DE755004C

DE755004C - Modulation device, especially for light communication devices

Info

Publication number: DE755004C
Application number: DEZ24139D
Authority: DE
Inventors: Harry Dipl-Ing Eales; Hugo Eisenhut
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 1937-09-30
Filing date: 1937-10-01
Publication date: 1953-11-16

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur Modulation von Strahlen., insbesondere für Lichtsprechgeräte, welche Nachteile der bisher bekanntgewordenen Einrichtungen dieser Art hinsichtlich der Ausnutzung der verfügbaren Menge der Strahlen zur Modulation vermeidet.The invention relates to a device for modulating beams., In particular for light communication devices, which disadvantages of the previously known facilities of this kind with regard to the utilization of the available amount of beams for modulation avoids.

Die bisher bekanntgewordenen Einrichtungen arbeiten folgendermaßen: Mit Hilfe eines Kondensors wird der Leuchtkörper einer Lampe auf einen kleinen Schwingspiegel abgebildet, der als Plan- oder Hohlspiegel ausgebildet sein kann und im Brennpunkt einer Sammellinse oder eines Hohlspiegels steht. Durch diese Sammellinse oder den Hohlspiegel wird der Leuchtkörper am Empfangsort abgebildet. Die Krümmung des Schwingspiegels wird dann meist so gewählt, daß die Öffnung des Kondensors in der Öffnung der großen Sammellinse oder des Hohlspiegels abgebildet wird. Durch geeignete Mittel wird der Schwingspiegel in Bewegung gesetzt, wodurch bei entsprechender Einstellung das Bild der Kondensoröffnung mehr oder weniger in der Öffnung der Sammellinse oder des Hohlspiegeis liegt. Hierdurch wird diese mehrThe previously known facilities work as follows: With the help of a Condenser, the filament of a lamp is mapped onto a small oscillating mirror, which can be designed as a plane or concave mirror and at the focal point of a Converging lens or a concave mirror. Through this converging lens or the concave mirror the luminaire is shown at the receiving location. The curvature of the oscillating mirror is then usually chosen so that the opening of the condenser is in the opening of the large Converging lens or the concave mirror is imaged. The Oscillating mirror set in motion, which, with the appropriate setting, changes the image of the Condenser opening more or less in the opening of the converging lens or the concave mirror lies. This makes it more

