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Flächenhaft ausgebildetes Halbleiter-Mosaik zur Verwendung als elektronische
Informationsübertragungs- und Speichervorrichtung Zusatz zum Patent: 1120
034 Die Erfindung betrifft nach dem deutschen Patent l 120 034 ein flächenhaft ausgebildetes
Mosaik mit auf Wellen- oder Korpuskularstrahlen photomagnetisch ansprechenden Halbleiterkristallen,
die in einer regelmäßigen Matrix angeordnet sind und zwischen denen sich Nadelmagnete
befinden, zur Verwendung als elektronische Informationsübertragungs- und Speichervorrichtung.
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Gemäß der Erfindung ist das eingangs genannte Mosaik so ausgebildet,
daß die die Matrixelemente bildenden Halbleiterkristalle mit einem Netz gegeneinander
elektrisch isolierter, ein Kreuzgitter bildenden Leitern derart in Leitungsverbindung
stehen, daß jeder Leiter mit einer Anzahl der von ihm überquerten Halbleiterkristalle
Berührung hat. Die aneinandergrenzenden Leiter mit vorbestimmter Orientierung, etwa
die Längsleiter oder die Querleiter, können ungleiche Abstände voneinander haben.
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Mit einer derartigen Vorrichtung lassen sich vielfältige Probleme
lösen.
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Zur Verwendung in einer Übertragungsvorrichtung umfaßt das Mosaik
z. B. eine erste Einrichtung zum Abtasten der Leiter, die in einer ersten Richtung
verlaufen, eine zweite Einrichtung zum Abtasten der Leiter, die in einer rechtwinkligen
Richtung zu den ersten verlaufen, eine Einrichtung zum Synchronisieren der ersten
und zweiten Abtasteinrichtung sowie eine mit der ersten und zweiten Abtasteinrichtung
gekoppelte Einrichtung zum Erzeugen einer der elektrischen Eigenschaft jedes Elementes
zugeordneten Nachricht.
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Hierbei können die Abtasteinrichtungen so geschaltet sein, daß die
zweite Abtasteinrichtung während der Funktion der ersten Abtasteinrichtung unwirksam
ist.
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Die Abtasteinrichtungen können auch so ausgebildet sein, daß das Abtasten
differentiell geschieht und daß die Einrichtung zum Erzeugen der Nachricht auf Spannungsänderungen
zwischen angrenzenden Leitern anspricht.
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Eine bevorzugte Ausführungsform des Mosaiks zur Verwendung in einer
Übertragungsvorrichtung umfaßt eine strahlendurchlässige Grundplatte, auf der die
Halbleiterkristalle angeordnet und den Strahlen ausgesetzt sind, wobei jeder Halbleiterkristall
eine elektrische Wirkung bei Bestrahlung erzeugt, so daß ein elektrisches Spannungsmuster
in der Matrix gebildet wird, eine Einrichtung zum Erzeugen eines vorgegebenen Spannungsmusters
sowie eine Einrichtung zum Vergleich des ersten mit dem zweiten Spannungsmuster
und zum Erzeugen einer Steuerwirkung in Übereinstimmung mit dem Vergleichswert und
eine Einrichtung, die durch die Steuerwirkung geregelt wird.
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Hierbei kann die die Halbleiterkristalle tragende Grundplatte beispielsweise
mit dem Beugungsbild einer Beugungsvorrichtung angestrahlt sein. Die Grundplatte
kann beispielsweise auch mit vom Himmel reflektiertem Licht angestrahlt sein. Eine
weitere Möglichkeit besteht darin, die Grundplatte mit polarisiertem Licht anzustrahlen.
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Eine besondere Ausführungsform bei der übertragungsvorrichtung ist
darin zu sehen, daß das Spannungsmuster der Halbleiterkristalle für Vergleichszwecke
mit dem einer gedruckten Schaltung zugeführten Spannungsmuster verglichen wird.
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Zur Verwendung als Leitvorrichtung ist z. B. eine erste Informationsübertragungsvorrichtung
vorgesehen mit einer Anzahl photoempfindlicher Halbleiterkristalle als Matrixelemente,
die einer Strahlenquelle ausgesetzt sind, um ein elektrisches Spannungsmuster zu
erzeugen, das für die Strahlung von der Quelle charakteristisch ist, ferner eine
zweite Informationsübertragungsvorrichtung, die ein vorgegebenes elektrisches Spannungsmuster
erzeugt, eine Einrichtung, die das erste und zweite Spannungsmuster miteinander
vergleicht und eine Steuerwirkung in Übereinstimmung mit dem Vergleichswert erzeugt,
und eine Einrichtung, die den Einfall der Strahlung auf der ersten Informationsübertragungsvorrichtung
in
Übereinstimmung mit der Steuerwirkung ändert.
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Eine besondere Ausführungsform einer derartigen Leitvorrichtung umfaßt
optische Beugungseinrichtungen, wie z. B. Beugungsgitter und optische Polarisatoren,
z. B. Nicolsche Prismen, die zwischen der Strahlenquelle und der ersten Informationsübertragungsvorrichtung
angeordnet sind, wobei diese Einrichtungen der erzeugten Steuerwirkung ausgesetzt
sind.
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Eine Weiterbildung ist darin zu sehen, daß die erste Informationsübertragungsvorrichtung
dem Beugungsbild (Beugungsstreifen od. dgl.) ausgesetzt ist, das von der Strahlenquelle
erzeugt wird.
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Die Leitvorrichtung kann eine Steuervorrichtung umfassen, die in Übereinstimmung
mit der Steuerwirkung betätigt wird.
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Bei Verwendung von Beugungseinrichtungen können diese eine Vorrichtung
umfassen, durch die von der Strahlenquelle kommenden Strahlen in einem Muster von
Beugungsstreifen, -ringen, -punkten od. dgl. gebrochen werden, so daß auf der ersten
Informationsübertragungsvorrichtung ein elektrisches Spannungsmuster in Übereinstimmung
mit dem Beugungsbild erzeugt wird.
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Das Mosaik nach der Erfindung kann ergänzt sein durch eine Einrichtung,
die den Strahlungsauffall auf die Informationsübertragungsvorrichtung in Übereinstimmung
mit einem elektrischen Signal ändert, das durch Lichtbeugung mittels Schallwellen,
durch Beugungsgitter zur Erzeugung eines sichtbaren Bildes der einfallenden Strahlen
oder durch die die Beugungsstreifen veranlassenden Töne hervorgerufen ist, und durch
eine Einrichtung zum Photographieren des auf die Informationsübertragungsvorrichtung
fallenden Lichtes, die einen photographischen Film, einen Antrieb für den Film und
eine Einrichtung zum Betätigen der Filmantriebsvorrichtung entsprechend dem von
der Informationsübertragungsvorrichtung erzeugten elektrischen Signal enthält.
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Zur Verwendung als Oszillograph enthält das Mosaik nach der Erfindung
vorzugsweise eine Einrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Signals und eines
sichtbaren Bildes der einfallenden Strahlen und/oder der Töne, die bei Verwendung
einer Beugungseinrichtung die Beugungsstreifen verursachen, eine Einrichtung zum
Photographieren des sichtbaren Bildes sowie eine Einrichtung zum Steuern der Photographiereinrichtung
in Übereinstimmung mit von der Informationsübertragungsvorrichtung erzeugten elektrischen
Signalen.
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Gemäß einer anderen Anwendungsform kann die von einer Vorrichtung
gemäß der Erfindung gelieferte Nachricht in einer elektrischen Rechenmaschine zum
Leiten von Flugbahnen von Flugzeugen oder Raketen verwendet werden. Ein weiterer
Anwendungszweck sind bestimmte Vorrichtungen in elektrischen Rechenmaschinen.
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Es ist auch möglich, die Erfindung auf einen Generator für Höchstfrequenzen
mit einem großen Frequenzbereich anzuwenden.
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Ferner kann der Erfindungsgedanke auf Kodiervorrichtungen zum Übertragen
von Nachrichten in kodierter oder offener Form angewendet werden.
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Es lassen sich ferner Leit-, Ermittlungs-, Ziel-, Peil- und Feuervorrichtungen
damit schaffen; bei denen die Halbleiterkristalle von einer Strahlenquelle oder
durch Licht, das vom Himmel reflektiert wird, gesteuert sind, wobei gegebenenfalls
elektrische Rechenmaschinen und Servoeinrichtungen zu Hilfe genommen werden können.
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Weitere Anwendungsgebiete sind Vorrichtungen zur Entfernungsmessung,
Faksimiledruck- und -Übertragungsvorrichtungen, Anzeigevorrichtungen für atomare
Partikeln und Strahlungen sowie Übertragungsvorrichtungen für Photographien, die
durch elektromagnetische Wellen, atomare Partikeln oder Strahlen belichtet sind,
oder ähnliche Vorrichtungen.
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Die Erfindung ist im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an
mehreren Ausführungsbeispielen ergänzend beschrieben. Es zeigt F i g. 1 ein Mosaik
mit einem Drahtgitter und Stromleitern mit Anschlüssen, F i g. 2 einen vergrößerten
Schnitt eines Teiles der Anordnung in F i g. 1, F i g. 3 eine Darstellung der Potentialdifferenzen,
die entstehen, wenn die Matrix von einem Stromleiter oder Kathodenstrahl abgetastet
wird, F i g. 4 eine Schaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, F i g. 5 eine
perspektivische Ansicht einer Vorrichtung nach der Erfindung, F i g. 6 einen Grundriß
einer gegenüber der F i g. 5 abgewandelten Ausführungsform der Erfindung, F i g.
7 einen Aufriß eines Kreisels gemäß der Erfindung, der als künstlicher Horizont
arbeitet, F i g. 8 einen Aufriß eines Kreiselkompasses, F i g. 9 einen Grundriß
mit einer Visiervorrichtung in gegenüber der F i g. 7 abgeänderter Lage, F i g.
10 einen Aufriß einer Vorrichtung mit einem künstlichen Horizont und einem Kreiselkompaß
nach F i g. 7 und 8, F i g. 11 einen Beobachtungsschirm des Führerstandes oder einer
elektrischen Rechenmaschine für die in F i g. 6 dargestellte Vorrichtung, F i g.
12 eine gegenüber F i g. 10 abgewandelte Ausführungsform der Erfindung, F i g. 13
eine Vorrichtung, die ein durch Ultraschallwellen beschalltes Medium als Beugungsgitter
verwendet, dessen Gittereigenschaften durch Änderung der Bauart des das Medium enthaltenden
Gefäßes oder durch elektrische Mittel geändert werden können, F i g. 14 eine Vorrichtung,
die dazu dient, Objekte im Raum aufzufinden oder zu ermitteln und deren Lage goniometrisch
festzustellen, F i g. 15 ein -Steuerungssystem, welches die in den vorangehenden
Figuren beschriebenen Vorrichtungen unter Benutzung der in F i g. 1 gezeigten Matrix
automatisiert, und -F i g. 16 die in einem Oszillograph verwendete Matrix.
