DE1639334A1 - Stroemungsoptische Verfahren - Google Patents
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- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/28—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with deflection of beams of light, e.g. for direct optical indication
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- G—PHYSICS
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- G02B1/06—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of fluids in transparent cells
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- G—PHYSICS
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- G02B26/0825—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a flexible sheet or membrane, e.g. for varying the focus
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- G02B3/00—Simple or compound lenses
- G02B3/12—Fluid-filled or evacuated lenses
- G02B3/14—Fluid-filled or evacuated lenses of variable focal length
Description
4847 S.E. Division Street
-8.MRZ1968
67,9244
Strömungsoptische Verfahren
DU: vorließende Erfindung bezieht sich auf optische
Vf. i'fahren und insbesondere auf sogenannte "strömungso;.
f; ϊ ijciia" Vorfahren sowie auf strömungsoptische Systeme
mi t. kohärenten und inkohärenten Lichtquellen sowie mit
l.i f'h L fühl, or π für Licht im ultravioletten, sichtbaren
uh'l/o'l'-r infraroten Bereich der; elokti'omacnetischen
^:.· .:i ruin.·. Die Kr-i'i nrluri^ befaßt; nich dabei, mit IiLchfc-
10981 3/0361
6AO ORIGINAL
modulation, -feststellung und -aufzeichnung in Verbindung mit kohärenten (laser) oder inkohärenten
Lichtquellen und Lichtfühlern, welche mit strömungsoptischen Vorrichtungen zusammenarbeiten* In bestimmten
Fällen ist auch eine optische Wandlung von Strömungsenergie in elektrische Energie oder von strömungsenergetischen
Signalen in festgestellte 'oder aufgezeichnete Daten vorgesehen,,
Der Begriff "Strömungsoptik" betrifft hier einen optischen
Modul oder eine Zusammensetzung von Moduln übertragender oder reflektierender Art, wobei eine Trommelfellkammer
mit wenigstens einem elastischen? flexiblen und federnden, transparenten oder reflektierenden
Fenster vorgesehen ist, dessen Krümmung sich unter der Wirkung eines strömenden Mediums (Flüssigkeit oder G-as)
ändert.. Das strömende Medium befindet sich dabei in
der Kammer unter positivem oder negativem Druck oder unter dor Wirkung einer Folge von Druckimpulson, wobei
eich Änderungen der optischen Eigenschaften., wie böispi i'lrjwouio der linearen Breniilünge, der chromatischen
und axialen Aberration und der gewonnenen Strahl itiiy er^ebon, Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung
LvA. kura ,"iosiaftt in ei.nor elastischen Lüii-ie oder
einem i.-l.'uil iüchon Spiegel ;ui nehen, v/o Lohe büw, welcher
1 O 9 ti I 3 / O J 6 1 ^ ^ _
■ryti >rA« . BAD ORIGINAL
auf ein Druckdiffenrential mit einer Krümmungsänderung anspricht, -wobei sich eine entsprechende variable Lichtbrechung
oder -reflexion ergibt., Modufikationen und Abänderungen
dieses illustrativen strömungsoptischen Elementes v/erden im folgenden behandelt«
Als Beispiel werde die Brechung an einer gekrümmten - a
!Fläche bei Anwendung der elementar-optischen Gesetze
betrachtet: Ist u der Abstand einer punktförmigen Lichtquelle, ν der Abstand des Bildes oder Fühlers
(oder des Schnittpunktes des gebrochenen Strahls mit der Achse), η der Brechungsindex des Materials der gekrümmten
Fläche und r der Krümmungsradius der Trennfläche, so ergibt sich für die Fläche in Luft!
n/v + l/u = (n-1)/r„
Wird der Viert von r geändert und werden die anderen
Werte mit Ausnahme von ν konstant gehalten, so ändert ^
sich der Viert von V0 Entsprechend ergibt sich für die
Reflexion an einer gekrümmten Fläche (Spiegel) in Luft:
1/u + 1/v = 2/ro
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Kategorie von optischen Torrichtungen (Linsen
und Spiegel) mit variablem Brennpunkt anzugeben; dabei soll es sich um strömungsoptische Vorrichtungen handeln.
109813/0361 „ 4
welche beispielsweise einen Körper eines strömenden Mediums enthalten, der durch wenigstens ein transparentes
oder reflektierendes, elastisches und federndes Fenster oder Wandelement begrenzt ist, wobei der Körper
des strömenden Mediums mit einem Strömungsdruck-Oszillator oder einer anderen Strömungsvorrichtung
kommunizierte
Dabei werden vorzugsweise kohärente (Laser) oder inkohärente Lichtquellen und geeignete elektrische ader nichtelektrische
Fühler oder Aufzeichnungssinrichtungen mit oder ohne Hilfsfiltern, Optiken, Blenden und ähnlichem
verwendet o
Weiterhin befaßt sich die Erfindung mit der Schaffung von elastischen optischen Elementen variabler Krümmung, welche
beispielsweise variable Brennlängen besitzen« Auch befaßt sich die Erfindung mit der Schaffung eines optischen
Systems zur Lichtmodulation, speziell zur Modulation von Laser-Licht„
Weiterhin sieht die Erfindung ein optisches System zum
differentiellen Peststellen und/oder Aufzeichnen von Licht,
speziell von Laserlicht vor.
109813/0361
Darüberhinaus befaßt sich die Erfindung mit der Schaffung von optischen Wandlern zur Wandlung von. Strömungsenergie
in elektrische Energie, beispielsweise für binäre logische Vorrichtungen, digitale Schaltvorrichtungen,
Informations-Erzeugungs- und Datenspeichervorrichtungen, Prozeßsteuerungen und für Computer-Anwendungen,
wobei optische oder strömende Systemzwischenflächen vorhanden sind» Schließlich befaßt sich die Erfindung
mit der Schaffung einer neuen Familie von Analog- und Mgitalcomputern, beispielsweise von Ströraungs-Logik-Kreisen
mit strömungsoptischer Wandlung zur Aufzeichnung oder Auslesung, Flip-Flops und NOR-Gattern und druckelektrischen
Schaltern,,
Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungs-
bei spielen anhand der Figuren,, Es zeigt % \
Figur 1 eine Seitenansicht eines strömungsoptischen Moduls mit verschiedenen strömungsoptischen Übertragungs- oder
J3reohungs(Linsen)- und Reflexions (Spiegel)-Linsenelementen.
FiβM- 1A oine Seitenansicht einer typischen Modifikation
e.irif;r ntrörnunßsoptifjchen Vorrichtung, welche ein nichtela-
109813/0361
— 6 —
stisches optisches Element zusammen mit einer Lichtquelle und einem Fühler auf v/eist;
Figur 1B eine ebene Ansicht einer mehrfachen oder parallelartigen strömungsoptischen Vorrichtung;
Figur 10 eine Seitenansicht einer.zusammengesetzten oder
serienartigen strömungsoptischen Vorrichtung;
Igur 1D eine ebene Ansicht eines strömungsoptischen Systems,
das zur außeraxialen"Modulation eines Lichtstrahls geeignet
ist;
Figur 2 eine perspektivische Ansicht eines strömungsoptischen Systems, das sich zur Gegentaktmodulation eines
Lichtstrahls durch Änderung der linearen Brennlänge des Lichtstrahls eignet;
Figur 3 eine schematische perspektivische Ansicht einer strömungsoptischen Vorrichtung, Vielehe zur Beleuchtungsmodulation eines Lichtstrahls geeignet ist;
Figur 4 eine schematische perspektivische Ansicht einer strömungsoptißchen Vorrichtung zur chromatischen Modulation;
und
109813/0361 _ ? _
BAD OBIGiNAt
Figur 5 eine schematische perspektivische Ansicht einer strömungsoptischen Vorrichtung zur lichtmodulation,
welche "bestimmte Eigenschaften der Vorrichtungen nach Figur 2 und 3 aufweist«
Figur 1 zeigt eine Seitenansicht eines typischen strömungsoptischen Moduls, in dem in zusammengesetzter
Form "bestimmte Grundzüge von verschiedenen strömungsoptischen Brechungs- oder Reflexionsvorgängen realisiert
sind; dabei handelt es sich um ein Ausführungsbeispiel der Erfindung., Die Vorrichtung enthält zwei
kreisförmige Fenster bzw» Membranen bzw0 Flächenelemente
■A und Β, von denen wenigstens eines flexibel, elastisch
und federnd isto Die Elemente A und B sind parallel
und sich gegenüberliegend angeordnet; die Elemente sind an ihren Kanten flüssigkeitsdicht nach Art eines Doppeltromnelfells
an einem Ring- oder Reifenelement D befestigt, wobei das Element D an seiner Peripherie mit
einem Einlass und einem Auslass (fakultativ) E und E1 für ein strömendes Medium versehen ist0
Der Einlass und der Auslass E und E1 können andererseits
auch an der Platte A vorgesehen sein, wenn diese starr und die Platte B flexibel ausgebildet ist„ Die Elemente A
und B können in geeigneter Weise, wie beispielsweise
109813/0361
durch ein Dichtungsmittel, eine Klammer, eine Drahtschleife oder ähnliches am Element D befestigt seino
Die Art der Befestigung der Elemente A und/oder B am
Element D hängt von der Art der Ausbildung der strömungsoptischen Vorrichtung ab; dabei sind Klammern
oder ähnliches bevorzugt, wenn die Elemente A und/oder B nach einer bestimmten Betriebszeit ausgewechselt
werden sollen»
Figur 1 zeigt-also eine Trommelfellkammer bzw«, ein
ürommelfellgehäuse, das mit einem strömenden Medium G-,
wie beispeilsweise einer klaren lichtbrechenden Flüssigkeit, gefüllt ist» Das strömende Medium G- kommuniziert
über den Einlass E mit einer Strömungsdruckquelle bzw,, einem Strömungsoszillator, welcher zur Bildung der optischen
Eigenschaften einen geeigneten Druck lieferte Falls gewünscht, kann die Strömungsdruckquelle auch
Druckimpulse oder Drucksignale P liefern,, Es kann weiterhin fakultativ eine Ströraungssteuerung vorgesehen
werden, welche als Ventil oder eine ähnliche Einrichtung
ausgebildet sein kanno Dem strömungsoptischen Modul sind
optisch eine Lichtquelle S, ein Fühler oder eine Aufzeichnungsvorrichtung ("in Figur 1 nicht dargestellt), sowie
Filterblenden oder andere konventionelle optische Elemente zugeordnet, deren Eigenschaften im folgenden genauer erläutert
v/erden ο
109813/0361 _ 9 .
Von der Lichtquelle S gehen Lichtstrahlen L abj die optische Achse des Systems ist in der Figur als Achse
bezeichnet.
Aus !Figur 1 ist ersichtlich, daß durch folgende Maßnahmen
eine ganze Familie von optischen Breohungs- und
Reflexionsvorgängen zu erzielen ist;
a) durch Variation der Natur der Elemente A und B9
b) durch Änderung des Charakters des im Gehäuse D eingesperrten strömenden Mediums C- und
c) durch Änderung des Drucks P des -strömenden
Mediums G in Besug auf den Umgebungsdruck oder eine äußere Spannung,■
Im folgenden werden einfach© Beispiele von strömungs- optischen
Eigenschaften angegeben5 welche durofe ün&esrimg
der vorgenannten generellen Parameter as b unü/oäm? e
zu erreichen sind, v/o bei Ln Ilgir 1 i?arse!i.iecl®E© Brennpunkte P und F" dargestellt sind, welche durch eine
Strecke d getrennt sind« Von den Brennpunkten F und F'
laufen Lichtstrahlen L' und L1 ' in Halbv/inkeln a und av
zur optischen Achse zurück»
- 10 -
10981 3/0361
- ίο -
Plan-konvexe Linse: Wenn das Element a eine starre transparente Platte und das Element B eine dünne Schicht
aus transpai'önlen flexiblem und federndem Elastomer ist,
so ergibt die Anwendung eines positiven Drucks P eine plan- konvexe Linse mit unendlich vielen Krümmungstnöglichkeiten
zwischen Stellungen B1 und B'f o Diese
konvergierende Linse kann eine unendliche Reihe von Brennpunkten "besitzen, welche in Abhängigkeit von der Gr'dße und
der Konfiguration des strömungsoptischen Moduls auf der Achse zwischen 3? und I" längs des Abstandes d liegen«, Diese
strömungsoptisehe Vorrichtung kann ebenso wie im folgenden
noch su beschreibende Vorrichtungen durch von der Strömungsdruckquelle
erzeugte Signale über eine gegebene Reihe von Brennpunkten hin- und hergepulst werdeno
S' ist ein fakultativer Auslaß oder eine Durchströmleitung,
welche in vielen AnwendungsfültLoü der Vorrichtung gemäß der
Erfindung wünschenswert ist und "beim anfänglichen Beschicken
der Kammer G- sum Ausblasen von Luft dienen kann; weiterhin
kann ciieser Auslaß als Aufhängtleitung zum Parallelverbinden
von mehreren strömungsoptischen Vorrichtungen, aum Einbau
eines Druckregelventils, zur Verbindung mit Instrumenten, wie einem Manometer (das in Vierten der Linsenkrümmung9 des
Linsenbrennpunktes, der linearen Brennweite oder ähnlichem geeicht v/erden kann) oder einer anderen Strömungsvorrichtung (a= Bn sur Erzeugung eines hai-möui'«ischen Ansprech-
109813/0361 -n-
BAO ORIGINAL
Vermögens des Strömungsmediumkörpers und damit zur Frequenzmodulation) sowie zur Bildung eines Ausgangs
dienen, wenn die eingesperrte Flüssigkeit gleichzeitig als Kühlmittel dient (zur Verhinderung von schädlicher
Wärmebildung und Schlieren)„
Bikonyexe^Iiinse^ Wenn die Elemente A und B beide elastische,
federnde, ebene und transparente Schichten, Membranen oder Fenster sind und ein positiver Druck P
auf die Flüssigkeit G- in der Kammer ausgeübt wird, so entsteht eine einfache bikonvexe Strömungslinse <, wobei
die Flächen A1 und B1 die gleiche Krümmung aufweisen,
wenn die elastischem flexiblen und anderen Eigenschaften der Elemente A und B die gleichen sind« Unterscheiden
sich die Elemente A und B in der Dicke oder im Durchmesser oder sind sie aus unterschiedlichem Material hergestellt,
so ergibt sich eine asymmetrische bikonvexe Strömungslinse, welche Speziallinsen, wie periskopischen
Linsen, eiiiam Hypergon und einem Metrogon analog sind»
Konkay-_ kpnyexe^ ^Meniskus}^ Linsen Wenn das transparente
Element A gleichförmige Dicke und Festigkeit besitzt und sich von der Lichtquelle S wegkrümmt und das Element B
eine flexible transparente Membran ist, deren Randkanten eng an den Randkanten des Elementes A (do ho mit minimaler
Breite des Rings D) angeordnet oder unmittelbar dicht am
109813/0361
"Si".
