DE2506036A1

DE2506036A1 - Optisches abbildungssystem

Info

Publication number: DE2506036A1
Application number: DE19752506036
Authority: DE
Inventors: Jens Guldberg; Daniel R Muss; Harvey C Nathanson
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1974-02-14
Filing date: 1975-02-13
Publication date: 1975-08-21
Also published as: JPS50118742A; USB442970I5; FR2261620A1; US3989890A; FR2261620B3

Description

DIPL.-ING. KLAUS NtUBECKER

Patentanwalt
4 Düsseldorf 1 · Schadowplatz 9

Düsseldorf, 12. Febr. 1975

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh/ Pa., V. St. A.

Optisches Abbildungssystem

Die Erfindung bezieht sich auf optische Abbildungssysteme und insbesondere auf Abbildungssysteme, bei denen ein Auffangfeld aus elektrostatisch ablenkbaren Lichtventilen verwendet wird. Solche Lichtventile sind in der US-PS 3 746 911 beschrieben. Derartige Lichtventile werden in Verbindung mit einem optischen System verwendet, das es erlaubt, ein Informationsmuster auszulesen, das einem auf dem Lichtventilfeld gebildeten elektrostatischen Muster entspricht.

Die Erfindung befaßt sich mit der Einrichtung zur Bildung des elektrostatischen Ladungsbildes auf dem Lichtventilfeld. Im allgemeinen wird ein Kathodenstrahl benutzt, um das ·

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Ladungsmuster auf ein'solchen Lichtventil zu bilden. Der in der US-PS 3 746 911 beschriebene Aufbau eines Lichtventils eignet sich insbesondere für die Verwendung mit einer photoemis sions fähigen Einrichtung, die zuläßt, bei der Herstellung eines optischen Abbildungssystems die Einrichtung zur Erzeugung des Kathodenstrahls wegzulassen. .

Die Kopplung eines photoemissionsfähigen Auffangfeldes bzw. Targets mit einem Lichtventil-Auffangfeld gestattet es,

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Telefon (0211) 32 08 58 Telegramme Custopat ' - ' "

die Anordnung bzw. das System nach der Erfindung als Lichtverstärker, Wellenlängenwandler oder sonstiges analoges optisches Informations-Verarbeitungssystem einzusetzen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein optisches Abbildungssystem erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine evakuierte, hermetisch abgedichtete Vorrichtung mit einem strahlungsdurchlässigen Eingangssubstrat; ein im Abstand angeordnetes strahlungsdurchlässiges Abbildungssubstrat; ein auf dem Abbildungssubstrat abgestütztes Feld elektrostatisch auslenkbarer reflektierender Lichtventile, von denen jedes einen sich vom Abbildungssubstrat erstreckenden Stützschaft mit einem am vorragenden Ende des mittigen Stützschaftes angeordneten, im wesentlichen ebenen, auslenkbaren Teil mit einer über dem im wesentlichen ebenen Teil angebrachten lichtreflektierenden Schicht aufweist; ein auf dem Abbildungssubstrat zwischen den im Abstand voneinander angeordneten Lichtventilen angebrachtes Elektrodengitter; eine photoemissionsfähige Einrichtung, die zwischen das strahlendurchlässige Eingangssubstrat und das Lichtventil gekoppelt ist, wobei die Eingangsstrahlung auf die photoemissionsfähige Einrichtung fällt und Photoelektronen erzeugt, die ein Ladungsmuster auf den auslenkbaren Teilen der Lichtventile bilden, das der die Auslenkung der Lichtventile verursachenden Eingangsstrahlung entspricht; sowie durch eine Einrichtung zum Abbilden einer Ausgangsstrahlung, um die Ausgangsstrahlung durch das Abbildungssubstrat auf das Lichtventilfeld zu lenken, wobei die Ausgangsstrahlung als Funktion der Eingangsstrahlung von den ausgelenkten Lichtventilen reflektiert und durch das strahlendurchlässige Abbildungssubstrat geleitet wirdJ Eine Einrichtung zur optischen Abbildung kann zur Unterscheidung zwischen der von den ausgelenkten Lichtventilen reflektierten Ausgangsstrahlung und einer von den nicht ausgelenkten Lichtventilen reflektierten Strahlung vorgesehen werden.

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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. Inder Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines optischen Abbildungssystems; ■

Fig. 2 in vergrößertem Maßstab eine schematische Darstellung eines Teils des optischen Abbildungssystems nach Fig. 1, die weiter ins einzelne gehend ein einzelnes, mit der photoemxssionsfähigen Einrichtung gekoppeltes Lichtventil zeigt; .

