DE595449C - Anordnung zur Steuerung von Strahlung jeder Art, insbesondere fuer Zwecke der Bildtelegraphie und des Tonfilms - Google Patents

Description

Es ist - mehrfach vorgeschlagen ■ worden, die Steuerung von Strahlungen " mit Hilfe einer · spiegelnden Fläche, ζ. Β. einer Membran, in der Art zu bewirken, daß man durch Neigungen der spiegelnden Fläche oder durch Veränderung ihrer Krümmung die Lage oder Weite des reflektierten Strahlenbüschels relativ zu Blenden verändern läßt.

Bei derartigen Membransteuerungen hat

to man zur" Erzielung möglichst hoher Steuerungsempfindlichkeit die spiegelnde Membranfläche bisher so angeordnet, daß an ihr das Strahlenbündel annähernd seinen größten Querschnitt hat. Dies bedingt, zumal bei sehr lichtstarken großen Lichtbüscheln', Membranen von großer Fläche. Die Benutzung großer Membranen führt aber zu der Schwierigkeit, daß eine'so große Fläche, insbesondere bei Schwingungen, schwer in genau

ao gleichmäßiger Formgebung zu erhalten ist. Vor allem bei schnellen Steuerschwingungen treten bei größeren Flächen leicht Oberschwingungen und Teildurchbiegungen -von unerwünschter Art ein, die dazu führen können, daß die Aufhellungswirkung einiger Membranstellen durch eine umgekehrte Verdunkelungswirkung anderer Membranstellen weitgehend unwirksam gemacht wird.

Um solche Unregelmaßigkeitseffekte mögliehst: auszuschließen, erscheint zunächst eine punktförmige Konzentration des zu steuernden ^: Strahlenbüschels auf der spiegelnden Membran in Art der perspektivischen Abb. 1 das Vorteilhafteste. In dieser Abb. 1 bedeutet· ι einen leuchtenden Spalt, 2 eine Linse, welche die von 1 ausgehenden Strahlen allseitig zu einem engen Lichtfleck (Spaltbild) auf der Spiegelmembran 3 vereinigt. Die von der Spiegelmembran divergent weiterlaufenden Strahlen treffen auf eine Linse 4, welche ein Spaltbild im Schlitz der Schlitzblende 5 entwirft.

Die nähere Überlegung zeigt indessen, ebenso der Versuch, daß man, wenn zwecks Erzielung intensiver Lichtsteuerung gemäß Abb. ι ein weitgeöffnetes · 'Strahlenbündel einer ausgedehnten Lichtquelle (eines breiten Spalts 1) mit einem Objektiv 2 größerer Brennweite und Öffnung zusammengefaßt wird, bei konzentrierter Abbildung auf der Spiegelfläche 3 gemäß Abb. 1 viel geringere Steuerempfmdlichkeiten erzielt, als wenn man die Strahlen zwischen Linse 2, Spiegelmembran 3, Linse 4 als nahezu paralleles oder wenig konvergentes Strahlenbüschel verlaufen· läßt. Der Grund hierfür liegt darin, daß bei der Anordnung gemäß Abb. 1, bei der der konzentrierte Abbildungsfleck auf der reflektierenden Membran 3 gewissermaßen als neue Strahlungsquelle dient, kleinere Neigungsändercmgen oder Krümmungen der spiegelnden Fläche 3 den Strahlengang nur wenig verändern. ^:

Um sich dies'für den Fall der Krümmungs-

änderungen ohne Formel klarzumachen, braucht m^an nur zu bedenken, daß die Durchwölbung einer solchen, etwa vorher ebenen Membran ähnlich wie die Einschaltung einer Zusatzlinse in den Strahlengang eines photographischen Objektivs wirkt. Schaltet man bei einem photographischen Apparat hinter einem Objektiv großer Öffnung (Lichtstärke) eine solche Zusatzlinse unmittelbar vor dem

ίο auf der Mattscheibe entstehenden Bild in den Strahlengang ein, so wird man keine nennenswerte Verlegung des Bildes öder Änderung der Bildschärfe feststellen können. Bringt man die Linse hingegen vor das lichtstarke Objektiv in den dort nahezu parallelen Strahlengang, so erfolgt eine verhältnismäßig große Bildweitenverschiebung und Bildschärfenänderung.

Es hat sich nun gezeigt, daß bei gewissen konstruktiven Anordnungen, insbesondere bei spaltartigen oder strichrasterartigen Lichtquellen oder Blenden, doch eine außerordentliche Strahlenkonzentration auf spiegelnden Steuerflächen ohne Einbuße an Steuerungsempfindlichkeit erzielbar ist. Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß auf Grund folgender Überlegung gelungen, die durch experimentelle Nachprüfung im vollen Umfang bestätigt ist.

