DE2217248A1

DE2217248A1 - Lichtsteuereinrichtung

Info

Publication number: DE2217248A1
Application number: DE19722217248
Authority: DE
Inventors: Paul Larchmont N.Y. Rosenberg (V.StA.)
Original assignee: Research Frontiers Inc
Current assignee: Research Frontiers Inc
Priority date: 1971-04-12
Filing date: 1972-04-11
Publication date: 1972-11-30
Also published as: NL7204866A; IT957617B; CA965862A; GB1385505A; ZA722448B; FR2132880A1; US3743382A; FR2132880B1; JPS5632609B1; SE377620B

Description

RESEARCH FRONTIERS INCORPORATED, 31 Can Drive, Plainview, L.E.

New York, USA

Lichtsteuereinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf Lichtsteuereinrichtungen, und insbesondere auf Einrichtungen zur Steuerung der Fortpflanzung einer Strahlung im elektromagnetischen Spektrum.

Es sind eine Yielzahl.von mit veränderlicher Dichte arbeitenden Steuereinrichtungen, Verschlüsse und Filter zur Steuerung und Änderung der Intensität der Strahlung, insbesondere elektromagnetischer Strahlung in dem Bereich, der ultraviolette sichtbare und infrarote Strahlung einschließt, entwickelt worden.

en
Diese, Einrichtung umfaßten mechanische Verschlüsse, Irisblenden veränderlicher Öffnung, keilförmige Filter veränderlicher Dicke, Flüssigkristallüchtventile, Kerrzellen und Lichtventile veränderlicher Dichte, derart, bei denen Suspensionen von Partikeln in einem strömenden Medium verwendet werden. Werden die zuletzt erwähnten Steuereinrichtungen ganz oder teilweise geöffnet oder so betrieben, daß die Durchlässigkeit für die Strahlung vermindert wird, nimmt die Durchlässigkeit für alle Wellenlängen,

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Frequenzen oder Farben gleichzeitig ab, obgleich der Grad der Verringerung für unterschiedliche Wellenlängen, Frequenzen oder Farben unterschiedlich ist. Diese Steuereinrichtungen haben somit die Wirkung, daß sie die Durchlässigkeit bei allen Wellenlängen erhöhen oder die Durchlässigkeit bei allen Well-enlängen verringern. Sie können nicht zur Verringerung der Durchlässigkeit bestimmter ""ellenlangen und zur Erhöhung der Durchlässigkeit bei anderen Wellenlängen verwendet werden. Diese Einrichtungen können auch eine Farbe nicht schwächen, während eine.andere Farbe durchgelassen wird, sondern können nur verwendet werden, um alle Farben (aller Wellenlängen) oder überhaupt keine zu sperren.

Ein Ventil, das selektiv bestimmte Wellenlängen aus-filtern und andere durchlassen kann, wäre für viele Anwendungsfälle der Technik außerordentlich wertvoll. Beispielsweise könnte in der Fototechnik und in verwandten Industriezweigen ein Filterventil dieser Art für den Filmdruck und das Entwickeln von Filmen zur Unterdrückung bestimmter Farben und zur stärkeren Hervorhebung anderer Farben verwendet werden. Es besteht somit in der Industrie ein Bedarf an Lichtventilen, die als billige Filter verwendbar sind, um bestimmte Farben auszufiltern, während die Durchlässigkeit anderer Farben erhöht wird.

Gemäß der Erfindung wird ein Lichtventil mit einer Strömungsmittelsuspension vorgeschlagen, das in angeregtem Zustand die Lichtdurchlässigst in einem Teil des elektromagnetischen Spektrums verringern kann, während die Durchlässigkeit in einem anderen Teil des Spektrums gegenüber dem Grad der Durchlässigkeit in diesen gleichen Teilen des Spektrums bei nichtangeregtem Ventil vergrößert wird.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden speziellen Beschreibung und aus den Patentansprüchen.

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Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine graphische Darstellung, in der die Durchlässigkeit über der Wellenlänge für den Fall einer bekannten Einrichtung aufgetragen ist,

Fig. 2 eine graphische Darstellung, bei der die Durchlässigkeit über der Wellenlänge für eine Einrichtung gemäß der Erfindung aufgetragen ist,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Lichtventiles gemäß der Erfindung, und

Fig. 4 eine Querschnittsansicht des Ventiles nach Fig. 3·

Die Erfindung bezieht sich auf Lichtsteuereinrichtungen, die als Lichtventile bekannt sind, welche aus Zellen bestehen, die eine Substanz enthalten, welche die Durchlässigkeit einer Strahlung durch die Zelle beim Anlegen eines Feldes an die Substanz verändert. Ein typisches Beispiel für ein derartiges Lichtventil ist in Patent.... (Patentanmeldung P 21 14 658.7) der Anmelderin beschrieben und dargestellt. In diesem älteren Vorschlag werden Lichtventile mit dünnen, transparenten Wänden beschrieben, die aus flachem Glas oder ähnlichem Material bestehen und die durch einen kleinen Spalt voneinander getrennt sind, welcher mit einer StrÖmungsmittelsuspension gefüllt ist, die darin verteilte kleine Partikel enthält. Diese Partikel richten sich aus', wenn ein Feld an die Suspension angelegt wird. Zum Anlegen des Feldes an die Suspension ist ein dünner Belag aus transparentem, stromleitendem Material auf der Innenseite einer jeden Glasscheibe entweder in Kontakt mit der Substanz oder über einen dünnen, transparenten, nichtleitenden Belag im Abstand von der Substanz

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überzogen. Die stromleitenden Beläge sind über entsprechende Verbindungen an eine Energiespeisequelle angeschlossen. Beim Anlegen einer Spannung an die Suspension werden die Partikel in der Suspension so orientiert, daß sie bewirken, daß die Suspension transparent ist. Vor dem Anlegen der Spannung waren die Partikel in der Suspension entorientiert und deshalb war die Suspension lichtundurchlässig. Lichtventile, die entsprechend diesem älteren Vorschlag arbeiten, sind als an sich bekannt zu betrachten.

