Превращение отдельных частиц изображения помощью фотоэлементов в пульсирующие электрические токи и передача этих пульсаций по проводам или при помощи радиопередачи по волнам-носительницам, а также вполне удовлетворительное управление светом у приемника, не представляют затруднений для современной техники токов высокой частоты и усилителей. Но разложение изображения в передатчике и синхронное правильное по фазе соединение элементов изображения в приемнике представляют собою трудности.
Описываемое изобретение имеет в виду устройство, предназначающееся для быстрого разложения
изображения на отдельные плоские элементы и для синхронного соединения этих элементов в приемнике. Для этой цели применяется пространственно ограниченный пучок света, состоящий из параллельных лучей, проходящих через одну или несколько светораспределительных камер, состоящих из нескольких тонких слоев вещества, способного изменять свои оптические свойства. Существенной особенностью является то обстоятельство, что отдельные слои можно помощью электрических напряжений заставить изменить свои оптические свойства, один слой за другим,в последовательные моменты времени. Две таких светораспределительных камеры можно установить в передатчике и две в приемнике и управлять ими синхронно, заставляя работать с одинаковой частотой. Свет от передаваемого изображения пропускается при этом через обе камеры передатчика раньше, чем он достигнет фотоэлемента. Точно также лучи источника света в приемнике, изменяющиеся под влиянием электрических .импульсов, посылаемых фотоэлементом, пропускаются сквозь две светораспределительные камеры и управляются ими совершенно так же, как и лучи в передатчике. Для описываемого управления лучами можно воспользоваться известным явлением двойного электрического лучепреломления, называемого явлением Керра. В данном случае для этого необходимо, чтобы отдельные чувствительные к свету слои представляли собою диэлектрик многопластинчатого конденсатора так называемой клетки Керра, при чем следует принять меры, чтобы отдельные пластины конденсатора получали электрическое воздействие не одновременно, а одна после другой. Благодаря явлению Керра, можно при этом добиться того, что как горизонтальные, так и вертикальные ряды лучей от изображения будут проходить через клетку Керра не одновременно, а последовательно друг за другом. Если при этом частота электрических импульсов, прилагаемых к первой светораспределительной камере, будет во много раз больше, чем частота их во второй камере, расположенной перпендикулярно к первой, то каждый пункт пересечения горизонтального и вертикального ряда лучей может перемешаться по всей поверхности изображения, и изображение окажется разложенным на точки. ТаКИМ образом, при помош,и явления Керра отдельные линии изображения управляются электро-оптически, а именно, то затемняются, то вспыхивают.
Вместо явления Керра можно воспользоваться для электро-оптического управления светом другим физическим явлением, известным под названием явления Бис и состоящим в том, что оптические свойства прозрачного тела изменяются под влиянием механических напряжений, возникающих в этом теле, особенно когда оно приходит в состояние свободного колебания. Опыты Кади показали, что под влиянием переменных токов высокой частоты пиезо-электрические кристаллы начинают совершать свободные колебания или колебания, частота которых гармонична с частотой собственных колебаний, каждый раз, когда получается резонанс с действующими на кристалл электрическими колебаниями. Этот пиезо-электрический эффект, который особенно проявляется у кварца, но наблюдается также и у целого ряда других кристаллов, может быть, согласно описываемому изобретению, применен для разложения изображения на элементы и для составления из этих элементов изображения; для этого вместо того, чтобы делать отдельные оптически изменяемые слои из жидкого диэлектрика, их можно сделать из способных колебаться кристаллов, например, из тонких листочков кварца, отшлифованного в направлении его осей. Здесь важно, чтобы каждый из сложённых слоями листочков, между которыми помещены конденсаторные обкладки, имел собственный период колебаний, разнящийся от периодов других листочков.
На фиг. 1-8 изображены схемы, поясняющие устройство и действие предлагаемого аппарата.
