DE563070C - Einrichtung zur Steuerung von Lichtstroemen durch elektrische Felder mit Hilfe von den Kerreffekt zeigenden Fluessigkeiten - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
1. NOVEMBER 1932

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 al GRUPPE

Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft in Berlin*)

Einrichtung zur Steuerung von Lichtströmen durch elektrische Felder mit Hilfe von den Kerreffekt zeigenden Flüssigkeiten

Patentiert im Deutschen Reiche vom 23. Februar 1929 ab

Zur Steuerung von Lichtströmen durch elektrische Felder werden· vielfach Kerrzellen verwendet. An die innerhalb der Zellflüssigkeit befindlichen Elektroden werden die zur Steuerung dienenden Spannungen gelegt und einer Gleichspannung überlagert, die durch elektrochemische Einwirkung die Isolierfestigkeit der Flüssigkeit erhöht und weiter die Lage des Arbeitspunktes auf der Aufhellungscharakteristik bestimmt. Man hat auch bereits eine Anzahl von gewöhnlichen Kerrzellen in einer bestimmten Schaltung nebeneinander angeordnet und sogenannte Multi-Zellularzellen geschaffen, deren Elektroden mittels verschiedener, vorgeschalteter ,Widerstände zeitlich nacheinander beeinflußt werden sollen. Es ist weiterhin bekannt, daß die Feldstärke zwischen Anode und Kathode in der Flüssigkeit nicht konstant ist, sondern in unmittelbarer Nähe der Kathode in Richtung zur Kathode hin stark zunimmt. Man bezeichnet diesen Teil des Spannungsgefälles zwischen Anode und Kathode als>Kathodenf alL Das Vorhandensein des Kathodenfalles in der Zellflüssigkeit ist die Ursache dafür, daß die Aufhellung in dem Raum zwischen der Kathode und ihrer unmittelbaren Umgebung, über den sich der Kathodenfall erstreckt, ein Maximum hat.

Die Erfindung benutzt den Kathodenfall zur Steuerung von Lichtströmen und bezieht sich im besonderen auf den Fall der Steuerung von Lichtströmen mittels Flüssigkeiten, . die den Kerreffekt zeigen. Zu diesem Zwecke sind innerhalb der Flüssigkeiten zwei Elektroden angeordnet, zwischen welchen ein . Gleichspannungsfeld erzeugt werden kann, und eine Elektrode, die zur Steuerung dient und im folgenden als Steuerelektrode bezeichnet werden soll. Die Steuerung der Lichtströme erfolgt durch Verlagerung des Kathodenfalles mit Hilfe der Steuerelektrode. Unter Ausnutzung des Kathodenfalles ergibt die Einrichtung eine größere Steilheit der Aufhellungscharakteristik, als sie bei den obenerwähnten Kerrzellen vorhanden ist, und ermöglicht dadurch Ersparnisse an Verstärkungsmitteln, beispielsweise bei der Umformung von Schallschwingungen in Lichtschwankungen für photographische Schallaufzeichnungen. Gleichzeitig bietet sie den Vorteil, den Arbeitspunkt auf der Aufhellungs-, charakteristik durch Wahl der Gleichspannung beliebig festlegen zu können, ohne daß eine zu starke Aufhellung eintritt. .

Ein Kathodenfall tritt in Kerrzellen nicht nur bei Verwendung von Gleichspannung, sondern auch bei Betrieb der Kerrzellen mit

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr. Emil Rupp in Berlin-Frohnau,

