DE2214328B2 - Elektrooptische Vorrichtung insbesondere für ein System zum Projizieren von Fernsehbildern, und Verfahren zur Anwendung bei dieser Vorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrooptische Vorrichturg gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Anwendung bei dieser Vorrichtung, nach dem optische Bilder addiert oder subtrahiert werden können.

Ein optisches Relais der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art ist in der eigenen älteren deutschen Patentanmeldung DE-AS 2134875 beschrieben.

In der vorerwähnten Patentanmeldung kann die photoempfindliche Schicht nach einer ersten Ausführungsform aus einer Photokathode bestehen. In diesem Falle besteht die zweite Elektrode, mit deren Hilfe ein Potentialunterschied zwischen den Flächen der Scheibe erzeugt werden kann, aus einem Gitter, das in einem Abstand von einigen zehn Mikron von der zweiten Fläche der Scheibe angeordnet ist, wobei diese zweite Fläche mit einer sekundär emittierenden Schicht überzogen ist, deren Emissionskoeffizient im Sättigungszustand mehr als 1 ist, wobei sich zwischen dieser zweiten Fläche und dieser Überzugsschicht eine isolierende Reflexionsschicht befindet, die die zweite Lichtstrahlung reflektiert. Wenn die Photokathode mit einem Lichtstrahl beleuchtet wird, emittiert sie Elektronen unter der Einwirkung einer zwischen der Photoka-

thode und dem Gitter angelegten Beschleunigungsspannung von 200 bis 2000V, welche Elektronen die vorerwähnte Sekundäremissionsschicht bombardieren, wobei die Fokussierung durch den kurzen Abstand erhalten wird.

Nach einer zweiten Ausführungsform besteht die photoempfindliche Schicht aus einer photoleitenden Schicht, die unter der Einwirkung der ersten Lichtstrahlung leitend wird. Diese Schicht wird auf der zweiten Fläche der Platte unter Zwischenfügung einer isolierenden die zweite Lichtstrahlung reflektierenden Reflexionsschicht angebracht Die zweite Elektrode besteht dann aus einer leitenden für die erste Lichtstrahlung durchlässigen Schicht, die auf der photoleitenden Schicht angebracht ist

Nach diesen beiden Ausführungsformen hat der Lichtstrahl nur den Zweck, den elektrischen Kontakt zwischen der zweiten Elektrode und dem entsprechenden Punkt der zweiten Fläche der Platte herzustellen, so daß dieser Lichtstrahl einen sich bewegenden Kurzschluß bildet, wobei das Bildsignal oder das Informationssignal zwischen den beiden Elektroden angelegt wird. Der erste und der zweite Lichtstrahl können gleichartig sein, & h, daß sie nahezu identische Spektren im sichtbaren Bereich aufweisen. Es können auch Lichtstrahlen verschiedener Wellenlänge z. B. im ultravioletten und sichtbaren Teil des Spektrums verwendet werden.

Bei all diesen Vorrichtungen wird durch das Einschreiben eines Ladungsbildes auf die zweite Fläche der Platte automatisch das vorher darauf eingeschriebene Bild gelöscht, unabhängig von den zwischen den beiden eingeschriebenen Bildern bestehenden Unterschieden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art anzugeben, wobei das primäre Licht auch intensitätsmoduliert wird und das optische Bildrelais nur als Lichtverstärker wirkt.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß Mittel zur Modulation der erwähnten ersten Lichtstrahlung angebracht werden, bevor diese Lichtstrahlung auf die erwähnte photoempfindliche Schicht einfällt, wobei die erwähnte Elektrode an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen sind.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung, bei der die photoempfindliche Schicht eine Photokathode ist, die mit einem modulierten Lichtstrahl abgetastet wird,

Fig.2 eine zweite Ausfühmngsform der Erfindung, bei der die photoempfindliche Schicht eine photoleitende Schicht ist, die mit einem modulierten Lichtstrahl abgetastet wird,

F i g. 3 eine dritte Ausfühmngsform der Erfindung, bei der die photoempfindliche Schicht eine Photokathode ist, auf die ein Bild projiziert wird,

Fig.4 eine vierte Ausführungsform der Erfindung, bei der die photoempfindliche Schicht eine photoleitende Schicht ist, auf die ein Bild projiziert wird.