oder weniger ausgeleuchtet und damit das ausgestrahlte Licht moduliert. Um nun bei geringen Winkelausschlagen des Schwingspiegels einen möglichst hohen Modulationsgrad zu erhalten, hat man vorgeschlagen, die freie Öffnung des Kondensors und der Sammellinse gitterartig zu unterteilen, wodurch bei senkrecht zur Gitterstegrichtung erfolgenden Winkelausschlägen des Spiegels von der ίο Größe der halben Breite eines Gittersteges eine vollständige Durchmodulation erreicht wird. Die bekannten Einrichtungen dieser Art weisen aber den Mangel auf, daß von der gesamten freien Lichtöffnung nur die Hälfte nutzbar ist. Zweck der erfindungsgemäßen Einrichtung ist, diesen Nachteil zu beseitigen und sämtliche von der Strahlenquelle ausgehenden und erfaßbaren Strahlen nutzbar zur Modulation herauszuziehen. Dieser Mangel wird bei einem bekanntgewordenen Verfahren ebenfalls vermieden, das allerdings auf einer ganz anderen physikalischen Grundlage beruht. Bei diesem bekannten Verfahren, das zur Umformung von mechanischen, durch Schall hervorgerufenen Änderungen in elektrische Impulse dient, wird das eine von zwei von einer Lichtquelle ausgehenden Strahlenbündeln diesen Änderungen unterworfen und mit dem anderen, unbeeinflußten Strahlenbündel zur Interferenz gebracht. Die dabei infolge der eintretenden Gangunterschiede bewirkten Lichtschwankungen gelangen auf eine Photozelle. Hierbei wird das gesamte, von der Lichtquelle ausgehende Licht zur Modulation herangezogen, indem bei Phasengleichheit das volle Licht auf die Zelle fällt, während bei einer Phasenverschiebung um i8o° gar keine Belichtung der Zelle erfolgt. Die erfindungsgemäße Modulationseinrichtung, insbesondere für Lichtsprechgeräte oder auch Geräte mit Infrarotstrahlung, bei der das von einer Strahlenquelle kommende Strahlenbündel über ein erstes optisches System am Orte eines schwingenden Spiegels gesammelt und von dort auf ein zweites optisches Sammelsystem abgelenkt wird, ist gekennzeichnet durch eine in der Nähe des ersten optischen Sammelsystems angeordnete, vorzugsweise aus einer Anzahl brechender Keile bestellende Strahlenzerlegungseinrichtung, die das von der Lichtquelle kommende Lichtbündel in zwei Teilstrahlenbündel zerlegt und damit auf dem schwingenden Spiegel zwei nebeneinanderliegende Bilder der Lichtquelle erzeugt, und durch eine weitere, zwischen dem schwingenden Spiegel und dem zweiten optischen Sammelsystem· angeordnete, vorzugsweise ebenfalls aus einer Anzahl brechender Keile bestehende Vorrichtung, an deren Ort die Strahlenzerlegungseinrichtung durch den schwingenden Spiegel abgebildet wird, derart, daß an einer hinter dem zweiten optischen Sammelsystem liegenden Stelle in der einen Endstellung des schwingenden Spiegels alle durch das erste Sammelsystem gehenden Strahlen zu einem Hauptbild vereinigt werden, während in der anderen Endstellung des Spiegels alle Strahlen vorbeigehen und lediglich Nebenbilder entstehen.or less illuminated and thus modulates the emitted light. To now at low angular deflection of the oscillating mirror, the highest possible degree of modulation It has been proposed to obtain the free opening of the condenser and the converging lens to subdivide grid-like, whereby taking place perpendicular to the lattice web direction Angular deflections of the mirror ίο the size of half the width of a lattice bar complete modulation is achieved. The well-known bodies of this Art, however, have the disadvantage that only half of the total free light opening is usable. The purpose of the device according to the invention is to eliminate this disadvantage and all detectable rays emanating from the radiation source can be used to pull out for modulation. This deficiency becomes apparent in a procedure that has become known also avoided, but on a completely different physical basis is based. In this known method, which is used for the forming of mechanical, by Used to produce sound-induced changes in electrical impulses, this becomes one of two Beams emanating from a light source are subjected to these changes and brought to interference with the other, unaffected bundle of rays. The one with it light fluctuations caused by the occurring path differences occur a photocell. Here, all of the light emanating from the light source becomes Modulation is used, in that the full light falls on the cell when the phases are identical, while with a phase shift of 180 ° there is no exposure of the cell at all. The modulation device according to the invention, in particular for light communication devices or also devices with infrared radiation, which come from a radiation source Beams of rays through a first optical system at the location of a vibrating mirror is collected and deflected from there to a second optical collection system characterized by a arranged in the vicinity of the first optical collection system, Beam splitting device preferably ordering from a number of breaking wedges, which splits the light beam coming from the light source into two partial beams and thus two adjacent images of the light source on the swinging mirror generated, and by another, between the oscillating mirror and the second optical collection system · arranged, preferably also from a number existing device with breaking wedges, at the location of which the radiation splitting device is imaged by the oscillating mirror, such that at one behind the second optical collection system lying point in one end position of the oscillating Mirror combines all rays passing through the first collection system into one main image while in the other end position of the mirror all rays pass and only secondary images arise.

Zweckmäßig ist in jedem der beiden Keilsysteme die Höhe der Keile gleich der Höhe der Zwischenräume, während der brechende Winkel des ersten Keileystems, die Brennweite des schwingenden Spiegtls sowie die Abstände der beiden Keilsysteme von dem Schwingspiegel derart bemessen sind, daß in dem Bilde des ersten Keilsystems am Orte des zweiten Keilsystems die Keilhöhen und die Lücken ebenso groß sind wie die Keilhöhen und die Lücken des zweiten Keilsystems. The height of the wedges is expediently equal to the height in each of the two wedge systems of the spaces, while the refractive angle of the first wedge system is the focal length of the swinging mirror as well as the distances between the two wedge systems from the Oscillating mirrors are dimensioned such that in the image of the first wedge system in place of the second wedge system the wedge heights and the gaps are as large as the wedge heights and the gaps of the second wedge system.

