D sin (2»ι.7 \) Iv) ■ cos (2/1.7/i) (y)
t /·' sin (2m.7 \)(.v| sin (2» h) (>·)],.

Durch Einsetzen der Gleichung (c-12) in die Gleichung (e-ll) kann für den Bereich I folgende Vertcilungsrelation erhallen werden:

Iv²C; [2mn \)' + (2/i.v bf

(C-I3)

Durch Verwendung ähnlicher Gleichungen für andere Bereiche der F i g. 4 und geeignete Grenzbedingungen kann gezeigt werden, daß

I)=D=T=O

ist. Somit wird ein Satz normaler Schwingungen erhalten, der durch Antrieb der Bereiche 2 oder 3 der Fig.4 durch identische Wandler mit derselben Fiequenz ausgewählt werden kann. Um zu gewährleisten, daß keine Abweichung in der letzten Gleichung erfolgt, wird das Verhältnis ;i/b irrational gewählt, beispielsweise b = (Ttld)a.

Die Ungleichung iv < c, (.τ/2) kann für Frequenzen von weniger als 100 MHz erfüllt werften, indem beispielsweise d= 0,188 mm gewählt wird, was eine übliche Dicke für das SubstnM d der Fig.4 darstellt. Falls die Dimension a nach Fig.4 etwa 35 mm beträgt, so kann dieGleichung(e-l3) für ein besonderes Material wie folgt gelöst werden

/ = 107600 \nr +

(c-14)

κι für alle ganze Zahlen/7ί, π.

F i g. 5 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Anwendung bei eindimensionalen optischen Bildern. Bei der Vorrichtung wird die Schallwellen-Modulation der Photoleitfähigkeit eines inhärenten Halbleiters verwendet, und es werden elektrische Signale erzeugt, die eine fouriertransformierte Darstellung eines eindimensionalen optischen Bildes sind, das auf einen Anzeigestreifen projiziert ist.

Auf der Oberfläche eines Substrats 10. das eine

bo Stange aus geschmolzenem Quarz sein kann, ist ein Film 12 eines inhärent halbleitenden Photoleiters, beispielsweise CdS, verteilt. Der Film 12 wird durch zwei Metallkontakte 14 und 16, die Filmstreifen aus Aluminium sein können, und die mit dem Halbleilerfilm 14 in elektrischem Kontakt stehen, flankiert und teilweise überlappt. Die elektrischen Kontakte 14 und 16 sind unter geringem Abstand voneinander angeordnet, so daß ein dünner Streifen des Halbleiterfilms 12

einem Lichtmuster ausgesetzt wird, das von oberhalb des Substrats IO durch einen Projektor 18 projiziert wird.

In einer beispielhaften Ausführungsform dei Vorrichtung besitzt der belichtete Anzeigestreifen des Halbleiterfilms 12 eine Breite von ca. 0,152 mm und ist etwa 15 mm lang; der Halbleiterfilm 12 besitzt eine Stärke von etwa 5000 Ä. Der Halbleiterfilm in diesem Ausführungsbeispiel ist polykristallines CdS, bei dem jedoch die O-Achse der einzelnen Kristalle etwa senkrecht zu der Ebene des Films 12 fluchten. Der Film 12 besitzt keine piezoelektrische Wirkung in der F.bcnc des Films. Ein Wandler 20 ist akustisch mit der oberen Oberfläche des Substrats 10 durch einen Keil 22 aus Acrylglas gekoppelt und wird durch einen Kippfrequenz- oder Wobbelgenerator 24 getrieben. Diese Anordnung gewährleistet eine akustische Oberflächeti-Vt'cüc die ^r.ich !an"¹; der Oberfläche de. Substrat'. !0 von links nach rechts (Fig. 1) ausbreitet, d. h. vom Wandler in Richtun_e auf und durch den Bereich unterhalb des Halbleiterfilms 12. Das rechte Ende des Substrats 10 ist mil einem akustischen Absauger 26 umwickelt, der dazu dient, die Oberflächen-Schallwellen, die sich in Richtung auf das Band 26 vom Wandler aus ausbreiten, im wesentlichen ohne Reflexionen zu absorbieren.

Eine konstante Potential-Differenz liegt an den elektrischen Kontakten 14 und 16 durch eine Konstant-Spannungsquelle 28 an. Schwankungen in der Leitfähigkeit des Halbleiters 12 werden durch Messen des durch einen Widerstand 30 strömenden Stroms durch einen isolierten Wechselstrom-Vorverstärker .32 gemessen, der einen phasensynchronen Detektor 34 beaufschlagt, dem vom Generator 24 Informationen über die momentane Frequenz des Generators 24 zugeführt werden. Der Detektor 34 nimmt ein elektrisches Signal auf, das die momentane Große und Phase des Stroms über den Kontakten 14 und 16 repräsentiert.