Rand des Elementes A angebracht sind, so ergibt sich "bei
positivem Druck P eine Meniskus-Strömungslinse„ Dabei sind
der Einlaß und Auslaß E und E* entweder abgeplattet, um eine minimale Breite des Rings D zu ermöglichen oder sie
tret-en an der Rückseite des Randes des Elementes A ein und aus»
Konkay^kpnyexe^ Linsen Wenn in der Vorrichtung nach Figur
die Breite am Rand, doho am Ring D - im Gegensatz zu den
vorstehenden Ausführungen zu einer Meniskuslinse - am größten ist, so ergibt sich eine divergierende konkavkonvexe Strömungslinse.
Plan-kpnkaye^Mnsej_ Wenn das Element A ein ebenes, starres,
transparentes Fenster bzw0 Flächenelement und das Element B
ein halbstarres, auf Druck ansprechendes Element ist, das
sich auf die Lichtquelle S zu krümmt, so ergibt sich bei Einprägung von Druckimpulsen P auf die Kammer G- eine
plan-konkave Strömungslinse„
y^Linsen Wenn beide Elemente A und B halbstarre
Elemente mit einiger Elastizität sind, welche so montiert sind, daß die Breite am Ring D größer als die Dicke "bzw»
Breite in der optischen Achse ist und sich die Elemente A und B nach innen aufeinanderzukrümmen, so ergibt sich
bei Anwendung eines Drucken P auf die Kammer G- eine bikonkave
Steömxmgsünse. 1098 13/0361
- 13 -
Reflektierende,, ISpiegelJ^ Linsen, und. Optiken^. Es v/urde
eine Anzahl von reflektierenden Spiegellinsen und deren Modifikationen konstruiert und untersucht„ Diese fallen
in drei generelle Kategorierens
a) Flüssigkeitsgefüllte Linsen, von denen., wie oben
■beschrieben, ein Element (beispielsweise das Element A)
reflektierend ist (und falls gewünscht, starr oder elastisch und eben oder nicht eben ist) und das andere
Element (beispielsweise das Element B) die transparente Haut bzw, das elastische Fensterelement ist?
b) Gasgefüllte Spiegellinsen, bei denen das Element B
elastisch und reflektierend (beispielsweise metallisiert) und am Umfang an einer kappen- oder schalenartigen Anordnung
befestigt ist, welche die Elemente A (gewöhnlich lichtundurchlässig) und D mit der gebräuchlichen
Strömungsmediumleitung E umfaßt; und
c) Kombinationen der'vorgenannten Ausbildungen welche der
anhand von Figur 1c im folgenden beschriebenen serienartigen oder zusammengesetzten strömungsoptischen Vorrichtung
entsprechen
Bei einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Vorrichtung als Spiegellinse kann das Element A nach
109813/0361 . u -
BAD ORIGINAL
-H-
Figur 1 ein starrer Spiegel (eben, konvex oder konkav)
sein, an dem an der Peripherie oder über das Reifen- oder Ringelement D eine die Kammer G bildende runde Schicht aus
transparentem elastomereo Material befestigt isto In die
Kammer kann Flüssigkeit eingefüllt v/erden, welche über die Leitung E gepulst werden kann« Bas Spiegelelement A kann
die erste oder die zweite Fläche oder beide Flächen als Spiegel ausgebildet habeno Das Aufbringen eines positiven
Drucks auf die Flüssigkeit G ergibt Spiegellinsenkonfigurationen wie plan- konvex (mit ebenem und starrem Element A),
bikonvex (wenn die Elemente A und B elastisch sind), konkavkonvex (wenn das Element A starr und nach rechts konkav
in Richtung auf die in Figur 1 dargestellten Brennpunkte ausgebildet ist und B elastisch ist); für verschiedene
andere optische Konfigurationen sind auch andere Formen der Spiegellinse möglich»
Andererseits können die Elemente A und D (vergleiche die
oben erwähnte Spiegellinsenkategorie b) eine kreisförmige schalen- oder kappenartige Struktur aufweisen, an der an den
Kanten ein reflektierendes9 elastisches Element B dicht oder
andersartig (beispielsweise durch einen Frontring) befestigt ist. Wird ein negativer Druck P auf die Luft oder das Gas
im Gehäuse G ausgeübt, so krümmt sich das Element B nach innen und bildet eine konkave Spiegellinse; der Druck P
kann, wie ausgeführt, gepulst oder über lange Zeitperioden relativ statisch gehalten werden,, Bei positivem,, auf das
109813/0361
BAD ORIGINAL
Gas wirkendem Druck P wird eine konvexe Spiegellinse erhaltene Es wurden Linsen dieses Syps in speziellen
Formen hergestellt; dabei handelt es sich beispielsweise um eine Spiegellinse unter Verwendung eines
reflektierenden, elastischen Zelluloseazetat-Abbildungsbeugungsrasters
als Element B (ca„ 14 x 10 Rasterlinien pro inch), womit eine gute spektrale Separation für den
sichtbaren Bereich erreicht wurde,,
Im Hinblick auf die oben genannten Kombinationen (vergleiche
e oben) kann eine Heflexionslinse des zusammengesetzten Strömungstyps gebildet werden, bei der beispielsweise
die Spiegellinse der oben unter a beschriebenen Art (doho ein Spiegelelement A (starr) und ein flexibles
transparentes Element B3 wobei die Kammer G mit Flüssigkeit
beschickt ist) mit einer zweiten gasbeschickten oder durch Gas unter Druck gesetzten Kammer versehen ist und zusätzlich
eine geeignet befestigte elastische und transparente Membran, f Haut oder ein Fensterelement besitzt, Durch Verwendung
des Elementes A als starrer ebener Spiegel, an dem eine mit Flüssigkeit beschickte Kammer G dicht befestigt ist,
ergibt die Aufbringung eines positiven Drucks gegen und in Bezug auf das Element B durch eine zweite Kammer
(siehe Figur 1C) oder einen Aufsatzring mit einer eigenen Leitung für ein strömendes Medium ein konkaves Element B9
109813/0361 - 16 -BAD ORIGINAL
wodurch eine durch einen flüssigkeitsbeschickten Flächenteil charakterisierte plan- konkave Spiegellinse entstehtο
Weitere Variationen, insbesondere Variationen in Verbindung mit der Vorrichtung nach Figur 10, sind für den
Fachmann ersichtliche
Die Lichtquelle und der Fühler sind in Übereinstimmung mit der gebräuchlichen optischen Praxis gewöhnlich auf
der gleichen Seite angeordnet; beispielsweise ist die Lichtquelle S in oder nahe dem Arbeitsbrennpunkt angeordnet,
während der Fühler in einem bestimmten Abstand von der Spiegellinse angeordnet isto Diese Anordnung kann
natürlich auch umgekehrt werden» Allgemein hängt die Anordnung natürlich von der verwendeten Ausführungsform ab„
Für spezielle Anordnungen, wie beispielsweise die Schmidt-Anordnung, können die Elemente A und/oder B abgesehen von
einem transparenten Fenster im Zentrum vollständig verspiegelt sein»
Falls gewünscht, kann für die oben genannte Form b das Element A transparent sein, wobei sich für die Anordnung
der mit der Lichtquelle und/oder dem Fühler zusammenarbeitenden strömungsoptischen Vorrichtung ein zusätzlicher
Spielraum ergibt,
- 17 10981 3/0361
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff "Druck" entweder negative oder postive Drücke
oder das Durchlaufen einer Reihe von Druekwerten in Bezug auf den Umgebungsdruck der strömungsoptischen Vorrichtunga
welcher gewöhnlich der atmosphärische Druck oder aber ein
Unterwasserdruck bswo ein Druck im äußeren Baum ist, oder
in Bezug auf den Druck eines eingesperrten strömenden ■Materials, das zur Bildung der optischen Vorrichtung erforderlich
ist»
Figur 1A zeigt eine weitere Ausführungsform einer strömungsoptischen
Vorrichtung» Dabei ist ein starres optisches Element (beispielsweise eine linse oder ein Spiegel) an der
Oberfläche eines flexiblen Elementes (beispielsweise des Elementes B in Figur 1) befestigt, wobei in diesem Falle
das starre optische Element einen etwas geringeren Durchmesser
als das Element 3 besitzt; in Figur 1A ist ein g
starres optisches Element bsi Bf an einem Ring«9 Hülsen-
oder Reifenelement H dicht befestigts wobei das Element H
mit einem felexiblen oder starren Element A (wie in Figur 1) versehen ist.. Das Element A kann gemäß der gewünschten
Form transparent oder nicht transparent sein« Ebenso sind an Df die leitungen K und E' angebracht, wie oben
im Zusammenhang mit Figur 1 ausgeführt wurde, wobei G der
zu beschickende oder unter Druck zu setzende Raum bzw., das
Gehäuseteil der Btrömungsoptischen Vorrichtung ist. Die
109813/0361
- 18 -
BAD OBiGiNAL
optische Achse der Lichtquelle S ist in Figur 1A als Achse "bezeichnet. Das Element H besitzt eine variable
Breite t, welche von der Größe und der Form der Anordnung abhängt» Das Element H ist typischerweise ein elastisches
und federndes Reifen- oder Irommelgehäuseteilj das auf
positive oder negative Druekimpulse oder -signale anspricht, welche dem Medium im Raum G- aufgeprägt werden» Das Medium
im Raum G kann eine Flüssigkeit oder ein Gas seino An die
Leitung E ist eine Strömungsvorrichtung angeschaltete In
der optischen Achse sind eine optische Blende und ein Fühler angeordnet, v/elcher elektrischer oder nichtelektrischer
Natur sein kann»
Ist das starre optische Element nach Figur 1A brechend, so kann es aus Glas, einem geeigneten Kunststoff (beispielsweise
Methylmetakrylat), geschmolzener Kieselerde, einkristallinem Alkalihalogenid, polykristallinen Erdalkalioxiden
oder -fluuorideiij Zinksulfid oder -selenid oder
ähnlichem hergestellt werden; das gleiche gilt für das Element A, um spezielle Bandpässe einer spezifischen oder
speziellen Art vorzusehen
In der Vorrichtung nach Fißur 1A ändert sich die Breite t
des Elementes H mit Druclcinpulsen P, welche auf das
strömende Medium im Raum G aufgeprägt v/erden» Dabei ergeben
109813/0361 - 19 -
** Ί639334
sich, wenn das Element H gleichförmige lineare Elastizität und gleichförmiges lineares Federungsvermögen be~
sitzt, lineare Schwingungen um 180° oder parallel zur optischen Achse„ Ist das Element H über einen Bogenbereich
nicht gleichförmig elastisch (beispielsweise dünner), so ergeben sich außeraxiale Querschwingungen in Bezug
auf den Brennpunkt des als Bezugselement» außerhalb und auf der Achse verwendeten optischen Elementes<
> Ebenso 'kann die Breite t in Umfangsrichtung nicht die gleiche sein3 wobei
der Reifen in einem Bereich breiter als beispielsweise im gegenüberliegenden Bereich ist»
Figur 1B zeigt eine typische mehrfache oder parellelartlge
strömungsoptische Vorrichtung» Dabei stehen Lichtquellen S1,
S2, S3 über die optische Achse mit Fühlern oder Auf-Zeichnungseinrichtungen
R1, R2, R3 in Verbindung,, Die
lichtquellen und die Fühler stehen ihrerseits mit einer mehrfachen strömungsoptischen Vorrichtung in Verbindung,
welche eine mit einem strömenden Medium beschickte Kammer £ und einen Reifen oder eine Seitenwand oder eine andere
das strömende Medium enthaltende Struktur D1 besitzt„
wobei diese Struktur einen Einlaß und Auslaß E und E» für
Strömungsdrucksignale P aufweist» Das Element A ist eine ebene Platte aus klarem Glas, Kunststoff oder ähnlichem,
welche am unteren Rand der unteren Struktur D1 befestigt
- 20 109813/0361
rVl -■ ■■
- 20 -
ist., Elemente B1, B2 und B3 sind elastische Fenster- oder
Flächenelemente, welche dem Element B nach Figur 1 entsprechen,,
Andererseits können die Elemente B1, B2 und/oder B3 starre optische Elemente sein, welche dem optischen
Element nach Figur 1A entsprechen=, In diesem Falle sind
linear- oder querelastische Reifen-, Ring oder ähnliche Befestigungen H1, H2 und/oder H3 vorgesehen, welche
dem Element H nach Figur 1A entsprechen« Die Elemente B1,
B2 und B3 sind typischerweise kreisförmig ausgebildet und nebeneinander in der rechteckförmigen Kammer G befestigt,
deren Seiten und Enden durch die Struktur D1 gebildet werden.
Generell ergibt sich bei einer parallelen ströraungsoptischen
Vorrichtung mit einer gemeinsamen Kammer G eine geringe Zeitverschiebung oder Phasendifferenz zwischen den
Reaktionen der einzelnen strömungsoptischen Elemente» Weiterhin kann in Abhängigkeit von der Größe, der Konfiguration
und dem Abstand der optischen Elemente ein sequenzieller Abfall der Reaktanzintensität eines gegebenen optischen
Elementes vorhanden sein, welche umso kleiner ist, je mehr
einzelne optische Elemente zwisehen dem gegebenen opti- t%
sehen Element und der anlegenden Stj*ömungsvorrichtung vorhanden
sindο Dadurch werden Grundparameter geschaffen*
wird von diesen im Betrieb ausgedrückt in Zeit und Amplitude,
— 21 « 1098 13/036 1
doll, im Grad der Krümmung ausgegangen, so sind andere*
Paktoren gleiche Wird dies vorausgesetzt, so müssen die einzelnen strömungsoptischen Elemente nach figur 1B
nicht die gleiche Größe, Konfiguration, optischen Qualitäten, Federvermögen, Amplituden und ähnliches besitzen,
Die Lichtquellen und Fühler können, wie gewünscht, gleich oder unterschiedlich ausgebildet sein»
Andererseits kann bei der Vorrichtung nach Figur 1B eine
einzige Lichtquelle und/oder ein einziger Fühler über ein
Lichtrohr, wie beispielsweise optische Fasern (kohärent oder inkohärent), mit einem oder mehreren strömungsoptischen
Elementen gekoppelt sein» Bei einer einzigen Lichtquelle
steht somit eine dreifach verzweigte faseroptische Mchiführung
mit den optischen Elementen B1, B2 und B5 in Verbindung! ebenso nimmt eine dreifach verzweigte faseroptische
Lichtführung die Auggasigssigriale von dea
strömungsoptisehen Elementen auf und führt ei© in sinon
einzigen Fühler., Besitzt der Miller· eine err»·sprechend©
Ansprechzeit, so werden die drei gering außer Phase liegenden strömungsoptischen Energiesignale aufeinanderfolgend vom
Fühler aufgenommen- Dieser Fühler kann einen Kreis speisen,
v/elcher auf der Basin der Ansprechzeit (oder Intervall)3
Lichtintensität, oder ähnlichem trennt und/oder filtert«
Die vorstehenden Aunführungen erläutern, wie Faseroptiken
- 22 109813/0381
oder ähnliche Lichtführungen in der Vorrichtung gemäß der Erfindung verwendbar sind,, .Oa faseroptische Elemente
licht raiC oder ohne Unterteilung in spitzen Winkeln.
führen, zeigt das Ausgangssignal "bei.hoher Übertragungsfähigkeit eine geringe Intensitütsverminderungo Weiterhin
v/erden faseroptische Elemente manchmal in Plattenform mit beispielsweise etwa dem gleichen Durchmesser wie
das strömungsoptische Element (oder der Breite des eintretenden oder abgehenden Strahls) in ein strömungsoptisches
System eingesetzt, speziell in Fällen, in denen Licht mit einem hohen Kollimationsgrad erforderlich ist„
Dieser Sachverhalt muß hier nicht näher erläutert werden, da er an sieht bekannt ist.
Figur 1C geigt eine mehrfache oder serienartige strömungsoptische
Vorrichtung, Die Lichtquelle S3 die optische
Aohae und der fühler sind wie oben "beschrieben, ausgebildet»
Bei der Vorrichtung nach Figur 10 handelt es sioh um eine strömungsoptische Vorrichtung mit zwei
Kammern, wobei wenigstens eine Kammer oder ein optisches Element ein festes oder konvenzionelles optisches Element
darstellt„ Die Kammern bzw» die optischen Elemente sind
zueinander ausgerichtet, bzw„ in optischer Wechselwirkung zueinander angeordnet9 so daß ein Lichtstrahl
naoh Art einer zusammengesetzten L inse oder eines optischen Systems modifiziert wird,, Die zusammengesetzte
strümungsoptische Vorrichtung nach Figur 10 besitzt
1098 13/0361 _ „
BAD ORIGINAL
Kammern G und Gl, welche bei einer Form Einlasse E1
und E2 und Auslässe E1' und E2f aufweisen« Einlasse
und Auslässe stehen mit strömenden Medien in Verbindung, welche unterschiedliche, durch eine oder mehrere Strömungsvorrichtungen erzeugte Signale P1 und P2 übertragen können,,
Das Element A kann ein ebenes Fenster sein, wobei elastische Fenster B und C sich nach B* und/oder Gs
formen können, was vom Druck- oder Signaldifferential in den Kammern G- und G1 sowie von den elastischen
Konstanten der Elemente B und C abhängtο Bei einer
strömungsoptischen Serienvorrichtung mit zwei Kammern (oder mehr Kammern) wird durch die Wahl der Flüssigkeit
bzw,= der Flüssigkeiten im Hinblick auf einen geeigneten Brechungsindex beispielsweise ein Akromat
geschaffen*
109813/0361
BAD OSIQ)NAL
Zur Schaffung einer plan-3:onkaven Strömungslinse bei der Vorrichtung nach Figo 1 C v/ird die Kammer G mit einer
brechenden Flüssigkeit gefüllt, während die Kammer G 1 mit Luft oder Gas bei einem Druck gepumpt wird, der höher
als der Druck der Flüssigkeit liegt und also zur Bildung einer gasgefüllten bikonvexen strömungsoptischen Einrichtung
ausreichte Die Flüssigkeit kann auf statischem oder nichtstatischem Druck gehalten werden« Es ist ersichtlich,
daß sich eine plan-konkave Strömungslinse ergibt, da das bikonvexe Element im wesentlichen nicht zur Liehtstrahlwechselwirkung
beiträgt»
Andererseits kann die Vorrichtung nach Figo 1 C als Doppellinse mit starrem festen optischen Element 0 (aus
Glas, Kunststoff, Alkalihalogenid, Erdalkalifluorid- oder oxyd, metallischem SiIfid und/oder -Selenid - das letztere
in polykristalliner Form, speziell geeignet für die optische Verwendung -) auogebildet sein, wobei eine Zusammensetzung
in optischer Serienanordnung mit einer strömungsoptischen Einrichtung vorhanden ist, welche in
der Kammer G 1 eine Flüssigkeit mit geeignetem Brechungsindex besitzt. Das Fenster A kann ebenso wie die Leitungen
El und E1' und das Fenster C entbehrt werden; das Fenster C
kann jedoch auch beibehalten werden, um die feste Optik G von der Flüssigkeit im Raum G 1 abzutrennen, was der Fall
ist, wenn die optischen Materialien wasserlöslich sind oder durch organische oder anorganische Flüssigkeiten
- 25 -
1 0981 3/0361 ^* BAD ORIGINAL
angegriffen werden« Es hat sich gezeigt, daß beispielsweise Wasser, Öle, Glykole und Silikone keine Probleme ergeben,, ■
Ströraungsoptische Vorrichtungen mit Alkalihalogenid haben
sich für die Ultraviolett-Bereiche, beispielsweise bis
hinunter zu 0,200/u als speziell geeignet erwiesen,, PoIykristaliine
Erdalkalifluoride und Magnesiumoxyd sowie Zinksulfide und -selenide sind speziell für den Infrarot-Bereich
zwischen 10 - 14/u des Spektrums geeignet,
Die Kammer G (in Figo 1 und Pig„ 10) kann zusammen mit ihrem
strömenden Inhalt anstelle einer kreisförmigen Konfiguration auch eine andere Konfiguration besitzen, obwohl eine flache
Reifenkammer oder Trommelfellkammer für die meisten Anwendungen vorteilhaft ist (konventionelle Linsen und Spiegellinsen
sind gewöhnlich scheibenförmig), Beispielsweise kann
die Kammer G dreieckförmig sein, wobei die Leitung E an
der Basio und die Leitung Es an der Spitze angeordnet ist-Kammern
mit spezieller Konfiguration bieten den forteil 9
daß die Schv/ingungsanaproeheigehschaften der strönrongsoptischen
Vorrichtung zwischen linearem und niohtlinearem Verhalten änderbar aindo Während also die strömungsoptische
Vorrichtung hier typische!weise als Trommelfell oder ähnliche
Geometrie (beiopielsv/eise D in Figo 1 und D1 in Fig„ 1B)
beschrieben iut, was zu einem System führt, das in Abhängigkeit
von den Treibimpuloen dee strömenden Mediums in einem sogenannten
Fundamentalmode oder in linearer Abhängigkeit schwingt
109813/0361 ~26 '
SAU
1b39334
oder anspricht, ist jedoch ersichtlich, daß durch.Modifikation
der Trommelfell- oder ähnlichen Geometrie ein nichtlineares System erhalten werden kann«
])ie Grundlagen für derartige nichtlineare Systeme sind bei
Schall-9 Hydraulik- und hydrodynamischen Techniken bekannt,
so daß die theoretischen Aspekte hier nicht näher beschrieben werden müssen= Ss reicht aus, zu erwähnen, daß nichtlineare
strömungsoptische Vorrichtungen verschiedene wichtige Verwendungs- oder Betriebsgesichtspunkte besitzen, wozu auch
geometrische Gesichtspunkte zur Erzielung eines Antiresonanzverhaltens
gehören.
Dabei handelt es sich:
Dabei handelt es sich:
a) um die Reduzierung des Kammer- oder Strömungskörperechos,
was zu einem verminderten Signal- und Rauschverhältnis führt;
b) um die Aufprägung von freien Sekundärschwingungen nach der
ersten erzwungenen Schwingungs so daß eine ankommende
zweite erzwungene Schwingung ohne unzweckmäßiges Restrauschen
aufgrund von zurückgeworfenen freien Schwingungen vom ersten Impuls wirken kann, wodurch sowohl eine Wellenverzerrung
eines Impulses als auch erzwungene Übergangsschwingungen
in einem elastischen Element verhindert werden;
c) um die Erzeugung von Interferenzen, zur Erniedrigung der
Ausgangsfrequenz der strömungsoptischen Vorrichtung; und sehr wesentlich
10 9 813/0361 -27 -
- 27 " 1b39334
den -umgekehrten Vorgang zur Harmonischenerzeugung}
woraus sich eine Frequenzvervielfachung ergibt=
Figo 1 D zeigt eine ebene Ansicht eines stromungsoptischen
Systems zur außeraxialen Lichtmodulationo In diese Vorrichtung sind eine Lichtquelle S3 vorzugsweise ein Gaslaser oder ein
Injektionslaser mit geringer Strahldivergenz? eine beispielsweise
um 90° zu der optischen Achse I angeordnete sti'ömungsop^
tische Vorrichtung sowie ein vor einem Fühler von beispielsweise photoelektronischer Art angeordnetes scharfkantiges
oder ähnlich ausgebildetes Strahlengatter vorgesehen<
> Das Strahlengatter dient dazu, einen 2?eil des auf den fühler auffallenden Lichtes abzuschneiden9 was zu einem Bestwert
für die 90°-Position führt. Wenn die strömungsoptische
Vorrichtung beispielsweise quer sv/isohen den Achsen I und II
um einen Winkel a1' oder wenigstens ap.s der 9o°-Stellung
zur Achse I heraus schwingts so fällt mehr Licht auf den
Fühler auf und es^ wird ein größeres Signal durch den Fühler
erzeugt*
Die in Figo 1 D dargestellte Vorrichtung ist eine typische strömungsoptische Vorrichtung zur Verwendung bei außeraxialer
Modulation- Dabei ist das Reifenelement H beispielsweise
in zwei halbkreisförmige Komponenten mit verschiedenen Elastizitäten und verschiedenem Federvermögen geteilte
Andererseits kann das Element H in einem durch dieses Element beschriebenen Bogensegment, beispielsweise in der
Richtungj in der die Querschwingung auftreten soll9 dünner
seinο !lit einem scharfkantigen Strahlgatter und einer
10981 3/0361
- 28 -
■:. . .-,.,:* BAD ORIGINAL
photoelektronischen Zelle können Querschwingungen von
-6
weniger als 10 inch leicht unterschieden werden. Mit genaueren Photovervielfacheranordnungen können in Abhängigkeit von den flexiblen und ähnlichen Eigenschaften der strömungsoptischen Vorrichtung Abweichungen über einen Winkel a'' geraessen werden,, welche einigen Zehntel Mikrobogeneinheiten entsprechen» Falls gewünscht9 kann eine Feldblende vor dem Strahlgatter angeordnet werden, um den Rand des schwingenden Strahls zu begrenzen»
weniger als 10 inch leicht unterschieden werden. Mit genaueren Photovervielfacheranordnungen können in Abhängigkeit von den flexiblen und ähnlichen Eigenschaften der strömungsoptischen Vorrichtung Abweichungen über einen Winkel a'' geraessen werden,, welche einigen Zehntel Mikrobogeneinheiten entsprechen» Falls gewünscht9 kann eine Feldblende vor dem Strahlgatter angeordnet werden, um den Rand des schwingenden Strahls zu begrenzen»
Es ist ersichtlich, daß das vorgeschriebene System für Anwendungen wie Seismometrie, Vibrations- und Spannungsanalyse
und -steuerung, Profilmessung (das Testelement ist das Strahlgatter) und ähnliches verwendet werden kann.
Figo 2 apii.gt eine schematische perspektivische Ansicht
eines strömungsoptischen Systems, das zur Lichtmodulation geeignet ist» Dieses System eignet sich zur Aufzeichnung von
digitalen Datenin Massenspeicherverfahren, für gestanzte Bänder in optischen und anderen Komputern und generell für
Modulationen» Dabei handelt es sich um eine Gegentaktmodulation, wobei das Auf- und Nichtauftreffen der Spitze eines
fokussierten Konus oder eines Teils des Konus eines Lichtstrahls auf einem elektronischen Fühler oder einer Bildaufzeichnungseinrichtung
zur Anwendung kommt„ Eine strömungsoptische Vorrichtung wird durch eino Reihe von Brennpunkten
gepulst, von denen einige auf dem Fühler liegen, so daß ■"■'■■ ■ - ' ' "...."■ , ■-■ · · Ό ''
109813/0361 - 29 -
der Lichtkegel in einem oder in mehreren Schnitten unter
der Spitze des Kegels abgestumpft wird, und von denen
andere nicht auf dem Fühler liegen bzw„ kurz vor diesem
fallen; die Art und Weise, in der dies geschieht, hängt von der Auslegung der Vorrichtung abo
Das Verständnis der rationalen Hinter-öegentaktmodulation
ergibt sich aus Fig. 2, in der S eine Lichtquelle, wie beispielsweise
ein Gaslaser, 1 ein Fühler oder eine Bildauf-Zeichnungseinrichtung und B1 und B'' optische Ebenen einer
schwingenden strömungsoptischen Vorrichtung sind, wobei
die Ebenen in einem Abstand d' schwingen. Auf diese Weise besitzt eine gekrümmtere Strömungsoptik in einem Augenblick
im Impulsablauf einen Brennpunkt bei F ( so daß der Fühler I nicht getroffen wird), während in einem anderen Augenblick
des Impul3ijyklu3 eine weniger gekrümmte Optik mit einem
Brennpunkt bei F' vorhanden ist ( so daß der Fühler I getroffen wird;) L11 und Lr sind konvergierende Strahlen?
welche beim Schwingen der Optik zwischen den Brennpunkten F und F1 den Konuo bzw. die Konusse bilden. Trifft di® Spitze
des Lichtkonuo auf den Fühler auf, so ergibt sich im Falle
einer photosensitiven oder aufzeichnenden Einrichtung ( welche sich in Richtung des gezeichneten Pfeiles bewegt) ein kleines
Bild oder ein Aufzoichnungn-"Fleck", d. h«, ein Bit (0). Wird
der Lidfckonua jedoch hinter dem Brennpunkt F fokussiert,
ίο wird er unter seiner Spitze abgestumpft, d. h„ es ergibt
- 30 109813/0331
BAD
sich ein größeres Bild oder ein größerer "Fleck", welcher ein Bit (1). bildet» Andererseits ergibt eine Abfühlung
oder Aufzeichnung "Loch" oder kein "Loch" eine binäre Anzeige, v/elcher eine "1" (Loch) oder eine "0" (kein Loch),
- oder umgekehrt - entspricht <,
Ist das sich bewegende Aufzeichnungsmedium I nach Figo 2 ein
geschwärzter photographischer Film und stammt das fokusaierte Licht von einem Laser, so ergibt sich ein kleines
transparentes Loch oder Fenster (transparente Filmrückseite oder Substrat) durch Ausbrennen oder Verdampfen
des schwarzen Emulsionsüberzuges, Entsprechend ist
auch ein transparentes Kunststoffband mit einem Überzug aus lichtempfindlichem, beispielsweise absorbierenden^
photochromem odor ähnlichem Material verwendbar 9 Mit einem
kleinen Laser 3ind Löcher sich ändernden Durchmessers erzeugbar, deren Größe im Bereich von etwa 1/u aufwärts liegt»
was von der optischen Qualität der strömungsoptischen Vorrichtung abhängt., Ein derartiges Digitaldaten-Massenspeichersystem
kann .Datenbits mit einer Dichte von etwa 0,5 x 1Q /inch speichern, wenn es sich um einen
Binärkode handelt»
Anstelle des sich in der Vorrichtung nach Fig. 2 translatorisch
- 31 108813/0361
ORIGINAL
bewegenden Aufzeichnungsmediums I können auch abgewandelte Aufzeichnungseinrichtungen (oder Fühler) und Abwandlungen der
Bewegungsrichtung Verwendung finden,. So kann beispielsweise
eine graduell aus ihrem Zentrum gesponnene kreisförmige Scheibe, welche photoempfindlich, brennbar oder ähnlicher
Natur ist, verwendet werden, so daß sich ein spiralförmiger Zug ■""
von Datenbits ergibt; die mechanischen Vorrichtungen für eine derartige Anordnung sind an sich bekannt» Das Auslesen
eines gestanzten Bandes oder von Rondellen, welche ein durchgebranntes Papier sein können, wird optisch oder in irgendeiner
anderen geeigneten Weise vorgenommen» Ein Vorteil
dieser Ausführungsform besteht darin, daß eine permanente und speicherfähige Aufzeichnung erhalten wird,
YTird ein elektronischer Fühler I verwendet, so kann dieser
entweder fest oder sich bewegend (translatorisch oder rotierend) verwendet werden, wobei die Ausgangssignale
in ihrer Größe einem Bit (0) oder einem Bit (1) entsprechen» Bei dieser Ausführungsform arbeitet der elektronische
Fühler auf einen Diskrimenatorkreis, wobei gewöhnlich
eine Vor- oder Nachverstärkung vorhanden isto Derartige
Kreise sind an sich bekannt»
-32-
109813/036 t
BAD öftiölNÄL
Fig» 3 zeigt ein weiteres Lichtraodulations- und Inforiiiationserzeugungssystem,
das in bestimmten Aspekten dem nach Pig» entspricht» Fig. 3 zeigt eine Modulationsart, welche hier als
Beleuchtungsmodulation bezeichnet wird, wobei ein fester, hinter einer Feldblende angeordneter elektronischer Fühler
vorgesehen ist, der ein Ausgangssignal liefert. Wie bei
der Vorrichtung nach Fig. 2 schwingt die mit einer Lichtquelle S, beispielsweise einen Laser, versehene strömungsoptische
Vorrichtung zwischen optischen Ebenen B' und B'' in einem beliebigem Abstand d', woraus sich konvergierende
Lichtstrahlen L1 und Lf' ergeben. Der auf diese Weise erzeugte
verschieden lang ausgedehnte Lichtkonus wird unter dem Punkt F', beispielsweise bei F (t) und F{ (t) verschieden
abgestumpft. Auf diese Weise ergibt die auf den Fühler geführte Beleuchtung eine sehr große, sequenzielle Reihe von
photometrischen Werten, welche zu AusgangsSignalen führen,
die den festgestellten, durch die Blende durchgelassenen oder blockierten Beleuchtungen entsprechen»
Anstelle der in Fig» 3 dargestellten offenen Blende kann
,auch eine lichtundurchlässige Scheibe oder eine Scheiben-■blende
verwendet werden» Ein derartiges System ist wünschenswert j wenn große Lichtfelder nur verbesserten Auflösung der
festgestellten Beleuchtung an die photoempfindliche Fläche
des Fühlers angepaßt werden müssen.
Eine Linse verhält sich insofern als Prisma, da sie kürzere Wellenlängen
(beispielsweise blau) mohr ablenkt als längere Wellen-
109813/0361
BAD ORiGINAL
längen (beispielsweise rot); das gleich gilt für den ultravioletten und den ultraroten Bereich des Spektrums <,
Als Beispiel sei hier der sichtbare Teil des Spektrums angenommen, Pur eine feste konvergierende Linse
liegt daher der Brennpunkt für blaues licht näher an der Linse als der Brennpunkt für rotes Licht, wobei
dazwischenliegende Wellenlängen zwischen diesen Brennpunkten liegen. V/erden Linsen mit verschiedenen Brennlüngen(\vic
im Pail einer pulsierenden otrömungsoptischen
Vorrichtung) verwendet, so.!.ändert sich die Streuung
aus der optischen Achse (d.h. Querstreuung, Senkrechtstreuung
oder Streuung durch einen ebenen oder räumlichen Winkel aus der Achse) für eine gegebene
Farbe oder Wellenlänge in einem gegebenen Punkt oder in einer gegebenen Ebene längs der optischen
Achise, Dabei handelt go sich um einen an sich bekannten
Effekt der chromatischen Aberration,
- 34 109813/0361
bad
In Pig. 4 sind die Grundlagen eines als chromatisches
Modulationssyotem bezeichneten Lichtmodulationssystems ·
dargestellt. Die schwingenden Lichtkonusse von einer pulsierenden strömungsoptischen Vorrichtung sind nicht
dargestellt; hierzu wird auf die oben beschriebenen Figuren 2 und 3 verwiesen. Pig. 4 zeigt eine Lichtquelle
S, vorzugsweise eine weiße Lichtquelle oder einen Laser (beispielsweise einen Gaslaser), welcher
in wenigstens zwei verschiedenen !Teilen des Spektrums (da per definitionen v/enigstens zwei verschiedene
Wellenlängen für die chromatische Modulation erforderlich sind) emittiert; die Wellenlängen sind vorzugsweise
weit voneinander entfernt. Vor einem, beispielsweise elektronischen, Fühler, welcher entweder auf eine
oder beide Wellenlängen anspricht, ist eine "zwiebel· schalenförmige" Blende angeordnet. Dabei handelt es sich
um eine Blende, welche konzentrisch im Abstand voneinander befindliche kreisförmige oder bogenförmige Öffnungen
aufweist, wie Fig. 4 zeigt. Zwei in Fig. 4 dargestellte
Bogenabschnitte sind mit bl (für blaues Licht oder kurze
Wellenlängen) und rd (für rotes Licht oder für lange Wellenlängen) bezeichnet.
Eine pulsierende atrömungooptisehe Vorrichtung (vergleiche
Figuren 2 und 3 und die vorstehenden Erläuterungen) lenkt in der Anordnung nach Fig« 4 aufgrund der ihr eigenen
chromatischen Aberration blaues und/oder rotes L-icht oder kürzere und/oder längere Wellenlängen in die oder aus
109813/0361
- 35 BAD ORIGINAL
den kreisförmigen oder !bogenförmigen Öffnungen in der zwiebelschalenförmigen Blende ab; damit wird auch der
Fühler entweder beleuchtet oder nicht beleuchtet. Da das Fühlerausgangssignal einem "ja" oder "nein" oder "Ein-Aus"~Kode
.entspricht, ist das cfromätische Modulationssystem
für binäre Kodierung und Programmierung verwendbar.
Fig. 5 zeigt, eine schematische perspektivische Ansieht
eines Spaltblenden-Modulationssystems, das dem in den Pig» 2 und 3 dargestellten Gegentakt-Modulationssystems
nicht unähnlich ist„ Das System nach Fig. 5 dient jedoch zur Vertikalspuraufzeichnung von strömungsoptischen
Signalen, Die Elemente der Vorrichtung nach Fig. 5 entsprechen
im wesentlichen den Elementen der vorbeschriebenen Figuren mit der Ausnahme, daß eine Spaltblende
vor einem sich beispielsweise querbewegenden photoempfindlichen Band, Film oder ähnlichem Aufzeichnungsmedium
angeordnet ist. Besitzt die Vorrichtung während ihrer Schwingung eine große Brennweite, so wird die Aufzdichnungsspur
durch das obere und untere Ende des Schlitzes begrenzt. Beieeiner kurzen Brennweite der
strömungsoptischen Vorrichtung werden die Aufzeiehnungsspuren verkürzt. In Fig. 5 ist die lange Brennweite durch
einen Strahl L1 und die kurze Brennweite durch einen Strahl L1' gegeben„ Die Schlitzblendenanordnung dient
zur Aufzeichnung von Daten oder Strömungsvorrichtungssignalen mit beispielsweise einer geringen Rate, wenn
'te
eine parmanen/ photographische oder ähnliche Aufzeichnung
eine parmanen/ photographische oder ähnliche Aufzeichnung
109813/0361
- 36 -
gewünscht ist ο
Die Vorrichtung nach Pig. 5 eignet sich ebenso wie die vorgenannten Modulationssysteme (speziell die Systeme
nach den Fig. 1B und 4* bei denen eine große Anzahl
von Variablen in die Modulationsaufzeichnung eingeführt
werden kann) speziell in vorteilhafter Weise für bestimmte verschlüsselte Anwendungsfälle unter Benutzung
eines Kodes oder einer Chiffre (im Gegensatz zu Systemen welche auf abschließend getrennten Bildern
beruht)ο
Eine mit einer brechenden Flüssigkeit beschickte strömungsoptische
Vorrichtung kann als auf zwei Arten von hydraulischen Systemen, in denen Oszillationen, Wellen,
Pulsationen, Vibrationen oder eine entsprechende Leistungsübertragung möglich ist, beruhend angesehen
werden- Diese beiden Systeme sind die folgenden%
1» Wechselstrom-Hydrauliksysteme, welche Schwingleistung
durch eine gleichförmige Wechselbewegung der eingesperrten Flüssigkeit liefern» Dabei wird die Flüssigkeit
durch einen Strömungsoszillator oder eine andere Strömungsbetätigungsvorrichtung beaufschlagt. Die
letztgenannte Einrichtung enthält verschiedene mechanische und elektromechanische Pumpen und Umkehrventilanordnungen,
welche an sich bekannt sind» Aufgrund der diesen Einrichtungen eigenen Betriebseigenschaften
und der Verluste vom anfänglichen Impuls bis zur
109813/0361
- 37 -
endgültigen optischen Vibration sind diese Einrichtungen auf Frequenzen in der Größenordnung von
wenigen hundert Hertz beschränkt (woraus sich nichtsdestoweniger beispielsweise die Möglichkeit einer
Prozoßsteuerung, einer bestimmten "langsamen" Datenverarbeitung
und einer Infraschallwandlung ergibt). Diese und entsprechende Systeme können so ausgebildet
werden, daß sie eine strömungsoptische Vorrichtung bei überaus langsamen Raten, beispielsweise in einem vollen
Expansions- und Rolaxationszyklus von Minuten Stunden
oder Tagen betreiben, woraus sich spezielle Anwendungen ergeben (tfarn- und Signalsvorrichtungen für Strömungsverstärker, Drucksystemc·- einschließlich Gasen-? und
ähnliches). Mit feineren und genaueren 3trömungsoptischen Systemen, welche kleine und genau entwickelte StrÖmungsbetätigungsvorrichtungon
besitzen, sind jedoch Frequenzen bis zu mehreren Kilohertz möglich.
2. Das zweite Antriebs- odor Botätigungssy3tem wird als
"Impulshydraulik" bezeichnet, da ea Druckimpulse ohne starke 33ewogung der in der strömungsoptischen Vorrichtung
enthaltenen Flüssigkeit überträgt, Strömungsantriebe umfassen zuüUtzlich zu den bestimmten im folgenden be-Bchriebenen
Strömungovorrichtungen piezoelektrische, elektroakustisch^, elektromagnetische Anordnungen und
Anordnungen mit beweglicher Spule sowie variabler Reluktanz. Die Frequenzen können in einem aehr großen
Bereich liegen, der von dor Größe und den Betriebooißenochuften
abhängt. Der Frequenzbereich oretreckt oich
109813/0381
- 38 -
BAD ORIGINAL
dabei beispielsweise von einigen hundert Kilohertz nach unten-
Die ."vorstehenden Erläuterungen und die orientierten
Werte sind hier lediglich als representative Werte und nicht als Grenzen angegeben, da sie als Funktion der
speziellen Form der strömungsoptischen Vorrichtung und im Hinblick auf Paktoren wie Größe, Trägheit des strömenden
Mediums und der Fenster, Viskositätsdämpfung und Abstand zwischen der StrömungoEiedium-Betätigungsvorrichtung
und der strömungsoptischen Vorrichtung in einem weiten Bereich variabel sind. Beispielsweise besitzt ein ein strömendes
Medium durchlaufender Impuls typischerweise eine Geschwindigkeit zwischen etwa 1 millisokunde und größenordnungsmäßig
hunderten von Nano3ekunden pro foot des durchlaufenden Mediums. Es ist evident, daß kleine Optiken und
kurze Verbindungen Zeiten bis zu einigen zehn Nanosekunden ermöglichen.
Der Begriff "Strömungavorriehtung" steht hier für Vorrichtungen,
v/elche Strömungs- oder Druoksignale verstärken,
einen Leistungsgewinn oder andersartige Signaländerungen im strömenden Medium möglich machen. Eine gute Zusammenfassung
derartiger Vorrichtungen findet sich in der "Pluidpower
Reference Issue" in der Zeitschrift "Machine Design" (22. Sept. 1966) und in folgenden Nummern dieser und
anderer Zeitschriften. Strömungsvorrichtungen werden heute
in a) nktive Elemente und b) passive Elemente eingeteilt.
109813/0361
- 3SP-
: BAD ORIGiNAL
Die aktiven Strömungsvorriehtungen erfordern eine getrennte leistungszufuhr, da sie einen Gewinn erzeugen; dabei
handelt es sich um swei grundsätzliche Arten, nämlich digitale und proportionale Ausbildungen. In einer digitalen
Vorrichtung ändert sich das Ausgangssignal zwischen swei direkten Energiewerten, wie sie durch das Steuersignal
bestimmt werden; diese Vorrichtungen werden auch als logische Elemente bezeichnet, da sie logische Punktionen
ausführen können. Beispiele sinds
Wandbefestigung, Induktion, Schneideton, Ablenkgerät und Turbulenz. In proportionalen Strömungsvorrichtungen
besitzt das Ausgangssignal eines proportionalen Verstärkers einen kontinuierlichen Bereich von Werten, da es sich
proportional mit dem Eingangssignal ändert. Beispiele sind; Strahlwechselwirkung, Wirbel, Direkt- und Anschlagmodulatoren,
Gewöhnlich können die verschiedenen Typen von Strömungsvorrichtungen untereinander verbunden v/erden.
Passive Strömungsvorrichtungen erfordern andererseits keine getrennte Leiotungszuführung, da sie keinen Gewinn erzeugen.
In passiven Elementen ist Massenfluß das Analogon von Strom und Druck das Analogon von Spannung. Beispiele sinds
Widerstände, Spulen, Kapazitäten, Verzögerungsleitungen, Filter und Strömungsdioden.
Mit strömungsoptischen Vorrichtungen gekoppelte Strömungsvorrichtungen können gewöhnlich unter schlechten Umgebungsbedingungen
arbeiten. Zur Herstellung ist eine Vielzahl von
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""""" BAD ORIGINAL
strömenden Medien und strukturellen Materialien vorhanden. Der Betrieb ist in starken elektromagnetischen oder
Kopuskularstrahlungsfeidern für Zeitperioden möglich,
die um mehrere Größenanordnungen langer sind als "bei
konv ntionellen elektronischen Anordnungen. Strahlungsimpulse beispielsweise von Atomkerndetonationen und
Reaktoren beeinflussen gewöhnlich den Betrieb einer richtig entwickelten strömungsoptischen Vorrichtung nicht«
Die Strömungsvorrichtungon können durch ein geeignetes
nabeiförmiges Gebilde und durch Verwendung von Gehäusen von der strömungsoptischen Vorrichtung bzw, von den
strömungsoptischen Vorrichtungen isoliert werden, um einen Betrieb bei verschiedenen Temperaturgradienten, bei
Vibration und Stoßen möglich zu machen. Hehrfach gegabelte Faseroptiken, Stoßmontierungen, schalltote Gehäuse und
ähnliches können dazu dienen, um die Inte-grität einer
derartigen Isolierung zu erhalten., Für Strömungsvorrichtungen
ergibt das Fehlen von sich bewegenden mechanischen Teilen ebenso wie generell bei strömungsoptischen Vorrichtungen
eine hohe Betriebssicherheit, wobei gleichzeitig Einfachheit und geringer Aufwand erhalten bleiben«
Es können miniaturisierte Vorrichtungen konstruiert werden,
um Gewicht und Volumen zu sparen. Diese Möglichkeit ist oft für viele strömungsoptische Anwendungen bevorzugt, bei
denen die Antriebsenergie minimal sein muß. Für einen gegebenen Eingangsdruck ist die Leistung der Strömung
proportional; da die Strömung von der Fläche abhängt,
1098 1 3/0361
miniraalisieren kleine Strömungsflachen die Leistungsanforderungen,
Die Gröi3e der Leistung, welche in eine strömungsoptische
Vorrichtung eingebracht v/erden kann, wird unter andeasem
durch folgende Paktoren bestimmt?
a) die Größe und die Geometrie der Vorrichtung;
b) die Natur und die I.Ienge der Strömungsmediumbeschickung;
c) die Rate, mit der die Leistung ein- und abgeführt wird;
d) die Elastizitätsmoduln und BiegeTestigkeiten der
Komponenten, speziell der flexiblen Fenster oder Spiegel;
e) die Trägheit des Systems und seiner Komponenten; .
f) die Viskositätsdämpfung der eingesperrten Flüssigkeit;
g) der Dampfdruck der Flüssigkeit;
h) der Kavitationspunkt der Flüssigkeit, der durch den Zusammenhang zwischen den Leistungsabfall und dem
Dampfdruck bestimmt wird,
i)en gröi3ten Betrag an Vibrationsenergie, den beispielsweise
V/H« β or ohno Kavitation übertragen kann, wenn der Druck
760 mm übersteigt, liegt in der Größenordnung von 0,5 Watt/cm . Salz erniedrigt den Dampfdruck aehr wesentlich;
«ο fällt Litiumjodid von 13,6 mm (0,5 Gramm/Mol) auf 445»0 mm
(10,0 Gramm/Hol) für eine wässrige Löaung (bezogen auf
ϊ/iirji5er boi 100 0G). Bei geeigneter Wahl der Flüssigkeit
iub dio Kavitation gewöhnlich ein geringen odor gar kein
Problem; viol ο organische Flüssigkeiten, boispieluwei3e
dio .Silicone, neigen nicht i;ur Kavitation.
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-42-BAD "OBHSTNaL
-42- 1B39334
Die Flüssigkeit, welche sur Füllung der Kammer der strömungs- *
optischen Vorrichtung verwendet wird, soll natürlich mit,
dem Elastomer verträglich sein. Die Flüssigkeit kann in Abnängigkoit von einer speziellen Ausführungsform hinsichtlich
der Brechung an das Elastomer angepaßt sein oder nicht. Dies ist gewöhnlich nicht kritisch;, wenn das Fenster
sehr dünn, beispielsweise einige mils dick ist. Sowohl für dickere Fenster als auch für elastische Fenster mit von einer
ebenen Schicht abweichenden Geometrie ist eine Anpassung hinsichtlich der Brechung bevorzugt.
Die Anzahl der Flüssigkeiten, welche zur Beschickung von
strömungsoptischen Vorrichtungen potentiell erhältlich sind,
ist buchstäblich imenns. Dabei handelt es sich sowohl um anorganische als auch organische Flüssigkeiten wie auch um
verschiedene Lösungen. Die hervorragenden Eigenschaften umfassen Brechungsindex, chemische und physikalische
Stabilität, Viskusität9 elastomerische Kompatibilität.,
Dichte und Dampfdruck, spektrale Durchlässigkeit und ähnliches, Beispiele (mit auf die NaD-Linie bezogenen Brechungsindizes dies
ändert 3ich natürlich mit dem speziellen Teil des behandelten Spektrums - ) sind:
Wasser (1,33), verschiedene Clykole (1,4), Öle (1,5 bis 1,6),
halogensubstituierte Naphthaline und andere Ringverbindungen (1,6 Jodmethan (1,74) und Lösungen von verschiedenen Substanzen
in Jodmethan (1,79 bis 1,96). Wässrige Lösungen von Rohrzucker, welche (für Zuckerunalyoo) auf It0=O,OQQü-Genauigkeit tabuliert
sind, sind oinfach und geeignet; diese und andere Werte sowie die
oben gemannten anderen Eigenschaften aiutl in Standardhundbüchern
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BAD ORIGINAL"
In speziellen Ausführungsformen einer strömungaoptischen
Vorrichtung kann es wünschenswert sein, -eine flüssigkeit
"bei erhöhter Temperatur oder andererseits eine korrodierende oder reaktive Flüssigkeit, beispielsweise
Fluoride und Chloride von Silicium, Titan und Zinn zu verwenden„
Die Flüssigkeit soll frei von suspendierten Partikeln und anderen Verunreinigungen sein. Farbstoffe und ähnliche
Zusätze zur Erzielung einer speziellen spektralen Qualität sind vorzugsweise in der verv/endeten
Flüssigkeit lösliche In der Flüssigkeit vorhandene Luft oder Gas kann vorder Verwendung durch Kochen
oder Vakuumentgasen aus den Flüssigkeiten entfernt werden ο Die Benetzbarkeit kann durch Verwendung einer
geringen Menge eines nichtschäumenden Mittels erreicht
werden» Die Wahl der Flüssigkeit aus der gleichen chemischen Familie wie die des Elastomers ist oft
vorteilhaft; ein Beispiel dafür sind Silicone oder
Silicongummi. Spiegellinsen können mit Flüssigkeiten versehen werden, welche reflektierende Partikel tragen»
Beispiele dafür sind Metallkoloide, Bronzen und Additive, welche Licht in speziellen spektralen Bereichena beispielsweise speziell im infraroten und ultravioletten
Bereich, reflektieren.
1098 13/0361 ~U~
:,·.:- BAD OH)GINAL
Das Reifen- oder Ringelenent ("beispielsweise D in Figur 1)
kann so ausgebildet werden , daß es als Wärmeabführung
dient 9 um Wärmebildung, die Erzeugung von Schlieren
oder ähnlichem in der optischen Vorrichtung zu vermeiden» Beispielsweise kann das Element D aus einem Material
von hoher Wärmeleitfähigkeit (beispielsweise Graphit, Kupfer, Silber, goldplatiertes Metall oder Kunststoff)
hergestellt sein, wobei auch zusätzliche Wärme abstrahlende FlächHn in Form von Rippen, Oberflächenwellungen
oder ähnlichem vorgesehen werden können» Andererseits kann der Reifen auch selbst rohrförmig ausgebildet sein,
um ein flüssiges oder gasförmiges Kühlmittel, wie beispielsweise Wasser oder FluorkohlenstcEf, zu führen;
in diesem Fall kann eine kleine Pumpe vorgesehen werden, um das Kühlmittel in einem Kühlsystem mit geschlossener
Schleife zirkulieren zu lassen»
Die Reifenanordnung kann bei einer Doppelringkonstruktion so ausgebildet werden, daß eine oder beide Ringe drehbar
sind, wie dies bei einem polaroidartigen Elastomerfenster der Fall ist.
Bei einfacheren str'ömungnoptischen Vorrichtungen wurde
als Antriebs-Leistungszufuhr- oder Schwingungserzeugungsvorrichtung eine Gummi- oder Elastomerhandpresse
oder ein entsprechender Ballon vorgesehen, wobei das
10 9 8 13/0361
-45-
gesamte System mit einer Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, gefüllt ist und am Einlass E in Figur 1 gtngeschlossen
ist» Diese elementare Ausführungsform der Erfindung ist durch einen variablen Brennpunkt oder
eine variable Vergrößerung in fester Position gekennzeichnet (hier ist das Auge Fühler). Für bikonvexe
und plan-konvexe Strömungslinsen (mit klaren Polyester und Polyätylenfenster von 5 mils Dicke) ist die Bildgenauigkeit
für Durchmesser von 2 bis 6 inch überraschend gut» Die Anwendungsmöglichkeiten einer derartigen strömungsoptischen
Vorrichtung umfassen die Feinbearbeitung von begrenzten Flächen, beispielweise Bearbeitung von
elektronischen Anordnungen, die Manipulation heißer Isotope (die einge-^perrte Flüssigkeit kann mit sehr
dichten gelösten metallischen Stoffen beschickt werden), Medizin und Chirurgie (verfügbar wegen geringer Kosten)
und ahn Liehen, wo eine einfache Verstärkung bei einem
hohen Grad von Bilddefinition erforderlich ist» Eine
derartige ütrömungaoptische Vorrichtung kann für die
Forschung, die Erziehung und für die Lehre von Licht und Optik sowie für Hilfsaubjekte zur Anwendung kommen.
Eine konvergierende Gtrömungf3optiache Vorrichtung (einfach
oder zu::amm(ingefietzt), welche mit einem Manometer oder
-46-
109813/0361
BAÖ ORIGINAL
einer ähnlichen Druckablenevorrichtung (beispielsweise
am Auslass E1 in Figur 1) versehen ist, bildet eine
•ι Einrichtung zur "optischen Telemetrie, zur Vermessung9
zur Ausflüchtung, für Geodäsiezv/ecke und ähnliches,
wenn das Manometer oder eine entsprechende Druckablesevorrichtung mit einer Druckskala versehen ist, welche
die Linsenkrümmung in eine lineare Brennlänge und damit
!■,■??.? Mxj.-g_v~^^.ή-CLsrjJr, in einem Abstand
überträgt. Bei Verwendung eines kontinuierliche Wellen abstrahlenden Gaslasers mit sehr geringer Strahldivergenz
und sehr geringer sichtbarer Ausgangsstrahlung (so daß keine Feuergefahr vorliegt), ist folgender Vorgang
möglich: Wird der Laserstrahl durch eine konvergierende strömungsoptische Vorrichtung mit gegebener Krümmung
und gegebenem Brennpunkt geschickt, so ist ersichtlich, daß der Laserstrahl in diesem Brennpunkt, etwas außerhalb
und längs der optischen Achse abklemmt» Wird jedoch die Krümmung der strömungsoptischen Vorrichtung und damit die
Brennlänge geändert, so kann erz'eicht v/erden, daß der Abklemmpunkt einem entfernten Target entspricht, wodurch
die Messung des Abstandes zu diesem Target möglich ist.
Dabei wird die strömungsoptische Vorrichtung (beispielsweise
die Vorrichtung nach Figur ί) anfänglich mit einer
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BAD ORIGiNAL
Flüssiäkeit bei Umgebungsdruck "beschickt, so daß die
Elemente A und B nach Figur 1 parallel sind» Dabei tritt der Strahl ohne wesentliche Änderung durch strömungsoptieche
Vorrichtung durch« Danach wird über den Einlass E (graduell) ein Druck auf die Flüssigkeit im Raum G- ausgeübt, um
die Elemente A und/oder* B in eine konvexevKonfigurätion
zu bringen, so daß sich ein konvergierendes optisches System ergibt. Der Druck wird bis zu dem Punkt erhöht,
bei dem der Laserstrahl (gewöhnlich in der optischen Achse) nach unten fokussiert und schließlich gerade an
der Oberfläche des Targets abklemmt; dieser Effekt kann in jedem annehmbarem Winkel vordem Target beobachtet
werden, Der Druck oder die Krümmung werden dann auf einer kalibrierten Skala in einen Abstand oder ein-e
Länge überführt, um Abstandv/erte ablesen zu können«
Der Begriff "Elastomer" ist hier in Überein-Stimmung
mit der fachlichen Bedeutung ein genereller Begriff, welcher ein natürliches oder synthetisches (oder eine
Kombination davon) sowie ein organisches oder metallorganisches polymeres Material mit typischen gummiarten
Eigenschaften bezeichnet» Bei diesen Eigenschaften handelt es sich um Elastizität, Federvermögen, Verstreckbarkeit,
Ausdehnungsvermögen und ähnliches» Ein Elastomer kann eine natürliche Substanz, wie beispielsweise ein
109813/0361 -48-
G-ummi oder ein modifzierter Gummi#oder wenigstens
einer der synthetischen Stoffe, wie beispielsweise Sylicongummi, Polyester, Polyäthylen, sein. Elastomere
sind in Schichtenform oder in einer für die Herstellung
spezieller Geometrien geeigneten Form, wie beispielsweise
eine Meniskuslinse, welche elastisch ist und sich beim Nachlassen einer auswirkenden Kraft erholt,
erhältlich=
Es ist zwar für die meisten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bevorzugt, daß das elastomere Element
(beispielsweise Fenster, Linse oder Spiegellinse) neben einer Ausbildung als dünne Schicht oder Schichtenfolge
{vorzugsweise querangepaßt oder geschichtets um die
physikalische Isotropie zu gewährleisten) eine nicht zusammengesetzte, dünne ebene Schicht ist, damit im
Hinblick auf Biege- und Scherfestigkeiten und ähnliche
Qualitäten eine optische und physikalische Homogenität erreicht wird»
Das elastomere Element kann jedoch auch eine Bespannung, SSasernf sogenannte Kontaktdrähte und ähnliches enthalten,
um spezielle Festigkeitscigenschaften zu erreichen» Das gleiche gilt für Zusätze, v/elche dem elastomeren
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Element spezielle Eigenschaften geben. Dabei handelt es sich beispielsweise um feote Partikel (beispielsweise
solche, welche zu spektralen Bandpässen führen), welche im Elastomer dispergiert sind; in bestimmten Fällen sind
vorzugsweise beispielsweise Farbstoffe (Metall-Phtylocyaniede) zur Filterung oder Q-Verschlechterung in fester lösung im
Kunststoff vorhanden=
Darüberhinaus kann das entweder durchlässige oder reflektierende elastomere Element (beispielsweise A und/oder B
in Figur 1) für .spezielle Ausführungsformen der Erfindung
folgendermaßen ausgebildet seins
a) als flexibles dehnbareu Brechungsgitter (für den ultravioletten,
sichtbaren oder infraroten Bereich des Spektrums);
b) alfj Fadenkreuz, Gradnetz,andere Skala, Bezugsgitter oder
ähnliches;
c) aiii Antireflexionsschicht;
d) als polarisierende Komponente, beispieleweise vom
Polaroid typ oder Polacottyp;
e) als Hollogramm.
Die letztere Möglichkeit ist von speziellem Interesse,
da ein elastisches Hollogramm erhalten v/ird; dabei handelt es aich um eine Serie von Hollogrammen, welche beispielsweise
konzentrisch oder als Serie von Ringen angeordnet sind.
109813/0361 -50-
BAD
Jedes der· "Ringhollogramme" entspricht einer gegebenen
Krümmung "bzw» einem gegebenen Brennpunkt der strömungsoptischen Vorrichtung, wodurch wiederum bei Projektion
und Bildrückgewinnung ("beispielsweise durch Laser ) eine Serie von hollographischen Bildern erhalten wird, wenn
die strömungsoptische Vorrichtung eine Folge von unterschiedlichen Krümmungen und Brennpunkten durchläuft
(es ist auch zu bemerken, daß beispielsweise jedes kreisförmige oder ringförmige Hollogramm so ausgebildet
werden kann, daß es lediglich einem speziellen sichtbaren oder nicht sichtbaren Teil des Spektrums entspricht;
derartige Bandpässe werden durch Verwendung von dikroidischen Filtern erhalten).
Elastomere mit bestimmten ausgeprägten Eigenschaften (der Brechungsindex η ist auf die 0,589 /U-NaD-Linie
bezogen und soll daher für andere mit der Temperatur vereinharte Wellenlängen eingestellt werden) umfassen*
Akryle; diese große Familie enthält Akrylharze in Ethyldichlorid, v/obei ein farbloser, schattenfreier
und harter Film gebildet wird, welcher bei η = 1,48 92 o/o Licht bei Wellenlängen von 0,45 bis 0,800 /U überträgt»
Andere Modifikationen von Akrylester-Elaatomeren besitzen entsprechende Eigenschaften, wobei die Veratreckbarkeit
durch Zusatz von geeigneten Weichmachern modifizier-
109813/0361 -^1-
BAD ORIGINAL
bar ist» Die niederen Akrylester, wie beispielsweise Metyl und Äthyl zeigen eine ungewöhnliche Klarheit
in sichtbaren Spektrum«
Zellulose; Acetatester können als feste und harte Stoffe mit guter Flexibilität und hohen Transparengrad
bei η = 1,46 bis 1,50 erhalten werden (Übertragung von
Ultraviolett bis hinunter zu 0,29^u mit einer Übertragung
von 95 Θ/ο in sichtbarem Bereich)ο Butyrat, Ithyl, Propionat
und Nitratzellulose, welche geeignet v/eich gemacht sind, besitzen gewöhnlich gleichartige Eigenschaften»
Gummi (Isoprenpolymere): Natürlicher Gummi und ein normaler Gummi-Hydrochloridfilm zeigen eine Lichtübertragung
gering unterhalb der von Zellulosederivaten mit η - ca 1,52O
Gummi und modifizierte Gummi sind die am meisten elastischen Materialien, deren Zugfestigkeit bis zu Werten 5 x 10 Xb*/in.
reichen, wobei die Ausdehnungen bis zum Bruch bis etwa 10 o/o hinauf variieren»
Polyamide (neylon)s Die große Reihe von Heyions biöbet
viele Auswahlmöglichkeiten für klare, harte und hochelastische Schichten, welche auch zu dickeren optischen Elementen
mit η = 1,53 formbar sind»
-12 10981 3/0361
....... BAD ORIGINAL
1b39334
Polyvinyle; Ein Polyvinylalkoholfilm ist gasklar und im ultravioletten Übertragungsbereich lediglich, einem Zelluloseacetat
untergeordnet» Das Acetat-Copolymer und Polyvenyl·; chloridacetat sind gleichwertig»
Polyester (Mylar): Dieser hochdehnbare Film zeigt ungewöhnliche Klarheit und Härte„
lolyfluoräthylen - (und andere ) Polymere; Die Klarheit
dieser Klasse ist generell geringer als die der meisten anderen, obv/ohl der Wärme widerst and und die Widerstandsfähigkeit
gegen chemische Reagenzien einen Vorteil für strömungsoptische Vorrichtungen bieten, welche in ungünstigen
Umgebungen arbeiten sollen» Für einen Betrieb in infraroten Bereich tritt jedoch der Nachteil der Absorbierung
bei Wellenlängen von 8,0 bis 11,0 /u im Bereich
der Ausgangsstrahlung des Kohlendyoxidlasers auf»
KLyäthylen; Dieses Elastomer besitzt in Verbindung mit
einem hohen Grad von I-ichtübertragungsfähigkeit gute
Elastizität und Biegefestigkeit,
Polykarbonate und Polypropylene: Etwas geringere Elastizität,
jedoch im Vergleich zu den vorgenannten Materialien ungewöhnliche Klarheit ο
109813/0361 .3_ ·'"' "*""" BAD ORIGINAL
Silicongummi: Hierbei handelt es sich um eine Klasse voii
ungewöhnlich harten, flexiblen und temperaturbeständigen Elastomeren, welche sowohl in verstärkter (beispielsweise
mit Dakronpolyester) als auch in nichtverstärkter Form erhältlich sind. Die Klarheit entspricht grob der von;"
Fluorkohlenstoffelastomrenο Die Lichtdurchlässigkeitsgrade
können ebenso wie die von bestimmten anderen Elastomeren als elastische Diffusoren ausgenützt v/erden.
Informationen über chemische Eigenschaften, Aufquellen und Ermüden, Herstellungsverfahren und ähnliches können
der Standardliteratur entnommen werden»
Bei größeren strömungsoptischen Vorrichtungen, spezielle bei Vorrichtungen, welche mit einer relativ großen Flüssigkfiitamasse
beschickt sind, kann ein Durchbiegen auf Grund der Schwerkraft (bzv/. eine Verzerrung) durch folgende
Maßnahme kompensiert werden:
a) Verwendung eines dickeren und festeren elastischen
El einen tee;
b) Verstärkung (durch Fasern, Kontaktdrähte oder Gev/ebe);
c) Verstärkung durch Verstärkung dea elastischen Elementes
in solchen Bereichen, welche dem Schwerefeld näher benachbart nind oder mehr Laot tragen;
d) Verwendung einer kompensierenden Optik oder Platte.
-5* 109813/0361
Eine durch. Schwerkraft hervorgerufenen Verzerrung ist
generell in strömungsoptischen Vorrichtungen größer, welche etwa um 90° zur optischen Achse angeordnet sind*
Allerdings kann eine Schwerkraft^- und Gewichtsverzerrung,
wie "beispielsweise im Falle einer parallel zur Achse angeordneten Linse (die Linse ist nach oben oder nach
unten gerichtet) mit Vorteil ausgenutzt werden; bei einer plan-konvexen Linse ergeben sich dabei für ein nach
"unten" gerichtetes elastisches Fenster größere Krümmungen» Dieser Sachverhalt gilt ebenso umgekehrt. Bei einer
bikonvexen Linse wird die Konfiguration einer Meniskuslinse angenäherte Schwerkrafts- und Gewichtsverbiegungen
sind gewöhnlich für reflektierende strömungsoptische Vorrichtungen, bei denen das elastische Element oft
extrem dünn oder dick ist, von geringerem Interesse» Dies ist auch dann der Fall, v/enn der Durchmesser oder
die Oberflächen-größe der primäre bestimmende Faktor
ist ο
Bei einer weiteren speziellen Ausfüh£ungaform verbleibt
im Zentrum einer reflektierenden, elastischen Spiegellinse ein transparentes Fenster aus einem Kunststoffsubstrat
woraus sich eine Strömungsoptische Vorrichtung in Schmidt-,
Bouwer3 - Maksutor-, oder ähnliche Ausführung ergibt» Weiterhin kann eine speziolle Form einer Linae erhalten
_ 5.5 109813/0361
BAD ORIGINAL
werden, wenn entweder das Element A oder das Element B in Figur 1 verspiegelt wird (auf einer oder auf beiden
Oberflächen) und das System mit einer brechenden Flüssigkeit
beschickt wird,, so daß entweder eine plan-konvexe oder bikonvexe strömungsoptische Reflexions-Brechungs-Vorrichtung
entsteht. Die Lichtquelle ist konventionell zur Optik angeordnet; beispielsweise befindet sie sich
vor der reflektierenden Oberflache, welche mit einer Brechungsoptik verbunden ist»
Die Begriffe "Fühler" und "Aufzeichnungseinrichtung" sowie diesen ähnliche Einrichtungen, welche mit einer
strömungsoptischen Vorrichtung in Verbindung stehen, sollen im Rahmen der vorliegenden Erfindung weitgehend
als äquivalent angesehen v/erden«. Das menschliche Auge
soll dabei mit eingeschlossen sein» Die Einrichtungen
können entweder elektronisch oder nichtele&tronisch sein. Viele Lichtfühler und Lichtaufzeichnungseinrichtungen
sowie entsprechende Verfahren und Mittel sind an sich bekannt. Die Wahl eines speziellen Fühlers hängt gewöhnlich
von der speziellen erfindungsgemäßen Ausführungsform
ab, wobei der behandelte Spektralbereich mit in die . ° Betrachtung einzubeziehen ist. Die spezielle Auswahl
^ kann dem Fachmann überlassen bleiben. Hilfsschaltungen
-^ und entsprechende Einrichtungen können im Rahmen der elektro-
to nischen Möglichkeiten ausgewählt werden, welche der Auslesung ~~* in Form eines endgültigen Signals, einer Aufzeichnung, eines
Bilden oder ähnlichem entsprechen.
BAD
Elektronische und entsprechende Fühler sind Photozellen ("beispielsweise phot ο emissive, photoleitende und photovoltaische
Zellen), auf Wärme entsprechende Elemente, Thermistoren, Radiometer, Bolometer, Pyrometer,
Photovervielfacherröhren und ähnliches. Die Wahl eines gegebenen Fühlers wird unter anderen durch den in
Betracht gezogenen Spektralbereich, den Lichtfluß, die Empfindlichkeit und die Fähigkeit zur Verstärkung oder
nachfolgenden Auslesung auf einem Oszillographen, einer
Aufzeichnungsmaschine bzw. einem Streifenaufzeichnungsgerät
oder einer ähnlichen Einrichtung bestimmt« Bildverstärker sind speziell bei sehr geringen Strahlungen
oder im Falle der Notwendigkeit der Sichtbarmachung eines schwach fluktuierenden Lichtflecks oder eines anderen
Lichtrasters (sichtbar odor unsichtbar) verwendbar-
Nichtelektronische und entsprechende Fühler oder Aufzeichnungseinrichtungen sind photographische Emulsionen
(Halide und Nichthalide), Schwarz-Weiß und Farbe und auch
spektralspezifische Filme, beispielsweise Infrarot-Farbfilme), photochrome und thermochrome Reagenzien (beispielsweise
in Schirmform), fluoreszente, thermoluraineszente
und infrarot-empfindliche Phosphorschirme und ähnliches. Weiterhin ist stanzbares, brennbares und entsprechendes
Papier, ein entsprechender Kunststoff oder anderes Papier in Band- oder Scheibenform verwendbar.
Im Rahmen dor vorliegenden Erfindung soll es sich bei einer
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- ■··.- BAD ORIGINAL
kontinuierlichen oder gepulsten Lichtquelle um eine Quelle handeln, welche sowohl kohärentes als auch
inkohärentes Licht mit Wellenlängen aussendet, die im ultravioletten, sichtbaren und/oder infraroten Bereich
des Spektrums liegen. Auch inkohärente Lichtquälen sind
an sich bekannt; dabei kann es sich um Fadenlampen, Gas- und Dampfentladungslampen (beispielsweise Alkali
und Schwermetall, Metalloid, Edelgase und ähnliches), Glühlampen (beispielsweise Zikonerdebogen) und um
spezielle Lichtquellen, wie beispielsweise elektrische Bögen, Funken, verpuffende Drähte, dotierte Flammen,
angeregte Phosphore, geschockte Gase und ähnliches handelnα Im äuammenhang mit militärischen Anwendungen
der Vorrichtung gemäß der Erfindung sind auch auf chemische und kornphysikalischo Explosionen fallendes Licht, Rakaten
oder andere Antriebssystem von Interesse.
Bei speziellen Auoführunguformen kann die Lichtquelle
einen Teil der strömungsoptischen Vorrichtung bilden. So kann beispielsweise da:j Element Λ in Figo 1, das gewöhnlieh
starr und nicht notwendig oben ist, eine Elektrolumineszenz-
oder Irjotopenlichtquelle sein, v/as bei ebener Ausbildung zu einer plan-konvoxen Linse und bei konvexer AuskU
bildung zu einer Meniskufiiinso führt. Da eine Iootopenlichtquollo
(bciijpic; Lowcino ein durch Tritium angeregter
Phoijphor) unabhängig von "einer elektrischen Speisung iat,
iijL el ioijo Ann führungnform für Computer, Fernprozeßütoiiorun/r
und and or« bedirriungBfroie Anwondungon geeignet.
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- 5ö -
BAD ÖRiGIMÄL
Ebenso sind kohärente Lichtquellen, wie Laser oder laserartige Lichtquellen in vielfältiger Weise an sich
bekannt. Eine gute Aufstellung dieser Lichtquellen findet sich in Arbeit "Characteristics of Lasers" 1965,
von M.L. Bhaumik, L.V/. Carrier und N.E.Johnson,
veröffentlicht in "Laser Focus Magazine" (Advanced Technology Publications, Inc., Newtonville, Massachusetts),
herausgegeben von Wm. E. Busher. Dabei handelt es sich um Festkörperlaser (beispielsweise mit seltenen Erden
dotierte Gläser; verschiedene dotierte Kristalle, wie beispielsweise Rubin, Erdalkaliwolframate, und molybdate,
seltene Erdengranate ; Fluoreszente Moleküle in Kunststoffgrundmaterialienj und Insektions- und
Halbleiterlaser); Ionen und Molekül-Gaslaser (beispielsweise Kohlendioxyd, Sticktitoff, Edelgase und verschiedene
organische und anorganische Dämpfe; und Flüssigkeitslaser (beispielsweise Lösungen wie
Neodymsalze in Selenoxidchlorid, seltene Erdenhalbgläser, organische oder anorganische Moleküle in
Gel-Grundstoff; und weniger bevorzugt, seltene Erdenchelate. Stimuliertos Brillouin- und Ramanlicht, sowie
Licht,das in einem Lorentzfeld ausgesandt wird, ist ebenfalls kohärentes Licht, das in speziellen AusfUhrungsformen
der Erfindung zur Anwendung kommen kann.
Es iat festzustellen, daß dio verschiedenen beschriebenen
npeziollon Auufiihrungsfornen lediglieh die generellen
Prinzipien dor Eι*findung illuatrierenj für den Fachmann
1098 13/0361
BAD ORIGINAL
sind verschiedene Kombinationen und Permutationen der gebräulichen sechs Linsentypen, wie sie in der folgenden
Tabelle angegeben sind, leicht ersichtlich.
Zahl eben convex concave Name am dicksten Effeiet
in oder an
I.....1 1 1· plan-convex Mitte convergierend
II..... 1 1 plan-concar Händer divergierend
III 2 biconvex Mitte convergierend
IV..... 2 biconcav Ränder divergierend
V 1 ' 1 concav-»convex Mitte convergierend
(Meniskus)
VI..... 1 1 concav-convex Ränder divergierend
Dabei handelt es sich ebenfalls um Ausführungsformen, welche
im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Spiegeloptiken oder Spiegellinsen bezeichnet werden. Es ist daher ersichtlich,
daß durch die vorliegende Erfindung eine neue große
Familie von "strömungsoptischen Vorrichtungen" geschaffen wird, welche neue optische Möglichkeiten schafft, die bisher,
insbesondere im Fall von serienartigen oder zusammengesetzten otrömungsoptischcn Vorrichtungen mit beispielsweise fest-flüssig-gasförmigen Terbindungsflachen und
deren verschiedenen Kombinationen nicht in Betracht gezogen worden sind.
Strömungsoptische Qualitäten, wie beispielsweise Gewicht, Größe und Kosten sind im Vergleich zu den gleichartigen
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-GO-
Qualitäten bei Glasoptiken gleichwertig; dies trifft insbesondere für die mehr oder weniger konventionellen
Optiken zu, welche in außersichtbaren Teilen des Spektrums arbeiten. Beispielsweise liegt die Gewichtsersparnis gegenüber Glas in einem Bereich zwischen 294
bis 2,8 (gewöhnliche optische Gläser) und 3 bis 6 (schwere Kieselgläser und seltene Erdengläser).
StrÖmungsoptische Vorrichtungen können hinsichtlich der
Größe in einem Bereich zwischen wenigen Millimetern und einigen Metern im Durchmeaser liegen. Eine konventionelle
Ultraviolettlinse, beispielsweise mit einem halben Meter Durchmesser, ist sehr teuer; für den kurzen
Ultraviolettbereich ist eine derartige Linse noch nicht erreichbar» Wegen der geringen Kosten können
strömungsoptische Vorrichtungen bei der Behandlung von mechanischen oder elektromagnetischen Feldern extrem
hoher Energie einmal verwendbare Elemente sein. Es ist ein Betrieb in Temperaturbereichen von beispielsweise
- 65 bis + 425 0F möglich, wobei geeignete Flüssigkeitsbeschickungen (beispielsweise Flüssigkeiten auf
Pyrazinbasis, Hochphenyl - und mit Fluor versehene Silicone und Trimethylolpropanester) und verbesserte
oder zusammengesetzte Elastomere (bestimmte Elastomere sind flexibel bis zu -250 F) verwendet werden.
Im Vorstehenden wurde unter anderem versucht, auch theoretische Erklärungen zu geben. Sollten sich diese
jedoch nicht als richtig erweisen, so sollen sie nicht als bindend betrachtet werden.
23 Patentansprüche 1Q981 3/0361
5 Figuren - 6 -
Claims (1)
- - 61 -Patentansprüche 1039334J Veri'ahren zum Ändern dea WegeB eines Lichtstrahls durch Draahunß, dadurch gekennzeichnetι daß awei Scheiben einander gegenüber angeordnet v/erden, von denen wenigstens eine transparent und wenigstens eine flexibel ist, daß die beiden Scheibe α -in ihren Rändern miteinander befestigt werden, so daß eine von den beiden Scheiben gebildete strömungsdichte Kammer gebildet v/ird, daß eine Leitung für ein strömendes Medium an die Kammer angeschlossen wird, durch die ein transparentes strömendes Medium in die Kammer eingebracht werden kann, daß eine Druckeinrichtung zum Aufbringen eines Druckes auf das transparente strömende Medium an die Leitung für das strömende Medium angeschlossen wird, daß durch Betätigung der Druckvorrichtung ein Druck auf das strömende Medium in der Kammer übertragen wird, wodurch die flexible -Scheibe in einem Bogen gebogen wird und daß der Lichtstrahl durch das in der Kammer eingesperrte strömende Medium geschickt wird, wobei sein Weg durch Brechung geändert wird.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Scheiben reflektierend und die andere transparent und eine aer Scheiben flexibel ausgebildet ist und daß der Lichtstrahl zunächnt durch die transparente Scheibe geschickt und dann von der reflektierenden Scheibe reflektiert wird.5. Vorfanren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine nor Scheiben reflektierend und flexibel und die andere der Scheiben lichtundurchiäoaig ist, daß die Kammer mit einem- 62 109B13/O3G1strömenden Material gefüllt wird und daß der Lichtstrahl von* der Oberfläche der reflektierenden Scheibe reflektiert%wird„•4» Vorfahren zur Änderung eines Lichtstrahls durch Brechung., v/elcher durch eine transparente, gekrümmte Fläche läuft«, welche durch die Gleichungn/v + t/u = (n-i)/rbeschrieben wird, worin u der Abstand einer Lichtquelle von der gekrümmten Fläche, ν der Abstand eines Lichtfühlers oder des festgestellten Schnittpunktes des gebrochenen Strahls von der optischen Achse der gekrümmten Fläche, η der Brechungsindex des Materi ^.Is der gekrümmten Fläche und r der Krümmungsradius der gekrümmten Fläche ist und die gekrümmte Fläche als elastischer Festkörper ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lichtstrahl durch die transparente gekrümmte Fläche geschickt wird, daß die Werte η, ν und u konstant gehalten werden und daß der \7ert von r durch Einwirkung einer Kraft auf die elastische Festkörperfläche geändert wird, derarts daß der Krümmungsradius r zu- oder abnimmt, wobei die Brechung des durch die transparente gekrümmte Fläche geschickten Strahls geändert wird ο5. Vorfahren zur Änderung eines Lichtstrahls durch Reflexion, welche auf eine reflektierende gekrümmte Fläche auffällt, die durch dio Gleichung:1/u + l/v = 2/rbeschrieben wird, worin u der Abstand oinor Lichtquelle von109813/0361BADORJQfNALder gekrümmten Fläche, ν der Abstand eines Lichtfühlers oder des festgestellten Schnittpunktes des reflektierten Strahls von der optischen Achse der gekrümmten Fläche und r der Krümmungsradius der gekrümmten Fläche ist und die gekrümmte Fläche als elastischer Festkörper ausgebildet ist? dadurch gekennzeichnet, daß ein Lichtstrahl auf die reflektierende gekrümmte Fläche geschickt wird, daß die Werte u und ν konstant gehalten werden und daß der Wert von r durch Einwirkung einer Kraft auf die elastische Festkörperfläche geändert wird, derart daß sich der Krümmungsradius r vergrößert oder verkleinert;, wodurch die Reflexion des Lichtstrahls an der reflektierenden gekrümmten Fläche geändert wird»Verfahren zum Feststellen eines im ultravioletten, sichtbaren oder ultraroten Bereich des elektromagnetischen Spektrums liegenden Lichtstrahls, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl durch eine mit einer transparenten Flüssigkeit gefüllte Kammer geschickt wird, welche zwei transparente Fenster mit gemeinsamer optischer Achse besitzt, wobei eines dieser Fenster elastisch und federnd ausgebildet ist, daß Druckimpulse auf die Flüssigkeit aufgeprägt werden, so daß die Krümmung des elastischen und federnden Fensters geändert wird und daß der durch die Flüssigkeit und die Fenster gebx^ochene Lichtstrahll durch einen Lichtfühler festgestellt wird=7- Verfahren zum Feststellen eines im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Bereich des elektromagnetischen Spektrums liegenden Lichtstrahls, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl durch eine mit einem strömenden Medium gefüllte Kammer geschickt wird, welche zwei Membranen mit gemeinsamer optischer109813/0361BAD ORIGINALΊ639334Achse besitzt j v/obei eine der Membranen reflektierend und die andere transparent und eine der Membranen elastisch und federnd ausgebildet ist, daß Druckimpulse-auf das strömende Material aufgeprägt werden, so daß die Krümmung der elastischen und federnden Membran geändert wird und daß der an der reflektierenden Membran reflektierte Lichtstrahl durch einen Lichtfühler festgestellt wirdoβ« Verfahren zum Feststellen es im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Bereich des elektromagnetischen Spektrums liegenden Lichtstrahls, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl durch eine mit einem strömenden Material gefüllte Kammer geschickt wird, welche zwei Membranen mit gemeinsamer optischer Achse besitzt, wobei eine der Membranen reflektierend, elastisch und federnd ausgebildet ist, daß das strömende Material mit Oruckimpulsen beaufschlagt wird, so daß sich die Krümmung der federnden, elastischen und reflektierenden Membran ändert und daß der von der reflektierenden, federnden und elastischen Membran reflektierte Lichtstrahl durch einen Lichtfühler festgestellt wird ο9»'Verfahren nach den Ansprüchen 6S 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtstrahl kohärentes Licht verwendet wird»IΟ» Verfahren nach den Ansprüchen 6, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtfühler ein elektronischer Fühler verwendet wird a1098 13/0361 ^65 _BAD ORIGINAL11. Verfahren zum Modulieren eines Lichtstrahls, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl durch eine, eine Folge von Bogenabschnitten durchlaufende schwingende Linse geschickt v/ird, so daß der Lichtstrahl aufgrund der Schwingungen der Linse unterschiedlich gebrochen v/ird, und daß der variabel gebrochene Lichtstrahl auf einen Fühler geschickt v/ird, welcher als Funktion des unterschiedlich gebrochenen Lichtstrahls verschieden anspricht«12» Vorfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der auf den Fühler auffallende, unterschiedlich gebrochene Lichtstrahl in bezug auf den Fühler durch eine Reihe von linearen Brennpunkten moduliert v/ird..13» Vorfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der unterschiedlich gebrochene, auf den Fühler auffallende Lichtstrahl zunächst durch eine Blende geschickt wird, wobei die Beleuchtung des Fühlers begrenzt wird»14» Vorfaliron nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der unterschiedlich gebrochene Lichtstrahl inbozug auf den Fühler quer auf »eine optische Ächce zu und von dieser wegBchwingt.15» Vorfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der unterschiedlich gebrochene, auf den Fühler auffallende Lichtstrahl f.unächat durch eine Blende geschickt v/ird, wolche aufgrund von chromatischer Aberration zwei oder mehr »ich untcrijchoj'londu Li oh two Ilen] ringen durchläßt, wodurch der Fühl ο r (liaiiü Wellenlängen in oinor Fo Ige» von Zoitintervallon109813/036 1BAD ORIGINALempfängt} welche den Schwingungen des unterschiedlich ge^ brochenen Lichtstrahls entsprechen«,16ο Verfahren zum Modulieren eines Lichtstrahls, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl auf eine durch eine Folge von Bogenbereichen ahv/ingende elastische Spiegellinse geschickt wird, wodurch der "Lichtstrahl aufgrund der Schwingung der Spiegellinse entsprechend verschieden reflektiert wird, und daß der Lichtstrahl auf einen Fühler geschickt wird, welcher entsprechend dom unterschiedlich reflektierten Lichtstrahl unterschiedlich anspricht«17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der unterschiedlich reflektierte, auf den Fühler auftreffende Lichtstrahl in bezug auf den Fühler durch eine Folge von linearen Brennpunkten moduliert wird,18= Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der unterschiedlich reflektierte, auf den Fühler geschickte Lichtstrahl zunächst durch eine Blende geschickt wird, wodurch die auf den Fühler gelangende Beleuchtung begrenzt wird»19» Vorfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der unterschiedlich reflektierte Lichtstrahl in bezug auf den Fühler quer auf scino optische Achse zu und von dieser wegschwingt..20„ Verfahren nach Anspruch Id, dadurch gekennzeichnet, dai3 dor109813/0361 BAOORfGlNAL ■ ..■· -■unterschiedlich, reflektierte, auf den Fühler auffallende Lichtstrahl zunächst durch eine Blende geschickt wird, welche aufgrund von chromatischer Aberration zwei oder mehr unterschiedliche Wellenlängen durchläßt, so daß der Fühler diese - Y/ellenlängen in einer Folge von Zeitintervallen erhält, welche den Schwingungen des vorschieden reflektierten lichtstrahls entsprichtο21. Verfahren zum optischen Wandeln von Druckfluktuaktionen einer Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfluktuationen einer in einer Kammer befindlichen Flüssigkeit aufgeprägt werden, wobei die Kammer zwei in einer gemeinsamen optischen Achse ausgerichtete transparente optische Elemente aufweist und eines dieser optisdisn Elemente als Funktion der Druckfluktuationen federt, daß ein Lichtstrahl durch die in der Kammer mit zwei transparenten optischen Elementen enthaltene Flüssigkeit geschickt wird, wobei der Weg des Lichtstrahls aufgrund der durch die Druckfluktuationen hervorgerufenenen
Konfigurationsänderung/des federnden optischen Elementes unterschiedlich gebrochen wird und daß der unterschiedlich gebrochene Lichtstrahl auf einen Fühler geschickt wird, v/elcher aufgrund des unterschiedlich gebrochenen Lichtstrahls und damit als Funktion der Druckfluktuationen entsprechende Signale erzeugt»22ο Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß eines der optischen Elemente reflektierend und das andere transparent ausgebildet ist, isB daß der Lichtstrahl zunächst durch das transparente optische Element geschickt und dann von dem reflektierenden optischen Element reflektiert wirdo10 9 813/0361 8BAD23o Verfahren zur optischen Wandlung von Druckfluktuationen in einem strömenden Medium, dadurch gekennzeichnet., daß die Druckfluktuationen auf das in eine strömungsdichte Kammer eingebrachte strö^mende Medium aufgeprägt werden,, wobei die Kammer ein reflektierendes, federndes Flächenelement besitzt, das auf Druckfluktuationen anspricht, daß ein Lichtstrahl auf das reflektierende, federnde Flächenelement geschickt wird, so daß dieser aufgrund der durch die Druckfluktuationen hervorgerufenen Konfigurationsänderung der reflektierenden, federnden Fläche unterschiedlich reflektiert wird und daß der unterschiedlich reflektierte Lichtstrahl auf einen Lichtfühler geschickt wird, welcher als Funktion des unterschiedlich reflektierten Lichtstrahls und damit als Funktion der Druckfluktuationen entsprechende Signale erzeugte13/0361 BAD ORIGINAL
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