Verfahren zur Erzeugung und Verwendung eines modulierten Eichtbündels. Die Erfindung bezieht sich auf ein Ver fahren zur Erzeugung und Verwendung eines modulierten Lichtbündels:, das beispielsweise beim Fernsehen, bei der Schallaufzeichnung und für andere Zwecke verwendet werden kann, sowie auf eine Vorrichtung zu,dessen Durchführung.
Die Erfindung beruht auf dem bekannten Grundsatz, dass, wenn hochfrequente mecha nische Wellen durch einen Körper geführt werden, der einen Teil eines optischen Sy- stems bildet, diese Wellen im allgemeinen Verzögerungen und Beschleunigungen der Wellenfront eines Lichtbündels. hervorrufen, das durch den Körper hindurchgeführt oder an diesem reflektiert wird.
Diese Verzöge rungen und Beschleunigungen entsprechen den Bereichen der Verdichtung und Verdün nung oder veränderlicher Verschiebung des Körpers, die durch die Wellen hervorgerufen werden.
Auf Grund des, regelmässigen Ab- standee dieser Bereiche, der der verwendeten. Wellenlänge entspricht, können optische Wirkungen erzeugt werden, die ähnlich denen sind, die durch ein Beugungsgitter hervorgerufen werden.
Dies kann wie folgt erklärt werden: 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 dicht beieinander liegender Riffeln gebildet wird oder auf welchem eine Anzahl von Linien eingraviert ist,
ein Teil des Lieb- tes aus dem Wege herausgeworfen oder her ausgebeugt wird, welchen das Bündel ein schlagen würde, wenn keine Riffeln oder Linien vorhanden wären. Der Ablenkungs winkel des abgebeugten Bündels gegenüber .dem Hauptbündel, das.
seine normale Rich tung beibehält, wird bestimmt durch die Wellenlänge des Lichtes und die Abstände der Riffeln oder Linien.
Wenn mechanische Wellen durch einen Körper hindurchgeführt werden und Licht darauf ,geworfen wird, sind die Wellen fähig, in der gleichen Weise wie die Linien oder Riffeln eines Beugungs gitters zu wirken und Beugungseffekte her beizuführen.
Die Erfindung beruht auf folgendem: Weil ein Teildes Lichtes aus dem Haupt bändel durch Beugungswirkungen herausge worfen wird, verringert sich die in dem Hauptbündel verbleibende Lichtmenge um einen Betrag, welcher der Menge des ab gebeugten Lichtes entspricht. Wenn,die Am plitude der mechanischen Wellen auereichend gross ist, kann das gesamte Licht eine Ab beugung erfahren, und das Hauptbündel wird ausgelöscht.
In einer bekannten Anordnung zur Ver wendung dieses Grundsatzes für Zwecke der Lichtmodulation wird ein paralleles Licht- bündel durch eine Zelle hindurchgeführt, in der zwei gegenüberliegende Wände durch sichtig sind und die mit einer durchsichtigen Flüssigkeit gefüllt- ist. Am Boden der Zelle ist ein piezo-elektrischer Kristall befestigt.
An gegenüberliegende Flächen des Kristalles werden hochfrequente elektrische Schwingun- gen gelegt, die mit denjenigen Schwingungen moduliert sind, mit welchen das Lichtbündel gesteuert werden .soll.
Der Kristall schwingt hierdurch in Übereinstimmung mit jenen Schwingungen und erzeugt entsprechende mechanische iSchwingungen in der Flüssig- keit der Zelle. Das Lichtbündel, ,das durch die Flüssigkeit hindurchgeht, wird in einen gebeugten Teil und in ein mittleres Bündel geteilt, das, seine normale Richtung bei behält.
Die Lichtmenge in dem mittleren Bündel ändert sich umgekehrt proportional der Amplitude der mechanischen Wellen in der Flüssigkeit. Ein mit einer Öffnung ver- sehener Schirm ist in dem Wege des Lichtes derart angeordnet, dass er das mittlere Bün- .del auf eine Verwendungsfläche durchtreten lässt und das abgebeugte Licht zurückhält.
Gegenstand der Erfindung ist ein Ver fahren, das auf den genannten Grundsätzen beruht und bei welchem eine Mehrzahl von Hochfrequenzschwingungen unabhängig von einander zur Lichtmodulation verwendet werden kann, die an den piezo-elektrischen Kristall oder andere Mittel zur Erzeugung mechanischer Wellen in einem die Wellen enthaltenden Körper .geschaltet werden.