Fig. 3 in vergrößertem Maßstab eine schematische Darstellung ähnlich Fig. 2 einer anderen Ausführungsform zum Ankoppeln des Lichtventilfeldes an die photoemissionsfähige Einrichtung;

Fig. 4 in vergrößertem Maßstab eine schematische Darstellung ähnlich Fig. 2 eines einzelnen Lichtventils, das mit einer abgewandelten photoemxssionsfähigen Einrichtung gekoppelt ist, die eine Verstärkereinrichtung aufweist;

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Ausführung eines Infrarot-Sichtgerätes, das sowohl Speicherfähigkeit besitzt als auch zum Projizieren verwendet werden kann; und

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform der Erfindung,- bei der das System eingesetzt wird, um ein Abbildungsmuster oder -raster zu projizieren und wiederzugeben.

Entsprechend Fig. 1 weist das optische Abbildungssystem 10 ein hermetisch abgedichtetes, evakuiertes Bauteil 12 mit einem strahlungsdurchlässigen Eingangssubstrat 14 auf. Eine leitende, transparente Dünnfilm-Elektrode 16 ist auf der

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Innenfläche des Eingangssubstrates 14 angebracht. Im Abstand vom Eingangssubstrat 14 und im wesentlichen diesem gegenüber befindet sich ein strahlungsdurchlässiges Abbildungssubstrat Ein Auffangfeld 20 aus elektrostatisch auslenkbaren reflektierenden Lichtventilen 22 wird von der Innenfläche des Abbildungssubstrates 18 getragen. Die Lichtventile 22 sind in erheblich größerem Maßstab dargestellt, um das Verständnis zu erleichtern. Tatsächlich weist ein typisches Auffangfeld 20 einige Hunderttausend solcher Lichtventile 22 auf. Die Lichtventile 22 sind weiter ins einzelne gehend in Fig. 2 dargestellt, Ein mittiger Stützschaft 24 erstreckt sich von der Innenfläche des Abbildungssubstrates 18. Ein im wesentlichen ebener, auslenkbarer und reflektierender Teil 26 ist auf dem vorragenden Ende des Stützschaftes 24 angeordnet. Auf der zum Eingangssubstrat 14 gerichteten Fläche des ebenen Teils 16 ist eine photoemissionsfähige Schicht 28 vorgesehen. Ein Elektrodengitternetzwerk 30 befindet sich auf dem Abbildungssubstrat 18 als dünner leitender Film, der in der Nähe der Ränder der ebenen Teile 26 und zwischen benachbarten Lichtventilen 22 angeordnet ist. Die transparente Elektrode 16 ist ebenso wie das Elektrodengitternetzwerk 30 mit einer Potentialquelle verbunden. Eine Lichtquelle 32 ist außerhalb des abgedichteten Bauteils angeordnet; das Licht wird über eine Linse 34 auf eine optische Schlieren-Einrichtung 36 fokussiert, von der es reflektiert und durch eine Kollimationslinse 28 auf die Unterseite der reflektierenden ebenen Teile 26 der Lichtventile 22 gelenkt wird. Von einem ausgelenkten Lichtventil 22 reflektierte Strahlung wird an der Schlieren-Optik 36 vorbei um deren mittige Gegenblende herum durch eine Linse 40 geleitet, um dann auf einen Wiedergabeschirm fokussiert oder projiziert zu werden. Licht, das von nicht ausgelenkten Lichtventilen 22 reflektiert wird, wird auf die mittige Gegenblende der Schlieren-Optik fokussiert und zurück zu der Lichtquelle 32 reflektiert. Auf diese Weise wird die Ausgangsstrahlung der externen Lichtquelle 32 dazu verwendet, eine Abbildung zu erzeugen, die einem auf den Lichtventilen gebildeten Informationsraster entspricht.