Im Betrieb (vgl. Fig. 5) durchläuft der Generator beispielsweise Frequenzen zwischen 100 kHz und 10 MHz, so daß Oberflächen-Schallwellen entstehen, wie dies in Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben wurde. Die Leitfähigkeit des belichteten Streifens des Halbleiterfilms 12 wird sowohl durch das durch den Projektor 18 darauf projiziertc Lichtmuster als auch durch die Frequenz der durch den Wandler 20 erzeugten Oberflächenwelle moduliert. Bei jeder Schallwcllenfrcqucnz ist die über den elektrischen Kontakten 14 und 16 gemessene Leitfähigkeit repräsentativ für den Ausdruck dieser Frequenz der Fourier-Reihe, die das gesamte eindimensionale Lichtmuster vom Projektor 18 darstellt.

Als qualitativer mathematischer Ausdruck der Vorrichtung nach Fig. 5 sei angenommen, daß die Leitfähigkeit des belichteten Streifens pro Längeneinheit des Halbleiterfilms 12 wie folgt ausgedrückt werden kann:

Σ (C-15)

wobei go die Dunkelleitung in Abwesenheit von Verformungsspannung, gi, Φ die Veränderung in der Leitfähigkeit mit Licht, Φ der Photonenfluß in Watt/m-', gos ist die Änderung der Dunkelleitung mit Verformungsspannung, Σ = Σο •Ι^ν·'-ι^χ> die Verformungsspannung infolge der auf der Oberfläche des Substrats 10 durch den Wandler 20 erzeugten Oberflächenwelle und gL·sΦ(y)Σ die Veränderung in der Leitfähigkeit mit Licht und Verformungsspannung ist.

Der Strom ΔI pro Längeneinheit des belichteten Streifens ist dann ΔΙ ■■= AGV_n, wobei K₀ die konstante Spannung ist, welche über die elektrischen Kontakte 14 und i6 durch die Spannungsquelle 28 ausgeübt wird. Der Gesamtstrom /. der durch dön Vorverstärker 32 und den Detektor 34 über den Widerstand 30 gemessen wird, beträgt dann

IGd.v

(e-16)

wobei ν längs der Länge des belichteten Streifens verläuft, dessen längsseitigen Endpunkte u und h sind. Die Wechsclstroinkomponcnte /des Stroms ist

~ Ml

,,s [f c

d.v

Φ (X) C

d.v

(e-17)

Für das spezielle Material jedoch, das in dem Ausfiihrungsbeispiel nach F i g. 1 verwendet wird, nämlich Cadmiumsulfid beträgt das Leitungsverhältnis _>·> dunkel : hell gis/gi>s etwa 300 : 1. Somit ist die Wcchsclstromkomponente des Stroms für normale Lichtintensitäten etwa

d.v (e-18)

Die Gleichung (e-18) macht deutlich, daß der \on dem Vorverstärker 32 und dem Detektor 34 gemessene Strom ungefähr proportional und korrespondierend mit der Fourier-Transformation des l.ichtmusters ist, das durch den Projektor 18 projiziert wird.

In dem in F i g. 5 dargestellten Ausfiihrungsbeispiel besitzt eine spezielle, überprüfte Vorrichtung einen Lichtwiderstand von etwa 100 kCl und erzeugt .Spannungssignale zwischen 30 μ V und 2 mV Wechselstrom über den Widerstand 30 von 10 kQ. Da es erwünscht ist. mit einem Scheinwiderstand von weniger als .,K) kQ zu arbeiten, können verschiedene Vorrichtungen der in Fig. 5 gezeigten Art parallelgeschaltet sein, wodurch eine Aiisfühungsform entsteht, die in F-" i g. b näher erläutert ist.

Die Ausführungsform nach F i g. 6 ist ähnlich der Ausführungsform nach F i g. 5. außer, daß die Kontakte 14 und 16 durch Kontakte 15 und 17 ersetzt sind, die. wie F i g. 3 zeigt, ineinander fassende kammartige Erhebungen 15.1 und 17a haben, die sechs parallele belichtete schmale Streifen des Halbleiterfilms 12 ausbilden. Ein auf die Vorrichtung nach Fig. 6 ähnlich wie auf die Vorrichtung nach Fig. 5 projizier;es Lichtmuster erzeugt auf ähnliche Weise elektrische Signale, die im wesentlichen die Koeffizienten einer Fourier-Reihendarstellung des Lichtmusters sind, und infolgedessen eine fourierlransformierte Darstellung des Lichtmusters.

