DE2348385C3

DE2348385C3 - Vorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Signals, welches ein optisches Bild darstellt

Info

Publication number: DE2348385C3
Application number: DE2348385A
Authority: DE
Inventors: Philipp G. North Syracuse Kornreich; Stephen T. Syracuse Kowel
Original assignee: Research Corp
Current assignee: Research Corp
Priority date: 1972-12-29
Filing date: 1973-09-26
Publication date: 1980-01-31
Also published as: CA993098A; JPS561607B2; GB1445119A; JPS4998649A; IT1008040B; SU695588A3; DE2348385B2; NL7313380A; SU724094A3; FR2212561A1; FR2212561B1; DE2348385A1

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 Machteil 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 keine Aussage über das gesamte optische Bild enthält.

Eine ähnliehe Vorrichtung besehreibt 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 Atisgangssignale — ähnlich wie bei der an erster Stelle diskutierten Druckschrift — Filterprobleme, bedingt durch die dann noch notwendige richtige Zuordnung der Ausgangssignale zu den Eingangssignalen. Diese Vorrichtung verwendet eine Fouriertransformation eines Bildes. Nachteilig ist es bei der beschriebenen vorbekannteii 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 nachteiligen Einflüsse der natürlichen Grund^iiwingungen des angeregten Mediums und deren Oberwel.en vermieden. Außerdem ergibt sich zwangsweise eine zeitlich definierte Zuordnung zwischen den Eingangssijrnalen und den Ausgangssignalen. Die elektrischen Ausgangssignale ^eben 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 die Bezeichnung Schallwellen Phononenwellen beliebi ger Frequenz, beispielsweise von 10 M/ bis /u den Bereichen MHz oder GHz. Die Bezeichnung gesteuerte Schallwellen bezieht sich auf Schallwellen, bei denen der volle Wellen-Vektor durch Größe und Richtung bestimmt und veränderbar ist. Die Bezeichnung Fourier-Transformation wird generalisierend verwen det und schließt, wie weiter unten noch näher beschrieben, besondere Fälle der mathematischen Konzeption von Fourier-Transformatinnen ein. beispielsweise Fourier- Reihen oder abgebrochene Fourier-Transformationen. Die Bezeichnung optisches Bild wird für räumliche Änderungen der Lichtintensität verwendet. Die Bezeichnung eindimensionales Bild bedeutet ein optisches Bild, in dem nur die Änderungen in einer Dimension interessieren.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist gekennzeichnet durch ein Substrat aus geschmolzenem Quarz und ener. Wandler zum Erzeugen einer Oberflächen-Schallwelle in dem Substrat. Ein inhärent halbleitender Film, beispielsweise aus 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 belichteten Filmstreifen projiziert, und eine

6ö 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 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-

qucrizcri gemessen, jeder gemessene Slrotnwcrl rcpräscnlicrl für die bestimmte Frequenz den Ausdruck der Föüricr-Transförmalioil, die das piOJizicflc optische Bild darstellt. Eine Anzahl derartiger schmaler Streifen eines inhärent hälblcitenden Films kann nebeneinander angeordnet sein, so daß eine Art zweidimensionaler phötöleitende Vorrichtung ausgebildet wird; deren Auflösung in der Querrichtung zur Länge der Streifen durch die Breite der Streifen begrenzt ist.

Die Vorrichtung zum Herstellen eines repräsentativen elektrischen Signals einer zweidimcnsionalen bildlichen Information ist gekennzeichnet durch eine ähnlich der für eine eindimensionale Vorrichtung vorgesehene Ausbildung, die jedoch eine Einrichtung zum Herstellen einer kontrollierten Schallwelle besitzt, die beispielsweise durch nichtlineares Koppeln zweier Wandler erzeugt werden kann, von denen jeder in seiner Eigenfrequenz erregt wird, mit dem Ergebnis, daß die Steuerung der Schallwelle durch unabhängiges Variieren der Frequenzen der beiden Wandler erfolgen kann. Alternativ kann die Steuerung der Schallwelle durch Schwingungen eines akustischen Systems erfolgen.

Die Umwandlung von bildlichen Informationen in eine elektrische Darstellung derartiger Informationen kann auch durch degenerierte Halbleiter und Metalle erfolgen, beispielsweise durch Störungen der Verformungsspannung der Fotoleitfähigkeit derartiger Materialien. So kann beispielsweise eine geringfügige P-f5rmige Siliziumstange, die mit unterschiedlichen Frequenzen schwingt, dazu verwendet werden, elektrische Signale zu erzeugen, die fouriertransformierte Darstellungen eines auf die Stange projizierten optischen Bildes sind.