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Das in Fig. 1 dargestellte und beschriebene System kann zur Abbildung von Licht geringer Intensität verwendet werden, wobei die Eingangsstrahlung verwendet wird, um ein Bildmuster auf dem Lichtventilfeld zu erzeugen, während die Ausgangs- oder Abfragstrahlung verwendet wird, um das Bildmuster für die Wiedergabe auf einem Bildschirm oder durch Projektion wiederzugewinnen. Die in Fig. 1 dargestellte Ausfuhrungsform kann auch zur Erzeugung eines Bildes verwendet werden, wenn die Wellenlänge der Ausgangsstrahlung sich erheblich von der Wellenlänge der Eingangsstrahlung unterscheidet, während das zugrunde liegende Informationsmuster beibehalten wird.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist die photoemissionsfähige Schicht 28 auf dem im wesentlichen ebenen Teil 26 des Lichtventils 22 angeordnet. Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist eine photoemissionsfähige Schicht 40' auf der strahlendurchlässigen Elektrode 16 angeordnet, die ihrerseits auf dem Eingangssubstrat 14 angebracht ist. Bei dieser Ausführung ist auf dem ebenen Teil 26 des Lichtventils 22 keine photoemissionsfähige Schicht vorgesehen. Bei Anordnung des photoemissionsfähigen Materials auf dem Eingangssubsträt kann eine breitere Auswahl photoemissionsfähiger Materialien verwendet werden als bei Anordnung auf dem Lichtventil bzw. Elektro-Reflektor-Element, weil die photoemissionsfähige Schicht keiner Auslenkung unterworfen wird.

Zweckmäßigerweise sollte vermieden werden, daß die Ausgangsoder Abfragstrahlung Photoemission aus der photoemissionsfähigen Schicht erzeugt. So kann ζ. B. das Eingangssubstrat 14 für ultraviolette Strahlung kurzer Wellenlänge mit Hilfe eines photoemissionsf ähigen Materials durchlässig gemacht werden, das durch solche ultraviolette Strahlung kurzer Wellenlänge aktiviert wird, während das Abbildungssubstrat 18 für Strahlung des sichtbaren Spektrums, aber nicht für ultraviolette Strahlung durchlässig ist: Ein derartigem System hat eine vollständige Trennung zwischen der Eingangsstrahlung und dem Ausgangs- oder abgegebenen Licht

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des sichtbaren Spektrums zur Folge. Dasselbe grundlegende Prinzip kann bei der Ausführung nach Fig. 2 angewendet werden, jedoch schränkt die Anordnung des photoemissionsfähigen Materials auf dem deformierbaren Lichtventil die Art des verwendbaren photoemissionsfähigen Materials ein.

Die Ausführung nach Fig. 4 weist zusätzlich eine Lichtverstärker-Einrichtung auf. Das Auffangfeld 20 aus Lichtventilen ist im wesentlichen dasjgleiche wie das bereits unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschriebene. Eine Verstärkeranordnung 44 ist zwischen einem Eingangssubstrat 40' ' und einem Abbildungssubstrat 41 angebracht. Die Verstärkeranordnung 44 weist eine dünne strahlungsdurchlässige Elektrode 46 auf, die gegenüber dem Eingangssubstrat 40"' angebracht ist. Eine neben der durchlässigen Elektrode 46 angebrachte Leuchtschicht 48 weist feinverteiltes Leuchtmaterial auf, das durch die EingangsStrahlung zur Erzeugung von Photonen angeregt wird,die durch ein neben der Leuchtschicht 48 angeordnetes faseroptisches Feld 50 geleitet werden. Auf der anderen Seite des faseroptischen Feldes 50 sind eine zweite strahlungsdurchlässige Elektrode 52 und auf dieser eine emissionsfähige Schicht 54 angeordnet. Eine Photokathodenschicht 42 ist auf der Innenfläche des Eingangssubstrates 40'' angebracht.

Bei der Ausführung nach Fig. 4 tritt die Eingangsstrahlung vom interessierenden Schauplatz durch das Eingangssubstrat 40'' und trifft auf die Photokathodenschicht 42, um Elektronen zu erzeugen, die in einem elektrischen Feld beschleunigt werden, das durch Anlegen der Elektrode 46 an mehrere Kilovolt erzeugt wird. Die Elektronen erregen die Leuchtschicht 48 und erzeugen Strahlungsenergie, die durch das faseroptische Feld 50 tritt. Diese Strahlungsenergie wird somit wirksam durch die durchlässige Elektrode 52 weitergeleitet und trifft auf die photoemissionsfähige Schicht 54, um Elektronen zu erzeugen, die die reflektierenden ebenen Teile 26 aufladen, wie das bereits für

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die anderen Ausführungsformen beschrieben worden ist. Die Abfragstrahlung, vorzugsweise sichtbares Licht/ tritt durch das Abbildungssubstrat 41 und wird durch dieses zurück als ein Bildmuster, das dem Informationsladungsmuster auf dem Auffangfeld aus Lichtventilen entspricht, reflektiert.

Die Verstärkeranordnung liefert.eine Verstärkung, die es erlaubt, das System bei geringen Lichtstärken zu betreiben. Die Eingangsstrahlung aus dem Raum kann sichtbares Licht oder infrarote Strahlung sein, während die Abfrag- oder Ausgangs-^trahlung kohärente Strahlung oder inkohärentes sichtbares Licht sein kann. .

Es ist ersichtlich, daß sich die Ausführung nach Fig. 4 zum selektiven Ansprechen auf eine Eingangsstrahlung verwenden läßt. Das Material des Eingangssubstrates kann so ausgewählt werden, daß es für Strahlung einer Wellenlänge größer als λ 1 durchlässig ist, während die erste Schicht aus photoemissionsfähigem Material so ausgelegt ist, daß sie auf Strahlung einer Wellenlänge kleiner als λ ₂ anspricht. Dadurch spricht das System auf Eingangsstrahlung einer Wellenlänge Λ an, wobei X₁ <λ^λ₂ ist.

Das in Fig. 5 dargestellte System ist ein Infrarot-Aufnahme- und -Sichtgerät für geringe Lichtstärke mit Speicherfähigkeit und Möglichkeit zur Projektion.

Das System weist eine Linse 60 für die Eingangsstrahlung_;auf, durch die die infrarote Eingangsstrahlung geleitet und kollimiert wird. Die Strahlung gelangt zu einem Infrarot-Bildverstärker-Abschnitt 62, der ein erstes faseroptisches Feld 64 mit einer photoemissionsfähigen Schicht 66 auf der Außenseite des faseroptischen Feldes 64 aufweist. Eine Elektronen fokussierende Elektrode 68 zum Leiten und Fokussieren der emittierten Photonen auf eine Leuchtschicht 70, die an einem zweiten faseroptischen Feld 72 angebracht ist, ist um die Systemachse herum schematisch angedeutet. Die fokussierten Photonen regen

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den Leuchtstoff zur Erzeugung von Strahlung an, die durch das zweite faseroptische Feld 72 tritt. Der Rest des Systems entspricht hauptsächlich dem in Fig. 1 dargestellten und unter Bezugnahme darauf beschriebenen System mit einem Auffangfeld aus mit einem photoemissionsfähigen Material beschichteten Lichtventilen zum Erzeugen eines Bildmusters der Ausgangsstrahlung.

Eine weitere, in Fig. 6 dargestellte Ausfuhrungsform stellt ein Projektorsystem mit hellem Bildfeld für einen Klassenraum dar. Die zu betrachtende Vorlage wird auf eine Sichtplatte 74 gelegt, die von einer Lichtquelle 76 hell erleuchtet ist. Das Bild dieser Vorlage wird über Linsen 78 auf einen 45 -Spiegel und auf ein Abbildungssystem, wie es unter Bezugnahme auf Fig. 1,2 und 3 beschrieben ist, mit einem Projektionslinsensystem 80 fokussiert, das verwendet wird, um das Bild der Vorlage auf einen Schirm zu projizieren.

Das erfindungsgemäße Abbildungssystem läßt sich auch in "geschalteter" Form betreiben, d. h., es wird ein "Schalt"- oder "Tonsignal anstelle eines kontinuierlichen Signals als Potential an die Elektroden 16 und 30 der Fig. 1 angelegt. Nur wenn das "Tor"-Signal angelegt ist, wird der Abbildungs-Informationsinhalt auf die Spiegelanordnung übertragen. Diese "Schalt"-Betriebsart ermöglicht einen blitzartigen Schnappschuß der Bildszene, ohne daß die Spiegelanordnung dabei ein Hintergrundrauschen aufzeichnen würde. Die Spiegelanordnung bleibt geladen und stellt somit Spexcherfähigkeit zur Verfügung, so daß die Betrachtung zu einem gewünschten Zeitpunkt stattfinden kann.

Patentansprüche

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Claims

— Q —

P a t e η t a η s ρ r ü c h e' :

