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Anordnung zur Sichtbarmachung magnetischer Felder oder elektrischer
Ladungsmuster
Ein anschauliches Bild von Njlagnetfeldern gewinnt man, wenn nach der
klassischen Methode Eisenfeilspäne in die Umgebung eines Magnets gebracht werden.
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Eine andere neuartige Methode beruht auf dem Leuchteffekt, den ein
Elektronenstrom in einer mit Ouecksill)erdampf gefüllten Röhre hervorruft. Für die
Sichtbarmachung des magnetischen Feldverlaufes nach diesen Methtoden. sind. aber
verhältnismäßig starke Magnete ereforderlich.
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Ein weiterhin bekanntgewordenes neues Verfahren beruht auf der elektromagnetischen
Schattenmethode. Danach wird in einem Elektronenmikroskop dem Elektronenschatten
z. B. eines Drahtes, der mittels eines Slagnettongerätes durch Sprechfrequenzen
magnetisiert wurde, der Elektronenschatten eines feinen Drahtnetzes überlagert.
und es entstehen so Verzerrungen Ides Drahtnetzschattenbildes, dessen Netzmasch,en
sonst regelmäßig sind. Diese Methode ist nur im Hochvakuum realisierbar und ergibt
Schwarzweißbilder.
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Nach der Erfindung wird ein Verfahren und eine Anordnung vorgeschlagen,
um magnetische Felder sichtbar zu machen, ohne daß diese Felder stark sind und ohne
daß sich der Träger des Magnetismus im Hochvakuum befinden muß; außerdem ist die
Helligkeit von verschieden starken magnetischen Feldern in Abhängigkeit von der
Stärke in der Helligkeit getönt.
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Nach dem im folgenden beschriebenen Vorschlag wirken die magmetischen
Felder auf eine elektronenemittierende Schicht, z. B. eine Photokathode.
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Nacll einer vorläufigen Erklärung wird auf diese Weise die Austrittsarbeit
der Elektronen aus der Photokathode beeinflußt bzw. gesteuert. Wird nun das auf
der Photokathode entstandene Elektronenbild abgesaugt, beschleunigt und durch eine
Elektronenoptik auf einem Leuchtschirm abgebildet, so wird auf diesem Leuchtschirm
der Verlauf der magnetischen Felder sichtbar.
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In der Zeichnung sind beispielsweise Anordnungen zur Verwirklichung
des Erfindungsgedankens näher veranschaulicht.
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Fig. I bis 4 zeigen eine beispielsweise Anordnung in schematischer
Darstellung und Einzelheiten; Fig. 5 zeigt ein dem Leuchtschirmbild nach Fig. 4
entsprechendes Bild; Fig. 6 zeigt ein Schattenbild des Sprechkopfes in unbesprochenem
Zustand; Fig. 7 ist ein Schattenbild Jedes Sprechkopfes in besprochenem Zustand;
Fig. 8 veranschaulicht ein Bild nach Anstrahlen der Photokathode Idurch eine Lichtquelle;
Fig. 9 zeigt die Anordnung des Sprechkopfes eines Magnettongerätes vor der Photokatholde;
Fig. 10 verdeutlicht als Beispiel eine Einrichtung zur Aufzeichnung von Lauflbiledern;
Fig. ii ist eine Ansicht des Elektronenbildrohres nach dem Schnitt C-D der Fig.
1 o; Fig. 12 verdeutlicht eine Einzelheit, und zwar die Aufzeichnungsmagnete; Fig.
13 stellt eine Einrichtung nach der Erfindung zur Wiedergabe und Großprojektion
von magnetisch oder elektrostatisch aufgezeichneten Bildern dar; Fig. I4 ist ein
Schnitt nach der Linie E-F der Fig. I3.