Eine Vorrichtung, die im allgemeinen der Vorrichtung nach F i g. 5 entspricht, bei der jedoch die Gesamteigenschaften bestimmter Materialien verwendet werden, beispielsweise von degenerierten Halbleitern und Metallen ist in Fig. 7 gezeigt. Die Vorrichtung nach F i g. 7 wendet eine Störung der Verformungsspannung der Photoleitfähigkeit bestimmter Materialien an: dort besitzt die Vorrichtung eine Stange 36 aus einem

Material beispielsweise geringfügig p-leitendes Silizium, ferner einen Lichtmuster-Generator 38 zum Projizieren eines Lichtbildes auf die Stange 36, wobei das Lichtmuster nur in der Ausdehnung längs der Länge der Stange 36 schwankt, eine Einrichtung zur Erregung von Schwingungen der Stange 36, eine Einrichtung zur Herstellung eines konstanten Stromflusses durch die Stange 36 und eine Einrichtung zum Feststellen der Potentialdifferenz über die längsseitigen Enden der Stange 36.

Die Einrichtung zur Erzeugung von Schwingungen der Stange 36 unter selektiv unterschiedlichen Frequenzen besitzt einen Wobbelgenerator 40, der Frequenzen vom hörbaren Bereich bis zu etwa 100 MHz erzeugt und der einen Wandler 42 treibt, der akustisch an einen akustischen Transformator 44, der eine Glaspyramide ist, gekoppelt ist, wobei die Glaspyramide 44 ihrerseits akustisch an ein längsseitiges Ende der Stange 36 gekoppelt ist. Das entgegengesetzte längsseitige Ende der Stange 36 ist akustisch an ein akustisch absorbierendes Material 46 gekoppelt, das die Wellen im wesentlichen ohne Reflexion aufnimmt. Eine Konstant-Stromquelle 48 ist in geeigneter Weise mi* den entgegengesetzten Längsenden der Stange 36 verbunden, um einen konstanten Stromdurchfluß durch die Stange 36 herzustellen, und ein Vorverstärker 50 ist in geeigneter Weise mit den Längsenden der Stange 36 verbunden, um die momentane Potentialdifferenz zwischen diesen zu messen. Der Ausgang des Vorverstärkers 50 ist mit einem phasensynchronen Detektor und Frequenz-Neizwerkkompensator 52 verbunden, der fernerhin Informationen des Wobbeigenerators 40 aufnimmt, die die momentane Frequenz des Generators 40 identifizieren. Der Zweck der Einheit 52 wird weiter unten noch näher erläutert. Der Wobbelgenerator 40. der Wandler 42 und ihre elektrischen Verbindungen sind elektrisch von den übrigen Teilen der Vorrichtung nach F i g. 7 durch eine Membran 54 abgeschirmt.

Im Betrieb durchläuft der Generator 40 einen geeigneten Frequenzbereich, wodurch Gesamtwellen-Schwingungen der Stange 36 hervorgerufen werden, und zwar in der Folge von unterschiedlichen Frequenzen, die durch korrespondierende Oberwellen des Wandlers 42 definiert sind. Bei jeder dieser Frequenzen wird die Potential-Differenz über den Längsenden der Stange 36 durch die Einrichtungen 50 und 52 festgestellt, die ebenfalls die Phase des Spannungssignals anzeigen, welche beispielsweise relativ zu dem Signal vom Generator 40 besteht. Bei jeder Frequenz korrespondiert die Spannung über den Enden der Stange 36 mit dem Ausdruck für die Frequenz einer Fourier-Reihendarstcllung des eindimensionalen Lichtmusters, das durch den Generator 38 auf die Stange 36 projiziert wird.

In Wirklichkeit wird eine Fourier-Transformation des Lichtinusters nicht erhalten, sondern statt dessen die Transformation der von dem Licht erzeugten Ladungsträger-Verteilung innerhalb der gemessenen Zone der Stange 36. Diese Verteilung entspricht nicht dem Lichtintensitäts-Muster. da die Ladungsträger dazu neigen, von der Stolle hinweg /.u streuen, an der sie erzeugt werden. Dies hat ein Verwischen des Lichtmusters zur Folge und dies wiederum eine Dämpfung der Fourier-HF-Komponenten. Dies kann /u einem gewissen Grad durch ein Frcquenz-Kompensieriingsnel/ werk berichtigt werden, das Teil des phasensynchronen Detektors und Kompensicrungsnetzwerks 52 ist. Das Netzwerk 52 verstärkt die Eingabcsignnlc. die mit höheren Vibrationsfrequenzen übereinstimmen. Bei einer speziellen Ausführungsform kann die Stange 36 aus geringfügig p-leitendem Silizium bestehen und eine Leitfähigkeit von 3500 Ohm/cm besitzen, wobei die Lebensdauer der Ladungsträger etwa 3 ms bei einer Diffusionslänge von etwa 5 mm betragen kann. Diese begrenzt die Auflösung auf einige Millimeter.

