DE2935184C2

DE2935184C2 - Electro-optical shutter.

Info

Publication number: DE2935184C2
Application number: DE19792935184
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl.-Ing. 7015 Korntal Lauckner; Felix Dipl.-Phys. 7000 Stuttgart Lutz; Gerhard 7148 Remseck Seibold; Gerhard 7000 Stuttgart Wessel
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1979-08-31
Filing date: 1979-08-31
Publication date: 1982-04-29
Also published as: DE2935184A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Verschluß, der ohne bewegliche Teile arbeitet, bestehend aus einer im Strahlengang zwischen einem Polarisator und einem Analysator, deren Polarisationsrichtung gekreuzt sind, angeordneten, nur auf einer Oberfläche mit Elektroden versehenen Platte aus ferroelektrischer Keramik, deren Drehung der Polarisationsebene des Lichts durch Anlegen einer Spannung an die Elektroden steuerbar ist.The invention relates to a closure that works without moving parts, consisting of an im Beam path between a polarizer and an analyzer whose polarization directions are crossed, arranged, only provided on one surface with electrodes plate made of ferroelectric ceramic, their Rotation of the plane of polarization of the light can be controlled by applying a voltage to the electrodes.

Ein derartiger elektrooptischer Verschluß ist bekannt (FUNKSCHAU 1975, H. 19/605). Der bekannte elektrooptische Verschluß, bei dem als ferroelektrische Keramik Bleizirkonat-BIeititanat (PZT) verwendet wird, besitzt eine Keramikscheibe, auf deren einer Oberfläche Elektroden für den Spannungsanschluß in interdigitaler Form (ineinandergreifende Kammstrukturen) angeordnet sind. Der bekannte elektrooptische Verschluß soll u. a. auch für Kameraverschlüsse geeignet sein.Such an electro-optical shutter is known (FUNKSCHAU 1975, H. 19/605). The well-known electro-optical Closure in which lead zirconate bi-titanate (PZT) is used as the ferroelectric ceramic is, has a ceramic disk, on one surface of which electrodes for the voltage connection in interdigital form (interlocking comb structures) are arranged. The well-known electro-optical Closure should inter alia. also be suitable for camera shutters.

Bei der Aufnahme von Bildern, beispielsweise in der Fotografie, ist die Qualität der Abbildung jedoch nicht nur von der richtigen Belichtungszeit, für die der optische Verschluß verantwortlich zeichnet, abhängig, sondern auch von der Größe der Verschlußöffnung, d. h. der Blende, welche — wie jeder Fotoamateur weiß — die sogenannte Tiefenschärfe der Abbildung bestimmt. Es wäre deshalb ein elektrooptischer Verschluß erwähnt, bei dem durch elektrische Maßnahmen nicht nur die Öffnungsdauer sondern auch die Öffnungsweite beeinflußt werden könnte.However, when taking pictures, for example in photography, the quality of the image is not only depends on the correct exposure time, for which the optical shutter is responsible, but also on the size of the closure opening, i.e. H. the aperture, which - as every amateur photographer knows - the so-called depth of field of the image is determined. It would therefore be an electro-optical shutter mentioned, in which by electrical measures not only the opening time but also the opening width could be influenced.

Aus der DE-OS 26 30 593 ist eine Einrichtung zur Lichtstromsteuerung in fotografischen Kameras mittels eines durch ein elektrisches Feld in seiner Lichtdurchlässigkeit beeinflußbares Material bekannt, wobei im Aufnahmestrahlengang einer fotografischen Kamera ein ferroelektrisches Kristall mit als konzentrische Ringe ausgebildeten Elektrodenpaaren vorgesehen ist. Diese Elektroden sollen mittels einer elektronischen Schaltung in der Weise angesteuert werden, daß eine mehr oder minder große innere Kreisfläche des ferroelekinschen Kristalls lichtdurchlässig wird.From DE-OS 26 30 593 a device for luminous flux control in photographic cameras is by means a material that can be influenced in its light transmission by an electric field is known, with im Recording beam path of a photographic camera with a ferroelectric crystal as a concentric one Rings formed electrode pairs is provided. These electrodes are said to be by means of an electronic Circuit can be controlled in such a way that a more or less large inner circular area of the ferroelekinschen crystal becomes translucent.

Es ist bezüglich der bekannten Vorrichtung keine Aussage darüber gemacht, um welcnes ferroelektrische Kristall es sich handelt, ob die ringförmigen Elektroden auf beiden Flächen oder nur auf einer Fläche des Kristalls angeordnet sind und wie die Ansteuerung erfolgen soll.With regard to the known device, no statement is made as to which ferroelectric It is a question of whether the ring-shaped electrodes are on both surfaces or only on one surface of the crystal Crystal are arranged and how the control should be done.

