DE473772C - Anordnung zur Lichtsteuerung, insbesondere fuer die Zwecke der Bildtelegraphie - Google Patents

Description

• Anordnung zur Lichtsteuerung, insbesondere für die Zwecke der Bildtelegraphie Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Lichtsteuerung, die insbesondere für die Zwecke der drahtlosen Bildübertragung, des Fernsehens, der Schnelltelegraphie oder der Registrierung elektrischer Schwingungen o. dgl. in Betracht kommt. Die Lichtsteueranordnung gemäß der Erfindung beruht auf dem physikalischen Effekt einer diffusen Lichtzerstreuung, die dann auftritt, wenn Licht durch ein durchsichtiges Medium, in welchem sich ein Körper von nahezu gleichem Brechungsindex befindet, gelangt und durch irgendwelche-äußere Einflüsse der Brechungsindex des Mediums oder des durchsichtigen Körpers oder beider in dem Gebiet geändert wird, wo die Brechungsindices einander fast gleich sind. In - diesem Gebiet tritt nämlich eine fast sprunghafte Änderung der Intensität des durchgelassenen oder des an der Grenzfläche des im Medium befindlichen Körpers zerstreuten diffusen Lichtes auf. Die Ausnutzung dieses Effektes zum Zwecke der Lichtsteuerung für die Praxis ist Gegenstand der Erfindung. Zur näheren Erläuterung wird nachstehend der physikalische Vorgang genauer beschrieben. Es sei deswegen auf die Veröffentlichung in den »Annalen der Physik« IV. Folge, Band 78, 1925, Seite 157 Bezug genommen. In dieser Veröffentlichung wird die diffuse Strahlung dielektrischer Kugeln im Grenzfalle, daß Kugelmaterial und umgebendes Medium fast gleiche Brechungsindices haben, untersucht. Wird nämlich ein nicht ebener durchsichtiger Körper parallelem Licht ausgesetzt, so ist die Verteilung des von ihm zerstreuten Lichtes, solange der Brechungsindex seines Materials von dem seiner Umgebung verschieden ist, von der Form des Körpers abhängig und allseitig, so etwa wie in Abb. z, dargestellt.
• Die Verteilung ist abhängig von dem Verhältnis von Wellenlänge und Körperdimension und von den Größen der Brechungsindices des Körpermaterials und des umgebenden Mediums. Sind beide Indices gleich, so sieht die Verteilung des Lichtes, wie Abb. 2 andeutet, aus; auf einem Schirm, der hinter dem Körper senkrecht zum Lichtstrahl steht, ist die Intensität gleichmäßig verteilt, da der Körper optisch gar nicht mehr vorhanden ist. Im Falle der Abb. z würde die Verteilung auf- einem solchen Schirm etwa aussehen wie Abb. 3, d. h. da der Körper fast alles auffallende Licht 'durch diffuse Reflexion und Brechung absorbiert, so bildet er einen Schatten. Die Verteilung auf dem Schirm wird sich durch Veränderung der Brechungsindices nicht stark ändern lassen, solange die Brechungsindices voneinander noch sehr verschieden sind. Erst bei fast völliger Gleichheit tritt mit Angleichung der Brechungsindices eine fast sprunghafte Veränderung der Intensität auf dem Schirm hinter der Kugel ein. Die Intensität verändert sich nicht völlig sprunghaft, der Ausgleich der Unstetigkeit erfolgt durch einen Beugungseffekt. Im Falle, daß der diffus streuende Körper eine Glaskugel in einer Lösung ist, welche fast gleichen Brechungsindex wie die Kugel hat, ist das Intensitätsgesetz für das durchgehende Licht in erster Näherung wenn auf die Kugel die Intensität i pro Flächeneinheit fällt und ca der Durchmesser der Kugel, 7, die auffallende Wellenlänge, Z die Intensität pro Flächeneinheit des Schirmes, N, der Brechungsindex des äußeren, Ni der Brechungsindex des inneren Materials ist. Man kann dann aus der Abhängigkeit der Intensität Z von der Wellenlänge sofort erkennen, daß es sich um ein Beugungsphänomen handelt. In Abb. q. und 5 ist die Intensität Z einmal als Funktion von 2 z a (Ni - Na), einmal als Funktion von ? aufgetragen. Die Formel ist nur eine erste Näherung und nur gültig, solange Z < i ist. Man erkennt aber daraus, daß die Änderung von Z auf Änderung des Brechungsindex sehr stark reagiert; wenn die Kugel etwa i cm Durchmesser hat und Licht einer Natriumflamme benutzt wird, ist von der Größe - 2,ioi°. Die Intensität auf dem Schirm ist außerordentlich stark abhängig von der Änderung des Brechungsindex.
