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Anordnung zur Steuerung von Stromverbrauchern in Abhängigkeit von
einer Spannung Es ist bereits bekannt, den Widerstand eines Fotoleiters mit Hilfe
eines elektrolumineszierenden Leuchtkondensators zu steuern. In diesem Falle liegt
der Fotoleiter dem Leuchtkondensator gegenüber. Die Beeinflussung erfolgt durch
die gegenseitige optische Kopplung der beiden Elemente. Die Abhängigkeit der Leitfähigkeit
des Fotoleiters von der an den Leuchtkondensator angelegten Spannung ist dabei durch
die physikalischen Eigenschaften des Fotoleiters und des Leuchtkondensators bestimmt.
Sie kann nur in kleinem Maße und nur durch umständliche, schwierig vorher zu bestimmende
Präparation der Leuehstoffe und der fotoleitenden Stoffe verändert werden.
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Zur visuellen Anzeige einer Spannungsgröße sind auch Leuchtkondensatoren
bekannt, bei denen sich die leuchtende Fläche mit der an den Kondensatoren angelegten
Spannung ändert.
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Die Erfindung stellt sich nun die Aufgabe, aus diesen bekannten Elementen
eine elektrische Steuervorrichtung, welche beliebig vorgegebene Steuerfunktionen
ausführen kann, zu schaffen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem elektrolumineszierenden
Leuchtkondensator, bestehend aus zwei leitenden Schichten, von denen mindestens
eine strahlungsdurchlässig ist, und einer dazwischen angeordneten elektrolumineszierenden
Schicht, deren Strahlung die Leitfähigkeit von Fotoleitern beeinflußt, erfindungsgemäß
mindestens in einer Richtung die Größe der lumineszierenden Fläche mit der Größe
der an ihn angelegten Spannung geändert und durch diese Flächenänderung die Leitfähigkeit
der Fotoleiterschicht maßgeblich beeinflußt. Durch eine verschiedenartige Zuordnung
von Elementen der lumineszierenden Fläche des Leuchtkondensators zu entsprechenden
Flächenelementen der Fotoleiter können also beliebig vorgegebene Steuerfunktionen
erzielt werden.
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Soll z. B. die Steuerfunktion das Verhalten einer Schaltfunktion zeigen,
d. h. soll bei einem bestimmten vorgegebenen engen Spannungsbereich der Steuerspannung
eine sehr schnelle Abnahme des Widerstandswertes des Fotoleiters auf- einen mehr
oder weniger ausgeprägten, niederen Sättigungswert erfolgen, so wird die Anordnung
so gewählt, daß die Fotoleiter in der Richtung, in der sich die lumineszierende
Fläche des Leuchtkondensators ändert, nur wenig, in der anderen dazu senkrechten
Richtung jedoch in starkem Maße ausgedehnt sind. Die Erzielung der geforderten Schaltfunktion
wird neben dieser räumlichen Zuordnung und Ausführung der Fotoleiter und des Leuchtkondensators
noch in besonderer Weise dadurch unterstützt, daß sich die Leuchtdichte eines elektrolumineszierenden
Kondensators bei niederen elektrischenFeldstärken in starkem Maße und bei höheren
Feldstärken jedoch in wesentlich geringerem Maße ändert. Es entsteht ein ausgeprägter
Schwellwert und ein mehr oder weniger ausgeprägter Sättigungswert der Lichtemission.
Diese besondere Eigenschaft der Abhängigkeit der Lichtemission von der Feldstärke
kann im vorliegenden Anwendungsfalle der Erfindung durch die Verwendung eines geeigneten
Leuchstoffes, eines geeigneten Dielektrikums oder durch entsprechende Wahl der Betriebsbedingungen,
wie z. B. hohe Wechselfrequenz, in vorteilhafter Weise noch besonders verstärkt
werden. Auch beim Fotoleiter zeigt sich je nach Art und Präparierung des fotoleitenden
Stoffes sowie der Schichtherstellung mit zunehmender Belichtung eine Verringerung
der Zunahme der Leitfähigkeit. Der Sättigungscharakter der Steuerkurve des elektrolumineszierenden
Leuchtkondensators wird also in der gesamten Wirkung der Steuervorrichtung noch
verstärkt.