Zweidimensionale Vorrichtungen zum Erzeugen von fourieriransformierten Darstellungen zweidimensiona-

iü ler bildlicher Information sind wichtig und kompliziert. Derartige Vorrichtungen können im wesentlichen auf den gleichen Prinzipien beruhen, wie dies bei den eindimensionalen Vorrichtungen, und zwar mil dem Gesamteffekt und der Oberflächenwirkung der Fall ist.

Der wesentliche Unterschied zwischen eindimensionalen und zweidimensionalen Vorrichtungen besteht darin, daß die zweidimensionalen Vorrichtungen eine steuerbare Schallwelle erfordern, um die zweite Dimension der bildlichen Information zu erhalten.

Bei einer Ausführungsform einer zweidimensionalen Vorrichtung wird der Effekt der photo-eiektrischen Ausbeute verwendet. Diese Vorrichtung ist in Fig.8 schematisch dargestellt. Die Vorrichtung nach F i g. 8 besitzt ein Substrat 56 aus einem Material, beispielsweise einer Platte aus geschmolzenem Quarz, auf deren einer ihrer großen Flächen ein Photokathodenfilm 58 aufgebracht ist. Eine photoelektronische Sammelplatte 60 ist parallel und unter einem geeigneten geringen Abstand von dem Film angeordnet. Eine konstante

3d Potentialdifferenz wird zwischen dem Film 58 und dem Sammler 60 durch eine Konstant-Spannungsquelle 62 hergestellt. Der abgegebene Strom zwischen dem Film 58 und dem Sammler 60 wird durch Messen der Potentialdifferenz über einen Widerstand 64 durch einen Vorververstärker 66 gemessen, welcher Vorverstärker einen phasensynchronen Detektor 68 aussteuert, der ebenfalls eine Frequenzeingabe von Wandlern 72 aufnimmt. Ein Lichtmuster wird durch das Substrat 56 auf den Photokathodenfilm 58 projiziert.

4n und zwar durch einen Projektor 70. Das Substrat 56 schwingt in geeigneten Schwingungsströmen und mit geeigneten Frequenzen, und zwar durch die Wandler 72, die akustisch in geeigneter Weise an das Substrat 56 gekoppelt sind. Die Vorrichtung wird im Vakuum

4"» betrieben.

Eine mögliche qualitative mathematische Beschreibung der Betriebsweise der Ausführungsform nach Fig. 8 muß folgendes in Betracht ziehen. Elektronen werden unter Beleuchtung von einer im Vakuum

.ο gehaltenen Metallplatte in Übereinstimmung mit der Einsteinschcn Gleichung

I 2mi^J.„, = fiu„ - [Φ-eV) le-19)

abgegeben, wobei V„,.„ die maximale Gcsehwmdigkcii der Ausgangs-Elcktroncn. n,, die Lichtfrcqucn/.. V da« Beschleiinigiingspotcntial und Φ die Oberflächen;!!· beitsfunktiori ist. Die Stromdichte ist

./ = cm = νjlp (f) l·

(C-20I

wobei π clic Dichte der abgegebenen Elektronen. /)(ijd\i ■λ absorbierte Photonendichte und β die Quanlcmuisbeiiti des Verfahrens ist. Angenommen die Temperatur isi niedrig und der Betrieb nahe am Absehaltptinkt. dam werden die meisten Elektronen mit maximaler Ge

schwindigkeit v_mt abgegeben. Nun beträgt die Dichte des Stroms

,/ = etip(f)\'2/m(riw_p- Φ + eV (e-21)

und zwar dann, wenn eine Verformungsspannung durch das Metall entsprechend der Gleichung

(e-22)

ausgebreitet wird, wobei q_K der Wellenvektor ist, der mit w über die Verfoimungsstreuungsrelation in Beziehung steht. Diese Verformungsspannung gewährleistet eine örtliche Abwandlung in der Arbeitsfunktion Φ und zwar durch Variieren der Fermi-Energie. Wird die Arbeitsfunktion auf eine erste Ordnung in der Verformungsspannung erweitert, so erhält man die folgende Gleichung:

Φ = Φ₀ + (ΛΦ/ΛΣ?;)Σ.ν (e-23)

wobei die Summierung über gleiche Indizes insgesamt angenommen wird.
Dies kann als

Φ = Φ_ο(Ι+(1/Φ)(ΛΦ/λΣο)Σο) (e-24)

ausgedrückt werden. Die Änderung in der Arbeitsfunktion mit der Verformungsspannung ist eine Folge der beim Verformen veränderten Fermi-Energie, da das Niveau des Vakuums fest ist. Somit wird

(e-25)

wobei μ die Fermi-Energie ausdrückt. Der Wert dieser Veränderung kann berechnet werden, und es kann gezeigt werden, daß die Störung von Φο gering aber meßbar ist. Wird das System derart angeordnet, daß

-Hw ρ + eV -

(e-26)

ist, wobei

^ist·

Der folgende Ausdruck kann für den gesamten gesammelten Strom berechnet werden:

(e-27)

wobei das Integral über die Fläche des Photoemitters angenommen wird.