• Wird nun die Differenz der Brechungsindices oder auch die Wellenlänge des durchfallenden Strahles durch äußere Mittel elektrischer, magnetischer, mechanischer, thermischer oder chemischer Art beeinflußt, so läßt sich dadurch die Intensität des auf den Schirm auffallenden Lichtes variieren. Wie ausgeführt, ist dieser Effekt in dem Grenzgebiet, wo die Brechungsindices einander gleich sind, von außerordentlich hoher Empfindlichkeit. Betrachten wir beispielsweise den Fall der elektrischen Steuerung, denn dieser Fall spielt in der Praxis der Bildübertragung und des Fernsehens die wichtigste Rolle, so kann die Anordnung des Lichtsteuerrelais gemäß der Erfindung folgendermaßen getroffen werden (Abb. 6).
• Es wird ein Gefäß g mit einer Flüssigkeit gefüllt und in diesem Gefäß eine durchsichtige Kugel. k, deren Brechungsindex annähernd gleich dem Brechungsindex der verwendeten Flüssigkeit ist, angeordnet. Die Kugel und die Flüssigkeit seien zwischen zwei Elektroden e1 und e2, denen die elektrischen Spannungen zugeführt werden, eingebettet. Das Licht von einer Lichtquelle S werde durch eine optische Einrichtung, z. B. eine Linse I_, parallel gemacht und trete so zwisehen den Elektrodenplatten hindurch und falle auf den Schirm M. Erfindungsgemäß wird nun das Material der durchsichtigen Kugel so gewählt und eine derartige Substanz für die Flüssigkeit gewählt, daß ihre Brechungsindices einander fast gleich seien. Dann wird den Elektroden die Steuerspannung zugeführt, und auf dem Schirm können alsdann die Intensitätsschwankungen wahrgenommen werden. Die Anordnung kann so eingestellt werden, daß im unbeeinflußten Zustand Helligkeit und unter dem Einfluß der Spannungen Verdunkelung eintritt. Die Steuerung kann aber natürlich auch umgekehrt erfolgen, so daß ursprünglich Dunkelheit und infolge der angelegten Spannung Aufhellung erfolgt. Ein Vorteil der beschriebenen Anordnung gegenüber bekannten Lichtsteueranordnungen ist der, daß man mit unpolarisiertem Licht arbeiten kann und somit die Verluste, die im Polarisator und im Analysator auftreten, entfallen. Allerdings wird durch das elektrische Feld die Änderung des Brechungsexponenten für die eine Polarisationsrichtung bevorzugt, so daß es unter Umständen zweckmäßig erscheinen kann, einen Polarisator zu verwenden. Es ist aber auch möglich, zwei Lichtsteueranordnungen gemäß der Erfindung hintereiaanderzuschalten und die beiden durch zueinander gekreuzte Felder zu beeinflussen. Dann werden durch das zweite Feld die Lichtschwingungen, die senkrecht zum ersten polarisiert sind, hauptsächlich beeinflußt. In jedem Fall kann der Analysator gespart werden. Die Empfindlichkeit der Anordnung kann noch dadurch gesteigert werden, daß mehrere durchsichtige Körper hintereinander in die Flüssigkeit gebracht werden. Als besonders zweckmäßig ist eine Anordnung, in der als Flüssigkeit Nitrobenzol und als durchsichtiger Körper eine Glaskugel von nahezu gleichem Brechungskomponenten verwendet wird. Was die zuzuführenden Spannungen anbelangt, so ist es bei verschiedenen Flüssigkeiten, deren Isolierfähigkeit nicht ideal ist, zweckmäßig, die Anordnung vor Umpolungen zu schützen, da sonst oft Durchschläge erfolgen. Zu diesem Zweck verwendet man zur Steuerung gleichgerichtete Wechselspannungen, also etwa in der Art, daß man die Spannung von einem Widerstand, der im Anodenkreis einer als Richtverstärker geschalteten Röhre enthalten ist, abnimmt, wobei die Wechselspannungen dem Gitter der Röhre zugeführt werden. Es ist auch möglich, eine Vorspannung zu verwenden und die Steuerspannungen dieser zu überlagern. Die Verwendung einer Vorspannung empfiehlt sich auch deshalb zu nehmen, um eine proportionale Lichtsteuerung mit günstiger Empfindlichkeit zu erhalten. Die einzelnen Ausführungsformen können natürlich sehr mannigfaltig sein.