Es gibt 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 Anwendungsbereiche. Sofern die Wiedererzeugung der bildlichen Information erforderlich ist. so sind die beiden möglichen Wege hierzu eimiuii die Berechnung der Umkehrtransformation der elektrischen Signale und deren Wiedergabe auf derzeitig verfügbaren Vorrichtungen, z. B. Kathodenstrahlröhren, und zum anderen die Verwendung einer direkten Festkörpervorrichtung.

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

F i g. 1 eine schmeatische Darstellung zur Erläuterung der wesentlichen Merkmale der Erfindung.

Fig. 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,

Fig.7 eine andere Ausführungsform einer Vorrichtung zum Herstellen einer fouriertransformierten Darstellung eines eindimensionalen optischen Bildes,

Fig.8 eine Vorrichtung zur Herstellung einer fouriertransformierten Darstellung eines zweidimensionalen optischen Bildes,

F > g. 9 eine weitere Vorrichtung zum Herstellen einer fouriertransformierten Darstellung eines zweidimensionalen optischen Bildes,

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

Fig. Il eine weitere Ausfülirürigsform einer Aus-

gangs-Äblcilvorrichtung, die in Verbindung mit den in den F i g. 5 —9 gezeigten Vorrichtungen verwendbar ist, Fig. 12 die Anwendung der Vorrichtung nach deti

Fig.5 — 9 zur Herstellung einer föuricflfansfofmicflen Darstellung eines farbigen Bildes.

Vor der näheren Beschreibung der verschiedenen Ausführungsformen der Vorrichtung nach der Erfindung sollen im folgenden einige der in der 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 fouriertransformierlc 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 planare Oberfläche ist. ausgebildet. Zur Vereinfachung wird nur eine zwcidi mensionalc planare Oberfläche, in der die Lichtintensität sowohl in der x- wie auch in der/-Richtung variieren kann, diskutiert. Ein spezieller Fall eines derartigen planarcn zwcidimensionalen optischen Bildes ist ein eindimensionales Bild, in dem das Licht bzw. die Helligke't nur längs einer einzigen Dimension, beispielsweise längs der Ar-Richtung 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 Fourier-Transformation, wobei das Abbrechen eine Folge davon ist. daß die Fourier-Transformationen von Bildern über endliche Bereiche interessieren. Die Fourier-Transformation ist ein unendliches Integral. Da jedoch Bilder von unendlicher Größe interessieren, reicht ein endliches Integral aus. Wenn daher von einer Fourier-Transformation gesprochen wird, so bedeutet dies eine

■40 abgebrochene Transformation. Die Bezeichnung Fouriertransformation schließt eine Vielzahl von Fourier-Reinenein.

Fig. 1 zeigt schematisch einen eindimensionalen Streifen 1 aus lichtempfindlichen Material. Angenommen. der Lichteinfall auf ein Teilsegment dx des Streifens 1 stellt eine Veränderung dVo im Potential über den Längsenden des Teilsegmentes d.v her. Physikalische Umstände erfordern, daß die tatsächliche Potentialdifferenz, die wahrgenommen werden kann, über einer endlichen Länge besteht. Angenommen daß diese Länge Endpunkte a und b besitzt, so ist die Potentialdifferenz 4Vo, die über den die Enden der eindimensionalen photoempfindlichen Reihe definierenden Punkte a und b wahrgenommen wird

Λ V_n

'-J

dx

(e-1)

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:

Λ V₀OlJ Φ {χ)άχ

(e-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 gehl' von dieser Lösu'dg ab und verwendet eine einzelne Vorrichtung zur Herstellung elektrischer Signale, weiche das gesamte auf die Vorrichtung pfojizicrte Bild fcprüseniiereiu Um das Wesen der Erfindung zii verdeji-'licheh, wird wiederum auf den hypothetischen cindimcVfsionalen Streifen aus photoempfiridlichen Material Bezug genommen^ der im vorangehenden diskutiert würde, und angenommen, daß i'lie Schwan- in klingen in der Spannung über den Längsenden des Teilsegments d.v ebenfalls von einer harmonischen Störung des Segmentes der Form

uufwcisi, so tisiß

d V'dx - Φ (χ) [! -- )<Σ(χ< ')| (c-4)

ist. wobei kdie Ausbreitungskonstante, irdic momentane Frequenz und / eine Pioportionalkonstanle ist. Hierdurch wird der Spannungs-abfall über dem durch die Endpunkte a und b definierten hypothetischen Streifen

+ rloc"¹· "¹IdX (e-5)

