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Verfahren zur photographischen Herstellung von Lochscheiben bzw. Lichtmodulatoren
In der Bildübertragungstechnik und auf verwandten Gebieten werden vielfach sogenannte
Lochscheiben benötigt, sei es nun zur Zerlegung oder zur Zusammensetzung des Bildes
oder sei es zur schnellen periodischen Unterbrechung oder Schwächung von Lichtstrahlen.
Außer der üblichen Herstellung auf mechanischem Wege sind bereits Verfahren bekannt,
nach denen die Lichtöffnungen photographisch erzeugt werden. Dies geschieht z. B.
dadurch, daß die gewünschte Anordnung in starker Vergrößerung gezeichnet und dann
auf einen photographisch empfindlich gemachten Träger durch Belichtung verkleinert
übertragen wird. Enthält die Vorlage die künftigen öffnungen als schwarze Flächen
auf weißem Grunde, so liefert das photographische Negativ auf der Trägerscheibe
unmittelbar die gewünschten transparenten Stellen, die die mechanisch hergestellten
Bohrungen vertreten, in lichtundurchlässigem Umfelde. Die Vergrößerung der Hilfszeichnung
bezweckt, die Fehler bei der Verkleinerung auf das Nutzformat zu verringern.
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Es ist weiterhin bekannt, das vorstehend beschriebene photographische
Verfahren, hauptsächlich für Lichtmodulatoren mit bestimmten Kurvenformen der Modulation,
dahingehend abzuändern, daß man ein entsprechendes Diafragma, dessen Bogenlänge
einen ganzzeiligen Bruchteil (i.Jn) des Kreis-Umfanges ausmacht, photographisch
auf dem Träger vervielfacht, indem man seine Projektion auf denselben längs der
Peripherie n-mal aneinanderreiht. Auf diese Weise sollen die bei zeichnerischer
Darstellung der n-fach periodischen Wiederholung hineinkommenden Ungleichförmigkeiten
vermieden werden.
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Alle diese Vorschläge berücksichtigen ebensowenig wie das mechanische
Herstellungsverfahren die bei Lochträgern nachträglich im Zustande schneller Rotation
durch Dehnungs- und Torsionskräfte entstehenden Verzerrungen und Verwindungen. Ihre
Fehlergrenze ist außerdem durch die Anwendung mechanischer Mittel (Teilkreise, Meßvor
richtengen usw.) gegeben.
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Im Gegensatz dazu gestattet die vorliegende Erfindung, unter Anwendung
der Methode der Momentphotographie, die Herstellung von Lochscheiben aus beliebigem
Trägermaterial in demjenigen kinematischen Zustande, in welchem sie sich beim späteren
Gebrauch befinden. Die zu photographierenden Blitze eines trägheitslosen Lichtrelais
werden durch die Scheibe selbst gesteuert. Dabei ist ferner durch elektrische Mittel
zur exakten Frequenzbestimmung der Belichtungsimpulse für eine höhere Teilungsgenauigkeit
gesorgt, als sie auf mechanischem Wege erzielbar wäre. Die Erfindung ist anwendbar
für Lochscheiben oder Lochtrommeln u. dgl, im weitesten
Sinne, nicht
nur für solche mit scharf begrenzten Blendenausschnitten in kreisförmiger, spiralförmiger
oder sonstwie gestalteter Anordnung, sondern auch für Lichtmodulatorers mit stetig
übergehenden Funktionen der Lic öffnungen, wie sie für die lichtelektrische zeugung
bestimmter Amplitudenverläufe er=' forderlich sind. Es ist zu diesem Zweck nur notwendig,
dem photographisch abzubildenden Diafragma die entsprechende Durchlässigkeitsverteilung
oderAusschnittform zu geben, die bei der Übertragung auf die Gebrauchsscheibe dann
ver-n-facht wird, indem man n kurzzeitige Belichtungsimpulse pro Umdrehung hervorruft:
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Abb. i bis q. dargestellt, die
sich auf eineAnordnung mit einerkreisförmigenReihe gleichabständiger Lochöffnungen
beziehen. Die Form und Zähl dieser letzteren kann beliebig sein; insbesondere ist
es auch möglich, bei Lochscheiben mit Doppelfunktion; z. B. 'solchen, die neben
der Zerlegung des Bildfeldes die photographische Erzeugung von Synchronisierimpulsen
für Fernsehen o. dgl. bezwecken; in einem einzigen Arbeitsgange mehrere Öffnungen
verschiedener Form, Größe und Relativlage gleichzeitig herzustellen, indem man die
Diafragmen sinngemäß gestaltet (Abbildung mehrteiliger Blenden): Ferner müßte für
eine nichtkreisförmige Spaltfolge, etwa für eine Spirale, einzweites, das Blendenbild
von Öffnung zur Öffnung radial verlagerndes Organ hinzugefügt werden, z. B. ein
gesteuerter Kippspiegel, ein reflektierendes oder brechendes Rotationsprisma u.
