DE1447208B2

DE1447208B2 - Anordnung zur schnellen brennweitenverstellung

Info

Publication number: DE1447208B2
Application number: DE19641447208
Authority: DE
Inventors: Kurt; Kulcke Werner Dr.rer.nat.; Wappingers Falls N.Y. Kosanke (V.StA.)
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1963-06-28
Filing date: 1964-06-16
Publication date: 1972-03-30
Also published as: GB1061257A; DE1447208A1; US3309162A

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur schnellen Verstellung der Brennweite.

Linsen mit veränderlicher Brennweite sind bekannt und werden auf den verschiedensten Gebieten der Technik verwendet. Am bekanntesten sind die bei Film- und Fernsehkameras verwendeten sogenannten Gummilinsen, deren Brennweite entweder durch die Formänderung eines elastischen Linsenkörpers oder durch die Änderung der Abstände zwischen den einzelnen Linsen eines Linsensystems veränderbar ist.

Ein Nachteil dieser Anordnungen ist die relativ kleine Geschwindigkeit der Brennweitenänderung, die für die obengenannten Zwecke zwar im allgemeinen ausreichend, für viele Anwendungen aber, wie beispielsweise Auslesevorrichtungcn für optische Speicher, ebenso wie die Arbeitsgeschwindigkeit mechanischer Verschlüsse, bedingt durch die dabei notwendige Bewegung mechanischer Teile, um einige Größenordnungen zu klein ist.

Es sind zwar sehr schnelle, beispielsweise aus zwischen Polarisatoren mit zueinander senkrechten Durchlaßrichtungen angeordneten, steuerbar doppelbrechenden Elementen bestehende elektrooptisch^ Verschlüsse für elektromechanische Strahlung bekanntgeworden, mit denen Schaltzeiten bis herunter auf 10^* see erreicht werden konnten, eine Veränderung der Brennweite eines optischen Systems konnte damit aber nicht erreicht werden.

Es sind weiterhin auch schon als Fresnellinsen bezeichnete Anordnungen bekanntgeworden, die aus ringförmigen konzentrischen, abwechselnd lichtdurchlässig und lichtundurchlässigen Bereichen bestehen. Die Brennweite dieser Linsen, die durch Breite bzw. durch die Abstände der einzelnen Bereiche voneinander bestimmt wird, konnte aber nicht verändert werden.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine Linse oder ein Linsensystem mit sehr schnell veränderlicher Brennweite anzugeben, das mit relativ einfachen Mitteln Übergangszeiten von einer Brennweite zur anderen in der Größenordnung von 10~⁸ see ermöglicht.

Um diese Aufgabe zu lösen, wird gemäß der Erfindung eine Anordnung zur schnellen Verstellung der Brennweite angegeben, die gekennzeichnet ist durch ein plattenförmiges elektrooptisches Element mit an gegenüberliegenden Flächen in mindestens zwei getrennt ansteuerbaren Gruppen angeordneten ringförmigen konzentrischen Elektroden zur Erzeugung von den ringförmigen Bereichen von wahlweise mindestens zwei Fresnellinsen mit unterschiedlichen Brennweiten entsprechenden, das plattenförmige Element durchsetzenden elektrischen Feldern, in deren Be-

reich die Polarisationsrichtung einer das plattenförmige Element durchsetzenden polarisierten Strahlung um vorzugsweise 9O⁰C gedreht wird.