Der erste Ausdruck auf der rechten Seite in der obigen Gleichung ist die Potentialdifferenz über dem durch die Endpunkte a und bdefinierten Segment, und zwar in Abwesenheit einer harmonischen Störung. Der zweite Ausdruck in der obigen Gleichung ist der interessierende Ausdruck, weill 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, weil er sich in der Zeit ändert, während dies bei dem ersten Ausdruck nicht der Fall ist. Nennt man den zweiten Ausdruck der obigen Gleichung Δ V, so entsteht die folgende Gleichung:

- iwt I

it»

45

= I l>|e

(e-6)

wobei sowohl die Größe | Δ V\ und Phase θ von der Lichtintensität Φ ftJund von der Ausbreitungskonstante k abhängig sind. Die Ausbreitungskonstante k = k(w) ist die Verteilungsrelation für Schallwellen in dem Streifenmaterial. Somit wird deutlich, daß die Spannung Δ 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 Entsprechung ist dann , ~ 1 .-„ , _.

F {Φ (x)}« * I 1 V\ e (e-7) ^

und Δ V(w) stellt die Lichtintensitätsverteilung Φ ft) längs der hypothetischen Linie zwischen den Endpunkten a und b vollständig dar. Die Ausbreitungskonstante k 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 Crzielbare räumliche Frequenz begrenzt wird, und, in jeder speziellen Vorrichtung, durch Begrenzungen im Frequenzbereich des Materials und der elektronischen Ablasteihrichtungeh. Ein weiterer wesentlich wichtiger Aspekt ist. daß eine Firi/eivofrielitung, die Viele MdIe größer als ihre Auflösung sein kann, /um Abtasten eines gesamten Bildes verwendet werden kann.

Die voraufgegangene Diskussion verdeutlicht, wes halb die Verfügbarkeit von gesteuerten Schallwellen für die Durchführung der vorliegenden Erfindung wesentlich ist. Da alle Ausführungsformcn der erfindungsgemäßen Vorrichtung in irgend einer Form gesteuerte SchulKvcücn verwenden v.'ird nv> fcHcndcn «»^"cführi 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 F i g. 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 angelrieben ist. zu Schwingungen veranlaßt wird. Je 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 Wellenschwingung sein. Alternativ kann die Stange 2 in einen akustischen Absorber 6 münden. Die Quelle 5 kann ein Kippfrequenzgenerator sein, der beispielsweise Frequenzen von 100 kHz bis 10MHz 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 Oberwelle fehlt. 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 Abgabecharakteristiken gewährleisten. Verschiedene Oberwellen einer Grundfrequenz können jederzeit in der Stange 2 vorhanden sein.

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

e«"-W mit q_w = q_x(x) + q_T(y)

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

Eine Möglichkeit, die erforderliche zweidimensionale Steuerung von Schallwellen durchzuführen, basiert auf der Tatsache, daß viele Materialien, und zwar sowohl kristalline als auch polykristalline Materialien, gegenüber Veffofniungsschwinguiigen empfindlich sind, woraus sich eine signifikante Mischung der Wellen ergibt, und zwar weil die Kräfte proportional zu dem Quadrat der der Verformung sind. Sind die Frequenzen der yerförmungsspanniing kleiner als 100 MMz, so ist ein klassisches Bild der akustischer* Wellen adäquat

Werden zwei Wandler 3n und 36 (vgl. Fig. 3), die durch entsprechende Quellen 5a und Sb getrieben sind, dazu verwendet, zwei Schallwellen in demselben Medium 2 zu erzeugen, nämlich

A COSfH',/ - q_xx)

B cos(w₂/ + </,,}>)

(c-8)

ergibt, wobei

und

W < C₁ {π/d)

(e-10)

ist. Die akustischen Wellen in diesem Sysiem sind Scherwellen mit einer Verlagerung T^ und zwar nur in der z-Riehtung und einer Ausbreitung in den Richtun-

10

2Ü

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

£ 5 = c5/2 cos [(W₁ - W₂) t - {q_xx + q_yy)]

+ c5/2 cos [(W₁ + w₂) t - (q_xx - i/_vy)] (c-9)

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_x wie auch q_y können beliebig variiert werden, und zwar durch Veränderung der Frequenzen, cY\p Hip beider! Wandler \a nnH ~\h rjijrrhinijfpn Πργ Faktor Cs schließt die elastische Konstante dritter Ordnung ein sowie das Produkt der ursprünglichen Verformungsspannung AB. Es ist ersichtlich, daß der •Differenzausdruck den Ausdruck {—~q ■ T) enthält. Der Summenausdruck enthält den »konjugierten« Wellen-Vektor und soll von einem Bereich 7 in Fig.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