Aus der obigen Gleichung kann geschlossen werden, daß die Komponente des Stroms, die bei der Frequenz w der Verformungsspannung variiert, proportional zu der q_w Komponente der Fourier-Transformation der Lichtintensität ist. Das Feststellen der Wechselstromkomponente und das Abtasten in w stellt die gesamte Transformation her. Durch Hinzufügen eines Photomultipliers kann der Parameter β so manipuliert werden, daß die erforderliche Empfindlichkeit erhalten wird.

Die im voraufgehenden diskutierten Grundsätze beziehen sich auf die Ausführungsform nach F i g. 8, bei der Elektronen vom Photokathodenfilm 58 abgegeben werden, und zwar unter der Wirkung des vom Projektor 70 projii'ierten Lichtmusters sowie unter der Wirkung der durch die Wandler 72 induzierten Verformungsspannung. Der Strom ist der durch den Widerstand 64

verlaufende Strom, gemessen am Detektor 68.

Aus der qualitativen mathematischen Diskussion, die im voraufgehenden geführt wurde, wird deutlich, daß der Erhalt des Abgabesignals, nämlich der durch den Widerstand 64 (Fig.8) strömende Strom, Integrale besitzt, deren Zwischengröße Produkte der Intensitätsverteilung des auf den Photokathodenfilm 58 projizierten Bildes enthält, sowie die Deformation der Spannung des Substrates 56. Ist die Verformungsspannung proportional

so sollte das festgestellte Signal proportional zur zweidimensionalen Fourier-Transformation sein, wobei

q_w = q_xx

q_yy

ist. Diese Bedingung erfordert ein Steuert der akustischen Strahlenbündel, wodurch eine Deformierung des Substrats 56 erfolgt. Insbesondere müssen «7, und q_y veränderbar sein, und zwar im wesentlichen durch Variieren der Frequenzen der zum Treiben der Wandler 72 verwendeten elektrischen Signale, wie im voraufgehenden im Zusammenhang mit den Fi g. 3 und 4 bereits erwähnt.

Wird die Vorrichtung nach Fig.8 dazu verwendet, bildliche Informationen in deren Darstellung durch elektrische Signale umzuwandeln, so ist es nicht erforderlich, die verschiedenen Komponenten der

J» Verformungswelle geometrisch zu trennen, da die Differenzfrequenz auf einfache Weise feststellbar ist und andere Komponenten der Signale unbeachtet bleiben können. In Vorrichtungen jedoch, die zum Umwandeln von Darstellungen durch elektrische Signale von bildlichen Informationen in bildliche Informationen dienen, ist eine Frequenzdiskriminierung nicht möglich, und in der Vorrichtung vorhandene Schallwellen modulieren die abgegebenen bildlichen Informationen. Es ist daher erforderlich, eine Einrichtung zu finden, durch die es ermöglicht wird, die verschiedenen Komponenten der Verformungswelle in dem Substrat geometrisch zu trennen. Ein mögliches Verfahren hierzu ist in Fig.9 dargestellt. Dort ist ein Substrat 56 vorgesehen, das ähnlich dem Substrat 56 nach F i g. 8 ausgebildet ist, sowie Wandler 74 und 76, die akustisch mit dem Substrat 56 gekoppelt sind und jeweils durch Wobbeigeneratoren 74a und 76a getrieben werden, deren Frequenzen unabhängig variabel sind. Die in das Substrat 56 durch die Wandler 74 und 76 induzierten Verformungsspannungen koppr ¹Ji auf nichtlineare Weise (vgl. Ausführungen zu Fig.3) in einem Bereich 56a und linear in einem Bereich 566. Die durch die Wandler 74 und 76 induzierten unvermischten Verformungswellen breiten sich von einer Zone eines Photokathodenfilms 78 aus, die sich im linearen Mischbereich 56Z> befindet, während die Differenzverformungs-Welle durch die Zone des Photokathodenfilms 78 verläuft. Die speziellen Fälle (q„0) und (0,q,) können durch Induzieren einer Verformungswelle in das Substrat 56 durch Wandler 80 und 82 erhalten werden.

Eine Vorrichtung ähnlich der zweidimensionalen Vorrichtung nach Fig.8, die jedoch auf der Abhängigkeit der Verformungsspannung von der Photoleitfähigkeit und der Verwendung der in Fig.5 aufgezeigten Bedingung beruht, erfordert eine steuerbare akustische Welle, und es muß beachtet werden, daß der Widerstand einer rechteckigen Platte nicht proportional zu deren Fläche ist, jedoch proportional zum Verhältnis ihrer

Abmessungen. Eine eindimensionale Vorrichtung weist diese Schwierigkeiten nicht auf, weil Schwankungen in der Querrichtung zum Strom nicht erlaubt sind Bei einer zweidimensionalen Vorrichtung muß diese Tatsache jedoch beachtet werden.