Eine andere Ausführungsform des Erfindungsgedankens ist gekennzeichnet durch ein plattenförmiges elektrooptisches Element, das an einer Fläche mit ringförmigen konzentrischen, den ringförmigen Bereichen einer Fresnellinse entsprechenden Elektroden versehen ist, denen an der gegenüberliegenden Fläche jeweils zwei getrennt ansteuerbare, im wesentlichen die gleiche Form und Lage aufweisende Elektroden zugeordnet sind, in deren Randbereichen bei Anlegen von Potentialen geeigneter Höhe elektrische Streufelder auftreten, die als Funktion der angelegten Potentialhöhen zwecks Veränderung der Brennweite der durch sie definierten Fresnelzonen in Richtung auf das Zentrum oder die Peripherie steuerbar verschiebbar sind.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Erfindungsgedankens ist beispielsweise dadurch gegeben, daß die Elektroden strahlungsdurchlässig ausgebildet sind und daß die Form und die Breite der in ihren optischen Eigenschaften steuerbar veränderlichen, eine Drehung der Polarisationsebene des Lichtes bewirkenden Bereiche des Elements im wesentlichen durch die zwischen den besagten Elektroden erzeugten homogenen elektrischen Felder definiert ist.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann dadurch verwirklicht werden, daß die Elektroden aus dünnen drahtförmigen Leitern bestehen und daß die Form und die Breite der in ihren optischen Eigenschaften steuerbar veränderlichen, eine Drehung der Polarisationsebene des Lichtes bewirkenden Bereiche des Elements im wesentlichen durch die mittels der besagten Elektrode erzeugten Streufelder definiert ist.

Eine andere Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist beispielsweise dadurch zu verwirklichen, daß die Elektroden mit zwei Spannungsquellen mit steuerbar veränderlicher Spannung über aus Kondensatoren bestehende Spannungsteiler verbindbar sind, die ein bestimmtes Verhältnis der an den einzelnen ringförmigen Elektroden wirksam werdenden Potentiale bewirken, derart, daß für verschiedene Höhen und/oder Verhältnisse der Potentiale der beiden Potentialquellen Randzonen unterschiedlicher Lage und Breite entstehen, die jeweils bestimmte Brennweiten der Anordnung definieren.

Es ist vorteilhaft, daß das elektrooptische Element beispielsweise zwischen zwei Polarisationen angeordnet ist.

Die Erfindung wird anschließend an Hand der .■in Ausführungsbeispiel darstellenden Figuren näher •jrläutert. Es zeigt

F i g. 1 die Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung in einer Datenverarbeitungsanlage,

F i g. 2 die erfindungsgemäße Anordnung von der Lichtquelle aus gesehen,

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Randd'fektes,

F i g. 4 einen Schnitt durch die Mitte der erfindungsgemäßen Anordnung,

F i g. 4A die vergrößerte Ansicht eines Ausschnittes aus der F i g. 4,

F i g. 5 eine Fresnel-Zonenplatte üblicher Bauart.

F i g. 1 zeigt die Anwendung der Erfindung im Rahmen eines an und für sich bekannten Verfahrens /um schnellen Schreiben digitaler Informationen auf einen thermoplastischen Aufzeichnungsträger. In einer nach diesem Verfahren arbeitenden Anordnung wird eine binäre Eins durch das Vorhandensein und eine binäre Null durch das NichtVorhandensein von Licht dargestellt. Eine in F i g. 1 dargestellte Lichtquelle 1 liefert einen kollimierten, monochromatischen Strahl 2. Durch eine feststehende Linse 3 herkömmlicher Bauart wird der Lichtstrahl fokussiert und auf einen Ablenkspiegel 4 gerichtet. Der Spiegel 4

ίο ist um die Achsen 5 und 5' drehbar angeordnet und bewirkt durch seine Drehung, daß der Strahl 2 seitlich abgelenkt wird, so daß er die entlang einer horizontalen, durch den Brennpunkt gehenden Linie, auf dem Aufzeichnungsträger 6 aufgezeichneten Daten

[5 abtastet. Der Aufzeichnungsträger ist auf den Spulen 7 und 8 aufgewickelt.

Eine gemäß der Erfindung verstellbare Linse 9 ermöglicht eine schnell arbeitende, elektrisch steuerbare Brennpunktverstellung, durch die bewirkt wird, daß der Strahl auf jeden Punkt auf Bahn 6 des Aufzeichnungsträgers genau fokussiert werden kann. Ohne die Verstellung der Linse 9 würde infolge der durch den drehbaren Spiegel 4 bewirkten Ablenkung der durch die Linse 3 erzeugte Brennpunkt einen Bogen beschreiben, von dem sich nur ein Punkt auf der Bahn des Aufzeichnungsträgers 6 befindet. In der Anordnung nach F i g. 1 ist die Linse 9 elektrisch mit dem Spiegel 4 verbunden, und der Brennpunkt wird automatisch und mit hoher Geschwindigkeit auf die seitliche Verschiebung eingestellt, die der Spiegel 4 einleitet.