Fig. 1 zeigt eine graphische Darstellung, bei der die Wellenlänge über der Durchlässigkeit für ein Ventil bekannter Art aufgetragen ist, und zwar ein Ventil, das eine Suspension enthält, bei der eine Erhöhung der Spannung eine Vergrößerung der Durchlässigkeit bewirkt, ähnlich den Ventilen des älteren Vorschlages der Anmelderin. In dieser graphischen Darstellung ist die Wellenlänge in Angströmeinheiten in der X-Achse, der Grad der Durchlässigkeit längs der Y-Achse aufgetragen. Die gerade Linie 1 auf der graphischen Darstellung stellt die Durchlässigkeit einer Strahlung durch das· Ventil dar,wenn keine Anregungsspannung an die stromleitenden Flächen angelegt 1st. Aus Gründen der einfacheren Beschreibung ist diese Linie auf den gleichen Wert der Durchlässigkeit für alle Wellenlängen (20#ige Durchlässigkeit) genormt- Die Durchlässigkeit durch das Ventil im ausgeschalteten Zustand ist nicht notwendigerweise Null, und dies ist der Grund dafür, warum die gerade Linie 1 nicht an der Stelle der Null-Durchlässigkeit gebogen ist.

Die Kurven 2, j5 und 4 stellen die Durchlässigkeit durch Ventile bekannter Art bei angelegten Spannungen dar. Die Kurve 2 in Fig. 1 stellt die Durchlässigkeit der Strahlung durch das Ventil bei einer bestimmten Anregungsspannung und Frequenz dar. Die Kurve 3 gibt die Durchlässigkeit der Strahlung bei einer anderen Spannung und Frequenz an, und die Kurve 4 die Durchlässigkeit bei einer dritten Anregungsspannung und Frequenz. Wenn die? Anregungsspannung und Frequenz geändert werden,

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ändert sich die Durchlässigkeit von einer der Kurven 2, 3 und zur anderen." Die Kurven sind so beschaffen, daß bei einer Erhöhung oder Verringerung der Spannung die Durchlässigkeit der Strahlung bei allen Wellenlängen entweder gleichzeitig erhöht oder gleichzeitig verringert wird. Diese Kurven werden gleichmäßig erhöht oder erniedrigt; sie kreuzen einander nie und schneiden auch nie die gerade Linie, die den angeregten Zustand des Ventiles darstellt. Die Durchlässigkeit bei einer beliebigen Wellenlänge nimmt zu, wenn' die Spannung zunimmt. Beispielsweise ist bei einer Wellenlänge von 6.000 Angströmeinheiten, die dem orangen Fa.-+rbbereich entspricht, die Lichtdurchlässigkeit bei dieser Wellenlänge größer, wenn eine höhere Spannung angelegt ist. Die gestrichelte Linie bei 6.000 Angstromeinheiten schneidet die Linie 4 bei einem höheren Wert für die Durchlässigkeit als die Linie 2. Die Durchlässigkeit ist somit stets größer, wenn die angelegte Spannung höher ist, und die Durchlässigkeit ist auch stets größer, wenn eine Spannung angelegt ist, als wenn überhaupt keine Spannung angelegt wird (die gerade Linie 1).

Wenn derartige bekannte Ventile durch eine angelegte Spannung angeregt werden, wird das Ventil optisch weniger dicht (läßt mehr Licht durch), als wenn keine Spannung angelegt wird, und dies tritt bei allen Wellenlängen auf. Anders ausgedrückt ist das Dichteverhältnis der bekannten Ventile stets größer als 1. Das Dichteverhältnis ist das Verhältnis der optischen Dichte des Lichtventiles im nicht angeregten Zustand zur optischen Dichte im angeregten Zustand. Bei diesen bekannten Ventilen besteht somit keine Möglichkeit, die Durchlässigkeit eines Bereiches von Wellenlängen zu vergrößern, während die Durchlässigkeit eines anderen Bereiches von Wellenlängen verringert wird. Entweder sind bei diesen bekannten Ventilen die Durchlässigkeiten aller Wellenlängen geringer oder alle höher. So kann beispielsweise mitdiesen bekannten Ventilen kein Filter gebaut werden, das die Durchlässigkeit von z.B. blauem Licht

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vergrößert, während die Durchlässigkeit von rotem Licht verringert wird oder umgekehrt. Dies läßt sich jedoch mit vorliegender Erfindung erreichen, wie nachstehend ausgeführt wird.

Fig. 2 zeigt eine graphische Darstellung, aus der die Durchlässigkeit eines typischen Lichtventiles gemäß vorliegender Erfindung hervorgeht; wird ein derartiges Lichtventil engeregt, wird die Durchlässigkeit der Strahlung durch das Ventil in einem Teil des Spektrums vergrößert und in einem anderen Teil des Spektrums verkleinert. Bei der graphischen Darstellung ist die prozentuale Durchlässigkeit von Strahlung in der Y-Achse und die Wellenlänge in Angströmeinheiten in der X-Achse aufgetragen. Diese Kurve L-feilt für Beispiel Is das nachstehend beschrieben wird. Die gerade linie 12 in Fig. 2 stellt die Durchlässigkeit des nlchtangeregten Ventiles bezogen auf die gleiche Durchlässigkeit für alle Wellenlängen (20#) dar. Sie ist nicht für alle Wellenlängen in dem nichtangeregten Zustand gleich, sondern der Einfachheit der Darstellung wegen ist die Durchlässigkeit für alle Wellenlängen auf den gleichen Wert abgestellt und die Durchlässigkeit in dem angeregten Zustand ist entsprechend geändert. Die Kurve stellt die Lichtdurchlässigkeit eines Lichtventiles bei einer angelegten Spannung von 1000 Volt bei einer Frequenz von 125 kHz, wie in Beispiel I beschrieben, dar. Aus dieser graphischen Darstellung ergibt sich, daß dann, wenn eine Spannung angelegt wird, die Durchlässigkeit in einem Teil des Spektrums (unterhalb 4.9ΟΟ Angströmeinheiten) über die Durchlässigkeit für das nicht angeregte Ventil zunimmt, und in einem anderen Teil des Spektrums (über 4.900 Angströmeinheiten) unter die Durchlässigkeit für das nicht angeregte Ventil abnimmt. Es gibt eine Stelle bei etwa 4900 Angströmeinheiten (speziell für dieses Beispiel), an der die Durchlässigkeit sowohl im angeregten als auch im nicht angeregten Zustand die gleiche ist. An dieser Stelle, die als Kreuzungspunkt bezeichnet wird, hat eine Anregung des Ventiles keinen Einfluß auf die Durchlässigkeit durch das Ventil. Aus der graphischen Darstellung ergibt sich bei diesem speziellen Ventil (dem Ventil nach Beispiel I),