Die Erfindung besteht darin, dass die hochfrequenten mechanischen Wellen einer Frequenz auf einen andern Weg gefiihrt werden als die der andern Frequenzen, so dass die mechanischen Wellen einer jeden der Fre quenzen unabhängig von den mechanischen Wellen der andern Frequenzen zur Modula tion eines Lichtbündels verwendbar sind.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, von welcher die Zeichnung ver schiedene Ausführungfibeispiele darstellt, und zwar zeigt:
Fig. 1 eine Ausführungsform eines Licht- modulators derjenigen Art, auf welche sich die Erfindung bezieht, Fig. 2 schematisch ein optisches System, welches die Vorrichtung nach Fig. 1 verwen det in Seitenansicht, Fig. 3 eine Draufsicht nach Fig. 2,
Fig. 4 eine Ausführungsform einer Vor richtung, welche Riffeln an der Oberfläche einer Flüssigkeit verwendet, Fig. 5 und @6 im Sinne ,der Erfindung ab geänderte Ausführungsformen. der Vorrich tung nach Fig. 1, Fig. 7 eine weitere .
Ausführungsform einer Anordnung nach der Erfindung ein- s,chliesslieh eines in Verbindung mit ihr zu verwendenden optischen Systems, Fig. 8, 9 und 10 weitere im Sinne der Erfindung abgeänderte Ausführungsformen der Vorrichtung nach Fig. 1;
Fig. 11 und 12 schematisch die Anwen dung,der Erfindung auf Fernsehgeräte, Fig. 13 und 14 schematisch zwei Aus führungsformen eines optischen Korrektur systems zur Verwendung in Vorrichtungen nach der Erfindung.
Fig. l zeigt einen Schnitt durch eine Zelle bekannter Art, in, welcher modulierte mecha- nische Wellen für Zwecke der Lichtmodula tionen erzeugt werden können.
Ein Gefäss 13 besitzt Wände 1 aus Glas oder ähnlichem durchsichtigen Material und einen Boden aus Metallschichten 3, zwischen welchen durch geeignete Mittel ein piezo-elektrischer Kri stall 4 gehalten wird. Dieser Kristall kann in einer dünnen Quarzplatte bestehen, die senk- recht zu ihrer elektrischen Achse abgeschnit ten ist und deren beide Flächen mit Alu miniumfolie bekleidet oder vergoldet sind.
Das Gefäss 13 enthält eine durchsichtige Flüssigkeit 2, wie Wasser oder Paraffinöl. V'enn an :die Klemmen 5, die mit den Metall platten 3 verbunden sind, hochfrequente elektrische Schwingungen gelegt werden, schwingt der piezo-elektrische Kristall 4 me chanisch in Übereinstimmung mit den aufge drückten elektrischen .Schwingungen. Diese Schwingungen teilen sich der Flüssigkeit 2 mit, so dass sich eine Reihe von Kompres sionswellen,
deren Intensität der Stärke der elektrischen Schwingungen an den Platten 3 entspricht, in dem Gefäss mit einer Ge schwindigkeit nach oben bewegt, die von der Natur der in ihm enthaltenen Flüssigkeit ab hängt. 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 Entspannun gen entsprechend.
Wenn nun ein Lichtbündel durch .die Zelle im wesentlichen parallel zu der Haupt fläche des Kristalles 4 hindurchgeht, d. h. im wesentlichen senkrecht zu der Fortpflan zungsrichtung der Wellen in der Flüssigkeit 2, und wenn entweder die mittleren oder die äussern Teile des austretenden Lichtbündels ausgesondert werden, so ändert sich die In tensität des resultierenden Lichtbündels in Übereinstimmung mit den aufgedrückten Mo dulationen.
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 zweck mässig in der Ebene der Fig. 3 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- risehe Linse 9 und die Zylinderlinse 10 die nen in Verbindung mit der .Zelle 13, die selbst als Zylinderlinse wirkt, zur Erzeugung eines Bildes .der Lichtquelle 6 auf der Öff nung 12 der Blende 11.
Die Zelle 13 kann auch einen andern als den .dargestellten kreis förmigen Querschnitt besitzen. Wenn bei- spielsweise ein rechteckiger Querschnitt ver wendet wird, übt die Zelle keine Linsenwir kung auf das Lielhtbündel ans. Die Öffnung 12 kann in der gleichen Richtung wie die Lichtquelle 6 länglich ausgebildet sein.