Man kann zur Verringerung der Bildfehler die Keile des ersten Systems innerhalb des aus mehreren Linsen bestehenden Kondensorsystems anbringen, durch welche die Strahlenbündel annähernd parallelstrahlig verlaufen. Die Keile können auf einer Linse des Kondensorsystems befestigt werden oder, von den Linsen getrennt, etwa in einem Rahmen in den Strahlengang eingeschaltet werden.One can use the wedges of the first system within the Attach a condenser system consisting of several lenses through which the bundles of rays run approximately parallel rays. The wedges can be placed on a lens of the condenser system or, separated from the lenses, e.g. in a frame in the beam path can be switched on.

Die Aufteilung des Strahlenbündelsystems in zwei Systeme mit verschiedenem Vereinigungspunkt kann auch durch ein Kondensorsystem erfolgen, welches einen Sammelspiegel enthält. Das erste sammelnde System wird dabei durch einen Sammelspiegel gebildet, dessen konkave Fläche eine aus einer Mehrzahl durch Lücken voneinander getrennter Streifen bestehende Versilberung und dessen konvexe Rückseite eine weitere Versilberung aufweist, welche in den Lücken der Versilberung der Innenfläche liegt, wobei beide Flächen eine derartige Krümmung aufweisen, daß von einer Strahlenquelle auf dem Schwingspiegel zwei nebeneinanderliegende Bilder der Strahlenquelle entstehen.The division of the beam system into two systems with different merging points can also be done by a condenser system which contains a collecting mirror. The first collecting system becomes formed by a collective mirror, the concave surface of which is one of a plurality Silver plating consisting of gaps of separated strips and its convex back a further silver plating which lies in the gaps of the silver plating of the inner surface, both of which Surfaces have such a curvature that from a radiation source on the oscillating mirror two adjacent images of the radiation source are created.

In den Abbildungen sind in schematischer Darstellung Ausführungsformen des grundsätzlichen Erfindungsgedankens für ein Lichtsprechgerät dargestellt, und zwar zeigenIn the figures are a schematic representation of embodiments of the basic Concept of the invention for a light communication device shown, namely show

Abb. i, 2 und 3 eine Einrichtung mit Keilsystemen, wobei schematisch der Strahlengang bei den Hauptstellungen des Schwingspiegels der besseren übersieht wegen nur in zwei Strahlenbündeln zur Ermittlung der Orte der Abbildungen gezeichnet ist;Fig. I, 2 and 3 a device with wedge systems, the beam path being schematic In the main positions of the oscillating mirror, the better one overlooks only in two Beams are drawn to determine the locations of the images;

Abb. 4 zeigt die Lichtverteilung auf die drei Bilder, welche bei dem Beispiel nach Abb. ι bis 3 hinter dem zweiten sammelnden System entstehen; inFig. 4 shows the light distribution on the three images, which in the example after Fig. 1 to 3 arise behind the second collecting system; in

Abb. 5 ist eine beispielsweise Ausführungsform dargestellt, in der für das erste sam- Fig. 5 shows an example of an embodiment in which for the first

melnde System mit brechenden Keilen ein Kondensorhohlspiegel mit streifenweiser Versilberung verwendet wird ;Melling system with refractive wedges a condenser mirror with striped silver plating is used ;

Abb. 6 zeigt den Strahlengang für eine Anordnung zur Ausblendung der hinter dem zweiten sammelnden System entstehenden Nebenbilder.Fig. 6 shows the beam path for an arrangement for masking the behind the secondary images arising from the second collecting system.

Der Schwingspiegel braucht nur geringe Drehbewegungen auszuführen, um die volleThe oscillating mirror only needs to rotate slightly to achieve the full

ίο Durchmodulation von Hell auf Dunkel zu bewirken. In der Abb. ι ist die Endstellung der Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn dargestellt, während Abb. 2 die- Mittelstellung und Abb. 3 die Endstellung der Drehung im Uhrzeigersinn zeigen.ίο to effect modulation from light to dark. In Fig. Ι is the end position the counterclockwise rotation, while Fig. 2 shows the middle position and Fig. 3 shows the end position of the clockwise rotation.

Im einzelnen bedeuten in den Abb. 1 bis 3 ι eine Lichtquelle, 2 das erste sammelnde System mit dem System brechender Keile 3, 4 den schwingenden als Hohlspiegel dargestellten Spiegel, auf dem die Bilder 5 und 6 der Lichtquelle 1 gebildet werden.In detail, in Figs. 1 to 3 ι mean a light source, 2 the first collecting System with the system of breaking wedges 3, 4 the oscillating one shown as a concave mirror Mirror on which images 5 and 6 of light source 1 are formed.