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Ein Mosaik nach der deutschen Patentschrift 1120 034 enthält üblicherweise
eine Grundplatte, die für Strahlen durchlässig ist und auf der kleine Halbleiterkristalle
zwischen kleinen Nadelmagneten angeordnet sind, so daß photoelektromagnetische (PEM)
Effekte erzielt werden. Wenn eine rechtwinklige Platte eines Halbleiters in ein
magnetisches Feld gebracht wird und von einem Lichtstrahl senkrecht zu dem magnetischen
Feld getroffen wird, wurde festgestellt, daß eine Spannung in dem Halbleiter erzeugt
wird, deren Richtung senkrecht zu den Richtungen des Feldes und des Lichtstrahls
ist. Der Halbleiter kann z. B. Germanium, Indium-Zinn, Bleisulphat, Gallium-Arsen
sein. In dem angegebenen Patent sind
auch Herstellungsverfahren
für solche Mosaike angegeben, die Photospannungs- (PV) und photomagnetische (PM)
Effekte zeigen. Trotzdem die hier beschriebenen Vorrichtungen vorzugsweise mit photoelektromagnetischen
Mosaiken beschrieben sind, können diese Vorrichtungen mit gewissen Abänderungen
auch Photospannungs- und photomagnetische Mosaike verwenden.
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Das Mosaik, das in den F i g. 1 und 2 gezeigt ist, besteht aus einer
Grundplatte 11, die für Strahlen durchlässig ist, aus z. B. Glas oder Quarz, auf
der Halbleiterkristalle 12 und Nadelmagnete 13 befestigt sind, und zwar in einem
bestimmten Muster, so daß photoelektromagnetische Erscheinungen erzielt werden.
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Die Kristalle und Magneten sind zum besseren Verständnis vergrößert
dargestellt; tatsächlich sind diese so klein als möglich, um genau mit der Größe
der Gitterabstände des Drahtgewebes von Leiterdrähten 15, mit denen sie verbunden
sind, übereinzustimmen.
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Wie gezeigt, sind die Halbleiterkristalle 12 so reihenweise angeordnet,
daß zwischen ihnen Reihen von Nadelmagneten 13 liegen, so daß jedes Kristall 12
zwischen zwei Nadelmagneten zu liegen kommt. Die Kristalle selber sind vorzugsweise
würfelförmig.
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Diese Kristalle 12 zeigen eine Spannung bzw. ein Doppelpolfeld,
die das von der Eigenart der auffallenden Strahlung 16, z. B. von der Intensität
oder Wellenlänge abhängt. Um solche Spannungen nutzbar zu machen, ist ein besonderes
Drahtgewebe 15 mit den Kristallen vereinigt (F i g. 1).
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Ein Mosaik mit einem Gewebe nach F i g. 1 dient z. B. als Matrix einer
Such- und Zielvorrichtung, als Gedächtnismatrix einer elektrischen Rechenmaschine,
als Aufnahmematrix, als Lichtverstärker, als elektrischer Ultrakurzwellengenerator,
als photoelektromagnetische Zelle; als Oszilloskop (Leuchtschirm), als Nachrichtenübertragungsvorrichtung,
als Ferndruck- und Fernlesevorrichtung, als elektrische Rechenmaschine, als Infrarotdetektor
und -suchinstrument, als Anzeigevorrichtung atomarer Partikeln und Strahlungen,
als Faksimiledruck- und -übertragungsvorrichtung, als geographische Kartenvergleichsvorrichtung,
als Zielvorrichtungen, als automatische Feuerungsvorrichtung und als Vorrichtung
zum gewöhnlichen oder Fernzünden.
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Für solche Anwendungen ist die sogenannte EMK-(elektromagnetische
Kraft-)Ebene des Mosaiks, die der Außenseite der Kristalle entspricht, von dem besonderen
Drahtgewebe 15 bedeckt, das aus dünnen Leitungsdrähten besteht, die voneinander
isoliert sind.
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Das Drahtgewebe der F i g. 1 besteht aus einer Reihe von senkrechten
Drähten 17, 18, 19 die horizontal in gleichmäßigen Abständen von einander mit den
vertikalen Drähten 20, 21, 22 verwoben sind, so daß jeder Abstand der Drähte mit
den Abständen der Kristalle übereinstimmt und, wie gezeigt, jeder der Drähte der
vertikalen Reihe 17, 18, 19 eine vertikale Reihe der Kristalle 12 berührt und jeder
der horizontalen Drähte 20, 21, 22 eine horizontale Reihe der Kristalle 12
berührt. Es können auch mehrere Drähte pro Kristallreihe verwendet werden.
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Für diese Zwecke sind die Drähte des Drahtgewebes 15 zweckmäßigerweise
an allen Stellen, wo sie einander kreuzen, isoliert. Diese Kreuzungspunkte sind
mit A bezeichnet, die Drähte sind aber dort nicht isoliert, d. h. ohne jeden Bezug,
wo sie die Kristalle berühren. Diese Punkte sind mit B und C bezeichnet. Ein ähnliches
Gewebe oder eine leitende Platte, z. B. eine halbversilberte Oberfläche 11A, kann
auf der anderen Seite der Kristalle befestigt werden.
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Verschiedene Vorrichtungen können das beschriebene, genaue Verhältnis
zwischen dem Drahtgewebe 15 und dem Mosaik herstellen. Zum Beispiel können die Drähte
des Gewebes, ehe sie zu einem Gewebe 3 wie ein gewöhnliches Fenstergitter verbunden
werden, mit isolierendem Material überzogen werden. Nach dem Zusammenfügen kann
die Isolierung an den Kontaktpunkten B und C entfernt werden, so daß ein elektrischer
Kontakt nur dort vorhanden ist, wo die Kristalle die Drähte berühren. Eine andere
Art der Herstellung solcher Leitungsgewebe entspricht der Technik der gedruckten
Schaltungen. Hierbei wird erst die horizontale Reihe der Leiter auf eine dielektrische
Grundplatte in Reihen gedruckt, die den Reihen der Kristalle entsprechen, dann wird
genau auf dieselben Reihen ein isolierendes Material gedruckt, dann werden die vertikalen
Leiterreihen aufgedruckt, deren Abstände den vertikalen Kristallreihenabständen
entsprechen. Dann wird die isolierende Druckschicht durch Lösung in einer Flüssigkeit
entfernt, so daß auch bei diesem Verfahren die Kontaktpunkte mit den Kristallen
nicht isoliert sind, dagegen aber die Kreuzungspunkte der gedruckten Leiter von
Leiter zu Leiter isoliert sind. Auch andere Verfahren sind anwendbar, z. B. können
das fertige Drahtgewebe in eine isolierende Flüssigkeit eingetaucht werden, die
zwischen die Drähte eindringt, und dann die isolierenden Ablagerungen von der Oberfläche
entfernt werden, aber an den Kreuzungspunkten der Drähte belassen bleiben.
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Auch kann das oben beschriebene Netz direkt auf die Quarzplatte oder
eine Quarztrommel aufgelegt werden und mit einer 10-4 cm dünnen Schicht von Halbleitermaterial
eingefüllt werden. Die jedes Kristall der F i g. 1 flankierenden Magnetnadelpaare
können dann durch zwei starke Magnete an gegenüberliegenden Enden der Platte oder
Trommel ersetzt werden.
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Auch kann auf eine durchsichtige Platte oder Trommel eine 10-4 cm
dünne Schicht eines Halbleitermaterials niedergeschlagen werden und in diese das
oben beschriebene Netz bis zum Barunterliegenden, durchsichtigen Material eingesenkt
werden. Auch kann die ganze Platte oder Trommel aus durchsichtigem Halbleiter-Galliumphosphor
bestehen, dessen obere 10-4 cm dünne Schicht durch große Hitze leitend wird. Mit
solchen Verfahren können die Abstände der Drähte gleichmäßig erhalten werden, und
es können ungefähr 250 Drähte auf 2,5 cm kommen. In manchen Fällen kann es notwendig
sein, mehr als 250 Drähte pro 2,5 cm unterzubringen.
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Solche Drahtgewebe werden an den Seiten ausgefranst und die Fransen
entweder auf oder in Anschlußrahmen so befestigt, daß sie voneinander durch isolierendes
Material getrennt sind und auf den Anschlußrahmen 30 und 31 geradeliegen,
so daß durch geeignete Geräte die Spannung jedes einzelnen Leiters oder die Differenz
zwischen den Spannungen nebeneinanderliegender Drähte gemessen und gemeldet werden
kann, z. B. durch Abtasten mit einem Kathodenstrahl oder einer Kontaktbürste, wie
weiter unten beschrieben werden wird.
Die auffallende Strahlung
16 kann entweder elektromagnetisch oder atomar sein. Insbesondere werden ultraviolette,
sichtbare oder infrarote Strahlen betrachtet. Die Spannungen auf den Leitern, die
von den Dipolfeldern der Kristalle herrühren, stehen in direktem Verhältnis zu der
Intensität der auffallenden Strahlung.
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Verschiedene Vorrichtungen können vorgesehen werden, um das Spannungsmuster
des Gewebes zu messen und zu übertragen. Dieses Muster ist ein genaues Bild der
auffallenden Strahlen. Daher wird zum Teil die Spannung jedes einzelnen Drahtes
absolut gemessen, d. h. in Beziehung zu einer festgehaltenen Spannung von Null oder
einer bestimmten Größe, oder aber die Spannung jedes Leiters wird differentiell
mit den aufeinanderfolgenden Leiterspannungen des Musters der gesamten Matrix verglichen.
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Verschiedene Geräte können verwendet werden, die einen elektrischen
Kontakt mit jedem der einzelnen Drähte des Anschlußrahmens 30 und 31 herstellen
können. Zum Beispiel kann ein Bürstendraht oder ein Kathodenstrahl verwendet werden.
In letzterem Falle ist die Matrix in einer Vakuumröhre untergebracht, und der Teil
11 ist eine Wand der Röhre. Die Vakuumröhre weist zwei Elektronenstrahlen auf, von
denen einer in Kontakt mit den Drähten des Anschlußrahmens 30 kommt bzw. die Drähte
abtastet, während der andere in Kontakt mit den Drähten auf dem Anschlußrahmen 31
kommt bzw. diese abtastet.
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In F i g. 3 ist die Spannungskurve eines einzelnen Leiters dargestellt,
wenn ein Draht oder ein Kathodenstrahl verwendet wird, um das Spannungsmuster zu
messen. Die Kurve ist differentiell, d. h., sie zeigt die Spannungsdifferenz aufeinanderfolgender
Leiterdrähte. Wenn die Drähte alle auf dem gleichen Potential liegen würden, dann
würde die Kurve eine gerade Linie sein. Besteht aber ein Unterschied in den Spannungen,
so entsteht eine Sägezahnkurve, deren Höhe und Neigungswinkel davon abhängt, ob
der nächstfolgende Draht ein niedrigeres oder höheres Potential aufweist.
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Solche Spannungsunterschiede, die eine charakteristische Intensität
und Richtung aufweisen, die entweder positiv oder negativ sein können, finden in
verschiedenen bekannten Vorrichtungen Verwendung, die auf Intensität oder deren
Anderungsverhältnis ansprechen, so daß Faksimileübertragungen und andere Zwecke
durch sie erreicht werden können.
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Die Vergleichsspannung 30A kann die Spannung eines bestimmten Drahtes
sein, der zu der Reihe gehört, die nicht abgetastet wird, während die Veränderliche
31A die Spannungen der Drähte der anderen Reihe darstellt.
