DE2450390A1 - Lichtsteuereinrichtung mit fluessigkristallzellen - Google Patents

Lichtsteuereinrichtung mit fluessigkristallzellen

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DE2450390A1 DE19742450390 DE2450390A DE2450390A1 DE 2450390 A1 DE2450390 A1 DE 2450390A1 DE 19742450390 DE19742450390 DE 19742450390 DE 2450390 A DE2450390 A DE 2450390A DE 2450390 A1 DE2450390 A1 DE 2450390A1
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Description

  • Lichtsteuereinrichtung mit Flüssigkristallzellen Die Erfindung betrifft eine Lichts teuereinrichtung mit einer Flüssigkristallzelle (FK-Zelle), welche mit einer Flüssigkristallsubstanz mit wahlweise orientierbaren Molekülen zwischen einer ersten und zweiten Begrenzungsfläche gefüllt ist, wobei neben der ersten Begrenzungsfläche ein Polarisator für eine Polarisation in einer bestimmten Richtung angeordnet ist.
  • -Es sind viele Anwendungsmöglichkeiten bekannt, für welche eine Lichtsteuereinrichtung benötigt wird, um sowohl die Lichtdurchlässigkeit als auch die Zeit, während welcher Licht übertragen werden soll, genau eingestellt werden muß. Eine sehr häufige Anwendung ergibt sich bei dem Photoapparat bzw. der Kamera in Form des Verschlusses. Es sind sehr viele Verschlüsse mechanischer Art bekannt, mit denen eine hohe Präzision für die Lichtsteuerung möglich ist, wobei die Einstellung sowohl von Hand als auch auch automatisch erfolgen kann. Diese mechanischen Verschlüsse sind nur auf diskrete Belichtungszeiten einstellbar, wobei zwischen den einzelnen Belichtungszeiten verhältnismäßig große zeitliche Intervalle liegen, die kaum ohne extrem hohen Aufwand'auszufüllen sind. Je hochwertiger diese mechanischen Verschlüsse werden, um so empfindlicher sind sie gegen mechanische und auch thermische Einflüsse, wobei auch die Herstellungskosten unproportional stark mit der Qualität des Verschlusses ansteigen.
  • Es ist daher wünschenswert, einen elektronischen Verschluß zu schaffen, mit dem eine genaue Belichtungszeiteinstellung leicht möglich ist und der leicht auf beliebige Belichtungszeiteinstellungen einstellbar ist. Es sind bereits elektronische Lichtsteuereinrichtungen in Form von Flüssigkristallzellen (FK-Zellen) bekannt. Diese FK-Zellen sind mit einer gedrehten nematischen Flüssigkristallsubstanz gefüllt, wobei für eine Lichtsteuereinrichtung eine FK-Zelle zwischen zwei in gleicher Richtung polarisierte Polarisatoren geschichtet ist. Im Abschaltzustand wird das durch den ersten Polarisator hindurchtretende Licht um 900 durch die FK- Zelle gedreht und vom zweiten Polarisator absorbiert. Im Übertragungszustand werden die Moleküle der Flüssigkristallsubstanz durch ein angelegtes elektrisches Feld in die Richtung der Polarisationsebene des ersten Polarisators gedreht, so daß nunmehr das durch den ersten Polarisator eintretende Licht mit einer nicht gedrehten Polarisationsebene auf den zweiten Polarisator fällt und von diesem übertragen wird. Wenn das elektrische Feld entfernt wird, drehen sich die Moleküle wieder in ihren Ausgangszustand zurück, so daß das übertragene Licht vom zweiten Polarisator absorbiert wird. Dieses Zurückdrehen der Moleküle in den Ausgangszustand ist mit einer Verzögerungszeit verbunden, die verhältnismäßig lang ist und auch durch das elektrische Steuersignal nicht beeinflußtwerden kann. Aus diesem Grund kann die Lichtsteuereinrichtung nicht zufriedenstellend für Kameras eingesetzt werden, da diese eine genaue, zeitlich begrenzte Verschlußöffnungszeil benötigen. Die Flüssigkristallsubstanz, wie sie f;Ur derartige FK- Zellen Verwendung findet, hat üblicherweise eine feldabhängige Anstiegszeit in der Größenordnung von einer einer Millisekunde, wogegen die nicht steuerbare Abfallzeit in der Größenordnung zwischen etwa 30 bis 300 Millisekunden liegt. Die Schwierigkeiten für die Verwendung derartiger Lichtsteuereinrichtungen für Kameras, die nicht nur eine genau definierte Öffnungszeit, sondern auch eine genau definierte Schließzeit benötigen, liegen in der nicht steuerbaren Abfallzeit.
  • Für solche Geräte wären Lichtsteuereinrichtungen mit einer Öffnungszeit von einer Millisekunde sehr gut geeignet. Es ist daher wünschenswert, eine solche Lichtsteuereinrichtung derart zu verändern, daß auch eine verhältnismäßig kurze, genau steuerbare Verschlußzeit erzielbar ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lichtsteuereinrichtung zu schaffen, bei der sowohl der Zeitpunkt der Öffnungszeit bzw. der Verschluß zeit genau steuerbar und einstellbar ist und bei der die bei bekannten FK-Zellen beim Abschalten der Aktivierung auftretende Verzögerungszeit ohne Einfluß auf die Lichtsteuerung ist. Außerdem soll ein möglichst hoher Anteil des auf die Lichtsteuereinrichtung auffallenden Lichtes übertragen, d. h. der Übertragungswirkungsgrad soll im Vergleich mit bekannten Lichtsteuereinrichtungen einen sehr guten Wert annehmen. Ferner soll die Einstellung der Verschlußzeit mit Hilfe einer elektronischen Schaltung und elektronischer Steuersignale möglich sein.
  • Eine derartige Lichtsteuereinrichtung soll insbesondere für die Verwendung in Kameras und Photoapparaten geeignet sein, wobei das Öffnen und Schließen des elektronischen Verschlusses innerhalb von etwa 1 Millisekunde erfolgen soll.
  • Diese Aufgabe wird ausgehend von der eingangs erwähnten Lichtsteuereinrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine zweite FK-Zelle mit wahlweise orientierbaren und zwischen einer dritten und vierten Begrenzungs fläche angeordneten Molekülen mit ihrer dritten Begrenzungsfläche neben der zweiten Begrenzungsfläche der ersten FK-Zelle angeordnetist ist, und daß ein zweiter Polarisator für eine Polarisation in einer anderen bestimmten Richtung neben der vierten Begrenzungsfläche angebracht ist.
  • Weitere Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von weiteren Ansprüchen.
  • Eine vorzugsweise nach den Merkmalen der Erfindung ausgebildete Lichtsteuereinrichtung umfaßt eine erste und eine zweite FK- Zelle, die zwischen einen ersten und zweiten Polarisator geschichtet sind, wobei der erste Polarisator in einer bestimmten ersten Polarisationsrichtung und der zweite Polarisator in einer quer dazu verlaufenden anderen Polarisationsrichtung polarisiert ist. Die Moleküle der Flüssigkristallsubstanz an der an den ersten Polarisator angrenzenden Begrenzungsfläche sind gleichgerichtet mit dem Polarisator orientiert. Die Moleküle neben der gegenüberliegenden Begrenzungsfläche der FK-Zelle sind in einer dazu quer verlaufenden Richtung ausgerichtet. Die zwischen den beiden Begrenzungsflächen befindlichen Moleküle der Flüssigkristallsubstanz sind in unterschiedlichen Richtungen zwischen den beiden quer zueinander liegenden Polarisationsrichtungen bei einer nicht aktivierten Zelle ausgerichtet.
  • Die zweite FK-Zelle grenzt unmittelbar an die erste FK-Zelle an, wobei die an der angrenzenden Begrenzungsfläche befindlichen Moleküle der Flüssigkristallsubstanz ebenfalls in der Polarisationsrichtung des ersten Polarisators ausgerichtet sind. Die Moleküle an der gegenüberliegenden Begrenzungsfläche der zweiten FK-Zelle sind quer dazu ausgerichtet, wobei die dazwischenliegenden Moleküle der Flüssigkristallsubstanz in einer unaktivierten FK-Zelle beliebige Orientierungsrichtungen zwischen diesen beiden Polarisationsrichtungen einnehmen, Der an die zweite FK-Zelle angrenzende Polarisator ist quer zum ersten Polarisator, wie bereits erwähnt ausgerichtet.
  • Im Betriebszustand der Dauerabschaltung wird das durch den ersten Polarisator Polarisator hindurchtretende Licht durch die Flüssigkristallsubstanz der FK-Zellen gedreht und ist beim Erreichen des zweiten Polarisators quer zu diesem polarisiert, so daß das Licht vom zweiten Polarisator absorbiert wird. Im Betriebszustand der dynamischen Einschaltung wird die erste FK-Zelle aktiviert, so daß alle Moleküle in einer bestimmten Richtung orientiert sind und das durch den ersten Polarisator einfallende Licht hindurchtreten lassen. In der zweiten FK-Zelle erfährt das Licht eine Drehung in die Ebene der Polarisationsrichtung des zweiten Polarisators, so daß in diesem Zustand die Lichtübertragung über die Lichtsteuereinrichtung stattfindet. Im Betriebszustand der dynamischen Abschaltung werden sowohl die erste als auch die zweite FK-Zelle aktiviert, so daß das durch den ersten Polarisator eintretende Licht weder von der ersten.
  • noch von der zweiten FK-Zelle gedreht wird, so daß es in einer senkrecht zur Polarisationsebene des zweiten Polarisators polarisierten Ebene auf diesen auftrifft und absorbiert wird.
  • Die Lichtsteuereinrichtung gemäß der Erfindung bietet den Vorteil, daß sie mit sehr hoher Genauigkeit und kurzen Schaltzeiten sowohl eingeschaltet als auch ausgeschaltet werden kann, wobei die Auslösung dieses Schaltvorganges mit Hilfe elektrischer Signale erfolgt.
  • Es ist ferner vorgesehen, in Verbindung mit dem elektronischen Verschluß einen mechanischen Verschluß zu verwenden, um die im dynamischen Abschaltzustand bzw. im Zustand der Dauerabschaltung von den FK-Zellen noch übertragene Lichtmenge voll zu unterdrücken. Diese Unterdrückung der geringen Lichtmenge ist bei der Verwendung der Lichtsteuereinrichtung als elektronischer Verschluß für Kameras notwendig, um eine Schleierbildung auf dem Film zu vermeiden. Der mechanische Verschluß kann äußerst einfach ausgeführt sein und muß lediglich vor dem elektronischen Verschluß geöffnet bzw. nach diesem geschlossen werden, wobei die für das Öffnen und Schließen benötigte Zeit unkritisch ist.