Eine bildliche Information, die in die erwähnte elektrische Darstellung umgewandelt ist, kann entweder durch Berechnung des räumlrchen Musters (umgekehrte Transformation) und dessen Darstellung auf bekannten verfügbaren Vorrichtungen wiedererzeugt werden, beispielsweise einer Kathodenstrahlröhre, bzw. durch Verwendung eines Festkörper-Projektors.

Ein System zur Rekonstruktion bildlicher Information ist in F i g. 10 gezeigt. Dort sind Polarisierungsplatten 86 und 90 sowie eine Platte 88 aus photoelastischem Material vorgesehen, wobei die Platte 88 sich zwischen den Platten 86 und 90 befindet Die Polarisationsebenen der Platten 86 und 90 befinden sich im rechten Winkel zueinander; beispielsweise befindet sich die Polarisationsebene cer Platte 86 in horizontaler Richtung, während die der Platte 90 in senkrechter Richtung verläuft. Die Zwischenplatte 88 besteht aus photoelastischem Material, beispielsweise KPD (= Kaliumhydrogenphosphat) oder Acrylglas, und besitzt die Eigenschaft, daß der Polarisationswinke! von durch die Platte passierendem Licht verändert w^:rd, wenn eine mechanische Spannung auf diese ausgeübt wird. Diese Eigenschaft elasto-optischer Materialien ist bekannt; beispielsweise wird KDP verwendet als Lichtmodulator in der Quantenelektronik, und Acrylglas wird dazu verwendet, Sp;tinungsmuster in verschiedenen mechanischen Bauteilen zu demonstrieren. Elektro-mechanische Wandler 92 und 94 sind mit der Platte 88 akustisch gekoppelt und stellen Sparmungsnuster ähnlich den im Zusammenhang mit Fig.3 und 4 diskutierten Spannungsmustern her. Die Amplitude und Phase der Spannungsmuster werden durch elektrische Signale geleitet, die durch Signalgeneratoren 92a und 94 erzeugt werden, deren Abgaben ihrerseits durch elektrische Signale geleitet werden, die den Signalen des Detektors 68 nach Fig. 8 entsprechen. Somit bildet jede Verformungswelle in dem elasto-optischen Material Her Platte 88 eine räumliche Fourier-Komponente der zu rekonstruierenden bildlichen Information durch die Vorrichtung nach Fig. 10. Diese Verformung dreht örtlich die Polarisation, so daß Licht durch die Platte 90 hindurchgeleitet wird, welches von einer kollimierten Lichtquelle links in Fig. 10 der Polarisierungsplatte 86 herrührt. Das durch die Platte 90 gehende Licht kann als ein Signal einer akustischen Verzögerungsreihe zugeführt werden, die die bisher zugeführten Schallwellen der einzigen Fourier-Komponenten addiert und speichert, bis die gesamte Umkehrtransformation (das akustische Bild) eines speziellen optischen Bildes zusammengestellt ist. Anschließend kann eine elektronische Blende oder eine Blitzröhre den Schallwellenkomplex beleuchten, und das optische Bild kann auf eine Bildwand fokussiert werden. Die Platte 88 kann beispielsweise aus Lithiumniobat bestehen.

Im Zusammenhang mit dem in den Fig.5-9 dargestellten Vorrichtungen sei noch bemerkt, daß in vielen Fällen das Material des Substrats bei Grundfrequenzen und gleichzeitig bei einer oder mehreren Harmonischen dieser Grundfrequenzen schwingt. Dies kann auf vorteilhafte Weise durch gleichzeitige Ableitung elektrischer Signale angewendet werden, die die Fourier-Transformation für diese verschiedenen gleichzeitigen Frequenzen sind, F i g, 11 zeigt demgemäß eine Vorrichtung 100, die die Vorrichtung nach Fig.5 darstellt, und die durch eine Quelle 102 erregt wird. Ein optischer Projektor 104 projiziert ein

5 optisches Bild auf die Vorrichtung 100, Bei jeder Schwingungsfrequenz der Vorrichtung 100 ist das von der Vorrichtung 100 abgegebene Signal eine fouriertransformierte Darstellung des optischen Bildes, das durch den Projektor 104 auf die Vorrichtung 100