Das durch die Öffnung 12 hindurch gehende Lichtbündel ist in Übereinstimmung mit den Modulationen der sich durch die Zelle 13 hindurch fortpflanzenden mechani schen Wellen moduliert; die durch die Wel len in der Flüssigkeit 2 erzeugten Beugungs spektren werden durch die Blende 11 zurück gehalten.
Die Linsen 7 und 10 können gewünsch- tenfalls fortgelaissen 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 den Ausfüh- rungsbeispielen nach Fig. 2 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 unten dargelegten Gründen zweckmässig, die Zelle lang auszubilden, so dass eine beson dere Kondensatorwirkung in dieser Ebene über die durch die sphärischen Linsen 8 und 9 ausgeübte hinaus im allgemeinen nicht er forderlich ist.
In, Fig. 4 ist ein optisches System darge- stellt, das eine von der Ausführung nach Fig. 1 abweichende Form des Lichtmodula- tors verwendet. In. einem Gefäss 1:
6 ist eine geeignete Menge Quecksilber 17 enthalten, auf dessen Oberfläche durch die Schwingun- gen des piezo-elektrischen Kristalles 4 Wel len erzeugt werden.
Der Kristall schwimmt auf dem Quecksilber und die Hochfrequenz- schwingungen werden einerseits durch eine mit dem Metallbelag 21 des KrLstalles ver bundene 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 Me tallbelag für den Kristall. Von einer Licht quelle 6 ausgehendes Licht wird durch die Linse 20 parallel gerichtet und von der Ober fläche des Quecksilbers durch die Linse 22 hindurch reflektiert,
die ein Bild der Licht quelle 6 auf derüffnung 12 der Blende 11 entwirft. Die Wellen auf der Quecksilber oberfläche wirken in ähnlicher Weise wie ein normales Reflektionsbeugungsgitter und er zeugen eine Streuung .des reflektierten Licht bündels; ,die @Grösse der Streuung hängt von der Amplitude der Wellen ab. Das, gebeugte Licht wird durch die Blende 11 zurückge halten und Bars modulierte Lichtbündel geht durch die Öffnung 12 hindurch.
Im folgenden soll gezeigt werden, wie diese Vorrichtungen abgeändert werden kön nen, um das Verfahren nach der Erfindung durchführen zu können.
In Fig. 5, die eine abgeänderte Ausfüh- rungsform .der Vorrichtung nach Fig. 1 dar- stellt, wird eine Grenzfläche 35 verwendet, die zur Ursprungsfläche 4 der Wellen ge neigt ist.
Hierdurch werden wiederholte Re- flektionen der Wellen zwischen dieser Grenze und ihrer Ursprungsfläche hervorgerufen, die Resonanzbereiche 37, 37' erzeugen, deren Stellung von der Frequenz der mechanischen Wellen abhängt. In .diesem Fall können zwei oder mehr elektrische Schwingungen gleich zeitig an den Quarzkristall 4 oder andere Wellen erzeugende Teile gelegt werden, wo durch zwei oder mehr entsprechende vonein ander unterschiedliche Wirkungsbereiche in dem die Wellen enthaltenden Körper erzeugt werden.
Die Wellenamplituden in den ein zelnen Bereichen und damit die entsprechen den optischen, Wirkungen können dadurch unabhängig von denen in andern Bereichen moduliert oder gesteuert werden, dass die ge eigneten elektrischen Frequenzen, die der Vorrichtung zugeführt werden, moduliert sind. Der Bereich 37 kann also einer zuge führten Frequenz, und der Bereich 37' der einer andern entsprechen.
Auch können Sperrflächen oder Liniun aus geeignetem Material in den die Wellen enthaltenden Körper in bestimmten Abstän den eingesetzt werden, und zwar sowohl ge neigt zur Fläche oder Linie des Wellen ursprunges und bezw. oder zueinander, wo durch Interferenzen oder Resonanzwirkungen der Wellen erzielbar sind, welche örtliche Resonanzstellen, wie bei dem vorher beschrie benen Beispiel ergeben.
Weiterhin kann der Wellen tragende Körper mit einer oder mehreren Grenzen oder eingefügten Sperren periodischer Form ver sehen sein, beispielsweise können abgestufte Grenzen oder Sperren mit regelmässigen Öff nungen oder Änderungen der Dicke verwen det werden, wodurch die Wellen in von ihrer Frequenz abhängenden Richtungen gebeugt werden.