  • Die Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer FK-Zelle, wie sie als Lichtsteuereinrichtung bei einem Ausftihrungsbeispiel der Erfindung Verwendung findet; Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des anderen Teils der FK-Zelle gemäß Fig. 1; Fig. 3 einen Schnitt durch eine FK-Zelle, wie sie als Lichtsteuereinrichtung Verwendung findet; Fig. 4 eine auseinandergezogene Ansicht der Lichtsteuereinrichtung; Fig. 5 eine Seitenansicht der Lichtsteuereinrichtung gemäß Fig. 4 im zusammengesetzten Zustand; Fig, 6 eine schematische Darstellung des Aufbaus gemäß Fig, 5 in dem Betriebszustand der Dauerabschaltung ("steady state off"); Fig. 7 eine schematische Darstellung des Aufbaus gemäß Fig. 5 im eingeschalteten Zustand; Fig. 8 eine schematische Darstellung des Aufbaus gemäß Fig. 5 im dynamischen Abschaltzustand; Fig. 9 eine Schaltung zur Ansteuerung und zum Betrieb der Lichtsteuereinrichtung gemäß Fig. 5; Fig. 10 Fig. 10 Schwingungsformen zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung gemäß Fig. 9; Fig. 11 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer vereinfachten Kamera mit einer Lichtsteuereinrichtung gemäß Fig. 5 als Vers chluß; Fig. 12 einen Schnitt durch eine FK-ZelleJ die als Lichtsteuereinrichtung Verwendung findet; Fig. 13 eine auseinandergezogene Darstellung der Lichtsteuereinrichtung; Fig. 14 eine Seitenansicht der Lichtsteuereinrichtung im montierten Zustand; Fig. 15 die Lichtsteuereinrichtung in der Verwendung als Verschluß für eine Kamera; Fig. 16 eine schematische Darstellung des Aufbaus gemäß Fig. 14 im Betriebszustand der Dauerabs chaltung; Fig. 17 eine schematische Darstellung des Aufbaus gemäß Fig. 14 im dynamischen Einschaltzustand; Fig. 18 eine schematische Darstellung des Aufbaus gemäß Fig. 14 im dynamischen Abs chalt zustand; Fig. 19 eine Schaltung zum Betreiben der Lichtsteuereinrichtung gemäß Fig. 14; Fig. 20 Fig. 20 verschiedene Schwingungsformen zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung gemäß Fig. 19, Die Lichtsteuereinrichtung gemäß der Erfindung wird bei dem beschriebenen Beispiel als elektronischer Verschluß verwendet und umfaßt zwei FK-Zellen, welche mechanisch identisch gleich aufgebaut sein können, sowie drei Polarisatoren, mit denen die FK-Zellen schichtweise aufgebaut sind. Eine FK-Zelle umfaßt erste und zweite starre Teile, an welchen Elektroden vorgesehen sind. Diese Teile sind derart zusammengefügt, daß sie eine in geeigneter Weise verdrehte nematische Flüssigkristallsubstanz umschließen und die Elektroden in einem gewissen Abstand voneinander und von der Flüssigkristallsubstanz halten.
  • In Fig. 1 ist der erste Teil 10 einer solchen Flüssigkristallzelle dargestellt, der aus einer rechteckigen Glasscheibe 12 mit den Abmessungen von etwa 25 auf 25 auf 0, 75 mm besteht, Eine transparente Elektrode 13 ist auf der äußeren Oberfläche 14 der Glasscheibe 12 angebracht. Diese transparente Elektrode 13 kann aus einer Schicht Indiumoxyd mit einer Dicke von etwa 1000 R bestehen, welche z. B. durch Zerstäuben auf der Oberfläche der Glasscheibe angebracht ist, Dazu benachbart ist eine dünne Siliciumdioxydschicht 15 vorgesehen, mit einer Dicke in der Größenordnung von etwa 3000 R bis etwa 5000 R, die mit Hilfe eines photolithographischen Verfahrens derart ausgebildet ist, daß bestimmte Bereiche der Oberfläche der transparenten Elektrode 13 freiliegen.
  • In Fig. 2 ist der zweite Teil 16 der FK-Zelle dargestellt, welche ebenfalls aus einer rechteckigen Glasscheibe 18 mit Abmessungen von etwa 38 auf 25 auf 0, 75 mm besteht, wobei die Oberfläche 19 dieser Glasscheibe mit einer transparenten Elektrode 20 aus Indiumoxyd mit einer Dicke von etwa 1000 2 belegt sein kann. Diese Elektrode kann ebenfalls durch Zerstäuben aufgebracht werden. Ausnehmungen 22 in der Elektrode 20 geben geben einen rechteckigen Teil der nach außen gerichteten Oberfläche 19 der Glasscheibe 18 frei, wobei diese Ausnehmungen ebenfalls mit einem herkömmlichen photolithographischen Verfahren angebracht werden können.
  • Zu diesem Zweck wird einPhotoresistmaterial aufgebracht und durch eine Maske belichtet, um anschließend nichtbelichtete Teile der Photoresistschicht zu entfernen, damit Bereiche freigelegt werden, die einer Ätzung unterzogen werden. Nach dem Ätzen werden die Kontaktflächen gereinigt.
  • Die Ausnehmung 22 teilt die Elektrode 20 in die Teile 23 und 24. Eine dünne Siliciumdioxydschicht 25 wird auf die Elektrodenteile 23 und 24 und in der Ausnehmung 22 aufgelegt. Diese Siliciumdioxydschicht 25 wird mit einem photolithographischen Verfahren teilweise entfernt, um bestimmte Bereiche der Oberfläche der Elektrodenteile 23 und 24 freizulegen.
  • Anschließend wird eine Isolationsschicht 26 aus einem photopolymeren Material auf der nach außen gerichteten Oberfläche 28 der Siliciumdioxydschicht 25 und der Elektrodenteile 23 und 24 angebracht. Dieses Material kann aus einem Polyester mit hinzugefügten Photoaktivatoren bestehen. Ein solches photopolymeres Material ist z. B. unter der Bezeichnung Riston bekannt. Die Dicke einer solchen aus Riston bestehenden Isolationsschicht 26 soll in der Größenordnung von etwa 0, 013 liegen, um die Elektrode 20 yon der Elektrode 13 des Teiles 10 im richtigen Abstand zu halten. Die Isolationsschicht 26 wird durch eine Maske mit ultraviolettem Licht bestrahlt und anschließend entwickelt unter Verwendung von z. B. Chlorothene V. G., um die nicht belichteten Bereiche zu entfernen. Durch diese Behandlung der Isolationsschicht 26 entstehen eine Vertiefung 30, eine Öffnung 32 und eine Einkerbung 33. Die Öffnung 32 verläuft bis in die Vertiefung 30 und ermöglicht, diese mit der Flüssigkristallsubstanz in einem späteren Verfahrensschritt zu füllen. Die Einkerbung 33 in der Isolationsschicht 26 ist vorgesehen, um die Kontaktverbinduiig zwischen der Elektrode 23 und der Elektrode 13, wie aus Fig. 3 erkenntlich, leichter herstellen zu können.
  • Nach Nach der Herstellung der Vertiefung 30 werden die beiden Teile 10 und 16 in der Weise zusammengefügt, daß die Siliciumdioxydschicht 15 auf der Oberfläche 34 der Isolationsschicht 26 zu liegen kommt. Dieser Aufbau wird sodann unter Druckeinwirkung erhitzt, um die Elektrode 13 mit der Isolations -schicht 26 zu verbinden und den richtigen Abstand zwischen den Elektroden 13 und 20 herzustellen. Anschließend wird die Flüssigkristallsubstanz durch die Öffnung 32 in die Vertiefung 30 eingeführt. Dies kann in der Weise erfolgen, daß zunächst eine Evakuierung erfolgt und man anschließend die Flüssigkristallsubstanz durch Kapillarwirkung in die Vertiefung 30 einfließen läßt.
  • Nach dem Ausfüllen der Vertiefung 30 wird die Öffnung 32 mit Epoxydharz oder einem anderen geeigneten Material dicht verschlossen. Anschließend kann ein leitendes Epoxydharz 36 oder eine andere geeignete Kontaktsubstanz dazu benutzt werden, um die leitende Verbindung zwischen dem Elektrodenteil 23 und der Elektrode 13 herzustellen. Diese Maßnahmen können auch gleichzeitig mit der Druckverschweißung zusammen ausgeführt werden.
  • Anschließend wird eine abdichtende Schicht aus Epoxydharz 38 rund um die FK-Zelle herumgelegt, um den Zellaufbau 40 gemäß Fig. 3 fertigzustellen.
  • Die chemische Substanz bzw. die Flüssigkristallsubstanz, welche in die Vertiefung 30 eingefüllt wird, wird aus einer Gruppe von Substanzen ausgewählt, die bestimmte. physikalische Eigenschaften zeigen, die einerseits dem flüssigen Aggregatszustand und andererseits dem festen Aggregatszustand eines Kristalls zugeordnet sind. Derartige Substanzen haben z. B.
  • eine Viskosität, die üblicherweise einem flüssigen Aggregatszustand zugeordnet ist und andererseits eine optische Streu- und Lichtübertragungscharakteristik, wie sie Festkristallen eigentümlich ist. Aufgrund dieser Eigenschaften werden diese Substanzen auch als Flüssigkristalle bezeichnet.
  • Flüssigkristalle sind Festkristallen insoweit ähnlich, als die Längsachsen der stabförmigen Moleküle der Flüssigkristallsubstanz mit einer Regeimäßigkeit in einer Weise ausgerichtet sind, die der Molekülausrichtung eines Festkristalls entspricht, jedoch weniger umfassend ist. Flüssigkristalle kristalle haben eine unterschiedliche Erscheinungsform. Bei einer nematisclien Struktur sind die einzelnen Moleküle mit einer im wesentlichten parallel zueinander verlaufenden Hauptachse angeordnet. Die Moleküle solcher nematischen Flüssigkristallsubstanzen sind nicht in einer bestimmten Ebene angeordnet, wie dies bei Flüssigkristallsubstanzen mit anderen Strukturmodellen der Fall sein kann. Für die LichtsteuereinriclltesxPg, d.h. die FK-Zelle gemäß der Erfindung, können viele verschien nie nematische Flüssigkristalle Verwendung finden. Als Beispiel werden zwei Beispiel angegeben: 1. ein Gemisch aus N-(p-Methoxybenzyliden)-p-butylanilin(MBBA) und p-ethoxybenzyliden-p-aminobenzonitril(PEBAB), wobei für die Mischung MBBA:PEBAB ein Verhältnis von 85:15 vorgesehen sein kann.
  • 2 eine kommerziell erhältliche Flüssigkristallsubstanz unter der Bezeichnung Kodak-Gemisch Nr. 11900.
  • Die nematische Flüssigkristallsubstanz, welche Verwendung findet, hat eine positive dielektrische Anisotropie und ist chemisch über den gesamten Betriebstemperaturbereich stabil.