На фиг. 1 схематически показан принцип разложения передаваемого изображения. Стрела изображает плоскость передаваемого изображения Т. От этой плоскости исходят параллельно направленные световые лучи, которые проходят че рез поляризатор 2, через вертикально расслоенную светораспределительную камеру 3, через горизонтально расслоенную такую же камеру 4 и через анализатор 5
клетки Керра, после чего они преломляются линзой 6 и собираются в фокусе 7. У передатчика в фокусе находится фотоэлемент, который, как известно, превращает световые импульсы в электрические, последние же могут быть переданы по проводам или посредством радиоволн на приемную станцию.
Разложение изображения 1 на отдельные световые точки, действующие на фотоэлемент последовательно одна за другой, достигается тем, что, прилагая электрическое возбуждение последовательно к разным слоям светораспределительной камеры, заставляют свет проходить сквозь них неодновременно. Но чередование моментов пропуска света через камеру 4 происходит гораздо быстрее, чем через камеру 3, а именно за то время, когда камера 3 сделает один пропуск света (т.-е. через один слой), камера 4 успеет сделать все последовательные пропуски (т.-е. последовательно через все свои слои). Применение электрических импульсов для пропуска света позволяет осуществить полный цикл чередования в течение одной дробной доли секунды.
Как упоминалось выше, на приемной станции имеются две светораспределительные камеры 3 и 4, расположенные так же, как показано на фиг. 1. Отличие приемной станции от передающей заключается исключительно в том, что на приемной станции в фокусе 7 линзы б помещается не фотоэлемент, а источник света, например точечная вольфрамовая лампа, который изменяет свой свет под влиянием электрических токов, посылаемых фотоэлементом передатчика. В качестве прибора для изменения света от электрических токов может быть применена клетка Керра, помещенная в точке 7. Эта клетка может быть общепринятого типа, так как в данном С71учае вся ее задача сводится к управлению мощным источником света помощью приходящих от передатчика фотоэлектрических
токов. Лучи света, претерпевающие в точке 7 изменение яркости, превращаются линзой б в параллельные лучи и пропускаются сквозь призму Николя 5. Эта призма играет в приемнике роль поляризатора. Далее лучи проходят через две светораспределительных камеры 4 и 3, затем через призму Николя 2, играющую роль анализатора, и наконец, достигают экрана 1. Так как камеры 4 и 3 приемника управляются электрически и действуют синхронно с камерами 3 и 4 передатчика, то каждый пункт пересечения лучей в приемнике всегда расположен в пространстве точно так же, как соответствующий пункт пересечения в передатчике, и дает на соответствующей точке экрана 1 ту же силу света, которая имеется в такой же точке оригинального изображения.
На фиг. 1, которая представляет собою чисто схематический рисунок, камеры 3 и 4 изображены только с пятью управляемыми электрооптически слоями. Для разложения изображения требуется гораздо больше слоев. Так, например, если желают разложить изображение на 10.000 точек, то каждая камера должна иметь по 100 (сто) слоев, что можно выполнить технически, применяя достаточно тонкие слои. Поляризаторы и анализаторы 2 и 5 лучше изготовлять не из природного известкового шпата, а из искусственных кристаллов натриевой селитры (азотнокислый натрий), которые более пригодны для этой цели и могут быть получены в больших кусках хорошего качества. Если у приемника в точке 7 (фиг. 1) применена с целью безинерционного управления светом отдельная клетка Керра, то можно обойтись без анализатора этой клетки или без поляризатора 5, так как выходящий из клетки Керра 7 свет уже поляризован.
На фиг. 2 показана схема электрических соединений светораспределительной камеры с источником переменного тока для случая, когда
управление камерой производится по принципу явления Керра. Конденсаторные пластины, представляющие собою одну из обкладок конденсатора, соединяются в данном случае непосредственно с одним полюсом источника переменного тока да, в то время как пластины, образующие вторую обкладку конденсатора, соединяются со вторым полюсом источника тока через катушки или реостаты с, d, е, /, величина сопротивления которых неодинакова, а для каждой последующей пластины увеличивается сравнительно с предыдущей пластиной. Только у провода Ь, ведущего к первой пластине, такой реостат может отсутствовать.