ίο projiziert wird. Da jedoch die Vorrichtung 100 in der Tat bei der Grundfrequenz und einer oder mehreren von feststellbaren Oberwelle dieser Grundfrequenz schwingt, ist es vorteilhaft, gleichzeitig die Abgabe jeder dieser verschiedenen unterschiedlichen Schwingungsfrequenzen der Vorrichtung 100 festzustellen. Dementsprechend wird das Ausgangssignal der Vorrichtung 100 gleichzeitig an eine Reihe von Frequenzfiltern gegeben, beispielsweise Filter 106a, 1066 und 106c Jeder dieser Frequenzfilter läßt nur einen Frequenzbereich hindurch, der der Grundfrequenz bzw. einer der feststellbaren Oberwelle der Grundfrequenz der Schwingung der Vorrichtung 100 entspricht. Jeder der Frequenzfilter hat somit ein Ausgangssignal, das der Fourier-Transformation entspricht, die der Frequenz im Bandbereich des Filters entspricht Diese Signale der Füter werden von einer Vorrichtung 108 aufgezeichnet Die Filter 106a. 106b und 196c weiden durch einen Filter 110 gesteuert, der Signale von der Quelle 102 erhält und Signale abgibt, die die Frequenz der Bandbreite der Filter vorbestimmt Beispielsweise kann der Filter 106a durch den Filter 110 so eingestellt werden, daß nur elektrische Signale hindurchgehen, die den momentanen Grundfrequenzen der Schwingung der Vorrichtung 100 entsprechen; der Filter 1066 kann so eingestellt werden, daß nur

J5 elektrische Signale hindurchgehen, die einer vorgegebenen Oberwelle dieser momentanen Grundfrequenzen der Schwingungen entsprechen, und der Filter 106c kann eingestellt werden, daß nur elektrische Signale durch ihn hindurchgehen, die eint; ^.nderen Oberwelle der momentanen Grundfrequenz der Schwingung der Vorrichtung 100 entsprechen.

Im voraufgehenden wurde ein optisches Bild beschrieben, wobei die räumliche Verteilung der Lichtintensität das Bild ausbildete. Die oben beschriebenen Vorrichtungen können jedoch in einem System zur Herstellung von fouriertransformierten Darstellungen eines Farbbildes verwendet werden, und zwar durch ein System nach Fig. 12. In Fig. 12 wird demgemäß ein durch einen Projektor nach F i g. 5 projiziertes optisches Bild auf eine Vorrichtung 112, beispielsweise ein herkömmliches Prisma, geworfen, um das optische Bild >n die drei Grundfarben Blau, Grün oder Rot zu trennen. Es entstehen drei getrennte optische Bilder, und zwar jedes einzelne von ihnen nur in einer der Primärfarben.

Eine Vorrichtung nach den Fig.5 —9, beispielsweise eine Vorrichtung nach Fig.5, ist für jede der drei Farben vorgesehen. Beispielsweise wird eine Vorrichtung 114a vorgesehen, um eine fouriertransformierte Darstellung des blauen Bereichs des Bildes zu erhalten; eine Vorrichtung 1146 wird vorgesehen, um eine fouriertransformierte Darstellung des grünen Bildbereichs zu erhalten, und durch eine Vorrichtung 114c wird eine fouriertransformierte Darstellung des roten Bildbereichs erhalten. Entsprechende Aufnahmevorrichtungen 116a, 1166 und 116 sind vorgesehen, um die durch die Vorrichtungen 114a, 1146 und 114c abgegebenen elektrischen Signale aufzuzeichnen.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Signals, welches ein optisches Bild darstellt, mit einem Medium, welches eine elektrische Eigenschaft hat, die sich abhängig von einem auf das Medium auftreffenden optischen Bild sowie abhängig von in Zeit und Ort sich ändernden Verformungsspannungen in dem Medium ändert,

ferner mit einem Bildprojektor zur Erzeugung des Bildes auf dem Medium,

einem an das Medium angeschlossenen Erreger für die Verformungsspannungen, der mehrere Frequenzen erzeugt, und mit einer an das Medium angeschlossenen Meßeinrichtung für die elektrische Eigenschaft des Mediums, die elektrische Ausgangssignale erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß der Erreger (20; 24; 40; 42) nacheinander Verformisngsspannungen erzeugt, die im wesentlichen außerhalb der Eigenfrequenzen des Mediums liegen, und daß jedes der elektrischen Ausgangssignale eine Aussage über das gesamte optische Bild enthält.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der versckiedenen Verformungsspannungen in Raum und Zeit im wesentlichen periodisch ist und daß die Meßeinrichtung wenigstens die Phase der zur Erzeugung der elektrischen Ausgangssignale verwendeten elektrischen Eigenschäften milii.