Derartige Grenzen oder Sperren können gewünschtenfalls gekrümmt sein, wo durch eine Scharfeinstellung erzielt werden kann, die zur Ausbildung von Bereichen frequenzabhängiger Wirkungen indem Kör per führt.
Beispiele solcher Vorrichtungen- sind in Fig. 6 bis 10 veranschaulicht.
Fig. 6 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 piezo-elektrischen Kristall 4 ge bildet 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 Re sonanz zwischen den von dem Kristall 4 aus gehenden und den durch die Plätten 60 re flektierenden Wellen ein.
Wenn die Platten 60 gegeneinander ge neigt sind, können, diese Resonanzwirkungen wie bei dem Ausführuugsbeispiel nach Fig. 5 für verschiedene Frequenzen auf verschiedene Stellungen in dem Gefäss beschränkt werden.
Fig. 7 zeigt eine Vorrichtung, in welcher ähnliche Wirkungen wie durch die Einricb- tung nach Fig. 5 erzielt werden können. An die mit den einander gegenüber angeordneten leitenden Belegen des:
piezo-elektrischen Kri stallgis 4 verbundenen Klemmen 5 werden Hochfrequenzpotentiale gelegt. In der Flüs sigkeit 52 werden mechanische Wellen, ent sprechender Frequenz gebildet und an der Platte 50 reflektiert, die mit einer ,gezackten oder gestuften Oberfläche versehen 'st. Diese Platte besitzt die Wirkung, die Kompres sionswellen in der Flüssigkeit 52 .derart zu beugen, dass der Winkel 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 Höchst amplitude, wie durch die Pfeile 53 und 53' beispielsweise angedeutet, voneinander ver- schieden.
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' einer Blende 62 divergierende Licht einer Lichtquelle 61 durch die Flüssigkeit hindurchgeworfen. In diesem Fall werden nur diejenigen Strahlen <I>a,</I> a' durch die Wellen merklich beeinflusst, die zu der Richtung der Wellen 53 bezw. 53' nahezu senkrecht verlaufen.
Werden die Strahlen dann durch eine Linse 63 auf einen Schlitz 12 .einer Blende 11 projiziert, so- geht von diesem Schlitz ein Bündel von .Strahlen aus, von denen diejenigen moduliert sein wer den, die in der angegebenen Weise durch die Wellen beeinflusst sind.
Eine weitere Kou- vexlinse 64 geeigneter Brennweite erzeugt auf einem Schirm 65 einen Lichtstreifen oder eine Lichtlinie<I>f, f',</I> in der die Intensität, beispielsweise an der Stelle f', der Wellen intensität in der Flüssigkeit in der Richtung 53' und dementsprechend der Intensität einer bestimmten Frequenzkomponente der an den Kristall 4 gelegten elektrischen Impulse ent spricht.
Wird daher eine Mehrzahl von an .den Kristall 4 gelegten Frequenzen mit ver schiedenen Gruppen von Veränderungen mo duliert, so erscheint jede dieser Gruppen auf dem Schirm 65 in einer andern Stellung in Form entsprechender Lichtmodulationen.
In Fig. 8 ist ein eine Flüssigkeit 52 ent haltendes 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 par allel zueinander in Abständen angeordnet sind, welche die Grössenordnung der Wellen längen der in der Flüssigkeit zu übertragenden Wellen besitzen. Das Gitter 54 ergibt eine ähnliche Wirkung wie die Platte 50 in Fig. 7.
Auf diese Weise werden zwei an die Klemmen 5 gelegte Hochfrequenzpotentiale verschiedener Perioden zwei Gruppen von Wellen in der Flüssigkeit 52 erzeugen, die sich beispielsweise in den durch die Pfeile 53 und 53' angegebenen Richtungen fort pflanzen.
Gewünschtenfalls kann eine Linse 73, die beispielsweise aus geschmolzenem Quarz be stehen kann und durch gestrichelte Linien angedeutet ist, zu dem Zwecke angeordnet werden, die Wellen an bestimmten Punkten, beispielsweise wie .durch die gestrichelten Li nien 74 und 74' angedeutet, auf Punkte 75 und 75' an d er Oberfläche .der Flüssigkeit zu konzentrieren.
