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Verfahren zum kontinuierlichen Verändern der Llchtdurch-
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lässigkeit eines Lichtmodulators sowie Lichtmodulator Die vorliegende
Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Verändern der Lichtdurchlässigkeit
eines Llchtmodulators sowie Lichtmodulator.
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Aus der Optik sichtbarer Strahlen ist bekannt, dass bei parallelliegenden
Polarisationsebenen von Polarisator und Analysator das aus dem Polarisator austretende
Licht ungehindert durch den Analysator hindurchgeht, während, wenn sie aufeinander
senkrecht stehen, das Licht vom Analysator nicht durchgelassen und mithin das Gesichtsfeld
dunkel ist.
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Trotz diesem seit Jahrzehnten bekannten Phänomen wurde dieses bisher
in der Praxis auf wirtschaftliche Weise nicht verwertet . Es gibt aber verschiedene
technische Gebiete, bei welchen es vorteilhaft wäre, das Gesichtsfeld stufenlos
von hell zu dunkel auf einfache Weise verändern zu können. Diese Aufgabe liegt der
vorliegenden Erfindung zugrunde. Das erfindungsgemässe Verfahren zum kontinuierlichen
Verändern der Lichtdurchlässigkeit eines Lichtmodulators zeichnet sich aus nach
dem Wortlaut des Anspruchs 1. Die Erfindung definiert ferner einen Lichtmodulator,
der sich gemäss dem Anspruch 2 auszeichnet.
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Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand von Figuren
erläutert.
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Es zeigen:
Fig. la, lb eine Aufsicht auf zwei, teilweise
lichtdurchlässige Körper eines Lichtmodulators in zwei Relativpositionen und die
sich daraus ergebende Lichtdurchlassveränderung, Fig. 2 zwei Filtercharakteristiken
von Zonen an Körpern, welche für einen Lichtmodulator gemäss Fig. 1 verwendbar sind
sowie die resultierende Filtercharakteristik bei entsprechender Positionierung der
beiden Körper, Fig. 3 eine Darstellung gemäss Fig. 2,mit andern Filtercharakteristiken,
Fig. 4 eine weitere Ausführungsvariante des Lichtmodulators.
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In den Fig. la, lb sind zwei Körper 1 und 3 dargestellt, welche beispielsweise
als ebene Platten ausgebildet sind.
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Der Körper 1 weist eine Mehrzahl von Zonen la und lb auf, welche sich
bezüglich ihrer Lichtdurchlasseigenschaften unterscheiden.
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In Analogie dazu ist der Körper 3 mit Zonen 3a und 3b versehen. Die
Zonen la und 3a seien z.B. lichtundurchlässig und die Zonen lb und 3b z.B. lichtdurchlässig.
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Dabei sind die Zonen so angeordnet, was beispielsweise durch ein gleichmässiges
Raster erreicht wird, dass die lichtundurchlässigen Zonen, beispielsweise la des
Körpers 1, bezüglich denselben Zonen 3a des Körpers 3 komplementär sind, m.a.W.,
dass die lichtundurchlässigen Zonen des einen Körpers die lichtdurchlässigen Zonen
des andern Körpers durch geeignete Positionierung der beiden Körper abdecken können.
Werden nun die beiden Körper 1 und 3, wie in Fig. la dargestellt ist, so aufeinandergelegt,
dass sich die nichtlichtdurchlässigen Zonen überdecken, so wird ein für diese beiden
Körper spezifisches Maximum an Gamtlichtdurchlässigkeit erreicht.
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Werden die beiden Körper relativ zueinander verschoben, so decken
die lichtundurchlässigen Zonen des einen Körpers im Extremfall, wie in Fig. lb dargestellt
ist, die lichtdurchlässigen Zonen des andern Körpers mehr oder weniger ab, so dass
im Extrem die resultierende Lichtdurchlässigkeit Null wird.
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Die Unterschiedlichkeiten der an den Körpern angeordneten Zonen bezüglich
ihrer Lichtdurchlässigkeit können selbstverständlich durch verschiedenartige Filtercharakteristiken
gebildet sein. In Fig. 2 sind beispielsweise mögliche Filtercharakteristiken für
die Zonen la und 3a gemäss Fig.l dargestellt. Es sind Charakteristiken von Reflexionsfiltern,
indem beide Filter bei entsprechenden Lichtwellenlängen und >2 mehr oder weniger
breitbandig das einfallende 1 2 Licht reflektieren. Gestrichelt ist dabei dargestellt,
welche Charakteristik sich nun ergibt, wenn die so ausgebildeten Zonen la und 3a
übereinander geschoben werden.
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In Analogie dazu ist in Fig. 3 eine Reflexionsfilter-Charakteristik
mit der Reflexionswellenlänge >3 und ein 3 Transmissionsfilter ebenfalls mit
der Transmissionswellenlänge r dargestellt. Durch Uebereinanderschieben dieser beiden
Filter wird bekannterweise die Gesamtdurchlässigkeit auf ein Minimum, im Extrem
auf Null reduziert, wie das ebenfalls gestrichelt dargestellt ist.
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Daraus ist ersichtlich, dass der anhand von Fig. 1 grundsätzlich dargestellte
Lichtmodulator so ausgebildet sein kann, dass verschiedene Zonen mit unterschiedlichen
Lichtdurchlasseigenschaften,
d.h. Filtereigenschaften, versehen
sein können, und dass durch Uebereinanderschieben der Zonen mit verschiedenen Durchlasseigenschaften
und dem daraus resultierenden grösseren oder kleineren Ueberlappungsbereich neue
Durchlasseigenschaften für die Gesamtanordnung erreicht werden.