Следовательно, электрические импульсы сообщаются разным пластинам конденсатора неодновременно, так как сопротивления с, d, е, f вызывают смещение фазы. Время запаздывания импульса одной пластины относительно другой зависит от величины кажущихся сопротивлений Ь, с, d, е, f. Для того, чтобы амплитуда напряжения у отдельных конденсаторных пластин была приблизительно одинакова, можно включать в ведущие к пластинам провода кроме омических также и индуктивные сопротивления.
Слои светораспределительных камер не должны быть расположены непременно перпендикулярно друг к другу. Иногда их выгоднее поместить под косым углом. В этом случае рещетка передаваемого изображения будет иметь .форму, показанную на фиг. 3, при чем отдельные элементарные плоскости изображения будут иметь форму ромбов. При подобном расположении конденсаторных пластин требуется меньщее вращение плоскости поляризации, следовательно меньщее электрическое напряжение на пластинах. Вместо слоев, регулирующих свет по принципу явления Керра, можно применить другие принципы, как например, явление Био. В последнем случае вместо
нитробензола, применяемого в клетке Керра, можно применить колеблющиеся кристаллы. Если заставить действовать переменные электрические токи на составленные из колеблющихся кристаллов светораспределительные камеры и непрерывно изменять частоту электрического тока в пределах, обусловленных частотою собственных колебаний кварцевых листочков, то в каждый данный момент будут свободно колебаться только те кристаллы, которые в этот момент находятся в резонансе с частотой электрического тока. Таким способом достигается, что только в определенном месте и только в определенный момент проходящие сквозь светораспределительные камеры поляризованные световые лучи претерпевают оптическое изменение, так что при надлежащей регулировке поляризатора и анализатора каждый раз получается увеличение яркости, света. Благодаря тому, что частота управляющего электрического тока второй камеры, расположенной перпендикулярно к первой, в несколько раз больще частоты первой камеры, и что частоты эти могут передаваться к приемнику вместе с частотами, передающими степень яркости отдельных точек картины как по проводам, так и без проводов с помощью модулированных волн-носительниц, имеется возможность добиться синхронизма между передатчиком и приемником. Нет необходимости, чтобы лучи от изображения проходили сами сквозь пиезо-электрический кристалл; лучще воспользоваться колеблющимися кристаллами для управления другим прозрачным телом, например, тонкими стеклянными полосками, механически связанными с кристаллом, например, склеенными с ним. В этом случае стеклыщко будет колебаться с частотой собственных колебаний кристалла и соответственно изменять проходящие лучи света. Такой способ представляет много преимуществ, главное из которых состоит
в том, что свет не претерпевает хроматического изменения, как в кварце, но остается белым. Второе преимущество заключается в том, что колебания кварца получают механическое средство для затухания, что уменьшает резкое раскачивание колеблющихся кристаллов и уменьшает инерцию системы.
На фиг. 4 схематически показана одна из пиезо-электрических кристаллических камер, соответствующих описываемому изобретению, при чем число изображенныхкристаллов на этой фигуре не соответствует действительности. Колебания, возникающие в колебательном контуре лампового генератора колебаний 1 передаются посредством трансформатора связи 2 обкладкам 3 и 4 кристаллической камеры. Расположенные между обкладками кристаллы 5-12 имеют, как видно из чертежа, различную длину и вследствие этого различный период собственных колебаний. Если непрерывно изменять частоту колебаний в контуре 1 посредством вращающегося конденсатора 13 то отдельные кристаллы 5-12 приходят в состояние собственного колебания один после другого, так что управление поляризованным светом, проходящим через эти кристаллы, может быть осуществлено так, как описывается в настоящем изобретении. Совершенно такое же управление производится и во второй кристаллической камере, расположенной перпендикулярно к первой, с тем только различием, что частота собственных колебаний кристаллов, а следовательно и управляющая ими частота во второй камере, гораздо выше, чем в первой.