In F i g. 2 ist die elektrisch verstellbare Linse der in F i g. 1 dargestellten Anordnung im einzelnen dargestellt.

Diese Figur zeigt den Aufbau von Elektroden, durch die ein elektrisches Feld in den gewünschten Bereichen erzeugt und die Fokussierung bewirkt wird. Auf der ebenen Platte 10 sind die Elektroden 12A bis 12£ und 13/1 bis 13Z) befestigt. Die Platte 10 besteht aus Kaliumhydrogenphosphat (KDP, Formel KH₂PO₄), ist etwa 1 mm dick und hat eine Oberfläche, die mindestens so groß ist wie die Fläche der in der Erfindung verwendeten Linse. Obwohl in dem speziellen Ausführungsbeispiel KDP angegeben ist, ist auch jede andere Substanz, die den elektrooptischen Effekt aufweist, im folgenden Streufeldeffekt genannt, zur Verwendung im Sinne der Erfindung geeignet. Insbesondere sind auch ADP (NH₄H₂PO₄) und Kupferchlorür (CuSl) bekannte elektrooptische Substanzen, die für die Zwecke der Erfindung geeignet sind. Weiter hat Kaliumdideuteriumphosphat (KD₂PO₄) sehr gute elektrooptische Eigenschaften, ist aber wegen seiner Kostspieligkeit nicht so vorteilhaft. Das gemäß der Erfindung angestrebte Resultat ist die Änderung des Polarisationszustandes an Punkten, die den Rand oder Streubereich eines durch die Substanz induzierten elektrischen Feldes einschließen. Jedes Material, das geeignet ist, den Polarisationszustand von Licht, das durch es hindurchtritt, im Bereich eines elektrischen Feldes (auch Streufeldes) zu verändern, kann gemäß der Erfindung verwendet werden. Bei festen elektrooptischen Substanzen wird der erzeugte Effekt auch als Pockclsscher Effekt bezeichnet, eine Definition, die voraussetzt, daß die Substanz ein piezoelektrischer Kristall ist. Obwohl die in dem bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel benutzte Substanz den Pockelsschen Effekt aufweist, könnte die Erfindung aber

auch andere Substanzen verwenden, selbst wenn diese nicht piezoelektrisch oder kristallinisch sind.

Bevor auf die erfindungsgemäße elektrische Anordnung eingegangen wird, soll der elektrooptische Effekt im einzelnen erläutert werden. Dies geschieht an Hand der F i g. 3, die eine Anordnung von Elementen zeigt, welche grundsätzlich einem der in der Erfindung verwendeten Elektrodenringe ähnelt und eine genaue Erklärung des Streufeldeffektes ermöglicht. Danach wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand von F i g. 4 beschrieben. Das elektrooptische Element 30 besteht aus KDP und befindet sich zwischen den beiden Elektroden 32 und 34. Durch die Spannungsquelle 36 wird eine Spannung zwischen den besagten Elektroden erzeugt. Bei Anliegen einer Spannung an den Elektroden 32 und 34 sind in der Substanz direkt zwischen den Elektroden 32 und 34 elektrooptische Eigenschaften zu beobachten, die auch in den seitlich davon gelegenen Bereichen auftreten und durch gestrichelte Linien 38 und 40 angedeutet sind. Die Fläche zwischen den gestrichelten Linien 38 und 40 umschließt den ganzen Bereich des Streufeldeffektes. Wenn an das Element 30 eine geringere Spannung gelegt wird, verkleinert sich der Streufeldbereich und besteht nur noch zwischen den gestrichelten Linien 35 und 37. Die Breite des Streufeldbereiches ist für ein gegebenes System relativ konstant (0,5 mm in dem System des Ausführungsbeispiels). Man hat beobachtet, daß bei einer Spannungsänderung der Quelle 36 der Streufeldbereich sich mit stärker werdendem elektrischem Feld in der elektrooptischen Substanz verbreitert und bei schwächer werdendem elektrischem Feld abnimmt. Jede Substanz, die den elektrooptischen Effekt aufweist, ändert unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes den Polarisationszustand einer sie durchsetzenden elektromagnetischen Strahlung.