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Die Fotoleiter können auch entlang der Richtung, in der sich die lumineszierende
Fläche des Kondensators ändert, angeordnet sein. In diesem Falle ist die Anordnung
vorzugsweise so getroffen, daß die Änderung der lumineszierenden Fläche des Leuchtkondensators
die Leitfähigkeit der Fotoleiter entscheidend beeinflußt. Je nach der Zuordnung;
der Elemente der
veränderlichen lumineszierenden . Fläche zu entsprechenden
Flächenelementen der Fotoleiter kann die Steuerfunktion vorgegebenen Steueraufgaben
angepaßt werden. Beispielsweise kann der Leuchtkondensator so ausgeführt sein, daß
entlang einer Richtung die Stärke der elektrolumineszierenden Schicht stetig bzw.
unstetig zunimmt oder abnimmt. Den entlang dieser Richtung angeordneten Flächenelementen
des Leuchtkondensators sind entsprechende Flächenelemente eines Fotoleiters zugeordnet.
Diese Zuordnung kann z. B. so sein, daß entlang dieser Richtung die Größe der Fläche
des Fotoleiters und oder der elektrolumineszierenden Flächenelemente zu- oder abnimmt.
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Die Änderungen der lumineszierenden Fläche des Leuchtkondensators
in mindestens einer Richtung kann durch eine unterschiedliche, an dem Leuchstoff
wirksame Feldstärke oder eine unterschiedliche Aktivierung des Leuchtphosphors erzielt
werden. Die unterschiedliche Feldstärke läßt sich z. B. durch eine verschiedene
Spannung, welche an die zugehörigen Leitschichtelemente eines Leuchtkondensatorelementes
angelegt wird, erzielen. Auch eine unterschiedliche Dielektrizitätskonstante des
Dielektrikums, in die der Leuchtstoff eingebettet ist, oder die Anordnung einer
weiteren zwischen den Leitschichten befindlichen Schicht mit unterschiedlicher Dielektrizitätskonstante
oder unterschiedlicher Stärke wird in Vorschlag gebracht.
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Außerdem wird noch vorgesehen, daß die Fotoleiter nicht nur durch
den Leuchtkondensator, sondern noch zusätzlich durch eine weitere Strahlungsquelle,
gleichgültig, ob korpuskulare Strahlung oder elektromagnetische Strahlung, zu beeinflussen.
Die Strahlenquelle kann z. B. ein weiterer Leuchtkondensator, eine Glühlampe, eine
Gasentladungslampe, eine radioaktive Strahlenquelle sein. Die Intensität der Strahlenquelle
kann konstant sein; sie kann aber auch durch eine elektrische Größe in ihrer Intensität
beeinflußt werden. In diesem Falle läßt sich eine Steuerfunktion herstellen, bei
der z. B. durch zwei elektrische Spannungen der Widerstand des Fotoleiters beeinflußt
werden kann. Die jeweilige Steuerfunktion kann durch entsprechende Anordnung, Gestaltung
und Eigenschaft der Fotoleiter, der Leuchtkondensatoren und/oder der Strahlenquelle
beliebig verändert werden.
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Die Erfindung sei nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt einen Querschnitt und die Fig. 2 eine Draufsicht einer
erfindungsgemäßen Steueranordnung.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel soll in mehreren Schaltkreisen bei
verschieden vorgegebenen, voneinander unterschiedlichen Spannungswerten der Steuerspannung
ein Schaltvorgang durchgeführt werden.
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Auf einer elektrolumineszierenden Schicht 1, z. B. einer Kunststoffschicht,
in welcher ein geeigneter elektrolumineszierender Leuchtstoff eingebettet ist, befindet
sich eine elektrisch leitende, optisch durchsichtige Schicht 2. Als Leuchtstoff
kann z. B. ein mit Kupferüberschuß aktivierter Zinksulfidleuchtstoff verwendet werden.
Die Leitschicht 2 kann eine dünn aufgedampfte Metall- oder Halbleiterschicht, wie
z. B. eine Aluminium-, Wolfram- oder Zinnoxydschicht, sein. Eine weitere Schicht
3 ist als Widerstandsschicht ausgebildet. Der Längswiderstand dieser Schicht ist
gegenüber dem Querwiderstand der elektrolumineszierenden Schicht so bemessen, daß
längs der Schicht 3 ein merklicher Spannungsabfall auftritt. Die Schicht kann z.