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Die Spannung des Leiters 20 soll deshalb als Vergleichsspannung benutzt
werden, während die Leiter 17, 18, 19 abgetastet werden und so die veränderliche
Spannung 31A entsteht. Nach diesem ersten Abtasten wird die Spannung des Leiters
21 als Vergleichsspannung verwendet, und die Leiter der Reihe 17, 18, 19 werden
wieder abgetastet. Bei diesem wiederholten Verfahren werden die Vergleichsspannungen
30A und die Veränderliche 31A zusammengefaßt und so daß Spannungsmuster der Matrix,
d. h. das Intensitätsmuster der Strahlung, nachgebildet. Solch eine Vorrichtung
ist in F i g. 4 dargestellt. Sie dient zur Übertragung von Nachrichten. Der Anschluß
30 wird dauernd, z. B. durch den Kathodenstrahl 40, abgetastet, der dauernd durch
das Gerät 41 hin und her bewegt wird. Dieses Gerät kann gleichzeitig den Kathodenstrahl
während der Rückbewegung ausschalten. Nach jeder Abtastperiode wird der bisher stationäre
Kathodenstrahl 42 automatisch zum nächsten Leiterdraht des Anschlußrahmens 31 durch
sein Abtastgerät 43 gemäß einem Synchronisierungssignal weiterbewegt, das von dem
Abtastgerät 41 erzeugt wird.
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Der Sender 44 sendet eine veränderliche Spannung, die der Veränderlichen
31A entspricht, und der Sender 45 sendet die Vergleichsspannung 30A. Auch werden
Synchronisiersignale, die in zeitlichem Verhältnis zu der Bewegung der Strahlen
40 und 42 erzeugt werden, von den Sendern 47 und 48 übertragen. Die Sender 44, 45,
47 und 48 können durch einen einzigen Sender ersetzt werden, der eine Trägerwelle,
die von der gewünschten Nachricht moduliert wird, wie beim Fernsehverfahren sendet.
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Eine identische Matrix 50 befindet sich in der Empfangsstation und
rekonstruiert die übersandten Nachrichten gemäß den Spannungen 30 A und 31
A unter Benutzung der Synchronisiersignale von den Sendern 44 und 48. Solche Nachrichten
können für photographische Zwecke optisch oder elektrisch rekonstruiert werden.
Als Reproduzierverfahren kann z. B. ein photographisches Verfahren mit einem Drehzylinder
angewendet werden, das Gegenstand der deutschen Patentschrift 1120 034 ist
und bei dem der Zylinder schrittweise gemäß den Synchronisiersignalen gedreht wird
und der Lichtstrahl mit einem aus den Spannungen 30 und 31A zusammengesetzten Signal
moduliert wird. Die Kristalle des Photographierzylinders sind dabei in genau derselben
Lage wie die Kontaktpunkte B und C, so daß sie, wenn sie in Kontakt mit einem Drahtgewebe
sind, Pulverteilchen von dem photographischen Papier oder sogar das Drahtgewebe
selbst an den Punkten B und C abheben können.
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Eine solche Sendematrix kann so hergestellt werden, daß sie Geheimsendungen
liefert. Ein Geheimschlüssel kann auch dadurch erhalten werden, daß die Abstände
zwischen vertikalen und horizontalen Leiterdrähten ungleichmäßig gemacht werden,
so daß die vertikalen Leiter 17,18,19 in verschiedenem Abstand voneinander stehen
und so die Dauer der einzelnen Impulse verschieden wird, falls die Abtastbewegung
gleichmäßig bleibt. Natürlich muß die Empfangsstation ein genau entsprechendes Matrixgewebe
und Kristallverteilung haben.
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Die besondere Ausbildung der Matrix kann periodisch geändert werden.
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Auch kann die Beschaffenheit der Matrix eine besondere bei Verwendung
in elektronischen Rechenmaschinen sein, insbesondere bei Analogie-Rechenmaschinen.
Auch kann eine solche Matrix wie in einem Telephonsystem Nachrichten nur an bestimmte
Empfangsstellen senden. Da nur eine Empfangsstelle mit genau demselben Matrixmuster,
d. h. demselben Drahtgitter und derselben Verteilung der Kristalle, die Sendung
empfangen kann, so können sehr viele Empfangssationen mit demselben Hauptsender
verbunden werden, der nur austauschbare Matrizen zu benutzen braucht. Die Anzahl
der möglichen Matrizen ist sehr groß, so daß ein großes
System von
Privatempfängern, dessen Nachrichten nur von einer Stelle empfangen werden können,
erstellt werden kann. Ein solches System hat - genau wie ein Telephonnetz - Privatempfänger,
deren Nachrichten oder Gespräche von keinem anderen Teilnehmer empfangen werden
können.
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Wenn die Matrix als ein Bestandteil einer Leitvorrichtung unter Benutzung
eines Beugungsmusters und einer Servoeinrichtung dient, wird das Leitmuster auf
ein Mosaik von Kristallen, unter denen sich das oben beschriebene Drahtgewebe befindet,
geworfen. Das Drahtgewebe dient als Matrix einer elektronischen Rechenmaschine,
die mit Servoeinrichtungen oder einer gedruckten Schaltung in Verbindung steht.
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Ein anderer Zweck der Erfindung ist die Anwendung der Matrix in einer
Vorrichtung zur Festlegung, Bestimmung, Ermittlung und Erhaltung der Lage im Raum
von Objekten, wie Beförderungsmitteln, Waffen oder geodätischen Meßinstrumenten,
eventuell in Verbindung mit einer Peilung, Ermittlung und Anzeige von Objekten und
Hindernissen oder zur drahtlosen Winkelmessung.
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Unter »Beförderungsmittel« soll jedes Fahrzeug zu Wasser, in der Luft
oder auf dem Land verstanden werden, und zwar mit oder ohne Führer, d. h. daß sich
die Vorrichtung auf eine Lenkung bei guter Sicht oder ohne Sicht, auf eine rein
automatische Lenkung oder auf die Fernlenkung von Flugzeugen, Panzerwagen, Schiffen,
Torpedos usw. bezieht.
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Unter »Waffen« sollen insbesondere schwere Waffen verstanden werden,
wie z. B. Kanonen, deren Zielrichtung und Geschoßbahn durch die Vorrichtung automatisch
oder halbautomatisch bestimmt werden kann. Ebenso kann die Vorrichtung auch zum
automatischen oder halbautomatischen Abwurf von Bomben aus einem Fahrzeug, dessen
Abwurfslage im voraus genau bestimmt und berechnet werden kann, angewendet werden.
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Die Vorrichtung kann auch zur Bestimmung des Sichtwinkels geodätischer
Instrumente sowie ihrer Aufstellung im Raum angewendet werden.
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Bekanntlich entsteht eine Beugungserscheinung, wenn ein Lichtstrahl
auf ein Beugungsgitter auffällt. Ein solches Gitter besteht aus einer Reihe enger
Spalten, die durch gleichmäßige dunkle Zwischenräume voneinander getrennt sind.
Man erhält ein solches Gitter, wenn man feine parallele oder gekreuzte Linien in
eine Glasplatte einritzt, feine parallele oder gekreuzte Fäden auf einen Rahmen
spannt, mehrere Glasplatten hintereinander aufreiht, eine Suspension länglicher
ferromagnetischer Teilchen in ein magnetisches Feld bringt, ein Stufengitter .oder
eine Lummerplatte (Elektronengitter) verwendet oder ein mit Ultraschallwellen beschalltes
Medium benutzt.
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Der Lichtstrahl kann von einer engen Spalte ausgestrahlt werden oder
von einem mit feinen, möglichst gleichmäßig verteilten Löchern durchlochten Schirm.
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Wird ein Strahl einfarbigen Lichts und eine Spalte verwendet, so entstehen
hinter dem Gitter eine Reihe paralleler heller Bilder der Spalte, die sogenannten
Beugungsstreifen, die durch dunkle Streifen voneinander getrennt sind.
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Wird ein durchlochter Schirm verwendet, so entstehen hinter dem Gitter
ebenso viele helle Flecke, wie Strahlenbündel vom Gitter ausgesendet werden. Wird
weißes Licht verwendet, so entsteht eine analoge Erscheinung, nur verwandeln sich
die hellen Streifen in Spektren, die Flecke in konzentrische Ringe, deren Violett
nach innen neben dem fast weißen Zentralbild, das auf der optischen Achse ödes oder
der Lichtstrahlen liegt, gerichtet ist.
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An jeder Seite, d. h. rund um das weiße Zentralbild, entstehen also
ein Spektrum erster Ordnung, danach ein Spektrum zweiter Ordnung usw. Die rote Zone
jedes Spektrums ist außen gelegen, wenn seine Lage auf die symmetrische Achse des
Beugungsbildes bezogen wird.
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Im Normalfalle ist die Intensität der Spektren erster Ordnung die
größte, diejenige der Spektren zweiter Ordnung schwächer usw. Es ist aber auch möglich,
Gitter herzustellen, die die größte Lichtstärke auf Spektren bestimmter Ordnungen
konzentrieren.
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Besteht das Gitter aus einem mit Ultraschallwellen beschallten Medium,
so können die Spektren jeder Ordnung auf Kosten der anderen die größere Lichtstärke
erhalten, falls der Einfallswinkel, die Breite der beschallten Zone des Mediums,
die der Lichtstrahl durchläuft, die Intensität oder Amplitude der Ultraschallwellen
oder das Verhältnis der Schallwellenlänge zur Lichtwellenlänge verändert wird, oder
falls fortschreitende oder stehende Ultraschallwellen zur Anwendung gelangen.
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Eine andere Verteilung der Beugungsstreifen oder -flecken erhält man
durch die gleichzeitige Verwendung mehrerer Gitter, deren relative Lage verändert
wird. Es entstehen dann Interferenzerscheinungen.
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Das normale symmetrische Beugungsbild wird verändert, wenn die Bedingungen
seiner Entstehung, d. h. die gerade Aufreihung der zu seiner Entstehung beitragenden
Elemente, die genaue Parallelität zwischen der Lichtspalte und den Gitterspalten
und die senkrechte Lage des Gitters und des Beobachtungsschirmes zur Achse des Ganzen,
nicht mehr zutreffen.
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All diese Beugungserscheinungen entstehen auch, wenn andere Strahlen,
z. B. elektromagnetische Wellen oder elektrostatische Energie, sie hervorbringen,
sie sind also nicht nur für Lichtstrahlen typisch.
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Unter Anwendung der oben angeführten Eigenschaften sieht die Erfindung
vor, daß wenigstens ein Teil der Elemente eines Ganzen, bestehend aus mindestens
einer Strahlungsenergiequelle, von der mindestens ein Strahl zur Anwendung gelangt,
aus mindestens einem Gitter, welches die Energie beugen kann, und Einrichtungen
zur Beobachtung der entstehenden Beugungserscheinungen mit wenigstens einem Leitorgan
verbunden ist, so daß die Veränderung der Beugungserscheinungen jede Änderung der
Richtung des Organs sofort erkennen läßt.
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Unter Leitorgan ist hier sowohl ein Organ zu verstehen, welches das
Objekt, das im Raum zu lenken ist, kontrolliert, z. B. ein Steuer oder eine Visiereinrichtung,
oder aber ein Organ, welches eine Richtung bestimmt oder angibt, z. B. ein Kompaß,
ein eigentliches Visier, ein Organ, welches eine Richtung ermittelt, oder ein solches
Richtorgan zusammen mit einer Richtvorrichtung, die dazu dient, z. B. ein bewegliches
Objekt auf ein visiertes oder verfolgtes Ziel hinzulenken oder aber es davon fortzulenken,
falls es ein Hindernis darstellt.
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Die Vorrichtungen, die das Verfahren anwenden, bestehen aus einer
Zusammenstellung der oben angeführten
Elemente. Ein Teil derselben
wird mit mindestens einem Leitorgan verbunden, hierzu kommen noch Einrichtungen
zum Beobachten der Beugungserscheinungen.
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Wird das Beförderungsmittel von einem Führer gelenkt, dann wird dieser
die Veränderungen des Beugungsbildes beobachten, daraus Schlüsse über den Zustand
eines oder einiger Organe ziehen, die das Fahrzeug kontrollieren, und die eventuell
anzuwendenden Berichtigungen ausführen, falls solche notwendig sind.
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Soll eine automatische Steuerung vorgenommen werden, so werden hierzu
Organe verwendet, die auf eine Veränderung des Beugungsbildes reagieren, z. B. photoelektrische
Zellen, wenn es sich um sichtbare, ultraviolette oder infrarote Beugungsbilder handelt,
oder, falls andere Strahlungen verwendet werden, Zählrohre, die die durch eine Zustandsänderung
eines der Steuerorgane notwendig gewordenen Betätigungen auslösen. Diese Zellen
können positiv oder negativ wirksam, d. h. sie können auf ein Maximum oder auf ein
Minimum empfangener Energie ansprechen.
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Bei einem Flugzeug ermöglichen die Vorrichtungen z. B. einen Blindflug,
d. h. einen Flug ohne jegliche Sicht, denn sie geben die Lage des Horizontes sowie
den Kurs und auch den einzuhaltenden Neigungswinkel der Flugachse an, falls der
Flug nicht horizontal sein soll.
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Als Ermittler und Anzeiger von Objekten und Hindernissen erlauben
die Vorrichtungen das Verfolgen eines Zieles oder das Steuern eines Flugzeuges mit
Hilfe einer Station, um es auf diese hin- oder von dieser fortzulenken, und zwar
in einer bestimmten Richtung.
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Die erfindungsgemäßen Einrichtungen gestatten, bei Abschußvorrichtungen
eine gegebene Schußrichtung aufrechtzuerhalten und ein bewegliches Objekt anzuvisieren.
Die Schußrichtung kann durch einen beliebigen Sender aus der Entfernung festgelegt
werden.
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Auch Probleme der geodätischen Vermessung können mit der Erfindung
gelöst werden.
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Die Vorrichtungen werden vorzugsweise mittels Ultrakurzwellen durch
einen Sender gelenkt. Die Verwendung solcher Wellen zusammen mit der Anwendung automatischer
Beobachtungsmittel mittels Beugungs- und Interferenzstreifen ermöglicht, Roboter
dort herzustellen, wo es notwendig ist, von der Ferne die Lage eines beweglichen
oder unbeweglichen Objektes zu bestimmen. Ein solches Objekt kann eine Waffe, ein
Wasser-, Luft- oder Landfahrzeug sein, z. B. eine Kanone, ein Panzerwagen, ein Torpedo,
ein Unterseeboot, ein Flugzeug oder eine Rakete.
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Wenn die Strahlen polarisiert werden und ein Strichgitter und ein
aus einer Spalte austretender Strahl verwendet werden, so daß die Polarisationsebene
den Gitterlinien parallel liegt, kann ein viel helleres Beugungsbild erhalten werden,
das auch gleichzeitig deutlicher ist, da die Sendespalte erheblich verbreitert werden
kann. Auch treten die Verzerrungen des Beugungsbildes viel schneller in Erscheinung,
sobald die Symmetrie der einzelnen Elemente der Vorrichtungen gestört wird.
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Um diese Polarisation durchführen zu können, muß ein doppelbrechendes
Prisma verwendet werden, oder eine andere Vorrichtung, falls es sich nicht um Licht
handelt. Eine solche Vorrichtung kann außerdem dem Energiestrahl eine beliebige
Neigung geben, d. h., sie kann den Strahl in der Polarisationsebene beliebig nach
vorn oder nach hinten neigen, falls die Polarisationsebene vertikal ist, oder dem
Strahl eine horizontale Richtung geben, wenn die Polarisationsebene horizontal ist.
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Es handelt sich in jedem der Fälle darum, die Beugungsstreifen, die
eine Strahlenquelle 101 auf einen Beobachtungsschirm 102 wirft, zu beobachten (F
i g. 5).
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Um diese Beugungsstreifen entstehen zu lassen, sind ein durchsichtiger
Schirm 103 mit einer Spalte 104 und Polarisatoren 105, die das Licht polarisieren,
sowie eine Linse 106, die mit der Spalte 104 einen Kollimator bildet, und das Beugungsgitter
107 zwischen die Strahlenquelle und den Beobachtungsschirm geschaltet.
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A11 diese Elemente sind auf einer gemeinsamen Achse (gestrichelte
Linie) angeordnet, das Gitter und der Beobachtungsschirm stehen senkrecht zu dieser
Achse, die Polarisationsebene liegt parallel zu der Richtung (vertikal in der Zeichnung)
der Gitterspalten.
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Wenn z. B. die Lichtquelle 101 weißes Licht aussenden soll, wird auf
dem Beobachtungsschirm ein zentraler weißer Beugungsstreifen 108 erscheinen, welcher
auf jeder Seite von Beugungsspektren eingefaßt ist. In der F i g. 5 sind nur die
Spektren erster Ordnung dargestellt, und zwar in einer die Grundfarben symbolisierenden
Strichelung. Blau liegt innen (109), dann Gelb (110) und außen Rot (111). Der übrige
Teil des Schirmes soll schwarz bleiben, wenn auch praktisch den beiden dargestellten
Spektren zu jeder Seite des Zentralstreifens weitere Spektren der zweiten, dritten
bis n-ten Ordnung folgen, deren Lichtstärke normalerweise abnimmt, falls nicht besondere
Vorrichtungen die Lichtstärke bestimmter Ordnungen auf Kosten anderer verstärken,
z. B. durch die Verwendung zusätzlicher Ultraschallwellen, durch eine Veränderung
der die Vorrichtung betreibenden Ultraschallwellen oder durch Einschalten farbiger
Schirme.
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Der Beobachtungsschirm 102 wird von einem Piloten P beobachtet (F
i g. 6). Jede Veränderung des farbigen Beugungsbildes gibt ihm an, daß eines der
Elemente 104, 106 oder 107, welche normalerweise in einer Geraden mit dem Beobachtungsschirm
102 liegen, seine Lage verändert hat oder daß eine Beugungsvorrichtung, die mit
dem Beugungsgitter 107
interferiert, ihre Lage verändert hat, falls diese
Methode angewendet wird, oder daß einer der Faktoren der Vorrichtung verändert worden
ist, z. B. die Eigenschaften des Gitters, falls diese beeinflußbar sind, z. B. bei
aus Ultraschallwellen bestehenden Gittern, welche auf irgendeine Weise verändert
worden sind oder durch drahtlose Wellen moduliert werden.
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An Stelle von durchsichtigen Gittern können natürlich auch spiegelnde
Gitter verwendet werden. Dies zeigt im Grundriß die F i g. 6.
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Hier besteht das Beugungsgitter aus einer spiegelnden Fläche 112,
in die vertikale parallele Linien eingeritzt sind. Diese Linien stehen senkrecht
zur Ebene der Zeichnung.
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Da die Beugungsstreifen (oder Interferenzstreifen) nicht mehr in Durchsicht
beobachtet werden können, müssen der Spiegel 113 und das Prisma 114 dazwischengeschaltet
werden,
damit die Streifen auf dem Beobachtungsschirm 102 erscheinen können. Das
Prisma 114 ist notwendig, um das Beugungsbild zu richten, welches durch die asymmetrische
Anordnung der zusätzlichen Elemente 113 und 114 verzerrt wird. Auch hier befindet
sich der Beobachter in P.
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Natürlich könnte auch der Kollimator durch eine einfache Konvergenzlinse
ersetzt werden. In diesem Falle müßte nur das Beugungsgitter in der Brennebene der
Linse liegen.
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Es kann auch ein spiegelndes, konkaves Gitter verwendet werden. Dessen
Drehachse müßte senkrecht zur Ebene der Spalte bzw. des Gitters liegen und auch
senkrecht zur Polarisationsebene. Durch die Verwendung eines solchen Gitters wird
ein Kollimator überflüssig, außerdem kann der Lichtstrahl leichter in einer bestimmten
Richtung geneigt werden, entweder dadurch, daß das doppelbrechende Prisma 5 um den
gewünschten Winkel geneigt wird oder der Zustand der ganzen Anordnung durch eine
Neigung des Gitters selbst verändert wird.
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Die erste der beschriebenen Anordnungen (F i g. 5) ist gemäß F i g.
7 auf ein Gyroskop, das den Horizont anzeigt, angewendet. Hier ist 115 die Kreiselbüchse
und 116 der Ring ihrer Aufhängung. Wenn der Kreisel pneumatisch betrieben wird,
sind im unteren Teil der Kreiselbüchse Klappen 117 angebracht, die das gelegentlich
beeinträchtigte Gleichgewicht durch den Druckverteiler wiederherstellen.
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Die Achse des Gyroskops wird also üblicherweise immer eine senkrechte
Lage und der Deckel seiner Büchse 115 eine horizontale Lage einnehmen.
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Auf dem Deckel sind eine Quelle für weißes Licht 118 und der Kollimator
119 für den polarisierten Strahl angebracht. Die Achse des Lichtstrahls, der von
diesem System ausgesendet wird, bleibt stets horizontal, auch wenn der Sockel 120
eventuell in beliebiger Richtung schaukelt.
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Auf dem Sockel sind das Gitter 121 und der Beobachtungsschirm 122
befestigt. Befindet sich das sie tragende Beförderungsmittel in einer Horizontalebene,
so liegen die Lichtquelle und der Kollimator, die auf dem Deckel angebracht sind,
und das Gitter und der Schirm, die auf dem Sockel aufmontiert sind, , in einer Geraden,
und der Führer P sieht auf dem Beobachtungsschirm 122 ein symmetrisches Beugungsbild,
das im folgenden mit »Gleichgewichtsbild« der Beugungsstreifen bezeichnet wird.
Dieses Bild zeigt an, daß sich das Fahrzeug in genau horizontaler Lage befindet.
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Auf welche Weise auch immer die Fahrzeugachse von der Horizontalen
abweicht, wird sofort das Beugungsbild verzerrt, entweder, wenn das Flugzeug sich
nach vorn neigt und der Lichtsrahl sich auf dem Schirm nach vorn senkt oder wenn
das Flugzeug steigt und das Bild des Lichtstrahls sich hebt oder von der geraden
Linie abweicht oder sich nach der einen oder anderen Seite neigt und so die Parallelität
zwischen der Polarisationsebene und der Gitterstrichrichtung aufgehoben wird.
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Die Veränderung der Farben des Beugungsbildes wird sofort sichtbar,
und zwar ehe sich die Streifen verschieben, und z. B. lange, bevor das Auge eine
Verlagerung der kleinen Stange, die den Horizont der gewöhnlichen Instrumente bildet,
wahrnimmt. Auch können diese üblichen Instrumente nicht trägheitslos wie der Lichtstrahl
sofort reagieren. Die Anordnung der Lichtquelle und der Spalte auf den beweglichen
Elementen und des Gitters und des Schirmes auf dem festen Sockel muß nicht immer,
wie in dem Beispiel angegeben, getroffen werden, sondern es können auch eine unbewegliche
Lichtquelle und ein unbeweglicher Beobachtungsschirm verwendet werden, wobei das
Beugungsgitter zwischen ihnen beweglich angeordnet wird. Diese Möglichkeit gilt
auch für die folgenden Beispiele.
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Die F i g. 8 zeigt eine andere Anwendung bei einem Kreiselkompaß,
die auch bei gyromagnetischen Kompassen Anwendung finden kann, d. h. bei solchen
Kompassen, die magnetisch die Lage des Kreisels korrigieren.