Применение колеблющихся кристаллов представляет то преимущество, что для электрического возбуждения камер нет надобности в применении особых проводящих слоев между отдельными кристаллами. Для каждой камеры, составленной из многих кристаллических слоев, достаточно иметь всего два электрода или две пластины конденсатора, к которым подводится электрическое напряжение, возбуждающее отдельные слои, как это изображено на фиг. 5. Отдельные листочки кристаллов можно не только положить непосредственно друг на друга, но даже сдавить вместе, при чем действие управляющей частоты на оптические свойства кристаллов нисколько не пострадает. Даже в том случае, когда кристаллические слои сдавлены с очень большой силой, колебания отдельного кристалла не нарушают действия смежных с ним других кристаллов. При таком сдавливании получается незначительное изменение периода собственных колебаний кристаллов, но достигается то преимущество, что затухание собственных колебаний увеличивается и вследствие этого инерция кристаллической системы уменьшается. Сокращение времени затухания отдельных кристаллов, из которых каждый в нормальном состоянии дает очень малое затухание, имеет особенно большое значение при очень мелком подразделении изображения на точки и при очень больших скоростях передачи (дальновидение), так как позволяет получить быстрые оптические изменения проходящих сквозь кристаллы световых лучей.
В качестве пиезо-электрического кристалла наилучшим материалом для светораспределительных камер оказался кварц. Но подобные ему анизотропные кристаллы обладают тем недостатком, что дают хроматическую поляризацию, т.-е. вызывают цветную окраску у проходящего света. Чтобы устранить окрашивающее действие, вызываемое так называемой дисперсией вращения, применяется такое устройство обеих светораспределительных камер, при котором хроматическая поляризация, даваемая одной камерой, уничтожается второй камерой. Указанного результата можно достигнуть, делая, например, систему горизонтальных кристаллических слоев из кристаллов кварца.
вращающих плоскость поляризации влево, а вертикальную систему слоев из кристаллов, вращающих плоскость поляризации вправо, как представлено схематически стрелками на фиг. 6. Подобное устройство совершенно устраняет хроматическое окращивание проходящего белого света и дает возможность получать полное потемнение и полное просветление в поле зрения. Желая еще больще упростить светораспределительную камеру, можно заменить отдельные листочки кристалла одним целым анизотропным кристаллом, например, применить одну кварцевую призму, заполняющую всю щирину картины. Здесь играет существенную роль свойство структуры кристалла, состоящее в том, что отдельные параллельные слои целого кристалла можно заставить колебаться с различными собственными периодами колебаний точно так же, как и слои составной призмы.
Для управления светом с целью дифференцирования степеней яркости отдельных точек картины можно также применить в точке 7 приемника (фиг. 1) вместо клетки Керра пиезо-электрический кристалл, если только затухание собственных колебаний кристалла будет достаточно велико, при чем для увеличения затухания можно использовать как сдавливание, так и приклеивание к кристаллам изотропных прозрачных веществ (например, стекол).
Нет строгой необходимости иметь особенный орган в точке 7 приемника (фиг. 1) для управления силой света. Можно обойтись без этого органа, если одна из двух светораспределительных камер приемника или обе вместе возьмут на себя функцию светорегулирующего органа для отдельных точек передаваемого изображения. Для этого требуется только, чтобы электрические токи, исходящие из фотоэлемента передатчика, служили для модуляции тех передаваемых на приемную станцию токов, которые
служат для управления светораспределительными камерами приемника.. В этом случае с передаточной станции на приемную достаточно передавать только следующие токи: 1) управляющие токи для пропусков света в первой светораспределительной камере и 2) управляющие токи для пропусков света во второй камере. При этом на приемной станции достаточно иметь только один источник постоянной силы света и две светораспределительных камеры. Первая камера возбуждается одной из двух меняющих частот, служащих для управления камерами, а вторая камера возбуждается той управляющей частотой, которая предварительно модулирована. Можно также сделать, чтобы оба управляющие камерами тока были одновременно модулированы токами, исходящими иа фотоэлемента, так что фотоэлектрический ток передаточной станции будет одновременно влиять на оптические процессы в обеих светораспределительных камерах приемника. Для беспроволочной передачи управляющих камерами токов применяется одна общая волнаносительница, обладающая высокой частотой. На приемной станции переменные управляющие токи демодулируются обычными в радиотелефонии средствами, например, с помощью выпрямителя.
Система передачи изображений показана схематически на фиг. 7 и 8. Для обяснения только принципа изобретения на схеме показаны лишь самые необходимые приборы высокой частоты, при чем здесь можно применить все известные в радиотехнике модуляционные и усилительные приборы и схемы, подходящие для данной цели.