B. aus Kohle bestehen. Ein Pol, der die Elektrolumineszenz erregenden Spannungsquelle
4, die z. B eine Wechselspannung von einigen 100 V und einigen 100 Hz sein kann,
wird an die Leitschicht 2 gelegt. Ein Ende der Widerstandsschicht 3 ist über den
Widerstand 5 an denselben Spannungspol angeschlossen. Der Widerstand 5 ist der elektrolumineszierenden
Schicht 1 des Leuchtkondensators so angepaßt, daß der Spannungsabfall im Widerstand
bei einer vorgegebenen Spannungsgröße der Quelle 4 der für eine ausreichende Lichtemission
erforderlichen Spannungshöhe entspricht. Der Widerstand kann aber auch durch einen
Teil der Widerstandsschicht 3 gebildet werden. Bei Anlegen der Spannung der Quelle
4 ergibt sich ein rechteckig begrenzter Leuchtfleck. Die Ausdehnung des Leuchtfleckes
in Richtung des Spannungsabfalles der Widerstandsschicht wird durch die Größe der
angelegten Spannung bestimmt. Auf der Leitschicht 2 befinden sich Fotoleiter, bestehend
aus den fotoleitenden Schichten 6, 6 ca und 6 b und den Leitschichten 7, 7 a und
7 b. Die fotoleitenden Elemente sind in der Richtung, in der sich die lumineszierende
Fläche des elektrolumineszierenden Kondensators ändert, nur wenig, in der dazu senkrechten
Richtung jedoch über die gesamte Fläche des Leuchtkondensators ausgedehnt. Die fotoleitende
Schicht besteht z. B. aus aufgedampftem oder gesintertem und entsprechend aktiviertem
CdS oder CdSe. Der Fotoleiter kann auch in Pulverform in einem geeigneten Stoff,
wie z. B. Kunststoff, Harz u. dgl., eingebettet sein.
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Die Spannungsquelle 8 ist mit den symbolisch angedeuteten Verbrauchern
9, 9 a und 9 b über die Leitschicht 2, die fotoleitenden Schichten 6, 6 a und 6
b sowie den Leitschichten 7, 7 a und 7 b verbunden. Bei Erhöhung der Spannung
der Quelle 4 werden die Verbraucherstromkreise nacheinander geschlossen.
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Um Störungen des Steuervorganges durch äußere Strahleinwirkung zu
vermeiden, befindet sich mindestens der lichtempfindliche Teil der Anordnung in
einem strahlungsundurchlässigen Kasten 10, der in der Figur gestrichelt angedeutet
ist. Auf die Darstellung des Kastens wird bei den nachfolgenden Ausführungsbeispielen
verzichtet. Es ist selbstverständlich, daß er sinngemäß- auch dort in ähnlicher
Weise angebracht werden kann.
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Das weitere Ausführungsbeispiel der Fig. 3 und 4 ist gegenüber dem
Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 etwas abgewandelt. Es zeigt in der Fig. 3 einen
Querschnitt, in der Fig. 4 eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung.
Zwischen der elektrolumineszierenden Schicht 1 und der Widerstandsschicht 3 befindet
sich bei dieser Anordnung eine spannungsabhängigeWiderstandsschicht 12. Diese Schicht
weist einen von der Spannung abhängigen Querwiderstand auf. Beim Auftreten eines
bestimmten Spannungsschwellwertes zeigt die Schicht eine starke Verminderung des
Querwiderstandes. Dieser Schwellwert der Schicht wird zweckmäßigerweise auf den
Spannungsschwellwert der elektrolumineszierenden Schicht 1 abgestimmt. Es ergibt
sich damit ein scharf definierter Spannungsschwellwert der Gesamtanordnung und damit
eine scharf begrenzte und definierte Leuchtfleckberandung. Die Auslösung der Schaltvorgänge
erfolgt dadurch in einem engen definierten Spannungsbereich. Die Schicht kann ebenso
wie bei dem vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel aus gesintertem, in einen geeigneten
Stoff, z. B. Harz, eingebettetem Cd S oder Cd Se od. dgl. bestehen.
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Die Schichten 2, 1, 12, 3 sind auf einen durchsichtigen Träger 13,
z. B. Glas oder Glimmer, aufgebracht.
Die leitende lichtdurchlässige
Schicht 2 kann z. B. Zinnoxyd sein, welches nach einem der bekannten Verfahren,
z. B. durch Reaktion von SnCl mit dem erhitzten Träger erzeugt worden ist. Die die
Elektrolumineszenz erregende Spannungsquelle 4 ist mit einem Pol mit der Leitschicht
sowie über den Widerstand 5 mit dem mittleren Teil der Widerstandsschicht 3 verbunden.
Der andere Pol der Spannungsquelle 4 liegt an den Enden der Widerstandsschicht 3.
Es ergeben sich damit zwei rechteckig begrenzte Leuchtflecke. Die Größe der Leuchtfläche
nimmt mit zunehmender Spannung der Quelle 4 zu; ihr gegenseitiger Abstand verkleinert
sich. Die veränderlichen Kanten der Leuchtflächen bewegen sich in entgegengesetzter
Richtung. Die fotoleitenden Elemente, bestehend aus den Fotoleitschichten 6, 6a
und 6 b und den Leitschichten 7, 7 a und 7 b sowie 11,
11 a
und 11 b, sind in der Richtung, in der sich die lumineszierende Fläche des elektrolumineszierenden
Kondensators ändert, nur wenig ausgedehnt. Sie sind im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel
nach Fig. 1 und 2 nicht parallel, sondern senkrecht zur elektrolumineszierenden
Schicht bzw. sie sind entsprechend dem Beispiel der Schichtanordnung 6, 7 und 11
etwas aus der senkrechten Richtung geneigt angeordnet.
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Die Erfindung sieht vor, die fotoleitenden Elemente auf dem elektrolumineszierenden
Leuchtkondensator beweglich anzubringen. Die Schaltvorgänge lassen sich damit jeweils
den verschiedenen Spannungswerten zuordnen, z. B. auf einen vorgegebenen Spannungswert
einjustieren. Auch eine gesteuerte Bewegung der fotoleitenden Elemente wird z. B.
bei Regelvorgängen mit in Betracht gezogen.
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Jedem fotoleitenden Element ist ein Verbraucher 9, 9a, 9 b
sowie eine Spannungsquelle 8, 8a, 8 b zugeordnet. Bei wachsender Spannung der Steuerspannungsquelle
werden, nacheinander die Verbraucher 9,
9 a und 9 b eingeschaltet.
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Die weiteren Ausführungsbeispiele der Fig. 5, 6, 7, 8, 9, 10 zeigen
Anordnungen, bei denen die fotoleitenden Elemente entlang der Richtung, in der sich
die lumineszierende Fläche des Kondensators ändert, angebracht sind.
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Im Ausführungsbeispiel der Fig.5, welche einen Querschnitt und der
Fig.6, welche eine Draufsicht einer derartigen Vorrichtung zeigt, sind auf einem
kreisförmig ausgebildeten Träger 13 nacheinander eine elektrisch leitende, optisch
durchsichtige Schicht 2, eine elektrolumineszierende Schicht 1 und eine Widerstandsschicht
3 aufgebaut. Ein Pol der die Elektrolumineszenz erregenden Spannungsquelle4 ist
mit dem Mittelpunkt der kreisförmig angeordneten Widerstandsschicht 3 verbunden.
Der andere Pol liegt an der Leitschicht 2 und ist über den Widerstand 5 an dem kreisförmigen
Leitring 15 angeschlossen. Der Leitring 15 kann als Metallring ausgeführt sein.
Es kann jedoch auch eine aufgetragene oder aufgedampfte Metallschicht die erforderliche
Kontaktierung mit dem äußeren Kreisrand der Widerstandsschicht 3 übernehmen. Bei
Erhöhung der Spannung der Quelle 5 bildet sich ein kreisförmig begrenzter, sich
vergrößernder Leuchtfleck. Dem aus den Teilen 13, 2, 1, 3 bestehenden Leuchtkondensator
liegt ein Fotoleiter, bestehend aus dem Träger 14, der transparenten Leitschicht
11, der fotoleitenden Schicht 6 und der Leitschicht 7 gegenüber. An den Leitschichten
7 und 14 liegt in Serie mit der Spannungsquelle 8 der zu steuernde Verbraucher 9.
Entlang der Richtung, in der die Spannung in der Widerstandsschicht abfällt, wird
die Größe der einander zugeordneten elektrolumineszierenden und fotoleitenden Flächenelemente
entsprechend der Zu- und Abnahme der Kreisfläche geändert. Die Leitfähigkeit des
fotoleitenden Elementes wird damit maßgeblich durch die Leuchtfläche der elektrolumineszierenden
Schicht gesteuert. Es ergibt sich eine Steuerfunktion, welche über einen weiten
Spannungsbereich eine starke Abhängigkeit des Widerstandes von der an die elektrolumineszierende
Schicht angelegten Spannung aufweist.