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In den Fig. I bis 4 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Mittels
einer Lichtquelle I wird das von dort kommende Lichtstrahlenbündel 2 über die Optik
3 auf eine Linse 4 gerichtet und durch diese das parallel ,gerichtete Lichtbündel
5 auf die Photokathode 6 gestrahlt, die in dem evakuierten Glasgefäß 9 auf einer
für Licht halbdurchlässigen Metallschicht aufgebracht list. Ist in den Weg des Lichtbündels
5 zwischen Linse 4. und Photokathode 6 ein Strichgitter 7 und z. B. ein Stahlband
8 gebracht, so entsteht auf dem Leuchtschirm In ein elektronenoptisches Schattenbild
13 (Fig. I), wenn die Elektronenoptik 10 aus der Stromquelle 12 mit elektrischer
Spannung versorgt wird. Wird nun z. B. ein Permanentmagnet 14 mit seinen Polen 15,
I6 kurz auf das Stahlband 8 aufgesetzt, so wird das Stahlband an dieser Stelle magnetisiert.
Vor die Photokathode 6 gebracht, beeinflußt dann das an dieser Stelle befindliche
magnetische Feld auf dem Stahlband 8 die Austrittsarbeit der aus der Photokathode
6 austretenden Elektronen, so daß auf dem Leuchtschirm II ein elektronisches Bild
entsprechend der Fig. 4 sichtbar wird.
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Nun kann aber noch der Teil der Photokathode 6 zur Freigabe von Elektronen
aktiviert werden, der sich im optischen Schatten indes von dem Lichtbündel 5 angestrahlten
Stahlbandes 8 befindet.
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Hierzu dient Lichtquelle I7, die die Photokathode 6 über Optik Ig
ven der Rückseite anstrahlt. Da jetzt der Schatten 13 (des Stahlbaudes 8 (Fig. I
und 4) überstrahlt wird, ändert sich das Leuchtschirmbild (Fig. 4) entsprechend
in ein Bild nach Fig. 5. Der Schatten I3 des Stahlbandles 8 ist nicht mehr zu selben,
sondern nur noch das Kathodenbild vom Verlauf des magnetischen Feldes.
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Die Versuche zeigen, daß durch Überstreichen des Stahlbandeslxmit
dem Permanentmagnet 14 der vorherige magnetische Eindruck wieder gelöscht werden
kann. Allerdings sind dann am Band 8 an seinen beiden Enden noch magnetische Kraftlinien
nachweisbar. Aber das Band kann auch mittels des Permanentmagnets 14 ganz entmagnetisiert
werden, wenn der Magnet schrittweise genähert und entfernt darüber geführt wird,
wie dies durch Versuche mit wider Einrichtung nach der Erfindung nachweisbar ist.
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In dieser Ausführungsform stellt also die Einrichtung ein gutes Hilfsmittel
zur Demonstration und Untersuchung magnet,ischer Vorgänge dar.
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Besonders praktische Bedeutung bekommt die Erfindung aber, wenn,
wie Fig. g zeigt, z. B. der Sprechkopf I9 eines Magnettongerätes vor der Photokathode
6 angeordnet wird, so daß der Spalt 20 des Sprechkopfes der Photokathode gegenübersteht.
Es entstehen jdann die Leuchtschirmbilder bei II (Fig. 2), entsprechend der Fig.
6, und zwar ein Schatteubild des Sprechkopfes I9 (Fig. 9) in unbesprochenem Zustand.
Fig. 7 zeigt das Schattenbild des Sprechkopfes 19 in besprochenem Zustand.
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Es ist zu erkennen, wie sich das magnetische Feld am Spaltort auf-
und abbaut. Wird dann die Photokathode 6 noch durch die Lichtquelle I7 über Optik
I8 angestrahlt, dann ist auf dem Leuchtschirm ein Bild entsprechend der Fig. 8 zu
sehen. Da der Sprechkopf I9 mit Wechselströmen beschickt ist, werden diese Leuchtschirmbilder
zweckmäßig über einen rotierenden Spiegel betrachtet und so der Auf- und Abbau des
magnetischen Wechselfeldbildes in Teilbilder aufgelöst. Besser wird jedoch der ganze
Vorgang aber mit Zeitlupe kinematographisch aufgenommen.