Фиг. 7 изображает передатчик изображений, фиг. 8-приемник.
На фиг. 7 в качестве генератора незатухающих колебаний показана катодная лампа 1 с обратной связью, посылающая волну - носительницу в связанную с лампой антенну 2. В анодную цепь лампы 1 включена
лампа-модулятор 3, видоизменяющая короткую волну, производимую лампой 1. В контуры колебаний двух катодных ламп 4 и 5 включены вращающиеся конденсаторы б и 7. Лампы 4 и 5 со своими переменными конденсаторами дают токи меняющейся частоты, необходимые для управления камерами 8 и 9 (фиг. 7), которые связаны с контурами колебания ламп 4 и 5 катушками связи 10 и 11. Конденсаторы 6 и 7 могут быть связаны между собой механической передачей так, чтобы конденсатор 7 вращался во много раз быстрее конденсатора 6. Отношение числа оборотов конденсаторов 6 и 7 зависит от числа пропускаемых сквозь камеры 8 и 9 световых полос изображения и зависит, следовательно, от мелкости разделения картины на точки и от величины обеих камер 8 и 9. Если число полос, на которые разделено изображение, равняется, например, 100, то конденсатор 7 должен вращаться в сто раз быстрее конденсатора 6. Пределы, в которых изменяется частота конденсаторами б и 7, также различны для обоих конденсаторов. Эти пределы зависят от величин периода собственных колебаний в отдельнь1Х кристаллах камер 8 и 9, при чем необходимо, чтобы кристаллы камеры 8 имели другие периоды собственных колебаний, чем кристаллы камеры 9.
Управляющие токи, производимые лампами 4 и 5, действуют через посредство двух трансформаторов 12 и 13 на регулирующий элемент лампы-модулятора 3, модулирующей колебания, даваемые лампой 1. Из схемы видно, что модуляция изменяется также и от действия фотоэлемента 14, а именно, когда фотоэлемент находится в темноте и сопротивление его бесконечно велико, то никакой модуляции не происходит, в то время как при освещенном фотоэлементе 14 модулирующие токи более или менее ослабляются в зависимости от степени освещенности фотоэлемента.
Из приведенных выше обяснений и при сравнении с фиг. 1 видно, что свет, поступающий от передаваемого изображения 15 через поляризатор 16, управляется камерами
8и 9 соответственно тем частотам, которые дают катодные лампы 4 и 5; таким образом, изображение разлагается на свои отдельные элементы. После этого через анализатор 17 проходят по очереди одна за другой отдельные точки изображения, имеющие разные степени яркости, и, пройдя линзу 18, достигают фотоэлемента 14. Фотоэлемент 14 изменяет соответственно яркости света производимую катодной лампой 1 волну-носительницу, или же те токи, которые модулируют эту волну, как описано выше.
Модулированная описанным способом волна-носительница достигает изображенной схематически на фиг; 8 антенны 19 и демодулируется или же выпрямляется в детекторной цепи 20. Помощью двух трансформаторов 21 и 22 можно осуществить управление обеими светораспределительными камерами 8а и 9а, которое будет происходить синхронично с управлением камерами 8 и 9 передатчика на фиг. 7.
Но в то время, как камеры 8 и
9передатчика полностью открываются или закрываются под действием катодных ламп 4 и 5, в камерах 8а и 9а приемника открывание происходит под контролем управляющего тока, который, в свою очередь, изменяется под влиянием фотоэлемента 14. Таким образом, световые лучи, испускаемые постоянным источником света 23, проходящие через линзу 24 и.поляризатор 25 в камеры 8а и 9а, подвергаются не только пространственному распределению, но и под действием камер 8а и 9а также и изменению в отношении яркости, так что лучи, прошедшие через анализатор 26, дают на приемном экране 27 правильное изображение передаваемой картины 15.