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einer reinen Wechselspannung auf. Er ist im letzteren Falle jedoch nicht so· auffällig, weil sich die Feldrichtung ändert. In der Praxis wird aber eine Betriebsart der Kerrzelle gewählt, bei der einer Gleichspannung als Ruhespannung eine Wechselspannung überlagert wird, deren Amplitude kleiner ist als der Betrag der Vorspannung. Diese Betriebsart bewirkt, daß die Richtung des elektrischen ίο Feldes dauernd dieselbe bleibt, nur die Feldstärke ändert sich periodisch. Bei Benutzung von Kerrzellen mit nur zwei Elektroden sind diese Verhältnisse bekannt. Daß die Überlegung aber auch für die Benutzung von Kerrzellen mit drei Elektroden gilt, zeigt Abb. i, Die Elektrode 2 ist stets den Elektroden 3 und ι gegenüber positiv vorgespannt, die Kraftlinien verlaufen also stets in der Zeichenebene von" Abb. 1 senkrecht von oben nach unten. Es muß sich also stets der Kathodenfall an der Elektrode 3 bzw. 1 zeigen. Die Erfindung gibt einen_ Weg an, den Kathodenfall nach Belieben an den Ort der Elektrode .1 bzw. 3 zu verlegen durch Veränderung des Potentials der Elektrode ι gegen Elektrode 3. Ist der Schalter S geöffnet, so gehen die Kraftlinien ungehindert von der Elektrode 2 zur Elektrode i, und an der Elektrode r zeigt sich der Kathodenfall. Ist der Sehalter S geschlossen, so ist Elektrode 1 gegen Elektrode 3 positiv vorgespannt. Die Kraftlinien von Elektrode 2 versinken dann in Elektrode 3 und an der Elektrode 3 zeigt sich jetzt der Kathodenfall, und zwar verstärkt, weil jetzt zwischen den Elektroden 2 und 3 ein größerer Potentialunterschied liegt (F+v), als vordem zwischen Elektrode 2 und 1 lag (V). Auch daraus ergibt sich, wie der Kathodenfall vom Ort der Elektrode 1 an den Ort der Elektrode 3 verlagert wird.

In Abb. ι und 2 liegt an den Elektroden 1 und 2 eine Gleichspannung V, Wird die Spannung V hinreichend groß gemacht, so zeigt sich, wenn in bekannter Weise, wie bei der Kerrzelle, die Aufhellung beobachtet wird, eine Aufhellung des Raumes (J₁ +■ d_% zwischen Kathode 1 und Anode 2. Das Maximum dieser Aufhellung liegt im Raum d_s des Kathodenfalles. Zur Beobachtung benutzt wird nur der durch d_t tretende Lichtstrom, der selbst bei großer Spannung an 1 und 2 sehr gering bzw. annähernd Null ist. Zwischen den Elektroden ι und 2 sei die Steuerelektrode 3 angebracht, in diesem Beispiel an der Grenze des Kathodenfalles im Abstand d_z von der Kathode 1; sie kann gitterförmig ausgebildet sein. Wird jetzt die Steuerelektrode 3 mit dem Minuspol der Spannung ν verbunden, deren Pluspol an die Kathode 1 angeschlossen ist, so liegt zwischen Steuerelektrode 3 und Anode 2 die Spannung· V + v. Der ₁ zeigt eine verhältnismäßig starke Aufhellung, entsprechend der Spannung V + v und dem Abstande <f_x zwischen Steuerelektrode 3 und Anode 1, die am stärksten ist im ■Räume des Kathodenfalles zwischen Steuerelektrode 3 und.Anode2. Wird jetzt gemäß Abb. 2 mit der Spannung ν ein Widerstand 4 zwischen Kathode 1 und Steuerelektrode 3 in Reihe geschaltet, so kann durch Änderung dieses Widerstandes 4 der Kathodenfall verlagert und dadurch die Aufhellung des Raumes d_t variiert werden. Ist der Widerstand gleich Null, so wirkt auf dem Raum d_± die Spannung V + v, was mit einer entsprechenden .Aufhellung des Raumes d_± verbunden ist. Ist er indessen gleich 00 bzw. sehr groß, so wirkt nur auf dem Raum O₁ + d₂ die "Spannung V, so daß der Raum d_t nur eine minimale, durch die Wahl der Größe von V anfangs bestimmte Aufhellung zeigt. Man kann durch Variation des Widerstandes 4 und Beobachtung des Raumes, di die Aufhellüngscharakteristik aufnehmen. Bei einer " vom Wider standswerte gleich Null ausgehenden Vergrößerung des Widerstandes nimmt die Feldstärke im Räume d_t nicht nur abnehmende Werte an, entsprechend der Verringerung der Spannung zwischen Steuerelektrode 3 und Anode 2, sondern zeigt infolge des sich nach der Kathode hin verschiebenden Kathodenfalles eine schnellere Abnahme.

Die beschriebene Steuerung von Lichtströmen durch Verlagerung -des Kathodenfalles kann natürlich auch erfolgen, wenn unter Fortlassung der Spannung V die Steuer- elektrode 3 direkt über den Widerstand 4 mit der Kathode verbunden ist. Bei Verwendung einer Spannung ν kann diese klein gegen die Spannung V sein.