  • Die Molekülstruktur der Flüssigkristallsubstanz spricht auf elektrische und magnetische Felder an. Wenn bei einem Zellaufbau gemäß Fig. 3 ein positives Potential über die Elektrode 23 und den Leiter 36 an die Elektrode 13 übertragen wird und gleichzeitig ein negatives Potential an der Elektrode 24 wirkt, wird ein elektrisches Feld erzeugt, das auf die Flüssigkristallsubstanz 45 in der Vertiefung 30 in Richtung des Pfeiles 41 wirkt. Wenn die Amplitude dieses Feldes groß genug ist, um die Flüssigkristallsubstanz zu aktivieren, tendieren die Molekülachsen dazu, mit usnahme derjenigen, die unmittelbar neben den Siliciumdioxydschichten 15 und 25 liegen, sich mit ihren Hauptachsen parallel zum Feld und senkrecht zu den Oberflächen der FK Zelle auszurichten. Dies ist eine Eigenschaft eines Flüssig- Flüssigkristalls mit einer positiven dielektrischen Anisotropie. Die nichtaktivierte Orientierung der Moleküle einer nematischen Flüssigkristallsubstanz kanfi durch Reiben der Oberfläche einer der Glasscheiben der FK-Zelle mit eicrn lJolierleder festgestellt werden. Dabei richten sich die Flüssigkristalle auf die Richtung der Polierbewegung aus und bleiben so lange ausgerichtet, bis ein Magnetfeld ausreichender Amplitude angelegt wird. Lichtstrahlen wandern mit einer unterschiedlichen Geschwindigkeit in der Richtung paralleler Molekülachsen gegenüber einer senkrecht zu den Molekülachsen des Flüssigkristalls verlaufenden Richtung.
  • Über das grundsätzliche Verhalten von Flüs sigkris tallsubs tanzen geht Weiteres aus einem Aufsatz mit dem Titel "Liquid Crystal Displays" hervor, der von Richard W. Gurtler und Craig Maze in dem IEEE Spectrum November 1972 veröffentlicht wurde.
  • In Fig. 4 ist ein auseinandergezogener Aufbau einer Lichtsteuereinrichtung in Form eines Verschlusses 52 dargestellt, welche aus Polarisatoren 42, 44 und 46 sowie FK-Zellen 48 und 50 besteht. Die FK-Zellen 48 und 50 sind entsprechend der FK-Zelle 40 gemäß Fig. 3 aufgebaut. Die Polarisatoren können z. B. aus Polaroid Polarisatoren HN 35 oder HN52 bestehen. Vor dem Zusammenbau der Lichtsteuereinrichtung 52 werden die Oberflächen 54 und 59 der FK-Zellen 50 und 48 in einer ersten Richtung, die durch Pfeile 56 angedeutet ist, und die Bodenflächen 58 und 61 dieser Zellen in einer zweiten Richtung, die durch Pfeile 60 angedeutet ist und senkrecht zur ersten Richtung verläuft, gerieben. Dadurch wird die Flüssigkristallsubstanz in beiden FK-Zellen veranlaßt, die verdrehte Konfiguration anzunehmen.
  • Z. B. werden in der FK-Zelle 50 die Molekülachsen in einer parallelen, unmittelbar neben der Oberfläche 54 liegenden Ebene in Richtung des Pfeiles 56 ausgerichtet, wogegen die Molekülachsen parallel und in einer unmittelbar neben der Oberfläche 58 liegenden Ebene in Richtung des Pfeiles 60 ausgerichtet werden. Die Moleküle zwischen diesen beiden Ebenen tendieren dazu, sich in eine Vielzahl von Richtungen auszurichten, die sich um so mehr der Richtung des Pfeiles 60 nähern, je mehr- sie sich den den Molekülen in der Ebene unmittelbar neben der Oberfläche 58 nähern, wogegen sie sich um so mehr auf die Richtung des Pfeiles 56 einstellen, je näher sie sich bei der Oberfläche 54 der Zelle befinden. Daraus ergibt sich eine kontinuierliche Drehung der Achsen der zwischen den beiden Oberflächen 54 und 58 liegenden Moleküle. Damit tendiert z. B. der Orientierungswinkel der Molekülachs en in der Flüssigkristallsubstanz der FK-Zelle 50 dazu, sich mehr und mehr einem Winkel von 90° zu nähern, bezogen auf die Orientierung der Achsen der Moleküle neben der Oberfläche 54, wobei sich eine proportionale Abhängigkeit von der Entfernung zur Oberfläche 54 einstellt. Die bekannte verdrehte Ausrichtung der nichtaktivierten Moleküle der FK-Zellen 48 und 50 ist in Fig. 6 schematisch durch die Linien 62 und 63 dargestellt, welche die Projektion der Molekülachsen auf die Ebene der Zeichnung versinnbildlichen, wobei diese Ebene parallel zu den Endflächen der FK-Zellen 48 und 50 und senkrecht zu den parallelen Oberflächen 54, 58, 59 und 61 verläuft.
  • Wie aus den Fig. 4 und 5 hervorgeht, ist die FK-Zelle 48 umgekehrt angeordnet wie die FK-Zelle 50, so daß die längeren Teile der Zellen nebeneinander beiderseits des Polarisators 44 zu liegen kommen. Der Polärisator 46 ist neben der nach außen weisenden Oberfläche 54 der FK-Zelle 50 und der Polarisator 42 neben der nach außen weisenden Oberfläche 61 der FK-Zelle 48 angeordnet. In Fig. 5 ist die Anordnung der Polarisatoren und FK- Zellen als zusammengebaute Lichtsteuereinrichtung 52 in Form eines Verschlusses dargestellt, wobei die einzelnen Teile mit Hilfe eines mechanischen Rahmens zusammengehalten oder auch mit einem optischen Kleber verklebt sein können. An der Lichtsteuereinrichtung 52 sind Kontaktanschlüsse 66, 67, 68 und 69 vorgesehen. An die Kontaktanschlüsse 66 und 68 wird das Steuersignal für die Bildübertragung und an die Kontaktanschlüsse 67 und 68 das Steuersignal für die Bildunterdrückung angelegt.
  • Der Der Polarisator 42 ist in einer ersten Richtung polarisiert, welche durch Punkte 70 in Fig. 6 angedeutet ist und der nichtaktivierten Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle in der FK-Zelle 48 unmittelbar neben dem Polarisator 42 entspricht. Der Polarisator 44 ist in der ersten Richtung entsprechend den Punkten 68 polarisiert. Die Polarisation dieses Polarisators 44 entspricht der nichtaktivierten Ausrichtung der Moleküle der FK-Zelle 50 in einer Ebene unmittelbar neben und parallel zum Polarisator 44. Damit trägt der Polarisator 44 eine Polarisation, die quer zu der Polarisation der nichtaktivierten Moleküle der FK-Zelle 48 in einer Ebene parallel und neben dem Polarisator 44 verläuft. Der Polarisator 46 ist in derselben Ausrichtung wie die Kristalle polarisiert, welche sich neben der parallel verlaufenden Oberfläche 54 der FK-Zelle 50 befinden, wie dies durch die Linie 71 angedeutet ist. Damit hat der Polarisator 56 eine Polarisation, die rechtwinklig zur Polarisation der Polarisatoren 42 und 44 verläuft. Der Betriebszustand der Dauerabschaltung ("steady state off") der Lichtsteuereinrichtung 52 wird anhand der Fig. 6 beschrieben. Die Symbole 72 deuten eine Vielzahl von zufällig polarisierten Lichtstrahlen an, welche in Richtung des Pfeiles 74 durch die Lichtsteuereinrichtung hindurchdringen. Der Polarisator 42 überträgt das Licht, welches Vektorkomponenten des elektrischen Feldes hat, die in der durch die Punkte 70 angedeuteten Polarisationsrichtung polarisiert sind. Die Flüssigkristallsubstanz der FK-Zelle 48 dreht die Ebene der Polarisation des Lichtes entsprechend der Drehung der Achsen der Flüssigkristallmoleküle, wenn das Licht die FK-Zelle 48 in Richtung auf den Polarisator 44 durchdringt. Damit ergibt sich eine Drehung der Polarisationsebene für das die FK-Zelle 48 verlassende Licht um 900, bezogen auf die Polarisationsebene des auf die FK-Zelle 48 auftreffenden Lichtes.
  • Somit Somit ist das von der FK-Zelle 48 austretende polarisierte Licht nicht auf die Polarisationsebene des Polarisators 44 ausgerichtet und wird somit absorbiert. Daraus folgt, daß die Lichtsteuereinrichtung 52 dazu neigt, Licht in Abhängigkeit von nachfolgend näher erläuterten Schwellspannungen, die an die Kontaktanschlüsse angelegt werden nicht zu übertragen.
  • In Fig. 7 ist der dynamische Einschaltzustand dargestellt, während welchem augenblicklich ein elektrisches Feld 78 an der FK-Zelle 48 in Abhängigkeit von einer Schwellspannung entwickelt wird, die typischerweise zwischen 10 und 30 V liegt und an den Kontaktanschlüssen 66 und 68 wirksam ist. Die Siliciumdioxydschichten der FK-Zelle 48, welche den Schichten 15 und 25 gemäß Fig. 3 entsprechen, bewirken eine Ausrichtung der Molekülachsen der Flüssigkristallsubstanz auf das Feld und verhindern einen Stromfluß durch die Zelle. Aufgrund des angelegten elektrischen Feldes nehmen im wesentlichen alle Molekülachsen der Flüssigkristallsubstanz in der FK-Zelle 48 eine homöotropische Ausrichtung, d. h. senkrecht zur Oberfläche mit dem Einwirken des Feldes an, das durch den Vektor 78 angedeutet ist, so daß die aktivierte Flüssigkristallsubstanz entsprechend der Andeutung durch die Linie 79 ausgerichtet ist. Damit bleibt die Polarisation des durch den Polarisator 42 hindurchtretenden Lichtes erhalten bzw. unverändert, wenn das Licht durch die aktivierte FK-Zelle 48 und den Polarisator 44, dessen Polarisation durch die Punkte 80 angedeutet ist, hindurchtritt. Die FK-Zelle 50, welche nicht erregt ist, dreht die Polarisationsebene des durch den Polarisator 44 hindurchtretenden Lichtes, so daß die Phase des Feldvektors des Lichtes um 900 gedreht wird, bevor sie den Polarisator 46 erreicht.
  • Damit überträgt der Polarisator 46 das entsprechend, wie durch die Linien 81 angedeutet, polarisierte Licht, was auch durch den Pfeil 82 gemäß Fig. 7 angedeutet ist.
  • Die Einschaltzeit der Lichtsteuereinrichtung 52 wird von der Geschwindigkeit keit bestimmt, mit welcher sich die Molekülachsen in der FK-Zelle 48 in Abhängigkeit von dem angelegten elektrischen Feld ausrichten können.