In F i g. 1 befindet sich das optische Bildrelais in einem Vakuumraum 10, der zwei Fenster 8 und 11 aufweist. Diese Fenster können für Strahlungen verschiedener Wellenlängen durchlässig sein. Auf dem Fenster 8 ist eine Photokathode 7 angebracht. Der Photokathode 7 gegenüber ist die Platte 1 mit veränderlicher Doppelbrechung angeordnet, welche Platte aus einem Einkristall aus deuteriertem zweisäurigem Kaliumphosphat besteht Diese Platte ist mit einer isolierenden Refexionsschicht 4 und mit einer Sekundäremissionsschicht 5 überzogen, deren Emissionskoeffizient im gesättigten Zustand mehr als 1 ist Zwischen der Photokathode 7 und der Schicht 5 ist ein Gitter 6 in einem Abstand von einigen zehn Mikron angeordnet

ίο Die andere Fläche der Platte 1 ist mit einer leitenden durchlässigen Schicht 3 überzogen und ist auf einem durchlässigen Träger 2 festgeklebt, der z. B. aus Calcium- oder Bariumfluorid besteht und die Eigenschaft aufweist, daß er einerseits isotrop ist und andererseits eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist Die Platte wird mit Hilfe eines Kühlgliedes 9 auf eine Temperatur in der Nähe ihres Curiepunktes gebracht

In der ersten dargestellten Ausführungsform wird das auf die Photokathode projizierte Bild fortlaufend mit Hilfe eines von einer Quelle 20, z. B. einer Laserquelle, emittierten Lichtstrahls eingeschrieben, welcher Lichtstrahl von einer elektrooptischen Zelle 21 moduliert und von einem Lichtablenker 22 abgelenkt wird. Dieses Gebilde kann naturgemäß durch eine Lichtpunkt-Ab taströhre ersetzt werden, die mit einem Objektiv zusammenwirkt, wobei das Licht dadurch moduliert wird, daß die Signalspannung zwischen der Kathode und der Wehneltelektrode der Röhre angelegt und dieser Spannung eine geeignete Gleichspannung überla gert wird.

Nach der Erfindung wird eine positive oder negative Gleichspannung zwischen der leitenden durchlässigen Schicht 3 und dem Gitter 6 angelegt Die Wirkung des optischen Relais ist in bezug auf die Polarität nicht symmetrisch. Wenn das Gitter 6 in bezug auf die Auftreffplatte negativ ist, ist der Sekundäremissionskoeffizient der Schicht 5 sehr niedrig und sind die angelegten Ladungen negativ und praktisch gleich der Anzahl von der Photokathode 7 unter der Einwirkung eines Lichtstrahls 23 emittierter Elektronen. Wenn das Gitter 6 in bezug auf die Auftreffplatte positiv ist, ist der Sekundäremissionskoeffizient η der Schicht 5 mehr als 1 und kann der Einfachheit halber angenommen werden, daß die an die bombardierte Fläche angelegten Ladungen positive mit (η—1) proportionale Ladungen sind. Es soll daher gesichert werden, daß die Schicht 5 einen Sekundäremissionskoeffizienten aufweist, der sich im Beschleunigungsspannungsintervall der Elektronen auf dem Pegel der Auftreffplatte nur in sehr geringem Maße ändert, wobei die Größe dieses Intervalls ir der Größenordnung von 100 V liegt. Solange die Potentialunterschiede zwischen den beiden Flächen der Platte 1 die zwischen den beiden Elektroden 3 und 6 angelegte Gleichspannung unterschreiten, sind die an jedem Punkt angelegten elektrischen Ladungen dem Produkt des Lichtstroms und der Zeit, in der dieser Strom jeden Punkt passiert, proportional. Auf diese Weise wird eine Addierwirkung durch Anhäufung der bei jeder Abtastung angelegten Ladungen erhalten.

In F i g. 2 sind die gleichen Teile wie in F i g. 1 mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Das photoempfindliche Element besteht aus einer photoleitenden Schicht 16, die auf der isolierenden Reflexionsschicht 4 angebracht ist. Die photoleitende Schicht ist mit einer

b3 leitenden für die von der Quelle 24 emittierten Strahlungen durchlässigen Schicht 17 überzogen; diese Quelle 24 ist in diesem Fall eine Lichtpunkt-Abtaströhre, die mit einem Objektiv 25 zusammenwirkt, welche

Quelle auch, wie in der vorangehenden Ausführungsform, eine Laserquelle sein kann. Die Gleichspannung wird zwischen den beiden leitenden durchlässigen Schichten 3 und 17 angelegt. Beim Auf treffen des Lichtstromes auf den Photoleiter 16 werden Elektron-Loch-Paare erzeugt, die den Ladungszustand der Platte auf der Seite der Reflexionsschicht ändern, wie dies auch in F i g. 1 der Fall ist Während die Potentialunterschiede zwischen den beiden Flächen der Platte 1 die zwischen den beiden Elektroden 3 und 17 angelegte Gleichspannung unterschreiten, sind die an jedem Punkt angelegten elektrischen Ladungen dem Produkt des Lichtstroms und der Zeitdauer seines Durchgangs proportional.

In F i g. 3 sind die gleichen Elemente wie in F i g. 1 mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet Das auf die Photokathode 7 projizierte Bild kann von einer beliebigen Vorrichtung erzeugt werden: Es kann eine direkt mit Hilfe eines Objektivs 25 projizierte Szene 26 sein; es kann ein auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre erhaltenes und ebenfalls mit Hilfe eines Objektivs projiziertes Bild sein; es kann eine mit Hilfe kohärenten Lichtes erhaltene Figur sein, die ein Bild, eine Fourier-Transformierte oder ein Hologramm sein kann.

In F i g. 4 sind die gleichen Elemente wie in F i g. 2 mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Das auf die photoleitende Schicht projizierte Bild kann von einer beliebigen Vorrichtung erzeugt werden, wie in F i g. 3 der Fall ist

Im Falle der F i g. 3 und 4 sind die an jeden Punkt angelegten Ladungen, solange die Potentialunterschiede zwischen den beiden Flächen der Platte die zwischen den beiden Elektroden 3 und 6 oder 3 und 17 angelegte Gleichspannung unterschreiten, dem Produkt des an dem betreffenden Punkt auftretenden Lichtstroms und der Beleuchtungszeit proportional. Auf diese Weise wird eine integrierende Wirkung durch Anhäufung der während der Beleuchtung angelegten Ladungen erhalten.

In den Ausführungsformen nach den F i g. 1 bis 4 ist es zum Löschen des eingeschriebenen Bildes genügend, die photoempfindliche Schicht 7 oder 16 zu beleuchten und gleichzeitig die zwischen den beiden Elektroden 3 und 6 oder 3 und 17 angelegte Spannung zu beseitigen. Die Wirkung des Systems entspricht dann dem Einschreiben eines Signals gleich Null, wie auch in der obenerwähnten älteren Patentanmeldung der Fall ist. Es ist möglich, für das Löschen einen zweiten Lichtstrahl zu benutzen, der gleichzeitig alle Punkte der photoempfindlichen Schicht beleuchtet; auch kann die gleiche optische Abtastung wie für das Einschreiben im Falle der F i g. 1 und 2 verwendet werden. Wenn die Abtastung vom veränderlichen Typ ist, kann eine selektive Löschung dadurch erhalten werden, daß der nicht modulierte Lichtstrahl 23 lediglich auf die gewünschten Punkte gerichtet wird. Wenn die Abtastung vom Wiederholungstyp ist, kann die selektive Löschung dadurch erhalten werden, daß eine Ein/Ausmodulation des Lichtstrahls eingeführt wird. Es ist möglich, auf der Auftreffplatte die Ladungen zu addieren, die mehreren aufeinanderfolgenden BiI-dem entsprechen, wodurch das Verhältnis zwischen den Pegeln der sich wiederholenden Komponenten und der sich nicht wiederholenden Komponenten der unterschiedlichen Bilder vergrößert werden kann. Auf diese Weise wird das mittlere Bild mehrerer aufeinanderfolgender Bilder erhalten. Als mögliche Anwendung kann erwähnt werden: die Vergrößerung des Signal-Rausch-Verhältnisses von wieder mit erheblichem Rauschen kontaminierten Bildern durch Integration mehrerer aufeinanderfolgender Bilder; weiteres Beispiel: Die Wiedergabe der mehreren Bildern gemeinsamen Elemente entsprechend Aufnahmen einer Szene unter verschiedenen Bedingungen (verschiedenen Aufnahmewinkeln).

Das Auslesen der in das optische Bildrelais eingeschriebenen Information erfolgt, wie in der vorerwähnten Patentanmeldung, durch Beobachtung der Platte oder durch Projektion der Abbildung dieser Platte, wobei, wie in den F i g. 1 bis 4 dargestellt ist, ein Lichtstrahl verwendet wird, der von einer Quelle 30 abgegeben wird und der einen Polarisator 31 durchläuft, von der dielektrischen Reflexionsschicht 4 reflektiert wird und dann den Analysator 32 durchläuft wobei der Separator 33 die auffallenden und reflektierten Strahlen steuert. Wenn der Separator 33 polarisierend ist, erfüllt er auch die Funktionen der Elemente 31 und 32. Bekanntlich kann das auf diese Weise erhaltene Bild, dessen Helligkeit nur von der Leistung der Quelle 30 abhängig ist, auf einen Schirm großer Abmessungen projiziert werden.