Ein Möglichkeit zur Verwendung einer derartigen Anordnung sei anhand der Fig. 9 beschrieben.
Fig. 9 zeigt eine Vorrichtung, bei der Wirkungen benutzt werden, die ähnlich den durch die Vorrichtung nach Fig. 7 erzeugten sind.
Ein piezo-elektrischer Kristall 4 bildet einen Teil der Wand eines Gefässes 51. Durch den in Übereinstimmung mit an seine Klem 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 Flüssig keit 52 konzentriert werden. Da die Platte 50 auf Kompressionswellen verschiedener Wel lenlänge eine verschieden starke Beugung ausübt, ist .die Stellung des Brennpunktes an der Flüssigkeitsoberfläche 55 verschieden für jede Gruppe von Wellenlängen.
Wenn zwei Gruppen von Hochfrequenzpotentialen ver schiedener 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.
Der artige Resonanzpunkte können in der oben beispielsweise bezüglich Fig. 4 beschriebenen Weise zur Modulation eines Lichtbündels in Übereinstimmung mit den -Modulationen der an die Klemmen 5 gelegten Hochfrequenz schwingungen verwendet werden.
Die Re sonanzpunkte 56 und 56' können ebensogut innerhalb der Flüsigkeit 52 liegen, in diesem Fall können sie zur Modulation eines durch die Flüssigkeit hindurchgehenden Lichtbün dels wie bei dem Beispiel nach Fig. 1 verwen det werden.
In Fig. 10 ist ein weiteres Ausführungs- beispiel dargestellt, durch welches Resonanz punkte in einer Flüssigkeit erzeugt werden können. Der Boden eines, eine Flüssigkeit 52 enthaltenden Gefässes 51 wird durch einen piezo-elektrischen Kristall 4 und einen keil förmigen Block 57 gebildet.
Wenn der Kri stall durch Anlegen von Hochfrequenzpoten- tialen an seine Klemmen 5 zum Schwingen gebracht wird, entstehen in dem Block 57 Kompreseionswellen. Auf Grund der keilför migen Gestalt desselben werden Resonanz punkte 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 herausge.schwenkt werden, um die erforderliche Keilform für das Quecksilber zu erzielen.
Vorrichtungen nach Art der bezüglich Fig. 5 bis 10 beschriebenen, bei welchen in ihrer Stellung von der Frequenz der a.iifge- drückten Schwingungen abhängige Resonanz- bereiche erzielt, werden, können zur gleichzei tigen Herstellung zweier oder mehrerer mo dulierter Lichtbündel verwendet werden, wo bei die Modulationen voneinander unabhän gig sind.
Bei allen Ausführungsformen der Erfin dung und insbesondere, wenn die fortschrei tende Bewegung von Wellenbereichen ver schiedener Nodulationsintensitäten auf eine Empfangsfläche in der in Patent Nr. 191888 beschriebenen Weise abgebildet wird, können Mittel verwendet werden, welche die un erwünschten Wirkungen verhindern. oder ver mindern, 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 re flektierten Wellen in solchen Richtungen fortschreiten, dass ihre optischen Wirkungen auf die verwendeten besonderen Lichtbündel vernachlässigt werden können. Wahlweise können auch Mittel zur Dämpfung der reflek tierten Wellen vorgesehen werden,
wie Gren zen oder Sperren aus Werkstoffen geeigneter physikalischer Eigenschaften. Beispielsweise kann bei der Verwendung einer Flüssigkeit, in welcher sich Kompressionswellen fort pflanzen, eine Korkgrenze in dem Wege der Wellen in einem geeigneten Abstande von ihrer Quelle angeordnet werden. Wahlweise kann auch die Länge des die Wellen tragen den Körpers derart gewählt werden, dass die natürliche Dämpfung der Wellen während ihres Durchganges:
durch jenen oder längs desselben ausreicht, die Amplitude irgend welcher reflektierender Wellen die sonst un- erwünschte Wirkungen erzeugen könnte, auf eine zu vernachlässigende Grösse herabzu setzen. Bei :den Vorrichtungen nach Fig. 4, 8 und 9 sind jedoch die zur Erzeugung von Er höhungen der Flüssigkeitsoberfläche geeigne ten Frequenzen im allgemeinen niedriger als die zur Erzeugung von Kompressions wellen in der Flüssigkeit verwendbaren.