dgl.; dieses Organ müßte mit der Welle der Lochscheibe mechanisch starr und frei
von »totem Gang« gekuppelt und in seiner Drehzahl erstsprechend übersetzt sein.
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Um nun die kreisförmige Öffnungsfolge gemäß der Erfindung zu erzeugen;
wird nach Abb. i, die einen Teil der metallischen Gebrauchsscheibe i darstellt,
zunächst die vorgeschriebene Anzahl von Löchern 2, 3, 4, 5, 6 . . . grob mechanisch
und stark vergrößert ausgebohrt, ausgestanzt oder ausgeätzt. Der Durchmesser dieser
Löcher muß ausreichen, um die relativen Lageschwankungen der später herzustellenden
eigentlichen Lochöffnungen noch zu umfassen,' d. h. er muß den größten Fehler, den
die benutzte mechanische Teilvorrichtung und die Drehbewegung liefern, aufnehmen
können. Über die einzelnen Löcher 2, 3, 4, 5, 6 werden nun gemäß Abb. 2 etwas größere,
hier quadratisch geformte kalibrierte Glasplättchen 7, 8, 9 gekittet. Um diesen
Plättchen eine durchaus feste Lage und bei der schnellen Rotation der Scheibe einen
geringeren Luftwiderstand zu geben, wird auf den Träger i gemäß Abb. 2 a ' und b
ein zweites, mit passenden größeren Ausschnitten ii, 12, 13 versehenes Blech io
.-,gelegt und mit ihm durch Vernieten, Ver-.X'jrauben u. dgl. vollkommen starr y
er-" jNkden, insbesondere in der Umgebung jener @'AÜsschnitte. Auf der Drehbank
hergestellte T% J
Scheiben können, wie dies ebb: 2b erkennen läßt, nach ihrer
Achse hin an Dicke zunehmen, also nach der Peripherie zu sich verjüngen. Jedenfalls
aber soll die Blechstärke der Hälfte io in der Zone, in welcher die Ausschnitte
11, 12, 13 liegen, mindestens gleich der Dicke der auf die Scheibe i aufgekitteten
Glasplättchen 7, 8, 9 sein, damit eine genügend glatte Stirnfläche entsteht. Um
dieses und zugleich einen besonders guten Schutz der Plättchen gegen Verlagerung
bei der Rotation zu gewährleisten, wird der Zwischenraum zwischen jenen; 7, 8, 9,
und den sie umrahmenden Ausschnitten,' i 1, 12, 13, zweckmäßig noch mit einem geeigneten
Bindematerial, z. B. hartem Kitt oder Harz, ausgefüllt. An die Stelle von Glasplättchen
können auch durchsichtige Plättchen aus anderem Stoff, z. B. Zelluloid (Filmmaterial),
treten, auf denen die photographische Emulsion von vornherein in gleichmäßiger Dicke
und Beschaffenheit vorhanden ist.
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Des weiteren trägt für den Zweck genauer Einstellung (s. später) die
durch Auf einanderlegung der Scheiben i und io erhaltene Scheibe Hilfsdurchbrechungen
15, 16, 17, die in ihrer Winkellage mit den Öffnungen 2, 3, 4, 5 usw. innerhalb
der mechanischen Teilungsfehler übereinstimmen.