Es sei nun wieder auf F i g. 2 eingegangen, die die Anordnung der Platte 10 und ihrer Elektroden 12/1 bis 12£ und UA bis 13D zeigt, deren Funktion auf Grund der oben gemachten Angaben nunmehr ohne weiteres verstanden werden kann. Der erste in F i g. 2 gezeigte Ring besteht aus zwei aufgedampften Schichten aus leitendem Material 12 B und 13/4, die durch eine Isolierschicht 14 A getrennt sind. Die anderen Ringe, beispielsweise die Ringe 12 C bis 12 £ und 13 B bis 13 D, die durch Isolierschichten 14B bis 14D getrennt sind, sind ebenso angeordnet. Die mittlere kreisförmige Elektrode 12 A ist von den anderen Elektroden getrennt. Die Elektroden 12 A bis 12 £ und 13 A bis 13 D sind jede mit einer entsprechenden Schaltungsanordnung verbunden, welche in F i g. 4 veranschaulicht ist.

Eine detaillierte Darstellung der Gesamtanordnung gibt F i g. 4, die auch andere Teile der Erfindung des bevorzugten Ausführungsbeispiels einschließt, um die Gesamtfunktion der erfindungsgemäßen verstellbaren Fresnelschen Zonenlinse zu veranschaulichen. F i g. 4 zeigt eine KDP-PIatte 10, äußere Elektroden 12A, I2ß, 12C, 12D und 12£, innere Elektroden 13/4, 13B, 13C und 13D und isolierende Bereiche 14/1, 14ß, 14 C und 14D. An der Rückseite der KDP-PIatte 10 ist jedem Elektrodenring auf der Vorderseite eine der Elektroden 50/1, 5θ"β, 5OC, 5OD und 50 £ zugeordnet, die jeweils die gleiche Breite wie das gegenüberliegende Elektrodenpaar 12/1 bis 12£ bzw. 13/1 bis 13D haben. Die Elektroden 50/1 bis 50£ sind geerdet. Parallele, polarisierte und monochromatische Lichtstrahlen 51, die dem die Daten übertragenden Licht 2 in F i g. 1 entsprechen, treffen senkrecht auf die Linse. Hinter der Linse (gesehen von der Lichtquelle) befindet sich ein Analysator 52. Es handelt sich dabei um einen herkömmlichen Analysator, der Licht mit einer bestimmten Lage der Polarisationsebene durchläßt und Licht anderer Lagen der Polarisationsebene nicht durchläßt.

Um die Spannung an der Platte 10 wahlweise so ίο einzustellen, daß die gewünschten Streufeldbereiche zur Erzeugung der jeweils erforderlichen Brennweite entstehen, ist jede äußere Elektrode 12 A, 12 B, 12 C, 12D und 12£ über einen Kondensator 53/1, 535, 53 C, 53 D bzw. 53 £ an eine veränderliche Spannungsquelle V₁ angeschlossen. Ebenso sind die inneren Elektroden UA, UB, UC und 13 D über Kondensatoren 54 A, 54 B, 54 C bzw. 54 D an eine veränderliche Spannungsquelle V₂ gelegt. Jeder der Kondensatoren 53/1, 53B, 53C, 53D, 53£, 54A, 54B, 54 C und 54D hat einen anderen Wert. Die Wahl der Größe der Kondensatoren hängt ab von den Kapazitäten auf der Platte 10 und von der Größe der benutzten veränderlichen Spannungen der Spannungs- ., quellen V₁ und V₂. Zur Vereinfachung der Berechnung wird die Kapazität der Elektroden als vernachlässigbar klein betrachtet und eine aus den Kondensatoren 56 A bis 56/ bestehende und mit den Elektrodenpaaren auf der Platte 10 verbundene Schaltung verwendet. Leder Kondensator 56 A bis 56/ hat einen Wert von 100 x 10"¹² Farad. Die Kondensatoren 56/4 bis 56/ sind durch dünne Leiter verbunden und liegen nicht im Strahlengang.