In ,jenen Fällen können die Hochfrequenzpoten- tiale verschiedener Perioden (z. B. F1, F2 usw.), deren Aufdrückung auf den piezo- elektrisehen Kristall Resonanzbereiche auf der Flüssigkeitsoberfläche erzeugt, nicht nur mit den in Lichtänderungen umzuwandeln den Modulatoren (z. B. ml bezw. m-2), son dern auch mit einer niedrigeren Frequenz (z.
B. f) moduliert werden, die geeignet ist, Erhöhungen auf der Flüssigkeitsoberfläche hervorzurufen.
Die Erhöhungen der Flüssigkeitsober fläche werden dann wie folgt erzeugt: An jedem Punkte (z. B. 56, 56' nach Fig. 9) der Flüssigkeitsoberfläche, 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 Bil dung der Erhöhungen geeignet ist, ändert sich dieser Druck mit der genannten niedri geren Frequenz f, so dass Erhöhungen oder Wellen auf der Flüssigkeitsoberfläche ent stehen, die ähnlich der bezüglich Fig. 4 be schriebenen Weise zur Lichtmodulation ver wendet werden können.
Die weitere Modula tion von FI und F2 mit Frequenzen ml bezw. m2, die niedriger sind als die Fre quenz f, ergibt dann die Modulation der ent sprechenden Gruppen von Wellen auf der Flüssigkeitsoberfläche und hierdurch .die ent sprechenden Lichtintewitäten.
Fig. 11 veranschaulicht die Anwendung dieses Grundsatzes auf das Fernsehen.
Auf der Oberfläche 55 einer Liehtmodu- lationsvorrichtung 72 (z. B. nach Art der in Fig. 9 dargestellten) werden Gruppen von Resonanzpunkten b1, b2, b3 usw. erzeugt. Diese Resonanzpunkte ergeben sich in der bezüglich Fig. 9 beschriebenen Weise durch Anlegen einer Gruppe von Hochfrequenz potentialen F1;
F2 an die Klemmen 5 nach Fig. 9. Jede der Frequenzen F1, F2 ist mit .den Bildelementen in einer Bildzeile des zu übertragenden Gegenstandes entsprechenden Bildimpulsen moduliert. Jede Gruppe modu lierter Zeilensignale F1, F2 ist daher durch eine verschiedene Trägerfrequenz gekenn zeichnet.
Im vorliegenden Fall können die Hochfrequenzpotentiale F1, F2 usw., wie oben dargelegt, auch durch eine Frequenz f moduliert sein, so daB von jedem der Re sonanzpunkte b1, <I>b2,</I> b3 usw. je ein in Fig. 11 bei cl, c2,<B>e3</B> usw. angedeuteter Wellenzug ausgeht. Eine gegenseitige Inter ferenz dieser Wellenzüge wird durch :Sperren <I>dl, d2,</I> d3 usw. verhindert, die in der Ober fläche 55 der Flüssigkeit parallel zur Rich tung der Wellenzüge angeordnet sind.
Licht einer Lichtquelle 6 fällt auf die Flüssigkeitsoberfläche 55 der Modulations- vorrichtung 72. Das Licht wird durch Beu gung an den Wellenzügen cl, c2, c3 modu liert und ein Teil .des: Lichtbündels in der bereits beschriebenen Weise ausgewählt. Die hierzu dienenden .Selektionsmittel sind in Fig. 11 aus Gründen der Klarheit fortgelas sen.
Das, Licht fällt dann auf die Äbtast- spiegelwalze 69 und wird durch ein schema- tisch bei 70 dargestelltes Linsensystem auf den Schirm 71 projiziert. Auf diese Weise können auf den Schirm 71 Lichtpunkte ge bildet werden, deren jeder einen Punkt in einer der Bildzeilen des zu übertragenden Objektes entspricht.
Die Lichtintensitäten der Lichtpunkte ändern sich mit den entspre chenden Bildimpulsen, und die Punkte wer den durch die Abtaetwalze 69 über den Schirm 71 bewegt.
Es ist durch Verwendung des oben be schriebenen Verfahrens weiter möglich,- einen langen, von jedem Resonanzbereich :der Flüs, sigkeitsoberfläche ausgehenden Wellenzug anzuwenden und auf .diese Weise gleichzeitig auf dem Empfangsbildschirm eine Mehrzahl von Bildelementen in jeder Bildzeile ebenso wie eine Mehrzahl von Bildzeilen gleichzeitig darzustellen. Zu diesem Zwecke wird ein Bild der Oberfläche 55 auf dem Schirm 71 erzeugt.