  • Diese Ausrichtgeschwindigkeit hängt von der Dicke der Flüssigkristallsubstanz, der Amplitude der zwischen den Anschlußklemmen GG und G8 angelegten Spannung und der Art des Flüssigkristalls ab. Die Ausrichtung der Moleküle in der FK-Zelle kann in der Tat den Verschluß bzw. die Lichtsteuereinrichtung in etwa einer Millisekunde nach dem Anlegen der Steuersignale für die Bildübertragung an die Anschlußklemme 66 und 68 gemäß Fig. 5 öffnen.
  • Nach dem Öffnen des Verschlusses für die dafür vorgesehene Zeitdauer wird ein zweites Steuersignal für die Bildunterdrückung an die Anschlußklemmen 67 und 69 angelegt, welche der FK- Zelle 50 zugeordnet sind, um den dynamischen Abschaltzustand einzuleiten. Dadurch werden die Flüssigkristallmoleküle in der FK-Zelle 50 auf dieselbe Richtung wie die Moleküle in der FK- Zelle 48 ausgerichtet, wie dies durch die Linien 83 gemäß Fig. 8 angedeutet ist. Als Ergebnis wird die Polarisationsebene des Lichtes 84, das sich dem Polarisator 46 nähert, um 900 gedreht und befindet sich nunmehr außer Phase mit der Polarisation dieses Polarisators 46. Damit wird das Licht absorbiert und eine Übertragung unterbunden.
  • Auf diese Weise hängt die Verschlußzeit der Lichtsteuereinrichtung nach dem Auftreten des Steuersignals für die Bildunterdrückung nicht mehr von der Verzögerungszeit ab, die den Flüssigkristallmolekülen eigen ist und welche sich bei bekannten Lichtsteuereinrichtungen dieser Art bisher als nachteilig erweist. Diese Verzögerungszeit ist unerwünscht lang und liegt etwa in der Grdßenordnung von 60 Millisekunden, wobei die Verzögerungszeit, welche durch die Steuerung des elektrischen Feldes auftritt, nicht berücksichtigt ist. Die Verschluß zeit der Lichtsteuereinrichtung gemäß der Erfindung hängt ab von der Zeit, die benötigt wird, um die Moleküle des Flüssigkrlstalls in der FK- Zelle 50 aus ihrer Lage im nichterregten Zustand Zustand bzw. im Ruhezustand herauszudrehen. Diese Zeitdauer ist eine Funktion der Amplitude der an die Anschlußklemmen 67 und 69 angelegten Spannung, die damit einstellbar ist. Damit kann die Zeit für das Schließen der Lichtsteuereinrichtung bzw. des Verschlusses genau durch die Amplitude der an die Klemmen 67 und 69 angelegten Spannung eingestellt werden1 die üblicherweise zwischen etwa 10 und 30 V liegt; um den Verschluß innerhalb einer Millisekunde nach dem Auftreten des Steuersignals für die Bildunterdrückung zu schließen. Die Zeitdauer für das Offenhalten des Verschlusses wird durch die Zeitperiode zwischen dem Anlegen des Steuersignals für die Bildübertragung und des Steuersignals für die Bildunterdrückung bestimmt.
  • Damit arbeitet die Lichtsteuereinrichtung 52 wie ein elektronisch gesteuerter Verschluß, der innerhalb einer Millisekunde nach dem Anlegen des Steuersignals für die Bildübertragung geöffnet werden kann und für eine bestimmte gewünschte Zeitdauer offen bleibt, um anschließend durch das Anlegen eines Steuersignals für die Bildunterdrückung wiederum innerhalb einer Millisekunde geschlossen zu werden. Da dieser elektronische Verschluß auf entsprechende elektrische Signale anspricht kann die Zeitdauer der Verschluß öffnung sehr genau mit sehr einfachen und billigen Mitteln kontrolliert werden, indem nämlich ein kompakter elektronischer Schaltkreis in monolithisch integrierter Schaltkreisform vorgesehen wird.
  • Eine solche Schaltung ist sehr einfach auszulegen, um sowohl eine automatische als auch eine Einstellung der Verschlußöffnungszeit von Hand leicht vornehmen zu können.
  • In Fig. 9 ist teilweise als Blockdiagramm eine Schaltung 84 dargestellt, mit der an die FK-Zellen 48 und 50 des Verschlusses 52 anzulegende Steuersignale erzeugt werden können, Diese Schaltung 84 kann aus komplementären MOS-Halbleiteranordnungen aufgebaut sein und umfaßt einen Unijunction-Sägezahngenerator 86 herkömmlichen Aufbaus, dessen Ausgangsklemme 88 an eine Umkehrstufe 90 angeschlossen ist.
  • Der Der Sägezahngenerator 86 umfaßt Widerstände 87, 89 und 91 sowie einen Kondensator 93. Die Eingangsklemme eines bistabilen Multivibrators 92 ist mit der Ausgangsklemme der Umkehrstufe 90 verbunden. Der Q-Ausgang 94 des Multivibrators 92 steht in Verbindung mit der Eingangsklemme der Umkehrstufen 98 und 100, wogegen der Q-Ausgang 9B des Multivibrators an den Eingangsklemmen der Umkehrstufen 102 und 104 liegt, Die Ausgangsklemmen der Umkehrstufen 98 und 102 liegen an den Kontaktanschlüssen 66 und 68 der FK-Zelle 48, wogegen die Ausgangsklemmen der Umkehrstufen 100 und 104 an die Kontaktanschlüsse 67 und 69 der FK-Zelle 50 angelegt sind.
  • Über eine Stromversorgungsklemme 106 wird eine Gleichspannung VL mit niederem Spannungsniveau zugeführt, deren Amplitude in der Größenordnung von etwa einem Volt liegt und über eine Diode 108 sowie einen Widerstand 110 der Umkehrstufe 102 zugeführt wird. Diese Gleichspannung VL ist kleiner als die benötigte Schwellspannung, um eine homöotropische Orientierung der Moleküle in den FK-Zellen 48 und 50 auszulösen. Diese Gleichspannung VL wird auch über die Diode 108 und einen Widerstand 112 an die Umkehrstufe 98 angelegt. Die Umkehrstufen 98 und 102 werden von Signalen abwechselnd an- und abgeschaltet, die vom Sägezahngenerator 86 abgeleitet werden und dafür sorgen, daß eine Wechselspannung mit niederem Niveau an die FK-Zelle 48 als Vorspannung angelegt wird. Entsprechend wird die Gleichspannung VL über eine Diode 114 und einen Widerstand 116 an die Umkehrstufe 104 aufgelegt, wogegen diese Gleichspannung über die Diode 114 und einen Widerstand 118 an der Umkehrstufe 100 wirksam ist. Die Umkehrstufen 100 und 104 schalten abwechselnd eine niedere Wechselspannung an und ab, welche an die FK-Zelle 50 als Vorspannung angelegt wird.
  • über eine Stromversorgungsklemme 120 wird eine Gleichspannung VH mit hohem Spannungsniveau zugeführt, wobei deren Amplitude etwa zwischen W und 30 V liegt. Diese Amplitude ist groß genug, um eine rasche homöotropische Orientierung der Moleküle in den FK-ZeUen 48 und 50 sicherzustellen. Die Treiberspannung wird selektiv über einen Widerstand 122, eine eine Diode 124 und Widerstände 110 sowie 112 an die Umkehrstufen 98 und 102. angelegt, welche die FK-Zelle 48 ansteuern. In entsprechender Weise wird eine hohe Spannung selektiv über einen Widerstand 126, eine Diode 128 und die Widerstände 116 sowie 118 an die Umkehrstufen 100 und 104 angelegt, welche die FK-Zelle 50 ansteuern.
  • Das Anlegen der Vorspannungen und Treiberspannungen wird durch Multivibratoren 130 und 132 gesteuert. Die Eingangsklemme des Multivibrators 130 ist über einen Verschlußkontrollschalter 132 an Masse bzw.
  • die Bezugsspannung 133 angeschlossen. Der Q-Ausgang des Multivibrators 130 liegt an der Eingangsklemme des Multivibrators 132, wogegen der -Ausgang des Multivibrators 130 über eine Umkehrstufe 134 am Verbindungs punkt des Widerstands 122 mit der Diode 124 liegt. Der Q-Ausgang des Multivibrators 132 ist über eine Umkehrstufe 135 mit dem Verbindungspunkt des Widerstandes 126 mit der Diode 128 verbunden. Ein veränderlicher Widerstand 139 dient der Einstellung der Pulsdauer der Ausgangsimpulse des Multivibrators 130 und damit der Zeitdauer, während welcher der Verschluß Licht durchläßt. Der Widerstand 139 kann durch eine lichtempfindliche Vorrichtung ersetzt werden, um eine automatische Einstellung des dynamischen Einschaltzustandes als Funktion der Lichtstärke vorzunehmen.
  • Die in Fig. 10 dargestellten Schwingungsformen dienen der Erläuterung der Schaltung 84. Die Schwingungsform -140 stellt eine Rechteckschwingung dar, wie sie sich an der Flüssigkristallsubstanz der FK-Zelle 48 ausbildet, wogegen die Schwingungsform 142 eine Rechteckschwingung darstellt, wie sie als entsprechende Wechselspannung an der Flüssigkristallsubstanz der FK-Zelle 50 wirksam ist. Zu der auf der Zeitachse 141 angedeuteten Zeit T1 befindet sich die Lichtsteuereinrichtung bzw. der Verschluß 52 im Zustand der Dauerabschaltung, wobei die Q-Ausgänge der monostabilen Multivibratoren 130 und 132 eine logische 1 abgeben. Entsprechend liefern die Umkehrstufen 134 und 135 eine logische 0, die dem Massepotential entspricht, an die Verbindungspunkte zwischen demWiderstand 122 und der Diode Diode 124 sowie zwischen dem Widerstand 12G und der Diode 128. Damit werden die Ausgangsspannungen der Umkehrstufen 98, 100, 102 und 104 etwa auf dem Spannungsniveau VL festgehalten. Der Sägezahngenerator 86, die Umkehrstufe 90 und der bistabile Multivibrator 92 wirken zusammen, um die Umkehrstufen 98, 100, 102 und 104 ein- und auszuschalten, so daß eine Rechteckspannung mit einer Amplitude von VL an den FK-Zellen 48 und 50 wirksam ist, um diese in den Dauerabschaitzustand vorzuspannen, wie dies durch die Schwingungsformteile 144 und 146 angedeutet ist. Die Moleküle der FK-Zellen sind, wie in Fig. G angedeutet, ausgerichtet. Die Vorspannung ermöglicht, daß die FK-Zellen 48 und 50 rasch ihren aktivierten Zustand in Abhängigkeit von dem Steuersignal für die Bildübertragung, d. h. zum Öffnen des Verschlusses einnehmen können, Zum Zeitpunkt T2 beginnt die Einschaltphase, indem der Schalter 132 geschlossen wird, um das Steuersignal für die Bildübertragung durch das Triggern des monostabilen Multivibrators 130 auszulösen. Als Folge davon ändert der Q-Ausgang des Multivibrators 130 seinen Schaltungszustand und fällt auf das logische Niveau 0 ab. Daraus resultiert eine logische 1 am Ausgang der Umkehrstufe 134, welche bewirkt, dan die Spannung VH mit dem hohen Spannungsniveau an die Umkehrstufen 98 und 102 angelegt wird. Damit erreicht zwischen der Zeit T2 und T3 die FK-Zelle 48 ein Treibersignal mit einer Amplitude etwa entsprechend VHI wie dies durch den Teil 128 der Schwingungsform gemäß Fig. 10 angedeutet ist. Da die Amplitude dieser Spannung VH ausreicht, um die Moleküle der Flüssigkristallsubstanz in der FK-Stelle 48 zu reorientieren, wird der Verschluß bzw. die Lichtsteuereinrichtung 52 geöffnet und Licht, wie dies in Fig. 7 angedeutet ist, übertragen.
  • Zum Zeitpunkt T3 beginnt der dynamische Abschaltzustand infolge einer Signaländerung am Q-Ausgang des monostabilen Multivibrators 130 und einer gleichzeitigen Triggerung des monostabilen Multivibrators 132. Als Folge Folge davon liefert der Multivibrator 132 eine logische 0 an die Umkehrstufe 135, so daß das Spannungsniveau an der FK-Zelle 50 der Amplitude der Spannung VH nähert, wie dies dem Teil 152 der Schwingungsform gemäß Fig. 10 entspricht. Diese hohe Spannung ändert die Orientierung der Moleküle in der Flüssigkristallsubstanz der FK- Zelle 50, wie dies in Fig. 8 angedeutet wird. Obwohl der Q-Ausgang des Multivibrators 130 seinen Signalzustand auf eine logische 0 im Zeitpunkt T3 ändert, bleibt die FK-Zelle 48 für eine unkontrollierbare Zeitdauer aktiviert, jedoch absorbiert der Polarisator 46 das Licht, welches über die FK-Zellen 48 und 50 übertragen wird, so daß die Abfallszeit der FK-Zelle 42 keinen Einfluß auf die Zeitdauer zum Schließen des Verschlusses bzw. der Lichtsteuereinrichtung 52 hat.
  • Zum Zeitpunkt T4 hat die Flüssigkristallsubstanz der FK-Zelle 48 ihren Dauerabschaltzustand wieder eingenommen. Zu diesem Zeitpunkt T4 wird vom Multivibrator 132 erneut eine logische 1 an die Umkehrstufe 135 angelegt, so daß eine logische 0 wiederum am Verbindungspunkt der Diode 128 mit dem Widerstand 126 liegt. Infolgedessen.fällt die Spannung an der FK-Zelle 50 auf ihren niederen Amplitudenwert ab, was durch den Teil 154 der Schwingungsform gemäß Fig. 10 angedeutet ist. Damit nimmt die Lichtsteuereinrichtung bzw. der Verschluß den Betriebszustand der Dauerabschaltung zum Zeitpunkt T4 ein, womit gleichzeitig ein Betriebszyklus beendet ist.
  • Wenn sich der Verschluß bzw. die Lichtsteuereinrichtung 152 im Betriebszustand der Dauerabschaltung befindet, ist es möglich, daß etwa 0, 01 % bis etwa 1 % des auf den Polarisator 42 auffallenden Lichtes unerwünschterweise übertragen wird. Aus diesem Grund kann es für spezielle Anwendung fälle wünschenswert sein, Lichtsteuereinrichtungen 52 in Serie zu einem mechanischen Verschluß zu schalten, um beispielsweise in einer Kamera eine Beeinträchtigung des Filmmaterials zu verhindern, Dieser mechanische Verschluß Verschluß könnte sowohl vor als auch hinter dem elektronischen Verschluß im Lichtweg angeordnet und äußerst einfach ausgebildet sein. Dieser mechanische Verschluß könnte in Abhängigkeit von der Betätigung des Verschlußkontrollschalters 132 geöffnet werden und für eine verh'iltnismäßig lange Zeitdauer geöffnet bleiben, so z. B. bis der elektronische Verschluß wieder den dynamischen Abschaltzustand eingenommen hat.
  • Damit würde der elektronische Verschluß nach wie vor für die Einstellung der genauen Verschlußzeit verantwortlich sein, wogegen der mechanische Verschluß lediglich den Film vor Dauerbeeinträchtigungen durch geringe Lichteinwirkung schützen würde. Obwohl ein Flüs s igkris tallvers chlu ß lediglich etwa 20 bis etwa 40 % des einfallenden Lichtes in den dynamischen Einschaltzustand überträgt, reicht dieser Lichtanteil für viele Anwendungsfälle voll aus.
  • In Fig. 11 ist ein teilweiser Schnitt durch eine vereinfachte Kamera 160 dargestellt, wobei ein Teil des Objektivs 162 der Kamera schematisch dargestellt ist. Ein Linsensystem 164 ist am-einen Ende des Objektives 162 angeordnet. Zwischen einem elektronischen Verschluß 52 aus Flüssigkristall zellen und dem Linsensystem ist ein mechanischer Verschluß 166 einfachster Art angebracht. Der Polarisator 42 ist gegen das Linsensystem 164 gerichtet, wogegen der Polarisator 46 in Richtung auf den nicht dargestellten Film in der Kamera ausgerichtet ist. Das Linsensystem 16e der mechanische Verschluß 166 und der elektronische Verschluß 52 sind in Serie hintereinander im Lichtweg angeordnet.
  • Im Betrieb wird der mechanische Verschluß 166 gleichzeitig oder geringfügig vor dem elektronischen Verschluß 52 geöffnet, d. h. bevor der elektronische Verschluß 52 den dynamischen Einschaltzustand einnimmt.
  • Sowohl der mechanische Verschluß 166 als auch die zugeordneten mechanischen Steuereinrichtungen können dazu benutzt werden, um den Verschlußkontrollschalter 132 zu betätigen, nachdem der mechanische Verschluß Verschluß geöffnet ist. Dieser mechanische Verschluß 166 kann in herkömmlicher Weise aufgebaut sein, so daß er nach einer bestimmten Zeitdauer nach der Auslösung sich selbsttätig schließt. Diese bestimmte Zeitdauer ist etwas länger als die maximale Verschlußöffnungszeit für den elektronischen Verschluß 52 zu wählen. Somit stellt der elektronische Verschluß 52 die Zeitdauer ein, während welcher der Film in der Kamera belichtet wird. In der einfachsten Ausführungsform könnte anstelle des mechanischen Verschlusses 166 auch eine einfache Objektabdeckung Verwendung finden, die vor der Betätigung des elektronischen Verschlusses abgenommen und danach wieder aufgesetzt wird. Die Schaltung gemäß Fig.
  • 9 kann aus MOS-Halbleiteranordnungen in integrierter Schaltkreisform aufgebaut sein, die innerhalb der Kamera 160 angeordnet sind und über elektrische Anschlußleitungen mit dem elektronischen Verschluß in Verbindung stehen. Durch die Erfindung wird ein elektronischerVerschluß geschaffen, der sehr einfach aufgebaut und äußerst einfach zu steuern ist. Die Verschlußöffnungszeit und ebenso die Verschlußschließzeit liegt innerhalb einer Millisekunde und ermöglicht damit eine vielseitige Anwendung des elektronischen Verschlusses.
  • Eine Eine weitere Abwandlung der Ausführungsform gemäß der Erfindung ist in den Fig. 12 bis 20 beschrieben. Diese Ausführungsform betrifft ebenfalls eine Lichtsteuereinrichtung, die als elektronischer Verschluß Verwendung finden kann und aus zwei nebeneinander geschichteten FK-Zcllen besteht. Die FK-Zellen bestehen ebenfalls aus einem ersten und einem zweiten starren Teil, die mit Elektroden versehen sind und in einem dazwischen befindlichen Raum eine nematische Flüssigkristallsubstanz mit geeigneter Verdrehung enthalten, wobei diese Teile die Elektroden in einem gewissen Abstand voneinander und von der Flüssigkristallsubstanz halten.
  • Eine derartige FK-Zelle 210 ist in Fig. 12 im Schnitt dargestellt. Der erste Teil dieser Zelle besteht aus einer Glasscheibe 212 mit den Abmessungen von etwa 25 auf 25 auf 0, 75 mm, die auf einer Oberfläche mit einer transparenten leitenden Elektrode 213 versehen ist. Diese leitende Elektrode 213 kann aus einer Indiumoxydschicht mit einer Dicke von etwa 1000 Ä bestehen und ist auf der Oberfläche 214 der Glasscheibe vorzugsweise durch Zerstäuben aufgebracht. Eine Siliciumdioxydschicht 215 wird auf bestimmten Bereichen der Elektrode 213 angebracht, so daß Teile der transparenten Elektrode 213 freiliegen. Auf der Oberfläche 216 ist die Elektrode 213 mit einem Kontaktanschluß 218 versehen. Eine Schicht eines photopolymeren Materials 220 dient als Isolationsschicht und ist auf der Siliciumdioxydschicht 213 angebracht, wobei bestimmte Bereiche der Oberfläche der Siliciumdioxydschicht 213 freiliegen. Das zweite starre Element umfaßt eine Glasplatte 222, eine Elektrode 224 und eine darauf angebrachte Siliciumdioxydschicht 226, die bereichsweise die Elektrode 224 freigibt.
  • Dieser zweite Teil ist auf die photopolymere Schicht220 aufgelegt und mit dieser verbunden. Ein Kleber 228 wird verwendet, um den Aufbau zusammenzuhalten. Ferner ist ein leitender Kleber 227 vorgesehen, der den Teil 230 der Elektrode mit derElektrode 224 verbindet. Mit dem Teil 230 der Elektrode ist ein Kontaktanschluß 233 verbunden.
  • Eine Eine Ausnehmung 232, welche von der Siliciumdioxydschicht 215 und der Siliciumdioxydschicht 226 sowie der photopolymeren Schicht 220 umgeben ist, ist mit der Flüssigkristallsubstanz 234 gefüllt, wobei die Ausnehmung dicht verschlossen ist. Die Flüssigkristallsubstanz 234 wird auf einer Gruppe von Substanzen ausgewählt, die die für Flüssigkristalle typischen physikalischen Eigenschaften aufweist. Es finden vorzugsweise Gemische aus MBBA und PEBAB im Verhältnis 85:15 Verwendung bzw. die kommerziell erhältliche Flüssigkristallsubstanz der Firma Kodak mit der Nummer 11 900.
  • Diese nematische Flüssigkristallsubstanz hat eine positive dielektrische Anisotropie und ist chemisch über den gesamten Betriebstemperaturbereich stabil.
  • Wenn bei dem Aufbau gemäß Fig. 12 eine positive Spannung über den Kontaktanschluß 233 und eine negative Spannung über den Kontaktanschluß 218 angelegt wird, entsteht ein elektrisches Feld innerhalb der Flüssigkristall substanz in der Ausnehmung 232 in Richtung des Pfeiles 236 gemäß Fig. 12.
  • Wenn die Amplitude des elektrischen Feldes groß genug ist, um die Flüssigkristallsubstanz zu aktivieren, tendieren die Molekülachsen dazu, mit Ausnahme derjenigen, die unmittelbar neben den Siliciumdioxydschichten 215 und 226 liegen, sich mit ihren Hauptachsen parallel zum Feld und senkrecht zu den Oberflächen der FK-Zelle auszurichten. Die Orientierung der nichtaktivierten Moleküle einer nematis chen Flüssigkristallsubstanz kann dadurch festgestellt werden, daß die Oberfläche von einer der Glasscheiben mit einer Schwabbelscheibe aus Polierleder in einer Richtung bearbeitet wird.
  • Dabei richten sich die Flüssigkristalle auf die Richtung aus, mit der das Polierleder über die Scheibe verläuft. Diese Richtung behalten die Moleküle bei, bis ein Feld ausreichender Amplitude angelegt wird. Die Lichtstrahlen wandern mit einer unterschiedlichen Geschwindigkeit in der Richtung paralleler Molekülachsen, verglichen mit einer senkrecht zu den Molekülachsen verlaufenden Richtung.
  • In Fig. 13 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Lichtsteuereinrichtung 240 dargestellt, die als elektronischer Verschluß Verwendung wendung finden kann. Dieser elektronische Verschluß besteht aus Polarisatoren 242 und 244 sowie FK-Zellen 246 und 248. Diese FK-Zellen sind gleichartig wie die FK-Zelle 210 gemäß Fig. 12 aufgebaut. Vor dem Zusammenbau der Lichtsteuereinrichtung 240 werden die Oberflächen 250 und 252 in einer ersten Richtung entsprechend den Pfeilen 254 gerieben, wogegen die Oberflächen 256 und 258 in einer zweiten, durch die Pfeile 260 angedeuteten Richtung gerieben werden, die senkrecht zur Richtung der Pfeile 254 verläuft. Dadurch wird bewirkt, daß die nematische Flüssigkristallsubstanz in den beiden FK-Zellen die bekannte gedrehte Konfiguration annimmt.
  • Z. B, werden in der FK-Zelle 246 die Molekülachsen in einer parallelen, unmittelbar neben der Oberfläche 250 liegenden Ebene in Richtung des Pfeiles 254 ausgerichtet, wogegen die Molekülachsen parallel und in einer unmittelbar neben der Oberfläche 256 liegenden Ebene in Richtung des Pfeiles 260 ausgerichtet werden. Die Moleküle zwischen den beiden Ebenen tendieren dazu, sich in eine Vielzahl von Richtungen auszurichten, wobei sie sich um so mehr der Richtung des Pfeiles 254 nähern, je näher sie bei der Oberfläche 250 liegen, wogegen sie sich um so mehr auf die Richtung des Pfeiles 260 einstellen, je näher sie sich bei der Ebene der Oberfläche 256 befinden. Daraus ergibt sich eine kontinuierliche Drehung der Achsen der zwischen den beiden Oberflächen 250 und 256 liegenden Moleküle. Die Moleküle in der FK-Zelle 248 sind in gleicher Weise orientiert. Wie aus Fig. 13 hervorgeht, ist die FK-Zelle 246 umgekehrt angeordnet wie die FK-Zelle 248, so daß die längeren Teile der Zelle nebeneinander zu liegen kommen. Der Polarisator 242 ist neben der nach außen weisenden Oberfläche 250 der FK-Zelle 246 angeordnet, wogegen der Polarisator 244 neben der nach außen weisenden Oberfläche 258 der Zelle248 angebracht ist. Die beiden Polarisatoren 242 und 244 sind derart polarisiert, daß die Polarisationsebenen senkrecht aufeinanderstehen.
  • In Fig. 14 ist die Anordnung der Polarisatoren und der FK-Zellen als zusammengebaute Lichtsteuereinrichtung bzw. als elektronischer Verschluß schluß 240 dargestellt. Die einzelnen Teile werden mit Hilfe eines mechanischen Rahmens oder mit Hilfe eines optischen Klebers zusammengehalten. Kontaktanschlüsse 268 und 270 sind mit der FK- Zelle 248 verbunden, wogegen Kontaktanschlüsse 272 und 274 an der FK-Zelle 246 vorgesehen sind. Wenn man davon ausgeht, daß das Licht durch den Polarisator 244 eintritt und sich der belichtende Film neben dem Polarisator 242 befindet, dann wird an die Kontaktanschlüsse 268 und.270 ein Steuersignal für die Bildübertragung angelegt, wogegen die Kontaktanschlüsse 272 und 274 ein Steuersignal für die Bildunterdrückung erhalten.
  • In Fig. 15 ist eine Kamera 275 schematisch dargestellt. Das teilweise aufgebrochene Objektiv umfaßt ein Linsensystem 277, das am vorderen Ende 276 des Objektives angeordnet ist. Dahinter befindet sich ein mechanischer Verschluß 278, der sehr einfach ausgeführt sein kann und dem der elektronische Verschluß 240 folgt. Dabei liegt der Polarisator 244 auf der Seite des Linsensystems 277 und der Polarisator 242 auf der Seite des nicht dargestellten, in der Kamera befindlichen Filmes. Der elektronische Verschluß 240 und der mechanische Verschluß 278 können auch vertauscht sein.
  • Im Betrieb öffnet der mechanische Verschluß 278 gleichzeitig oder etwas früher als der elektronische Verschluß 240, d. h bevor dieser in den dynamischen Einschaltzustand übergeht. Der mechanische Verschluß 278 wird nach einer festgelegten Zeitdauer nach dem Öffnen wieder geschlossen.
  • Diese Zeitdauer hängt von der Zeitdauer des dynamischen Einschaltzustandes des elektronischen Verschlusses 240 ab und ist etwas größer. Mit Hilfe des elektronischen Verschlusses wird die Belichtungszeit des Filmes festgelegt. Der normalerweise geschlossene mechanische Verschluß 278 schützt den Film gegen durch die FK-Zellen hindurchtretendes Licht, wenn diese sich im dynamischen Abschaltzustand bzw. im Zustand der Dauerabschaltung befinden.
  • Wie Wie durch den Pfeil 279 in Fig. 16 angedeutet, entspricht die Polarisationsebene des Polarisators 244 der nichtaktivierten Ausrichtung der Moleküle der Flüssigkristalle neben der Oberfläche 258 in der FK-Zelle 248. Dies ist durch die Linie 280 angedeutet. Die Polarisationsebene des Polarisators 244 liegt senkrecht zu der nichtaktivierten Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle neben der Oberfläche 252 in der FK-Zelle 248. Wie durch einen Punkt 282 angedeutet, ist der Polarisator 242 in derselben Richtung polarisiert wie die nichtaktivierte Ausrichtung der Flüs sigkristallmoleküle der FK- Zelle 246, die sich unmittelbar neben der Oberfläche 250 befindet und was durch den Punkt 284 angedeutet ist. Das heißt, die Polarisation verläuft rechtwinklig zu der Ausrichtung der Molekülachse neben der Oberfläche 256 der FK-Zelle 246.
  • Der Betriebszustand der Dauerabschaltung wird für den elektronischen Verschluß 240 anhand der Fig. 16 erläutert. Das mit 286 gekennzeichnete Symbol ist eine Lichtquelle, die ein zufällig polarisiertes Licht in Richtung des Pfeiles 288 aus sendet. Der Polarisator 244 überträgt die Lichtanteile, welche eine elektrische Feldvektorkomponente aufweisen, die in Richtung der durch den Pfeil 279 angedeuteten Polarisationsrichtung verlaufen. Die Flüssigkristallsubstanz in der FK-Zelle 248 dreht die Polarisationsebene des Lichtes während dieses die Zelle durchsetzt, und zwar in Abhängigkeit von der Drehung der Molekülachsen der Flüssigkristallmoleküle in der FK-Zelle 248. Wenn das Licht die FK-Zelle 248 verläßt, hat es eine um 90° gedrehte Polarisation bezüglich d-es in die Zelle eingetretenen Lichtes. In gleicher Weise erfährt das Licht beim Durchlaufen der FK-Zelle 246 eine Drehung der Polarisationsebene. Damit wird das den Polarisator 244 durchdringende Licht um 1800 bezüglich der Polarisationsebene gedreht, bevor es den Polarisator 242 erreicht. Damit ist das aus der FK-Zelle 246 austretende Licht um 900 gedreht gegenüber der Polarisationsebene des Polarisators 242. Dieses Licht wird von dem Polarisator 242 absorbiert. Wenn somit der elektronische Verschluß 240 in Serie in Serie zu einem mechanischen Verschluß 278 angeordnet ist, kann bei geöffnetem mechanischen Verschluß ein Belichten des Filmes vermieden werden, solange sich der elektronische Verschluß im Be -triebsz-ustand der Dauerabschaltung befindet.
  • In Fig. 17 ist der dynamische Einschaltzustand dargestellt, während welchem augenblicklich ein elektrisches Feld an der FK-Zelle 248 in Abhängigkeit von einer Schwellspannung aufgebaut wird, die typischerweise zwischen 10 und 30 V liegt und an den Kontaktanschlüssen 268 und 270 wirksam ist. Aufgrund des angelegten elektrischen Feldes nehmen im wesentlichen alle Molekülachsen der Flüssigkristallsubstanz in der FK-Zelle 248 eine homöotropische Ausrichtung, d. h. senkrecht zur Oberfläche mit dem Einwirken des Feldes an, das durch die Linie 290 angedeutet ist. Damit bleibt die Polarisation des Lichtes, welches durch den Polarisator 244 hindurchtritt, im wesentlichen unverändert, während es die FK-Zelle 248 durchläuft. Die FK-Zelle 246, welche nicht erregt ist, dreht die Ebene der Polarisation des von der FK-Zelle 248 abgegebenen polarisierten Lichtes, so daß die Phase des Feldvektors des Lichtes um 90° gedreht wird, bevor es den Polarisator 242 erreicht. Damit überträgt der Polarisator 242 das Licht, wie es durch den Pfeil 292 gemäß Fig. 16 angedeutet ist. Wenn der mechanische Verschluß geöffnet war, wird die Belichtung des Filmes von dem elektronischen Verschluß 240 kontrolliert.
  • Die Einschaltzeit des elektronischen Verschlusses wird von der Geschwindigkeit bestimmt, mit welcher die Moleküle der FK-Zelle 248 in Abhängigkeit von dem angelegten elektrischen Feld, welches von einem Signal zum Öffnen des Verschlusses verursacht wird, ausgerichtet werden können. Diese Ausrichtgeschwindigkeit hängt von der Dicke der Flüssigkristallsubstanz, der Amplitude der zwischen den Anschlußklemmen 268 und 270 angelegten Spannung und der Art des Flüssigkristalles ab. Die Aus- Ausrichtung der Moleküle in der FK-Zelle kann in der Tat den Verschluß in etwa einer Millisekunde nach dem Anlegen des Verschlußöffnungssignals an die Anschlußklemmen 268 und 270 öffnen.
