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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.
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-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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Weitere Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand
von weiteren Ansprüchen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Anschließend wird eine abdichtende Schicht aus Epoxydharz 38 rund
um die FK-Zelle herumgelegt, um den Zellaufbau 40 gemäß Fig. 3 fertigzustellen.
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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.
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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.
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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.
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2 eine kommerziell erhältliche Flüssigkristallsubstanz unter der Bezeichnung
Kodak-Gemisch Nr. 11900.
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Die nematische Flüssigkristallsubstanz, welche Verwendung findet,
hat eine positive dielektrische Anisotropie und ist chemisch über den gesamten Betriebstemperaturbereich
stabil.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Eine solche Schaltung ist sehr einfach auszulegen, um sowohl eine
automatische als auch eine Einstellung der Verschlußöffnungszeit von Hand leicht
vornehmen zu können.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Diese nematische Flüssigkristallsubstanz hat eine positive dielektrische
Anisotropie und ist chemisch über den gesamten Betriebstemperaturbereich stabil.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Patentansprüche