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Nach dem vorbeschriebenen Verfahren und mit derselben Einrichtung
lassen sich aber außer magnetischen Feldern auch elektrostatische Felder sichtbar
machen. Wird z. B. ein Träger, auf dem elektrische Ladungen aufgebracht sind, an
Stelle des Bandes 8 vor die Photokathode 6 gebracht, so wird der Ort der auf dem
Träger befindlichen elektrischen Ladungen auch auf dem Leuchtschirm II sichtbar.
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In dieser Anwendung wird die Einrichtung aber geeignet sein, um Aufzeichnungen
nach dem Verfahren der »Elektrographie<t (Zeitschrift für technische Physik,
Bd. I6, Nr. 12, I935, 5. 607 bis 6I4) sichtbar zu machen,. In diesem Zusammenhang
ist nach der Erfindung auch daran gedacht, ein ganzes Photokathodenbild so zu beschleunigen,
daß es aus dem Hochvakuumraum in Form von Kathodenstrahlen durch ein Lenardfenster
heraustritt und einen vorbeilaufenden Trägerfilm aus Isolationsmaterial in der ganzenBildfläche
zugleich elektrisch
auflädt. Da aber ein elektrisches Ladungsbild
vorerst in der Atmosphäre nicht lange baftenbleibt, wird für die Erfindung hauptsächlich
die Bildaufzeichnung durch Magnetisierung einer magnetisierbaren Schicht benutzt,
die auf einem Träger aufgebracht ist.
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Fig. 10 zeigt in einem Ausführungsbeispiel eine Einrichtung zur Aufzeichnung
von Laufbildern auf einen magnetis,ierharen Träger 42. Fig. I3 ist das Ausführungsbeispiel
für eine Einrichtung zur Wiedergabe solcher magnetischen Bildaufzeichnungen. Diese
Einrichtung kann auch zur Großprojektion von photographischen Laufbildern und von
Bernsehbildern benutzt werden. Die Aufzeichnung der Laufbilder erfolgt in der Weise,
daß durch Objektiv 21 ein hildhaft erfaßter Vorgang auf der Photokathode 22 abgebildet
wird und dort ein Elektronenbild erzeugt. Das Elektronenblild wird von der Photokathode
22 durch die elektrisch positiv vorgespannte Anode 23 abgesaugt und auf dieser durch
die Konzentrationsspule 24 scharf abgebildet. Die Anode 23 selbst ist mit einer
Spaltöffnung 26 versehen, die die Breite des Bildes hat mit der Höhe einer Zeile,
die sich aus der Zeilenzahl ergibt, in die das Bild zerlegt werden soll.
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Angenommen, das auf der Anode 23 abgebildete Elektronenbild der Photokathode
22 sei entsprechend einem in der Kinotechnik üblichen Bildverhältnis 88 mm breit
und 76 mm hoch, dann müßte die Spalthöhe 28, bei einer Auflösung der Bildfläche
in I000 Zeilen, o,o76 mm sein.
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Das von der Photokathode 22 kommende Elektronenbild wird weiter durch
das Abtenkspulenpaar 29 und 30 (gestrichelt gezeichnet), dem über das rotierende
Potentiometer 3I ein Kippstrom aus der elektrischen Batterie 32 zugeführt wird,
senkrecht an der Spaltöffnung 26 (in Anode 23) vorbeigeführt (gekippt). Auf diese
Weise fliegen zeilenweise Teile des Elektronenbildes durch die Spaltöffnung hindurch,
um durch eine ebenfalls mit einem Spalt 33 versehene zweite höher vorgespannte Anode
34 hindurch auf dahinter vielfach angebrachte Sauganoden 35 aufzutreffen. (DerÜbersicht
halber sind in der Fig. 10 nur zehn solcher Sauganoden 35 gezeichnet.) Diese Sauganoden
35 sind auf Zeilenbreite verteilt und teilen die Zeile in Punkte auf. Im angenommenen
Beispiel einer B daufteilung von I000 Zeilen bei 76 mm Bildhöhe würden auf der Zeilenbreite
von 88 mm mit einem Zwischenraum von 0.01 mm rund II58 solcher Sauganoden anzubringen
sein, so daß die Zahl der Punkte, in die die Bildfläche aufgelöst werden könnte,
I I58000 wäre. Da aber bei dem Kino und dem Fernsehen in I Sekunde 25 Bilder übertragen
werden müssen, beträgt die aufzuzeichnende Punktfrequenz pro Sekunde demnach 28950000.