3. Vorrichtung naci. Anspi .ch !,dadurch gekennzeichnet, daß jede der Verformungsspannungen eine Schwingung des Mediums be.' verschiedener Frequenz ist, und daß die Meßeinrichtung die Größe und die Phase der für die Verformungsspannung wichtigen elektrischen Eigenschaft mißt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 —3, dadurch gekennzeichnet, daß der Erreger (20; 24; 40; 42) einen akustischen Wandler (20, 42) besitzt, der mit dem Medium akustisch gekoppelt ist und von einem Frequenzgenerator (24, 40) betrieben vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I -4, dadurch gekennzeichnet, daß der Erreger (20; 24; 40; 42) wenigstens eine Harmonische einer Grundfrequenz sowie sukzessive Sätze der Grundfrequenz erzeugt und daß die Meßeinrichtung diese Frequenz mißt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I - 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Ausgangssignale die Lichtintensitäts-Verteilung längs wenigstens einer Dimension des gesamten, auf einen vorbestimmten Bereich des Mediums (10, 12) geworfenen Bildes wiedergeben.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I -6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Ausgangssignale eine ausgewählte Komponente einer fouriertransformierten Darstellung der Lichtintensitäts-Verteilung längs wenigstens einer Dimension des gesamten, auf einen vorbestimmten Bereich des Mediums (10) geworfenen optischen Bildes wiedergeben.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere derartige Medien vorgesehen sind, von denen jedes einen Erreger sowie eine Meßeinrichtung, wobei die Vorrichtung eine Einrichtung (112) zum Projizieren der vorbestimmten Bildkomponenten auf vorbestimmte der Medien besitzt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildkomponenten (114a, 1140, \i4kc) unterschiedliche Farbbereiche des Bildes enthalten.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 —9, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung eine Einrichtung (34, 52) zum Messen der elektrisehen Leitfähigkeit eines definierten Bereichs des Mediums aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 — 10, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Eigenschaft die Potentialdifferenz über einem selektiven Be reich des Mediums ist.

IZ Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 — 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung eine Spannungsquelle mit konstantem Strom (28) aufweist

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 — 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium (10, 12) aus einem Material besteht, das aus der Gruppe der degenerierten Halbleiter und der Metalle besteht.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 — 13, dadurch gekennzeichnet, daß die sich ändernden Verformungsspannungen in dem Medium sich ausbreitende Verformungsspannungen von Gesamtwellen sind

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 — 14, ίο dadurch gekennzeichnet, daß jedes der elektrischen Ausgangssignale eine Darstellung einer einzelnen Dimension des auf einen definierten Bereich des Mediums projizierten Bildes ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 — 10, j5 dadurch gekennzeichnet, daß das Medium ein auf ein Substrat (10) aufgebrachter Film (12) ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I - 10 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß das auf den Film (12) projizierte optische liilJ zweidimensional ist, und daß die elektrischen Signale eine Darstellung des gesamten, auf einen ausgewählten Bereich des Mediums projizierten zweidimensionalen optischen Bildes sind.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 — 10, 4--, 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die sich ändernden Verformungsspannungen durch eine durch die Oberfläche, auf die das optische Bild projiziert ist, sich ausbreitende Oberflächenwelle verursacht sind.

M

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-10,

16-18, dadurch gekennzeichnet, daß der Erreger das Medium mit einer kontrollierten Spannungsquelle beaufschlagt, wobei der Wellenveklor der Spannungswelle in wenigstens zwei nichtkongrucnten Dimensionen gesteuert ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung ein Paar von elektrisch leitenden Kontakten (14,16) aufweist, die unter Abstand voneinander in elektrischem Kontakt mit dem Film (12) stehen, wobei ein schmaler Streifen des Films vom Bildprojektor (18) belichtet ist, daß ferner eine konstante Spannungsquelle (28) mit den beiden Kontakten (14, 16) verbunden ist und über dem belichteten Filmstreifen

b5 eine Pofentialdifferenz zwischen den Kontakten herstellt, und daß ein Nachweisgerät (34,68) für den Strom bei einer Vielzahl von unterschiedlichen Vibrations-Frequenzen des Substrats vorgesehen ist,

das die Ausgangssignalc erzeugt.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Film (12) im wesentlichen ein inhärenter photoleitender Halbleiter ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (10) im wesentlichen aus geschmolzenem Quarz besteht, und daß der l-'ilm (12) im wesentlichen aus polykristallinem Cadmiumsulfid besteht.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 — 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium ein Substrat (56) aus einem Material mit der Fähigkeit zur Erzeugung von in Zeit und Raum sich ändernden Verformungsspannungen ist, daß ein vom Bildprojektor (38) belichteter Photokathodenfilm (58) an der Oberfläche des Substrats (56) befestigt ist und mit diesem Änderungen der Verformungsspannung erfährt, daß eine photoelektronische Sammlerplatte (60) unter Abstand von dem Film (58) angeordnet ist, die den von dem Film (58) abgegebenen elektronischen Strom aufnimmt, und daß der Erreger eine Einrichtung (62) zur Herstellung einer tOtentialdifferenz zwischen dem Photokathodenfiln, (58) und der photoelektronischen Sammlerplatte (60) aufweist.