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8.4.2)972 W/He - 7 - R/p 7384

daß die Durchlässigkeit bei dem angeregten' Ventil ein Maximum bei etwa "4.000 Angströmeinheiten und zwei Minima, nämlich eines bei etwa 5^750 und eines etwa bei 6.500 Angströmeinheiten erreicht. Dies ist jedoch nur ein Beispiel für die Ventile nach vorliegender Erfindung. Obgleich graphische Darstellungen der Ventile gemäß vorliegender Erfindung im allgemeinen die Gestalt der graphischen Darstellung nach Fig. 2 aufweisen, ändern sich die Maxima, die Minima und die Kreuzungspunkte erheblich. Die anschließend erläuterten Beispiele zeigen dies im einzelnen. Ein wesentlicher und bemerkenswerter Punkt ist darin zu sehen, daß aufgrund der Erhöhung in der Durchlässigkeit im einen Bereich und der Verringerung in einem anderen Bereich dann, wenn weißes Licht durch das Ventil des vorerwähnten Beispieles erblickt wird, bevor das Ventil angeregt wird, es weiß erscheint, wenn das Ventil jedoch angeregt ist, werden die Intensitäten der Wellenlängen größerer Länge verringert, während die Intensitäten der Wellenlängen geringerer Länge vergrößert, werden; dies bewirkt, daß die Farbe sich von weiß in eine blau-weiße Farbe ändert. Mit anderen Worten heißt dies, daß grundsätzlich die Durchlässigkeitskurve für das angeregte Lichtvenoil nach diesem Ausführungsbeispiel über die gerade Linie 12 in dem Blau-Purpurteil des Spektrums ansteigt und unter den Übertragungswert für das nichtangeregte Ventil in dem Rot-Orange-Gelb-Grün-Teil des Spektrums fällt. In Zusammenhang mit dem Dichteverhältnis ausgedrückt, heißt dies, daß das Dichteverhältnis größer als Eins im einen Teil des Spektrums (z.B. im Blau-Violett-Bereich) und kleiner als Eins in einem weiteren Teil des Spektrums (z.B. im Grün-Gelb-Orange-Rot-Bereich) ist. Das Ventil läßt dann mehr Licht in einem Bereich durch, wenn es angeregt ist, als wenn es nicht angeregt ist, und läßt weniger Licht in einem anderen Bereich durch, wenn es angeregt ist, als wenn es nicht angeregt ist.

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Durch Änderung der Spannung und der Frequenz kann eine Vielzahl von Filter- und Durchlaßeffekten zur Steuerung der Durchlässigkeit von Strahlung in verschiedenen Wellenlängen, einschließlich der Steuerung der Farbe, des Farbausgleiches, der Buntheit der Farben und des Farbtones erzeugt werden. Wird die Durchlässigkeit einer Farbe des Spektrums erhöht, kann eine andere verringert werden usw.

Nachstehend wird die Suspension selbst beschrieben: Wie vorstehend ausgeführt, wird diese Suspension in das Ventil zwischen den beiden transparenten Platten eingebracht. Auf der Innenseite einer jeder dieser Platten ist ein stromleitender Überzug vorgesehen, der in Kontakt mit der Suspension stehen kann (erkann auch von dem Überzug durch einen dünnen Belag aus Isoliermaterial getrennt sein). Die Zelle ist in den Figuren 3 und 4 dargestellt, wobei die Platten mit zwei und 3, die stromleitenden Überzüge mit 4 und 5 und die Suspension dazwischen mit 6 bezeichnet ist. Eine entsprechende Isolierung 7 ist vorgesehen, um zu verhindern, daß die Suspension aus dem Ventil entweichen kann.

Die Suspension kann eine Flüssigkeit oder ein Gas setn, bessere Ergebnisse wurden jedoch mit einer Flüssigkeit erzielt, da deren spezifisches Gewicht dazu beiträgt, die Partikel in der Suspension über längere Zeiträume zu halten. Es ist für das strömende Medium und die suspendierten Partikel auch zweckmäßig, spezifische Gewichte zu verwenden, die so nahe wie praktisch möglich beieinander liegen. Wenn die spezifischen Gewichte nahe beieinander liegen, ist die Chance, daß die suspendierten Partikel aus der Suspension austreten, geringer. Wenn beispielsweise die suspendierten Partikel und das Strömungsmittel dasgleiche spezifische Gewicht (d.h. die gleiche Dichte) aufweisen, treten keine, auf die Partikel einwirkenden Kräfte auf, die bewirken, daß die Partikel aus der Suspension entfernt werden. Die Partikel können eine beliebige Gestalt aufweisen. Eine bevorzugte Ausführungsform ist ein länglicher Stab mit einem Verhältnis von Länge zum Querschnittsdurchmesser von etwa 25 : 1.