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Eine solch hohe Punktfrequenz durch Magnetisierung eines magnetisierbaren
Trägers nach dem Magnettonverfahren aufzuzeichnen, scheint praktisch unmöglich zu
sein. Sie rückt aber nach den neuesten Erkenntnissen immer mehr in den Nilöglichkeitsbereich,
nachdem es gelungen ist, einen Magnettonträger mit spiegelnder Oberfläche herzustellen,
der zudem noch bei einer Dicke der magnetisierbaren Schicht von unter 1/1000 mm
(I tb) sehr gute magnetische Eigenschaften hat. Im übrigen bieten sich Anwendungsmöglichkeiten
für die Speicherung und Wiedergabe bewegter Bilder trotz geringeren Auflösungsvermögens
(z. B. für Reklamezwecke) .
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Mittels der auf die Sauganoden 35 auftreffenden Elektronen werden
die jeder Sauganode zugeordneten Verstärkerröhren36,37 (im Beispiel sind nur zwei
eingezeichnet) gesteuert. Aus dem mit dem Helligkeitswert der Bildpunkte überlagerten
Anodenstrom wird der Wechselstromanteil über die Kondensatoren 38, 39 in die Aufzeichnungsmagnete
40, 4I usw. geleitet. Dliiese Magnete sind nebeneinander in einer Zeile angeordnet
und liegen an dem zu magnetisierenden Träger 42 an. Da jeder dieser Aufzeichnungsmagnete
aus der Bildzeile nur einen Punkt aufzuzeichnen hat, ist von ihm bei I000 Zeilen
pro Bild eine Frequenz von IoooWechseln zu bewältigen, die in der Sekunde bei 25
Bildern dann 25 kHz ist, eine Frequenz, die im absoluten Möglichkeitsbereich liegt
und leicht auf einer Trägerlänge von +5,6 cm unterzubringen ist.
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Für die Bildaufzeichnung kann also noch ein Trägerfilm in derGröße
des üblichen 35-mm-Normalkinofilms benutzt werden. Für eine Iooo-Zeilenauflösung
des Bildfeldes von 19 X 22 mm bei Normalfilmgröße entsteht vorerst nur die Schwierigkeit,
in einer Zeile von 22 min Länge II58 Aufzeichnungsmagnete nebeneinander anzuordnen,
wie dies in Fig. 10 gezeigt ist. In diesem Fall wäre jeder Magnet nur mit einer
antimagnetischen Zwischenlage von 1liooo mm rd. 0,018 mm breit.
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Praktisch werden heute noch die ersten Versuche nach dem neuen Vorschlag
für magnetische Bildaufzeichnung mit niederen Billdpunktzahlen gemacht, und zwar
ist das Bildformat auf dem Trägerfilm von 35 mm Breite = IgX22 mm, und auf einer
Zeile liegen Ao Magnete nebeneinander mit einer antimaguetischen Zwischenlage von
0,05 mm, so daß die Bildauflösung bei quadratischem Bildformat etwa 38X40 = I520
Punkte ist. Das ist an sich mehr, als es bei den ersten Fernslehübertragungen im
Jahre I930 üblich war.
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Bei einer elektrostatischen Bildaufzeichnung durch Austritt der Kathodenstrahlen
aus dem Vakuumraum kann aber, wie bereits angedeutet, die Bildauflösung heute schon
rasterlos erfolgen.
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Für die Nufnahmeseite bleibt nun noch zu beschreiben, wie der magnetisierbare
Träger an den Aufzeichmiiigsköpfen 40, ßI usw. vorbeigeführt wird.
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Der Träger 42 befindet sich in bekannter Weise auf einer Vorratsspule
43 und wird von dieser über die Rolle 44, au den Magnetisierungsköpfen 40, 4I vorbei,
durch die Zahnrolle 45 abgezogen und wiclielt sich dann auf die Spule 46 wieder
auf.