Die Geschwindigkeit der Abtastvorrichtung ist so eingeregelt und das mit der Einrich tung zusammenwirkende optische System so bemessen, dass .die Bilder .der Wellen der Oberfläche 55 auf dem Schirm 71 feststehend gemacht werden, so dass jedes Element auf dem .Schirm während der Dauer seiner Wie dergabe unbeweglich bleibt, trotzdem das Licht als Ganzes eine Abtas:
tbewegung aus führt. 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 Flimmer wirkung 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. Vor richtungen zur Verwendung dieses Verfah rens zum Unbeweglichmachen von Wellenbil dern sind ausführlicher in Patent Nr. 191888 beschrieben.
In dem beschriebenen Ausführungsbei spiel ist es möglich, die Sperren dl,<I>d2, d3</I> usw. dadurch fortzulassen, dass die Länge der .die Resonanzbereiche b1, b2, b3 verbin denden Linie so gross gewählt wird, dass jeder Resonanzbereich in dieser Richtung gegen über 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 Ver anschaulichung der vielen Möglichkeiten hin sichtlich der Verwendung .derartiger Vorrich tungen .gegeben. Es ist nicht erforderlich, dass das .ganze Fernsehbild in der beschrie benen Weise gleichzeitig wiedergegeben wird, da es oftmals zweckmässig ist, nur einen Teil der Gesamtzahl der Bildzeilen gleich zeitig wiederzugeben und dann in der Ab- tastbewegung auf die nächste Bildzeilen gruppe überzugehen.
Die Abtastvorrichtungen bei einer der artigen 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.
Vorrichtungen nach der Erfindung oder Kombinationen derselben können auf diese Weise beim Fernsehen dazu verwendet wer den, ein mehrere gleichzeitig gegenwärtige Hochfrequenzkomponenten enthaltendes Fern- s,ebsignal, dessen jede Komponente mit die Lichtverteilung in einer besonderen Bildzeile oder einem besonderen Teil der zu übertra genden Szene entsprechenden Impulsen mo duliert ist, in ein Bild zu verwandeln.
Diese Vorrichtungen können auch in allen denjeni gen 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 be sonderen Frequenzkomponente in einem kom plexen periodischen gignal entsprechen.
Gewisse der oben beschriebenen Vorrich tungen können im Sender einer Fernsehüber- tragungsvorrichtung zur Erleichterung der Erzeugung von Signalen verwendet werden, die eine Mehrzahl modulierter Frequenzen enthalten. Der Grundsatz einer derartigen Anwendung sei im folgenden an der Vorrich tung nach Fig. 12 beschrieben.
Das zu sendende Bild oder Objekt ist bei 76 angeordnet. Ein Linsensystem 77 ist der art angeordnet, dass es ein Bild des Objektes 76 auf der Oberfläche der Vorrichtung 78 bildet, die in der in Fig. 5 dargestellten Weise ausgestaltet ist. Die Spiegeltrommel 79 bewegt dieses Bild über die Vorrichtung 78. Jeder gegebene Punkt der Zeilen g1, g2, g3, 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 Wir kungsweise erforderlichen Blenden oder Öff nungen enthalten. In der Vorrichtung 78 werden Resonanzbereiche hl, h2, <I>h3</I> in der bereits bezüglich Fig. 5 beschriebenen Weise erzeugt.
Jeder Resonanzbereich entsteht durch eine andere an die mit den Belegen des piezo-elektrischen Kristalles 4 verbundenen Klemmen 5 gelegte Hochfrequenzschwin- gung. Jeder Teil des von der Vorrichtung 78 ausgehenden Lichtes wird daher erstens ent sprechend den Lichtänderungen .des, Objektes 76 und zweitens mit der Frequenz der in der Zelle 78 erzeugten stehenden Wellen modu liert, welche doppelt so .gross ist wie die Fre quenz der an die Klemmen 5 geschalteten Schwingungen.
Die Linse 80 projiziert das gesamte aus der Vorrichtung 78 austretende Licht auf die Photozelle 81, die an den Sender 82 ange schlossen ist.
Auf diese Weise können Signale, welche Punkten in den Zeilen g1, g2, g3 des Bildes 76 entsprechen, gleichzeitig übertragen wer den, wobei jede Zeile als Modulation einer andern Trägerwelle übertragen wird.