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Der Kreisel 123, dessen Achse 124 stets in der Ebene
des Ortsmeridians bleiben muß, hängt in der kardanischen Aufhängung 125, 126.- Der
Ring 126 der kardanischen Aufhängung trägt die übliche Rose 127 und auf seinem oberen
Teil eine Drehscheibe 128, die von einem Ring 129 umgeben ist. Das
Ganze ist fest mit dem Sockel 130 verbunden, der wiederum seinerseits fest zur Flugzeugachse
angebracht ist.
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Der Ring 129 kann sich um die Scheibe 128 mit gleitender Reibung drehen.
Er trägt den Kollimator 131, und in seinem Zentrum befindet sich die Lichtquelle
132.
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Wenn die Achse Lichtquelle-Kollimator in der Nord-Süd-Richtung liegt,
deckt sie sich auch mit der gemeinsamen Achse des Gitters 133, des Beobachtungsschirmes
134 und mit der Achse des Flugzeugs (Beförderungsmittels). Der Führer P beobachtet
dabei den Beobachtungsschirm 134.
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Diese Lage der Elemente läßt ein »Gleichgewichtsbild« der Beugungsstreifen
auf dem Schirm erscheinen, falls das Flugzeug genau den Süd-Nord-Kurs einhält. Jedes
Abweichen von diesem Kurs verändert sofort das Beugungsbild.
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Soll das Beförderungsmittel einen anderen Kurs nehmen, der z. B. a
Grad Ost ist, so wird der Ring 129 mit seinem Kollimator 131 um die Scheibe 128
in derselben Ostrichtung a Grad gedreht. Die so erhaltene Lage zeigt im Grundriß
die F i g. 9.
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Um wiederum ein Gleichgewichtsbild der Beugungsstreifen, die überhaupt
nicht mehr auf den Schirm geworfen werden, zu erhalten, muß der Führer P sein Fahrzeug
um den Winkel a so drehen, daß dessen Achse mit derjenigen des Kollimators und des
Beugungsgitters, des Beobachtungsschirmes und des Flugzeuges wieder zusammenfällt.
Die Genauigkeit dieser Deckung kann leicht durch die Beobachtung des Beugungsbildes
kontrolliert werden.
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Die Vorrichtung der F i g.10 zeigt eine Zusammenstellung eines Horizontangebers
und eines Kursgebers. Sie besteht aus zwei Kreiseln, deren einer den Horizont angibt,
während der andere einen gyroskopischen oder gyromagnetischen Kompaß darstellt.
Die Büchse 135 enthält. den ersten Kreisel, sie hängt im Ring 136 der kardanischen
Aufhängung. Diese trägt ihrerseits den zweiten Kreisel 137 mit seiner kardanischen
Aufhängung in den Ringen 138 und 139. Die Achse des Ringes 139 -bleibt also
immer vertikal, und die Scheibe 140, die fest mit der Achse verbunden ist, bleibt
immer horizontal. Dagegen liegt die Achse des Kreisels 138 immer in der Ebene des
Ortsmeridians und bestimmt so den Winkel der Scheibe 140. Auf dieser Scheibe dreht
sich ein äußerer Zylinder 141 in gleitender Reibung um einen
inneren
Zylinder 142, der fest mit der Scheibe verbunden ist. Innen befinden sich
auf der den beiden Zylindern gemeinsamen Achse eine oder mehrere Lichtquellen. Diese
können längliche Röhren sein und gleichzeitig zwei Lichtstrahlen nach außen abstrahlen.
Einer dieser Strahlen fällt durch den unteren Ringspalt des inneren Zylinders 142
und durch den Kollimator 143 auf dem äußeren Zylinder 141, während der zweite Lichtstrahl
durch den Spiralspalt 144 des inneren Zylinders und den vertikalen Spalt
145 direkt durch den Kollimator 143 im äußeren Zylinder geht.
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Der Lichtstrahl, der durch den Kollimator hindurchgeht, bleibt immer
in derselben Horizontalebene und bildet den künstlichen Horizont. Dagegen nimmt
der Lichtstrahl, der durch die Spalte 144,145 fällt, eine Lage ein, deren Höhe von
dem Winkel zwischen der Scheibe 140 und dem äußeren Zylinder abhängt.
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Der erste Lichtstrahl fällt normalerweise auf den unteren Teil des
Beobachtungsschirmes 145 auf und führt die Funktion aus, die schon bei der Erläuterung
der F i g. 3 und bei Erläuterung der F i g. 8 und 9 beschrieben wurde, d. h: die
genaue Kontrolle für die Einhaltung eines gegebenen Kurses.
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Ohne durch das Beugungsgitter hindurchzugehen, bildet der Lichtstrahl,
der aus den Spalten 144,145
fällt, einen Lichtfleck auf dem Beobachtungsschirm,
dessen vertikale Höhe zum Ablesen des Kurses dient und so die Kompaßrose ersetzt.
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Bei der erfindungsgemäßen Anwendung kann auch mit Hilfe eines Beugungsgitters,
das sich mit dem Kompaß dreht, gearbeitet werden. Auch können die beiden optischen
Systeme der F i g.10 durch ein aus stehenden Ultraschallwellen gebildetes Gitter
zusammen mit einem optischen Gitter ersetzt werden. Die beiden Gitter lassen schwarze
Interferenzstreifen im Beugungsbild erscheinen. Die Entfernung der Interferenzstreifen
voneinander gibt den Winkel der beiden Gitter zueinander an. Dasselbe gilt, wenn
zwei optische Gitter verwendet werden.
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F i g. 11 zeigt, wie der Beobachtungsschirm 147 angeordnet werden
kann. Er ist von vorn dargestellt, so wie der Pilot ihn sieht. Im unteren Rahmen
148, in den die übliche Flugzeugsilhouette der üblichen Horizontangeber eingezeichnet
werden kann, erscheinen die Beugungsstreifen, während der Lichtfleck, der den Kurs
angibt, entlang der Skala 149, die von 0 bis 360 Grad eingeteilt ist, wandert. Die
Flugzeugsilhouette kann auch so gefärbt werden, daß ihre Ränder sich genau mit den
Streifen des »Gleichgewichtsbildes« decken, so daß die geringste Verzerrung des
Beugungsbildes um so besser sofort zu erkennen ist.
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Der Pilot kann auf einen Blick, z. B. in der Lage der Fig.5, in der
überhaupt keine Beugungsstreifen mehr auf denn Schirm erscheinen, sehen, nach welcher
Richtung er die Achse des Flugzeugs drehen muß, um den Kurslichtfleck, der sich
neben der Skala befindet, wieder auf die Linie der Skala zu bringen. Dann kann er
seinen Kurs noch genauer nur durch die Beobachtung des unteren Rahmens, in dem die
Beugungsstreifen jetzt erscheinen, kontrollieren und berichtigen.
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Da der Deckel der Vorrichtung 140,141,142 eine Magnetnadel
und eine Rose aufnehmen kann, kann das Bild dieser Organe auch auf den Beobachtungsschirm
geworfen werden, wo es der Pilot@zusammen mit den anderen Angaben beobachten kann.
Auch hier kann, wie bei den anderen Beispielen, der Ring 129 bzw. der Zylinder 141
automatisch aus der Entfernung, und zwar hydraulisch, elektrisch oder mechanisch
vom Piloten gedreht werden, ohne daß das Gleichgewicht des Gyroskops gestört wird.
Die Drehung kann auch aus der Entfernung ohne Zutun des Piloten erreicht werden,
z. B. durch Einrichtungen, die von elektromagnetischen, ultrakurzen Wellen beeinflußt
werden.
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Wenn das Beugungsgitter selbst auf dem Kreiselkompaß befestigt ist,
wird der Kurs durch eine Drehung des Gitters angegeben.
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Im ersten Fall kann der drehbare Zylinder direkt mit einer Richtantenne
verbunden werden oder sie sogar tragen und sich mit ihr drehen, im zweiten Falle
würde die Antenne direkt die Lage des Beugungsgitters bestimmen. Auch hier kann
ein direktes Ablesen des Kurses mittels der Zwischenräume zwischen den erscheinenden
schwarzen Interferenzstreifen erfolgen, wenn zwei Gitter angewendet werden, wie
schon bei F i g.10 beschrieben worden ist.
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Der Beobachtungsschirm der F i g. 11 kann mit photoelektrischen Zellen
ausgerüstet werden oder auch mit Zählrohren, welche automatisch die sonst vom Piloten
gemachten Beobachtungen registrieren und automatisch oder halbautomatisch die entsprechenden
Betätigungen veranlassen. Solche Zellen oder Zählrohre können z. B. entlang der
Skala 149 verteilt werden und das Flugzeugsteuer kontrollieren.
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Eine andere Art, gleichzeitig den Horizont und den Kurs anzugeben,
zeigt die F i g.12.
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Wenn die Polarisation des Lichtstrahles 50 durch ein doppelbrechendes
Prisma 151 erfolgt, erhält man einen besonderen Strahl 152, der dazu dient,
den Horizont anzugeben, und den normalen Strahl 153,
der ebenfalls auf den
Beobachtungsschirm geworfen wird. Hinter dem Schirm 154 befindet sich der Pilot.
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Wird das Prisma in der Polarisationsebene verschoben, und zwar in
einer Richtung, die dem einfallenden Lichtstrahl parallel ist, so daß das Prisma
nunmehr die Lage 151' einnimmt, so hat sich die Lage des besonderen Strahles 152
nicht geändert, dagegen befindet sich nunmehr der normale Strahl in 153'. Die Verlagerung
des Prisma darf nicht größer sein als die Dicke desselben. Ist die Verlagerung in
Abhängigkeit vom Kurs unter Zuhilfenahme einer Einrichtung, die das Prisma mit dem
Kreiselkompaß fest verbindet, erfolgt, dann ist die Verlagerung des Kurslichtfleckes,
den der normale Strahl 153 auf den Beobachtungsschirm wirft, eine Angabe des Kurses,
die nur von einer entsprechenden Skala abzulesen ist.
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Der Kurs kann auch dadurch angegeben werden, daß die Spiralspalte
der F i g. 10 durch eine Rundspalte, wie die, die den Kollimator beleuchtet, ersetzt
wird, dessen Breite aber gleichmäßig langsam von 0 bis 360 Grad zunimmt. Dann ist
die Größe, d. h. die Höhe des Lichtflecks oder dessen Intensität ein Maß für den
Kurswinkel. Auch kann diese Spalte mit der Rundspalte des Kollimators zusammenfallen,
wodurch nur eine einzige Projektion und ein einziges Beugungsbild entstehen. Die
Verteilung der Streifen in diesem Beugungsbild ist dann die Horizontangabe, während
die Größe, d. h. die Höhe der Streifen den Kurs angibt.
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Die bisher beschriebenen Beispiele verwenden Lichtstrahlen, die in
einer normalerweise vertikalen Ebene polarisiert sind, wobei der Spalt auch vertikal
ist, so daß ein Beugungsbild mit vertikalen Spalten
entsteht. Die
Polarisationsebene oder die Spalte können auch in einer anderen Richtung liegen,
z. B. horizontal.
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Bei diesem Beispiel wie bei allen anderen können photoelektrische
Zellen Verwendung finden, wodurch auch die Anwendung sichtbaren Lichtes nicht unbedingt
notwendig wird, da mit ihrer Hilfe Lichtquellen mit infrarotem oder ultraviolettem
Licht oder anderen Wellen aufgezeigt werden können.