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Zahnrolle 45 wird vom Motor 47 über Schnecke 48 und Schnedenrad 49
angetrieben, so daß im Beispiel der 35 mm breite Träger 42 mit der genormten Geschwindigkeit
von 45,6 cm/sec bewegt wird, was eine Bildwechselzahl von 25 pro Sekunde
ergibt.
Entsprechend wird der Schleifer 51 des Potentiometers 3I vom Zahnrad 50 über Ritzel
52 angetrieben und erzeugt so für das Spulenpaar 29 und 30 den synchron zum Bildwechsel
notwendigen Kippstrom. Fig. II ist eine Ansicht der Elektronenbildröhre 53 im Schnitt
C-D.
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Gleichzeitig mit der magnetischen Aufzeichnung des Bildes erfolgt
über das Mikrophon 54, den Verstärker 55 und magnetischen. Sprechkopf 56 die magnetische
Aufnahme des Tones auf dem Träger 42, so daß unmittelbar aach der Aufnahme sowohl
das Bild als; auch der Ton wieder reproduzierbar sind. Diese Möglichkeit ist von
besonderer Be--deutung int Tonfilmateliers für sofortige Bild- und Tonkontrolle
nach der Aufnahme. Auch für Fernsehreportagen ist noch eine schnelle Übertragungsmöglichkeit
gegeben, wenn es z. B. notwendig ist, die Reportage zunächst zu speichern, weil
der Sender bereits mit einer anderen Sendung läuft.
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Zur Wiedergabe und Großprojektion der magnetisch oder elektrostatisch
aufgezeichneten Bilder dient eine Einrichtung, die in einem Ausführungsbeispiel
inl Eig. I3 dargestellt ist. Hier wird der bespielte Träger 57, auf dem sich z.
B. die magnetische Bild- und Tonaufzeichaung befindet, von der Zahnrolle 58 über
die Rollen 59 und 60 von der Vorratsspule 68 kontinuierlich abgezogen. Dabei wandert
der Träger 57 an tdler Photokathode 6I vorbei, die von innen Idurch die Lichtquelle
62 über Optik 63 angestrahlt und so zur Elektronenemission angeregt wird. Die Photo
schicht ist so groß, daß sie gleichzeitig von zwei magnetischen Bildern 65, 66 beeinflußt
wird. Die auf diese Weise erzeugten bilden Elektronenbilder werden über eine elektrostatische
Elektronenoptik 67 auf eine Emissionsschicht 64 hin beschleunigt und abgebildet.
Diese Schicht ist geeignet, Sekundärelektronen zu emittieren. Diese Emissionsschicht
64 ist auf einer für beschleumgte Elektronen durchlässigen dünnen Metallhaut 25
(Lenardfenster) aufgebracht. Die Metallhaut 25 braucht aber nicht wie ein Lenardfenster
durch ein Gitter abgestützt zu werden, da sie sich ohne Druckbelastung von einer
Seite im Hochvakuumraum der Röhre 69 befindet.
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Die Konzentrationsspule 70 bewirkt, daß das von 64 kommende Elektronen-
bzw. Sekundärelek tronenbild ohne Steuerung scharf auf die folgende Stufe, eine
Emissionsschicht 71, gerichtet wird. Zu der Metallhaut 72 hin, auf der sich diese
Emissionsschicht 71 befindet und die mit einer höheren Spannung als Metallhaut 25
vorgespannt ist, wird das Elektronenbild weiter beschleunigt. In der dritten Stufe,
zwischen 7I und 73, erfolgt nun der elektronenoptische Ausgleich zwischen der Bildbewegung
vom Träger 57 her und der nun ruhenden Abbildung 8,8. Bei dieser Stufe wird durch
die Konzentrationsspule 75 das Elektronenbild, von 71 kommend, wieder -scharf auf
der Metallbaut 73 abgebildet. Gleichzeitig aber wird durch einen den Ablenkspulen
76 und 77 zugeführten Kippstrom das Elektronenbild, welches zwei folgende Bilder,
die übereinanderstehen, darstellt, so synchron zur Bewegung des Bildträgers 57 von
unten nach oben gelenkt, daß das Bildfeld 88 in der Mitte von 73 stehend erscheint.
