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Anordnung zur Erzeugung bewegter Bilder aus selbstleuchtenden Bildelementen
In geschlossenen Räumen lassen sich bewegte Bilder (Kinobilder) bekanntlich unter
Verwendung des Filmprojektors darstellen. Dieses Verfahren ist zu großer Vollkommenheit
entwickelt worden. Es muß jedoch zwangsläufig versagen, wenn man es des Nachts in
erleuchteten Straßen oder auf Dachfirsten anwenden würde. Die im modernen Großstadtleben
des Nachts auftretende durchschnittliche Helligkeit ist ziemlich groß und am gleichen
Ort zusätzlich noch von wechselnder Stärke. Gegen diese Helligkeit würde sich die
Leuchtdichte der üblichen Kinobilder im allgemeinen nicht durchsetzen, oder sie
würde zumindest stark verblassen, so daß die beabsichtigte Wirkung verlorengehen
würde. Abgesehen davon ist es meist mit fast unlösbaren Schwierigkeiten verbunden,
einen Filmprojektor auf Dächern oder in Straßen passend und störungsfrei anzuordnen.
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Um nun bewegte Bilder mit ausreichender Leuchtdichte auf großen Flächen
im Freien zu erzeugen, ist man zur Verwendung von Lichtbildern übergegangen, die
aus selbstleuchtenden Bildelementen bestehen, man hat das sogenannte Glühlampenkino
konstruiert. Es ,gestattet die Wiedergabe von beweglichen Figuren oder Gegenständen
in Silhouetienform. Der Aufbau und die Wirkungsweise dieses Glühlampenki,nos sind
folgende: Es liegt ein ebenes, senkrecht stehendes Feld vor, welches mit Photozellen
ausgelegt ist. Auf dieses Feld wird mit Hilfe eines zunächst stillstehenden
Filmprojektors
ein Trickfilmbild geworfen. Dann werden diejenigen Photozellen, welche Licht erhalten,
Strom führen, die restlichen unbelichteten Zellen jedoch nicht. Ist jetzt jede Photozelle
über eine Gasentladungssteuerröhre mit einer der Glühlampen, die ebenfalls zu einem
Feld zusammengeschlossen sind, verbunden, dann leuchten immer diejenigen Lampen
auf, deren zugeordnete Photozellen belichtet sind. Die übrigen Lampen bleiben dunkel.
Auf diese Weise entsteht auf dem Lampenfeld dasselbe Bild wie auf demPhotozellenfeld
bzw. wie auf dem Trickfilmbild. Setzt man nun den Filmprojektor in Gang, dann entstehen
auf dem Lampenfeld bewegte Bilder. Zweckmäßigerweise stellt man den Filmprojektor
zusammen mit dem Photozellenfeld in das oberste Geschoß unmittelbar unter dem Dachfirst
des betreffenden Gebäudes auf, auf welchem das Lampenfeld angeordnet werden soll.
Entscheidend für die Herstellungskosten, Betriebskosten und für die Betriebssicherheit
einer derartigen Anlage ist das einzelne Bildschaltungselement, bestehend aus: Photozelle,
Gasentladungsröhre und Glühlampe. Die Wirkungsweise eines derartigen Elementes sei
an Hand der Fig. i genauer erläutert: Die Photozelle PHZ liegt zusammen mit einem
Arbeitswiderstand R im Gitterkreis einer Gasentladungsröhre Th. Diese ist eine edelgasgefüllte
Triode, die im vorliegenden Falle als Schalter der Glühlampe wirkt. Wird nämlich
die Photozelle hinreichend stark belichtet, dann fließt im Gitterkreis ein Photostrom,
der wegen des Arbeitswiderstandes R das zunächst negative Potential des Steuergitters
in der Gasentladungsröhre derartig nach positiven Werten verschiebt, daß die Gasentladungsröhre
zündet. Diese führt dann den Strom, der notwendig ist, um die Glühlampe L zum Aufleuchten
zu bringen. Der gesamte Vorgang ist trägheitsfrei, d. h. mit dem Auffallen des Lichtes
auf die Photozellen leuchtet praktisch auch die zugeordnete Glühlampe auf. Letztere
kann anschließend nur durch Abschalten der Anodenspannung zum Verlöschen gebracht
werden. Bei Verwendung von Wechselspannung erfolgt die Löschung bei der Anodenspannungsumkehr.