  • Nach dem Öffnen des Verschlusses für die dafür vorgesehene Zeitdauer wird ein zweites Steuersignal, nämlich das Verschfußschließsignal, an die Kontaktanschlüsse 272 und 274 der FK-Zelle 246 aufgelegt, um den dynamischen Abschaltzustand einzuleiten. Dadurch werden die Flüssigkristallmoleküle in der FK-Zelle 246 auf dieselbe Richtung wie die Moleküle in der FK-Zelle 248 ausgerichtet, vie dies durch die Linien 294 gemäß Fig. 18 angedeutet ist. Als Ergebnis wird die Polarisationsebene des Lichtes, welches vom Polarisator 244 übertragen wird, nicht durch die FK-Zellen 248 und 246 gedreht. Damit wird das durch die Linie 296 angedeutete Licht vom Polarisator 242 absorbiert.
  • Auf diese Weise hängt die Verschlußzeit nach dem Auftreten des Verschlußschließsignals nicht mehr von der Verzögerungszeit ab, die den Flüssigkristallmolekülen eigen ist und als Nachteil gewertet wird. Diese Verzögerungszeit ist unerwünscht lang und liegt in der Größenordnung von etwa 60 Millisekunden und st von dem elektrischen Feld nicht steuerbar.
  • Die Schließzeit des elektronischen Verschlusses gemäß der Erfindung ist eine Funktion der Anstiegszeit, d. h. der Zeit, die für die feldabhängige Kristallausrichtung benötigt wird, wenn ein elektrisches Feld mit einer über dem Schwellwert liegenden Amplitude angelegt wird. Da die Zeitdauer eine Funktion der Amplitude der an die Anschlußklemmen 272 und 274 angelegten Spannung ist, kann diese Anstiegszeit eingestellt werden. Als Ergebnis kann die Zeit für das Schließen des Verschlusses genau durch die Amplitude der an die Anschlußklemmen 272 und 274 angelegten Spannung eingestellt werden, die üblicherweise zwischen 10 und 30 V liegt. Der Verschluß 240 kann innerhalb einer Millisekunde nach dem Auftreten des Verschlußöffnungssignals ge -öffnet und innerhalb einer Millisekunde nach dem Auftreten des Verschlußschließschließsignals geschlossen werden. Die Zeitdauer für das Offenhalten des Verschlusses wird durch die Zeitperiode zwischen dem Anlegen des Verschlußöffnungssignals und dem Anlegen des Verschlußschließsignals bestimmt. Dadurch kann ein elektronischer Verschluß zur genauen Einstellung einer IXelichtungszeit verwendet werden, wobei dieser elektronische Verschluß in Verbindung mit einer sehr kompakten,billigen, monolithisch integrierten Schaltung gemäß Fig. 19 einsetzbar ist. Eine solche Schaltung ist sehr einfach auszulegen, um sowohl eine automatische als auch eine Einstellung der Verschlußöffnungszeit von Hand leicht vornehmen zu können.
  • Nach dem Öffnen und Schließen des elektronischen Verschlusses 240 wird es notwendig, die Flüssigkristallmoleküle der FK- Zellen 246 und 248 in den Ruhezustand zurückzubringen. Wenn der elektronische Verschluß in Verbindung mit einer Kamera Verwendung findet, kann es wünschenswert sein, einen mechanischen Verschluß 278 zu verwenden, der gelegentlich während der dynamischen Abschaltzeit schließt. Damit können die Flüssigkristalle in ihrem Ruhezustand zurückgestellt werden, ohne daß eine unerwünschte Nachbelichtung des Filmes auftritt. Da der elektronische Verschluß nur zwei Polarisatoren 242 und 244 umfaßt, überträgt er das Licht mit einem größeren Wirkungsgrad als ein elektronischer Verschluß mit drei Polarisatoren. Diese Verbesserung des Wirkungsgrads ist von Wichtigkeit für Anwendungsfälle, bei denen die Menge des zur Vergügung stehenden Lichtes bzw. die Intensität geringer ist oder eine Kanera mit höherer Aufnahmegeschwindigkeit arbeitet.
  • In Fig. 19 ist teilweise als Blockschaltbild eine Schaltung 2100 dargestellt, mit der das Verschlußöffnungssignal und das Verschlußschließsignal erzeugt und an die FK-Zellen 248 und 246 des elektronischen Verschlusses 240 angelegt werden können. Die Schaltung kann aus MOS-Halbleiteranordnungen aufgebaut sein und umfaßt einen astabilen Multivibrator 2102 mit bekanntem Aufbau. Der Q-Ausgang dieses Multivibrators ist mit der Ein- Eingangsklemine von zwei Umlcehrstufen 2104 und 2106 verlounden, wogegen der Q-Aufigang mit den Eingängen von Umkellrstufen 2108 und 2110 verbunden ist. Die Ausgangsklemmen der Umkehrstufen 2104 und 2108 sind mit den Anschlußklemmen 268 und 270 der FK-Zelle 248 verbunden. Die Ausgangsklemmen der Umkehrstufen 2106 und 2110 sind mit den Anschlußklemmen 272 und 274 der FK-Zelle 246 verbunden.
  • An eine Anschlußklemme 2112 wird eine Gleichspannung VL mit einem niederen Spannungsniveau aufgelegt, wobei die Amplitude dieser Spannung in der Größenordnung von etwa 1 V liegt. Diese Spannung wird über eine Diode 2114 und einen Widerstand 2116 an den Ausgang der Umkehrstufe 2104 sowie über einen Widerstand 2118 an den Ausgang der Umkehrstufe 2108 angeschlossen. Diese niedere Vorspannung wird auch über eine Diode 2120 und Widerstände 2122 sowie 2124 an die Ausgangsklemmen der Umkehrstufen 2110 und 2106 angelegt. Die Amplitude der Spannung VL ist kleiner als die Schwellspannung, welche benötigt wird, um eine homöotropische Orientierung der Moleküle in den FK-Zellen 246 und 248 zu bewirken. Die Umkehrstufen 2104 und 2108 werden abwechselnd an- und abgeschaltet, um eine niedere Wechselvorspannung an die FK-Zelle 248 anzulegen, wogegen die Umkehrstufen 2106 und 2110 abwechselnd an- und abgeschaltet werden, um eine niedere Wechselvorspannung an die FK-Zelle 246 anzulegen. Diese Vorspannungen erleichtern das rasche Einschalten.
  • Über eine Klemme 2126 wird eine Gleichspannung VH mit verhältnismäßig hohem Spannungsniveau aufgelegt, wobei die Amplitude dieser Spannung etwa zwischen 10 und 30 V liegt. Diese Treiberspannung wird wahlweise über einen Widerstand 2128 und eine Diode 2130 sowie Widerstände 2IZ6 und 2118 an die Umkehrstufen 2104 und 2108 angelegt. Die Treiberspannung wird überdies über einen Widerstand 2132, eine Diode 2134 und weitere Widerstände 2122 und 2124 an Umkehrstufen 2106 und 2110 angelegt. Diese Treiberspannung hat eine Amplitude in der Größenordnung zwischen 10 und 30 V 30 V, was ausreicht, um eine rasche homöotropische Orientierung der Moleküle der FI(-Zellen 246 und 248 zu bewirken.
  • Das Anlegen der Vorspannung und der Treiberspannung wird durch Multivibratoren 2136 und 2138 gesteuert. Die Eingangsklemme des Multivibrators 2136 ist über einen Verschlußkontrollschaiter 2139 mit Masse bzw. einem Bezugspotential 2140 verbunden. Der Q-Ausgang des Multivibrators2136 ist mit dem Eingang des Multivibrators 2138 und an einen Eingang eines NOR-Gatters 2142 angeschlossen. Der Q-Ausgang des monostabilen Multivihrators 2138 ist mit dem anderen Eingang des NOR-Gatters 2142 verbunden. Der Ausgang des NOR-Gatters 2142 ist über eine Umkehrstufe 2144 an den Verbindungspunkt des Widerstandes 2128 mit der Diode 2130 angeschlossen. Die Größe eines veränderbaren Widerstandes 2146 innerhalb der Zeitschaltung des Multivibrators 2136 dient der Einstellung der Zeitdauer, für welche die Lichtübertragung stattfinden soll.
  • Dieser Widerstand kann aus einem Potentiometer oder aus einer lichtempfindlichen Einrichtung bestehen, um eine automatische Steuerung der Belichtungszeit, d. h. der dynamischen Einschaltzeit, in Abhängigkeit von der Lichtintensität usw. zu ermöglichen. Der Q-Ausgang des Multivibrators 2138 ist über die Umkehrstufe 2148 an den Verbindungspunkt des Widerstandes 2132 mit der Diode 2134 angeschlossen.
  • Die in Fig. 20 dargestellten Schwingungsformen dienen der Beschreibung der Wirkungsweise der Schaltung 2100. Die Schwingungsform 2150 stellt eine Rechteckschwingung dar, die an der FK-Zelle 248 wirksam ist. Die Schwingungsform 2152 ist als Rechteckschwingung an der FK-Zelle 246 wirksam. Die Schwingungsform 2154 deutet die Übertragungscharakteristik des elektronischen Verschlusses 240 an, wogegen die Schwingungsform 2156 die Übertragungscharakteristik eines zusammengesetzten Verschlusses aus einem elektronischen Verschluß 240 und einem mechanischen Verschluß 278 kennzeichnet. Dabei ist die Achse 2158 die Zeitachse.
  • Im- Im Betrieb wird der mechanische Verschluß 278 zum Zeitpunkt T1 geöffnet. Der Verschlußkontrollschalter 2139 schließt zum Zeitpunkt T2, da in der mechanischen Verbindung zwischen dem Schalter 2139 und dem Verschluß 278 eine Verzögerung vorhanden ist. Das über den Schalter 2139 an den monostabilen Multivibrator 2136 angelegte Massepotential bewirkt, daß der Q-Ausgang des Multivibrators 2136 auf eine logische 1 mit einem Wert zwischen etwa 10 und 30 V ansteigt. Als Folge davon nimmt der Ausgang des NOR-Gatters 2142 eine logische 0 an und bewirkt am Ausgang der Umkehrstufe 2144 das Einsteigen auf eine logische 1. Dies wiederum bewirkt, daß eine Wechselspannung zwischen 10 und 30 V an der FK-Zelle 248 wirksam ist, die als Schwingungsform 2150 gekennzeichnet ist. Damit überträgt der elektronische Verschluß das eindringende Licht gemäß der Beschreibung anhand der Fig. 17.
  • Zum Zeitpunkt T3 ändert der monostabile Multivibrator 2136 seinen Schaltzustand, so daß der Q-Ausgang von der logischen 1 auf das Niveau einer logischen 0 abfällt. Dieser Übergang triggert den Multivibrator 2138.