Der Kippstrom wird den Ablenkspulen 76 und 77 (vgl. auch Schnitt E-F, Abb. 14) von
dem mit der Bildträgerbewegung synchron umlaufenden Schleifer 78 des Potentiometers
79 aus Batterie 80 zugeführt. Der Schleifer 78 selbst wird wie bei der Einrichtung
(Fig. Io) für die Aufnahme über das Zahnrad 8I und Ritzel 82 von der Zahnrolle 58
aus angetrieben, wobei Motor 83 über Schnecke8s und Schneckenrad8 die Zahnrolle
58 antreibt.
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Dieser elektronenoptische Ausgleich der Bewegung der beiden übereinanderstehenden,
vom bewegten Bildträger 57 kommenden Bilder 65, 66 (s. auch Fig. I4) zu einem ruhenden
Bild auf 73 ist ein besonderes; Merkmal der Erfindung. Er ist grundsätzlich auch
anwendbar bei der Aufnahme, wenn dort z. B. dile Elektrenenbilder als elektrische
Ladungsbilder ohne Rasterung auf den Bildträger aufgebracht werden. Der Vorteil
eines elektronenoptischen Ausgleichs der Bildbewegung liegt gegenüber einem mechanischen
Ausgleich (Mechau-Kinoprojektor) darin,-daß eben eine elektronenoptische Kippung
trägheitslos durchgeführt werden kann, während beim rein optischen Ausgleich drei
Bilder erforderlich sind, die bei der Wiedergabe mit mechanischen Mitteln überblendet
werden müssen.
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Da nun das Bildfeld 88 des Elektronenbildes, von 7I kommend, auf
der Emissionselektrode 73 ruht, kann es in einer folgenden Stufe mit Spule 89 konzentriert
nochmal bis zum Leuchtschirm gc beschleunigt werden, um dort durch den Aufprall
der Elektronen dann in ein Lichtbild umgeformt und mittels Optik 74 projiziert zu
werden.
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Die Wiedergabe des zu-lder Bildfolge gehörenden Tones erfolgt in
der bekannten Weise einer Magnettonwiedergabe. Hierbei wird die magnetische Tonspur
auf dem Träger 57 mittels des Kopfes 91 abgetastet und der von dort kommende Strom
im Verstärker 92 verstärkt und über Lautsprecher 93 als Schall abgestrahlt.
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Die Konzentrationsspulen 70, 75 und 89, die aus den Stromquellen
94, 95 und 96 über qdie Widerstände 97, 98 und 99 regelbar mit Strom versorgt werden,
können nach der Erfindung, wenn die Einrichtung nach Fig. 14 in einer Standardausführung
festliegt, durch Permanentmagnete in Ringform ersetzt werden. Es werden das die
Stromquellen mit Zubehör überflüssig. Dasselbe gilt auch für die Konzentrationsspule
24 (Fig. Io) mit der dazugehörigen Stromquelle IOO und Regelwiderstand IOI.
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Mit der Einrichtung nach Fig. I3 sind auch normale Kinofilme zu projizieren.
In diesem Fall wird der Bildfilm 102 vor dem Objektiv 103 vorbeibewegt und das beleuchteteBild
auf dem Film durch das Objektiv 1-0-3 scharf auf der Photokathode BI abgebildet.
Hier wird von dem Lichtbild ein Elektronenbild erzeugt, und der Bildverstärkungs-
und Projektionsvorgang ist derselbe, wie er schon für das magnetische bzw. elektrostatische
Bild beschrieben wurde.
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Eine weitere Möglichkeit ist, mit derselben Einrichtung auch Fernsehbilder
in Großprojektion vor-
zuführen. Zu diesem Zweck ist lediglich vor
dem Objektiv 103 eine Fernsehempfangsröhre IO4 anzuordnen. Diese Fernsehröhre kann
auch zur Beleuchtung des Bildfilms 102 benutzt werden, indem die Schirmfläche der
Röhre 104 durch den I(athodenstrahl hell ausgeleuchtet wird.