Die Bestimmung der Größen der Spannungen, Kondensatoren und anderen elektrischen Elemente erfolgt auf Grund folgender Überlegungen: Die Spannung V₁ tritt jeweils um den Spannungsabfall an den Kondensatoren 53 A bis 53 £ vermindert an den Elektroden 12 A bis 12 £ auf. In der gleichen Weise tritt die Spannung V₂ jeweils um den Spannungsabfall an den Kondensatoren 54A bis 54 D vermindert an den Elektroden UA bis 13 D auf. Da jeder dieser Kondensatoren sich größenmäßig von den anderen unterscheidet, treten verschiedene Spannungen an jedem durch die Elektroden 12 A bis 12£ und UA bis 13D definierten Ring anf. Da die Platte 10 ' aus einer elektrooptischen Substanz besteht, die auch in den Streufeldbereichen anisotrop wird, wird auch in diesen Bereichen der Polarisationszustand der elektromagnetischen Strahlung verändert. Diese Bereiche sind gegenüber den Elektroden entsprechend der Größe der an den Elektroden liegenden Spannung verschoben. Außerhalb der Streufeldbereiche wird der Polarisationszustand der einfallenden Strahlung nicht verändert.

Die Konstruktion dps Ausführungsbeispiels wird außerdem durch die Breite der Strcufeldringe bestimmt, die nötig sind, um eine Fresnelsche Zonenlinse zu bilden. Die Wirkungsweise einer bekannten Fresnelschen Zonenlinse wird nachstehend beschrieben, da eine weitgehende Analogie zwischen einer solchen Fresnelschen Zonenlinse und der elektrisch gemäß der Erfindung gebildeten Zonenlinse besteht.

F i g. 5 zeigt eine herkömmliche Fresnelsche

Zonenlinse. Die Wirkung einer Fresnelschen Zonenlinse wird durch den Durchgang einer Strahlung erreicht, die entsprechend einem Schema interferiert, dessen Ergebnis ein additiver Effekt im Brennpunkt ist. F i g. 5 zeigt eine herkömmliche Linse dieser

Art, bei der die von der Interferenz auszuschließende Strahlung durch undurchsichtige Ringe ausgeblendet wird.

Die undurchsichtigen Ringe 60, die den durch den elektrooptischen Effekt in der Erfindung definierten Ringen entsprechen, bilden eine Maske, die nur die Strahlung durchläßt, welche in der gewünschten Weise gebeugt wird. Diese Ringe 60 sind auf einer transparenten Platte 62 befestigt, die der Platte 10 entspricht. F i g. 5 zeigt zur Veranschaulichung die gestrichelt eingezeichneten fünf kürzesten Radien der Zonenlinse. Die restlichen Radien sind natürlich nach demselben Schema numeriert, und es versteht sich, daß die fünf kürzesten Radien nur als die zur Veranschaulichung geeignetsten ausgewählt worden sind. Da der Abstand zum Brennpunkt von jedem Radius in der gezeigten Zonenlinse um eine halbe Wellenlänge zunimmt, beschreibt die Formel

r„= η/λ

die Abmessungen des Systems, dabei sind r„ der Radius der η-ten Zone, / der kleinste Abstand vom Brennpunkt zur Zonenlinsenfläche und λ die Wellenlänge des zu fokussierenden Lichtes. Die Brennweite nimmt natürlich mit wachsender Radiusgröße zu. Die nachstehende Tabelle beschreibt die Verhältnisse für eine Fokussierung bei 500 mm und bei einer Wellenlänge von 5561 Ä.

	Ring	Tabelle I	Radius (mm)
			0,522 0,736 0,905 1,042 1,168 1,280 1,380 1,476 1,566 1,650
Γι
Γι ....