Вместо непосредственного воздействия фотоэлемента 14 на модулирующую лампу 3, можно применить косвенное действие, например, по схеме мостика Уитстона, так как важно только, чтобы фотоэлемент вызывал изменения токов высокой частоты, посылаемых лампой 1, и в то же время не оказывал никакого модулирующего влияния на токи, управляющие светораспределительными камерами самого передатчика- Если требуется модулировать только одну из управляющих частот, то катушка связи Ю камеры 8 может отсутствовать.
Непрерывное изменение управляющих частот в передатчике может быть осуществлено вместо вращающихся конденсаторов вращающимися катущками самоиндукции и другими подходящими способами. Можно также применить вместо непрерывного изменения частоты изменение скачками (ступенйми), для чего можно изТченить соответствующим образом конструкцию вращающегося конденсатора или применить специальное устройство с вращающейся связью.
Вместо катодной лампы 1 с обратной связью можно применить генератор токов высокой частоты с посторонним возбуждением, а вместо беспроволочной передачи применить передачу направленными вдоль проводов токами носителями,
Предмет патента.
1. Аппарат для электрической телефотографии и телескопии, основанный на разложении света от передаваемого предмета на элементарные пучки и отбрасывании их в последовательном порядке на фотоэлемент и одновременного с ним воспроизведения изображения на фотографической пластине или на экране, или другим способом в приемной станции при посредстве подобных же пучков, характеризующийся применением светораспределительных камер, состоящих из нескольких тонких слоев вещества, в которых могут возникать электрооптические явления Керра, каковые слои расположены между пластинами отдельных конденсаторов (фиг. 1, 2, 3), при чем эти последние конденсаторы соединены с общим источником тока w постоянной частоты при помощи параллельных проводников с различными сопротивлениями h, с, d, е, служащими для получения сдвига фаз (фиг. 2)-, с целью пропускания через указанные слои поочередно одного за другим параллельных пучков света (фиг. 1), поляризованных анализатором 2 и поляризатором 5 или другими подобными приспособлениями и падающих, на передаточной станции от предмета 1 на фотоэлемент 7 или на приемной станции - от постоянного источника света 23 на экран 27 или- другой приемник (фиг. 8).
2.Видоизменение аппарата, охарактеризованного в п. 1, отличающееся тем, что между пластинками конденсаторов помещены слои вещества 5, 6...12, в которых может возникать пиезо-электрический эффект, настроенные на разную частоту (фиг. 4), и что вместо источника тока постоянной частоты применен источник переменной частоты, состоящий из генератора 1 и вращающегося конденсатора 13 -или другого приспособления для периодического изменения частоты.
3.Видоизменение аппарата, охарактеризованного в п. 1 и 2 отличающееся тем, что, в случае пользования в светораспредеяительных камерах веществом, в котором, возникает явление пьезоэлектрического резонанса, вместо отдельных конденсаторов применяется общий, состоящий из двух наружных проводящих пластин (фиг. 5).
4.Видоизменение аппарата, охарактеризованного в п.п. 1, 2 и 3, отличающееся тем, что слои составляются из равных по длине кусков, с целью увеличения общей площади камер.
5.Видоизменение аппарата, охарактеризованного в п.п. 1, 2, 3
и 4, отличающееся тем, что к наружным граням камеры прикреплены стеклянные пластины, с целью увеличения коэффициента затухания резонирующих слоев и усиления оптического эффекта резонанса.
6.Видоизменение аппарата, охарактеризованного в п.п. 1, 2, 3, 4 и 5, отличающееся тем, что, в случае применения в камерах в качестве оптического вещества кварца, в двух соседних камерах применяются сорта кварца, вращающие плоскость поляризации один вправо, а другой влево (фиг. 6).
7.Видоизменение аппарата, охарактеризованного в п.п. 1, 2, 3,
4, 5 и б, отличающееся тем, что камера составляется, вместо отдельных слоев, из одного целого куска.
8. Видоизменение аппарата, охарактеризованного в п. 1 и 2, отличающееся тем, что цепь источника тока переменной частоты связана через посредство трансформаторов 12 и 13 (фиг. 7) или другим способом с цепью фотоэлемента 14, с целью .модуляции этим последним токов, которые управляют светораспределительными камерами 8, 9, 8а, 9а вместо тока, питающего источник света 23 приемной станции.
фиг 1
фиг. 7