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Zur größeren Sicherheit können die photoelektrischen Zellen paarweise,
jedoch voneinander unabhängig angeordnet werden, so daß die eventuell beschädigte
Zelle eines Paares sofort durch die andere Zelle ersetzt werden kann.
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Ein automatischer Pilot kann, nachdem der Strom der Zellen verstärkt
worden ist, diese Ventile betätigen lassen, die als Servomotoren zwischen der Zelle
und dem von ihr kontrollierten Steuerorgan wirken.
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Die Anwendung solcher photoelektrischer Zellen bereitet keine Schwierigkeiten,
nur müssen die Zellen so gewählt werden, daß sie nicht nur auf die Intensität, sondern
auch auf die Wellenlänge des empfangenen Lichtes ansprechen.
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Die Vorrichtungen der F i g. 3, 4 und 6 ermöglichen einen genau kontrollierten
Horizontalflug, mit ihrer Hilfe kann aber kein bestimmter Neigungswinkel eingehalten
werden. Wohl wird das Beugungsbild bei einer Neigung der Flugzeugachse unregelmäßig
und verzerrt, jedoch nicht in solchem Grade, daß diese Verzerrung willkürlich während
einer längeren Zeit beibehalten werden kann. Wird aber z. B. ein doppelbrechendes
Prisma verwendet, so können der Kollimator und das Prisma so geneigt werden, daß
die Lage des Beugungsbildes auf dem Beobachtungsschirm nach oben oder unten verlagert
wird. Wird das Prisma z. B. um 30 Grad nach unten geneigt, so muß der Pilot die
Flugzeugachse um denselben Winkel von 30 Grad neigen, um wieder ein Gleichgewichtsbild
auf dem Schirm zu erhalten. Auch muß er diesen Winkel so lange beibehalten, wie
das Prisma geneigt bleibt. Diese Neigung des Prismas oder allgemein des Strahles
der Energie kann auch auf automatische oder halbautomatische Weise, direkt oder
aus der Entfernung ausgeführt werden.
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Eine Art, die photoelektrischen Zellen bei Vorrichtungen zum Empfang
eines Strahles zu beeinflussen, besteht darin, zeitweise absorbierende Schirme in
den Strahlengang einzuschalten. Dadurch können z. B. gewisse Wellenlängen ausgeschaltet
oder verstärkt werden, so daß ihre Funktion unterdrückt oder verstärkt wird. Auch
kann die Lage solcher Schirme auf jede automatische direkte oder indirekte Weise
bestimmt werden.
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In einem Roboterbeförderungsmittel kann auf diese Weise der Gleichgewichtszustand
des Roboters dadurch beeinflußt werden, daß farbige Filter (absorbierende Schirme),
die bestimmten Strahlen das Übergewicht geben, eingeschaltet werden, so daß dem
Fahrzeug ein bestimmter Weg vorgeschrieben wird. Dieser Weg kann gradlinig, gebogen
oder sogar eine Schleife sein. Soll die Route des Flugzeugs nicht gradlinig sein,
so kann eine Reihe vorher zusammengestellter Lichtfilter verschiedener Farbe in
der Vorrichtung nacheinander in den Strahlengang eingeschaltet werden, damit so
die Lenkung nacheinander beeinflußt wird. Auch kann diese Reihe von Filtern aus
einem Film mit verschieden gefärbten Zonen bestehen, der z. B. durch ein Uhrwerk
oder auf andere Weise abgerollt wird und so dem Roboter in Abhängigkeit von der
Zeit beliebige Betätigungen vorschreibt.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch dazu dienen, das Flugzeug
oder Beförderungsmittel oder seinen Lenker an seinen Ausgangspunkt zurückzuführen
sowie Landungs- und Abflugsoperationen durchzuführen. Diese Operationen können rein
automatisch oder halbautomatisch erfolgen.
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Hierfür insbesondere geeignet ist eine Vorrichtung, wie sie in F i
g. 13 dargestellt ist, die zeigt, wie eine Anwendung von Ultraschallwellen ein Beugungsgitter
mit veränderlichen Eigenschaften liefert. Die Energiequelle 155 liefert den Strahl,
der durch den Kollimator 156 und eine Polarisationseinrichtung 157 durch das dicht
verschlossene- Gefäß 158 mit durchsichtigen Wandungen 159,160 auf den Spiegel 161
geworfen wird. Das verschlossene Gefäß enthält das Medium 162, z. B. destilliertes
Wasser, Xylol oder auch ein Gas, z. B. Luft, welche komprimiert sein kann.. Eine
der -Wandungen des Gefäßes ist mit dem Ultraschallsender 163 versehen;- der z. B.
ein Quarz sein kann, dessen beide Oberflächen, die zu seiner piezoelektrischen Achse
164 normal sind, mit einer leitenden Metallschicht bedeckt sind, der die elektrische
Spannung zugeführt wird, die der Eigenfrequenz des Quarzes entspricht. Die Schwingungen
des Quarzes werden auf das Medium 162 übertragen, und bekanntlich wirkt unter diesen
Bedingungen das Medium auf einen durchdringenden Lichtstrahl wie ein Beugungsgitter.
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Je nach den Eigenschaften. der Platte 165, die an der Gegenwand gegenüber
dem Quarz angebracht ist, werden im Gefäß fortschreitende Ultraschallwellen (falls
die Platte z. B. aus Kork besteht, also absorbierend ist) oder stehende Schallwellen
(falls die Platte z. B. aus poliertem Glas besteht) erzeugt. Diese Platte kann austauschbar
sein, wobei sie entweder durch den Piloten selbst oder aber automatisch oder halbautomatisch
aus der Entfernung ausgewechselt werden kann.
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Der Beobachtungsschirm, der-in der Richtung des Strahles, der vom
Spiegel 61 auf den Piloten P zu reflektiert wird, aufgestellt ist, zeigt Beugungsstreifen,
deren Beobachtung Schlüsse über den Zustand der Elemente gestattet, die die Streifen
erzeugen.
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Die Lichtquelle und der Beobachtungsschirm können fest mit dem Beförderungsmittel
und das geschlossene Gefäß und die Kollimatoren mit einem Gyroskop oder einem Kreiselkompaß
verbunden sein.
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Der Spiegel 61 ist deshalb um 45 Grad zur Vorrichtungsachse geneigt,
damit, das Beugungsbild rechtwinklig auf den Piloten u geworfen werden kann. Hierdurch
kann der Pilot sein Flugzeug oder das Beförderungsmittel in der Richtung der Ultraschallwellen
lenken. Die Neigung des Spiegels um einen zusätzlichen Winkel kann dort, wo es sich
um Vorrichtungen handelt, die ein Ziel verfolgen, die Eigengeschwindigkeit des verfolgten
Ziels kompensieren.
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Die Vorzüge der Verwendung von Ultraschallwellen liegt darin, daß
diese moduliert werden können und auch drahtlose Wellen wiederum durch Ultraschallwellen
moduliert werden können, sich also drahtlose Wellen und Ultraschallwellen gegenseitig
modulieren.
Wenn auch ein Quarz mit einer bestimmten Eigenfrequenz schwingt, so kann man ihn
auch mit einer anderen Frequenz schwingen lassen und erhält so ein Beugungsgitter,
dessen Eigenschaften nach Wunsch verändert werden können. Dieses Beugungsgitter
kann daher von einer Energiequelle beeinflußt werden, die sich, da es sich um ultrakurze
Wellen handeln wird, von den für den Rundfunk reservierten Wellen unterscheidet,
die aber, ebenso wie die Rundfunkwellen Tonfrequenzschwingungen übertragen, selbst
Ultraschallwellen übertragen kann.
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Da die Eigenschaft des Ultraschallgitters auch von der verwendeten
Wellenlänge abhängt, kann jede Sendestation von mit Ultraschallwellen modulierten
Ultrakurzwellen sofort erkannt werden, da sich das Beugungsbild verändert. Jede
Sendestation muß nur entweder mit einer bestimmten, ihr eigenen Ultraschallfrequenz
oder mit Ultrakurzwellen, die mit einer ihr eigenen Frequenz moduliert sind, senden.
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Der Quarz kann auch so ausgebildet sein, daß ihn nur eine einzige
Sendestation mit bestimmter Sendefrequenz beeinflussen kann. Er kann aber auch jede
beliebige Sendestation suchen und von ihr beeinflußt werden, und zwar dies mit Hilfe
des Piloten oder automatisch, und auch den Azimut der Sendestation durch seine Empfangslage
angeben. Die Entfernung der Station spielt hier keine Rolle, denn bei größeren Entfernungen
wird die Sendestation drahtlose Ultrakurzwellen senden, die durch Ultraschallwellen
moduliert sind. So wird die Vorrichtung zu einer Peilstation, die einer bestimmten
oder jeder beliebigen Sendestation zugeordnet ist.
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Werden nur Ultraschallwellen verwendet, so fällt bei der Fernlenkung
die Verwendung einer Antenne fort. Bei Vorrichtungen, die nur Ultraschallwellen
anwenden, geben diese auch eine Angabe der Entfernung von der Sendestation, da die
Ultraschallwellenintensität das Beugungsbild beeinflußt. Solche Vorrichtungen können
ohne weiteres alle Richtungsangaben liefern, die zur Landung, zum Rückflug zum Abflugsort
und zum Abflug notwendig sind.
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Da die Intensität der verschiedenen Ordnungen der Beugungsspektren
ganz verschieden ist, wenn es sich um fortschreitende oder um stehende Ultraschallwellen
handelt, so werden die Beugungsstreifen der Beugungsbilder auch sofort ein Hindernis
auf dem Wege der Ultraschallwellen oder auf dem Wege der von Ultraschallwellen modulierten
drahtlosen Wellen angeben. Denn diese Wellen wirken, wenn sie von einem Objekt reflektiert
werden, in dem geschlossenen Gefäß auf das Medium wie stehende Wellen ein. So kann
also ein nahes oder entferntes Objekt mit Hilfe von Ultraschallwellen oder durch
mit Ultraschallwellen modulierte Ultrakurzwellen aufgefunden und seine Lage und
Entfernung genau angegeben werden.
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Falls ein optisches Beugungsgitter zusammen mit einem durch Ultraschallwellen
entstehenden Gitter angewendet wird, so ist es noch leichter, stehende Wellen jeder
Art sofort zu bemerken, da die beiden in den Strahlengang eingeschalteten Gitter
dann im Beugungsbild schwarze Interferenzstreifen erscheinen lassen, wenn das Ultraschallwellengitter
von stehenden Ultraschallwellen herrührt, die Ultraschallwellen also reflektiert
worden sind, also sich ein Objekt auf ihrem Wege befunden hat. Denn nur stehende
Ultraschallwellen können Beugungsgitter entstehen lassen, die mit einem optischen
Gitter im Beugungsbild schwarze Interferenzstreifen liefern.
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Erscheinen also schwarze Interferenzstreifen im Beugungsbild auf dem
Beobachtungsschirm, so ist dies ein sicheres Anzeichen dafür, daß sich ein Objekt
auf dem Wege der Ultraschallwellen befindet. Unter diesen Bedingungen kann mittels
photoelektrischer Zellen, wie früher beschrieben, die unter der Wirkung der schwarzen
Interferenzstreifen arbeiten, ein Beförderungsmittel automatisch oder mit Hilfe
eines Piloten, vom Boden aus oder durch ein Ziel veranlaßt, welches sich selber
fortbewegt, auf dieses Ziel hingelenkt werden und es verfolgen, und zwar mit jeder
gewünschten Genauigkeit. Das Ziel kann natürlich auch das Ziel eines Schusses sein,
und die Vorrichtungen können dazu dienen, eine Kanone automatisch auf ein aufgefundenes
Objekt abzufeuern, einen Panzerwagen oder ein Torpedo auf ein aufgefundenes Ziel
hinzulenken, selbst wenn dieses Ziel sich selbst mit beliebiger Geschwindigkeit
fortbewegt.