Γα . . . .
Γς . . . .
/ft
Yn . .
Γο . . . .
)'ο . . . .
Ίο ···

Im Ausführungsbeispiel soll die Brennweite mit angemessener Genauigkeit von 500 um +25,0 und — 25,0 mm geändert werden. Tabelle II zeigt die Radiusänderung, mit deren Hilfe das erreicht wird.

	Ring	Tabelle II

/·,
ν-, ...

Va ...
/·,

I·,
J¹U
'''I
'Ίο ·■
	± r für cine Änderung der Brennweite/auf 475.0 und 525,0 mm
0,0270 0,0384 0,0470 0,0542 0,0606 0,0664 0,0718 0,0766 0,0808 0,0858

Tabelle III zeigt die Brennweite für verschiedene Wellenlängen bei den in Tabelle I gezeigten Ringen.

	Tabelle	111	/	mm mm
Angströmeinheiten			681 454
4000 6000

Das Ausführungsbeispiel wird für Licht von 5561 Ä durch die in den Tabellen I und II festgesetzten Werte bestimmt. Da die Streufelder nur relativ nahe an den Elektroden 12 A bis 12 £ und 13 A bis 13 D auf der Platte 10 auftreten, sind die Elektroden 12 A bis 12 £ und \3A bis 13 D im Bereich der Mitte der Linse breit, wo gemäß der Tabelle I die Ringe breite Abstände voneinander haben. Da jedes Elektrodenpaar 12/1 bis 12 £ bzw. 13 Λ bis 13 D auf jeder Seite ein Streufeld erzeugt, erhält man die prinzipielle Anordnung von F i g. 5, indem man eine Fresnelsche Zonenlinse durch die Lücken zwischen den Streufeldbereichen, die sich seitlich der Elektroden befinden, definiert. Ein Elektrodenring befindet sich überall dort, wo in F i g. 5 ein undurchsichtiger Ring ist, ist aber etwas kleiner. Das Ausführungsbeispiel wird vervollständigt durch die Bemessungsvorschrift für die Kondensatoren 53 A bis 53 £ und 54/4 bis 54D, die die Spannungen V₂ und V₁ als auch die Größe der Verschiebung der Streufelder berücksichtigt. Aus Tabelle II geht hervor, daß die äußeren Ringe sich um einen größeren Betrag ändern müssen als die inneren Ringe. Daher müssen die Außenring-Kondensatoren 53 A bis 53 £ groß sein im Vergleich zu den an die inneren Ringe angeschlossenen Kondensatoren, da die Spannung, die an der Platte 10 auftritt, mit der Kapazität der zugeordneten Kondensatoren 53/4 bis 53 £ und 54 A bis 54 D zunimmt. Durch entsprechende Wahl der Kondensatoren wurde das Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 so konstruiert, daß sich V₁ um 0,027 mm ändert und durch 0,522 mm hindurchgeht, während V₂ sich um 0,0384 mm ändert und 0,736 ist, wenn V₁ 0,522 mm ist. In derselben Weise ändern sich die anderen Radien gemäß den Tabellen I und II. In F i g. 4 werden die Bereiche durch gestrichelte Linien angedeutet, in denen ein Streufeld zur Verwirklichung eines Fokussierungsmusters erzeugt wird.

Obwohl jede der Elektroden 12 A bis 12 £ und 13/4 bis 13 D durch eine getrennte Spannungsquelle gesteuert werden könnte, wird im Ausführungsbeispiel nur eine Mindestzahl von Spannungsquellen verwendet, nämlich, wie in F i g. 4 dargestellt, V₁ und V₂. Hierdurch werden die Änderungen an jeder der zugeordneten Elektroden einander direkt proportional, da jede Änderung in V₁ in gewissem Ausmaß durch die Kondensatoren 53 A bis 53 £ an jeder der Elektroden 12A bis 12£ bestimmt wird. Das gleiche trifft auf Änderungen in V₂ zu. Abweichungen von den gemäß Tabelle II theoretisch bestimmten Verhältnissen sind jedoch vernachlässigbar, und die Verminderung der Anzahl der Spannungsquellen ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung.