Optisches Abbildungssystem, gekennzeichnet durch eine evakuierte, hermetisch abgedichtete Vorrichtung mit einem strahlungsdurchlässigen Eingangssubstrat; ein im Abstand angeordnetes, strahlungsdurchlässiges Abbildungssubstrat; ein auf dem Abbildungssubstrat abgestütztes Feld elektrostatisch auslenkbarer, reflektierender Lichtventile, von denen jedes einen sich vom Abbildungssubstrat erstreckenden Stützschaft mit einem am vorragenden Ende des mittigen Stützschaftes angeordneten, im wesentlichen ebenen, auslenkbaren Teil mit einer über auf dem im wesentlichen ebenen Teil angebrachten lichtreflektierenden Schicht aufweist; ein auf dem Abbildungssubstrat zwischen den im Abstand voneinander angeordneten Lichtventilen angebrachtes Elektrodengitter; eine photoemissionsfähige Einrichtung, die zwischen das strählungsdurchlässige Eingangssubstrat und das Lichtventilfeld gekoppelt ist, wobei die Eingangsstrahlung auf die photoemissionsfähige Einrichtung fällt und Photoelektronen erzeugt, die ein Ladungsmuster auf den auslenkbaren Teilen der Lichtventile bilden, das der die Auslenkung der Lichtventile verursachenden Eingangsstrahlung entspricht; sowie durch eine Einrichtung zum Abbilden einer Ausgangsstrahlung, um die Ausgangsstrahlung durch das Abbildungssubstrat auf das Lichtventilfeld zu lenken, wobei die Ausgangsstrahlung als Funktion der Eingangsstrahlung von den ausgelenkten Lichtventilen reflektiert und durch das strahlungsdurchlässige Abbildungssubstrat geleitet wird.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die photoemissionsfähige Einrichtung «Hie eine Schicht aus photoemissionsfähigem Material aufweist, die auf der Oberfläche des im wesentlichen ebenen, auslenkbaren, dem Eingangssubstrat zugewandten Teils der Lichtventile angeordnet ist.. .

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3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die photoemissionsfähige Einrichtung eine Schicht aus photo-emissions fähigem Material aufweist, die auf der Innenfläche des Eingangssubstrates angeordnet ist.
4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die photoemissionsfähige Einrichtung eine erste Schicht aus photoemissionsfähigem Material, die auf der Innenfläche des Eingangssubstrates angeordnet ist, eine zwischen dem Eingangssubstrat und dem Lichtventilfeld angeordnete Verstärkereinrichtung, die ein im wesentlichen ebenes Feld mit einer ersten photonendurchlässigen Elektrodenschicht, die gegenüber der photoemissionsfähigen Schicht auf dem Eingangssubstrat angeordnet ist, hat, eine photolumineszente Schicht neben der durchlässigen Elektrode, ein lichtleitendes, faseroptisches Feld, das sich von der photolumineszenten Schicht in Richtung auf das Lichtventilfeld erstreckt, eine zweite photonendurchlässige Elektrodenschicht neben dem vorragenden Ende des faseroptischen Feldes sowie eine zweite photoemissionsfähige Schicht aufweist, die neben der zweiten Elektrodenschicht angeordnet ist.
5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die photoemissionsfähige Einrichtung ein Eingangssubstrat aufweist, das für Strahlung oberhalb einer ausgewählten Wellenlänge durchlässig ist, und daß die erste Schicht aus photoemissionsfähigem Material durch Strahlung unterhalb einer Wellenlänge erregbar ist, die größer als die ausgewählte Wellenlänge ist, für die das Eingangssubstrat zur Abgabe an das System durchlässig ist.
6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die photoemissionsfähige Einrichtung ein Eingangssubstrat aufweist, das für Strahlung einer Wellenlänge größer als λ * durchlässig ist, und daß die erste Schicht aus photoemissionsfähigem Material durch Strahlung einer Wellen-

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länge kleiner λ _o erregbar ist, wobei X _o größer A₁ ist, so daß das System auf eine Eingangsstrahlung der Wellenlänge A anspricht, wobei λ .. < A < A„ ist.
7. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verstärkereinrichtung zwischen dem Eingangssubstrat und dem Lichtventil im Abstand von diesen angeordnet ist und die Verstärkereinrichtung ein im wesentlichen ebenes Feld mit einer ersten für dieEingangsstrahlung durchlässigen, gegenüber dem Eingangssubstrat angeordneten Elektrodenschicht, eine neben der durchlässigen Elektrode angeordnete photolumineszente Schicht, ein lichtleitendes, faseroptisches Feld, das sich von der photolumineszenten Schicht in Richtung auf das Lichtventilfeld erstreckt, eine zweite strahlendurchlässige Elektrodenschicht neben dem vorragenden Ende des faseroptischen Feldes sowie eine neben der zweiten Elektrodenschicht angeordnete photoemissionsfähige Schicht aufweist.
8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Abbilden der Ausgangsstrahlung eine optische Schlieren-Einrichtung aufweist, die für die von den gebeugten Lichtventilen reflektierte Strahlung durchlässig, jedoch für die von den nicht gebeugten Lichtventilen reflektierte Strahlung undurchlässig ist.

ÜN/KN/ot 3

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