Der Bildwechsel des Filmprojektors findet immer im Verlaufe einer negativen Spannungshalbwelle
statt. Der Betrieb mit Wechselspannung hat zur Folge, daß wegen der Gleichrichterwirkung
der Gasentladungsröhre immer nur die positiven Halbwellen der Spannungsperiode zur
Wirkung kommen. Die unbelichteten Zellen lassen keinen Photostrom im Gitterkreis
zustande kommen, so daß das Steuergitter in der Gasentladungsröhre negativ geladen
bleibt und die Schalterwirkung der Gasentladungsröhre verhindert. Die zugeordneten
Lampen bleiben also dunkel. Im Interesse der Wärmeabführung dürfen die Glühlampen
nicht zu dicht angeordnet werden, eine Maßnahme, welche die Bildgüte herabsetzt.
Die erzielbaren $ilder sind im übrigen kräftig und weithin sichtbar. Sie erregen
beim Publikum großes Interesse. Eine ganze Reihe von Beschauern empfand allerdings
die Bilder als zu grell. Sehr viel hängt bei der Darstellung wirkungsvoller Kinobilder
von der Geschicklichkeit, dem Formensinn und der Ideenkraft des Trickfilmzeichners
ab, der für die Körperschaften, welche Lichtreklatne oder ähnliches machen wollen,
tätig ist.
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Mit der Anzahl der verwendeten Lampen steigen die Bildgüte und die
Darstellungsmöglichkeiten. Die erzielten Bilder sprechen mehr an. Entsprechend nehmen
aber auch die Kosten für die Herstellung und für den Betrieb der Gesamtanlage zu.
Die Kosten für eine Anlage mit iooo Bildschaltungselementen sind bereits recht hoch.
Es können daher u. a. weite Kreise der Wirtschaft die erforderlichen Mietkosten
für die Unterhaltung einer derartigen modernen Lichtreklame nicht oder wenigstens
schwer aufbringen, was von diesen und ebenso von der Allgemeinheit bedauert wird.
Die hohen Herstellungskosten sind in erster Linie begründet in den hohen und zunächst
kaum mehr senkbaren Preisen, die für Photozellen und Gasentladungsröhren aufzubringen
sind. Die hohen Betriebskosten werden durch den relativ hohen Stromverbrauch und
durch den laufenden Ersatz an ausgefallenen Zellen, Gasentladungsröhren undLampen
verursacht.
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Es ist nun der Gegenstand der vorliegenden Erfindung, bewegte Bilder
aus selbstleuchtenden Bildelementen mit Anordnungen herzustellen, die sowohl in
technischer als auch in wirtschaftlicher Beziehung einen Fortschritt darstellen.
Erfindungsgemäß tritt an Stelle des in Fig. i wiedergegebenen Bildschaltungselementes.
ein gänzlich neuartiges, wie es in Fig. 2 veranschaulicht ist. Es besteht im wesentlichen
aus einem photoelektrischen Organ PhE, einer Induktionsspule Sp oder einem Transformator
und einer Glimmlampe Gm. Von dieser wird in bekannter Weise das negative Glimmlicht
ausgenutzt, welches bei passend bemessenem Stabilisierungswiderstand R die ganze
Kathode K als kräftig leuchtende Haut überzieht. Als lichtelektrisches Organ wird
hier vorzugsweise, trotz der bekannten geringen Spannungsempfindlichkeit und daher
schlechten Verstärkbarkeit seiner Photoeffekte, das Photoelement benutzt. Dieses
zeichnet sich gegenüber der Alkaliphotozelle durch seine Unzerbrechlichkeit aus,
ferner dadurch, daß es keine Vorspannung benötigt. Durch das erfindungsgemäße Zusammenwirken
einer Induktionsspule mit den Schaltern Si und S, wird es möglich, die kostspielige
und subtile Gasentladungsröhre überflüssig zu machen und direkt vom lichtelektrischen
Organ aus zu bestimmen, ob die nachgeschaltete Glimmlampe Gm zum Aufleuchten kommt
oder nicht. Neben dem Fortfall der Gasentladungsröhre ist an der Schaltung charakteristisch,
daß die weiterhin Speicherspule genannte Induktionsspule alternativ im Kreis I die
Speicherung der Zündenergie übernimmt, im Kreis II die Zündung der Glimmlampe bewerkstelligt
und anschließend den weiteren Nachtransport des erforderlichen Glimmstromes übernimmt
bis zum Abschalten der Spannung durch den Schalter S2. Ein weiteres Charakteristikum
der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von
Glimmlampen. Diese
verursachen zunächst wesentlich geringere Stromkosten als Glühlampen. Weiterhin
wirkt das milde weiche Licht der Glimmlampen auf das menschliche Auge im allgemeinen
viel angenehmer als das grelle Licht der Glühlampen. Auch hat die Verwendung von
Glimmlampen den Vorteil, daß man durch Zusätzlichen Einbau von Luminophoren (Leuchtstoffen)
verschiedene Farben erzeugen kann. Die Leuchtdichte des Glimmlichtes ist kräftig
genug, um die Bilder noch auf große Entfernungen erkennen zu können. Die Gesamtanordnung
des Glimmlampen- bzw., Leuchtstofflampenkinos sei nunmehr näher beschrieben (Fig.