Von den Strahlenbündeln sind die Bündel 7 und 8 verfolgt, welche bei der Abb. 1 als Bündel 9 voll zwischen den Lücken der KeileThe bundles 7 and 8 are traced by the bundles of rays, which in Fig. 1 as Bundle 9 full between the gaps of the wedges

12 hindurchgehen, während die Bündel 10 voll auf die Keile 12' fallen. In der Ebene 13 wird nun bei der Stellung des Schwingspiegel gemäß Abb. 1 von den Strahlenbündeln 9' und 10' das Bild 14 gebildet, welches die Maximalhelligkeit aufweist.12 while the bundles 10 fall fully on the wedges 12 '. The position of the oscillating mirror is now in level 13 according to Fig. 1 from the bundles of rays 9 ' and 10 'the image 14 is formed which has the maximum brightness.

In der Abb. 2 ist der Hohlspiegel 4 gegenüber der Abb. 1 um einen kleinen Winkel im Uhrzeigersinn gedreht, daher wird durch die Zwischenstellung des Hohlspiegels 4 eine Teilung der Bündel 9 und 10 in g' und 9" sowie 10' und 10" hervorgerufen. Nunmehr erscheint in der Ebene 13 das Hauptbild 14 nur mit der Hälfte der Helligkeit, verglichen mit Abb. 1. Ferner entstehen zwei Nebenbilder 15 und 16 mit der halben Helligkeit des Hauptbildes 14.In Fig. 2, the concave mirror 4 is rotated clockwise by a small angle compared to Fig. 1, so the intermediate position of the concave mirror 4 causes the bundles 9 and 10 to be divided into g ' and 9 "and 10' and 10" . The main image 14 now only appears in the plane 13 with half the brightness, compared with FIG. 1. Furthermore, two secondary images 15 and 16 are produced with half the brightness of the main image 14.

In der Abb. 3 ist der schwingende Hohlspiegel 4 noch weiter im Sinne des Uhrzeigers gedreht. In dieser Endstellung gehen alle Strahlenbündel an der Stelle des Hauptbildes vorbei, so daß das Hauptbild völlig verschwindet. In Fig. 3, the oscillating concave mirror 4 is even further in the clockwise direction turned. In this end position, all the bundles of rays go at the point of the main image so that the main picture disappears completely.

Die Abb. 4 zeigt die Helligkeitsverteilung der Bilder in der Ebene 13, woraus im Zusammenhang mit Abb. 1 bis 3 ersichtlich ist, daß eine vollständige Durchmodulation des gesamten verfügbaren Lichtes und eine Verdoppelung der Steilheit der Modulationscharakteristik erzielt ist. In Abb. 4 bedeuten I, II und III die Helligkeitsverteilung gemäß den Spiegelstellungen der Abb. 1, 2 und 3, während α jeweils das linke Nebenbild 16, c das rechte Nebenbild 15 und b das Hauptbild 14 bedeutet. Dia Schraffierung von rechts oben nach links unten bedeutet eine Belichtung der entsprechenden Fläche von dem Bild 5 auf dem Schwingspiegel, die Schraffierung \"on links oben nach rechts unten die Belichtung von dem Bild 6 des Schwingspiegels.Fig. 4 shows the brightness distribution of the images in the plane 13, from which it can be seen in connection with Figs. 1 to 3 that a complete modulation of all available light and a doubling of the steepness of the modulation characteristic is achieved. In Fig. 4, I, II and III mean the brightness distribution according to the mirror positions in Figs. 1, 2 and 3, while α means the left secondary image 16, c the right secondary image 15 and b the main image 14. The hatching from the top right to the bottom left means an exposure of the corresponding area of the image 5 on the oscillating mirror, the hatching from the top left to the lower right means the exposure of the image 6 of the oscillating mirror.

In Abb. 5 ist 2 der Kondensorhohlspiegel mit den stufenweise angeordneten Silberbelegungen 3' und 3". Der Krümmungsmittelpunkt 18 der Außenfläche 3" ist dabei gegenüber dem Krümmungsmittelpunkt 17 entsprechend verschoben, damit von der Lichtquelle 1 zwei Bilder 5 und 6 auf dem Schwingspiegel 6 entstehen. Die übrigen Bezugszeichen stimmen mit den entsprechenden Zeichen der Abb. ι bis 3 überein.In Fig. 5, 2 is the concave condenser mirror with the silver coatings arranged in steps 3 'and 3 ". The center of curvature 18 of the outer surface 3" is opposite the center of curvature 17 shifted accordingly, so that from the light source 1 two images 5 and 6 are created on the oscillating mirror 6. The other reference symbols are correct with the corresponding characters in Figs. ι to 3.

Abb. 6 zeigt eine Möglichkeit der Ausblendung der Nebenbilder 15 und 16, welche am Empfangsorte nicht erforderlich sind und gegebenenfalls sogar zu Störungen für das Hauptbild Anlaß geben könnten. Die Nebenbilder können aber getrennt oder überlagert zur Kontrolle der ausgesendeten Hauptstrahlung herangezogen, werden. Nach dem Ausführungsbeispiel der Abb. 6 ist am Orte der ersten Bildebene 13 eine Blende 19 angebracht und dahinter ein drittes sammelndes System 20, welches die Abbildung des Hauptbildes am Empfangsort 21 bewirkt. Die weiteren Bezuigszieichen· der Abb. 6 entsprechen denjenigen der Abb. 1 bis 3.Fig. 6 shows one possibility of fading out the secondary images 15 and 16, which are not required at the receiving location and may even cause disruptions for the Main picture could give cause. The secondary images can, however, be separated or superimposed used to control the main radiation emitted. According to the embodiment 6, a diaphragm 19 is attached at the location of the first image plane 13 and behind it a third collecting system 20, which shows the image of the main image causes at the receiving location 21. The other references in Fig. 6 correspond to those of Fig. 1 to 3.

Claims

PATENT CLAIMS:

i. Modulation device, in particular for light communication devices, in which the of A bundle of rays coming from a light source via a first optical system at the location of an oscillating mirror collected and diverted from there to a second optical collection system, characterized in that in the vicinity of the first optical collection system (2) a beam splitting device preferably consisting of a number of refractive wedges (3) is provided which divides the light beam coming from the light source (1) into two partial beams (7, 8) dismantled and thus two adjacent to each other on the oscillating mirror (4) Images (5, 6) generated by the light source (1), and that another between the oscillating mirror (4) and the second collecting optical system (11) provided, preferably also consisting of a number of breaking wedges (12) Device at the location of which the beam splitting device (3) is imaged by the oscillating mirror (4) is arranged such that at a rear of the second collection optical system (11) lying point (13) in one end division of the vibrating

Mirror (4) all through 'the first collection system going rays are combined into one main image (case I, Fig. 4), while in the other end position of the Mirror (4) all rays pass and only secondary images arise (case III, Fig. 4).

2. Device according to claim 1, characterized in that in each of the in both wedge systems, the height of the wedges is equal to the height of the gaps, the breaking angle of the first wedge system, the focal length of the oscillating mirror and the distances between the two wedge systems from the oscillating mirror are dimensioned that in the image of the first wedge system at the location of the second wedge system, the wedge heights and the gaps are just as large as the wedge heights and the gaps of the second wedge system.

3. Device according to claim 1, characterized in that the breaking Wedges are attached within the condenser system consisting of several lenses, through which the bundles of rays run approximately parallel rays.

4. Device according to claim 1, characterized in that the breaking Wedges are attached to a lens of the condenser system.

5. Device according to claim 1, characterized characterized in that the first collecting system consists of a collecting mirror (2, Fig. 5), the concave of which Area one of a plurality of strips separated from one another by gaps existing silver plating (3 '), and its convex back a further silver plating (3 ''), which lies in the gaps in the silver plating of the inner surface, and that both surfaces have such a curvature that from a radiation source on the oscillating mirror two adjacent images of the radiation source are created.

6. Device according to claim 1, characterized in that at the location (13) of the radiation source image designed by the second collecting system A diaphragm is arranged by which the rays passing the said image are held back, and behind the second collecting system a third collecting system (20) is arranged, through which of said Create a picture at the receiving location.

To differentiate the subject matter of the invention from the state of the art, the granting procedure the following publications have been considered:

Austrian Patent No. 105248; Swiss patent Xr. 169 880; British Patent Specification No. 129,747, 356248.

1 sheet of drawings