ίο Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrooptischen Verschluß mit einer ferroelektrischenίο The invention is based on the object of a electro-optical shutter with a ferroelectric

Keramik zu verwirklichen, dessen öffnungsweite konzentrisch veränderbar ist.Realize ceramics, the opening width of which can be changed concentrically.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Elektroden linienförmig verlaufen und derart auf der Platte angeordnet sind, daß sie eine Reihe von in der Polung abwechselnden konzentrischen zum Mittelpunkt der Plattenoberfläche zentrierten Quadraten oder Rechtecken bilden, so daß sie beim Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen ausgewählten aufeinanderfolgenden Elektroden eine veränderbare optische Blendenöffnung darstellen.This object is achieved according to the invention in that the electrodes run linearly and in such a way are arranged on the plate that they have a series of alternating polarity concentric to the center Form squares or rectangles centered on the surface of the plate, so that when you create a electrical voltage between selected successive electrodes a variable optical Represent aperture.

Anhand der Fig. 1 bis 4 wird die Erfindung noch näher erläutert. Es zeigtThe invention will be explained in more detail with reference to FIGS. It shows

F i g. 1 ichematisch den Aufbau eines elektrooptischen Verschlusses,F i g. 1 schematically shows the structure of an electro-optical Clasp,

F i g. 2, F i g. 3 und F i g. 4 verschiedene Ausführungsformen der Elektroden.
In F i g. 1 ist schematisch der Aufbau des bekannten elektrooptischen Verschlusses mit einem elektrooptischen Element dargestellt. Das elektrooptische Element 30 besteht aus einer ferroelektrischen Keramikplatte, die mit Elektroden versehen ist. Diese Elektroden sind an eine Steuerelektronik 60 angeschlossen. Da bei Verwendung eines ferroelektrischen keramischen Elementes 30 lediglich eine Drehung der Polarisationsebene des Lichtes stattfindet, ist das Element 30 zwischen zwei Polarisatoren bzw. einem Polarisator 20 und einem Analysator 40 angeordnet. Durch die Steuerelektronik 60 wird an die Elektroden des elektrooptischen Elementes 30 für eine bestimmte Zeitdauer eine Spannung von solcher Höhe angelegt, daß durch das dadurch erzeugte elektrische Feld ein bestimmter Bereich des Materials des elektrooptischen Elementes 30 durchsichtig wird. Das einfallende Licht gelangt durch die Optik 10, den Polarisator 20, das elektrooptische Element 30 und den Analysator 40 auf den Film 50. Die Belichtungszeit hängt davon ab, wie lange das elektrische Feld an dem Element 30 anliegt. DieseF i g. 2, fig. 3 and F i g. 4 different embodiments of the electrodes.
In Fig. 1 the structure of the known electro-optical shutter with an electro-optical element is shown schematically. The electro-optical element 30 consists of a ferroelectric ceramic plate which is provided with electrodes. These electrodes are connected to control electronics 60. Since only a rotation of the polarization plane of the light takes place when a ferroelectric ceramic element 30 is used, the element 30 is arranged between two polarizers or a polarizer 20 and an analyzer 40. The control electronics 60 apply a voltage of such a magnitude to the electrodes of the electro-optical element 30 for a certain period of time that a certain area of the material of the electro-optical element 30 becomes transparent due to the electric field generated thereby. The incident light passes through the optics 10, the polarizer 20, the electro-optical element 30 and the analyzer 40 onto the film 50. The exposure time depends on how long the electric field is applied to the element 30. These

so Dauer wird durch die Steuerelektronik 60 bestimmt.so duration is determined by the control electronics 60.

Das elektrooptische Element 30 erhält die Funktion einer Blende durch mehrere ineinandergeschachtelte quadratisch oder rechteckig angeordnete Elektroden.
Eine Ausführungsform der Erfindung ist in Fig.2 dargestellt. Das elektrooptische Element 30 trägt auf einer Seite die Iinienförmigen Elektroden 12, die hier die Form von Quadraten haben. Zu den einzelnen Elektroden sind Zuleitungen geführt, die ausgehend vom Zentrum mit den Bezugszeichen 1 bis 8 versehen sind 7wischen zwei ausgewählte Elektroden kann durch A η einer Spannung ein elektrisches Feld erzeugt werden, das sich nur auf den Bereich zwischen den beiden Elektroden erstreckt. Die Öffnungsweise des elektrooptischen Verschlusses wird dadurch eingestellt, daß — ausgehend von den Elektroden im Zentrum des elektrooptischen Elementes 30 — mehr oder weniger Elektroden mit der Spannungsquelle verbunden werden. Es können beispielsweise, wie in F ig. 2 verwirklicht, dieThe electro-optical element 30 has the function of a diaphragm through a plurality of nested square or rectangular electrodes.
An embodiment of the invention is shown in FIG. The electro-optical element 30 carries the linear electrodes 12 on one side, which here have the shape of squares. Supply lines are routed to the individual electrodes and are provided with the reference numerals 1 to 8 starting from the center. Between two selected electrodes, a voltage A η can generate an electric field that extends only to the area between the two electrodes. The way in which the electro-optical shutter is opened is set in that - starting from the electrodes in the center of the electro-optical element 30 - more or fewer electrodes are connected to the voltage source. For example, as shown in FIG. 2 realized that