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Die photographisch herzustellenden Lochöffnungen mögen spaltförmig
sein, wie in Abb. 3 a und b angenommen. Wir sehen bei Abb. 3 a die fertige Öffnung
14 im Zentrum des j Loches 2 liegen; 7 ist die Glasplatte, ii deren Einfassung auf
der Scheibenhälfte io. In der Abb. 3b zeigt sich das photographische Spalt-Bild
14 gegen die Mitte des Trägers verschoben, d.. h. hier weicht (übertrieben dargestellt)
der Mittelpunkt des betreffenden Loches :2 infolge eines mechanischen Teilungsfehlers
von der Sollage erheblich ab. Dies soll vorweg veranschaulichen, wie die nach dem
Verfahren gemäß der Erfindung bewirkte Korrektion den Sitz der Öffnung 14 exzentrisch
verlegt hat, um die Gleichabständigkeit aller Spalte 14 auf dem ganzen Scheibenumfang
zu erzielen.
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Zum Zwecke der photographischen Behandlung wird nunmehr die, wie bisher
beschrieben, hergestellte Scheibe durch Bedecken der einzelnen Glasplättchen 7,
8, 9 usw. mit photographischer Emulsion lichtempfindlich gemacht. Die Schichtdicke
der Emulsion kann dabei in verschiedener Weise dosiert werden, z. B. durch Besprühen
während einer lang-
Samen Rotation der Scheibe, die danach unter
Lichtabschluß mit Ausnahme der Fenster 7, 8, 9 usw. wieder von dem lichtempfindlichen
Material befreit wird. Natürlich kann dieses Verfahren auch mit Schutzschablone
durchgeführt werden, so daß auch die Emulsion von vornherein nur auf die Flächen
von 7, 8, 9 usw. gelangt.
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Die so vorbereitete Scheibe wird gemäß Abb. 4. auf die Welle eines
Elektromotors 18 gesetzt, der mit der Betriebsdrehzahl umläuft. Auf dem zweiten
Wellenstumpf sitzt eine mit Eisenzähnen am Rande versehene magnetische Sirene r9,
die bei der Rotation in der Spule 20 Induktionsstöße erzeugt. Diese wirken auf das
Steuergitter einer Verstärkerröhre 21. Statt eines magnetischen kann ebensogut ein
kapazitiver oder ein lichtelektrischer Frequenzgenerator bekannter Art für den Zweck
der Erfindung verwendet werden; die Zahnsirene r9 wäre hierfür durch eine Kondensatorsirene
in Verbindung mit einem Röhrenoszillator oder durch eine Lochscheibe in Verbindung
mit Lichtquelle und Photozelle ersetzt zu denken. Die Teilung der Sirene ist so
gewählt, daß die Frequenz der pro Umdrehung erzeugten Stromstöße mit der Zahl der
auf dem Umfang der Scheibe r, ro herzustellenden Lochöffnungen übereinstimmt. Siekönnte
j edoch auch nur halb oder ein Drittel so groß sein und später, z. B. durch Zweiweggleichrichtung,
verdoppelt bzw. durch selektive Vervielfachung verdreifacht werden; grundsätzlich
jedoch erst in demjenigen Teile der nachfolgenden Apparatur, in welchem die Frequenzaussiebung
stattgefunden hat, d. h. hinter der Röhre 26. Um die Stromstöße der Sirene auf größere
Amplitude zu steigern, wird nötigenfalls hinter die Röhre2r noch ein weiterer Verstärker
22 geschaltet. Dessen Ausgang enthält eine Kopplung 23 auf einen abstimmbaren, gegebenenfalls
rückgekoppelten: Schwingkreis 24 geringer Dämpfung, der mit der Frequenz der Sirene
in scharfe Resonanz gebracht werden kann. über die Kopplung 25 wird die ausgesiebte,
rein sinusförmige Wechselspannung sodann auf den Gitterkreis der Röhre 26 übertragen,
auf deren Anodenseite die vorstehend erwähnte Frequenzvervielfachung stattfinden
kann. Die Anodenstromstöße von 26 beeinflussen eine eisengesättigte Drossel
27, deren Daten so bemessen sind, daß sie außerordentlich scharfe Spannungsspitzen
hervorruft. Diese wiederum wirken auf das Steuergitter der folgenden Röhre 29. Durch
eine dosierbare Gleichspannungsquelle ist das Gitter der Röhre 29 so stark negativ
vorgespannt, daß nur während eines kleinen Zeitbruchteils des Spannungsstoßes der
Drossel 27 Anodenstrom fließen kann. Man erhält auf diese Weise äußerst kurze
Steuerimpulse zur Auslösung der zu photographierenden Belichtungsblitze, die durch
ein trägheitsloses Lichtrelais 31 erzeugt und auf die Scheibe ge-
worfen werden.
Durch die Wirkung des Resonanzkreises 24 werden alle mechanischen Teilungsfehler
der Sirene r9, die sich in Störmodulationen äußern, elektrisch ausgesiebt, da der
Kreis, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme weitgehender Rückkopplung, äußerst schwach
gedämpft schwingt. Die von ihm gelieferten Stromimpulse sind daher auch zeitlich
vollkommen leichabständig, und deshalb müssen die von, dem Lichtrelais hervorgerufenen
photographischen Blendenbilder auf der Scheibe räumlich ebenfalls äquidistant sein.
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Als Lichtrelais benutzt man z. B. eine Kerrzelle 31 mit Lichtquelle
37 und Nicolprismen 33, 34. Zwischen Zelle 3 r und Nicol 34 ist eine Blende eingeschaltet,
deren Ausschnitt die gewünschte Form und Größe aufweist. Dieser Ausschnitt wird
durch ein gutes Objektiv 39 auf die photographische Schicht der Glasplättchen 7,
8, 9 usw. sauber abgebildet. Er liefert dort wegen der blitzartigen Kürze der von
der Röhre 29 abgegebenen, durch den Verstärker 30 weiter verstärkten Spannungsimpulse
genügend scharfrandige negative Spaltbilder. Nach dem Entwickeln usw., das zweckmäßig
durch Befeuchten der in horizontaler Lage befindlichen Scheibe mit den Entwickler-,
Fixier-und Waschflüssigkeiten geschieht, muß dann noch die Umkehrung erfolgen, durch
welche nach dem der photographischen Technik geläufigen Verfahren aus dem Negativ
ein lichtdurchlässiger Spalt 14 (Abb. 3 a) in schwarzem, lichtundurchlässigem Umfelde
entsteht. Diese chemische Umkehrung kann jedoch vermieden werden, wenn man die Blende,
die durch das Objektiv 39 auf die Emulsion abgebildet wird, optisch umgekehrt ausführt,
d. h. innerhalb eines genügend großen transparenten Ausschnittes, dessen Projektion
auf die Scheibe die Größe der Plättchen 7, 8, 9 usw. etwas überschreitet, einen
kleinen Abdeckschirm von richtiger Form und Größe anbringt, etwa durch Rufkitten
auf ein Glasfenster. Dann entsteht im photographischen Negativ unmittelbar die lichtdurchlässige
Spaltöffnung 14 auf geschwärztem Grunde, und die chemische Umkehrung kann wegfallen.
Die Intensität der Lichtquelle muß in diesem Falle naturgemäß sehr beträchtlich
sein, um das Feld, das 14 umgibt, hinreichend tief zu schwärzen. Bei solchen Lichtrelais,
wie z. B. beim Kathodenstrahlrohr mit Fluoreszenzfleck, die genügend große Leuchtdichten
nur innerhalb eines mehr oder weniger punktförmigen Bezirks zu
liefern
vermögen, wird man das chemiscne Umkehrverfahren vorziehen, während man z. B. bei
Verwendung einer Kerrzelle die optische Umkehrung mittels negativer Blende erfolgreich
durchführen könnte.
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Das Relais mit Kathodenstrahlumineszenzlichtfleck hat im Hinblick
auf die Erfindung den Vorzug, daß man mit kleinen Steuerspannungen auskommt. Man
kann dabei die kurzen Einschalt- bzw: Belichtungszeiten, die für scharfe Spaltbilder
14 erforderlich sind, ohne großen Verstärkeraufwand erreichen. Die Erzielung der
gewünschten Form und Begrenzung von 1q. bereitet beim Kathodenstrahlrelais keine
Schwierigkeiten mehr, da es heute möglich ist, auf dem Leuchtschirm völlig exakte
elektronenoptische Abbildungen beliebig gestalteter öffnungen zu erhalten. Die Laufzeit
der Elektronen von der Kathode bis zum Leuchtschirm ist bei Anodenspannungen von
einigen ioöo Volt so kurz, daß deswegen Phasenkorrekturen nicht erforderlich sind.
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Um sicherzustellen, daß die Blendenbilder 14 bei der Exposition in
den Bereich der ausgebohrten Löcher z hineinfallen, ist eine Einstellvorrichtung
vorgesehen, bestehend aus den zusätzlichen Ausschnitten 15, 16, 17 in Abb.2
und einem zweiten, an den Yerstärker3öangeschlossenen Lichtrelais (Abb.4). Dieses
ist hier eine Kerrzelle 32 mit Lampe 38 und Nicolprismen 35, 36. Die Strahlblitze
von 32 werden zweckmäßig bei diametraler Lage zum Lichtrelais 31 durch die COffnungen
15, 16, 17 der Scheibe hindurchgeworfen und fällen in das Auge A des Beobachters.
Man regelt nun- die Phase der elektrischen Aufhellungimpulse durch Verdrehen der
Statospule 2o; evtl. durch Nachstellen des Gitterkondensators der Röhre 26, so ein,
daß die Lochschlitze 15, 16, 17 usw. maximal erhellt scheinen. Dann muß bei richtiger
Relativlage beider Abbildungsoptiken die photographische Übertragung auf die richtigen
Stellen fallen.
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Selbstverständlich muß vor bzw. bei der Exposition dafür gesorgt werden,
daß das Licht der Hilfskerrzelle 32 nicht auf die Emulsion der Glasplättchen 7;
8, 9 usw. einwirken kann, wie überhaupt die Scheibe bis nach der Entwicklung allem
Störlicht entzogen werden müß. Dies läßt sich durch bekannte Mittel erreichen, die
nicht den Gegenstand der Erfindung bilden.
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Um besonders randscharfe, Spaltbilder 14 zu erzielen, wird man versuchen,
den Expösitiönsvorgang auf eine möglichst geringe Anzahl von Umdrehungen der Scheibe
zu beschränken. Anzustreben ist mit Rücksicht auf langsame Pendelungen der Motorwelle,
daß man mit einer einzigen Scheibenumdrehung auskommt. Die dazu notwendige Zeitbegrenzung
der Exposition kann z. B. dadurch erreicht werden, daß das Gitter der Röhre 29 durch
einen einstellbaren Zeitschalter 28 kurzgeschlossen bzw. vorübergehend geöffnet
wird.
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Die nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren erzeugten Lochöffnungen
oder Durchlässigkeitsbilder, die im Falle von Lichtmodulatoren Zonen mit variabler
Schwärzung oder Transparenzfiguren mit variabler Begrenzung darstellen, können durch
nachträgliches mechanisches Abdecken des Umfeldes noch schärfer herausgearbeitet
werden. Man kann z. B. gemäß Abb. 3 die innerhalb des Lochkreises 2 liegende Umgebung
des Spaltbildes 14 durch Auftragen von undurchsichtigem Lack oder durch Aufsetzen
einei mechanischen Blende, deren Ausschnitt nur ganz wenig größer ist als die durch
14 bezeichnete Fläche, völlig abdunkeln. Dadurch wird unzureichende photographische
Schwärzung, die sich in einer gewissen schädlichen Transparenz des Unifeldes äußern
und die Bildübertragung fälschen würde, beseitigt. Für dieses Verfahren ist es zweckmäßig,
Jüstiervorrichtungen zu benutzen, die ein präzises Arbeiten bei starker optischer
Vergrößerung gestatten, so daß keine Gefahr der unabsichtlichen Mitabdeckung von
Teilen der Spaltöffnung 14 besteht.