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8.4.1972 W/He - 9 - R/p 7384

Es ist erwünscht, das Verhältnis der aielektrizitätskonstante der Partikel zur Dielektrizitätskonstante des susondierenden Strömungsmittels groß zu machen, damit die elektrischen Kräfte auf die Partikel groß sind. Beispielsweise können die Verhältnisse von 3 oder 4 zu 1 bis 50 bis 100 oder 200 zu 1 variieren. Titandioxyd, das für die.Partikel verwendet wird, weist eine Dielektrizitätskonstante von etwa 170 auf, und zwei .gewöhnlich verwendete suspendierende Strömungsmittel für Titandioxyd, TQlU)I und Isopentylazetat besitzen Dielektrizitätskonstanten ■ von etwa 2 und 5* so daß sich Verhältnisse von etwa 85 ϊ 1 oder 34 : 1 ergeben. Suspendierende Strömungsmittel hoher Viskosität bewirken, daß die Partikel eine längere Zeit suspendiert bleiben. Gleichzeitig scheinen Suspensionen in Strömungsmitteln hoher Viskosität langsamer mit einer elektrischen Anregungsspannung zu reagieren, d.h., daß eine Suspension hoher Viskosität langsamer wirkt, wenn ein elektrisches Feld angelegt wird, als eine Suspension niedriger Viskosität. Dies stellt jedoch für die meisten Anwendungsfälle kein Problem dar, da Lichtventile der erfindungsgemäßen Art innerhalb weniger als zwei Millisekunden ansprechen. Es ist auch erwünscht, daß die Partikel und das Strömungsmittel der Suspension chemisch stabil und inert sind, und daß sie chemisch nicht miteinander oder mit den Wänden, den stromleitenden Belägen oder Abdichtungen der Zelle, in der sie vorhanden sind, reagieren, wenn nicht die Lebensdauer des Lichtvepntiles erheblich herabgesetzt werden soll.

Einige Materialien, die als suspendierte Partikel zweckmäßig sind, enthalten Metalloxyde, Metallsalze, Alkalihalyde und Alkalioxyde. Einige dieser Materialien, die sich als besonders zweckmäßig herausgestellt haben, sind Titanoxyd TiOp, Eisenoxyd Fe₂D-,.HgO und Kobaltsalz CoAl-,0^, Kobaltaluminat.

Die Menge an Partikeln in Suspension kann sich in Abhängigkeit von der Größe der Partikel, der Viskosität des Suspensionsmedium und der Menge an Partikeln, die pro Volumeneinheit des suspendierenden Strömungsmittels gewünscht wird, auf Gewichtsteilbasis

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in weiten Grenzen verändern. Beispielsweise ergibt eine Suspension von 400 bis 800 Gewichtsteilen des suspendierenden Mediums auf einen Teil von suspendierenden Partikeln gute Ergebnisse. Falls erwünscht, können diese Proportionen bis 1000 : 1 oder mehr vergrößert oder bis unter 400 verringert werden, falls dies erwünscht ist. Will man eine sehr schwache Suspension haben, nämlich eine, die in nicht aktiviertem Zustand nur leicht getönt ist, kann die Menge an Partikeln im suspendierenden Medium verringert werden. Wenn umgekehrt eine dünkte Suspension erwünscht ist, kann das Verhältnis von suspendierendem Strömungsmittel zu Partikeln kleiner als 400 : 1 sein. Ein Wert von 200 oder 100 : 1 kann dann erwünscht sein.

Die folgenden Beispiele zeigen verschiedene praktische Ausführungsformen der Erfindung.

Titandioxyd (Titanox RAlO), hergestellt von der Titanium Pigment Corporation, New York (mittlere Partikelgröße etwas kleiner als 1 Mikron) wurde einem Gemisch aus Isopentylazetat und Nitrozellulose beigefügt, wobei letztere beigegeben wurde, um die Tendenz der Partikel zunAgglomerieren oder Ausscheiden auf ein Minimum herabzusetzen. Das Gemisch wurde mit Mörser und Stößel gemäien und dann eine halbe Minute lang stehen gelassen. Dann wurde mehr Isopentylazetat hinzugefügt. Ein Augentropfenspender wurde dann verwendet, um den oberen Teil der Suspension abzunehmen, wobei der sich setzende Teil des Gemisches zurückblieb.. Der Teil im Augentropfenspender hatte eine Zusammensetzung von etwa einem Teil TiO₂ zu 800 Teilen Isopentylazetat zu drei Teilen Nitrozellulose (Gewichtsteile). Diese Suspension wurde dann in eine Zelle eingebracht. Die Zelle bestand aus zwei Glasscheiben, deren jede mit einem dünnen Belag eines stromleitenden Materiales überzogen war und die 33 mm versetzt voneinander angeordnet waren und durch ein Abdichtmittel in gleicher Weise wie in Fig. 3 dargestellt, zusammengehalten wurden Nachdem die Suspension in die Zelle angebracht war, wurde eine Spannung von 1000 Volt mit einer Frequenz von 125 kHz an die Suspension

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angelegt und eine Wolframglühfadenlampe auf einer Seite der Zelle angeordnet. Dann wurden Ablesungen mit einem Spektralfotometer vorgenommen, das auf der in bezug auf die Lichtquelle entgegengesetzten Seite der Zelle angeordnet war. Die Ergebnisse wurden in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt und sind in Fig. 2 aufgetragen:

	3500	3750	4000	• 9	20	4250	4500	4750	5000	525O
Aus	20	20			27	20	20	20	20	. 20
Ein	22,	.8 25	5750		.5 25	•3 22.%	21	19	I7.9
			20
	5500	16.		6ooo	6250	6500	6750	7000
Aus		.8	20	20	20	20	20
Ein		17.2	17-9	17	.6 18.	19»
20
17

Aus diesen Daten und.der graphischen Darstellung ergibt sich, daß die Durchlässigkeit der Zelle in angeregtem Zustand (ein) in einem Bereich (zwischen 4900 und 7000 Angströmeinheiten) geringer ist als in nichtangeregtem Zustand (aus) der Zellej die Durchlässigkeit ist größer in angeregtem als in nicht angeregtem Zustand in einem anderen Bereich (3.500 bis 4.900 Angströmeinheiten).