Durch Variation des Widerstandes 4 im Rhythmus von elektrischen Schwingungen ist ein durch den Raum d{ geschickter Lichtstrahl im Rhythmus der Schwingungen- zu steuern. Als solch ein steuerbarer Widerstand kann erfindungsgemäß eine Elektronenröhre verwendet werden, deren Gitter die Steuerspannung zugeführt wird.

Ein Ausführungsbeispiel ist in Abb. 3 dargestellt. Zwischen der Kathode 1 und der Steuerelektrode 3 ist die Elektronenröhre 5 und die Spannung ν geschaltet, die gleichzeitig als Änodenspannüng für die Röhre 5 dient. An das Gitter 6 der Röhre 5 sind dann beispielsweise die elektrischen Schwingungen zu legen, die in Lichtschwankungen umgeformt werden sollen. . ^ .

Zur Einregelung der Anodenspannung der Röhre 5 bzw. Einstellung des Arbeitspunktes auf der Aufhellungscharakteristik, können weiterhin-.Widerstände, vorgesehen sein, die beispielsweise mit der Spannung ν und der

Röhre 5 in Serie geschaltet sind. Eine Kerrzelle ist nämlich, elektrisch gesprochen, kein reiner Kondensator, sondern ein Kondensator mit parallel geschaltetem Ohmschen Widerstand..

Die Abb. 2 und 3 sind daher durch die Widerstände R₁, R₂ zu ergänzen, die den Kondensatorstrecken U₁ und d₂ parallel geschaltete Ohmsche Widerstände bedeuten, die '-aus der Leitfähigkeit des Kerrmediums resultieren. Die Batterie ist durch die Ohmschen Widerstände 4 und R₂ überbrückt, und die Spannung an dem Verknüpfungspunkt von R₂ und 4 und damit an der Elektrode 3 wird geändert, wenn der Widerstand 4 sich ändert, da R₂ konstant bleibt. Das geht aus Abb. 2 hervor. Im Fall der Einschaltung einer Röhre liegt an der Röhre 5 (Abb. 3) die Anodenspannung V über dem Anodenwiderstand R₂.

ao Durch Veränderung des Gitterpotentials am Gitter 6 der Röhre wird die Emission und damit der Widerstand der Röhre 5 geändert. Die Röhre 5 (Abb. 3) stellt also einen veränderlichen Widerstand^ dar, und alles dort Gesagte ist hier anzuwenden.

Auf diese Weise kann das Potential an der Elektrode 3 und damit die Feldstärke in dem Räume zwischen den Elektroden 2 und 3 variiert werden.

Ein besonderer Vorteil der beschriebenen Einrichtung besteht darin, daß auch bei verhältnismäßig großem Abstand ^₁ zwischen Steuerelektrode 3 und Anode 2 ausreichende Aufhellungen des Raumes d₁ und vollständige Aussteuerung zu erreichen sind durch entsprechende Wahl der Spannung V und des Potentialunterschiedes zwischen Steuerelektrode und Kathode.

Die Steuerelektrode wird vorzugsweise an der Grenze des Kathodenfalles oder deren Umgebung zwischen Kathode- und Anode angeordnet.

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel bestehen die Elektroden aus Platten, deren Ebenen parallel sind. Bei anderen Elektrodenformen ist die Erfindung in gleicher Weise anwendbar.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Steuerung von Lichtströmen durch elektrische Felder mit Hilfe von den Kerreffekt zeigenden Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Flüssigkeiten zwischen zwei Elektroden für Gleichspannung eine Elektrode zur Steuerung angeordnet ist, und daß die Steuerung durch Verlagerung des Kathodenfalles erfolgt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Steuerelektrode und Kathode Widerstände geschaltet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an Steuerelektrode und Kathode Widerstände und Spannungen in Reihe geschaltet sind, deren Minuspol vorzugsweise der Steuerelektrode zugekehrt ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Steuerelektrode und Kathode elektrisch steuerbare Widerstände, beispielsweise Elektronenröhren, vorgesehen sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Steuerelektrode und Kathode elektrisch steuerbare Widerstände, beispielsweise Elektronenröhren, und Spannungen ge-

■ schaltet sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß außer elektrisch steuerbaren Widerständen, beispielsweise Elektronenröhren,, und Spannungen zwischen Steuerelektrode und Kathode Widerstände vorgesehen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen