DE2856035A1

DE2856035A1 - Anordnung zur optischen darstellung von kurven und/oder flaechen im dreidimensionalen raum

Info

Publication number: DE2856035A1
Application number: DE19782856035
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dr Rer Nat Keil
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-12-23
Filing date: 1978-12-23
Publication date: 1980-07-10

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordn-'g z r optischen Dar-
stellung von Kurven und/oder Flächen im dreidimensionalen Raum.
Solche dreidimensionalen optischen Darstellungen sind für die verschiedensten Anwendungsfälle, insbesondere zur Darstellung von nicht ebenen Flächen und/oder auch zur Darstellung von Kurvenscharen, die von unterschiedlichen Parametern abhängig sind, von Interesse.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine solche Darstellung mit vernünftigem Aufwand zu ermöglichen.
Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß wenigstens zwei Quellen zur Aussendung je eines Strahls vorzugsweise nichtsichtbaren Lichts und Mittel zur Steuerung der Lage der Lichtstrahlen im Raum vorgesehen sind, daß ein Volumen eines Stoffs vorgesehen ist, in den diese Lichtstrahlen zur Überlagerung jeweils in einem bestimmten Punkt gelenkt werden und daß der Stoff des Volumens derart beschaffen ist, daß entweder durch die Überlagerung der Lichtstrahlen an dem jeweiligen Punkt ein Streuzentrum en-tsteht, das vorzugsweise durch Anstrahlen mit sichtbarem Licht sichtbar gemacht wird oder durch die Uberlagerung der Lichtstrahlen an dem jeweiligen Punkt ein selbstleuchtender Lichtpunkt entsteht.
Ein Streuzentrum kann man z.B. dadurch erzeugen, daß man als Stoff des Volumens eine Flüssigkeit nahe dem Siedepunkt wählt, die außerdem noch etwas lichtabsorbierend ist. Die Lichtabsorbtion am Kreuzungspunkt muß dann ausreicnen, um durch Verdampfung eine kleine Dampfblase am Kreuzungspunkt zu erzeugen, die dann bei Anstrahlen des Volumens mit sichtbaren Licht als Streuzentrum dient und damit den Kreuzungspunkt sichtbar hervorhebt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung besteht der Stoff des Volumens aus wenigstens zwei Komponenten A und B, die Energieniveaus g, e1, e2 ... bzw. g', e1', e2' ... aufweisen, wobei die Niveaus der beiden Komponenten zueinander nicht resonant sind. Die verwendeten Licht strahlen sollen die Frequenzen w1 und w2 aufweisen. Dabei soll die Frequenz w1 so gewählt sein, daß Moleküle der Komponente A in den angeregten Zustand e1 gebracht werden können. Die Frequenz der zweiten Lichtquelle ist nun so gewählt, daß bei Stoß der Komponente B mit Molekülen der angeregten Komponente A der hierbei erfolgende Energieaustausch bei gleichzeitiger Absorbtion eines Lichtquants der Frequenz w2 die Komponente B in den angeregten Zustand e1' übergeht. Endet die Anregung, d.h., die Bestrahlung, so zerfällt der angeregte Zustand unter Aussendung eines sichtbaren Lichtquants, was eine optische Markierung des Kreazungspunkts darstellt.
Eine weitere Möglichkeit zur Realisierung der Erfindung besteht darin, eine Substanz zu vervJenden, die bei Bestrahlung im Kreuzungspunkt durch zwei oder mehrere vorgesehene Lichtquellen aus j-edem Lichtbündel ein Quant der Frequenz der Lichtquellen entnimmt. Bei geeigneter Wahl der Frequenz der Lichtquellen (bei gleicher Frequenz der Lichtquellen) oder der Frequenzen der Lichtquellen (bei unterschiedlicher Frequenzwahl) werden dann im Kreuzungspunkt die Moleküle in einen angeregten Zustand gebracht.
Durch Spontanzerfall wird dann ein Lichtquant einer höheren sichtbaren Frequenz ausgesandt.
Diese Methode kann - wie gesagt - mit zviei oder auch mehr sich kreuzenden Lichtbüiidln und mit gleichen oder unterschiedlichen Frequenzen der Lichtquellen erfolgen.
Es ist zur Erzeugung der einzelnen Lichtuunkte auch möglich, einen geeigneten Farbstoff als Substanz des Volumens vorzusehen und Mittel vorzusehen, um zwei kurze Lichtimpulse von gegenüberliegenden Randflächen (Lichtimpulspaar) aufeinander zu laufen zu lassen. Durch Auswahl der sich gegenüberliegenden Aussendeorte eines Impulspaares und durch die zeitliche Staffelung der Aussendung der Impulse des Paares wird der Ort des Zusammentreffens bestimmt, an dem aufgrund des gewählten Farbstoffs ein Zwei-Quanten-Fluoreszenz entsteht. Durch die Länge der Impulse wird die Breite des erzeugten Leuchtpunktes bestimmt. Die Längendieser Impulse liegen im Subpico-Sekundenbereich. Als Farbstoffe kommen bei diesem Verfahren viele der bekannten Laserfarbstoffe in Frage, so z.B.
die Rhodamine.
Anhand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
In Fig. 1 ist das Volumen, in dem die Kurven und/oder Flächen dreidimensional optisch dargestellt werden sollen mit 1, eine Lichtquelle, die das Volumen gleichmäßig mit sichtbarem Licht bestrahlt mit 2 bezeichnet. Es sind hier zwei Lichtsteuereinrichtungen 3 und 4 vorgesehen, die nicht sichtbare Lichtstrahlen 5 und 6 erzeugen. In den Lichtsteuereinrichtungen 3 und 4 werden die Lichtstrahlen erzeugt und entsprechend abgelenkt, so daß sie sich in vorgegebenen Kreuzungspunkten innerhalb des Volumens 1 kreuzen. Gesteuert wird die Ablenkung in die richtigen Richtungen durch ein elektronisches Steuergerät 7. Die elektro-optische Ablenkung von Laserstrahlen ist bekannt, z.B. .zXus dem Aufsatz "Electro-optic deflection cf a laser beaia" von H.J. Schmidt, veröffentlicht in Philips Technical Review, Vol. 36, o. 5 (1976), Seite 117.
Das Volumen 1 soll z.B. eine Flüssigkeit enthalten, die etwas lichtabsorbierend ist und sich auf einer Temperatur wenig unter ihrem Siedepunkt befindet Man kann hierfür eine organische Flüssigkeit, z.B. einen niedrig siedenden Alkohol (z.B. Ather)oder fluorierte Wasserstoffe, (wie z.B. die unter dem Warenzeichen Frigen bekannten Lösungsmittel) mit einem absorbierenden Zusatz verwenden, Die Energieabsorbtion im Kreuzungspunkt - und nur dort -reicht aus, das kleine Flüssigkeitsvolumen im Kreuzungspunkt zum Sieden zu bringen. Die entstehende Dsmpfblase oder Blasen stellen für das Licht der flächigen Lichtquelle 2, das sonst die praktisch transparente Flüssigkeit ungestört durchdringt, ein Streuzentrum dar, wodurch der Ereuzungspunkt für eine kurze Zeit optisch markiert wird. Aus mehreren solcher Punkte setzt sich die abzubildende Kurve 9 oder Fläche zusammen.
In Fig. 2 ist das Volumen mit 10 und zwei Lichtstrahlenerzeuger mit 11 und 12 sowie das elektronische Steuergerät mit 13 bezeichnet. Die Lichtstrahlenerzeuger 11 und 72 sollen hier so ausgelegt sein, daß sie nacheinander oder z.T. auch gleichzeitig eine Vielzahl von z.B. zu den Kanten 14 und 15 parallelen Strahlen erzeugen können. Die Lichbstrahlenerzeuger können z.B. aus einer Vielzahl von auf der Oberfläche des Volumens endenden Lichtleiter bestehen, die die gewünschten durch das Gerät 13 gesteuerte Lichtbündel abgeben. Diese kreuzen sich an vorbestimmbaren Punkten.
Das Volumen 10 soll im vorliegenden Fall aus einer Substanz bestehen, die das in Fig. 3 gezeigte Termschema mit den Energieniveaus g, e1, e2 aufweist. Durch je ein an der Kreuzungsstelle aufgenommenes Lichtquant der Lichtbündel der Freouenzen w1 und w2 wird das Niveau e2 angeregt. Beim nachfolgenden Spontanzerfall auf das Niveau e1 wird der Lichtquant mit der sichtharen Frequenz w3 ausgesandt und damit der Kreuzungspunkt markiert. Substanzen, die die benötigten Eigenschaften haben, sind z.B. Natrium, Strontium, Rubidium sowie die meisten bekannten Laserfarbstoffe, wie z.B. die Rhodamine.
Beim Termschema der Fig. 4 sind zwei Substanzen A und B mit den Energieniveaus g, e1, e2; g, e11, e2' vorausgesetzt. Diese und die Frequenzen w1 und w2 der beiden Lichtstrahlen sind so gewählt, daß durch w1 Moleküle der Substanz A in den angeregten Zustand e1 gebracht werden können. Stößt nun ein Molekül der Substanz B ein solches angeregtes Molekül der Substanz A, so wird durch Energiegleichzeitige austausch und/zusätzliche Aufnahme eines Lichtquants der Frequenz w2 das Molekül der Substanz B in den angeregten Zustand e1 gehoben. Am Ende der Bestrahlung zerfällt der angeregte Zustand unter Aussendung eines Lichtquants sichtbarer Frequenz w3. Als Beispiele für die Stoffe A und B seien Europium und Strontium (wie aus dem Aufsatz "Observation of Lignt-Induced Collisional Energy Transfer" von Cahuzac und Toschek, veröffentlicht in Physical Review Letters, Vol. 40, No. 16 (1978), Seiten 1087 -1090 bekannt) und Strontium und Calzium genannt (wie aus dem Aufsatz "Observation of Laser-Induced Inelastic Collisions " von Falcone, Green, White, Young and Harris, veröffentlicht in Physical Review A, Vol. 15, 1977, Seite 1333 ff bekannt).

Claims

Anordnung zur optischen Darstellung von Kurven und/oder Flächen im dreidimensionalen Raum Patentansprüche 1 Anordnung zur optischen Darstellung von Kurven und/oder Flächen im dreidimensionalen Raum, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Quellen zur Aussendung je eines Strahls, vorzugsweise nichtsichtbaren Lichts und Mittel zur Steuerung der Lage der Lichtstrahlen im Raum vorgesehen sind, daß ein Volumen eines Stoff vorgeseLn ist, in den diese Lichtstrahlen zur Überlagerung jeweils in einem bestimmten Punkt gelenkt werden und daß der Stoff des Volumens derart beschaffen ist, daß entweder durch die Überlagerung der Lichtstrahlen an dem jeweiligen Punkt ein Streuzentrum entsteht, das vorzugsweise durch Anstrahlen mit sichtbarem Licht sichtbar gemacht wird oder durch die Uberlagermlg der Lichtstrahlen an dem jeweiligen Punkt ein selbstleuchtender Lichtpunkt entsteht.
2. Anordnung nach ins,ruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff eine Flüssigkeit nahe dem Siedepunkt ist und derart lichtabsorbierend ist, daß die Energieabsorbtion am Kreuzungspunkt zu einer Verdampfung ausreicht.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff aus wenigstens zwei Komponenten A und B mit den Energieniveaus g, e1, e2 bzw. g', e1>, e21 gebildet ist, wobei die Niveaus e1 und e1' usw.

nicht zueinander resonant sind, und daß die Frequenzen w1 und w2 der Lichtstrahlen derart gewählt sind, daß die Frequenz w1 dazu geeignet ist, Moleküle der Komponente A in einen angeregten Zustand zu versetzen und die Frequenz w2 derart gewählt ist, daß bei Energieaustausch durch Stoß von Molekülen der Komponente A mit Molekülen der Komponente B das Licht der Frequenz w2 geeignet ist, die Komponente B in den angeregten Zustand e1' (oder auf höhere Niveaus) zu bringen, aus dem sie nach Ende der Bestrahlung unter Lichtaussendung zerfällt.
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff eine Substanz ist, die durch je ein Lichtquant der sich kreuzenden wenigstens zwei Lichtbündel in einen angeregten Zustand überführt werden kann, aus dem es nach der Bestrahlung unter Aussendung von sichtbarem Licht zerfällt.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzen der Lichtquellen gleich sind.
6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzen der Lichtquellen unterschiedlich sind.
7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf zwei sich gegenüberliegenden Flächen des Volumens Quellen zur Aussendung von aufeinander zulauf enden Lichtimpulsen vorgesehen sind, daß die Sendeorte auf den Flächen und die zeitliche Staffelung der Aussendung der Impulse steuerbar sind und daß das Volumen aus einem Farbstoff besteht, der an Ort der Impulsüberlagerung zu Zwei-Quanten-Fluoreszenz angeregt wird.