Beispiel II

Gelbes Eisenoxyd Fe₂O^.HpO, das unter der Bezeichnung 2288 high oil vertrieben und von der Firma Chas. Pfizer & Co., New York hergestellt wird, wurde einem Gemisch von Toluol und Ganex V220 hinzugefügt. Ganex V220, das von der Firma GAF Corp., New York, hergestellt wird, ist ein modifiziertes Polyvinylpyrrolidon,

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das die Tendenz der Partikel von Fe₂O.,.HgO zum Austritt aus der Suspension auf ein Minimum herabsetzt. Das Gemisch wurde wieder mit Mörser und Stößel gemahlen und dann mehr Toluol hinzugefügt. Dann wurde die Suspension etwa eine halbe Minute lang stehen gelassen. Ähnlich wie im vorausgehenden Beispiel wurde mit einem Augentropfenspender der obere Teil der Mischung entfernt. Die Suspension an dieser Stelle bestand aus etwa den gleichen Anteilen wie im vorhergehenden Beispiel. Dann wurde die Suspension in die gleiche Zelle wie in dem vorausgehenden Beispiel eingebracht, die aus zwei stromleitenden, mit Überzug versehenen Glasscheiben bestand, welche 33 mm voneinander getrennt waren. Im Anschluß daran wurde eine Wolframglühfadenlampe auf einer Seite der Zelle angeordnet und der Effekt von der gegenüberliegenden Seite der Zelle durch einen Spektralfotometer beobachtet. Es wurde eine Spannung von 500 Volt bei einer Frequenze von 10 kHz an die Suspension in der ersten der beiden Gruppen von nachstehend angegebenen Resultaten angelegt, und eine Spannung von 1000 Volt bei gleichbleibender Frequenz von 10 kHz bei der zweiten Gruppe von Resultaten. Die Daten sind in optischer Dichte statt in Durchlässigkeit angegeben (wenn eine Substanz optisch dichter wird, läßt sie weniger Strahlung durch).

	50OV	3500	4000	4500	5000	5500	βοοο	6500	7000	7500
Aus	lOOOV	4,	4,	4,	3-5	2,	2.12	1,	1.62	2.0
Ein,	4,	4.	4,	3.55	2,	2.38	2,	1.72	2.15
Ein,	4.	4.	4.	3.6	2,	2.4	2.	1.73	2.15
	,2	,78	.1	.47	.82
	.3	.8	,0	.72	,08
.4	.75	,0	.75	.05

In jedem dieser Fäle wurden die gleichen Ergebnisse erzielt wie bei dem vorausgehenden Beispiel, d.h., daß die Dichte mit dem Anlegen einer Spannung über einen Teil des sichtbaren Spektrums zunahm (die Durchlässigkeit abnahm), während die Dichte beim Anlegen einer Spannung in einem anderen Teil des Spektrums

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abnahm^die Durchlässigkeit zunahm).

Beispiel III

Kobaltaluminat wurde einem Gemisch aus Nitrozellulose und Isopentylazetat in gleicher Weise wie in den Beispielen I und II beigefügt, wobei Kobaltaluminat anstelle von Titandioxyd und Eisendioxyd in diesen Beispielen ersetzt wurde. Das gesamte Verfahren blieb.: das gleiche wie nach den Beispielen I und Ii, wobei die gleichen Anteile und die gleiche Zelle mit den folgenden Resultaten (die Ablesungen in optischer Dichte) verwendet wurden:

	3500	4000	45OO	5000	5500	60OO	6500	7000	7500
Aus	2.69	2.52	2.44	2.28	2.32	2.48	2.32	1.9	2.12
Ein	2.68	2.52	2.45	2.30	2.33	2.49	2.33	I.94	2.15

Dann wurde das Gemisch durch Hinzufügen von etwa 30 Gramm Isopentylazetat verdünnt, eine Spannung von 500 Volt bei einer Frequenz von 10 kHz angeregt und es wurden die folgenden Ergebnisse erzielt (die Ablesungen in Durchlässigkeit):

	3500	4000	45OO	5000	5500	6000	65OO	7D00	7500
Aus	9.5	13.5	I8.5	24.5	26.5	26	27	33	19.5
Ein	10	14	19.5	24.5	26.25	25.75	26.5	32	19.25

Aus diesen beiden Resultaten ergibt sich, daß wie vorher die Durchlässigkeit in einem Teil des Spektrums abnahm (die Dichte zunahm), wenn eine Spannung angelegt wurde, anstatt zunahm, wie dies bei bekannten Zellen der Fall war.

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Bisher wurde vorliegende Erfindung mit einer einzigen Partikelart in Suspension beschrieben. Es können jedoch auch Suspensionen von zwei oder mehr Arten von Partikeln mit unterschiedlichen

den

Resultaten in dem gleichen Suspendieren Strömungsmittel verwendet werden. Sie können auch in Gemischen oder"Lösungen zweier oder mehrerer Strömungsmittel verwendet werden. Dies ergibt Lichtventile, die Kombinationen und Modifikationen der Steuereffekte einer jeden einzelnen Suspension besitzen. Ein Beispiel hierfür ist, TiO₂ mit Fe₂O.,.HpO zur Ausbildung der Suspension zu mischen. Dieses Gemisch wird dann in Isopentylazetat mit einem Schutzkolloid, z.B. der vorerwähnten Nitrozellulose suspendiert. Dabei wird ein Lichtventil erhalten, das eine Kurve von Durchlässigkeit über der Wellenlänge besitzt, bei der die getrennten Effekte von TiOg und Fe₂O^.HpO kombiniert werden und Ergebnisse erzielt werden, die zwischen die Kurven eines jeden der beiden einzelnen Bestandteile fallen.