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Selbstverständlich können die Zonen dabei verschiedene Ausformungen
aufweisen und brauchen nicht, wie in Fig. 1 als regelmässiges Raster ausgebildet
zu sein.
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In Fig. 4 ist eine weitere grundsätzliche Ausführungsvariante für
den Lichtmodulator dargestellt. Ein erster, beispielsweise planer Körper 5 weist
ein Fenster 7 auf, welches sich gegenüber den restlichen Körperpartien durch andere
Lichdurchlasseigenschaften auszeichnet. Ein zweiter Körper 9 ist mit keilförmigen
Zonen ebenfalls verschiedenartiger Lichtdurchlasseigenschaften ausgebildet, so dass
durch eine Relativverschiebung der beiden Körper 9 und 7, wie dies mit dem Pfeil
A angedeutet ist, ein grösserer oder kleinerer Teil der Fläche des Fensters 7 durch
die einen oder andern Zonen des Körpers 9 abgedeckt wird. Der Körper 5 kann dabei
selbstverständlich völlig
undurchsichtig ausgebildet sein, mit
einem durchsichtigen Fenster 7 und die Zonen des Körpers 9 können keilförmige, undurchsichtige
Zonen umfassen, so dass durch die Verschiebung der beiden Körper die Fläche des
Fensters 7 mehr oder weniger abgedeckt wird.
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Wenn man somit zwei durchsichtige Körper, welche sich ergänzende Flächen
aufweisen, also beispielsweise zwei Ebenen oder eine Kugelfläche und eine Kugelpfanne
au sein anderlegt, so kann man diese gleitend aufeinander verschieben oder drehen.
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Wenn man nun die zur gegenseitigen engen Berührung vorgesehenen Flächen
oder aber generell die Körper in Richtung quer zu derjenigen des zu moduliertenden
Lichtes gebietsweise mit Zonen versieht, welche ganz oder teilweise lichtundurchlässig
sind, resp. sich generell durch ihre Lichtdurchlasseigenschaften unterscheiden,
so kann man durch entsprechendes Bewegen der Körper, sei dies durch Schieben, insbesondere
bei planparallelen Flächen oder durch Drehen, insbesondere bei Kugelflächen, die
höchstens
teilweise lichtdurchlässigen Zonen an den beiden Körpern
so gegenseitig verschieben, dass beispielsweise dann, wenn die einen Zonen lichtundurchlässig
sind, durch die Gesamtanordnung kein Licht mehr durchgelassen wird. Als planparallele
Körper gemäss Fig. 1 können Glasscheiben verwendet werden, welche mit mindestens
teilweise lichtundurchlässigen Zonen versehen sind, und welche so gegeneinander
verschieblich sind, dass im einen Verschiebungsextrem ein Maximum an Lichtdurchlässigkeit
und im andern ein Minimum an Durchlässigkeit erreicht wird.
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Die Zonen können insbesondere bei planparallelen Platten, beispielsweise
durch Anbringen von Belägen oder. Schichten, oder indem man die entsprechenden Flächen
der Körper mit Metall beschichtet, beispielsweise Filterschichten aufdampft, hergestellt
werden. Es ist auch ohne weiteres möglich, die entsprechenden Zonen mittels Siebdruck
oder durch Anbringen von Folien zu realisieren.
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Obschon es grundsätzlich möglich ist, diese Zonen oder Gebiete in
ihrer Form frei zu wählen, liegt es auf der Hand, dass geometrisch einfache Gebilde,
beispielsweise Linien für die Herstellung vorzuziehen sind. Auf Kugelflächen werden
diese zu entsprechenden Kreislinien. Will man vollständige Undurchlässigkeit erreichen,
so muss die
Summe aller undurchlässigen Gebiete der beiden aufeinanderliegenden
Körper mindestens gleich der Grösse des Körperquerschnittes senkrecht zur Lichteinfalisrichtung
sein. Ist die Summe der undurchlässigen Zonen kleiner, so wird nur eine Mindestdurchlässigkeit
erreicht. In der Praxis ist es möglich1 beispielsweise auf Glasscheiben, Linien
mit einer Dichte zwischen 2 und 200/mm anzuordnen, beispielsweise durch Aufdampfen.Je
feiner das Raster, umso weniger kommen bei einer Stellung entsprechend möglichst
grosser Durchlässigkeit die Bereiche mit teilweiser oder ganzer Lichtundurchlässigkeit
störend zum Vorschein.
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Solche Lichtmodulatoren können mit entsprechenden Optiken in der Kinematografie,
Fotografie oder Reproduktions technik verwendet werden, wobei es dann ohne-weiteres
möglich ist, die beiden Körper des Lichtmodulators beispielsweise mittels Piezzokristallen,
zu positionieren.
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Dadurch ist es in gewissen Anwendungsfällen möglich, die bis heute
bekannten teuren Lichtmodulatoren, wie Kerrzellen, beispielsweise bei Farbtellern,
durch wesentlich billigere und einfachere Lichtmodulatoren zu ersetzen.
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Zur kontinuierlichen Veränderung der Lichtdurchlässigkeit können diese
Lichtmodulatoren im Sinne von Storen an Fenstern angeordnet werden.
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Im weiteren ist es auch ohne weiteres möglich, als Zonen verschiedener
Lichtdurchlässigkeit, Zonen mit verschiedenen Polarisationsrichtungen zu verwenden.
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Da der Fachmann ohne erfinderisches Zutun die Mechanik einer entsprechenden
Fassung der zusammenwirkenden Körper entwerfen kann, und da diesbezüglich viele
Möglichkeiten gegeben sind, wird auf die Darlegung derartiger Konstruktionen verzicht.