Es möge eine Lichtsteuerungsanordnung gemäß dem schematischen Aufriß der Abb. ia betrachtet werden, bei der die Strahlen, welche aus dem senkrecht zur Zeichnungsebene stehenden Spalt ι heraustreten, durch eine Linse 2 annähernd parallel auf eine spiegelnde ebene Membran 3 geworfen werden und dann durch eine zweite Linse 4 in einem Blendenspalt 5 zu einer Lichtlinie vereinigt werden. Im Gegensatz zum. Strahlengang der Abb. ι tritt bei der Anordnung nach Abb. ia vor der Membran keine Zusammenschnürung des Strahlenbündels und keine Zwischenabbildung auf der Membran 3 ein. Wird bei der Anordnung der Abb. 1 a die Membran durch steuernde Kräfte durchgewölbt oder geschwenkt, so erfahren die von ihr reflektierten Strahlen Neigungsänderungen, und es verlagert sich die Einschnürungsstelle des Strahlenbündels gegenüber der Blende 5. In Abb. ib ist der Strahlengang bei konkav durchgewölbter Membran aufgezeichnet. Da die Einschnürungsstelle hier vor der Schlitzblende 5 liegt und das Büschel bei S sich schon wieder verbreitert hat, geht jetzt nur noch ein Teil des Büschels durch die Blende 5 hindurch.

Wie die nähere Überlegung zeigt, findet bei einem solchen linearen Spalt eine wirksame Lichtsteuerung nur quer zur Spaltlänge statt. Denn solche Veränderungen' der Strahlenneigungen, welche in einer Ebene parallel der Längsrichtung des Spaltes, d. h. in den Abb. ι a und ib senkrecht zur Zeichnungsebene, erfolgen, sind wenig wirksam, weil im Vergleich zur Spaltlänge die Büschelausdehnung sehr wenig durch die kleinen Neigungsänderungen der gesteuerten Strahlen verändert wird. Ist der Blendenspalt z. B. 0,1 mm weit und 10,0 mm lang und das Büschel am Blendenschlitz analog zu einer Lichtlinie von 0,1 mm Breite und 10,0 mm Länge eingeschnürt, so bewirkt eine Verlegung des Einschnürungsortes um 0,5 mm vor dem Blendenspalt beispielsweise eine Büschelverbreiterung um 0,1 mm in Quere und Länge, wenn das Öffnungsverhältnis des Strahlenbüschels 1 : 5 ist, d. h. das vor der Steuerung im Blendenschlitz 0,1 mm breite und 10,0 mm hohe Strahlenbündel wird am Blendenschlitz durch die Steuerung 0,2 mm breit und 10,1mm hoch. In der Richtung quer zum 0,1 mm breiten und 10,0 mm hohen Spalt werden also nach erfolgter Steuerung 50 °/₀ der = Strahlen abgefangen, dagegen in der Längsrichtung des Spalts nur 1 °/₀ der Strahlen. Die Veränderung der Büschelausdehnung in Richtung der Spaltlänge ist also wenig wirksam.

Für das der Erfindung zugrunde liegende Lichtkonzentrierungsproblem ergibt sich hieraus die grundsätzlich wichtige Folgerung, daß man, wenn in dieser unwirksamen Richtung (parallel zur Spaltlänge) auf der Membran eine Zusammenschnürung des Lichtbüschels erfolgt, praktisch die Steuerempfindlichkeit nicht beeinträchtigt, weil nur quer zur Spaltlänge hohe Steuerungsempfindlichkeit (hohe Neigungsempfindlichkeit der Strahlen) vorhanden ist.

Eine solche Strahleneinschnürung zu einem Lichtband, welches auf der Membran quer zur Spaltlängsrichtung liegt, kann z. B. bei der Anordnung der Abb. ia und ib durch eine Zylinderlinse oder ähnliche Hilfsmittel, wie Zylinderhohlspiegel, bewirkt werden, deren Achse senkrecht zur Spaltlängsrichtung steht und die im Brennweitenabstand von der Membran angeordnet ist. Eine derartige Anordnung ist in der schematischen perspektivischen Abb. 2 angedeutet. Hierin stellt 8 einen horizontalen Spalt dar, der von einem Glühlampenfaden 6 mittels der Beleuchtungslinse 7 beleuchtet wird. 9 ist eine sphärische Abbildungslinse, welche die vom Glühlampenfaden 6 kommenden Strahlen als paralleles Büschel weiterleitet. 10 ist eine Zylinderlinse, welche im Brennweitenabstand von der spiegelnden Membran 11 steht, so daß das parallele Lichtbündel dort zu einem Lichtstreifen 12 zusammengezogen wird. Die von der Membran 11 reflektierten Strahlen treffen zunächst eine analoge Zylinderlinse

Γ3, dann eine sphärische Linse 14. Hierdurch werden in umgekehrter Strahlenbrechung wieder alle Strahlen dem Blendenspalt 15 zugeführt.