Ferner können eine oder mehrere Suspensionen der oben erwähnten Substanzen kombiniert, gemischt oder in eine oder mehrere der Suspensionen der herkömmlichen Substanzen, z.B. Herapathite (das in dem eingangs erwähnten älteren Vorschlag der Anmelderin angegeben ist) dispergiert werden, um Lichtventile, die Kombinationen des Effektes des erflndungsgemäßen Lichtventiles ergeben sowie Lichtventile, die herkömmliche Suspensionen verwenden, zu erzielen. Beispielsweise kann Titandioxyd mit Herapathite gemischt werden, oder aber Eisenoxyd kann mit Herapathit kombiniert werden.

Ventile gemäß vorliegender Erfindung können auch in Kombination mit herkömmlichen Filtern, beispielsweise den Wratten-Filtern (hergestellt von der Firma Eastman Kodak Company, Rochester, New York) verwendet werden, damit andere Filtereffekte entstehen.

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Durch Verwendung eines oder mehrerer Filter kann ein Teil des Spektrums geschwächt werden, während der übrige Teil in seiner normalen Weise nach dieser Erfindung wirkt. Beispielsweise kann in Fig. 2 ein Filter vor dem Lichtventil eingesetzt werden, um alle Wellenlängen auszufiltern, die kürzer sind als jene des Kreuzungspunktes (nämlich alle Wellenlängen links, von den Wellenlängen, bei welchen die Kurve die horizontale gerade Linie kreuzt). Wenn dies der Fall ist, passieren die Wellenlängen über 4900 das Ventil. Jedoch sind diese Wellenlängen solche, bei denen die Durchlässigkeit abnimmt, wenn eine Spannung angelegt wird. Das Lichtventil hat dann ein optisches Dichteverhältnis, das kleiner als 1 eiH ist, da es nur in diesem abnehmendem Bereich arbeitet. Das Ventil arbeitet nun *v "moTiakehrter Weise in bezug auf herkömmliche Lieht- -/entile dieser Art. Das Lichtventil wird dunkler, wenn es angeregt wird, als wenn es nicht angeregt wird. Dies ist genau umgekehrt zu dem Effekt der oben erwähnten bekannten fentilej die heller sind, wenn sie angeregt sind als wenn sie nicht angeregt sind.

Ss kann auch ein Fil-ter zur Schwächung des Teiles des Spektrums rechts von der Kreuzungsstelle in Fig. 2 verwendet werden (d.h. Wellenlängen, die größer sind als jene des Kreuzungspunktes). Der verbleibende Teil des Spektrums wirkt dann in einer Weise ähnlich einem herkömmlichen bekannten Lichtventil - die Durchlässigkeit wird mit zunehmender Spannung größer. Dies hat den Vorteil eines hohen optischen Dichteverhältnisses, das wiederum einen vollständigeren Ventilbetrieb ergibt.

Des weiteren kann ein Filter zur Dämpfung nur eines Teiles oder von Teilen entweder der abnehmenden oder zunehmenden Teile Spektrums oder beider verwendet werden, um andere Effekte zu erzielen.

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Des weiteren können zwei oder mehr Lichtventil^ mit unterschiedlichen Suspensionen, deren jede ihre eigenen charakteristischen Durchlässigkeitskurven besitzt, beispielsweise die in Fig. 2 gezeigten, in Reihe mit dem Licht kombiniert werden, das nacheinander durch jedes dieser Lichtventile tritt. Dies ergibt eine weitere Variante der Farbänderung und Farbeffekte. Auch können ein oder mehrere dieser Ventile mit einem oder mehreren der herkömmlich reagierenden Ventile, z.B. solchen, wie sie im älteren Vorschlag der Anmelderin beschrieben sind, verwendet werden, um weitere Varianten der Farbsteuerung und Farbeffekte zu erzielen.

Die Spannung, die zur Anregung der Lichtventile angelegt wird, kann entweder eine Gleichspannung oder etie Wechselspannung oder aber eine pulsierende Spannung sein. Eine Wechselspannung ist für die meisten Anwendungsfälle deshalb besonders zweckmäßig, weil diese Spannungsart weniger unerwünschte Nebeneffekte ergibt, wie z.B. Gerinnen, Agglomerieren, Ausfällen oder elektromechanischer Zerfall der Partikel oder Abwandern der Partikel zu den Elektroden oder Plattieren der Elektroden durch die Partik^el. Alle diese Erscheinungen beeinflussen die einwandfreie Arbeitsweise der Ventile in erheblichem Maße.

Magnetische Felder können entweder allein oder in Verbindung mit elektrischen Feldern zur Anregung des Lichtventiles nach vorliegender Erfindung verwendet werden.

Wenn die Durchlässigkeit eines Lichtventiles gemäß vorliegender Erfindung über das volle Spektrum integriert wird, wird die erhöhte Durchlässigkeit in einem Teil des Spektrums teilweise oder vollständig durch die verminderte Durchlässigkeit in einem anderen Teil des Spektrums kompensiert. Durch geeignete Wahl der Frequenz und der Spannung des elektrischen Feldes, das an die Suspension angelegt wird, und/oder durch Verwendung von Filtern zum Schwächen von Teilendes Spektrums kann die vorerwähnte

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Kompensation so durchgeführt werden_s daß die integrierte Strahlungsenergie, die durch die Ventile über das gesamte Spektrum durchgelassen wird, praktisch konstant bleibt, wenn das Ventil betrieben wird. Beispielsweise kann im sichtbaren Teil des Spektrums die gesamte durchgelassene Lientenergie konstant·; gehalten werden, während die effektive Farbe und der Farbabgleich variiert werden. In einem solchen Fall kanndas optische Dichteverhältnis des Ventiles für weißes Licht den Wert 1 oder nahe 1 annehmen, während die Dichteverhältnisse für bestimmte., Wellenlängen und bestimmte Teile des Spektrums größer oder kleiner als 1 sein können.

