DE352581C - Verfahren zum Bewegen von Lichtstrahlen, insbesondere fuer die Zwecke der elektrischen Bilduebertragung - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AW 29. APRIL 1922

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 a^GRUPPE 50 Ja

Dr. Franz Skaupy in Berlin.

Verfahren zum Bewegen von Lichtstrahlen, insbesondere für die Zwecke der elektrischen

Bildübertragung.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 14. November 1919 ab,

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Bewegung, d. h. zur Ablenkung aus ihrer Richtung, von Lichtstrahlen durch elektrische oder magnetische Kräfte ohne Zuhilfenahme mechanisch bewegter Teile, insbesondere für die Zwecke der Fernübertragung von Bildern, deg elektrischen Fernsehens, der Fernphotographie, Fernkinenratographie u. dgl. und beruht darauf, daß ein Lichtstrahl der aus irgendeinem Medium, z.B. aus der Luft, in ein zweites Medium eindringt, seine durch den Brechungsexponenten bestimmte Richtung im zweiten Medium ändert, wenn man den Brechungs-

exponenten dieses zweiten Mediums ändert.

Diese Änderung des Breohiungsexponenten im zweitem Mediuni soll erfindlulngsgeinafi dadurch geschehen, daß elektrische oder magnetische Kräfte auf das Medium wirken, also inishesanidere unter Verwendung des Phänomens der sogenannten elektrischen oder magnetischen Doppelbrechung·. Das Verfahren eignet sidi ebenso zur Aufnahme der Bilder und Umwandlluög· derselben in elektrische Ströme oder '- elektrische Wellen., welche die Übertragung der Bilder in die Ferne bewirken, als auch für die Rückum-Wandlung elektrischer Ströme oder Wellen in Bilder oder Zeichen am Empfangsorte.

An dem schematischen Beispiel der Fernübertragung einer Photographic soll die Erfindung näher erläutert werden (Abb. 1). Auf das in Form eines Diapositivs D vorhandene, zu übertragende Bild fallen parallele Lichtstrahlen, die nach Durchgang durch dasselbe an verschiedenen Stellen des Querschnittes in ihrer Intensität mehr oder weniger geschwächt sind. Dieselben passieren nun ein Gefäß, das eine starker elektrischer Doppelbrechung fähige Flüssigkeit, wie Schwefelkohlenstoff oder Nitrobenzol, enthält, und fallen dann auf die lichtelektrische Zelle Z₁ in welche sie nur durch eine kleine öffnung eindringen können. Der Punkte des Diapositivs liefert, wenn die Flüssigkeit nicht elektrisch erregt ist, einen der Dichte der Schicht an dieser Stelle entsprechenden Lichteindruck in die lichtelektrische Zelle und erzeugt so eine entsprechende Stromwirkung. Wenn man nun den Platten A₁ B eine elektrische Ladung erteilt, wird der Lichtstrahl in der Flüssigkeit aus seiner Lage abgelenkt; daher gelangt ein anderer Punkt, z. B. S², zur Wirkung auf die lichtelektrische Zelle. Das zwischen A und B sich ausbildende elektrische Feld¹ würde nur gestatten, senkrecht übereinander stehende Punkte des Diapositivs zur Wirkung auf die lichtelektrische Zelle zu bringen. Um sämtliche Punkte der Fläche des Diapositivs zur Wirkung· bringen zu können, muß daher außer dem durch die beiden gezeichneten Platten A und B erzeugten Feld noch ein zweites, zweckmäßig dazu senkrechtes elektrisches Feld davon unabhängig erzeugt werden können, etwa durch parallel zur Zeichenebene liegend gedachte Platten (der Übersieht halber nicht gezeichnet), welche ihrerseits mit einer Stromquelle in Verbindung stehen. Durch gesetzinräßige Veränderung der beiden elektrischen Felder kann man, und zwar in sehr rascher Folge, nacheinander alle Punkte des Diapositivs auf die Zelle Z wirken lassen, und zwar ohne Ver- _ wendung mechanischer Mittel, wie bewegter Öffnungen oder schwingender Spiegel, und überdies vollkommen trägheitslos. Die der j lichtelektrischen Zelle erteilten Impulse ger längen durch die Fernleitung zum Empfangsapparat, der hier beispielsweise wie folgt ausgebildet ist. Die Lichtquelle L sendet einen dünnen Strahl, der durch ein Nikol polarisiert wird, durch eine Aufhelliungs-Vorrichtung P und_ über die Ablenkungsvorrichtung A₁, B₁ auf " den Schirm Sch, auf welchem das übertragene Bild erscheinen soll. Die Aufhellungsvorrichtung besteht, in an sich bekannter Weise, aus einer Schicht einer unter dem Einfluß eines Magnetfeldes die Polarisationsebene drehenden Substanz und einem davor und dahinter liegenden Nikol, und ihr Magnetfeld wird durch die ankommenden lichtelektrischen Ströme erzeugt. Dementsprechend wird der Lichtstrahl mehr oder weniger aufgehellt, je nachdem der entsprechende lichtelektrische Impuls vom dunklen oder hellen Punkt des Diapositivs D herrührt. Die Ablenkungsvorrich- tang A₁, B₁, welche weiter wie die schon beschriebene A₁ B der Sendestation den eigentlichen Kern der Erfindung bildet, hat hier den Zweck, dien Lichtstrahl - an die entsprechende Stelle des Schirmes zu lenken, so daß siich aus den rasch aufeinanderfolgenden Lichtpunkten das Bild zusammensetzt. Der Synchronismus der Ablenkungen am Sende- und Empfangsorte wird dadurch erreicht, daß beide Ablenkungsvorrichtungen durch dieselbe, in der Zeichnung am Sendeort gezeichnete Stromquelle W gespeist werden. Zur Übertragung des Bildes sind also theoretisch drei Doppelleitungen nötig, die erste für die lichtelektrischen Impulse, die zweite und dritte für die Übertragung der beiden zueinander senkrechten elektrischen Felder der Ablenkungsvorrichtungen. Von den beiden letztgenannten Doppelleitungen ist in der Abbildung nur eine, "nämlich die der Platten A, B bzw. A₁, B₁, gezeichnet.