Bei der praktischen Ausführung wird man zur Vereinfachung des optischen Aufbaues eine Äutokollimationsanordnung oder eine Anordnung- mit Spiegeloptik benutzen. Es genügt dann eine einzelne Zylinderlinse. Zur weitereff apparativen Vereinfachung kann die den Spalt abbildende sphärische Linse oder Hohlspiegelfläche mit der Zylinderflache zu einem Bauteil vereinigt werden, beispielsweise indem man eine Linse verwendet, welche auf der einen Seite zylindrisch, auf der anderen Seite sphärisch geschliffen ist und entweder auf der sphärischen oder . zylindrischen Seite verspiegelt ist. Zur Ausschaltung störender Vereinigungsfehler können in üblicher Weise achromatische Kombinationen mit günstigen Krümmungs- und Abstandsverhältnissen oder Kombinationen von Rotationsspiegelflächen mit zylindrischen Spiegelflächen verwendet werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Abb. 2 erfolgt die einschnürende Strahlenbegrenzung zwischen .dem Lichtspalt 8 und dem Blendenspalt 15.- Bei mangelhafter Ausführung oder Justierung der astigmatischen Abbildungsmittel (der Zylinderlinse oder des Zylinderspiegels) wird hierbei die Präzision der Strahlenvereinigung unter Umständen beeinflußt. Unempfindlich und auch wegen des Fehlens von Reflexen vorteilhafter sind Anordnungen, bei denen die astigmatische einseitige Strahleneinschnürung außerhalb desjenigen Strahlenwegs erfolgt, längs dessen sich die eigentliche Blendenabbildung usw". vollzieht, z. B. in Abb. 2 schon im konzeninerten Beleuchtungslicht des Spalts 8 zwischen der Lichtquelle 6 und dem Spalt 8 oder bei geeigneten Lichtquellen hinter dem Blendenspalt.

In der Abb. 3 ist ein Ausführungsbeispiel für eine derartige äußere Strahlenbegrenzung gegeben, wobei der Anschaulichkeit halber ähnlich. wie .bei der Abb. 2 eine schräg liegende Membran und zwei getrennte Abbildungsobjektive, angewendet sind. Bei der praktischen Ausbildung wird man vorteilhafter wieder eine gedrängte Autokollimationseinrichtung mit Spiegelobjektiv wählen. In der Abb. 3 dient-als Beleuchtungsquelle eine Glühlampe mit vertikalem Faden 20, dessen Strahlen durch eine Beleuchtungslinse 21 annähernd parallel auf einen horizontalen Querspalt 22 gelenkt und durch diesen hindurch auf ein Objektiv 23 geworfen werden, in dessen Fokusebene der Horizontalspalt 22 liegt.·. Die - Beleuchtungslinse 21 kann z.B. eine sphärische Linse oder eine Zylinderlinse mit vertikaler Achse sein oder durch einen Hohlspiegel ersetzt werden. Hinter dem Objektiv 23 gelangt das Licht zunächst wieder auf die steuernde Membran 24, dann auf ein zweites Objektiv 25 und schließlich, zusammengefaßt zu einer Lichtlinie, nach dem Blendenspalt 26', hinter dem nochmals ein · abbildendes System sphärischer oder astigmatischer Art angeordnet sein kann.

Die Brennweiten und Abmessungen der Beleuchtungslinse 21 und des Objektivs 23 sind im Zusammenhang mit der Glühfadenlänge, Spaltlänge sowie dem Membranabstand und -durchmesser so gewählt, daß einerseits die von dem Glühfaden 20 durch den Spalt 22 gehenden Strahlen das Ob-. jektiv 23 zweckmäßig ausleuchten, andererseits von dem Faden 20 durch die beiden Linsen 21 und 23 ein scharfes Linienbild auf der Membran 24 entsteht, das senkrecht zur Längsausdehnung des Spalts 22 liegt, Beleuchtungslinse 21 und Spalt 22 können wieder zu einem Bauteil vereinigt werden, z. B. kann der Spalt 22 durch einen Schlitz gebildet werden, der in eine Verspiegelung der Linsenfläche eingeritzt ist. Die Krümmung dieser verspiegelten Linsenfläche wird dabei zweckmäßig so gewählt, daß eine genaue ebene Abbildung dieser Spaltritze im weiteren Strahlen verlauf zustande kommt. Anordnungen der durch die Abb. 3 erläuterten Art sind beispielsweise für Tönfilmaufzeichnungen sehr vorteilhaft, wenn sie auch in der Lichtstärke im allgemeinen hinter An-Ordnungen ähnlich der Abb. 2 zurückbleiben.

An Stelle der in den bisherigen Beispielen zur Strahleneinschnürung benutzten Brechung oder Spiegelung an Zylinderflächen oder der Verwertung einseitig ausgedehnter Lichtquellen können auch alle anderen optischen < Hilfsmittel verwertet werden, welche astigmatische Abbildung ergeben, beispielsweise schräger Einfall an sphärischen brechenden "oder reflektierenden Flächen oder die Verschiedenheit der Brennweiten bei doppeltbrechenden Stoffen oder Beugungs- oder Interferenzerscheinungen.

Für die Steuerung größerer Lichtstärken ist es von Bedeutung, daß das Verfahren nach 1.10 der Erfindung ohne weiteres auch auf strichrasterartige Mehrfachspalte und mehrfache Lichtquellen anwendbar ist. Man kann auch als Lichtquelle eine Strahlenquelle größerer Ausdehnung benutzen, die durch Gitter oder ähnliche Mittel in mehrere Strahlenbündel unterteilt ist, die gegebenenfalls nach · der Steuerung wieder zusammengefaßt werden können. Auch für Rasterkombinationen mit mehrfachen verschiedenartigen Teilungsrichtungen läßt sich die Neuerung nützbar ·- machen, wenn man jeweils durch verschiedene

Bildweiten oder Richtungen, Farben, Polarisation einzelne Teilrichtungen in der Abbildung und Einschnürung zusammenfaßt. Eine weitere Ausdehnung des Erfindungsprinzips ergibt sich aus dem Umstand, daß in gleicher Weise wie Krümmungen der . spiegelnden Fläche auch Gesamtneigungen derselben empfindlich steuernd wirken, sofern sie in der Einfallebene ähnlich den vorher

ίο besprochenen Beispielen erfolgen.

Die Bedeutung einer erfindungsgemäß herbeigeführten Strahlungskonzentrierung auf steuernden, spiegelnden Flächen liegt nicht allein darin, daß man zur Erzielung genauer empfindlicher Einschnürungsstellen und hoher Lichtstärken nur noch außerordentlich verringerte spiegelnde Flächen braucht, ohne wie bei Abb. 1 die Steuerempfindlichkeit zu beeinträchtigen, sondern weitere Vorteile ergeben sich daraus, daß durch die Flächenverringerung weitgehende Massenverminderungen Und Bewegungsvereinfachungen mög-Jich werden sowie mittelbar auch verbesserte Lichtausnützungen. Beispielsweise ist es bei elektrostatischen Membranspiegelsteuerungen zur Erzielung einer schnell folgenden Membranbewegung wünschenswert, vor und hinter der spiegelnden Steuermembran je eine anziehende Elektrode mit entgegengesetztem Potential anzuordnen, und wenigstens eine dieser Elektroden muß zur Ermöglichung einer Beleuchtung der Spiegelmembran durchbrochen sein, falls man nicht strahlen-, durchlässige, leitende Schichten benutzen kann, die immerhin wegen des doppelten Durchgangs wesentliche Lichtverluste verursachen.

Verwendet man nun bei elektrostatischer _: Membransteuerung eine zentral eng durchbohrte Elektrode, durch deren Öffnung das Lichtbüschel nach Art der Abb. 1 durch allseitige konzentrische Lichteinschnürung auf die Spiegelmembran geworfen wird, so ergibt sich wie bei der Anordnung gemäß' Abb. ι der Nachteil der geringen Steuerempfindlichkeit. Für die in dieser Hinsicht günstigere Anordnung nach Abb. ia mit annähernd paralleler Membranbestrahlung ist die Elektrode gitter- oder netzartig durchbrachen auszuführen. Die Schlitze und Maschen einer solchen Gitter- oder Netzelektrode können dabei durch geeignete Abmessungen wirksam zur Dämpfung der Metn-