• In Ergänzung des Gesagten ist zu betonen, daß der anders geartete durchsichtige Körper, welcher in dem lichtdurchlässigen Medium verwendet wird, nicht unbedingt ein Körper von chemisch oder physikalisch anderer Art zu sein braucht, sondern für den optischen Effekt genügt es, wenn ein Teil des durchsichtigen Mediums durch irgendwelche äußeren Einflüsse unter anderen physikalischen Bedingungen als die -Umgebung gehalten wird, d.li. zum Beispiel, es kann ein bestimmter Teil einer durchsichtigen Flüssigkeit der Einwirkung eines konzentrierten elektrischen oder mechanischen Feldes ausgesetzt werden. Dieser Teil hat dann optisch andere Eigenschaften als der von diesem besonderen Felde unbeeinflußte Teil des Mediums, und er wirkt so wie ein Körper von anderer Beschaffenheit. Es kann somit die Glaskugel ersetzt werden durch ein abgegrenztes Gebiet des Nitrobenzols, welches unter elektrischen Spannungen steht.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zur Lichtsteuerung, insbesondere für die Zwecke der Bildtelegraphie, des Fernsehens, Schnelltelegraphie usw., dadurch gekennzeichnet, daß ein bzw. mehrere durchsichtige Körper regelmäßiger oder unregelmäßiger Gestalt innerhalb eines durchsichtigen Mediums verwendet werden und daß durch äußere Einwirkung (elektrischer, magnetischer, mechanischer, thermischer oder chemischer Art) die Brechungsindices des Körpers oder des Mediums oder beider so verändert werden, daß in dem Grenzfall, wo die Brechungsindices von Körper und Medium einander fast gleich sind, eine fast sprunghafte Änderung der Intensität des durchgelassenen Lichtes oder des diffus zerstreuten Lichtes auftritt.
2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als durchsichtiger Körper innerhalb des durchsichtigen Mediums ein Körper von chemisch oder physikalisch verschiedener Beschaffenheit wie das Medium verwendet wird.
3. 3. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der durchsichtige Körper, der die diffuse Lichtzerstreuung bewirkt, ein abgegrenzter, unter besonderen physikalischen Bedingungen (wie z. B. unter dem Einfluß eines elektrischen oder magnetischen Feldes) stehender Teil des verwendeten durchsichtigen Mediums selbst ist.
4. 4. Anordnung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein fester Körper, z. B. Glaskugel, innerhalb einer Flüssigkeit von nahezu gleichem Brechungsexponenten, z. B. Nitrobenzol, verwendet wird.
5. 5. Anordnung nach Anspruch i, 2 und 4., dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung ein elektrisches Feld verwendet wird.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannungen gleichgerichtete Wechselspannungen oder einer Gleichspannung überlagerte Wechselspannungen sind.
7. 7. Lichtsteuereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Anordnungen nach Anspruch i hintereinandergeschaltet werden.