Es ist klar, daß der Gegenstand der Erfindung, d. i. die Verwendung des unter dem Einfluß der Doppelbrechung den Lichtstrahl ablenkenden Apparates, auch in Verbindung mit anderen gleichartigen verwandt werden kann, in der Weise, daß er z.B..nur bei der Sendestation verwandt wird, bei der Empfangsstation dagegen z. B. eine Braunsche Röhre in an sich bekannter Weise, oder umgekehrt.

An Stelle 'lichtelektrischer Zellen können natürlich auch Selenzellen oder Phofoelemente oder andere lichtempfindliche Stromquellen herangezogen werden.

Um den durch die lange Leitung oder den zu überbrückenden Raum odfar andere Wir-

klingen etwa gestörten Synchronismus zwischen den die Helligkeit der Bildpunkte bestimmenden elektrischen Impulsen und dem die Bewegung des Lichtstrahls .bewirkenden Strom wieder herzustellen, kann man Mittel vorsehen, welche in an sich bekannter Weise einen Synchronismus wiederherstellen, wie Selbstinduktionen und Kondensatoren o. dgl. Dieselben werden vorzugsweise regelbar

ίο (z. B. Drehkondensatoren) ausgebildet und am Bmpfangsorte des zu übertragenden Bildes mit der übrigen Apparatur vereinigt. Bei dem zu übertragenden elektrischen Strom erweist sich meistens eine Verstärkung notwendig. Zu diesem Zwecke können die bekannten¹ Verstärkungsvorrichtiungen, insbesondere Kathodenröhrenverstärker, verwendet werden, welche entweder am Sendeorte oder besser am Empfangsorte, unter Umso ständen auch an Zwiechenstationen der Leitung, eingeschaltet werden.

Um die Anwendung mehrerer Doppelleitungen zu vermeiden, können die Erfahrungen der Mehrfachtelegraphie auf einer

25. Leitung, mit auf verschiedene Wellen ,abgestimmten Schwingungskreisen Verwendung finden. Bed drahtloser Übertragung werden die drei zu übertragenden elektrischen Impulse, also der lichtelektrische Strom und die beiden die Ablenkung des Lichtstrahles bewirkenden Impulse, durch drei' Wellen verschiedener Wellenlänge übertragen. Zu diesem Zwecke ist es sowohl bei Anwendung der Mehrfachtelegraphie auf einer Leitung als auch bei drahtloser Übertragung notig, daß die zu übertragenden, an sich niederfrequenten Impulse in der Sendlestation in hochfrequente aufgelöst werden, die ihre Intensität im Rhythmus der zu übertragenden niederfrequenten ändern und am Bmpfangsorte wieder durch Detektorwirkiung in niederfrequente umgewandelt werden. Der Vorgang ist insbesondere aus der drahtlosen Telephonie dem Fachtnanne wohl bekannt.