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

K =

(C-II)

wobei c, die ScherwfcilengcschwindigkeU des Schalls in dem Substrat 2 nach F i g. 4, und /der Index des Bereichs ist Die Verlagerung im Bereich 1 der Fig.4 kann wie folgt ausgedrückt werden:

U., = U_r [A cos (2/im/v) (x) ■ cos (lixnlh) (y)
4- B cos (2/ii.t//j) (.x) · sin (2/1.1//») (j>)
+ D sin (2m.T/\) (.v) · cos (2».-r//>) (y)

+ F sin (2/Hji/t) (x) sin (2/i/b) 00],

(C-12)

Durch Einsetzen der Gleichung (e-12) in die Gleichung (c-11) kann für den Bereich 1 folgende Verteilungsrelation erhalten werden:

²/^ (2m.i/\)² + (2/1 .

(C-13)

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

ß= D= F=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 Frequenz ausgewählt werden kann. Um zu gewährleisten, daß keine Abweichung in der letzten Gleichung erfolgt, wird das Verhältnis a/b irrational gewählt, beispielsweise b = {nld)a.

Die Ungleichung w < c_s (π/2) kann für Frequenzen von weniger als 100 MHz erfüllt werden, indem beispielsweise d = 0,188 mm gewählt wirr, was eine Übliche nicke fr«r da« Siihstrai H dfr Fig 4 darstellt Falls die Dimension a nach F i g. 4 etwa 35 mm beträgt, so kann die Gleichung (e-13) für ein besonderes Material wie folgt gelöst werden

/ = 107600 hn¹ + (4/;i²)/i² (e-14)

für alle ganze Zahlen m, n.

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 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 Halbleiterfilm 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 Lichtmusler ausgesetzt wird, das von oberhalb des Substrats 10 durch einen Projektor 18 projiziert wird.

In einer beispielhaften Ausführungsform der Vorrichttihg besitzt der belichtete Anzeigeslreifen 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 C-Achse der einzelnen Kristalle etwa senkrecht zu der Ebene des Films 12 fluchten. Der Film 12 besitzt keine piezoelektrische Wirkung in der Ebene des Films. Ein Wandler 20 ist akustisch mit der oberen Oberfläche drs Substrats 10 durch einen Keil 22 aus Acrylglas gekoppelt und wird durch einen Kippfrequenz- oder Wobbelgenerator 24 getrieben. Diese Anordnung gewährleistet eine akustische Oberflächenweile, die sich längs der Oberfläche des Substrats 10 von iinks nach rechts (Fig. i) ausbreitet, d. h. vom wandler in Richtung auf und durch den Bereich unterhalb des Halbleiterfilms 12. Das rechte Ende des Substrats 10 ist mit 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 Größe und Phase des Stroms über den Kontakten 14 und 16 repräsentiert.

Im Betrieb (vgl. Fig. 5) durchläuft der Generator beispielsweise Frequenzen zwischen 10OkHz und 10MHz, so daß Oberflächen-Schallwellen entstehen, wie dies in Zusammenhang mit Fig.2 beschrieben

;<■ A

u >,* U\lllUlltgrtll

j ι i:„u»„.„- c._„;<■„„.. A_n^

Halbleiterfilms 12 wird sowohl durch das durch den Projektor 18 darauf projizierte Lichtmuster als auch durch die Frequenz der durch den Wandler 20 erzeugten Oberflächenwelle moduliert. Bei jeder Schallwellenfrequenz 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 F i g. 5 sei angenommen, daß die Leitfähigkeit des belichteten Streifens pro Längeneinheit des Halbleiterfilms 12 wie folgt ausgedrückt werden kann:

-IG = g_D+gL"> U-) +

Φ ΜΣ (e-15)

wobei go die Dunkelleitung in Abwesenheit von Verformungsspannung, gL Φ die Veränderung in der Leitfähigkeitjnit Licht, Φ der Photonenfluß in Watt/m², gDS ist die Änderung der Dunkelleitung mit Verformungsspannung, Σ = 2e. Kv-v) die Verformungsspannung infolge der auf der Oberfläche des Substrats IO durch den Wandler 20 erzeugten Oberflächenwelle und gisΦ (y)^}Σ die Veränderung in der Leitfähigkeit mit Licht und Verformungsspannung ist

Der Strom Al pro Längeneinheit des belichteten Streifens ist dann Al — ACVq, wobei Vo die konstante Spannung ist, welche über die elektrischen Kontakte 14 Und 16 durch die Spannungsquelle 28 ausgeübt wird. Der Gesamtstrom /,der durch den Vorverstärkei'32ijn<jden Detektor 34 über den Widerstand 30 gemessen wird, beträgt dann

(C-16)

/ = K_n IGdx

wobei .ν längs der Länge des belichteten Streifens verläuft, dessen längsseitigen Endpunkte a und b sind. &ie Wechselstromkomponente /des Stroms ist

h

i = K₀Zog/« \j^e'^iqx d-v

-te U(X)C¹"¹ dxl
Sos J J

(c-17)

Für das spezielle Material jedoch, das in dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 verwendet wird, nämlich Cadmiumsulfid beträgt das Leitungsverhältnis dunkel: hell gLs/gDS slwa 300 :1. Somit ist die Wechselstromkomponente des Stroms für normale Lichtintensitäten etwa

Σ ogLs J

'«* dx (e-I8)

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

In dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt eine spezielle, übt.'prüfte Vorrichtung einen Lichtwiderstand von etwa 100 kD und erzeugt Spannungssignale zwischen 30 μν und 2 mV Wechselstrom r.Uar- Aar, Widerstand 30 vor: !0 k^ Da es erwünscht isi, mit einem Scheinwiderstand von weniger als 100 ΚΩ zu arbeiten, können verschiedene Vorrichtungen der in Fig.5 gezeigten Art parallelgeschaltet sein, wodurch eine Ausführungsform entsteht, die in Fig.6 näher erläutert ist.

Die Ausführungsform nach Fig.6 ist ähnlich der Ausführungsform nach Fi g. 5, außer, daß die Kontakte 14 und 16 durch Kontakte 15 und 17 ersetzt sind, die, wie Fi g. 3 zeigt, ineinander fassende kammartige Erhebungen 15a 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 projiziertes Lichtmuster erzeugt auf ähnliche Weise elektrische Signale, die im wesentlichen die Koeffizienten einer Fourier-Reihendarstellung des Lichtmusters sind, und infolgedessen eine fouriertransformierte Darstellung des Lichtmusters.

Eine Vorrichtung, die im aligemeinen 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 F i g. 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-Iekendes Silizium, ferner einen Lichtmuster-Generator 38 zum Projizieren eines Lichtbildes auf die Stange 36, wobei das Lichimuster 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 Ober 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 absorbieren- >u des Material 46 gekoppelt, das die Wellen im wesentlichen ohne Reflexion aufnimmt. Eine Konstant-Stromquelle 48 ist in geeigneter Weise mit 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 Potentialdifferen/ zwischen diesen /u messen. Der Ausgang des Vorverstärkers 50 ist mit einem phasensynchronen Detektor und Frequenz-Netzwerkkompensator 52 verbunden, der fernerhin Informationen des Wobbeigenerators 40 aufnimmt, die die momentane Frequenz des Generators 40 identifizieren. Der Zweck der Einheit 52 wird weiter ur.ten 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.'/ durch eine Membran 54 abgeschirmt.

Im Betrieb durchläuft der Generator 40 einen geeigneten Frequenzbereich, wodurch Gesamtwellen-Schwingungen der Stange 36 hervorgerufen werden, und /war 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 an/eigen, welche beispielsweise relativ /u dem Signal vom Generator 40 besteht. Bei jeder Frequenz korrespon diert die Spannung über den Enden der Stange 36 mit dem Ausdruck für die Frequenz einer Fourier Rethendarstcllung des eindimensionalen l.tchtmusiers. das durch den Generator 38 auf die Stange 36 projiziert wird.

In Wirklichkeit wird cine Fourier Transformation des Lichtmusters nicht erhalten, sondern statt dessen die Transformation der von dem Licht erzeugten Ladungsträger Verteilung innerhalb der gemessenen Zone der Stange 36. Diese Verteilung entsprich! nicht dem Lichtintcnsitals-Mustcr, da die Ladungsträger dazu neigen, von der Stolle hinweg zu streuen, art der sie erzeugt werden, Dies hat ein Verwischen des Lichtrriü* stert zur Folge und dies wiederum eine Dämpfung der Fouricni-IF-'Kompohcnten. Dies kann zu einem gewissen Grad durch ein FrcqUenz-Kompensierungsnetz.-werk berichtigt werden, das Teil des phasensynchronen Detektors und Kompensierungsnetzwerks 52 ist. Das Netzwerk 52 Verstärkt die Eingabcsigfiäle, die mit höheren Vibrationsfrequenzen übereinstimmen. Bei einer speziellen Ausführungsform kann die Stange 36 aus geringfügig p-Ieitendem 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 fouriertransformierten Darstellungen zweidimensiona-Ier bildlicher Information sind wichtig und kompliziert. Derartige Vorrichtungen können im wesentlichen auf den gleichen Prinzipien beruhen, wie dies bei den eindimensionalen Vorrichtungen, und zwar mit dem Gesamteffekt und der Oberflächenwirkung der Fall isL Der wesentliche Unterschied zwischen eindimensionalen und zweidimensional Vorrichtungen besteht darin, daß die zweidimensionalen Vorrichtungen eine steuerbare Schallwelle erfordern, um die zweite Dimension der bildlichen Information zu erhalten.

Bei einer Ausfühi ungsfurin einer zweidimensionaien Vorrichtung wird der Effekt der photo-elektrischen Ausbeute verwendet. Diese Vorrichtung ist in Fig.8 schematisch dargestellt. Die Vorrichtung nach Fig.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 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 aus steuert, der ebenfalls eine Frequenzeingabe von Wandlern 72 aufnimmt. Ein Lichtmuster wird durch das Substrat 56 auf den Photokathodenfilm 58 projiziert.

und /war durch einen Projektor 70. Das Substrat 156 schwingt in geeigneten Schwingungsströmen und mit geeigneten Frequenzen, und zwar durch die Wandler 7'2. die akustisch in geeigneter Weise an das Substrat .'56 gekoppelt sind. Die Vorrichtung wird im Vakuum

45 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 gehaltenen Metallplatte in Übereinstimmung mit der Einsteinschen Gleichung

1 2 ml·²™,, = -ti W_n (Φ eV) (e-19)

55 abgegeben, wobei V_wa, die maximale Geschwindigkeit der Ausgangs-Elektronen. w_p die Lichlfrequen/. V das Bcschleunigungspotential und Φ die Oberflächenbeitsfunktion ist. Die Stromdichte ist

60 J =

wobei π die Dichte der abgegebenen Elektronen, p^
absorbierte Photonertdichle Und β die Quantcnausbcuie des Verfahrens ist. Angenommen die Tcmperaiur ist niedrig und der Betrieb iiähe aiii Absehällpiinkt, däiin Werden die meisten Elektronen mit maximaler Gc-

schwindigkeit v™, abgegeben. Nun beträgt die Dichte des Stroms

J = e/;p(r)l2/»j(fiu'_p-"</' + iM^/ (e-21)

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

(e-22)

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

Φ = φ₀ + (Λ Φ Λν?,)

(e-23)

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

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

^ΛΙ*^ΛΣ.ι = ^Λ," ^ΛΣ?, (e-25)

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

■tiwρ + c J - Φ_η > > y Φ (e-26)

ist. wobei
;■ = (1 '/'

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

c jiitt wie
2(t\wp

)e'"';_nW₀ Γ
-el - W_nJ

p[r)c

(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 variicl. proportional zu der q_m Komponente der Fourier-Transformation der Lichtintensität ist. Das Feststellen der Wechselstromkomponente und das Abtasten in w stellt die gesamte Transformation her. Durch Hinzufügen eines Pholomultipliers kann der Parameter β so manipuliert werden, daß die erforderliche Empfindlichkeil erhallen wird,

Die fm voraufgehenden diskutierten Grundsätze beziehen sich auf die Ausfüjirurigsföfm fläch Fi g. 8, bei der Elektronen vom Photokathödenfilm 58 abgegeben werden, und zwar untcf der Wirkung des vom Projektor 70 pröjizierten LiclitmtistCfs sowie ünlef 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 pröjizierten 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_xx

q_yy

ist. Diese Bedingung erfordert ein Sleuern der akustischen Strahlenbündel, wodurch eine Deformie-

-° rang des Substrats 56 erfolgt, insbesondere müssen <j. und q, veränderbar sein, und zwar im wesentlichen durch Variieren der Frequenzen der /um Treiben der Wandler 72 verwendeten elektrischer, Signale, wie im voraufgehenden im Zusammenhang mit den F i g. 3 und

2i 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 Vi··'ichtungen 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 Einrich-

•Ό tung zu finden, durch die es ermöglicht wird, die verschiedenen Komponenten der Verformungswelle in dem Substrat geometrisch zu trennen. Im mögliches Verfahren hierzu ist in F ι g 9 dargestellt. Dort ist ein Substrat 56 vorgesehen, das ähnlich dem Substrat 56

■n nach F ι g. 8 ausgebildet ist. sowie Wandler 74 und 76. die akustisch mit dem Substrat 56 gekoppelt sind und j'eweils durch Wobbeigeneratoren 74a und 76a getrieben werden, deren Frequenzen unabhängig variabel sind. Die in das Substrat 56 durch die Wandler 74 und 76

ίο induzierten Verformungsspannungen koppeln auf nichtlineare Weise (vgl. Ausführungen zu F i g. 3) in einem Bereich 56a und linear in einem Bereich 56b. Die durch die Wandler 74 und 76 induzierten unvermischten Verformungswellen breiten sich von einer Zone eines Photokathodenfilms 78 aus. die sich im linearen Mischbereich 56ύ befindet, während die Differenzver· formungs-Welle durch die Zone des Photokathodenfilms 78 verläuft Die speziellen Fälle (q,.O) und (0.q_t) können durch Induzieten einer Verformungswelle in das Substrat 56 durch Wandler 80 und 82 erhalten werden.

Eine Vorrichtung ähnlich der zwcidimensionalen Vorrichtung nach" P i g. 8, die jedoch auf der Abhängigkeit der VefformUrtgsspannürrg von der Photoleitfähigkeil Und der Verwendung der in Fig,5 aufgezeigten

tledingung beruhe erfordert eine steuerbare akustische Weile, und es muß beachtet werden, daß der Widerstand einer rechteckigen Platte nicht proportional zu deren Fläche ist, jedoch proportional ζιΐηϊ 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 räumlichen 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 Fi 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 der Platte 86 in horizontaler Richtung, während die der Platte 90 in senkrechter Richtung verläuft. Die Zv. ischenplatte 88 besteht aus photoelastischem Maten.il. beispielsweise KPD (= Kaliumhydrogenphosphat) oder Acrylglas, und besitzt die Eigenschaft, daß der Polarisationswinkel von durch die Platte passierendem Licht verändert wird, 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 da/u verwendet, Spannungsmus'er in v"schiedenen mechanischen Bauteilen zu demonstrieren. Flektro-mechanische Wandler 92 und 94 sind mit der Platte 88 akustisch gekoppelt und stellen Spannungsmuster ähnlich den im Zusammenhang mit Fig. J .md 4 diskutierten Span nungsmusiern her. Die Amplitude und Phase der Spannungsmuster werden durch elektrische Signale geleitet, die durch Signalgeneratoren 92j und 94 erzeugt werden, deren Abgaben ihrerseits durch elektrische Signale geleitet werden, die den Signalen des Detektors 68 nach F i g. 8 entsprechen. Somit bildet jede Verformungswelle in dem elasto-optischen Material der Platte 88 eine räumliche Fourier-Komponente der /u 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 kollimiertcn Lichtquelle links in Fig. 10 der Poiansierungsplatte 86 herrührt Das durch die Platte 90 gehende Licht kann als ein Signal einer akustischen Ver/ögeningsreihe züge fuhrt werden, die die bisher /!!geführten Schallwellen der ein/igen Fourier Komponenten addiert und spei chert, bis die gesamte llmkehrtransformalion (das akustische Bild) eines speziellen upiischen Bildes zusammengestellt ist Ansi hließend kann eine elektroni sehe Blende oder eint· Blitzröhre den Sihallwellcnkom plex beleuchten, und das optische Bild kann auf eine Bildwand fokussiert werden Die Platte 88 kann beispielsweise aus Lithiumniubat bestehen.

Irrt Zusammenhang itiif dem in den Pig,5 —9 dargesteliieh Vörrichluhgeri sei hoch bemerkd daß IfI vielen Fäden das Material des Substrats bei Gfuhdffequenzen und gleichzeitig bei einer oder mehreren Harmonischen dieser Grundfrequenzen schwingt. Dies kann auf vorteilhafte Weise durch gleichzeitige Ableitung elektrischer Signale angewendet werden^ die die FöUficr-Transfofiiiation 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

to 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 cieser verschiedenen unterschiedlichen Schwingungs-

Ii Frequenzen der Vorrichtung 100 festzustellen. Dementsprechend wird das Ausgangssignal der Vorrichtung 100 gleichzeitig an eine Reihe von Frequenzfiltern gegeben, beispielsweise Filter 106a. 1066 und 106t·. Jeder dieser Frequenzfilter läßt nur einen Frequenzbereich hindurch, der der Grundfrequenz bzw. einer der feststeilbaren Oberwelle der Grundfrequen/ 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 FiIUT werden von einer Vorrichtung 108 aufgezeichnet. Die Filter lO6j. 106öund 196c werden 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 106,7 durch den Filter 110 so eingestellt werden, daß nur elektrische Signale hindurchgehen, die den momentanen Grundfrequenzen der Schwingung der Vorrichtung 100 entspre chen;der Filter 106/>kann so eingestellt werden.daß nur

J5 elektrische Signale hindurchgehen, die einer vorgegebenen Oberwelle dieser momentanen Grundfrequcn/en der Schwingungen entsprechen, und der Filter IOftikann eingestellt werden, daß nur eic'arisehe Signale durch ihn hindurchgehen, die einer anderen Oberwelle der momentanen Grundfrequen/ der Schwingung de Vorrichtung 100 entsprechen.

Im voraufgehenden wurde ein optisches Bild be schrieben, wobei die räumliche Verteilung der Lichtintensität das Bild .:<jsbildete. Die oben beschriebenen Vorrichtungen können jedoch in einem System /ur Herstellung von fouriertransformierten Darstellungen eines Farbbildes verwendet werden, und /war durch ein System nach I ig 12. In Fig. 12 wird demgemäß ein durch einen Projektor nach F ι g. *> proji/iertcs opti sches Bild auf eine Vorrichtung 112. beispielsweise ein he .kommhches Prisma, geworfen, um das optische Bild in die drei Grundfarben Blau. Grün oder Rot zu trennen Ls entstehen drei getrennte optische Bilder, und /vv.n jedes ein/eine von ihnen nur in einer der Primärfarben

5Ί line Vorrichtung nach den I ig 5 9. beispielsweise eine Vorrichtung nach Fig. ΐ. ist fur jede der drei Farben vorgesehen Beispielsweise wird eine Vorrich lung 114.) vorgesehen, um eine fonriertransformicrtc Darstellung des blauen Bereichs des Bildes zu erhalten,

6ö eine Vorrichtung 114b wird vorgesehen, Um eine fauricrtransförrriiefle Darstellung des grünen Bildbereichs zu erhaiten, und durch eine Vöf richtung 114i wird eine fourierträfisformierle Darstellung des roten Bildbe^ fe'ichs erhallen, Entsprechende Aufnahmcvorrichiungen

6} 116a, 116b und 1 (6 sind vorgesehen,- um die durch die Vorrichtungen 114,1, WAb und 114c abgegebenen elektrischen Signale aufzuzeichnen.

Miefütl 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 Er-eger (20; 24; 40; 42) 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.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß jede der verschiedenen Verformungsspannungen in Raum und Zeit im wesentlichen periodisch ist und daß die Meßeinrichtung wenigstens die Phase der zur Erzeugung der elektrischen Ausgangssignale verwendeten elektrischen Eigen- jo schäften mißt.

3. Vorrichtung nach A nspruc' 1. dadurch gekennzeichnet, daß jede der Ver'ormungsspannungen eine Schwingung des Mediums bei .rschiedener 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 Frequenzgeneralor (24, 40) betrieben vorgesehen ist.

'■> 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 miß·.

6 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5. dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Ausgangssignale die Lichtiniensitäts-Verteilung längs wenigstens einer Dimension des gesamien. auf einen vorbestimmten Bereich des Mediums (10, 12) geworfenen Bildes wiedergeben. «

7 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 b. dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Aiisgangssignale eine ausgewählte Komponente einer fouriertransformiencn Darstellung der Licht intensitäts-Verieilung längs wenigstens einer Di- eo merision des gesamten, auf einen Vorbestimmten Bereich des Mediums (10) geworfenen optischen Bildes wiedergeben.

8. Vorrichtung tiach einem der Ansprüche I -^ 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 (114,i, 1146, 114CJ 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 elektrischen 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 Bereich des Mediums ist.

12. 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 Verformungsspanr.ungen in dem Medium sich ausbreitende Verformungsspannungen von Gesamtwellen sind.

1 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-14. 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, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium ein auf ein Substrat (10) aufgebrachter Film (12) ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-10 oder 16. dadurch gekennzeichnei. daß das auf den Film (12) projizierte optische Bild zweidimensional ist. und daß die elektrischen Signn!e eine Darstellung des gesamten, auf einen ausgewählten Bereich de-s Mediums projizierten zweidimensionalen optischen Bildes sind.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I - 10. 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.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-10. Ib 18. dadurch gekennzeichnet, daß der Erreger das Medium mit einer kontrollierten .Spannungsquelle beaufschlagt, wobei der Wellenvektor der Spannungswelle in wenigstens zwei nichikongrucnten Dimensionen gesteuert isi

20 Vorrichtung nach Anspruch 16. dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichiung 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 eine Pötentialdiffefenz; zwischen den Kontakten herstellt, und daß ein Nacliweisgefat (34,68) für den Strom bei einer Vielzahl von unterschiedlichen VibralionS'Frequen'/.cn des Substrats vorgesehen ist,

das die Ausgangssignale erzeugt.

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

2Z Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (10) im wesentlichen aus geschmolzenem Quarz besteht, und daß der Film (12) im wesentlichen aus polykristallinen! Cadmiumsulfid besteht.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - !0, 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 Potentialdifferenz zwischen dem Photokathodenfilm (58) und der photoelektronischen Sammlerplatte (60) aufweist.