3) : Auf einebenes, senkrecht angeordnetes Feld PhF, welches raster- oder mosaikartig
mit Photoelementen oder Alkaliphotozellen oder Photowiderständen ausgelegt ist,
wird mit Hilfe eines Filmprojektors FP ein zunächst stillstehendes Trickfilmbild
geworfen. Dann werden diejenigen Photoelemente, welche Licht erhalten, Strom führen,
die restlichen unbelichteten Photoelemente jedoch nicht. Ist nun jedes Photoelement
nach der in Fig.2 dargestellten Schaltung über eine Speicherspule Sp oder einen
Transformator mit einer Glimmlampe Gm verbunden, dann leuchten, bedingt durch das
erfindungsgemäße Zusammenwirken der Speicherspule mit den Schaltern Si und S2, immer
diejenigen Glimmlampen auf, deren zugeordnete Photoelemente belichtet waren. Die
übrigen Glimmlampen bleiben dunkel. Auf diese Weise entsteht auf dem Glimmlampenfeld
GF dasselbe silhouettenartige Bild wie auf dem Photoelementenfeld PhF bzw. auf dem
Trickfilm. Setzt man nun den Filmprojektor FP unter Einhaltung der für die Bildwechsel
erforderlichen Gleichlaufbedingungen und mit genügender Bildwechseizahl in Gang,
dann entstehen auf dem Glimmlampenfeld bewegte Bilder.
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Die Wirkungsweise eines Bildschaltungselementes sei unter Hinweis
auf Fig. 2 genauer erläutert: Zu Beginn jeder Bildperiode sind die Schalter Si und
S2 der beiden Stromkreise I und II geschlossen. An der Glimmlampe Gm liegt die konstante
Gleichspannung U, die erfindungsgemäß einige Volt unter der Zündspannung UZ der
Glimmlampe gewählt wird, jedoch einige Volt oberhalb der normalen Brennspannung
liegen muß. Die Glimmlampe kann also auch bei geschlossenem Schalter S2 nicht von
allein zünden. Wird nun bei geschlossenem Schalter Si das Photoelement belichtet,
so fließt im Stromkreis I ein Photostrom, welcher der Belichtungsintensität proportional
ist und zu einer entsprechenden magnetischen Ladung der Speicherspule Sp führt.
