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Verfahren zur Erzeugung von Aufzeichnungen elektrischer Vorgänge.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Erzeugung von Aufzeichnungen elektrischer Vorgänge, wobei elektrische Ladungen auf eine Isolierfläche als unsichtbares elektrisches Bild dieser Vorgänge festgehalten und durch Aufbringen von Materialteilchen siehtbar gemacht werden. Die Erfindung besteht darin, dass das elektrische Bild mit einem höchstens 5 mm langen, in seiner Intensität gesteuerten und scharf begrenzten Strahl einer elektrischen Ladung erzeugt wird, wobei während der Aufzeichnung das Bündel bzw. die Ionenquelle und die Auffangfläche gegeneinander mechanisch bewegt werden.
Es sind bereits Verfahren für die Aufzeichnung elektrischer Vorgänge bekannt. So wurde der Vorschlag gemacht, die Aufzeichnung elektrischer Vorgänge, z. B. Tonaufzeichnungen, durch dielektrische Polarisation zu bewirken, welche einem entsprechenden Isoliermaterial eingeprägt wird. Bei diesem Verfahren wird der Aufzeichnungsträger jedoch der reinen polarisierenden Wirkung eines wechselnden elektrostatischen Feldes ausgesetzt ; es erfolgt keine Übertragung freier elektrischer Ladungen auf den Träger und erfolgt auch keine Sichtbarmachung durch aufgebrachte materielle Teilchen.
Weiters sind Verfahren bekannt, bei welchem die Aufzeichnungen zwar durch Aufbringen elektrischer Ladungen bewirkt werden ; es erfolgt jedoch ein Aufdrücken der Ladungen mit Hilfe von an dem Aufzeichnungsträger anliegenden Elektroden nicht in der Form eines Ionenbündels, dessen Stärke durch den aufzuzeichnenden Vorgang z. B. mit Hilfe einer Steuerelektrode beeinflusst wird, wie dies bei dem erfindungsgemässen Verfahren der Fall ist.
Bei einem weiteren bekannten Verfahren werden die Aufzeichnungen mittels negativer Ladungen der Kathodenstrahlen erzeugt. Zur Ausführung des Verfahrens dient eine hoch evakuierte Kathodenstrahlröhre (Braunsehe Röhre), welche keinen fluoreszierenden Schirm enthält. Die scharf gebündelten Kathodenstrahlen treffen auf die innere Fläche des Kolbenbodens auf und hinterlassen auf derselben eine unsichtbare elektrische Aufzeichnung, welche durch Bestäubung der äusseren Kolbenwand sichtbar gemacht wird. Die Aufzeichnungen selbst erfolgen durch die elektrostatische oder magnetische Ablenkung der Kathodenstrahlen. Bei manchen Anwendungen, z. B. der der elektrischen Bildübertragung, wird gleichzeitig auch die Stärke der Strahlen durch den aufgezeichneten Vorgang beeinflusst.
Bei diesem Verfahren braucht man jedoch zur Erzeugung geeigneter Kathodenstrahlen hohe Spannungen (8-10. 000 Volt) und es lässt sich das Verfahren nur im besten Hochvakuum ausführen. Wenn in der Röhre auch nur minimale Gasreste vorhanden sind, so werden durch Stossionisation positive Ionen erzeugt, welche die die Aufzeichnung bildenden negativen Wandladungen neutralisieren. Dadurch, dass die Aufzeichnung auf der inneren, die "Entwicklung" dagegen auf der äusseren Wandfläche erfolgt, wird eine gewisse Unschärfe der Aufzeichnung verursacht, und. es ist nicht gut möglich, auf diese Weise mit der Liniendicke der Aufzeichnung unterhalb von 1 bis 2 mm zu bleiben.
Auch zeigt die als Auffangfläche dienende Glas- wand der Röhre unter Umständen ein Verhalten (Zerfliessen der Ladungen, Restpolarisation usw. ), welches die Erzeugung einwandfreier Aufzeichnungen erschwert.
Durch die Erfindung werden alle diese Schwierigkeiten vermieden, und man gelangt zu einem leicht ausführbaren elektrostatischen Aufzeichnungsverfahren von vielseitiger Anwendbarkeit, falls man zur Erzeugung der Aufzeichnungen an Stelle eines Kathodenstrahles von üblicher Länge (20-50 cm)
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einen kurzen elektrischen Strahl, d. h. ein kurzes höchstens 5 mm langes, scharf begrenztes Bündel von positiven oder negativen Trägern benutzt. So ein kurzer Strahl lässt sich z. B. mit Hilfe einer Glühkathode oder einer Kunsmannschen Glühanode in einem Raum von beliebigem Druck, im Hochvakuum ebenso wie in atmosphärischer Luft, erzeugen. Aus praktischen Gründen wird man das Arbeiten in freier Luft bevorzugen.
Ein mit Barium überzogener Platindraht kann als Quelle der negativen Elektroden bzw. Ionen benutzt werden. Wenn die zur Strahlenerzeugung dienende Anoden-oder Saugspannung nicht höher als etwa 1000 Volt bei 1-2 cm Strahllänge gewählt wird, so tritt keine störende Stossionisation auf, und man erhält ein Bündel von ausschliesslich negativen Trägern. Bei der Ausführung der Aufzeichnung muss man-infolge der Kürze des Strahles-auf eine Strahlablenkung verzichten ; man wird die Aufzeichnung-wie dies bei andern Registrierverfahren üblich ist-durch die mechanische Bewegung der Auffangfläche bzw. durch die des Strahles bewirken, wobei man die Strahlintensität durch den aufzuzeichnenden Vorgang beeinflussen lässt.
Am einfachsten kann dies durch eine entsprechend angeordnete Steuerelektrode bewirkt werden, welche gegebenenfalls auch zur Strahlbegrenzung dient und welcher die aufzuzeichnenden elektrischen Spannungen zugeführt werden. Die Ausführung des Verfahrens ("elektrographisches Verfahren" oder "Elektrographie") in freier Luft bringt noch gegenüber dem mittels Kathodenstrahlen erfolgenden Aufzeichnungsverfahren bedeutende Vorteile mit sich, 'u. zw. dass man als Auffangfläche die verschiedensten Isoliermaterialien, z. B. Hartgummiplatten, mit Schellack oder Paraffin überzogenes Papier usw., verwenden kann und dass man die Entwicklung durch Bestäuben der beschriebenen Seite vornehmen kann, wodurch die oben erwähnte Unschärfe der Aufzeichnungen vollkommen vermieden wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren und die zur Ausführung desselben dienenden Vorrichtungen sollen an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden. Fig. 1 dient zur prinzipiellen Erläuterung des neuen Verfahrens ; Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung zur Aufnahme vor Oszillogrammen oder kurzzeitigen Tonaufzeichnungen ; Fig. 3 stellt ein nach dem Verfahren erzeugtes Oszillogramm eines Wechselstromes dar ; Fig. 4 eine Einrichtung zur Erzeugung von laufenden Tonaufzeichnungen und Fig. 5 ein Gerät für elektrische Bildübertragung.
In Fig. 1 bedeutet 1 eine U-förmige Glühkathode (z. B. einen mit Bariumoxyd überzogenen Platin- draht), einen mit einer viereckigen oder runden Offnung 3 versehenen Metallschirm, 4 eine Metallplatte, welche an der der Kathode zugewandten Seite mit einem Isoliermaterial, z. B. mit einer dünnen Hartgummiplatte 5, bedeckt und in der Pfeilrichtung in ihrer Ebene verschiebbar ist. 6 bedeutet die Heizbatterie der Kathode, ? die Gittervorspannungsbatterie, 8 die Anoden- oder Saugspannungsquelle und 9 einen Bunsenbrenner.
Wird die Kathode geheizt, die Saugspannung angelegt und die Metallplatte samt Isolierbedeckung in der Pfeilrichtung mit gleichmässiger Geschwindigkeit verschoben, so schreibt das durch die Saugspannung erzeugte und aus der Öffnung 3 austretende, scharf begrenzte Ionenbündel auf die Auffangfläche 5 eine mit negativer Elektrizität geschriebene unsichtbare Linie von gleichmässiger Stärke, die man durch Bestäuben mit einem feinen positiv elektrischen pulverförmigen Körper, z. B. mittels innige oder Lykopodiumpulver, welches man durch einen Luftstrom zerstäubt, sichtbar machen, also "entwickeln" kann.
Die die Aufzeichnung bildenden Pulverteilchen lassen sich durch einen Lappen oder einen starken Luftstrom restlos entfernen ; fährt man jetzt mit einem, mit der Anode leitend verbundenen Bunsenbrenner 9 vor der Auffangfläche vorüber, so wird dieselbe elektrisch neutralisiert und kann für weitere Aufzeichnungen benutzt werden.
Die Stärke des Bündels und demzufolge auch die der Aufzeichnung hängt sowohl von der Anodenals auch von der Gitterspannung ab, da ein in einem dichten Gase fliessender Raumladungsstrom sieh durch eine Steuerelektrode bekanntlich ebenso beeinflussen lässt wie ein in Hochvakuum fliessender Elektronenstrom. Will man also'mit der beschriebenen Anordnung den Verlauf irgendeines elektrischen Vorganges, z. B. das Oszillogramm eines Wechselstromes, aufzeichnen, so kann man die aufzuzeichnende Spannung sowohl mit der Saugspannung als auch mit der Gittervorspannung in Reihe schalten. Da aber im letzten Falle die notwendigen Steuerspannungen bedeutend kleiner sind, empfiehlt es sieh in der Praxis, die Gittersteuerung zu bevorzugen.
Eine zur Aufnahme von Oszillogrammen, Tonaufzeichnungen u. dgl. geeignete Anordnung wird in Fig. 2 gezeigt. Die um die Achse 10 drehbare Trommel, welche als Anode oder Saugelektrode wirkt, wird an ihrem Umfange mit dünnem Isoliermaterial 11 überzogen, 13 ist die mit dem länglichen Spalt versehene Steuerelektrode, 12 die längliche Glühkathode, 14 die Heizbatterie, 16 die Anoden- und 16 die Gittervorspannungsbatterie. Die aufzeichnende Weebselvorspannung wird zweckmässig mittels des Transformators ? ? dem Gitter zugeführt. Der Abstand Kathode-Gitter, insbesondere aber der Abstand Gitter-Anode, d. h. die Strahllänge, soll möglichst klein, etwa 0'5-1'0 mm sein.
Bei Vergrösserung der Strahllänge wird bei gegebener Anodenspannung sowohl die Intensität als auch die Schärfe der Aufzeichnung vermindert. Die praktische obere Grenze der Strahlenlänge dürfte 5 sein. Die Anodenspannung kann etwa 200-1200 Volt, die Spaltbreite 0'05-0'5 mm betragen. Für die Ausstreuung des lonenbündels reicht dann eine Spannung von 0'5 bis 5'0 Volt aus. Fig. 3 zeigt die Aufzeichnung
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(03zillogramm) eines Wechselstromes in der Form, wie sie mit dieser Einrichtung zu erhalten ist ; das Oszillogramm hat die Form der in der Tonfilmtechnik als Diehteschrift bezeichneten Aufzeichnungen.
Die Einrichtung nach Fig. 2 ist nur für kurze Aufzeichnungen geeignet, längere Aufnahmen, z. B. laufende Tonaufnahmen, können mit Hilfe der in Fig. 4 schematisch dargestellten Einrichtung aufgenommen werden. Als Aufzeichnungsträger wird ein bandförmiges dünnes Isoliermaterial 18, z. B. ein Acetylcellulosefilm, verwendet ; der Film wird von der Vorratstrommel-M mit gleichmässiger Geschwindigkeit auf die Trommel 20 überwickelt. Die Aufzeichnung erfolgt dort, wo der Film auf der als Anode dienenden Führungstrommel 21 aufliegt ; 22 ist die indirekt geheizte Kathode, 23 die mit dem Spalt 24 versehene Steuerelektrode, 25 die Gittervorspannung, 26 die Anodenvorspannung.
Die Sprechströme des Mikrophons 27 werden durch den Transformator 28 hinauftransportiert und falls notwendig nach einer Verstärkung durch den Verstärker 29 dem Gitterkreis zugeführt. Die Sichtbarmachung ("Entwicklung") der Aufzeichnung kann vorteilhaft so geschehen, dass man den elektrisch beschriebenen Film durch eine Kammer 30 ("Entwicklungskammer") hindurchzieht, in welcher die zur Entwicklung dienenden Metallteilchen durch einen Luftstrom sehwend gehalten werden. Zur Entwicklung können nicht nur feste, pulverförmige Körper, sondern auch feine Flüssigkeitstropfen verwendet werden, welche z. B. durch Zerstäuben einer Flüssigkeit oder durch Niederschlagen aus der Dampfphase als Nebel erhalten werden.
Die Fixierung der bereits entwickelten Aufzeichnungen kann auch durch Einbetten der Materialteilchen in ein durchscheinendes oder durchsichtiges Medium erfolgen. Zu diesem Zwecke spritzt man aus dem Zerstäuber 31 z. B. eine Schellacklösung auf den Aufzeichnungsträger. Wird als Träger mit Paraffin, Schellack u. dgl. imprägniertes Papier verwendet, so kann die Fixierung auch dadurch geschehen, dass man den Träger bis zum Erweichungspunkt des Imprägnierungsmaterials ei wärmt. Anderseits können nach erfolgter Aufnahme und Entwicklung die Teilchen des Entwicklungsstoffes entfernt und der Träger elektrisch neutralisiert werden, um den ganzen Vorgang mit einem und demselben Träger wiederholen zu können.
Die entwickelte Aufzeichnung kann auch als Kontaktkopie auf einen photographischen Film oder Papier übertragen werden. Es ist zweckmässig die Hinterseite des Trägers mit einem leitenden Überzug, z. B. mit einem durchscheinenden oder durchsichtigen Metallüberzug, zu versehen, welcher bei der Aufnahme als Saugelektrode dient.
Fig. 5 zeigt die prinzipielle Anordnung eines Bildübertragungsgerätes, bei welchem die Synchronisierung des Sende-und Empfangsteils einfachheitshalber durch mechanische Verbindung der beiden bewerkstelligt ist.
Die rechte Seite der Figur stellt den Sendeapparat, die linke Seite den Empfangsapparat dar.
Es ist 32 die Bildzerlegertrommel, 3. 3 die Bildzusammensetzertrommel. Erstere besteht aus Glas und trägt auf ihrem Umfange den zu übertragenden Positiv-oder Negativfilm 34 ; letztere ist aus Metall und ist mit einer festanliegenden dünnen Hartgummiplatte 35 bedeckt. Die Trommeln sitzen auf einer gemeinsamen Schraubenachse 36, die in als Mutterschrauben ausgebildeten Lagern 37, 38 gelagert ist.
Zum Bildzerleger gehören noch die Lichtquelle 39, die Kondensorlinse 40, der mit einer kleinen quadratischen Öffnung Jj ! versehene Schirm 41 und die Photozelle 42. Die Batterie 43 liefert die Photozellenspannung ; die Photoströme fliessen durch den Widerstand 44 ab und liefern unmittelbar-also ohne Verstärkung-die Steuerspannung für die Bildwiedergabevorriehtung. Diese ist dem Zerleger ähnlich gebaut. An Stelle der Lichtquelle tritt hier die Glühkathode 46 als lonenquelle. Die mit der Liehtblende 41 identische metallische Lochblende 46 begrenzt das Ionenbündel und dient gleichzeitig als Steuerelektrode.
Die Trommel 33 ist ähnlich wie in Fig. 4 zugleich Saugelektrode und enthält aus der Stromquelle 47 eine hohe positive Spannung (500-1200 Volt), 48 ist die Heizbatterie und 49 die Gittervorspannung.
Wird nach Anlegen der Spannungen die Kurbel 50 in Drehung gesetzt, so wird das zu übertragende Bild durch das punktförmige Liehtbündel in einer Spirallinie durchgeleuchtet, während dessen der Photozellenstrom und demzufolge auch der durch diesen entlang des Widerstandes 44 erzeugte Ohmsche
Spannungsabfall sich gemäss der Lichtdurchlässigkeit des jeweilig abgetasteten Bildpunktes ändert.
Da diese Spannung als Steuerspannung an das Gitter (an die Loehblende) des Bildzusammensetzers gelegt ist, wird dadurch der nach der Hartgummiplatte fliessende Ionenstrom in gleichem Sinne beeinflusst, und es entsteht auf der Platte ein mit negativer Elektrizität gezeichnetes Bild, welches sich durch Be- stäubung entwickeln lässt.
Mit der beschriebenen Einrichtung lassen sich auch farbige Bilder übertragen bzw. erzeugen.
Liegt eine farbige Vorlage vor, so wird man dieselbe mehrmals nacheinander in verschiedenfarbigem
Lichte abtasten und das jeweils übertragene Teilbild mit entsprechend gefärbtem Pulver entwickeln.
Sind die der einzelnen Grundfarbe entsprechenden Teilbilder-wie bei Mehrfarbendruck üblich-in Schwarzweissbilder, z. B. auf photographischem Film, vorhanden, so kann man dieselben nacheinander auf der Abtasttrommel befestigen und mit entsprechend gefärbtem Pulver auf einen gemeinsamen Auf- zeiehnungsträger zusammenkopieren.
Das Verfahren hat gegenüber den bisher bekannten bildtelegraphischen Systemen bedeutende
Vorteile. Die zur Ausführung desselben dienende'Einrichtung ist äusserst einfach, ihr Energiebedarf und ihre Betriebskosten minimal, das übertragene Bild wird sofort sichtbar und es lassen sich mit dem-
EMI3.1
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dass der ganze Vorgang, elektrische Aufzeichnung, Entwicklung und Entfernung des Bildes, in rascher Aufeinanderfolge auf einem und demselben Träger mit Leichtigkeit ausführbar ist, machen dieses Verfahren besonders geeignet dazu, um in der Fernsehtechnik bei den sogenannten Zwischenfilmempfangsapparaten das photographische Verfahren zu ersetzen. Der erwähnte Vorgang kann auf einem endlosen, in sich gleichmässig bewegtenisolierendenFilm ausgeführt werden.
Als Bildzusammensetzer kann eine Nipkowsche Scheibe mit konzentrischem Loehkranz im Zusammenwirken mit einer linienförmigen Ionenquelle, z. B.
Glühkathode, verwendet werden, die aufgezeichneten und entwickelten Bilder können üblicherweise in Projektion vorgeführt werden.
Es wurde bisher stillschweigend vorausgesetzt, dass die beschriebenen Anordnungen auf freier Luft arbeiten. Sie können aber ebensogut in einem druckvermindertem Raume untergebracht werden.
Bei der eben geschilderten Übertragung von bewegten Bildernist dies aus verschiedenen Gründen besonders vorteilhaft. Man kann auch so verfahren, dass man das elektrische Bild in einem druckverminderten Raum auf den Träger (auf den Film) aufzeichnet, den Film durch enge Kanäle, welche der Lufteinströmung grossen Widerstand leisten, auf die freie Luft hinausführt und die weitere Behandlung dort vornimmt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Aufzeichnung elektrischer Vorgänge, wobei elektrische Ladungen auf eine Isolatorfläche als unsichtbares elektrisches Bild dieser Vorgänge festgehalten und durch Aufbringen von Material- teilehen sichtbar gemacht werden, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Bild mit einem höchstens 5 mm langen in seiner Intensität gesteuerten und scharf begrenzten Strahl einer elektrischen Entladung erfolgt, wobei während der Aufzeichnung das Bündel bzw. Ionenquelle und die Auffangfläche gegeneinander mechanisch bewegt werden.