Verfahren zur Erzeugung und Verwendung eines modulierten Lichtbündels. Die Erfindung bezieht sich auf ein Ver fahren. zur Erzeugung und Verwendung eines modulierten Liehtbündels, beispiels weise für Zwecke des Fernsehens, der Schallaufzeichnung und für andere Vorrich tungen.
Die Erfindung verwendet den bekannten Grundsatz, dass, wenn hochfrequente mecha nische Wellen in einem Körper erzeugt wer den, der einen Teil eines optischen Systemes bildet, diese Wellen im allgemeinen Ver zögerungen und Beschleunigungen der Wel lenfront eines Lichtbündels hervorrufen, das durch,den: Körper hindurchgeführt oder von diesem reflektiert wird.
Diese Verzögerun- gen und @jeschleunigungen entsprechen hier bei den durch die Wellen erzeugten Gebieten von Verdichtungen und Verdünnungen oder von veränderlichen Verschiebungen des Kör pers.
Auf Grund der regelmässigen Abstände dieser Gebiete, die der verwendeten Wellen länge entsprechen, können optische Wirkun gen erzielt werden, die den durch ein Beu- gungsgitter erzeugten ähnlioh sind. Dies lässt sich wie folgt erklären:
Es ist in der Optik bekannt, @dass, wenn Licht auf ein Beugungsgitter geworfen wird, ,das aus einem reflektierenden oder durch- sichtigen Körper besteht, auf welchem eine Anzahl in engem Abstande voneinander an geordnete Rippen oder feine Linien:
ange bracht sind, ein Teil ödes, Lichtes, aus. dem Wege herausgeworfen oder herausgebeugt wird, den das Bündel nehmen würde, wenn keine Rippen oder Linien vorhanden wären.
DerWinkel des abgebeugten Bündels gegen über dem seine normale Richtung beibehal tenden Hauptbündel ist durch die Wellen länge des Lichtes und ,die Abstände der Rip pen oder Linien bestimmt.
Wenn mechanische Wellen durch einen Körper hindurch .geschickt werden und auf diesen Körper Li.aht geworfen wird, können die Wellen in der gleichen Weise wirken wie die Rippen oder Linieneines Beugungs- gitters, sie können also Beugungseffekte hervorrufen.
Die Erfindung beruht auf folgendem: Da ein Teil des Lichtes durch Beugungs- wirkung aus dem Hauptbündel herausge worfen wird, verringert sich die Lichtmenge in dem Hauptbündel um einen Betrag,
der der Lichtmenge des erbgebeugten. Lichtes entspricht. Ist die Amplitude der mechani- sohen Wellen ausreichend gross, so kann das gesamte Licht der Beugung unterworfen werden, und das Hauptbündel wird ausge löscht.
In einer bekannten: Anordnung zur Ver wendung .dieses Grundsatzes zum Zwecke der Lichtmodulation wird ein in sich paral leles Lichtbündel durch eine Zelle mit zwei gegenüberliegenden .durchsichtigen MTänden hindurchgeführt, welche mit einer durch sichtigen Flüssigkeit gefüllt ist. Am Boden der Zelle ist ein piezo-elektris.cher Kristall befestigt.
An gegenüberliegende Oberflächen des Kristalles werden hochfrequente elek trische Schwingungen gelegt, die mit den: Schwingungen, welche das Lichtbündel steuern sollen, moduliert sind; der Kristall schwingt daher in Übereinstimmung mit,die sen Schwingungen und .erzeugt entsprechende mechanische Schwingungen in der Flüssig keit d er Zelle.
Das durch die Flüssigkeit hin durchgehende Lichtbündel wird in einen: ge beugten Teil und in ein seine normale R.ich- tung beibehaltendes mittleres Bündel geteilt. Die Lichtmenge im mittleren Bündel ändert sich umgekehrt in Übereinstimmung mit der Amplitude der mechanischen Wellen in .der Flüssigkeit. In dem Lichtwege ist ein mit einer Öffnung
versehenerSchirm derart an geordnet, dass nur das mittlere Bündel auf eine Verwendungsfläche fallen kann, wäh rend das erbgebeugte Licht zurückgehalten wird.
Bei einer derartigen Vorrichtung ist es erforderlich, dass die Breite des Bündels nicht die Wellenlänge der höchsten Modu- lationsfrequenz in der Flüssigkeit der Zelle ,
hreitet. Wenn hohe Modulationsfre- ü -berse quenzen verwendet werden. (was beim Fern- sehen der Fall ist), kann es erforderlich werden, ein Lichtbündel zu verwenden, das nur den Bruchteil eines Millimeters breit ist, wodurch die verfügbare Lichtmenge ausser ordentlich beschränkt wird.
Zweck der Erfindung ist, diesen Mangel zu beseitigen und die verfügbare Lichtmenge in dem modulierten Lichtbündel bedeutend zu steigern.
Die Erfindung geht von dem beschriebe nen bekannten Verfahren aus, bei welchem Licht einer geeigneten: Lichtquelle mittels mechanischer Wellen gebeugt wind, die in einem Körper erzeugt werden und in Über- einstimmung mit den Änderungen moduliert sind,
mit welchen die Intensität des Licht bündels verändert werden soll, wodurch zwei Komponenten des Lichtbündels erzeugt werden, nämlich ein gebeugter und ein. un gebeugter Teil, von denen einer beispieis- weise mittels eines @durchbrochenenSchirmes von dem andern zur Erzeugung eines modu lierten Lichtbündels getrennt wird.
Die Erfindung besteht ,darin., dass ein Bild des Körpers, in welchen die mechani schen Wellen erzeugt werden. und damit Bilder der mechanischen Wellen selbst auf einer Verwendungsfläche abgebildet werden,
und dasst eine Relativbewegung zwischen die sem Bild des Körpers und der Verwen- dungsfläche erzeugt wird derart, dass: die Bilder der Wellen in dem Körper gegenüber der genannten Verwendungsfläche festste hen. Der ausgewählte Teil des.
Lichtbündels kann ,derjenige sein, dessen Intensität durch mittels der mechanischen Wellen erzeugte Interferenz geschwächt ist. Frs kann aber auch derjenige sein,
der durch die Inter ferenz aus seinem ursprünglichen Wege her ausgebeugt oder h.erausgestreut ist. Der Kör per kann durchsichtig sein. In diesem Fall kann das, Ldcht durch ihn hindurchgeführt werden.
Er kann aber auch reflektierend ausgebildet sein. In diesem Fall wird das Lichtbündel an einer Fläche des Körpers reflektiert.
In der Zeichnung sind Ausführungsbei- spiele von Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung schema tisch veranschaulicht, und zwar zeigt:
Fig. 1 einen Lichtmodulator, bei welchem die Erfindung Anwendung finden kann, Fig. 2 ein die Vorrichtung nach Fig. 1 verwendendes optisches System in Seiten ansicht, Fig. 3:
eine Draufsicht nach Fig. 2, Fig.4 die Anwendung der Erfindung auf die Vorrichtung nach Fig.2 und 3. in einem Fernsehempfangsgerät, Fi.g. 5 eine der Fig. 4 entsprechende An wendung auf die Schallaufzeichnung auf einen beweglichen Film, Fig.6, 7, 8 und 9 Ausführungsformen, von.
Teilen oder Teile der Vorrichtung nach Fig. 2 und 13, Fig. 10 eine Erläuterungsskizze, Fig. 11 eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung nach Fig. 2 und 3, Fig. 12 und 13 abgeänderte Formen der Vorrichtung nach Fig. 1, Fig. 14 eine weitere Anwendungsmöglich keit der Erfindung bei Fernsehgeräten,
Fig. 15 und 16 schematisch zwei Formen optischer Korrektursysteme zur Verwendung mit Vorrichtungen nach der Erfindung.
In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 einen Schnitt durch eine Zelle bekannter Art, in welcher modulierte mechanische Wellen für Zwecke der Lichtmodulation erzeugt werden können. Ein Gefäss 13 ist mit Wänden, 1 aus Glas oder ähnlichem .durchsichtigen 32a- teria1 versehen und besitzt einen Boden: aus Metallschichten 3, zwischen denen in geeig neter Weise ein piezo-elektrischer Kristall 4 gehalten wird.
Dieser Kristall kann in einer dünnen Q,uaxzplatte bestehen, die .senkrecht zu ihrer elektrischen Achse abgeschnitten ist und deren, beide Flächen mit Aluminium folie bekleidet oder vergoldet sind. Das Ge fäss 13 enthält eine durchsichtige Flüssig keit 2, wie Wasser oder Paraffinöl.
Wenn an die Klemmen 5, die mit den #LIetallplat- ten 3 verbunden sind, hochfrequente elektri sche Schwingungen gelegt werden, schwingt der piezo--elektrische Kristall 4 mechanisch in Übereinstimmung mit den aufgedrückten elektrischen, iSchwingungen. Diese Schwin- gungen teilen sich :
der Flüssigkeit 2 mit, so d ass sich eine Reihe von Kompressionswellen, deren Intensität der Stärke der elektrischen Schwingungen an den Platten] 3 entspricht, in. dem. Gefäss mit einer Geschwindigkeit nach üben bewegt, !die von der Natur der in ihm enthaltenen Flüssigkeit abhängt.
Wenn die mechanischen Wellen in der Amplitude durch Modulation des an den Klemmen 5 liegenden. Hochfrequenzpotentials moduliert sind, so ändert sich die Intenisität der Zu- sammendrückungen und Entspannungen ent- sprechend.
Wenn nun ein Lichtbündel durch die Zelle im wesentlichen parallel zu,der Haupt fläche des Kristall.es 4 hindurchgeht, d. h.
im wesentlichen senkrecht zu -der Fortpflan- zungsrichtung der Wellen in ;der Flüssig keit 2@, und wenn entweder die mittleren oder die äussern Teile des austretenden Lichtbündels ausgesondert werden, so ändert sich die Intensität des resultierenden Licht bündels in Übereinstimmung mit den auf- gedrückten 3Zodulationen.
Fig. 2 und: 3 zeigen schematisch ein in Verbindung mit der in Fig. 1 dargestellten Zelle 13 zu verwendendes optisches System. Das Licht einer Lichtquelle 61, die zweck-, mässig in der Ebene der Fig.3i länger ist als in der Ebene der Fig. 2, geht durch die Zylinderlinse 7, die sphärische Linse 8 und dann durch die Zelle 13 hindurch.
Die sphä- rische Linse 9 und die Zylinderlinse 10 die nen in Verbindung mit der Zelle @ 1:3, die selbst als Zylinderlinse wirkt, zur Erzeu gung eines Bildes der Lichtquelle 6 auf der Öffnung 12 der Blende 11. Die Zelle 13 kann auch einen andern als,den dargestell ten kreisförmigen Querschnitt besitzen. Wenn beispielsweise ein rechteckiger Quer- schnitt verwendet wird, übt die Zelle keine Linsenwirkung auf das Lichtbündel aus.
Die Öffnung 12 kann in der gleichen Rich tung wie die Lichtquelle 6 länglich ausge bildet sein.
Das durch die Öffnung 12 hindurch gehende Lichtbündel ist in Übereinstimmung mit den Modulationen der sich durch die Zelle 13 hindurch fortpflanzenden mechani- sehen Wellen moduliert; die durch die Wel len in der Flüssigkeit 2 erzeugten Beu gungsspektren werden durch die Blende 11 zurückgehalten.
Die Linsen 7 und 10 können gewünsch- tenfalls fortgelassen werden. Es ist jedoch im allgemeinen, nicht zweckmässig, eine Zelle grosser Abmessungen herzustellen,
die Haupt- beschränkung liegt in der in Fig. 3 darge- stellten Querschnittsfläche. Damit diese Be grenzung die verfügbare Lichtmenge nicht wesentlich schmälert, sind bei dem:
Ausfüh- rungsbeispiel nach Fig. 21 und 3,die Zylin derlinsen 7 und 10 vorgesehen. @Sie dienen einer verstärkten Zusammendrängung des Lichtes in der Ebene der Fig. 3.
In der Ebene der Fig. 2 ist es jedoch aus weiter un ten dargelegten Gründen zweckmässig, die Zelle lang auszubilden, so dass: eine besondere Kondensatorwirkung in dieser Ebene über die durch die sphärischen Linsen & und 9 ausgeübte hinaus im allgemeinen nicht er forderlich isst. Bei diesen optischen :
Systemen liegen die Abbildungsebenen an der Licht quelle 6 und am Punkt der Trennung 12 der beiden Komponenten des Lichte" sr des Kör pers in der !Ebene, welche die optische Achse .des Systemes und die Fortpflanzungsricb.- tungen .der Wellen enthält, das. heisst in der Zeichenebene,der Fig. 2.
Die Erfindung verwendet die Tatsache, Ja Z die mechanischen Wellen, welche Beu gungseffekte verursachen, sich mit einer endlichen Geschwindigkeit längs. des Kör pers, in welchem sie wirksam sind,
fort- pflanzen. Wenn daher dieser Körper in der Fortpflanzungsrichtung der Wellen lang ge nug ist und die Wellen in ihrer Intensität ausreichend schnell moduliert sind, so, kön nen zu jedem Zeitpunkt Bereiche verschiede ner Modulationsintensität in verschiedenen Teilen des Körpers vorhanden sein;
diese Bereiche bewegen sich selbst etwa mit der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Wellen fort. Wenn es gewünscht wird, das gesamte durch die Vorrichtung gesteuerte Licht gleichzeitig auf eine gegebene Stelle zu projizieren, so kann dies die zu verwendende zulässige Länge des die Wellen tragenden Körpers begrenzen. In denjenigen Fällen je- ,doch,
in welchen sich die wirksame Stellung .der Zuführung des gesteuerten Lichtes mit der Zeit ändern muss, wie beispielsweise bei der Erzeugung eines Fernsehbildes durch Bildabtastung oder bei Aufzeichnung aaf einen sich bewegenden Film, lassen sich die angegebenen Tatsachen vorteilhaft verwen den, wie es im folgenden bezüglich Fig. 4 und 5 dargelegt ist.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in deren Anwendung auf Fern sehgeräte, in welchem die Form der Modu- lationsvorrichtung nach Fig. 1 verwendet wird.
ss ist eine Lichtquelle, deren Licht durch die Linse 39 parallel gerichtet wird und dann durch die Modulationsvorrichtuug 13 hindurchgeht, in welcher mechanische Wellen, durch den piezo-elektrischen Kri stall 4 erzeugt werden.
Die bikonvexe Linse 40 erzeugt im Zusammenwirken mit der bikonkaven Linse 41 ein vergrössertes Bild ,der Lichtquelle auf dem Schlitz 12 der Blende 11, die zur Auswahl des gesteuerten Teils des Lichtes dient. Nach Durchgang durch den Schlitz fällt ,das Licht auf die in ,der Zeichnung im Sinne des Uhrzeigers um laufende Spiegeltrommel 4,3 und wird nach Reflektion von dieser durch die Linse 42 auf den Schirm 44 scharf eingestellt.
Die Spiegeltrommel 43 kann in der bekannten Weise mit einer Reihe von Spiegeln ausge führt sein, die einen fortschreitend wach senden Neigungswinkel zur Trommelachse besitzen. Anstatt,der genannten Spiegeltrom mel kann aber auch irgend eine andere ge eignete Form, einer Abtastvorrichtung ver wendet werden.
Das Bild 4:5 auf dem Schirm 44 ist ein Bild der Modulationsvor- richt>_uig 1:3, und das optische System ist so bemessen, dass während dieses Bild 45 als Ganzes über den Schirm mit einer gewissen Geschwindigkeit in Richtung des Pfeils 46 hinweggeht, die in diesem Bild enrthaltenen Bilder der Wellengruppe der Modulations- vorrichtung 1.3 sich mit gleicher Gesehwin- digkeit in der umgekehrten,
durch den Pfeil 47 dargestellten Richtung bewegen und dem entsprechend auf dem Schirm feststehen.
Wenn eine mit Fernsehbildimpulsen modulierte Hochfrequenzschwingung an die Klemmen 5 gelegt wird, stellt in einem Zeit punkt die Amplitude der Kompressionswelle dicht am Boden der Zelle 13 die Helligkeit des Bildelementes dar, das bei 45a auf dem Schirm 44 wiedergegeben, wird. Zu dem glei chen Zeitpunkt gibt jedoch die Amplitude der Kompressionswelle nahe dem obern Ende der Zelle 13 den Helligkeitswert eines Bild elementes 45b wieder, das in der Abtastrich- tung vor dem Element 45a liegt.
Die Hellig keitswerte der Elementarbilder 45a und 45b entsprechen den Amplituden der Kompres sionswellen am Boden und am obern Eude der Zelle. Bei geeigneter Anordnung des optischenSystemes stehen diese Bildelemente in der richtigen Beziehung zu entsprechen den Bildelementen im .Sender. Wenn die Welle, die zu dem betrachteten Zeitpunkt sich am Boden der Zelle 13 (unter Erzeu gung des Bildelementes 45a) befand, das obere Ende der Zelle erreicht hat, wird die Spiegeltrommel 43.
das Lichtbündel so be wegt haben, dass' das Bild der Welle noch bei 45a erzeugt wird. Anstatt nur ein ein ziges Bildelement zu einem bestimmten Zeitpunkt auf dem Schirm 44 wiederzu geben, kann also eine Mehrzahl von Bild elementen gleichzeitig wiedergegeben und hierdurch der optische Wirkungsgrad des Empfängers vergrössert werden.
Die Bildauflösung (Rasterfeinheit), die in der Abtastrichtun.g auf :dem .Schirm er zielt werden kann, hängt also nicht von der Länge des Lichtfleckes als Ganzes, sondern einfach von der Feinheit der Wellengrup penbilder ab. Auf diese Weise kann die Flüssigkeitssäule, längs welcher sich die Wellen fortpflanzen, beliebig lang gemacht werden, um die ,sich auf dem Schirm er gebende mittlere Helligkeit ohne Verlust an Bildauflösung zu vergrössern.
In Fig. 5 ist eine optische Anordnung dargestellt, die zur Anwendung der im vor stehenden. dargelegten: Grundsätze bei der Aufzeichnung von Lichtmödulationsintensi- täten auf eine sich bewegende Fläche, wie ,einen photographischen Film, geeignet ist.
'Hier ist ss die Lichtquelle, von welcher das durch ,die Linse 39 parallel gerichtete Licht durch :die Modulationsvorrichtung 13 hin durchgeht, in welcher sich, nach oben fort pflanzende Wellen erzeugt werden. Das Licht wird durch die Linse 401 auf dem Schlitz 12 der Blende 11 gesammelt, welche ,den gesteuerten Teil des Lichtes aussiebt.
Hierauf geht ,das Licht .durch eine Linse .18; 'die auf dem sich bewegenden Film 49 ein Bild der Vorrichtung 13 in solcher Grösse erzeugt, dass- die abgebildete Geschwindig- ,
keit der sich in der Vorrichtung 13 aufwärts \bewegenden Wellengruppen gleich der ab wärtsgerichteten Geschwindigkeit des Filmes 49 ist. Auf diese Weise behalten die Wel lengruppenbilder eine feststehende Lage auf dem Film während ihres Durchganges durch das Bild der Zelle als Ganzes.
Die Aufzeich- nungseinheit er Modulationsimpulse wird unabhängig von der Grösse der beleuchteten Fläche erreicht. Diese -#Torriohtung kanii bei spielsweise zur Aufzeichnung eines Schalles auf einen Film dienen, wozu mit dem Schall modulierte Hochfrequenzschwingungen an die Klemmen 5 gelegt werden.
In Fig. 6, ist ein optisches System dar gestellt, das eine neue Form eines Licht- modulators enthält, die an Stelle der in Fig. 1 dargestellten, verwendet werden kann. In einem Gefäss 16 ist eine geeignete Menge Quecksilber 17 enthalten, auf dessen Oiber- fläche .durch die Schwingungen des. piezo- elektrischen Kristalles 4 Wellen erzeugt werden.
Der Kristall schwimmt auf dem Quecksilber und die Hochfrequenzschwin- gungen werden einerseits .durch eine mit dem Metallbelag 21 des Kristalles verbundene Leitung 18 und anderseits durch eine Lei tung 19 zugeführt, die durch die Wand des Gefässes 16 hindurchgeht und mit dem Quecksilber 17 in leitender Verbindung steht. Das Quecksilber wirkt als zweiter Me tallbelag für den Kristall.
Von einer Licht quelle G ausgehendes Licht wird durch die Linse .2if parallel gerichtet und von .der Oberfläche des Quecksilbers durch die Linse 22 hindurch reflektiert,
die ein Bild -der Lichtquelle 6 auf der Öffnung 1.2i der Blende 11 entwirft. Die Wellen auf der Queck silberoberfläche wirken in ähnlicher Weise wie ein normales Mlektionsbeugungsgitter und erzeugen eine Streuung des reflektier ten Lichtbündels, die Grösse der Streuung hängt von der Amplitude der Wellen. ab.
Das gebeugte Licht wird durch die Blende 11 zurückgehalten und das modulierte Licht bündel geht durch die Öffnung 12 hindurch.
In Fig. 7 ist eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung von Wellen auf der Oberfläche einer Flüssigkeit gegeben, hier wird die elektrostatische Anziehung zwischen der Flüssigkeit 17 und einem Leiter 23 verwen det, .der parallel zur Oberfläche der Flüssig keit 17 in geringem Abstande vorderselben verläuft.
Die Hoehfrequenzschwingungen werden: au die Leiter 19 und 23 gelegt, und auf Grund der abwechselnden elektrostati schen Anziehung zwischen -der Flüssigkeit 17 und dem Leiter <B>23</B> bilden, sich Wellen auf .der Oberfläche der Flüssigkeit 17.
Die in Verbindung mit dieser Formeiner Modu- lationsvorrichtung verwendeten optischen Anordnungen können ähnlich denen nach Fig.@6 sein.
In Fig. 8 ist eine weitere Ausführungs- form der Einrichtung nach Fig. 7 veran schaulicht, bei welcher eine durchsichtige Flüssigkeit 17 verwendet wird und :der Bo den des Gefässes 16 gleichfalls aus durch- sicUtigem Werkstoff besteht. Das: Licht wird, anstatt an der Oberfläche der Flüssig keit reflektiert zu werden, durch. ,die Flüssig keit hindurcb.geworf en.
An die Leiter 19 und 23 werden wie bei dem Ausführungs beispiel nach Fig. 7 hochfrequente Wechsel strompotentiale gelegt, wodurch an der Oberfläche der Flüssigkeit 17 Wellen er- zeugt werden. Das Licht der Lichtquelle 6 geht nach oben durch die Flüssigkeit hin- durch, und die Beugungswirkung tritt an der obern Fläche<B>25</B> der Flüssigkeit 17 auf.
Das Licht wird durch die Linse 2'4 auf die Öffnung 12 der Blende 11 projiziert.
In F'ig. 9 ist eine andere Möglichkeit zur Modulierung eines Lichtbündels durch Bil dung von Wellen in dem Lichtwege veran schaulicht. Eine dünne versilberte Micaplatte 30 ist an einem Ende an einem piezo-elek- trisichen Kristall 4 befestigt, der durch Me tallplatter oder .durch Vergoldung gebildete Schichten 3 bedeckt ist,
welche senkrecht zur elektrischen Achse des Kristalles liegen. An die Platten 3 werden Hochfrequenzpoten- tiale gelegt, die in dem Kristall 4 Schwin gungen erzeugen, durch welche Biegangs- wellen in der Platte 30 hervorgerufen wer den. Das an der Platte 30 reflektierte Licht einer Lichtquelle 6 wird durch die Linse 31 gesammelt und auf die Öffnung 12 einer Blende 11 projiziert.
Die Biegungswellen in der Platte 30 verursachen Beugungswirkun gen indem Lichtbündel der Lichtquelle 6 in einer den, vorher beschriebenen Ausführungs- beispielen entsprechenden Weise.
Die Wellen können naturgemäss auch in anderer Weise als durch piezo-elektrische oder elektrostatische Mittel erzeugt werden. Beispielsweise können Biegungs- oder Kom pressionswellen durch mechanische Mittel, z. B. eine Stimmgabel oder eine ähnliche Vorrichtung oder eine elektromagnetisch be tätigte Membran erzeugt werden.
Die Erzeu gung der Wellen kann auch durch einen in Übereinstimmung mit elektromagnetischen Impulsen schwingenden, Metallstab auf Grund der magnetostrictiven Eigenschaften desselben oder durch elektrolytische Mittel erfolgen, beispielsweise durch abwechselnde Polarisation und Depolarisation an einer in eine leitende Flüssigkeit eingetauchten Elek trode beim Fliessen hochfrequenter Ströme durch die Lösung.
Die Erfindung ist selbst verständlich nicht auf die besonders aufge führten Beispiele beschränkt, diese sollen vielmehr lediglich als Beispiel dafür dienen, wie mechanische Schwingungen in einem Körper, der in einem optischen System ange ordnet ist, zur i@rzeugun.g einer Lichtmodu- lation durch :die Modulation jener Wellen verwendet werden können.
Der die Wellen tragende Körper kann gewünschtenfalls in einem durchsichtigen festen oder gasförmi gen Körper bestehen.
Bei der Anwendung der Erfindung kön nen R.eflektionen der mechanischen Wellen an Grenzen des ;die Wellen tragenden Kör pers oder an in diesen eingefügten Sperren oder Unregelmässigkeiten irgend einer geeig neten Art verwendet werden, um irgend welche gewünschte Resonanzen oder Lokali sierungen der Wellenintensität mit sich .dar aus ergebender Vergrösserung oder Lokali sierung ihrer optischen Wirkungen zu er zielen.
In Fig. 10 ist zur Erläuterung eine Vor richtung veranschaulicht, in welcher Reso nanzwirkungen zur Trennung von zwei oder mehr modulierten an -den Modulator geleg ten Hochfrequenzwellen erzielt werden kön nen. In einer Flüssigkeitszelle 3,4 ist eine Grenzfläche oder Grenzlinie angebracht, die zur Ursprungsfläche 4 der Wellen geneigt ist, wodurch wiederholt Reflektionen der Wellen zwischen :dem Wellenursprung und jener Grenze einen oder mehrere Resonanz bereiche 37, 3,7' erzeugen, deren Lage von der Frequenz der mechanischen Wellen ab hängen kann.
In diesem Fall können zwei oder mehr elektrische Frequenzen gleichzei tig :dem Quarzkristall 4 oder einem andern Wellen erzeugenden Teil aufgedrückt wer den. Hierdurch werden zwei oder mehr ent sprechende, voneinander verschiedene Wir kungsbereiche in dem .die Wellen tragenden Körper erzeugt, so dass durch Modulation der geeigneten, der Vorrichtung zugeführten Frequenz oder Frequenzen die Wellen amplituden in besonderen Bereichen und hierdurch die entsprechenden optischen Wir kungen unabhängig von denen in andern Bereichen moduliert oder gesteuert werden können. Der Bereich 37 kann daher einer der aufgedrückten Frequenzen und der Be reich 37' einer andern entsprechen.
In. dem Wellen tragenden Körper können auch in geeigneten Abständen .Sperrflächen oder .Sperrlinien aus geeignetem Werkstoff sowohl parallel als auch geneigt zu der Oberfläche oder Linie -des Wellenursprunges angeordnet werden, wodurch Interferenz- oder Resonanzwirkungen der Wellen erzielt werden können, die sich wie beidem. vorigen Ausführungsbeispiel in Resonanzbereichen äussern.
Diese .Sperrflächen können. sowohl parallel als auch .geneigt zueinander ver laufen.
Weiterhin kann der Wellen tragende Körper mit einer oder mehreren Grenzen oder eingefügten Sperren periodischer Form versehen sein, beispielsweise können abge stufte Grenzen oder Sperren mit regelmässi gen Öffnungen oder Änderungen der Dicke verwendet werden, wodurch die Welle in, von ihrer Frequenz abhängenden Richtungen gebeugt wenden.
Derartige Grenzen oder Sperren können gewünschtenfalls gekrümmt sein, wodurch eine Scharfeinstellung erzielt werden :kann, die zur Ausbildung von Be reichen frequenzabhängiger Wirkungen. in dem Körper führt.
Beispiele ,zur Anwendung dieser Grund sätze auf die Erfindung sind in Fig. 11. bis 1,3 veranschaulicht.
In Fig. 11 ist das mit einer Flüssigkeit 52 gefüllte Gefäss 51 mit einem Boden ver sehen, der durch einen piezo-elektrischen Kristall 4 und einen keilförmigen Block 57 gebildet wird. Wenn der Kristall :durch An legen von Rochfrequenzpotentialen an seine Klemmen 5 zum Schwingen gebracht wird, entstehen in dem Block 57 Kompressionswel len.
Auf Grund der keilförmigen Gestalt .desselben werden Resonanzpunkte 58 an Stellen gebildet, an welchen die Tiefe des Blockes ein ganzes Vielfaches der Wellen länge ist. Diese Resonanzpunkte,5,8 erzeugen in der Flüssigkeit 52 Wellenzüge 5,9 entspre chender Wellenlänge. Der Block 57 kann beispielsweise aus Stahl bestehen oder auch durch Quecksilber gebildet werden.
Im letzt genannten Fall muss das Gefäss. 51 aus der senkrechten Lage h:erausgeschwenkt werden, um die erforderliche Keilform für das Quecksilber zu erzielen.
In Fig. 12 ist ein eine Flüssigkeit 52 ent haltendes und am Boden mit einem piezo- elektrischen Kristall 4 versehenes Gefäss- 51 mit einem Gitter 54 ausgestattet, da aus einer Anzahl feiner Drähte besteht, die parallel zueinander in Abständen .angeordnet sind, welche die Grössenordnung der Wellen längen der in der Flüssigkeit zu übertragen den Wellen besitzen.
Auf diese Weise wer den zwei an die Klemmen 5 gelegte Hoch- frequenzpotentiale verschiedener Periode zwei Gruppen von Wellen in der Flüssigkeit 52 erzeugen, die sich beispielsweise in den durch die Pfeile 53 und 58! angegebenen Richtungen fortpflanzen.
Gewünsehtenfalls kann eine Linse 73, die beispielsweise aus geschmolzenem Quarz bestehen kann und durch gestrichelte Linien angedeutet ist, zu dem Zwecke angeordnet werden;, die Wellen an bestimmten Punkten, beispielsweise wie durch die gestrichelten Linien 74 und 74' angedeutet, auf Punkte 7ä und 75' an der Oberfläche :der Flüssig keit zu konzentrieren.
Eine Möglichkeit zur Verwendung einer derartigen Anordnung sei anhand der Fig. 1.3 beschrieben: Ein piezo-elektrischer Kristall 4 bildet einen Teil der Wand eines. Gefässes<B>51.</B> Durch den in Übereinstimmung mit an seine Klen- men 5 gelegten Hochfrequenzpotentialen schwingenden Kristall 4 werden in der Flüs sigkeit 52 Wellen erzeugt,
die durch die ge zahnte Platte 50 gebeugt und dann an der gekrümmten Grenzwand 54 des Gefässes 51 reflektiert werden. Die Krümmung der Wand 54 ist derart gewählt, - dass die Wellen auf den Punkt 5-6 der Oberfläche 55 der Flüssigkeit 52 konzentriert werden. Da die Platte :50 auf Kompressionswellen versGhie- dener Wellenlängen eine verschieden starke Beugung ausübt, ist die ,Stellung des.
Brenn punktes an der Flüssigkeitsoberfläche 55 verschieden für jede Gruppe von Wellenlän gen. Wenn zwei Gruppen von IlocIfrequenz- potentialen verschiedener Periode an .die Klemmen 5 gelegt werden, ist auf diese Weise die Stellung der Resonanzpunkte an der Oberfläche 55 der Flüssigkeit 52 für jede Wellengruppe, wie bei 56 und 5,6' dar gestellt, verschieden.
Derartige Resonanz punkte können, in der oben, beispielsweise bezüglich F'ig. 6 bis 8 beschriebenen Weise zur Modulation eines Lichtbündels in Über- einstimmung mit den Modulationen ..der an die Klemmen 5 gelegten Hoohfrequenz- schwingungen verwendet werden.
Vorrichtungen nach Art der bezüglich Fig. 10 bis 13 beschriebenen, bei welchen in ihrer Stellung von .der Frequenz der aufge drückten Schwingungen. abhängige Resonanz bereiche erzielt werden, können zur gleich zeitigen Herstellung zweier oder mehrerer modulierter Lichtbündel verwendet werden, wobei die Modulationen voneinander unab hängig sind.
Jede der beschriebenen. Formen der Modulationsvorrichtung kann in Verbindung mit der Vorrichtung nach Fig. 4 verwendet werden. Bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 7, 8, 12 und 1.3 sind jedoch ,die zur Er zeugung von Erhöhungen der Flüssigkeits- obeifläche geeigneten Frequenzen im allge meinen niedriger als die zur Erzeugung von Kompressionswellen in der Flüssigkeit ver wendbaren.
In jenen Fällen können: die Hochfrequenzpotentiale verschiedener Perio den (z. B. I'1, F'2 usw.), deren Aufdrückuug auf .den piezo--elektrischen Kristall Resonanz bereiche auf der Flüssigkeitsoberfläche er zeugt, nicht nur mit den in Lichtänderungen umzuwandelnden Modulationen (z. B. nal bezw. m2), sondern auch mit einer niedrige ren Frequenz (z.
B. f) moduliert werden, die geeignet ist, Erhöhungen auf der Flüssig keitsoberfläche hervorzurufen.
Die Erhöhungen der Flüssigkeitsober fläche werden dann wie folgt erzeugt: An jedem Punkte (z. B. 56, 5,6' nach Fig. 13) der I'lüssigkeitsoberfläehe, an wel chem eine Resonanzerscheinung auftritt, er gibt die Konzentration der Hochfrequenz energie einen aufwärts gerichteten Druck in der Flüssigkeitsoberfläche.
Auf Grund der Modulation der Hochfrequenzen F1, F2 usw. mit einer niedrigeren Frequenz f, die zur Bildung der Erhöhungen geeignet ist, ändert sieh dieser Druck mit der genannten niedrigeren. Frequenz f, so dass Erhöhungen oder Wellen auf -der Flüssigkeitsoberfläche entstehen, die in der (z. B. bezüglich Fig. 6 bis 8) beschriebenen Weise zur Lichtmodu lation verwendet werden können.
Die weitere Modulation von F1 und F2. mit Frequenzen rttl bezw. 7n2, die niedriger sind als die Fre quenzen f, ergibt dann die 3rodulation der entsprechenden Gruppen von Wollen auf der Flüssigkeitsoberfläche und hierdurch die entsprechenden Lichtintensitäten.
Fig. 14 veranschaulicht die Anwendung dieses Grundsatzes auf das Fernsehen.
Auf der Oberfläche 55 einer LichImodu- lationsvorrichtung 72 (z. B. nach Art der in Fig. 13 dargestellten) werden Gruppen von Resonanzpunkten b1, b2, b3; usw. erzeugt. Diese Resonanzpunkte erben sich in der bezüglich Fig. 13 beschriebenen Weise durch Anlegen einer Gruppe von Hochfrequenz potentialen F1, F2 an die, Klemmen 5 nach Fig. 13.
Jede der Frequenzen F1, F2 ist mit den den Bildelementen in einer Bildzeile des zu übertragenden Gegenstandes entsprechen den Bildimpulsen moduliert. Jede Gruppe modulierter Zeilensignale F1, F2 ist daher durch eine verschiedene Trägerfrequenz gekennzeichnet.
Im vorliegenden Fall kön nen die Hochfrequenzpotentiale <I>F],</I> F 2 usw., wie oben dargelegt, auch durch eine Fre quenz f moduliert sein, so dass von jedem der Resonanzpunkte b1, b\2, b3 usw. je ein in Fig. 14 bei e1, c2-, <B>e3</B> usw. angedeuteter Wellenzug ausgeht.
Eine gegenseitige Inter ferenz dieser u'ellenzüge wird durch Sper ren dl, <I>d2,</I> d3 usw. verhindert, die in der Oberfläche 55 der Flüssigkeit parallel zur Richtung der Wellenzüge angeordnet sind.
Licht einer Lichtquelle 6 fällt auf die Fliissigkeitsoberfläche 55 der Modarlations- vorrichtung 72. Das Licht wird :durch Beu gung an den Wellenzügen<I>cl, c2:,</I> c3, modu liert und ein Teil des Lichtbündels in der bereits beschriebenen Weise ausgewählt.
Die hierzu dienenden Selektionsmittel sind in Fig. 14 aus Gründen der Klarheit fortgelas sen. Das Licht fällt dann auf die Abtast- spiegelwalze 69, und ein Bild der Oberfläche 55 wird durch das schematisch bei 70 dar- gestellte Linsensystem auf dem Schirm 71 abgebildet.
Auf diese Weise können auf dem Schirm 71 Lichtlinien gebildet werden" deren. jede den Zeilen oder Zeilenteilen des Objektes entspricht.
Die Lichtintensitäten der Linien ändern sich mit den entsprechen den Bildsignalen, und die Linien werden über den Schirm durch die Abtasttrommel 69 bewegt, wobei die Abtastgeschwindigkeit der Trommel derart ist, da3 die Wellenbil der auf dem Schirm für die Zeitdauer ihrer Wiedergabe trotz der Abtastbewegung des Lichtes als Ganzes unbeweglich gemacht werden.
Wenn die Zahl .der auf diese Weise in jeder Bildzeile wiedergegebenen Bild- elemente gleich der Gesamtlänge der Zeile ist und alle Bildzeilen des Bildes in. der be schriebenen Weise gleichzeitig übertragen werden, so wird,das Bild fortlaufend dauernd auf den Empfangsschirm geworfen.
Eine Flimmerwirkung wird auf diese Weise be seitigt und eine kleinere Bildwechselzahl an wendbar als sie zur Vermeidung einer Flim- merwirkung sonst verwendet werden muss. Die kleinere Bildwechselzahl genügt für eine richtige Wiedergabe der Bewegungsvorgänge.
In dem beschriebenen Ausführungsbei- spiel ist es möglich, .die Sperren d1, d2;, d3 usw. dadurch fortzulassen., d ass die Länge der,die Resonanzbereiehe b1, b2-, b3 verbin denden Linie so gross gewählt wird, dass je der Resonanzbereich in dieser Richtung ge genüber der Wellenlänge lang ist.
Auf diese Weise wird .durch jeden Resonanzbereich eine gerade Wellenfront einer Breite erzeugt, die ausreicht, eine im wesentlichen gerad- linige Fortpflanzung der Wellen zu ermög lichen.
Das Besohriebene ist lediglich zur Ver anschaulichung der vielen Möglichkeiten 'hinsichtlich der Verwendung,d-erartiger Vor- richtungen: gegeben.
Es ist nicht erforder- lieh, dass das ganze Fernsehbild in der be schriebenen Weise g1cichzeitig wiedergegeben wird, da es oftmals zweckmässig ist, nur einen Teil .der Gesamtzahl der Bildzeilen gleichzeitig wiederzugeben und dann in der Abtastbewegung auf die nächste B ldzeilen- gruppe überzugehen.
Die Abtastvorrichtungen bei einer derarti gen Anwendung der Erfindung können von jeder beliebigen Bauart sein. Wenn alle Bildzeilen gleichzeitig abgetastet werden, ist eine zweckmässige Form für :die Abtastvor- richtung in einer einfachen .Spiegeltrommel gegeben, bei der sämtliche Spiegel parallel zur Achse liegen.
Wird nur ein Teil der Ge samtzahl der Bildzeilen gleichzeitig abge tastet, können Spiegeltrommeln verwendet werden, deren Spiegel fortschreitend unter- schiedliche Neigungen zur Achse besitzen, so dass die Zeilengruppen nacheinander in ihre richtige Stellung auf dem Empfangsschirm projiziert werden können.
Bei jeder Ausführungsform der Erfin dung können Mittel verwendet werden, welche die unerwünschten Wirkungen ver hindern oder vermindern, :durch welche stehende Wellen:
als Ergebnis einer Reflek- tion der mechanischen Wellen von Grenzen des Wellen tragenden Körpers erzeugt wer den könnten. Derartige Mittel können bei spielsweise derart geformte Grenzen des Körpers enthalten, dass die reflektierten Wel len in solchen Richtungen fortschreiten,
dass ihre optischen Wirkungen auf die verwende ten besonderen Lichtbündel vernachlässigt werden können.. Wahlweise können, auch Mit tel zur Dämpfung :der reflektierten: Wellen vorgesehen werden, wie Grenzen oder Sper ren. aus Werkstoffen geeigneter physikali scher Eigenschaften. Beispielsweise kann bei Verwendung einer Flüssigkeit, in welcher sieh Kompressionswellen fortpflanzen, eine Korkgrenze in dem Wege der Wellen in einem geeigneten Abstande von ihrer Quelle angeordnet werden.
Wahlweise kann auch die Länge des die Wellen tragenden Körpers derart ,gewählt werden, dass die natürliche Dämpfung der Wellen während ihres. Durch- ganges duroli jenen oder längs desselben ausreicht, die Amplitude irgendwelcher reflektierter Wellen, die sonst unerwünschte Wirkungen erzeugen könnte, auf eine zu vernachlässigende Grösse herabzusetzen.
Da im allgemeinen die durch die naeh der Erfindung verwendeten mechanischen Wellen erzeugten optischen. Wirkungen sieh mit der Farbe des.
verwendeten Lichtes än dern und eine solche Änderung auch in vie len Fällen mit der Änderung der Einfalls richtung des Lichtes auf den die Wellen tragenden Körper eintritt, können die opti- sehen Systeme in einer beliebigen ihrer For men so angeordnet werden, dass die Spektral- koniponenten von Farben kurzer Wellenlän gen (z.
B. blau), die am meisten beeinflusst werden, auf den die Wellen tragenden Kör per unter einem andern Winkel auftreffen als die Komponenten grösserer Wellenlänge (z. B. rot), welche weniger beeinflusst wer den, so :dass die gegebene Verschiedenartig- keit der Wirkung unterschiedlicher Farben durch Änderung ihres Einfallwinkels neu tralisiert oder vermindert wird.
Beispiels weise kann in dem bezüglich 1 beschriebe- nen einfachen Fall eines flüssigen oder festen, die Wellen. tragenden Körpers die Höchstwirkung erzielt werden, wenn das' Licht parallel zu der Front der mechani schen Wellen durch jenen Körper hindurch geht.
Um die beschriebene Kompensations- wirkung zu erzielen, kann man die roten Komponenten des Lichtes dieser Richtung möglichst weitgehend annähern und den andern Spektralkomponenten,der Reihe nach zunehmende Abweichungen von jener Rich tung erteilen.
Eine optische Anordnung zur Erzielung dieser Wirkung ist in Fig. 15 dar gestellt., in welcher ein Paar einander ent sprechender Dispersionspri-smen aus Flint- glas 9'3, 94 beiderseits des die Wellen tra genden Körpers 13 angeordnet ist,
so dass .das Prisma 93 auf der Einfallseite einen ge eigneten Dispersionsgrad des Lichtbündels vor Durchgang desselben durch den die Wel len tragenden Körper hervorruft, worauf diese Dispersion durch das zweite Prisma 94 wieder neutralisiert wird. Gewünschtenfalls können die Prismen in. optischer Berühruug mit dem die Wellen tragenden;
Körper ste hen. Durch geeignete Anpassung kann eine derartige Anordnung in Verbindung mit irgend einer beliebigen 11Iodulationsvorrich- tung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung verwendet werden.
In entsprechender Weise kann eine Be richtigung für die Veränderung der optischen Wirkungen längs des die Wellen tragenden Körpers durch eine Dämpfung der Wellen bei ihrem Fortschreiten erzielt werden oder in manchen Fällen durch V erän.derung der wirksamen Fläche der Wellenfront.
Im Fall der Dämpfung ist die optische Wirkung ge- gebenermassen in der Nähe des Ursprunges der Wellen grösser als in einiger Entfernung von jenem. -Die optische Anordnung .kann dann derart getroffen werden, dass, an der Stelle der grössten Wellenamplitude die Ein fallsrichtung des Lichtes gegenüber derjeni gen Richtung ,geneigt ist, welche die grösste optische Wirkung ergibt, wobei diese Nei gung fortschreitend für die Bereiche mit ab nehmbaren Amplituden verringert wird.
In den zuerst beschriebenen einfachen Fällen, in welchen :die Wellen in flüssigen oder festen Körpern erzeugt werden, ist die Richtung der Höchstwirkung im allgemeinen gleich bleibend über die ganze Länge des die Wel len tragenden Körpers.
Die beschriebene Kompensationswirkung kann .dadurch er reicht werden, dass, ein etwas divergierendes oder konvergierendes Lichtbündel verwendet wird, das auf den die Wellen tragenden Körper unter einem Winkel zur Normalen auftrifft, so dass im Bereich der höchsten Wellenamplitude die Richtung der Strahlen zu der Front der mechanischen Wellen ge neigter ist als in dem Bereich der kleinsten Amplitude. Diese Kompensationswirkung lässt sich zweckmässig durch Verwendung von Linsen geeigneter Brechkraft in dem optischen System erzielen.
Gewünschtenfalls kann Jedoch auch mit in sich parallelen Lichtbündeln gearbeitet werden, .die Wir kung kann dann in der in Fig. 16' dargestell- ten Weise erzielt werden, nach welcher auf einer Seite des Körpers 13 eine Linse 96 positiver Brechkraft und auf der andern Seite eine Linse 97 etwas grösserer negativer Brechkraft angeordnet ist.
Ein in sich paral leles Lichtbündel wird auf die Kombination 'unter einem .geigneten Winkel geleitet. Das Lichtbündel wird durch die Linse 916 wäh rend seines Durchganges durch den die Wel len tragenden Körper konvergierend gemacht und darauf durch die Linse 97 wieder parallel gerichtet. Durch Austauschung der Linsen 9:6 und 97 kann das Lichtbündel in nerhalb -des Körpers 13 divergierend ge macht werden.
Die beschriebene Berichtigung durch Dämpfungswirkung und die vorher beschrie- bene Berichtigung, durch welche das System achromatisch gemacht wird, können. ge- ivünschtenfalls gemeinsam in der Vorrich tung verwendet werden, und zwar entweder in den beschriebenen Formen oder je nach den gegebenen. Bedingungen in irgend einer andern geeigneten Weise.
In allen beschriebenen Fällen kann an Stelle der Auswahl des mittleren Teils des Lichtbündels durch :die Öffnung einer Blende 11 auch der äussere Teil -des Lichtbündels gewünsehtenfalls verwendet werden.
Zu die sem Zwecke wird die Blende derart ange ordnet, dass der ganze mittlere Teil des Lichtbündels abgeblendet wird und, nur der äussere Teil zur Verwendungsstelle gelangt. Sowohl der mittlere als auch die äussern Teile können gewünschtenfalls .getrennt ver wendet werden,,da beide moduliert sind-.
Da die Modulationen der beiden Teile einander entgegengesetzt sind, können jene nicht zu sammen verwendet werden.