Wird jetzt der Schalter S1 nach erfolgter Spulenladung geöffnet, so fällt bei funkenfreier
Unterbrechung der der Speicherspule zufließende Photostrom in sehr kurzer Zeit auf
Null. Die im magnetischen Feld der Spule gespeicherte Energie entlädt sich dabei
schwingungsförmig in das elektrische Feld der durch die Glimmlampe gebildeten, zur
Spule parallel liegenden Schaltkapazität. Bei Vernachlässigung der Dämpfung ergibt
sich dabei an den Klemmen der Speicherspule ein Spitzenwert der Überspannung vom
Betrage ü=i - Z,
worin i der Photostrom des Photoelementes, Z L/C der
Schwingungswiderstand der Spule ist. Die Spitzenspannung i2 addiert sich nun erfindungsgemäß
im Stromkreis 1I zur konstanten Gleichspannung U zu einem Werte, der oberhalb der
der Glimmlampe eigenen Zündspannung UZ liegt. Auf diese Weise zündet von der Gesamtheit
aller Glimmlampen jede, deren zugeordnetes Photoelement belichtet war. Die übrigen
Glimmlampen bleiben dunkel, denn an deren zugeordneten Speicherspulen wurde wegen
Fehlens eines Photostromes keine Überspannung x2, die zum Zünden der Glimmlampe
benötigt wird, erzeugt. Der Glimmstrom fließt als Gleichstrom im Stromkreis über
die Speicherspule ab. Das empfindliche Photoelement wird von diesem Strom nicht
behelligt, da erfindungsgemäß während der gesamten Brenndauer der Glimmlampe der
Schalter S, geöffnet bleibt. Am Ende der Bildperiode wird die Glimmlampe durch öffnen
des Schalters S2 gelöscht. Für die Dauer des nun folgenden Bildwechsels, die im
wesentlichen vom Projektor bestimmt wird, bleiben beide Schalter weiter geöffnet.
Dann werden sie wieder geschlossen. Damit sind alle Bildschaltungselemente für das
folgende Trickfilmbild erneut arbeitsfähig. Das Spiel wiederholt sich jetzt von
neuem, d. h. diejenigen Glimmlampen leuchten auf, deren zugeordnete Photoelemente
belichtet waren; bzw. sie bleiben dunkel, falls sie unbelichtet waren. Alle während
einer Bildperiode erforderlichen Schaltungen von Si und S2 werden gemeinsam auf
einer Schaltwalze SW, die mit leitenden Belegungen lB versehen sind, vorgenommen
(Fig. 4 und 5).
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An Stelle der Speicherspule Sp kann auch ein passend bemessener Transformator
treten. Diese Anordnung hat den Vorzug, daß die Stromkreise I und II galvanisch
voneinander getrennt sind.
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Erfindungsgemäß gestattet nun der beschriebene Schaltmechanismus im
Zusammenwirken mit der Speicherspule bzw. dem Transformator den Fortfall einer Gasentladungsröhre
zwischen photoelektrischer Zelle und Lampe. Auf diese Weise wird das Bildschaltungselement
bei der vorliegenden Erfindung wesentlich billiger als beim Glühlampenkino gemäß
Fig. i. Es charakterisiert weiter die Höhe der vorliegenden Erfindung, daß man im
Gegensatz zum Glühlampenkino an Stelle der Alkaliphotozelle auch das Photoelement
verwenden kann. Dieses zeichnet sich bekanntlich dadurch aus, daß es keine Vorspannung
benötigt, daß es unzerbrechlich und vor allem billiger ist. Die bekannte geringe
Spannungsempfindlichkeit des Photoelementes, welche bisher eine größere Verbreitung
derselben in derTechnik verhinderte, wird erfindungsgemäß, durch Anwendung des Speicherprinzips
umgangen. Schließlich kann man die Photoelemente als gleichseitige Sechsecke ausbilden
und auf diese Weise eine nahezu lückenlose lichtempfindliche Fläche des Photoelementenfeldes
verwirklichen. Die Kathoden der Glimmlampen können nahezu beliebige Formen besitzen.
Im Interesse
einer geschlossenen leuchtenden Fläche der silhouettenartigen
Bilder kann man ihnen z. B. quadratische Formen geben (vgl. Fig. 6). Zur Erzielung
möglichst naturgetreuer Konturen bei gleichzeitig geschlossenen leuchtenden Flächen
wird den Glimmkathoden erfindungsgemäß eine gleichseitig sechseckige Gestalt gegeben.
Auf diese Weise lassen sich die Glimmlampen als sechskantige Glasgefäße ausbilden
und nahezu völlig lückenlos nach Art der Bienenzellen aneinandersetzen (vgl. Fig.
3).
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Selbstverständlich lassen sich beim Glimmlampenkino an Stelle der
Photoelemente auch Alkaliphotozellen oder lichtelektrische Halbleiterwiderstände
(Photowiderstände) verwenden. Das kann dann notwendig sein, wenn die zur Verfügung
stehenden Lichtintensitäten nicht ausreichen. An geeigneten derartigen Zellen lassen
sich dann mit entsprechend höheren Betriebsspannungen auch höhere Photoströme erzwingen.