Der Sender 82 kann einen Generator zur Erzeugung einer Trägerfrequenz enthalten, die höher ist als die Trägerfrequenzen, wel che durch die an den piezo-elektrisehen Kri stall 4 gelegten Schwingungen erzeugt wer den. Diese höhere Trägerfrequenz wird mit den Gruppen niedriger Trägerfrequenzen mo duliert.
Signale eines derartigen Senders können mit einer der Anordnung nach Fig. 11 ähn lichen Vorrichtung empfangen werden.
Da im allgemeinen die durch .die nach der Erfindung verwendeten mechanischen Wellen erzeugten optischen Wirkungen sich 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 Kör per eintritt, können die optischen Systeme in einer beliebigen ihrer Formen so angeord net werden, dass die Spektralkompenenten von Farben kurzer Wellenlänge (z.
B. blau), die am meisten beeinflusst werden, auf den die Wellen tragenden Körper unter einem andern Winkel auftreffen als die Komponen ten grösserer Wellenlänge (z. B. rot), welche weniger beeinflusst werden, so dass die ge gebene Verschiedenartigkeit der Wirkung unterschiedlicher Farben durch Änderung ihres Einfallswinkels neutralisiert oder ver mindert wird.
Beispielsweise kann in dem bezüglich Fig. 1 beschriebenen einfachen Fall eines flüssigen oder festen, die Wellen tragenden Körpers die Höchstwirkung er zielt 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 die ser Richtung möglichst weitgehend annähern und den andern Spektralkomponenten der Reihe nach zunehmende Abweichungen von jener Richtung erteilen.
Eine optische An ordnung zur Erzielung dieser Wirkung ist in Fig. 13 dargestellt, in welcher ein Paar ein ander entsprechender Dispersionsprismen aus F'lintglaz 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 Wel len 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 der artige Anordnung in Verbindung mit irgend einer beliebigen Modulationsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Er findung verwendet werden.
In entsprechender Weise kann eine Be- richtigung für .die Veränderung der opti schen Wirkungen längs desi die Wellen tra- genden Körpers durch eine Dämpfung der Wellen bei ihrem Fortschreiten erzielt wer den. oder in manchen Fällen .durch Verände rung der wirksamen Fläche der Wellenfront. Im Fall der Dämpfung ist die optische Wir kung gegebenermassen in der Nähe des Ur sprunges ,der Wellen grösser als in einiger Entfernung von jenem.
Die optische Anord nung kann dann derart getroffen werden, dass an der iStelle der grössten Wellenamplitude die Einfallsrichtung des Lichtes gegenüber derjenigen Richtung geneigt ist, welche die grösste optische Wirkung ergibt, wobei diese Neigung fortschreitend für die Bereiche mit abnehmenden Amplituden verringert wird.
In .den zuerst beschriebenen einfachen Fällen, in welchen die Wellen in flüssigen oder festen Körpern erzeugt werden, ist die Rich tung der Höchstwirkung im allgemeinen gleichbleibend über die ganze Länge .des die Wellen 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. 14 dargestell ten Weise erzielt werden, nach welcher auf einer .Seite des Körpers 13 eine Linse 96 po sitiver Brechkraft und auf der andern Seite eine Linse 97 etwas grösserer negativer Brech- kraft angeordnet ist. Ein in sich paralleles Liehtbündel wird auf die Kombination unter einem ,geeigneten Winkel geleitet.
Das Licht bündel wird durch die Linse 96 während seines Durchganges durch .den die Wellen tragenden Körper konvergierend gemacht und darauf durch die Linse 97 wieder par- all-el gerichtet. Durch Austauschung der Lin sen 96 und 97 kann das Lichtbündel inner halb des Körpers; 13 divergierend gemacht werden.
Die beschriebene Berichtigung durch Dämpfungswirkung und die vorher beschrie bene Berichtigung, durch welche das System achromatisch gemacht wird, können ge- wünschtenfalls 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 ge- wünschtenfalls verwendet werden. Zu diesem Zwecke wird die Blende derart angeordnet., dass der ganze mittlere Teil des Lichtbündels abgeblendet wird und nur der äussere Teil zur Verwendungsstelle gelangt. Sowohl der mitt lere, als auch die äussern Teile können ge- wünGchtenfa.lls getrennt verwendet werden, da. beide moduliert sind.
Da die Modulationen der beiden Teile einander entgegengesetzt sind, können sie nicht zusammen verwendet werden.