, branschwingungen benutzt oder durch abgestufte Verteilung von Steg- und Schlitzbreite und durch Ausbildung von Gaspolstern geeigneter Dichte und Tiefe zur Erzeugung von Membranschwingungen verwendet werden, die in einem großen Frequenzbereich (60 frequenzunabhängig sind. Die Gaspolster ζ. B. einesteils durch die Zwischenräume zwischen Membran, und Gitterstegen, andererseits durch ein außerhalb der Elektroden liegendes Abschlußfenster bzw. einen einstellbaren Boden gebildet sein. Die notwendige Durchleuchtung einer solchen Gitteroder Netzelektrode bedingt aber immerhin einen wesentlichen Lichtverlust, zumal bei engen Maschen. Wählt man dagegen, um geringere Lichtverluste zu erhalten, die Maschen im Verhältnis zur Stegfläche zu weit, so erhält man bezüglich der elektrostatischen Anziehungswirkung nicht die höchstmögliche Anziehungsfläche und infolgedessen eine verminderte Lichtsteue- ·75 rungswirkung.

Durch die an Hand der Abb. 2 und 3 erläuterte Möglichkeit, Beleuchtungen zu verwenden, welche das Strahlenbündel auf den spiegelnden Steuerflächen astigmatisch z. B. zu einer oder mehreren Linien zusammenschnüren, kann man diese Lichtverluste weitgehend oder völlig vermeiden. Denn man braucht in diesem Fall -in einer massiven Elektrode oder in einer Gitter- oder Netzelektrode nur einen Schlitz bzw. längs eines Streifens eine größere Maschenweite 0. dgl. vorzusehen. Die daraus resultierende, praktisch voll ausgenutzte Elektrodenfläche gibt dann wesentlich vergrößerte Anziehungs- go kraft und damit weiterhin erneut verstärkte Unterschiede beim gesteuerten Licht.

Ähnliches gilt für die Anbringung von magnetischen Steuerungsorganen. Im Fall einer magnetischen oder elektrodynamischen Kraftsteuerung kann man als steuerndes Organ mit Vorteil ■ auch eine spiegelnde schmale, gespannte Saite oder Lamelle verwenden, auf welche das Strahlenbündel und die magnetische 'Kraftwirkung konzentriert wird. Von Wichtigkeit ist dabei auch der Umstand, daß seitliche Drehungen eines solchen spiegelnden Bandes oder ähnlichen Gebildes ohne Einfluß auf die Steuerung bleiben. '

Das Verfahren nach der Erfindung ist im übrigen nicht auf spiegelnde Steuerungen beschränkt, sondern bei allen Steuerungsmethoden anwendbar, bei denen eine Strahlenablenkung durch brechende oder beugende n₀ oder interferierende oder polarisierende Mittel erfolgt.

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   i. Anordnung zur Steuerung von Strahlung jeder Art, insbesondere für Zwecke der Bildtelegraphie und des Tonfilms, bei der ein Strahlenbündel durch Krümmungs- oder Neigungsänderungen einer spiegelnden Fläche, z. B. einer spiegelnden Membran, in seiner Lage zu

   Blenden verändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlenbündel auf der steuernden Fläche vorzugsweise inderjenigen Richtung zusammengeschnürt wird, in der die Steuerumgsemp.findlichkeit durch Strahlenneigung wenig beeinflußt wird, beispielsweise bei länglichen Schirmoder Schlitzblenden in der Richtung der . Längsausdehnung.
2. 2. Anordnung nach Anspruch i, gekennzeichnet durch Verwendung brechender Steuerungsflächen an Stelle spiegelnder Steuerungsflächen.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammenschnürung des Strahlenbündels durch brechende oder reflektierende Zylinderflächen oder schiefe Abbildungsbüschel oder ähnliche Mittel erfolgt, welche eine astigmatische Abbildung ergeben.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zu steuernde Strahlenbündel an steuernden Flächen nacheinander in verschiedenen Ebenen zusammengeschnürt wird.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammenschnürende Strahlenbegrenzung innerhalb desjenigen Strahlenweges erfolgt, längs dessen- die Abbildung der zu steuernden Lichtquelle (z. B. des Lichtspalts) auf der Blende (z.B. Blendenspalt) geschieht (Abb. 2).
6. 6. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammenschnürende Strahlenbegrenzung außerhalb des eigentlichen abbildenden Strahlenw.eges erfolgt (Abb. 3).
7. 7. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle eine Strahlenquelle größerer Ausdehnung dient, welche durch Gitter oder ähnliche Mittel in mehrere Strahlenbündel unterteilt ist, die gegebenenfalls nach der Steuerung wieder zusammengefaßt werden können.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen