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Verfahren und Vorrichtung zur Lichtmodulation.
Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zur Lichtmodulation, die beispielsweise für Zwecke des Fernsehens, der Schallaufzeichnung und für andere Anwendungen verwendet werden können.
Die Erfindung beruht auf dem Grundsatz, dass hochfrequente mechanische Wellen beim Durchgang durch einen, einen Teil eines optischen Systems bildenden Körper allgemein Verzögerungen und Be- schleunigungen der Wellenfront eines durch den Körper hindurchgehenden oder von diesem reflektierten
Lichtbündels hervorrufen. Diese Beschleunigungen und Verzögerungen entsprechen den Bereichen der in dem Körper durch die Wellen hervorgerufenen Zusammendrückung und Entspannung oder ver- änderlichen Verschiebung. Auf Grund des regelmässigen Abstandes dieser Bereiche, der der verwendeten
Wellenlänge entspricht, können ähnliche optische Wirkungen wie mit einem Beugungsgitter erzeugt werden.
Wenn die auf diese Weise erzeugten Beschleunigungen und Verzögerungen des Lichtes ausreichende
Grösse besitzen, kann der mittlere Teil des Lichtbündels durch Interferenz zwischen den voreilenden und nacheilenden Teilen der optischen Wellenfront ausgelöscht und das ganze Licht in die Beugungs- spektren geworfen werden. Andere Grössen der Verzögerung und Beschleunigung erzeugen eine teilweise
Auslöschung des mittleren Lichtbündels.
Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung dieser teilweisen oder völligen Auslöschung für die Zwecke der Lichtmodulation.
Die Erfindung besteht in einem Verfahren zur Änderung der Lichtintensität eines Lichtbündels. bei welchem mechanische Wellen einen in dem Wege des Lichtbündels angeordneten Körper quer zur
Richtung des Lichtweges durchqueren und ein Teil des aus dem Körper austretenden Lichtes von dem übrigen Teil des Lichtes zur Bildung des gesteuerten Lichtbündels abgetrennt wird.
Der abgetrennte Teil des Lichtbündels kann derjenige sein, dessen Intensität durch optische
Interferenz auf Grund der mechanischen Wellen geschwächt wird oder derjenige, der aus seinem ursprünglichen Wege durch Interferenz herausgebeugt oder gestreut wird. Der Körper kann durchsichtig sein, in diesem Fall kann das Lichtbündel durch ihn hindurchgeführt werden, das Lichtbündel kann aber auch an der Oberfläche des Körpers reflektiert werden.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf Vorrichtungen zur Durchführung des angegebenen Verfahrens.
In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise schematisch veranschaulicht, u. zw. zeigt : Fig. 1 einen Lichtmodulator nach der Erfindung, Fig. 2 und 3 ein die Vorrichtung nach Fig. 1 verwendendes optisches System in Seitenansicht und Draufsicht, Fig. 4, 5, 6 und 7 weitere Ausführungsformen von Teilen der in Fig. 2 und 3 veranschaulichten Vorrichtung, Fig. 8-10 weitere Ausführungsformen der Vorrichtung nach Fig. 1, Fig. 11 eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung nach Fig. 2 und 3, Fig. 12-14 weitere Ausführungsformen der Vorrichtung nach Fig. 1, Fig. 15 und 16 zwei Ausführungsformen optischer Korrektursysteme, die in Verbindung mit Vorrichtungen nach der Erfindung zu verwenden sind, Fig. 17,18 und 19 die Anwendung der Erfindung auf Fernsehgeräte und Fig. 20 eine Anwendung der Erfindung für die Schallaufzeichnung.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein Gefäss 13, dessen Wände 1 aus Glas oder ähnlichem, durchsichtigem Material bestehen und dessen Boden durch zwei Metallschichten 3 gebildet wird, zwischen denen in geeigneter Weise ein piezo-elektrischer Kristall 4 gehalten wird. Dieser Kristall kann in einer dünnen Quarzplatte bestehen, die senkrecht zu ihrer elektrischen Achse abgeschnitten ist und deren beide Flächen mit Aluminiumfolie bekleidet oder vergoldet sind. Das Gefäss 13 enthält eine durchsichtige Flüssigkeit 2, wie Wasser oder Paraffinöl. Wenn an die Klemmen 5, die mit den Metallplatten 3 verbunden sind, hochfrequente elektrische Schwingungen gelegt werden, schwingt der piezo-elektrische Kristall 4 mechanisch in Übereinstimmung mit den aufgedrückten elektrischen Schwingungen.
Diese Schwingungen teilen sich der Flüssigkeit 2 mit, so dass sich eine Reihe von Kompressionswellen, deren Intensität der Stärke der elektrischen Schwingungen an den Platten 3 entspricht, in dem Gefäss mit einer Geschwindigkeit nach oben 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 Intensität der Zusammendrückungen und Entspannungen entsprechend.
Wenn nun ein Lichtbündel durch die Zelle im wesentlichen parallel zu der Hauptfläche des Kristalles 4 hindurchgeht, d. h. im wesentlichen senkrecht zu der Fortpflanzungsrichtung der Wellen in der Flüssigkeit 2, und wenn entweder die mittleren oder die äusseren Teile des austretenden Lichtbündels ausgesondert werden, so ändert sich die Intensität des resultierenden Lichtbündels in Übereinstimmung mit den aufgedrückten Modulationen.
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 6, die zweckmässig in der Ebene der Fig. 3
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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 sphärische Linse 9 und die Zylinderlinse 10 dienen in Verbindung mit der Zelle 13, die selbst als Zylinderlinse wirkt, zur Erzeugung eines Bildes der Lichtquelle 6 auf der Öffnung 12 der Blende 11. Die Zelle 13 kann auch einen anderen als den dargestellten kreisförmigen
Querschnitt besitzen.
Wenn beispielsweise ein rechteckiger Querschnitt verwendet wird, übt die Zelle keine Linsenwirkung auf das Lichtbündel aus, während bei kreisförmigem Querschnitt die Zelle mit ii rem Flüssigkeitsinhalt eine Zylinderlinse bildet. Die Öffnung 12 kann in der gleichen Richtung wie cie Lichtquelle 6 länglich ausgebildet sein.
Das durch die Öffnung 12 hindurchgehende Lichtbündelistin Ubereinstimmungmit den Modulationen der sich durch die Zelle 13 hindurch fortpflanzenden mechanischen Wellen moduliert ; die durch die Wellen in der Flüssigkeit 2 erzeugten Beugungsspektren werden durch die Blende 11 zurückgehalten.
Die Linsen 7 und 10 können gewünschtenfalls fortgelassen werden. Es ist jedoch im allgemeinen nicht zweckmässig, eine Zelle grosser Abmessungen herzustellen, die Hauptbeschränkung liegt in der in Fig. 3 dargestellten Querschnittsfläche. Damit diese Begrenzung die verfügbare Lichtmenge nicht wesentlich schmälert, sind bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 2 und 3 die Zylinderlinsen 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 unten dargelegten Gründen zweckmässig, die Zelle lang auszubilden, so dass eine besondere Kondensatorwirkung in dieser Ebene über die durch die sphärischen Linsen 8 und 9 ausgeübte hinaus im allgemeinen nicht erforderlich ist.
In Fig. 4 ist ein optisches System dargestellt, das eine von der Ausführung nach Fig. 1 abweichende Form des Lichtmodulators verwendet. In einem Gefäss 16 ist eine geeignete Menge Quecksilber 17enthalten, auf dessen Oberfläche durch die Schwingungen des piezo-elektrischen Kristalles 4 Wellen erzeugt werden. Der Kristall schwimmt auf dem Quecksilber und die Hoehfrequenzschwingungen werden einerseits durch eine mit dem Metallbelag 21 des Kristalles verbundene Leitung 18 und anderseits durch eine Leitung 19 zugeführt, die durch die Wand des Gefässes 16 hindurchgeht und mit dem Quecksilber 17 in leitender Verbindung steht. Das Quecksilber wirkt als zweiter Metallbelag für den Kristall.
Von einer Lichtquelle 6 ausgehendes Licht wird durch die Linse 20 parallel gerichtet und von der Oberfläche des
Quecksilbers durch die Linse 22 hindurch reflektiert, die ein Bild der Lichtquelle 6 auf der Öffnung 12 der Blende 11 entwirft. Die Wellen auf der Quecksilberoberfläche wirken in ähnlicher Weise wie ein normales Reflektions-Beugungsgitter und erzeugen eine Streuung des reflektierten Lichtbündels, die Grösse der Streuung hängt von der Amplitude der Wellen ab. Das gebeugte Licht wird durch die Blende 11 zurückgehalten und das modulierte Lichtbündel geht durch die Öffnung 12 hindurch.
In Fig. 5 ist eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung von Wellen auf der Oberfläche einer Flüssigkeit gegeben, dort wird die elektrostatische Anziehung zwischen der Flüssigkeit 17 und einem Leiter 23 verwendet, der parallel zur Oberfläche der Flüssigkeit 17 in geringem Abstande von derselben verläuft.
Die Hoehfrequenzschwingungen werden an die Leiter 19 und 23 gelegt, und auf Grund der abwechselnden elektrostatischen Anziehung zwischen der Flüssigkeit 17 und dem Leiter 23 bilden sich Wellen auf der Oberfläche der Flüssigkeit 17. Die in Verbindung mit dieser Form einer Modulationsvorrichtung verwendeten optischen Anordnungen können ähnlich denen nach Fig. 4 sein.
In Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform der Einrichtung nach Fig. 5 veranschaulicht, bei welcher eine durchsichtige Flüssigkeit 17 verwendet wird und der Boden des Gefässes 16 gleichfalls aus durchsichtigem Werkstoff besteht. Das Licht wird, anstatt an der Oberfläche der Flüssigkeit reflektiert zu werden, durch die Flüssigkeit hindurcrgeworfen. An die Leiter 19 und 23 werden wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 hochfrequente Wechselstrompotentiale gelegt, wodurch an der Oberfläche der Flüssigkeit 17 Wellen erzeugt werden. Das Licht der Lichtquelle 6 geht nach oben durch die Flüssigkeit hindurch, und die Beugungswirkung tritt an der oberen Fläche 25 der Flüssigkeit 17 auf. Das Licht wird durch die Linse 24 auf die Öffnung 12 der Blende 11 projiziert.
In Fig. 7 ist eine andere Möglichkeit zur Modulierung eines Lichtbündels durch Bildung von Wellen in dem Lichtwege veranschaulicht. Eine dünne versilberte Micaplatte 30 ist an einem Ende an einem piezo-elektrischen Kristalle befestigt, der durch durch Metallplatten oder durch Vergoldunggebildete Schichten 3 bedeckt ist, welche senkrecht zur elektrischen Achse des Kristalles liegen. An die Platten 3 werden Hochfrequenzpotentiale gelegt, die in dem Kristall 4 Schwingungen erzeugen, durch welche Biegungwellen in der Platte 30 hervorgerufen werden. 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 Beugungswirkungen in dem Lichtbündel der Lichtquelle 6 in einer den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen entsprechenden Weise.
Die Wellen können naturgemäss auch in anderer Weise als durch piezo-elektrische oder elektrostatische Mittel erzeugt werden. Beispielsweise können Biegungs-oder Kompressionswellen durch mechanische Mittel, z. B. eine Stimmgabel oder eine ähnliche Vorrichtung oder eine elektromagnetisch betätigte Membran erzeugt werden. Die Erzeugung 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
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Polarisation und Depolarisation an einer in eine leitende Flüssigkeit eingetauchten Elektrode beim Fliessen hochfrequenter Ströme durch die Lösung.
Die Erfindung ist nicht auf die besonders aufgeführten Beispiele beschränkt, diese sollen vielmehr lediglich als Beispiel dafür dienen, wie mechanische Schwingungen in einem Körper, der in einem optischen System angeordnet ist, zur Erzeugung einer Lichtmodulation durch die Modulation jener Wellen verwendet werden können. Der die Wellen tragende Körper kann gewünschtenfalls in einem durchsichtigen festen oder gasförmigen Körper bestehen.
Bei der Anwendung der Erfindung können Reflektionen der mechanischen Wellen an Grenzen des die Wellen tragenden Körpers oder an in diesen eingefügten Sperren oder Unregelmässigkeiten irgendeiner geeigneten Art verwendet werden, um irgendwelche gewünschte Resonanzen oder Lokalisierungen der Wellenintensität mit sich daraus ergebender Vergrösserung oder Lokalisierung ihrer optischen Wirkungen zu erzielen. Bei der Vorrichtung nach Fig. 8 kann das eine Flüssigkeit 36 enthaltende Gefäss 34 an dem dem piezo-elektrischen Kristall 4 abgekehrten Ende durch eine ebene Platte 35 geeigneter Dicke abgeschlossen sein, die parallel zu dem piezo-elektrischen Kristall 4 angeordnet ist.
Durch geeignete Einstellung des Abstandes zwischen den Platten 4 und 35 kann eine Resonanz zwischen den auf die Platte 35 treffenden und den von ihr reflektierten Wellen erzeugt werden, die eine vergrösserte Wellenwirkung in der Flüssigkeit 36 hervorruft.
Entsprechend dem gegenüber Fig. 8 abgeänderten Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 kann eine Grenzfläche oder Grenzlinie 35 geneigt zu der Ausgangsoberfläche oder Ausgangslinie 4 der Wellen angeordnet sein, wodurch wiederholte Reflektionen der Wellen zwischen dem Wellenursprung und jener Grenze einen oder mehrere Resonanzbereiche 3'1, 3'1'erzeugen, deren Lage von der Frequenz der mechanischen Wellen abhängen kann. In diesem Fall können zwei oder mehr elektrische Frequenzen gleichzeitig dem Quarzkristall oder einem anderen Wellen erzeugenden Teil aufgedrückt werden.
Hiedurch werden zwei oder mehr entsprechende, voneinander verschiedene Wirkungsbereiche in dem die Wellen tragenden Körper erzeugt, so dass durch Modulation der geeigneten, der Vorrichtung zugeführten Frequenz oder Frequenzen die Wellenamplituden in besonderen Bereichen und hiedurch die entsprechenden optischen Wirkungen unabhängig von denen in anderen Bereichen moduliert oder gesteuert werden können. Der Bereiche kann daher einer der aufgedrückten Frequenzen und der Bereich 37'einer anderen entsprechen.
In den 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 und bzw. oder zueinander angeordnet werden, wodurch Interferenz-oder Resonanzwirkungen der Wellen erzielt werden können, die sich wie bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel in Resonanzbereichen äussern.
Weiterhin kann der Wellen tragende Körper mit einer oder mehreren Grenzen oder eingefügten Sperren periodischer Form versehen sein, beispielsweise können abgestufte Grenzen oder Sperren mit regelmässigen Öffnungen oder Änderungen der Dicke verwendet werden, wodurch die Wellen in von ihrer Frequenz abhängenden Richtungen gebeugt werden. Derartige Grenzen oder Sperren können gewünschten-
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frequenzabhängiger Wirkungen in dem Körper führt.
Beispiele zur Anwendung dieser Grundsätze auf die Erfindung sind in Fig. 10-14 veranschaulicht.
Fig. 10 zeigt eine Vorrichtung, in welcher Resonanzstellen von Kompressionswellen in einer Flüssigkeit 52 erzeugt werden, die in einem Gefäss 51 enthalten ist, dessen Boden durch einen piezoelektrischen Kristall 4 gebildet wird. Die Wellen in der Flüssigkeit 52 treffen auf die Platten 60, und ein Teil der Wellenamplitude geht weiter, während ein anderer Teil reflektiert wird. Wenn diese Platten so angeordnet sind, dass der Abstand zwischen ihnen ein ganzes Vielfaches der halben Wellenlänge beträgt, so tritt eine Resonanz zwischen den von dem Kristall 4 ausgehenden und den durch die Platten 60 reflektierten Wellen ein.
Wenn die Platten 60 gegeneinander geneigt sind, können diese Resonanzwirkungen wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 für eine besondere Frequenz auf eine oder zwei Stellungen in dem Gefäss beschränkt werden.
Fig. 11 zeigt eine Vorrichtung nach der Erfindung, in welcher ähnliche Wirkungen wie durch die Einrichtung nach Fig. 9 erzielt werden können. An die mit den einander gegenüber angeordneten leitenden Belegen des piezo-elektrischen Kristalles 4 verbundenen Klemmen 5 werden Hoehfrequenzpotentiale gelegt. In der Flüssigkeit 52 werden mechanische Wellen entsprechender Frequenz gebildet und an der Platte 50 reflektiert, die mit einer gezackten oder gestuften Oberfläche versehen ist. Diese Platte besitzt die Wirkung, die Kompressionswellen in der Flüssigkeit 52 derart zu beugen, dass derWinkel der Höchstwirkung von der Frequenz der Wellen abhängt.
Wenn hochfrequente Wechselspannungen zweier verschiedener Perioden an die Klemmen 5 gelegt werden, sind die Richtungen der durch die Platte 50 reflektierten Wellen mit Hochstamplitude, wie durch die Pfeile 53 und 53'beispielsweise angedeutet, voneinander verschieden.
Um zwischen den durch die Pfeile 53 und 53'angedeuteten Wellengruppen, die sich in verschiedenen Richtungen bewegen, optisch unterscheiden zu können, wird das aus einer Öffnung oder einem Schlitz 62'
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einer Blende 62 divergierende Licht einer Lichtquelle 61 durch die Flüssigkeit hindurchgeworfen. In diesem Fall werden nur diejenigen Strahlen a, a'durch die Wellen merklich beeinflusst, die zu der Richtung der Wellen 53 bzw. 53'nahezu senkrecht verlaufen. Werden die Strahlen dann durch eine Linse 53 auf einen Schlitz 12 einer Blende 11 projiziert, so geht von diesem Schlitz ein Bündel von Strahlen aus, von denen diejenigen moduliert sein werden, die in der angebenen Weise durch die Wellen beeinflusst sind.
Eine weitere Konvexlinse 64 geeigneter Brennweite erzeugt auf einem Schirm 65 einen Lichtstreifen oder eine Lichtlinief. f, in der die Intensität, beispielsweise an der Stellef', der Wellenintensität in der
Flüssigkeit in der Richtung 53'und dementsprechend der Intensität einer bestimmten Fre quenzkomponente der an den Kristall 4 gelegten elektrischen Impulse entspricht. Wird daher eine Mehrzahl von an den
Kristall 4 gelegten Frequenzen mit verschiedenen Gruppen von Veränderungen moduliert, so erscheint jede dieser Gruppen auf dem Schirm65in eineranderen Stellungin Form entsprechender Lichtmodulationen.
In Fig. 12 ist ein eine Flüssigkeit 52 enthaltendes und am Boden mit einem piezo-elektrischen
Kristall 4 versehenes Gefäss 51 mit einem Gitter 54 ausgestattet, das aus einer Anzahl feiner Drähte besteht, die parallel zueinander in Abständen angeordnet sind, welche die Grössenordnung der Wellenlängen der in der Flüssigkeit zu übertragenden Wellen besitzen. Das Gitter 54 ergibt eine ähnliche Wirkung wie die Platte 50 in Fig. 11. Auf diese Weise werden zwei an die Klemmen 5 gelegte Hochfrequenzpotentiale verschiedener Periode zwei Gruppen von Wellen in der Flüssigkeit 52 erzeugen, die sich beispielsweise in den durch die Pfeile 53 und 53'angegebenen Richtungen fortpflanzen.
Gewünschtenfalls kann eine Linse 73, die beispielsweise aus geschmolzenem Silica 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 75 und 75' an der Oberfläche der Flüssigkeit zu konzentrieren.
Eine Möglichkeit zur Verwendung einer derartigen Anordnung sei an Hand der Fig. 13 beschrieben :
Fig. 13 zeigt eine Vorrichtung nach der Erfindung, bei der Wirkungen ähnlich den durch die Vorrichtung nach Fig. 11 erzeugten zur Scharfeinstellung benutzt werden.
Ein piezo-elektrischer Kristall 4 bildet einen Teil der Wand eines Gefässes 51. Durch den in Übereinstimmung mit an seine Klemmen 5 gelegten Hoehfrequenzpotentialen schwingenden Kristall 4 werden in der Flüssigkeit 52 Wellen erzeugt, die durch die gezahnte 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 56 der Oberfläche 55 der Flüssigkeit 52 konzentriert werden. Da die Platte 50 auf Kompressionswellen verschiedener Wellenlänge eine verschieden starke Beugung ausübt, ist die
Stellung des Brennpunktes an der Flüssigkeitsoberfläche 55 verschieden für jede Gruppe von Wellenlängen.
Wenn zwei Gruppen von Hoehfrequenzpotentialen 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 56'dargestellt, verschieden. Derartige Resonanzpunkte können in der oben, beispielsweise bezüglich Fig. 4-6 beschriebenen Weise zur Modulation eines Lichtbündels in Übereinstimmung mit den Modulationen der an die Klemmen 5 gelegten Hochfrequenzschwingungen verwendet werden. Die Resonanzpunkte 56 und 56'können ebensogut innerhalb der Flüssigkeit 52 liegen, in diesem Fall können sie zur Modulation eines durch die Flüssigkeit hindurchgehenden Lichtbündels wie bei dem Beispiel nach Fig. 1 verwendet werden.
In Fig. 14 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt, durch welches Resonanzpunkte in einer Flüssigkeit erzeugt werden können. Der Boden eines eine Flüssigkeit 52 enthaltenden Gefässes 51 wird durch einen piezo-elektrischen Kristall 4 und einen keilförmigen Block 57 gebildet. Wenn der Kristall durch Anlegen von Hochfrequenzpotentialen an seine Klemmen 5 zum Schwingen gebracht wird, entstehen in dem Block 57 Kompressionswellen. Auf Grund der keilförmigen Gestalt desselben werden Resonanzpunkte 58 an Stellen gebildet, an welchen die Tiefe des Blockes ein ganzes Vielfaches der Wellenlänge ist. Diese Resonanzpunkte 58 erzeugen in der Flüssigkeit 52 Wellenzüge 59 entsprechender Wellenlänge. Der Block 57 kann beispielsweise aus Stahl bestehen oder auch durch Quecksilber gebildet werden.
Im letztgenannten Fall muss das Gefäss 51 aus der senkrechten Lage herausgeschwenkt werden, um die erforderliche Keilform für das Quecksilber zu erzielen.
Vorrichtungen nach Art der bezüglich Fig. 9-14 beschriebenen, bei welchen in ihrer Stellung von der Frequenz der aufgedrückten Schwingungen abhängige Resonanzbereiche erzielt werden, können zur gleichzeitigen Herstellung zweier oder mehrerer modulierter Lichtbündel verwendet werden, wobei die Modulationen voneinander unabhängig sind.
Bei allen Ausführungsformen der Erfindung, und insbesondere, wenn die fortschreitende Bewegung von Wellenbereichen verschiedener Modulationsintensitäten auf eine Empfangsfläche in der weiter unten beschriebenen Weise abgebildet wird, können Mittel verwendet werden, welche die unerwünschten Wirkungen verhindern oder vermindern, durch welche stehende Wellen als Ergebnis einer Reflektion der mechanischen Wellen von Grenzen des Wellen tragenden Körpers erzeugt werden könnten. Derartige Mittel können beispielsweise derart geformte Grenzen des Körpers enthalten, dass die reflektierten Wellen in solchen Richtungen fortschreiten, dass ihre optischen Wirkungen auf die verwendeten besonderen Lichtbündel vernachlässigt werden könnten.
Wahlweise können auch Mittel zur Dämpfung der reflektierten
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Wellen vorgesehen werden, wie Grenzen oder Sperren aus Werkstoffen geeigneter physikalischer Eigenschaften. Beispielsweise kann bei Verwendung einer Flüssigkeit, in welcher sich Kompressionswellen fortpflanzen, eine Korkgrenze in dem Wege der Wellen in einem geeigneten Abstande von ihrer Quelle angeordnet werden. In einer Zelle nach Art der in Fig. 8 veranschaulichten, kann beispielsweise die Grenze 36 aus Kork bestehen.
Wahlweise kann auch die Länge des die Wellen tragenden Körpers derart gewählt werden, dass die natürliche Dämpfung der Wellen während ihres Durchganges durch 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 nach der Erfindung verwendeten mechanischen Wellen erzeugten optischen Wirkungen sieh mit der Farbe des verwendeten Lichtes ändern und eine solche Änderung auch in vielen Fällen mit der Änderung der Einfallsrichtung des Lichtes auf den die Wellen tragenden Körper eintritt, können die nach der Erfindung verwendeten optischen Systeme in einer beliebigen ihrer Formen so angeordnet werden, dass die Spektralkomponenten von Farben kurzer Wellenlänge (z. B. Blau) die am meisten beeinflusst werden, auf den die Wellen tragenden Körper unter einem anderen Winkel auftreffen als die Komponenten grösserer Wellenlänge (z. B. Rot), welche weniger beeinflusst werden, so dass die gegebene Verschiedenartigkeit der Wirkung unterschiedlicher Farben durch Änderung ihres Einfallswinkels neutralisiert oder vermindert wird.
Beispielsweise kann in dem bezüglich Fig. 1 beschriebenen einfachen Fall eines flüssigen oder festen, die Wellen tragenden Körpers die Höchstwirkung erzielt werden, wenn das Licht parallel zu der Front der mechanischen Wellen durch jenen Körper hindurchgeht. Um die beschriebene Kompensationswirkung zu erzielen, kann man die roten Komponenten des Lichtes dieser Richtung möglichst weitgehend annähern und den anderen Spektralkomponenten der Reihe nach zunehmende Abweichungen von jener Richtung erteilen.
Eine optische Anordnung zur Erzielung dieser Wirkung ist in Fig. 15 dargestellt, in welcher ein Paar einander entsprechender Dispersionsprismen aus Flintglas 93,94 beiderseits des die Wellen tragenden Körpers 13 angeordnet ist, so dass das Prisma 93 auf der Einfallseite einen geeigneten Dispersionsgrad des Lichtbündels vor Durchgang desselben durch den die Wellen tragenden Körper hervorruft, worauf diese Dispersion durch das zweite Prisma 94 wieder neutralisiert wird. Gewünschtenfalls können die Prismen in optischer Berührung mit dem die Wellen tragenden Körper stehen. Durch geeignete Anpassung kann eine derartige Anordnung in Verbindung mit irgendeiner beliebigen Modulationsvorrichtung nach der Erfindung verwendet werden.
In entsprechenderweise kann eine Berichtigung 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 Veränderung der wirksamen Fläche der Wellenfront. Im Fall der Dämpfung ist die optische Wirkung gegebenermassen 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 Einfallsrichtung des Lichtes gegenüber derjenigen Richtung geneigt
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mendenAmplitudenverringertwird.
In den zuerst besehriebeneneinfachen Fällen, in welchen die Wellen in flüssigen oder festen Körpern erzeugt werden, ist die Richtung der Höchstwirkung im allgemeinen gleichbleibend über die ganze Länge des die Wellen tragenden Körpers. Die beschriebene Kompensationswirkung kann dadurch erreicht 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 geneigter ist als in dem Bereich der kleinsten Amplitude.
Diese Kompensationswirkung kann in einfacher Weise durch eine Scharfeinstellung erzielt werden und 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 Wirkung kann dann in der in Fig. 16 dargestellten Weise erzielt werden, nach welcher auf einer Seite des Körpers 13 eine Sammellinse 96 positiver Brechkraft und auf der anderen Seite eine Zerstreuungslinse 97 etwas grösserer negativer Brechkraft angeordnet ist. Ein in sich paralleles Lichtbündel wird auf die Kombination unter einem geeigneten Winkel geleitet. Das Lichtbündel wird durch die Linse 96 während seines Durchganges durch den die Wellen tragenden Körper konvergierend gemacht und darauf durch die Linse 97 wieder parallel gerichtet.
Durch Austauschung der Linsen 96 und 97 kann das Lichtbündel innerhalb des Körpers 13 divergierend gemacht werden.
Die beschriebene Berichtigung durchDämpfungswirkungund die vorher beschriebene Berichtigurg, durch welche das System achromatisch gemacht wird, können gewünschtenfalls gemeinsam in der Vorrichtung verwendet werden, u. zw. entweder in den beschriebenen Formen oder je nach den gegebenen Bedingungen in irgendeiner anderen geeigneten Weise.
Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist bezüglich der Tatsache gegeben, dass die mechanischen Wellen, welche Beugungserseheinungen hervorrufen, sich mit einer endlichen Geschwindigkeit längs des Körpers, in welchem sie wirksam sind, fortpflanzen. Wenn daher dieser Körper in der Fortpflanzungs-
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Auf der Oberfläche 55 einer Lichtmodulationsvorrichtung 72 (z. B. nach Art der in Fig. 13 dargestellten) werden Gruppen von Resonanzpunkten b 1, b 2, b 3 usw. erzeugt. Diese Resonanzpunkte ergeben sich in der bezüglich Fig. 13 beschriebenen Weise durch Anlegen einer Gruppe von Hochfrequenzpotentialen F 1, F 2 an die Klemmen 5 nach Fig. 13. Jede der Frequenzen F 1, F 2 ist mit den den Bild- elementen in einer Bildzeile des zu übertragenden Gegenstandes entsprechenden Bildimpulsen moduliert.
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parallel zur Richtung der Wellenzüge angeordnet sind.
Licht eine : Lichtquelle 6 fällt auf die Flüssigkeitsoberfläche 55 der Modulationsvorrichtung 72.
Das Licht wird durch Beugung an den Wellenzügen c 1, c 2, c 3 moduliert und ein Teil des Lichtbündels in der bereits beschriebenen Weise ausgewählt. Die hiezu dienenden Selektionsmittel sind in Fig. 18 aus Gründen der Klarheit fortgelassen. Das Licht fällt dann auf die Abtastspiegelwalze 69 und wird durch ein schematisch bei 70 dargestelltes Linsensystem auf den Schirm 11 projiziert. Auf diese Weise können auf dem Schirm 71 Lichtpunkte gebildet werden, deren jeder einem Punkt in einer der Bildzeilen des zu übertragenden Objektes entspricht. Die Lichtintensitäten der Lichtpunkte ändern sich mit den entsprechenden Bildimpulsen, und die Punkte werden durch die Abtastwalze 69 über den Schirm 71 bewegt.
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Wenn die Zahl der auf diese Weise in jeder Bildzeile wiedergegebenen Bildelemente gleich der Gesamtlänge der Zeile ist und alle Bildzeilen des Bildes in der beschriebenen Weise gleichzeitig übertragen werden, so wird das Bild fortlaufend dauernd auf den Empfangsschirm geworfen. Eine Flimmerwirkung wird auf diese Weise beseitigt und eine kleinere Bildwechselzahl anwendbar als sie zur Vermeidung einer Flimmerwirkung sonst verwendet werden muss. Die kleinere Bildwechselzahl genügt für eine richtige Wiedergabe der Bewegungsvorgänge.
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist es möglich, die Sperren d 1, d 2, d 3 usw. dadurch fortzulassen, dass die Länge der die Resonanzbereiche b 1, b 2, b 3 verbindenden Linie so gross gewählt wird, dass jeder Resonanzbereich in dieser Richtung gegenüber der Wellenlänge lang ist. Auf diese Weise wird durch jeden Resonanzbereich eine gerade Wellenfront einer Breite erzeugt, die ausreicht, eine im wesentlichen geradlinige Fortpflanzung der Wellen zu ermöglichen.
Das Beschriebene ist lediglich zur Veranschaulichung der vielen Möglichkeiten hinsichtlich der Verwendung derartiger Vorrichtungen gegeben. Es ist nicht erforderlich, dass das ganze Fernsehbild in der beschriebenen Weise gleichzeitig wiedergegeben wird, da es oftmals zweckmässig ist, nur einen Teil der Gesamtzahl der Bildzeilen gleichzeitig wiederzugeben und dann in der Abtastbewegung auf die nächste Bildzeilengruppe überzugehen.
Die Abtastvorrichtungen bei einer derartigen Anwendung der Erfindung können von jeder beliebigen Bauart sein. Wenn alle Bildzeilen gleichzeitig abgetastet werden, ist eine zweckmässige Form für die Abtastvorrichtung in einer einfachen Spiegeltrommel gegeben, bei der sämtliche Spiegel parallel zur Achse liegen. Wird nur ein Teil der Gesamtzahl der Bildzeilen gleichzeitig abgetastet, können Spiegeltrommeln verwendet werden, deren Spiegel fortschreitend unterschiedliche Neigungen zur Achse besitzen, so dass die Zeilengruppen nacheinander in ihre richtige Stellung auf dem Empfangsschirm projiziert werden können.
Vorrichtungen nach der Erfindung oder Kombinationen derselben können auf diese Weise beim Fernsehen dazu verwendet werden, ein mehrere gleichzeitig gegenwärtige Hochfrequenzkomponenten enthaltendes Fernsehsignal, dessen jede Komponente mit der Lichtverteilung in einer besonderen Bildzeile oder einem besonderen Teil der zu übertragenden Szene entsprechenden Impulsen moduliert ist, in ein Bild zu verwandeln. Diese Vorrichtungen können auch in allen denjenigen Fällen verwendet werden, in welchen es erforderlich ist, eine Linie oder ein Muster aus Licht zu bilden, dessen Intensitäten in besonderen Teilen den-Intensitäten einer besonderen Frequenzkomponente in einem komplexen periodischen Signal entsprechen.
Gewisse der oben beschriebenen Vorrichtungen können im. Sender einer Fernsehübertragungsvorrichtung zur Erleichterung der Erzeugung von Signalen verwendet werden, die eine Mehrzahl modulierter Frequenzen enthalten. Der Grundsatz einer derartigen Anwendung sei im folgenden an der Vorrichtung nach Fig. 9 beschrieben :
Eine Anwendung der Erfindung auf Fernsehsender ist schematisch in Fig. 19 veranschaulicht.
Das zu sendende Bild oder Objekt ist bei 76 angeordnet. Ein Linsensystem 77 ist derart angeordnet,
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dass es ein Bild des Objektes 76 auf der Oberfläche der Vorrichtung 78 bildet, die in der in Fig. 9 dargestellten Weise ausgestaltet ist. Die Spiegeltrommel 79 bewegt dies Bild über die Vorrichtung 78. Jeder gegebene Punkt der Zeilen jf, 2, g 3, in welche das Bild aufgeteilt werden kann, wird einmal bei jeder Abtastbewegung über die Vorrichtung 78 bewegt. Das optische System kann die für die einwandfreie Wirkungsweise erforderlichen Blenden oder Öffnungen enthalten. In der Vorrichtung 78 werden Resonanzbereiche h 1, h 2, h 3 in der bereits bezüglich Fig. 9 beschriebenen Weise erzeugt.
Jeder Resonanzbereich entsteht durch eine andere an die mit den Biegen des piezo-elektrischen Kristalls 4 verbundenen Klemmen 5 gelegte Hochfrequenzschwingung. Jeder Teil des von der Vorrichtung 78 ausgehenden Lichtes wird daher erstens entsprechend den Lichtänderungen des Objekts 76 und zweitens mit der doppelten Frequenz der in der Zeile 78 durch die an die Klemmen 5 gelegten Schwingungen erzeugten stehenden Wellen moduliert. Die Linse 80 projiziert das gesamte aus der Vorrichtung 78 austretende Licht auf die Fotozelle 81, die an den Sender 82 angeschlossen ist.
Auf diese Weise können Signale, welche Punkten in den Zeilen g 1, g 2, g 3 des Bildes 76 entsprechen, gleichzeitig übertragen werden, wobei jede Zeile als Modulation einer anderen Trägerwelle übertragen wird.
Der Sender 82 kann einen Generator zur Erzeugung einer Trägerfrequenz enthalten, die höher ist als die Trägerfrequenzen, welche durch die an den piezo-elektrischen Kristall 4 gelegten Schwingungen erzeugt werden. Diese höhere Trägerfrequenz wird mit den Gruppen niedriger Trägerfrequenzen moduliert.
Signale eines derartigen Senders können mit einer der Anordnung nach Fig. 18 ähnlichen Vorrichtung empfangen werden.
In Fig. 20 ist eine optische Anordnung dargestellt, die zur Anwendung der im vorstehenden dargelegten Grundsätze bei der Aufzeichnung von Lichtmodulationsintensitäten auf eine sich bewegende Fläche, wie einen photographischen Film, geeignet ist. Hier ist 6 die Lichtquelle, von welcher das durch die Linse 39 parallel gerichtete Licht durch die Modulationsvorrichtung. M hindurchgeht, in welcher sich nach oben fortpflanzende Wellen erzeugt werden. Das Licht wird durch die Linse 40 auf dem Schlitz 12 der Blende 11 gesammelt, welche den gesteuerten Teil des Lichtes aussiebt.
Hierauf geht das Licht durch eine Linse 48, die auf dem sich bewegenden Film 49 ein Bild der Vorrichtung 13 in solcher Grösse erzeugt, dass die abgebildete Geschwindigkeit der sieh in der Vorrichtung13 aufwärts bewegenden Wellengruppen gleich der abwärtsgerichteten Geschwindigkeit des Filmes 49 ist. Auf diese Weise behalten die Wellengruppenbilder eine feststehende Lage auf dem Film während ihres Durchganges durch das Bild der Zelle als ganzes. DieAufzeichnungseinheitder Modulationsimpulse wird unabhängig von der Grösse der beleuchteten Fläche erreicht. Diese Vorrichtung kann beispielsweise zur Aufzeichnung eines Schalles auf einen Film dienen, wozu mit dem Schall modulierte Hochfrequenzschwingungen an die Klemmen 5 gelegt werden.
Sowohl bei dem zuletzt beschriebenen Ausführungsbeispiel als auch bei den anderen kann an Stelle der Auswahl des mittleren Teiles des Lichtbündels durch die Öffnung einer Blende 11 auch der äussere Teil des Lichtbündels gewünschtenfalls verwendet werden. Zu diesem Zweck wird die Blende derart angeordnet, dass der ganze mittlere Teil des Lichtbündels abgeblendet wird und nur der äussere Teil zur Verwendungsstelle gelangt. Sowohl der mittlere als auch die äusseren Teile können gewünschtenfalls getrennt verwendet werden, da beide moduliert sind. Da die Modulationen der beiden Teile einander entgegengesetzt sind, können jene nicht zusammen verwendet werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Helligkeitssteuerung eines Lichtbündels, bei dem das Licht an in einem optischen Mittel oder auf dessen Oberfläche erzeugten mechanischen Wellen gebeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Wellen in Übereinstimmung mit den zu erzeugenden Helligkeitsänderungen moduliert werden und eine der beiden durch die Beugung erzeugten Lichtkomponenten als gesteuertes Lichtbündel verwendet wird.