Auch kann mit Hilfe dieses optischen Bildrelais die Subtraktion von Bildern erzielt werden. Diese Subtraktion erfolgt auf folgende Weise: Da die Platte nicht auf den ursprünglichen Wert aufgeladen ist, werden darauf zwei aufeinanderfolgende Reihen von Bildern erzeugt Zwischen den beiden Reihen wird die Polarität der zwischen den beiden Elektroden 3 und 6 oder 3 und 17 angelegten Spannung umgekehrt Auf diese Weise wird eine Ladungsverteilung gleich dem Unterschied zwischen den Summen der Ladungen entsprechend den beiden Reihen von Bildern erhalten. Falls eine Photokathode 7 und ein Gitter 6 verwendet werden, muß jedoch das Verhältnis zwischen den Wirkungspegeln der angelegten positiven und negativen Ladungen berücksichtigt werden, welches Verhältnis gleich {η—1) ist, wobei η den Sekundäremissionskoeffizienten der Schicht 5 während der Periode darstellt, in der das Potential des Gitters 6 höher als das der Auftreffplatte ist Zur Berücksichtigung dieses Faktors ist es genügend, die mittlere Intensität des Lichtstrahls für jede Einschreibeperiode auf geeignete Weise zu regem. Diese Wirkungsweise ermöglicht es z. B, die Subtraktion von zwei Bildern zu erzielen, d. h. all ihre identischen Teile zu beseitigen (z. B. feste Echos bei Radar).

Natürlich ist es möglich, den Lichtstrom zu verstärken, der empfangen wird, indem in das optische Relais ein Verstärker aufgenommen wird, der eine Photokathode und eine Leuchtschicht enthält (siehe die vorerwähnte ältere Patentanmeldung). Bei der ersten und dritten Ausführungsform ist es auch möglich, den Elektronenstrahl zu verstärken, indem ein Mikrokanalvervielfacher angebracht wird (siehe die vorerwähnte ältere Patentanmeldung).

Wenn das optische Bildrelais mit Hilfe kohärenten Lichtes beleuchtet wird, kann die Vorrichtung zur optischen Behandlung von Daten verwendet werden, die ebenfalls in der erwähnten älteren Patentanmeldung beschrieben ist In dem Gang des Ausleselichtstrahls wird ein Phasenverschieber angebracht, der eine Phasenverschiebung einführt, die der Addition, an jedem Punkt, eines konstanten Signals mit einer der des Bildsignals entgegengesetzten Polarität äquivalent ist Wie in der genannten älteren Patentanmeldung beschrieben ist, kann dieser Phasenschieber durch eine außerhalb des optischen Relais liegende Vorrichtung,

wie einen Kompensator oder eine elektrooptische Zelle, gebildet und mit der das optische Relais bildenden kristallinen Platte zusammengebaut werden; in diesem Falle ist es genügend, bei Subtraktion von Bildern eine gleichmäßige Beleuchtung für eine der beiden Einschreibperioden zu wählen. Eine besondere Ausführungsform, die der in der älteren Patentanmeldung beschriebenen Ausführungsform entspricht, ist dadurch gekennzeichnet, daß die konstante eingeführte Phasenverschiebung derartig ist, daß die Amplitude der mittleren Durchlässigkeit des Gebildes gleich Null ist, wodurch die nullte Beugungsordnung in der Fourier-Transformierten des Bildes eliminiert werden kann. Bei einer zweiten besonderen Ausführungsform ist die konstante eingeführte Phasenverschiebung in bezug auf den Absolutwert gleich der Phasenverschiebung des am

stärksten beleuchteten eingeschriebenen Bildpunktes, während diese Phasenverschiebungen entgegengesetzte Vorzeichen aufweisen. Das beim Auslesen beobachtete Bild ist also ein Negativ des auf die photoempfindliche Schicht projizierten Bildes.

Da der beim Auslesen benutzte elektrooptische Effekt die Kohärenz des Lichtes nicht stört, kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein beliebiges Bild in einem direkten oder inversen Filter, das zur optischen Behandlung von Daten benutzt werden kann, mit Hilfe kohärenten oder inkohärenten Lichtes umgewandelt werden. Auch kann ein beliebiges Bild mit Hilfe kohärenten oder inkohärenten Lichtes in ein positives oder negatives Bild umgewandelt werden, dessen Spektrum von dem des ursprünglichen Bildes verschieden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Elektrooptische Vorrichtung, insbesondere für ein System zum Projizieren von Fernsehbildern, die enthält: eine erste Quelle, die eine erste Lichtstrahlung liefert, Mittel zur Projektion der erwähnten Strahlung, eine zweite Quelle, die eine zweite Lichtstrahlung liefert, Mittel zur Polarisation und zur Projektion der erwähnten zweiten Lichtstrahlung, und ein optisches Bildrelais, das aus einem Vakuumraum mit mindestens einem für die erwähnten Lichtstrahlungen durchlässigen Fenster, aus einer für die erwähnte erste Strahlung empfindlichen Schicht und aus einer einen elektrooptischen Effekt aufweisenden Platte besteht, die auf eine in der Nähe ihres Curiepunktes liegende Temperatur gebracht wird und eine sich mit dem zwischen ihren Flächen bestehenden Potentialunterschied ändernde Doppelbrechung aufweist, wobei eine erste elektrisch leitende und für die erwähnte zweite Lichtstrahlung optisch durchlässige Elektrode auf der erwähnten Platte angebracht ist, während eine zweite Elektrode auf der gegenüberliegenden Seite in der Nähe der erwähnten Platte angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (21, 24) zur Modula- tion der erwähnten ersten Lichtstrahlung angebracht werden, bevor diese Lichtstrahlung auf die erwähnte photoempfindliche Schicht (7,16) einfällt, wobei die erwähnten Elektroden (3; 6, 17) an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine erste Lichtstrahlung liefernde erwähnte Quelle aus einer Laserquelle (20) besteht, während die Mittel zur reihenmäßigen Projektion aus einem optischen Ablenker (22) und die Modulationsmittel aus einem elektrooptischen Modulator (21) bestehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die erste Lichtstrahlung liefernde Quelle aus dem Schirm einer Elektronenstrahlröhre (21) besteht, während die Projektionsmittel aus einem Objektiv (25) bestehen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Lichtstrahlung durch Reflexion aus einem Gegenstand reflektiert wird, wobei das erhaltene Bild (26) mittels eines Objektivs (25) auf die erwähnte photoempfindliche Schicht projiziert wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Lichtstrahlung durch Übertragung eines Gegenstandes moduliert wird, wobei das erhaltene Bild (26) mit Hilfe eine Objektivs (25) auf die erwähnte photoempfindliche Schicht projiziert wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte Gleichspannungsquelle eine Spannung liefert, die mindestens gleich dem Höchstpotentialunterschied ist, der zwischen den beiden Flächen der erwähnten Platten auftreten kann.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte Quelle an die Elektroden mit Hilfe eines Umkehrschalters angeschlossen ist.

8. Verfahren zur Anwendung bei einer Vorrichtung nach Anspruch 1 zur algebraischen Addition optischer Bilder, dadurch gekennzeichnet, daß die von der ersten Lichtstrahlung übertragenen Bilder auf die erwähnte photoempfindliche Schicht eingeschrieben werden, wobei jedes der optischen Bilder in ein Ladungsbild umgewandelt wird, das mit Hilfe einer zweiten Lichtstrahlung durch Änderung der Doppelbrechung beobachtet wird.

9. Verfahren zur Anwendung bei einer Vorrichtung nach Anspruch 1 zur algebraischen Subtraktion optischer Bilder, dadurch gekennzeichnet, daß nach Addition nach Anspruch 8 einer ersten Reihe von Bildern auf die photoempfindliche Schicht, die Subtraktion einer zweiten Reihe von Bildern dadurch erzielt werden kann, daß die erwähnte zweite Reihe auf die erwähnte photoempfindliche Schicht projiziert wird, nachdem die Polarität der zwischen den beiden erwähnten Elektroden angelegten Gleichspannung umgekehrt worden ist

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtung der photoempfindlichen Schicht während einer der beiden Einschreibperioden gleichmäßig auf einen Wert gebracht wird, der einer induzierten Doppelbrechung entspricht, die in bezug auf den Absolutwert gleich der an dem am stärksten beleuchteten Punkt induzierten maximalen Doppelbrechung während der anderen Periode ist, wodurch das der anderen Periode entsprechende Negativbild erhalten werden kann.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtung der photoempfindlichen Schicht während einer der beiden Einschreibperioden gleichmäßig auf einen Wert gebracht wird, der eine Doppelbrechung entspricht, die, in bezug auf den Absolutwert, gleich der während der anderen Periode induzierten mittleren Doppelbrechung ist, damit eine mittlere Übertragung gleich Null in bezug auf die Amplitude der zweiten Lichtstrahlung erhalten und so die nullte Beugungsordnung in der Fourier-Transformierten des Bildes, das mittels dieser zweiten Strahlung erzeugt werden kann, beseitigt wird.