  • Folglich nimmt der Q-Ausgang des Multivibrators 2138 das Niveau der logischen 1 an, das über das NOR-Gatter 2142 übertragen wird und als hohes Spannungsniveau an der FK-Zelle 248 wirksam ist. Überdies wird das niedere Spannungsniveau des Q-Ausgangs des Multivibrators 2138 in der Umkehrstufe 2148 umgekehrt, so daß eine logische 1 entsteht, welche an die Umkehrstufen 2106 und 2110 angelegt wird. Damit entsteht ein Signal mit hohem Signalniveau an der FK-Zelle 246. Das heißt, zum Zeitpunkt T3 sind beide FK-Zellen 246 und 248 aktiviert und die Lichtübertragung gemäß Fig, 18 blockiert, Zum Zeitpunkt T4, der eine bestimmte Zeitdauer nach dem Zeitpunkt T1 festgelegt sein kann, schließt der mechanische Verschluß. Zum Zeitpunkt T5 ändert der monostabile Multivibrator 2138 seinen Schaltzustand und liefert eine logische 0 am Q-Ausgang. Da das Ausgangssignal am Q-Ausgang der Multivibratoren 2136 und 2138 jeweils auf einem niederen Signalniveau liegt, ergibt sich am Ausgang des NOR-Gatters 2142 zum Zeitpunkt T5 ein hohes Signalniveau. Damit wird das Signal am Ausgang Ausgang der Umkehrstufe 2144 auf ein niederes Signalniveau abgesenkt, womit auch eine verh'iltnismäßig niedere Amplitude an der FK-Zelle 248 wirksam ifit. Überdies wird zum Zeitpunkt T5 das Ausgangssignal am Q-Ausgang des Multivibrators 2138 angehoben und eine logische 0 am Ausgang der Umkehrstufe 2148 bewirkt, so daß ein Signal mit niederer Amplitude an der FK-Zelle 246 wirksam ist. Nach dem Zeitpunkt T5 gibt die Orientierung der Kristalle in den FK-Zellen 246 und 268 langsam nach in Abhängigkeit von dem niederen Spannungsniveau, das an ihnen wirksam ist. Während dieser Zeitdauer nach dem Zeitpunkt T5 ist es möglich, daß etwas Licht, wie dies durch den Teil 2160 der Schwingungsform 2154 angedeutet ist, durch den elektronischen Verschluß hindurchdringt, wenn der mechanische Verschluß nicht geschlossen ist. Durch die Kombination eines mechanischen Verschlusses mit einem elektronischen Verschluß wird somit eine optimale Möglichkeit für die Verwendung des elektronischen Verschlusses für Kameras und Photoapparate geschaffen.
  • Patentansprüche

Claims (14)

  1. P a t e n t a -n s p r ü c h e 1. Lichtsteuereinrichtung mit einer Flüssigkristallzel.le (FK-Zelle), welche mit einer Flüssigkristallsubstanz mit wahlweise orientierbaren Molekülen zwischen einer ersten und zweiten Begrenzungsfläche gefüllt ist, wobei neben der ersten Begrenzungsfläche ein Polarisator für eine Polarisation in einer bestimmten Richtung angeordnet ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass eine zweite FK-Zelle (48) mit wahlweise orientierbaren und zwischen einer dritten und vierten Begrenzungsfläche angeordneten Molekülen mit ihrer dritten Begrenzungsfläche neben der zweiten Begrenzungsfläche der ersten FK-Zelle (46) angeordnet ist, und dass ein zweiter Polarisator (44) für eine Polarisation in einer anderen bestimmten Richtung neben der vierten Begrenzungsfläche angebracht ist.
  2. 2. Lichtsteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, dass die Flüssigkristallsubstanz neben der ersten Begrenzungsfläche der ersten FK-Zelle (46) in der einen Polarisationsrichtung ausgerichtet ist, dass die Flüssigkristallsubstanz der ersten FK-Zelle (46) neben der zweiten Begrenzungsfläche eine nicht aktivierte Ausrichtung in der anderen bestimmten Richtung aufweist, dass die Flüssigkristallsubstanz im Bereich zwischen der ersten und zweiten Begrenzungsfläche eine nicht aktivierte Orientierung hat, welche zwischen der einen und der anderen Polarisationsrichtung variiert, und dass die nicht aktivierte erste FK-Zelle in der Lage ist, das über den ersten Polarisator (42) eintretende Licht zu übertragen und die Polarisationsebene des Lichtes zu drehen.
  3. 3. Lichtsteuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Flüssigkristallsubstanz der zweiten FK-Zelle (48) neben der dritten Begrenzungsfläche in der einen Polarisationsrichtung polarisiert ist, dass die Flüssigkristallsubstanz der zweiten FK-Zelle (48) neben der vierten Begrenzungsfläche eine unaktivierte Ausrichtung in der anderen Polarisationsrichtung hat, und dass die Flüssigkristallsubstanz zwischen der dritten und vierten Begrenzungsfläche variierende unaktiverte Orientierungsrichtungen zwischen der einenPolarisationsrichtung und der anderen Polarisationsrichtung hat.
  4. 4. Lichtsteuereinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die eine Polarisationsrichtung senkrecht zur anderen Polarisationsrichtung verläuft.
  5. 5. Lichtsteuereinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Flüssigkristallsubstanz aus einer gedrehten nematischen Variante mit einer positiven dielektrischen Anisotropie besteht.
  6. 6. Lichtateuereinriohtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass zwischen der ersten FK-Zelle und der zweiten FK-Zelle ein dritter Polarisator (244) angeordnet ist, der in derselben Richtung wie der erste Polarisator polarisiert ist.
  7. 7. LichtsteuereinricItung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Flüssigkristallsubstanz der ersten FK-Zelle homöotropisch senkrecht zur einen Polarisationsrichtung bei einer Aktivierung ausgerichtet ist.
  8. 8. Lichtsteuereinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der in der einen Polarisationsrichtung polarisierte drit-te Polarisator das durch die erste FK-Zelle. übertragene Licht absorbiert, wenn die erste FK-Zelle nicht aktiviert ist und dass der dritte Polarisator das von der ersten FK-Zelle übertragene Licht durchlässt, wenn die erste FK-Zelle aktiviert ist.
  9. 9. Lichtsteuereinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die zweite nicht aktivierte FK-Zelle das vom ersten Polarisator der ersten aktivierten FK-Zelle und dem zweiten Polarisator übertragene Licht zum dritten Polarisator überträgt, der quer zum ersten Polarisator polarisiert das von der zweiten nicht aktivierten FK-Zelle zugeführte Licht austreten lässt.
  10. 10. Lichtsteuereinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die FK-Zellen aus einem ersten Teil mit einer Glasscheibe, einer Siliciumdioxydschicht und einer transparenten Elektrode sowie einem zweiten Teil mit einer zweiten Glasscheibe, einer zweiten Siliciumdioxydschicht und einer zweiten transparenten Elektrode bestehen, dass ferner zwischen den beiden Teilen eine Ausnehmung in einer entsprechend geformten Isolierschicht vorhanden ist, und dass die Flüssigkristallsubstanz in der Ausnehmung angeordnet und allseitig von dem ersten und zweiten Teil umgeben ist.
  11. 11. Lichtsteuereinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t, dass zwei Kontaktanschlüsse an der einen Elektrode und zwei weitere Kontaktanschlüsse an der anderen Elektrode der FK-Zellen angeordnet sind, dass eine elektrische Schaltung vorhanden ist, die dem ersten Kontaktpaar der ersten FK-Zelle ein Steuersignal zuführt, das die Steuerzelle lichtdurchlässig macht, und dass die elektrische Schaltung weitere Schaltungseinrichtungen enthält, um ein zweites Steuersignal anzulegen, das beide FK-Zellen aktiviert, womit die zweite FK-Zelle lichtundurchlässig wird.
  12. 12. Lichtsteuereinrichtung nach Anspruch 11, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, dass die Schaltung einen Oszillator umfasst, der ein Wechselstromsignal liefert und dieses über Schaltungseinrichtungen an die erste FK-Zelle und/oder die zweite FK-Zelle anlegt, und dass eine Steuerschaltung vorhanden ist, die die Amplitude des an die erste FK-Zelle und/oder zweite FK-Zelle angelegten Wechselstromsignals derart einstellt, dass damit. die Zeitdauer der Lichtübertragung einstellbar ist.
  13. 13. Lichtsteuereinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t, dass sie als Verschluss für eine Kamera oder einen Fotoapparat dient und im durch das Objektiv verlaufenden Lichtweg hinter dem Linsensystem angeordnet ist.
  14. 14. Lichtsteuereinrichtung nach Anspruch 13, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, dass in Serie zu dem Linsensystem und der als elektronischer Verschluss wirksamen Lichtsteuereinrichtung ein mechanischer Verschluss angeordnet istz und dass der mechanische Verschluss- mit dem elektronischen Verschluss derart gekoppelt ist, dass er vor dem öffnen des elektronischen Verschlusses und nach dem Schliessen des elektronischen Verschlusses geöffnet bzw. geschlossen wird.
    L e e r s e i t e
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0138455A2 (de) * 1983-09-26 1985-04-24 Tektronix, Inc. Schneller elektrooptischer Lichtschalter und seine Verwendung in einer Anzeigevorrichtung mit sequentieller Rasterfolge und voller Farbwiedergabe

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5278458A (en) * 1975-12-24 1977-07-01 Canon Inc Light control device
GB2028527B (en) * 1978-06-08 1982-11-24 American Liquid Xtal Chem Liquid crystal displays
JPS58199321A (ja) * 1982-05-17 1983-11-19 Seiko Instr & Electronics Ltd 高速液晶シヤツタ−
JPS6289925A (ja) * 1985-10-16 1987-04-24 Sharp Corp 立体映像再生システム用液晶眼鏡
JPS62153833A (ja) * 1985-12-26 1987-07-08 Sharp Corp 液晶光シヤツタ−の駆動方式
JP2650120B2 (ja) * 1991-06-04 1997-09-03 北陸電力株式会社 液晶シャッタ
JP5267666B2 (ja) 2009-06-19 2013-08-21 日本電気株式会社 液晶シャッターおよび液晶シャッターめがね

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3661444A (en) * 1969-12-02 1972-05-09 Rca Corp Compounded liquid crystal cells

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0138455A2 (de) * 1983-09-26 1985-04-24 Tektronix, Inc. Schneller elektrooptischer Lichtschalter und seine Verwendung in einer Anzeigevorrichtung mit sequentieller Rasterfolge und voller Farbwiedergabe
EP0138455A3 (en) * 1983-09-26 1987-01-07 Tektronix, Inc. High speed electro-optical light gate and field sequential full color display system incorporating same

Also Published As

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JPS50141344A (de) 1975-11-13
DE2450390B2 (de) 1977-03-24

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