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Die Glimmlampen können gemäß Fig. 2 mit einer dritten Elektrode versehen
werden, die als Hilfsanode HA arbeitet. Diese erhält eine konstante nicht
abschaltbare Spannung, welche kleiner als die normale Brennspannung der Glimmlampe
ist. Auf diese Weise wird in der Glimmlampe ein dauernd fließender dunkler Vorstrom
unterhalten, der nie in eine selbständige leuchtende Entladung übergehen kann. Trotzdem
ist er imstande, jederzeit die Ladungsträger zu liefern, die zur Zündung der leuchtenden
Hauptentladung benötigt werden. Zwecks Erhöhung der dunklen Vorströme kann man zusätzlich
die Gesamtheit der Glimmlampen von der Seite her mit langwelligem Ultraviolett bestrahlen.
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Der Wattverbrauch der einzelnen Glimmlampe ist so gering, daß man
diese sehr dicht aneinander anordnen kann. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung
der Glimmlampen als sechskantige Glaskörper ist das, sehr einfach zu verwirklichen.
Der Wattverbrauch eines Bildschaltungsel.ementes beläuft sich je nach der Ausführungsform
auf 3 bis 6 Watt, beim Glühlampenkino dagegen auf 6o bis ioo Watt. Neben der Energieersparnis
ergibt sich noch die Annehmlichkeit, daß die Glimmlampen-bzw. Leuchtstofflampenbilder
bei den praktisch in Frage kommenden Entfernungen auf das menschliche Auge nicht
so aufdringlich wirken.
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Die technische Gesamtausführung eines Glimm-bzw. Leuchtstofflampenkinos
ist in Fig. 3 schematisch veranschaulicht. Man stellt das Photoelementenfeld PItF
in einem geschlossenen verdunkelbaren Raum auf, der sich möglichst unmittelbar unter
dem Dach befindet, auf welchem das Lampenfeld aufgestellt werden soll. Auf diese
Weise erhält man kurze Kabelbäume KB. Das Zellen- und Lampenfeld werden je teilen-
oder reihenweise unterteilt. Zwecks Raum- und Materialersparnis wird jede Reihe
von je einer Schaltwalze SW" SW 2, SW3 . . ., die nach Art der Kollektorenringe
elektrischer Maschinen ausgebildet sind, geschaltet. Um eine sichere Synchronisierung
aller bildschreibenden Elemente zu gewährleisten, sind die Schaltwalzen gemeinsam
auf einer Welle W angeordnet. In dem gezeigten Beispiel ist diese Welle horizontal
gelagert. Es sind aber auch Ausführungen denkbar, in denen sie vertikal angeordnet
ist. Das Photoelementenfeld PhF ist mit dem Glimmlampenfeld GF durch passend bemessene
Kabelbäume verbunden. Die Energieversorgung des Glimmlampenfeldes übernimmt das
Hauptkabel HK.
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Ein Ausführungsbeispiel für die Schaltung einer Zeile bzw. Reihe von
12 Bildschaltungselementen ist in Fig.4 schematisch dargestellt. Die Schaltwalze
ist dementsprechend in 12 Sektoren aufgeteilt. Jeder Sektor führt die während einer
Bildperiode für ein Bildelement erforderlichen Schaltungen aus. Dieses Schaltgeschehen
ist in Fig. 5 schematisch in einem linearen Zeitmaßstab wiedergegeben. Die Dauer
einer Bildperiode beträgt T Sek. Sie hängt von der Drehgeschwindigkeit der Schaltwalze
ab. Man wird diese so einstellen, daß der Ablauf eines Sektors etwa 1/1s bis 1/24
Sek. dauert. Auf diese Weise sind 16 bis 24 Bilder/Sek. möglich, jene Bildzahl,
die in der Kinotechnik üblich ist. Zu Beginn jeder Bildperiode t = to sind beide
Schalter Si und SZ geschlossen. Der Schalter S1 wird zum Zeitpunkt t1 geöffnet,
sobald die Speicherspulen ausreichend geladen sind, d. h. nach Ablauf einer relativ
kurzen Zeit tl-to. Der genaue Wert dieser Zeitspanne ergibt sich aus der Zeitkonstante
des Stromkreises I. Der Schalter S2 wird erst kurz vor Ende einer Bildperiode zum
Zeitpunkt t2 geöffnet. Es ist eine sehr kleine Zeitspanne erforderlich zur Entionisierung
K-A. Nach Ablauf dieser Entionisierungszeit beginnt zum Zeitpunkt t3 das geschilderte
Schaltspiel von neuem. Es wird vom nächsten Sektor der Schaltwalze getätigt.