Zur Durchführung dieser Maßregel erweisen sich wieder die Kaithodenröhren als das geeignetste Mittel.

Besondere Sorgfalt erfordert die Erzeugung der elektrischen Spannungen bzw. Ströme, welche die Ablenkung des Lichtstrahles in dem elektrisch oder magnetisch doppelbrechenden Medium· bewirken. Das Nächstliegende wäre, die beiden senkrecht zueinander stehenden Felder sinusförmig in ihrer Intensität wechseln zu lassen, wobei die Frequenz des einen, eine vielfache des anderen ist. Dann beschreibt der Lichtpunkt auf einer den Lichtstrahl senkrecht schneidenden Ebene eine mäanderartig hin und her gehlende Linie (Abb. 2), die nach Ablauf der langsameren der beiden Perioden wieder an ihren Ausgangspunkt zurückkehrt, worauf sich das Spiel" von neuem wiederholt. Theoretisch genügt ein einziger Ablauf einer solchen Periode, doch wird im allgemeinen erst bei vielfacher Wiederholung desselben der Lichteindruck aim Empfangsort ein genügend starker sein. Die sinusförmige Kurve des Stromverlaufs bedingt aber, daß der Lichtpunkt an den Stellen, welche dem Scheitel der Sinuslinie entsprechen, 'länger verweilt als aii den Stellen, welche dem Durchgang der Sinuislime durch die Abszissenachse entsprechen, wodurch die Lichtintensität der übertragenen Bildpunkte von der des zu übertragenden Bildes abweichen würde. Man wird daher geradlinig an- und absteigende Stromkurven vorziehen. Abb. 3 stellt die Wellenform für die beiden zueinander senkrechten Erregungen verschiedener Frequenzen schematisch dar. Eine solche Stromform läßt sich z. B. erreichen, wenn man den Anodenstrom einer als Schwingungserzeuger arbeitenden Kathodenröhre zu Hilfe nimttnt, dessen Kurve - sich bekanntlich sowohl bei Anwendung der Rückkopplung als auch bei Fremderregung durch entsprechende Schaltung weitgehend dieser Form annähern läßt. Auch durch überlagerung mehrerer Wellen verschiedener Frequenz, die ebenfalls einer oder mehreren Kathodenröhren entstammen können, läßt sich eine solche Kurvenform erzeugen. Die Schwingungszahl der Spannungen α und b. der Abb. 3 ist natürlich eine verhältnismäßig geringe, z. B. 50 Perioden bei a, 500 bis 5 000 Perioden bei b. Mit der so erzielten Geschwindigkeit des Lichtstrahles lassen sich nicht nur ruhende Bilder, sondern auch bewegte übertragen, wodurch die Einrichtung für Fernkinematographie und für das elektrische Fernsehen verwendbar wird.

An Stelle des Diapositivs tritt für den Zweck des Fernsehens ein optischer Apparat, der in geeigneter Weise ein Bild der wechselnden Vorgänge in den Ablenkungsapparat wirft, wobei auf die Parallelität der Lichtstrahlen die auf den Ablenkungsapparat fallen, z,u achten ist. Letzterer kann auch selbst durch Anwendung gekrümmter Begrenzungsflächen der BiMerzetigung dienstbar no gemacht werden. Insbesondere braucht diie in der Richtung des Lichtstrahles betrachtete hintere Abgrenzungsfläche des doppelbrechenden Mediums nicht parallel der vorderen zu sein, wodurch sich eine verstärkte Ablen- n₅ kung des Strahles erzielen läßt. Zu gleichem Zwecke können hinter dem Ablenkungsapparat reflektierende Spiegel oder brechende · Medien angeordnet sein, welche die im doppelbrechenden Medium erzielte Ablenkung vergrößern.

Die Erfindung kann auch dazu benutzt

werden, um Wechselströme bzw. elektrische Schwingungen zu erzeugen. Zu diesem Zwecke wird von der Lichtquelle ein Lichtbündel von z. B. rechteckigem Querschnitt erzeugt,_vwelches ein elektrisch doppelbrechendes Medium, das man durch ein elektrisches Feld von der Frequenz des zu erzeugenden Wechselstromes erregt, passiert und dadurch periodisch aus seiner Lage abgelenkt wird. to Das Lichtbündel fällt nach der Ablenkung auf eine lichtelektrische Zelle, welcher eine entsprechend geformte Blende vorgelagert ist, so daß je nach der Ablenkung ein größerer oder kleinerer Teil des Licht-Strahlenquerschnitts in die Zelle gelangt und dort zur Erzeugung eines elektrischen Stromes nutzbar gemacht wird. Ein Teil der so erzeugten elektrischen Wechselströme bzw. elektrischen Schwingungen kann >unter Verwendung des sogenannten Rückkoppiungsprinzips dazu benutzt werden, eine besondere Wechselstromquelle für die Elektroden der Ablenkungsvorrichtung zu ersetzen. Die Frequenz wird dann durch die Eigenfrequenz eines im lichtelektrischen Stromkreise eingeschalteten Schwingungskreises bestimmt. Abb. 4 zeigt schematisch eine solche Schaltung. L ist die Lichtquelle, M das elektrisch doppelbrechende Medium mit den beiden Elektroden A und B₁ Q eine Stromquelle, Z die lichtelektrische Zelle, K ein Drehkondensator, W und PJZ₁ ein Wicklungspaar. K und W bestimmen die Eigenfrequenz im Stromkreis der lichtelektrischen Zelle. W und W₁ erzeugen den Wechselstrom zur Ablenkung der Lichtstrahlen.

Claims (17)

Patent-Ansprüche:

1. Verfahren zum Bewegen von Lichtstrahlen, insbesondere für die Zwecke der elektrischen Bildübertragung, dadurch gekennzeichnet, daß der zu bewegende Lichtstrahl durch ein Medium geleitet wird, dessen Brechungsexponent durch Erregung¹ magnetischer oder elektrischer Felder geändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Medium magnetisch oder elektrisch doppelbrechende Körper, insbesondere Flüssigkeiten, z. B. Schwefelkohlenstoff oder Nitrobenzol, verwendet werden.

3. Verfahren zur Fernübertragung von Bildern nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von den einzelnen Bildpunkten ausgehenden Lichtstrahlen, j bevor sie zur Wirkung auf das lichtempfindliche Element, eine lichtelektrische Zelle, eine Selenzelle o. dgl. gebracht werden, der ablenkenden Wirkung des Mediums ausgesetzt werden, indem man auf das letztere gesetzmäßig in bestimmter Weise wechselnde elektrische oder magnetische Felder wirken läßt.

4. Verfahren zur Wiedergabe der nach Anspruch 3 oder auf andere Weise am Sendeorte in elektrische Erregungen umgesetzten Bilder am Empfangsorte, dadurch gekennzeichnet, daß ein von einer Lichtquelle ausgehender Strahl, der durch die übertragenen elektrischen Ströme in einer den elektrischen Erregungen entsprechenden Weise in an sich bekannter Weise verstärkt oder geschwächt wird, hierauf ein Medium nach Anspruch ι und 2 passiert, welches ihn jeweils durch dieselben Erregungen, welche am Sendeorte die Ablenkungen bewirken, in die zur Erzeugung eines Bildes gegeeignete Richtung ablenkt, so daß auf einem Auffangeschirm, oder bei Verwendung einer geeigneten optischen Vorrichtung direkt im Auge des Empfängers das zu übertragende Bild erscheint.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf das den. Lichtstrahl ablenkende Medium zwei voneinander unabhängige, vorzugsweise periodische, elektrische oder magnetische Erregungen derart wirken, daß sie auf •der Sendeseite die vollständige Erfassung aller Bildpunkte zwecks Übertragung, auf der E'mpfangsseke die Erzeugung aller Bildpuükte aluf der dazu bestimmten Fläche gewährleisten.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge der einen Erregung um ein vielfaches größer ist als die der anderen, so daß der Kreuzungspunkt des Lichtstrahles mit einer zu ihm senkrechten Ebene auf dieser eine hin und her gehende, praktisch alle Punkte dieser Fläche innerhalb einer abgegrenzten Figur, ζ. B. eines Rechtecks, umfassende Linie beschreibt.

7. Verfahren nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkurve der periodischen Erregung aus abwechselnd an- und absteigenden geradlinigen Stücken besteht.

8. Verfahren zur Ausbildung einer Erregung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch die Anwendung einer Kathodenröhre mit drei Elektroden, insbesondere einer Hochvakuumröhre, deren Anoden- ng ströme in einer zur Erzielung des gewünschten Stromverlaufs geeigneten, Weise gesteuert werden.

9. Verfahren zur Ausbildung einer Erregung, nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Übereinanderlagern von Wechselströmen verschiedener

Perioden, welche zweckmäßig in einem j oder mehreren Kathodenröhrensendern erzeugt werden, entstehenden Ströme zur Erregung des Mediums benutzt werden. ι o. Verfahren zur Bildübertragung nach Anspruch 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der durch das Licht erregte elektrische Strom sowie die beiden die Ablenkung des Lichtstrahles bewirkenden elektrischen Erregungen durch drei Doppelleitungen oder drei einfache Leitungen mit Erdrückleitung von der Gebe- zur Empfangsstation übertragen werden.

11. Verfahren zur Bildübertragung nach Anspruch 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die drei vom Gebeort zum Empfiangisorte zu übertragenden! elektrischen Erregungen vor der Übertragung in hochfrequente Impulse dreier verschiedener Wellenlängen aufgelöst, dann entweder drahtlos, oder nach dem System· der MehrfacEtelegraphie auf einer einzigen Leitung übertragen und am Empfangsorte wieder durch Detektorwirkung in niederfrequente Impulse umgesetzt und auf die biilderzeugenden Apparate zur Wirkung gebracht werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auflösung der niederfrequenten Impulse in hochfrequente und umgekehrt, Kathodenröhren vorzugsweise unter Anwendung der in der drahtlosen Telephonic bekannten Schaltungen benutzt werden.

13. Verfahren zur Bildübertragung nach Anspruch 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zu übertragenden elektrischen Impulse entweder vor der Übertragung auf der Siendeseite oder nach der Übertragung am Empfangsorte vor ihrer Umwandlung in Bilder in an sich bekannter Weise verstärkt werden, vorzugsweise durch Kathodenröhren.

14. Verfahren zur Bildübertragung nach Anspruch 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein. gelegentlich der Übertragung auftretender Asynchronismus der drei zu übertragenden Erregungen durch an sich für diesen Zweck der Phasenverschiebung bekannte Apparate, wie Kond'ensatoren, Drosselspulen u. dgl., welche zweckmäßig mit der Empfangsstation vereinigt und regelbar ausgebildet sind, ausgeglichen wird.

15. Verfahren nach! Anspruch 1 bis 14, _ dadurch gekennzeichnet, daß die von den Lichtstrahlen durchquerten Grenzflächen des elektrisch doppelbrechenden Mediums zwecks Erhöhung der ablenkenden Wirkung oder zwecks Mitwirkung bei der Er- So zouigung des Bildes oder bei der Zerlegung desselben in die die elektrischen Erregtungen auslosenden Lichtpunkte gegeti-'einander geneigt oder sphärenartig gekrümmt sind.

16. Verfahren zur Erzeugung von Wechselströmen bzw. elektrischer Schwingungen unter Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein ein elektrisch doppelbrechendes Medium durchsetzender Lichtstrahl von geeignetem Querschnitt durch eine an dem Medium wirkende elektrische Wechselspannung derart periodisch abgelenkt wird, daß periodisch wechselnde Teile des Strahlenquerschnittes und somit der Lichtmenge in die lichtempfindliche Zelle gelangen und in deren Stromkreis Ströme gleicher Periode auslösen.

17. \^rerfahren nach Anspruch 16, dadurch· gekennzeichnet, daß die in der lichtempfindlichen Zelle erzeugten Wechselströme unter Benutzung des Prinzips der Rückkopplung, bei Vorhandensein eines die Frequenz bestimmenden Schwingungskreises, zur Erzeugung der den Lichtstrahl ablenkenden elektrischen Spannungen benutzt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.