Im Ausführungsbeispiel ist die Kapazität jeder Elektrode.

209 514/147

Tabelle IV

ίο

Elektrode

1 (12/1)

2 (13/1)

3 (12B)

4 (13B)

5 (12C)

6 (13C)

7 (12D)

8 (13D)

9 (12E)

Kapazität

0,144 x 10~'²F 0,055 x 10~¹²F 0,060 x ΙΟ"¹² F 0,042 x 10~¹² F 0,043 x 10"¹²F 0,023 x 10"¹²F 0,023 x 10 ~¹² F 0,0093 x 10-'²F 0,0093 x ΙΟ"¹² F

Ring	Kondensator	lr„ I r,o	Kapazität
5 9 10	53 £ (nicht dargestellt)	0,94382 1,0	169,5 x 10-'²F 200 x ΙΟ"¹² F

Diese werden durch die Nebenschlußkondensatoren 56 A bis 56/, die alle eine Größe von 100 x 10" Farad haben, vernachlässigbar gemacht.

Die Radiusänderung gegenüber anderen Radien ist aus Tabelle II zu entnehmen. Bekanntlich erhält man eine 0,1-mm-Verschiebung des Streufeldes in dem Ausführungsbeispiel durch eine Spannungsveränderung von 1500 Volt. Wie Tabelle II zeigt, genügt eine Verschiebung von 0,1 mm für alle Erfordernisse. Eine Spannung von 1500VoIt erhält man, indem man 2250 Volt für V₁ und V₂ wählt. Ein gewisser Spannungsabfall erscheint an den Kondensatoren 56/4 bis 56/, und der Kondensator von 200 x 10"'² Farad im äußeren Ring gleicht diesen Abfall im Ring 10 aus.

Nach Auswahl dieser Werte werden die anderen Kondensatoren bestimmt durch die proportionale Änderung, die gemäß Tabelle II bei einer gegebenen Änderung in r₁₀ eintreten muß. Tabelle V zeigt diese Berechnung und die so erhaltenen Endwerte.

Tabelle V

Ring	Kondensator	• 'no	Kapazität	F
1	53 A	0,31468	26 x 10~'²F	F
2	54/1	0,44755	42,5 x 10-'²	F
3	53 B	0,54778	57,5 x 10~¹²	F
4	54 B	0,63170	72,7 x ΙΟ"¹²	F
5	53 C	0,70629	89,9 x 10~¹²	F
6	54 C	0,77389	106,5 x ΙΟ"¹²	F
7	53 D	0,83682	126,2 x ΙΟ"'²
8	54 D	0,89277	147,0 x ΙΟ"¹²

Die Fokussierung erfolgt auf Grund der Tatsache, daß das durchgelassene Licht in zueinander senkrechten Richtungen polarisiert ist und daß das Muster des polarisierten Lichtes die Form einer Fresnelschen Zonenlinse hat. Das Licht 51 und seine Polarisationsebene ist natürlich in bezug auf die Platte 10 so orientiert, daß eine Änderung im Polarisationszustand des aus den Streufeldbereichen austretenden Lichtes eintritt. Dieses Licht tritt daher mit einer Polarisationskpmponente aus, die im rechten Winkel zu dem aus anderen, keinen elektrooptischen Effekt aufweisenden Bereichen austretenden Licht liegt. Da zueinander orthogonal polarisiertes Licht nicht interferiert, hat nur das aus den Lücken zwischen den Streufeldbereichen austretende Licht Komponenten, die gemäß dem Fresnelmuster gebeugt werden. Das Ergebnis des Fresnel-Zonenlinsenmusters ist eine Beugung zum Brennpunkt / hin. Die Elektroden 12 A bis 12 E und 13/4 bis 13 £ sind im Ausrührungsbeispiel undurchsichtig, damit der Ausschluß von Licht an den Stellen, wo ein Ausschluß gewünscht wird, verbessert wird. Die Fokussierung tritt ein, weil die Strahlung in ein Muster orthogonaler zueinander polarisierter Strahlungen umgeformt wird. Der Analysator 52 läßt die fokussierte Strahlung durch und schließt die Strahlung einer Polarisation, die nicht fokussiert wird, aus, um auch die geringen Lichtmengen auszuschließen, die den Brennpunkt von den nicht in einem Fokussierungsmuster liegenden Punkten aus erreichen könnten. Durch Verstellung der Spannungsquellen V₁ und V₂ erhält man mit hoher Geschwindigkeit und ohne wesentliche Bewegung mechanischer Teile einen anderen Brennpunkt. Aus der vorhergehenden Beschreibung ergibt sich die Funktion der in der in F i g. 1 dargestellten An-Ordnung verwendeten Linse 9. Die zur Steuerung dieser Linse verwendete Spannung wird durch die Drehlage der Wellen 5 und 5' bestimmt. Die Einstellung des Brennpunktes des Lichtstrahls 2 erfolgt somit in Abhängigkeit von der Winkellage des Spiegels 4.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur schnellen Verstellung der Brennweite, gekennzeichnet durch ein plattenförmiges elektrooptisches Element (10) mit an gegenüberliegenden Flächen in mindestens zwei getrennt ansteuerbaren Gruppen angeordneten ringförmigen konzentrischen Elektroden (50 A bis 50 £) zur Erzeugung von den ringförmigen Bereichen von wahlweise mindestens zwei Fresnellinsen mit unterschiedlichen Brennweiten entsprechenden, das plattenförmige Element (10) durchsetzenden elektrischen Feldern, in deren Bereich die ' Polarisationsrichtung einer das plattenförmige EIement durchsetzenden polarisierten Strahlung um vorzugsweise 90" gedreht wird.

2. Anordnung zur schnellen Verstellung der Brennweite, gekennzeichnet durch ein plattenförmiges elektrooptisches Element (10). das an einer Fläche mit ringförmigen konzentrischen, den ringförmigen Bereichen einer Fresnellinse entsprechenden Elektroden (50 A bis 50 £) versehen ist. denen an der gegenüberliegenden Fläche jeweils zwei getrennt ansteuerbare im wesentlichen die deiche Form und Läse aufweisende Elektroden (12ß, 13/4; 12C. 13ß... 12£. 13D) zugeordnet sind, in deren Randbereichen bei Anlegen von Potentialen geeigneter Höhe elektrische Streufelder auftreten, die als Funktion der angelegten Potentialhöhe zwecks Veränderung der Brennweite der durch sie definierten Fresnelzonen in Richtung auf das Zentrum oder die Peripherie steuerbar verschiebbar sind.

3.AnordnungnachAnspruch l.dadurchgekennzeichnet, daß die Elektroden (5OA bis 50£) strahlungsdurchlässig ausgebildet sind und daß die Form und die Breite der in ihren optischen Eigenschaften steuerbar veränderlichen, eine Drehung der Polarisationsebene des Lichtes bewirkenden Bereiche des Elements (10) im wesentlichen durch die zwischen den besagten Elektroden erzeugten homogenen elektrischen Felder definiert ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (12, 13, 50) aus dünnen, drahtförmigen Leitern bestehen und daß die Form und die Breite der in ihren optischen Eigenschaften steuerbar veränderlichen, eine Drehung der Polarisationsebene des Lichtes bewirkenden Bereiche des Elements (10) im wesentlichen durch die mittels der besagten Elektroden erzeugten Streufelder definiert ist.

5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (12 B, \3A ... 12£, 13D) mit zwei Spannungsquellen (F₁, V₁) mit steuerbar veränderlicher Spannung über aus Kondensatoren (53.54.56) bestehende Spannungsteiler verbindbar sind, die ein bestimmtes Verhältnis der an den einzelnen ringförmigen Elektroden wirksam werdenden Spannungen bewirken, derart, daß für verschiedene Höhen und/oder Verhältnisse der Spannungen der beiden Spannungsquellen (F₁, V₁) Randzonen unterschiedlicher Lage und Breite entstehen, die jeweils bestimmte Brennweiten der Anordnung definieren.

6. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß das elektrooptische Element (10) zwischen zwei Polarisatoren angeordnet ist.