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Die Belichtung der Photoelemente bzw. Photozellen oder Photowiderstände
erfolgt durch eine im Projektor eingebaute Glühlampe mit entsprechend hoher Leistung.
Die Belichtung der Photoelemente während der Zeitspanne t2-t, ist sinnlos, denn
der Schalter Si ist hier geöffnet. Um so zweckmäßiger ist eine möglichst starke
Belichtung der Photoelemente während der Zeitspanne t,-t.. Erfindungsgemäß wird
diese Betriebsweise dadurch verwirklicht, daß Gasentladungslampen verwendet werden.
Diese leuchten dann periodisch mit der Frequenz des Bildwechsels auf. Das periodische
Aufleuchten wird durch Kondensatorentladungen unter Hinzuziehung an sich bekannter
Schaltungsmittel verwirklicht. Das Leuchten der Gasentladungslampen dehnt man zweckmäßigerweise
auf eine Zeitdauer, die nur etwas größer als tl-to ist, aus.
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Das in Fig. 5 dargestellte Schaltgeschehen einer Bildperiode gestattet
erfindungsgemäß ein zeitliches Optimum an Lichtabstrahlung der Glimm-bzw. Leuchtstofflampen:
Während des weitaus größten Teiles einer Bildperiode strahlen die Glimm- bzw. Leuchtstoff
lampen. Man erzielt so im Gegensatz zum wechselstromgespeisten Glühlampenkino bereits
bei verhältnismäßig geringer Bildzahl je Sekunde flimmerfreie leuchtende Flächen.
Die
Bildwechsel des Filmprojektors vollziehen sich kurz vor Ende
einer Bildperiode dergestalt, daß sie jeweils mit dem Schließen der Schalter S1
und S2 beendet sind. Für den hierzu erforderlichen Gleichlauf zwischen den Schaltwalzen
und dem E,ilmprojektor sind bekannte Mittel vorgesehen. An Stelle des in Fig.4 dargestellten
Gleitkontaktverfahrens kann man auch ein Druckkontaktverfahren anwenden, welches
sinngemäß auszuführen ist.
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Aus Fig. 6a und 6b ist ersichtlich, in welchem Maße man sich z. B.
bei der Darstellung eines Tieres den wirklichen Konturen nähert, wenn man bei gleichbleibender
Gesamtfläche die Zahl der bildschreibenden Elemente vervierfacht. In Fig. 6a beträgt
die Zahl der Lampen 1575, in Fig. 6b jedoch 63oo. Dabei zeigt sich, daß das
menschliche Auge beim Sehvorgang die beweglichen Konturen meist naturgetreuer empfindet,
als den gezeichneten Figuren entspricht. Man erzielt daher im allgemeinen bereits
bei verhältnismäßig kleinen Lampenzahlen leistungsfähige Felder für bewegliche Figuren,
Gegenstände und Schriften. Im Beispiel der Fig.6 sind lediglich aus zeichnerisch
naheliegenden Gründen quadratisch ausgebildete Glimm- bzw. Leuchtstofflampen gewählt
worden. Entsprechend liegen die Verhältnisse bei anders geformten Glimm- bzw. Leuchtstofflampen.
Die günstigsten und vielseitigsten Darstellungsmöglichkeiten erzielt man erfindungsgemäß
hei Verwendung von Glimm- bzw. Leuchtstofflampen mit sechsseitigen Kathoden.
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Glimm- bzw. Leuchtstofflampenkinos der geschilderten Bauart lassen
sich auch in verkleinertem Format ausführen. Sie können dann in Schaufenstern von
Kaufhäusern aufgestellt werden und dort eine wirkungsvolle neuartige Lichtreklame
ermöglichen.