Das Lichtventil gemäß vorliegender Erfindung kann zur Steuerung oder Modifizierung der Farbe, des Farbabgleiches, der Farbtöne, der Farbwerte und der Buntheit der Farben bei der Belichtung, Verarbeitung und dem Druck von farbfotografischen Materialien verwendet werden. Wenn beispielsweise ein Farbabzug zu rötlich ist, d.h. wenn Rot auf Kosten von Blau dominiert, kann die Fotegrafie über das Lichtventil gemäß vorliegender Erfindung gedruckt werden, wobei das Ventil so eingestellt wird, daß ein höherer Blauanteil des sichtbaren Spektrums und ein geringerer Rotanteil des sichtbaren Spektrums durchgelassen werden. Die durchgelassenen Blau- und Rotanteile können durch das Ventil in der Weise gesteuert werden, daß der Farbabgleich des Abzuges in gewünschter Weise modifiziert wird.

Das Lichtventil gemäß vorliegender Erfindung kann auch zur Modifizierung und Steuerung von Farbe und Farbabgleich bei der Vervielfältigung oder beim Drucken bei Filmen mit bewegten Bildern aus dem Stamm- oder Negativfilm, auf dem das Bild ursprünglich hergestellt war, verwendet werden. Biel diesem Vervielfältigungsoder Druckvorgang ist es üblicherweise notwendig oder erwünscht, den Farbabgleich in unterschiedlicher Weise von Szene zu Szene zu modifizieren, um eine möglichst naturgetreue Farbwiedergabe oder spezielle künstlerische Effekte zu erzielen. Das Lichtventil geniß vorliegender ErfinduBg ist insbesondere hierfür

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geeignet, weil es rasch arbeitet, so daß eine gewünschte änderung im Farbabgleich innerhalb des Zeitraumes zwischen den einzelnen Bildwechseln der bewegten Bilder vorgenommen werden kann. Die Arbeitsweise und der Aufbau des Ventiles, das vollständig elektrisch ist und keine mechanisch bewegten 'Teile besitzt, ist im Vergleich zu den komplizierten Anordnungen von d^hbaren und einstellbaren Spiegeln, Farbfiltern und Linsen, die üblicherweise notwendig sind, sehr einfach; ferner ist es leichter, das Lichtventil nach vorliegender Erfindung zu steuern oder zu programmieren, als das übliche System von Spiegeln, Linsen und Filt'ern. Letzteres trifft zu, weil das Lichtventil gemäß vorliegender Erfindung durcheine direkte elektrische Eingabe in das Ventil ohne elektromechanische oder mechanische, bewegliche Teile gesteuert und betrieben wird.

Lichtventile gemäß vorliegender Erfindung können des weiteren zur Erzeugung beleuchteter Anzeigen verwendet werden, die ihre Farbe ändern. Beispielsweise kann bei einem angezeigten Wort die Farbe eines jeden Buchstabens unabhängig von den anderen geändert werden und auch jeder Buchstabe in beliebiger Rangfolge aufleuchtenund wieder verlöschen. In ähnlicher Weise kann ein Muster, ein Diagramm, ein Bild oder eine Bilddarstellung die zur Anzeige gebrachten Komponenten, Teile oder individuellen Symbole beliebig in der Farbe, i™ Farbton und in der Farbintensität geändert werden. Diese Effekte sind besonders zweckmäßig für Werbung, Unterhaltung, artistische Anzeige, psychologische Tests und als HHfe für Lehrmethoden und die Erziehung. ^

Mit dem erfindungsgemäßen Lichtventil wird somit ein außerordentlich leistungsfähiges Lichtventil vorgeschlagen, das wahlweise die Durchlässigkeit von Strahlung in unterschiedlichen Teilen des Spektrums steuert.

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Claims

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Patentansprüche:

Einrichtung zur Steuerung der Durchlässigkeit von Strahlung im elektromagnetischen Spektrum, gekennzeichnet durch eine Strömungsmittelsuspension, eine Vorrichtung zur Aufnahme der Suspension und eine Anregungsvorrichtung, auf die die Suspension anspricht, um den Wert der Durchlässigkeit der Strahlung in einem Teil des elektromagnetischen Spektrums unter den Wert der Durchlässigkeit ohne Anregungsvorrichtung zu verkleinern.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregungsvorrichtung ein elektrisches oder magnetisches Feld ist.

J5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn die Substanz durch die Anregungsvorrichtung angeregt ist, die Durchlässigkeit von Strahlung in einem Teil des Spektrums, der unterschiedlich von dem Teil ist, in welchem die Durchlässigkeit verringert wird, zunimmt.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Zunahme und Abnahme gleichzeitig auftreten.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Zunahmeund Abnahme im sichtbaren Teil des elektromagnetischen Spektrums auftreten.

6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension ein suspendierendes Medium enthält, in welchem ein Material suspendiert ist, dessen Orientierung durch Anlegen eines elektrischen oder magnetischen Feldes geändert werden kann.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,, daß das suspendierte Material Titandioxyd ist.

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8. Einrichtung nach Anspruch C_. dadurch gekennzeichnet, daß das suspendierte Material Kobaitaluminat ist.

9» Einrichtung nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, daß das suspendierte Material Eisenoxyd ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das suspendierte Material Toluol ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das suspendierte Material Isopentylazetat ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß der Teil des sichtbaren Spektrums, in welchem die Durchlässigkeit verringert wird, der Bereich von Wellenlängen zwischen 4900 und 7OOO Angströmeinheiten ist.

13. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil des sichtbaren Spektrums, in welchem die Durchlässigkeit erhöht wird, der Bereich von Wellenlängen zwischen 4000 und 49OO Angströmeinheiten ist.

14. Lichtsteuereinrichtung zur Steuerung der Durchlässigkeit von Strahlung in dem elektromagnetischen Spektrum, gekennzeichnet durch eine Zelle, eine Vorrichtung zum Anlegen eines Feldes an die Zelle, und eine Suspension in der Zelle, die, wenn sie durch das Feld angeregt wird, die Durc-hlässigkeit der Strahlung durch die Zelle in einem Teil des elektromagnetischen Spektrums verringert.

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Zelle zwei parallele Wandelemente aufweist.

16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension in angeregtem Zustand die Durchlässigkeit von Strahlung durch die Zelle in einem anderen Teil des elektromagnetischen Spektrums vergrößert.

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8.4.1972 W/He - 21 - R/p 7384

17. Einrichtung zur Steuerung der Durchlässigkeit von Strahlung im sichtbaren Teil des elektromagnetischen Spektrums _s gekennzeichnet durch eine Strö^mungsmittelsuspensionj eine Vorrichtung zur Aufnahme der Suspension, und eine Anregungsvorrichtung, auf die die Suspension anspricht, um die Größe der Durchlässigkeit der Strahlung im Teil des sichtbaren elektsmagnetischen Spektrums zu verändern und eine Änderung der Größe der Durchlässigkeit in einem anderen Teil des sichtbaren elektromagnetischen Spektrums weitgehend unwirksam zu mähen.

18. Verfahren zur Steuerung der Durchlässigkeit von Strahlung im elektromagnetischen Spektrum, dadurch gekennzeichnet, daß eine Strömungsmittelsuspension in einer Zelle angeordnet ist, die beim Anlegen eines Feldes in der Weise reagiert, daß die Durchlässigkeit der Strahlung durch die Zelle verringert wird, und daß an die Suspension ein Feld angelegt wird, das bewirkt, daß die Durchlässigkeit der Strahlung durch die Zelle verringert wird.

19· Verfahren nach Anspruch l8, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension in angeregtem Zustand die Durchlässigkeit der Strahlung in einem anderen Teil des elektromagnetischen Spektrums vergrößert.

20. Verfahren nach Anspruch 19* dadurch gekennzeichnet, daß in dem Teil des sichtbaren Spektrums die Durchlässigkeit der Strahlung weder vergrößert noch verkleinert wird, wenn ein Feld angelegt wird.

21. Einrichtung zur Steuerung der Durchlässigkeit von Strahlung im elektromagnetischen Spektrum, gekennzeichnet durch eine Strömungsmittelsubstanz, eine Vorrichtung zur Aufnahme dieser Substanz und eine Anregungsvorrichtung, auf die die Substanz anspricht, um die Größe der Durchlässigkeit der Strahlung in nur einem Teil dessichtbaren elektromagnetischen Spektrums unter

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8.4.1972 W/He - 22 - R/p 7384

die Größe der Durchlässigkeit ohne Anregungsvorrichtung zu* Verringern.

22. Einrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Substanz auch auf die Anregungsvorrichtung anspricht und die Größe der Durchlässigkeit in einem anderen Teil des sichtbaren elektromagnetischen Spektrums vergrößert.

23. Einrichtung zur Steuerung der Durchlässigkeit von Strahlung im elektromagnetischen Spektrum, gekennzeichnet durch eine Strömungsmittelsubstanz, eine Vorrichtung zur Aufnahme dieser Substanz und eine Anregungsvorrichtung, auf die diese Substanz anspricht, um die Größe der Durchlässigkeit von Strahlung nur in einem Teil des sichtbaren elektromagnetischen Spektrums unter die Größe der Durchlässigkeit ohne die Anregungsvorrichtung zu vergrößern.

24. Einrichtung nach$Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, die wenigstens einen Teil der Vergrößerung der Durchlässigkeit schwächt.

25. Einrichtung nach Anspruch 22, dadurch^kennzeichnet, daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, die wenigstens einen Teil der Verringerung der Durchlässigkeit schwächt.

26. Einrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet,.daß die Vorrichtung ein Filter ist.

27. Einrichtung nach Anspruch 25> dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein Filter ist.

28. Material zur Steuerung der Durchlässigkeit von Strahlung im elektromagnetischen Spektrum, gekennzeichnet durch eine Strömungsmittelsuspension, die ein suspendierendes Medium und eine Vielzahl von Partikeln, welche darin suspendiert sind, aufweist, wobei die Suspension auf eine Anregungsvorrichtung

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anspricht, um die Größe der Durchlässigkeit' der Strahlung in einem Teil des elektromagnetischen Spektrums unter die Größe der Durchlässigkeit ohne die Anregungsvorrichtung zu verringern.

29. Material nach Anspruch 28 _s dadurch gekennzeichnet ₃ daß die

di
Partikel Titanoxyd sind.

JO. Material nach Anspruch 28., dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel Kobaltaluminat sind.

31. Materiä. nach Anspruch 28₅ dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel Eisenoxyd sind.

32. Matetial nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß das auspendierende Medium Toluol ist.

33· Matelal nach Anspruch 28 ₅ dadurch gekennzeichnet, daß das suspendierende Material Isopentylazetat ist.

34. Material nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß dann., wenn das Material durch die Anregungsvorrichtung angeregt ist, die Durchlässigkeit von Strahlung in einem Teil des Spektrums zunimmt, der verschieden von dem Teil ist, in welchem eine Abnahme erfolgt.

35· Material nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß Zunahme und Abnahme gleichzeitig auftreten.

36. Material nach Anspruch 35> dadurch gekennzeichnet, daß Zu-.nähme und Abnahme im sichtbaren Teil des elektromagnetischen Spektrums auftreten.

37· Material nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregungsvorrichtung ein elektrisches oder magnetisches Feld ist.

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If.

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