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Die Vorrichtung der F i g. 14 befaßt sich insbesondere mit Auffindungsvorgängen.
Sie besteht aus einem Ultraschallsender oder einem Sender drahtloser Ultrakurzwellen,
die von Ultraschallwellen moduliert sind, der nach allen Himmelsrichtungen sendet
und so ein Auffinden und Untersuchen des gesamten umgebenden Raumes möglich macht.
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Im Zentrum der Vorrichtung befindet sich die Lichtquelle 166, welche
eine große Zahl Lichtstrahlen radial in alle Richtungen aussendet. Diese Strahlen
gehen durch die Wand des Zylinders 167, der durch eine große Anzahl Löcher oder
Spalte perforiert ist. Die ausgestrahlten Lichtbündel bestreichen also hauptsächlich
den umgebenden Raum in Richtung einer unendlichen Ebene, die die Äquatorialebene
der Vorrichtung genannt werden kann. Alles, was in dieser Äquatorialebene geschieht,
kann sich im ganzen umliegenden Raum abspielen, wenn die zylindrischen oder sphärischen
Organe der Vorrichtung durch Hohlkugeln ersetzt werden. Die Lichtquelle 166 kann
sich also im Zentrum einer durch eine große Anzahl von Löchern oder Spalte perforierten
Hohlkugel befinden und so Energiestrahlen in alle Raumrichtungen aussenden. Die
folgende Beschreibung bezieht sich also auch auf eine Vorrichtung in Form einer
Kugel, die den ganzen umgebenden Raum abtastet, d. h. untersucht, um darin Objekte
aufzudecken.
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Vor den Löchern oder Spalten des Zylinders 167 befinden sich Kollimatoren
168, die in den Zylinder eingelassen sind.
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Rings um den Zylinder 167 befindet sich ein ringförmiger Raum 169,
der das geschlossene Gefäß für das Beugungsgittermedium bildet. Ein Quarz im Inneren
dieses Raums, der ein Ringquarz 170 ist, beschallt das Medium. Der Quarz wird durch
die äußeren und inneren Elektroden 171 in Schwingung versetzt, die gleichmäßig sind.
Die äußere Wand 172 des Gefäßes dient dazu, Reflexionen zu verhindern. Um sie herum
liegt der Beobachtungsschirm 173, auf dem oder durch den die Beobachtungen gemacht
oder registriert werden. Der ringförmige Raum 174, der übrigbleibt, kann ein zweites
optisches Gitter bilden, welches fest mit einer Richtantenne oder mit einem Kompaß
verbunden sein kann, so daß gleichzeitig, wie schon beschrieben, mit Hilfe dieses
zusätzlichen Beugungsgitters das von der Vorrichtung entdeckte
Objekt
auch goniometrisch im Raum bestimmt werden kann, da seine Lage durch das zweite
Gitter angegeben wird.
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Die Vorrichtung, d. h. der Beobachtungsschirm, kann mit Einteilungen
versehen sein und so je nach seiner zylindrischen oder Hohlkugelform eine Untersuchung
des umliegenden Raumes ganz oder teilweise ermöglichen und jedes entdeckte Objekt
sofort im Raum angeben. Falls kleine Klappen beliebige Teile des Zylinders oder
der Hohlkugel maskieren, so kann diese Vorrichtung auch dazu dienen, nur einen bestimmten
Teil des Raumes zu untersuchen, oder als Sender in einer bestimmten Richtung arbeiten.
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Die Linie rechts unten in F i g. 14 zeigt, wie ein aufgefundenes Objekt
in Richtung des Pfeils z. B. vom Piloten beobachtet werden kann, der sich in P befindet
und nur das vor ihm erscheinende Beugungsbild, welches dem Strahl entspricht, zu
beobachten hat, wie es auf dem Schirm 173 erscheint. Da andererseits die Intensität
der Beugungsspektren der verschiedenen Ordnungen, die bis zur 22ten Ordnung sichtbar
gemacht werden können, vom Einfallswinkel abhängt, ist ersichtlich, daß die Vorrichtungen
der F i g. 13 und 14 allein und zusammen mit nur einer Sendestation die Radiogoniometrie
ersetzen und jede Winkelmessung vornehmen und die Lage des die Vorrichtung tragenden
Beförderungsmittels oder die Lage der Sendestation oder eines aufgefundenen Objektes
genau im Raum bestimmen können. Hierzu dienen insbesondere die für Intensitäten
besonders empfindlichen Zählrohre oder photoelektrische Zellen.
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Vorrichtungen gemäß der Erfindung können auch eine Quelle nicht konvergierender
Energie zur Anwendung bringen. In einem solchen Falle wird der das Ulträschallwellenmedium
durchdringende Strahl nur dann kompakt bleiben, wenn sein Einfallswinkel genau der
Ultraschallwellenfront parallel ist. Anderenfalls wird der einfallende Lichtstrahl
nicht konvergenten Lichts oder der Energiestrahl nicht konvergierender Energie in
mehrere Strahlen zerlegt, welche als getrennte Lichtflecke auf dem Beobachtungsschirm
erscheinen. De Lage und Anzahl dieser Flecken ist für jeden Einfallswinkel eine
besondere, so daß sich der Einfallswinkel des Lichtstrahls oder des Energiestrahls
und somit die Richtung der Ultraschallwellenfront genau ablesen läßt.
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Ebenso kann eine Winkelmessung durch Anwendung zweier Beugungsgitter,
z. B. zweier optischer Gitter oder eines optischen Gitters zusammen mit einem durch
stehende Ultraschallwellen entstandenen Gitter ausgeführt werden. Eines der Beugungsgitter
muß dann in der Nord-Richtung festgehalten werden und das andere mit Auffindungs-
oder Winkelmeßorganen verbunden werden (Kursgeber oder Zielsucher). Die Zwischenräume
zwischen den schwarzen Interferenzstreifen, die in dem von den beiden Gittern hervorgerufenen
Beugungsbild erscheinen, geben dann den Winkel der beiden Gitter zueinander an und
machen es so möglich, jede beliebige Winkelmessung durchzuführen, z. B. ein Ablesen
des Kurses.
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In den Vorrichtungen der F i g. 13 und 14 können auch die Quarze,
die als Kollimatoren dienen, zu Schwingungen angeregt werden und selbst Ultraschallsender
werden. Dies kann durch elektromagnetische drahtlose Wellen geschehen. Da kann die
Quarze in ihrer piezoelektrischen Achse in Schwingung geraten, breiten sich die
von den Kollunatoren ausgesandten Ultraschallwellen senkrecht zur Achse der Lichtstrahlen
der Vorrichtung und auch zu der Richtung der drahtlosen Ultrakurzwellen aus. Die
Vorrichtungen werden so Sender von Ultraschallwellen und gleichzeitig von Ultrakurzwellen,
die einander gegenseitig modulieren. Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß
ein Ring oder eine Hohlkugel aus Quarz nur sehr kleine Abmessungen aufweisen können,
während dagegen Zylinder oder Hohlkugeln, in die die Kollimatoren eingesetzt werden,
jede beliebige Größe erreichen und vollwertig die ersteren ersetzen können. Sowohl
der Zylinder als auch eine Hohlkugel, in die die Kollimatoren wasserdicht oder gasdicht
eingesetzt sind, können ohne weiteres eine der Wandungen des geschlossenen Gefäßes
167 bilden. Sie können aber auch eine Antenne darstellen.
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Natürlich kann dieses Prinzip auch auf eine Station Anwendung finden,
die nur von Ultraschallwellen modulierte drahtlose Ultrakurzwellen senden soll.
Dann fällt die Lichtquelle fort. Auch hier wie bei den anderen Beispielen können
ein magnetisches Beugungsgitter, photoelektrische Zellen oder Zählrohre auf dem
Beobachtungsschirm zur Anwendung kommen. Das heißt wenn die Strahlung, die die Quarze
der Kollimatoren anregen soll, elektromagnetisch ist, kann diese Energie durch ein
magnetisches Beugungsgitter genau wie ein Lichtstrahl gebeugt werden. Die Beobachtung
der Beugungsbilder muß dann durch Zählrohre oder besser durch einen Schirm photoelektrischer
Zellen erfolgen, deren Licht die an sich unsichtbaren drahtlosen Wellen kenntlich
macht. Überall dort, wo von Beugungsstreifen die Rede ist, kann es ebensogut um
Beugungsringe oder Beugungsflecken handeln, je nachdem, ob der Lichtstrahl, der
gebeugt wird, durch eine Spalte, ein rundes Loch oder durch eine öffnung dringt.
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Bei Vorrichtungen, die von elektromagnetischen Strahlen gesteuert
werden, wird, wie oben beschrieben, ein Teil der Elemente, die zusammen das Beugungsbild
erscheinen lassen, einer radio-telephonischen Sendestation unterstellt, und die
Beobachtung wird entweder direkt durch den Piloten oder z. B. durch photoelektrische
Zellen mit Relais und Servomotoren ausgeführt.
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Ultrakurzwellen, wie sie z. B. von Klystronen, die mit Rhumbatronen
ausgerüstet sind, ausgesendet werden, können sehr leicht so selektiv gemacht werden,
daß Wellen sehr wenig sich unterscheidender Frequenzen geichzeitig ungestört empfangen
werden können. Das heißt daß ein schmales Wellenband eine Anzahl gut getrennter
Sendungen aufnehmen kann. Jede dieser Sendungen kann ein besonderes Flugzeug oder
Beförderungsmittel oder eine besondere Vorrichtung bedienen.
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Die vorgesehenen Vorrichtungen werden nicht nur mit Richtantennen,
die Azimutmessungen vornehmen können, sondern auch mit Richtantennen ausgerüstet
die um eine Horizontalachse drehbar sind und so einen beliebigen Neigungswinkel
angeben können. Diese Richtantennen können mit dem Prisma, dem Quarz, dem Beugungsgitter
od. a. verbunden sein. Auch Richtantennen, die auf einem Gyroskop oder einem Kreiselkompaß
angebracht sind, können zur Anwendung kommen, so daß die Lage der Achse der Antenne
oder die Lage der Antenne im Raum stets gleichbleibt.
Wird eine
entsprechende Kupplung zwischen der Antenne und dem Element, auf das sie aufmontiert
ist, angebracht, so kann der Pilot selbst oder irgendeine automatische oder halbautomatische
Fernsteuerung die relative Lage der Antenne und des Elementes zueinander festlegen
und blockieren, solange dies erwünscht ist.
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Um eine Gruppe von Beförderungmitteln leiten zu können, können durch
Beugung erhaltene Streifen einer einzigen drahtlosen Sendung benutzt werden. Jeder
der durch Beugung erhaltenen Wellenstreifen leitete ein Fahrzeug, oder jedes der
Flugzeuge der Gruppe wird mit einem anders gefärbten absorbierenden Schirm oder
Farbenfilter ausgerüstet. Wenn jede Vorrichtung jedes Flugzeuges ihr Wellenband
empfängt, beugt sie diese Sendung wieder ihrerseits und erhält hieraus die Werte,
die die Lenkung ermöglichen. Auf diese Weise kann eine Anzahl von Beförderungsmitteln
oder Vorrichtungen drahtlos übertragene Weisungen, d. h. Bewegungen ausführen, die
zwar im Einklang miteinander, aber nicht identisch sind. Hierzu wird nur eine Sendung
einer einzigen Sendestation benötigt.
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Es ist auch möglich, eines der Beugungsspektren oder -streifen ohne
Farbenfilter oder zusammen mit bestimmten Farbenfiltern zur Übermittlung von Signalen
zu verwenden. Hierzu können entweder eigene Vorrichtungen oder auch die Vorrichtungen,
die zur Lenkung des Beförderungsmittels dienen und deren Verbindung mit den automatischen
Lenkeinrichtungen für die Zeit des Signalempfangs vorübergehend unterbrochen werden
kann, verwendet werden.
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Überall, wo vorstehend von einem Beobachtungsschirm die Rede ist,
auf den Strahlen fallen, ist mit diesem Schien eine Matrix nach der Erfindung mit
einem Drahtgewebe und dazugehörigem Kristallmosaik gemeint. Die Spannungen, die
auf dieser Matrix erscheinen, dienen dazu, durch Vergleich der gezeigten Spannung
mit anderen Spannungen Kontrollwirkungen auf Servoeinrichtungen auszuüben, so daß
eine automatische Kontrolle unter Benutzung der Matrixspannungen möglich ist.
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Solch eine Servoeinrichtung ist in der F i g. 15 dargestellt, in der
die Licht- oder Energiequelle 200
Strahlen auf die Matrix 201 sendet.
Die Matrix 201
entspricht der Matrix der F i g. 1. Die Strahlen, die von der
Quelle 200 ausgehen, werden durch die Vorrichtung 202 polarisiert
oder gebeugt, ehe sie auf die Matrix 201 auffallen.
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Die Spannungen, die von einer solchen Detektormatrix 201 erzeugt
werden, werden mit einer ähnlichen Matrix 203 und deren Spannungsmuster verglichen,
bis ein ähnliches Spannungsmuster auf die Servoeinrichtung 204 einwirken
kann, so daß die Vorrichtung 202, die die Strahlen beeinflußt, z. B. die Lenkinstrumente
205 eines Flugzeuges bewegen, um das ganze System wieder in Gleichgewicht
zu bringen, d. h. einen Zustand herzustellen, in dem beide Matrizen verglichen keine
Spannungsdifferenzen aufweisen, also genau übereinstimmen.
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Die Matrix 203 kann Bestandteil eines elektronischen Rechners sein,
der z. B. die Spannungen angibt, die einen bestimmten Kurs oder ein Gelände, über
dem sich das Flugzeug befindet, bedingen.
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Die Matrix 203 kann aus einer gedruckten Schaltung bestehen,
deren Drähte genau den Drähten des Drahtgewebes der Detektormatrix 202 entsprechen,
so daß entsprechende Drähte der beiden Matrizen durch Verbindungsdrähte und Schalter
verbunden werden können, um die Spannungen der einzelnen entsprechenden Drähte vergleichen
und das Resultat dieses Vergleiches dem Steuerinstrument 204 mitteilen zu können.
Wenn sich daher das Spannungsmuster der Matrix 201 von dem der Matrix 203 unterscheidet,
entsteht eine Steuerspannung, die die Vorrichtung 205 betätigt.
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Die Vorrichtungen nach den F i g. 5 bis 12, die mechanisch betätigt
werden, können in automatisch arbeitende Vorrichtungen umgewandelt werden, sobald
die beschriebenen Schirme durch eine Detektor-Matrix ausgetauscht werden und eine
solche Matrix 201 in die automatische Vorrichtung nach Fig.l5 eingebaut wird.
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Die Licht- oder Strahlenquelle 200 kann Himmelslicht sein, das selbst
schon polarisiert ist. Dieses polarisierte Licht wird durch ein Nicolsches Prisma
ausgewählt und arbeitet daher als Leit- und Lenkwert, da der elektrische Vektor
des vom Himmel reflektierten Lichtes auch bei Nacht stets rechtwinklig zur Ebene
durch die Sonne, durch den Mittelpunkt des Weltraums und durch den Ort, ar: des
sich der Betrachter befindet, ist. An Stelle einer Trägheitsleitvorrichtung wird
besser ein unabhängiges Leitelement vorgesehen, das nicht gestört werden kann. Eine
sich ändernde Polarisation kann ausgefiltert werden und einer bestimmten Richtung
folgen oder als Vergleichsrichtung benutzt werden.
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Die Matrix nach F i g. 1 kann auch zum geograpbischen Kartenvergleich
zu Führungszwecken angewendet werden. In einem solchen Falle wird das Spannungsmuster
der Matrix bei der Betrachtung, d. h. bei Bestrahlung durch das Bild eines besonderen
Ortes mit den Spannungen einer zweiten Matrix verglichen, die die Geographie dieses
Ortes genau zeigt. Falls beide Spannungsmuster übereinstimmen, wird eine Schaltung
ausgelöst und z. B. eine Bombe abgeworfen. Die Matrix kann auch als Detektor bzw.
Sucher für infrarote Strahlung von durch Luftreibung erhitzten Flugzeugen oder Raketen
oder für deren Verbrennungsabgase oder zum Photographieren an Städten und Fabriken
verwendet werden. Die Matrix kann gleichzeitig die Lagenachrichten von mehreren
aufgefundenen Objekten übertragen und das Zielen, Leiten oder Ausweichen steuern.
Auch Lunten können direkt oder durch Nahwirkung abgefeuert werden.
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Die Matrix nach F i g. 1 kann auch als Batterie verwendet werden,
da sie eine Spannung auf eine Bestrahlung hin erzeugt. Auf gleiche Weise kann die
Matrix nach F i g. 1 als Stromerzeuger eines Wechselstromes sehr hoher Frequenz
bzw. ultrakurzer Wellenlänge verwendet werden, wenn die Anschlußrahmen zur Erzeugung
einer Spannung 31A nach F i g. 4 oder die Dipolfelder der einzelnen Kristalle parallel
oder nacheinander abgetastet werden. Um Spannungsänderungen zu erzeugen, wird die
Matrix so beleuchtet, daß abwechselnd Kristalle dunkel bleiben, so daß die Kathodenstrahlen
oder andere Abtastmittel Wechselspannungen aufnehmen, deren Frequenz bzw. Wellenlänge
vom Abstand der Kristalle voneinander oder von der Abtastzeit abhängt. Falls die
Kristalle sehr nahe aneinander liegen und der Kathodenstrahl sehr schnell bewegt
wird, hat der Wechselstrom eine größere Frequenz, als bisher erzeugt werden konnte.
Auch kann eine Reihe von Matrizen, deren Kristalle in verschiedenen
Mustern
abgedunkelt werden, leicht veränderbare Wechselstromerzeuger bilden. Die Matrix
nach F i g. 1 kann auch als Licht- oder Strahlungsverstärker dienen, denn sie kann
ihrerseits eine auf sie treffende Strahlung verstärken oder in eine andere Frequenz
umsetzen.
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Eine Matrix der angegebenen Art kann für infrarote Strahlen empfindlich
gemacht werden, so daß die Wärme der auf ihr liegenden, z. B. schreibenden Hand
genügt, um eine Faksimileübertragung auf kurze Entfernung möglich zu machen, z.
B. in Büros oder Gaststätten, in dem ein Spannungsmuster erzeugt und, wie oben beschrieben,
gesendet wird.
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Eine Matrix nach F i g. 1 kann auch einen Teil eines Oszilloskopen
oder Oszillographen bilden, wie in F i g. 16 dargestellt ist. Die Schwingungen,
die aufzuzeichnen sind, werden einem Gas oder einer Flüssigkeit in dem Gefäß
275 mitgeteilt. Das Gas dient als Beugungsgitter für einen Lichtstrahl oder
für atomare Strahlung, wenn diese ionisiert ist. Der Strahl 276 der Energiequelle
277 wird durch die Schwingungen in dem Gefäß gebeugt, und die Abstände der Beugungsstreifen
des Beugungsmusters stehen in direktem Verhältnis zur Wellenlänge der aufzuzeichnenden
Schwingungen. Falls die Temperatur und die umgebenden Bedingungen Bleichbleiben,
wird auch das Beugungsbild Bleichbleiben, falls die Schwingungen gleichmäßig sind,
so daß die Beugungsstreifen auf derselben Stelle auf eine Matrix 278 fallen und
eine Aufzeichnung nicht die Bewegung eines photographierenden Papiers notwendig
macht. Jede Unregelmäßigkeit der Schwingungen - und nur diese sind meistens von
Interesse -wird die Auftreffstelle auf der Matrix jedes einzelnen Beugungsstreifen
ändern und entweder eine Bewegung des photographischen, mit Pulver bedeckten Papiers
oder eine Beschleunigung des sich schon bewegenden Papiers hervorrufen, da sich
das Spannungsmuster der Matrix mit der Bewegung des Beugungsstreifens ändert. Diese
Änderung betätigt die Einrichtung, die das Papier bewegt. Sobald sich der Beugungsstreifen
nicht mehr bewegt, d. h. die Schwingungen wieder unverändert bleiben, läßt die Bewegungseinrichtung
279 das Aufzeichnungspapier 280 wieder zur Ruhe kommen. Auf diese Weise wird
eine große Menge Papier und viel Raum gespart, insbesondere bei Entfernungsmeßgeräten
in Raketen od. dgl.
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Die Matrix nach der deutschen Patentschrift 1120 034 zeichnet also
das Beugungsbild oder einen Streifen des Bildes auf und überträgt dieses Bild, sobald
es auf der Matrix erscheint. Ein solcher Oszillograph ist aber auch ohne eine Matrix
nach F i g. 1 sehr gut verwendbar. In diesem Falle wird das Beugungsbild oder ein
besonderer Beugungsstreifen auf bekannte Weise photographiert oder aufgezeichnet,
und zwar bei unsichtbaren Strahlen und atomaren Teilchen durch Geigerrohre oder
z. B. Magnetbänder. Auch hierbei wird sehr viel Papier gespart, denn eine Photozelle
kann statt der Matrix die Bewegungen des Papiers steuern, sobald die Streifen des
Beugungsbildes ihre Lage ändern.
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Die Matrix kann auch als Detektor für atomare Teilchen oder Strahlungen
dienen. In diesem Falle wird ein ionisiertes Gas im Gefäß 275 von den atomaren Teilchen
oder Strahlungen durchlaufen. Die Matrix wird gegenüber der Einfallstür für die
Teilchen oder Strahlungen oder rund um das Gefäß herum angebracht. Auf diese Weise
können Teilchen und Strahlen sofort durch die Matrix und ihr Leitungsdrahtgewebe
elektrisch oder auf Papier aufgezeichnet und fernübertragen werden, was bei gefährlicher
Strahlung von großer Bedeutung ist: Falls ein Oszillograph nach F i g. 16 mit einem
Mikrophon verbunden wird, kann mit der photographischen Vorrichtung nach der deutschen
Patentschrift 1120 034 und mit der in F i g. 16 dargestellten Vorrichtung Schall
aufgezeichnet und durch die Vorrichtung nach F i g. 15 wiedergegeben werden.
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Auch können Nachrichten auf einem Magnetband, das dazu dient, das
Pulver auf dem photographischen Papier festzuhalten, magnetisch auf der Rückseite
mit Hilfe eines Aufzeichnungskopfes aufgenommen und gleichzeitig mit der Photographie
wiedergegeben werden.