jeweils geradzahligen Elektroden (vom Zentrum aus gezählt), d. h. die Elektroden mit den Zuleitungen 2,4,6 und 8, gemeinsamen mit einem Pol der Spannungsquelle verbunden sein, während die geradzahligen Elektroden mit den Zuleitungen I, 3, 5 und 7 über jeweils einen Schalter 15 mit dem anderen Pol der Spannungsquelle verbindbar sind. Durch Schließen eines oder mehrerer der Schalter 15 können dann unterschiedlich grobe Flächen im Zentrum des elektrooptischen Elementes hellgesteuert werden.in each case even-numbered electrodes (counted from the center), d. H. the electrodes with the leads 2,4,6 and 8, common to one pole of the voltage source, while the even-numbered electrodes with the leads I, 3, 5 and 7 via a switch 15 with the other pole of the voltage source are connectable. By closing one or more of the switches 15, different coarse Areas in the center of the electro-optical element are brightly controlled.

Falls bei der Ausiührungsform der Zuleitungen, wie sie in Fig. ⁷ verdeutlicht ist, wegen dsr Häufung der Anschlüsse auf einer Seite bei sehr vielen konzentrischen Elektroden eine optische Unsymmetrie entstehen sollte, können die Elektroden auch unterteilt sein — wie \^r> in Fig. S gezeigt — und die Zuleitungen in anderer Weise geführt sein, wofüi die Fig. 3 und 4 Beispiele darstellen.. If, to be built an optical asymmetry due dsr accumulation of connections on one side with very many concentric electrodes in Ausiührungsform of the supply lines, as illustrated in Figure ^7, the electrodes can also be divided - like \ ^r> in Figure S. shown - and the supply lines be routed in a different way, what Fig. 3 and 4 show examples.

Eine weitere Verbesserung und Vereinfachung des optischen Verschlusses gemäß der Erfindung ergibt sich dadurch, daß auf dem elektrooptischen Element 30 gleichzeitig eine Schicht aus einem Werkstoff angeordnet ist. dessen elektrische Eigenschaften von der auf ihn treffenden Lichtmenge abhangig sind. Es kann sich beispielsweise um ei.i Foiowidersiandsmaierial handeln, wie z. B. Cadmiumsulfid, oder auch um ein Material, das bei Belichtung eint Spannung umgibt, wie z.'. im ein Selen-Fotoelement oder um eine Silizium-Foto „'ment. Durch dieses Element werden die Schalter 1 bis 7 über die angeschlossenen Elektronik so angesteuert, daß bei großer Helligkeit nur eine kleine Öffnung des elektrooptischen Elementes lichtdurchlässig wird und bei kleiner Helligkeit eine größere öffnung. In dem elektrooptischen Element mit der Steuerelektronik sind damit der Belichtungsmesser, die Zeitsteuerung und die Blendensteuerung in einem sehr einfachen und robusten Aulbau zusammengefaßt, weiche Keinerlei mechanische Teile besitzt und sehr schnell arbeitet.A further improvement and simplification of the optical shutter according to the invention results from the fact that a layer made of a material is arranged on the electro-optical element 30 at the same time. whose electrical properties depend on the amount of light hitting it. It can, for example, be ei.i Foiowidersiandsmaierial, such as B. cadmium sulfide, or a material that surrounds a voltage when exposed, such. '. im a selenium photo element or around a silicon photo 'ment. This element controls the switches 1 to 7 via the connected electronics in such a way that only a small opening in the electro-optical element becomes transparent when the brightness is high and a larger opening when the brightness is low. In the electro-optical element with the control electronics, the exposure meter, the time control and the diaphragm control are combined in a very simple and robust structure, which has no mechanical parts and which works very quickly.

Claims

Patent claims:

1. Electro-optical shutter that works without moving parts, consisting of ■: ner in the beam path between a polarizer and an analyzer whose polarization directions are crossed are, arranged, provided only on one surface with electrodes plate made of ferroelectric Ceramic, whose rotation of the plane of polarization of light by applying a voltage to the Electrodes is controllable, characterized in that that the electrodes run linearly and are arranged on the plate in such a way that they have a series of alternating polarity, concentric, to the center of the plate surface Centered squares or rectangles so that they can be used when you apply an electrical Voltage between selected successive electrodes has a variable optical Represent aperture.

2. Electro-optical shutter according to claim 1, characterized in that on the entering Light-facing side of the plate, a layer (14) made of a material is arranged, the one Photoresistor or a photo element represents, and over which the voltage distribution on the electrodes is controlled.