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Fig. 7 zeigt einen Querschnitt, Fig. 8 eine Draufsicht und Fig. 9
einen Schnitt längs der Schnittlinie A-B einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Steuervorrichtung: Hier befindet sich zwischen dem Fotoleiter und dem elektrolumineszie.
renden Leuchtkondensator eine optische Blende 16.
Der elektrolumineszierende
Kondensator besteht aus dem transparenten Träger 13, der transparenten Leitschicht
2, der elektrolumineszierenden Schicht 1 und der Leitschicht 17. Der Abstand der
Leitschichten 17 und 13 ist, wie aus der Fig.7 ersichtlich, in der Längsausdehnung
der Schichtflächen verschieden. Dementsprechend ist auch die an dem Leuchtstoff
wirksame Feldstärke unterschiedlich. Die unterschiedliche Feldstärke kann jedoch
auch durch eine verschiedene Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums,- in dem
der Leuchtstoff eingebettet ist, erzielt werden. Eine andere Möglichkeit der Erzielung
einer unterschiedlichen Feldstärke besteht darin, zwischen den Leitschichten 13
und 17 noch zusätzlich eine Schicht mit verschiedenen Dielektrizitätskonstanten
einzubringen. Durch die unterschiedliche Feldstärke wird bei zunehmender Spannungserhöhung
der die Elektrolumineszenz erregenden Spannungsquelle 4 zuerst der linke Teil des
elektrolumineszierenden Kondensators zur Lumineszenz angeregt und erst nach Überschreiten
eines weiteren Spannungsschwellwertes die rechte mit größerem Elektrodenabstand
ausgeführte Seite erregt. Die nacheinander auf dem Träger aufgebrachten Schichten,
die transparente Leitschicht 11, die fotoleitende Schicht 6 und die Leitschicht
7 bilden den Fotoleiter. Die Spannungsquelle 8 ist über dieLeitschicht 11, die fotoleitende
Schicht 6, die Leitschicht 7 an den symbolisch angedeuteten Verbraucher 9 gelegt.
Die Blende 16 weist Aussparungen 18 auf. Die Blendenöffnung verändert sich in Richtung
der Eigenschaftsänderungen des elektrolumineszierenden Kondensators. An den Stellen
der Aussparungen beeinflussen die Flächenelemente des Leuchtkondensators den Fotoleiter.
Die Steuerung des Fotoleiters wird maßgeblich durch die öffnung 18 der Blende
16 bestimmt. Durch Änderung der Blende läßt sich die Steuerkennlinie in nahezu
beliebiger Weise ändern und den Steueraufgaben anpassen.
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Es wird auch vorgesehen, die Anordnung so zu treffen, daß die Blende
ausgewechselt werden kann. Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt die Fig. 10 im
Querschnitt. Der Leuchtkondensator besteht aus dem transparenten Träger 13, der
transparenten Leitschicht 2, der Leitschicht 17 und der elektrolumineszierenden
Schicht 1. Die elektrolumineszierende Schicht 1 ist keilförmig ausgeführt. Es entsteht
damit entlang des veränderlichen Elektrodenabstandes eine unterschiedliche Feldstärke
und damit eine unterschiedliche Anregung des Leuchtstoffes. Über dem Leuchtkondensator
ist der Fotoleiter, welcher aus der transparenten Leitschicht 11, der fötoleitenden
Schicht 6 und der Leitschicht 7 und 19 besteht, angeordnet. Der Spannungsteiler
23 und die den Leitschichten 11 und 19 gegenüberliegenden fotoleitenden
Widerstände,
welche aus der fotoleitenden Schicht 6 gebildet werden, sind zusammen mit der Spannungsquelle
8 und dem Verbraucher 9 in einer Brückenschaltung vereinigt. Die Brücke kann durch
den Schiebewiderstand 23 beliebig abgeglichen werden. Die Steuerkennlinie kann damit
in nahezu beliebiger Weise verändert werden. Ein für besondere Anwendungsfälle bevorzugter
Abgleich der Brücke ergibt sich dann, wenn die Brücke ohne Leitfähigkeitserregung
der fotoleitenden Schicht 6 auf Null abgeglichen wird. In diesem Fall ergibt sich
für den Verbraucher 9 bei zunehmender Spannung der Quelle 4 zuerst eine Spannungszunahme
und nachfolgend infolge der räumlich größeren fotoleitenden Schicht, welche der
Leitschicht 7 gegenübersteht, wieder eine Abnahme.
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Um Störungen, hervorgerufen durch kapazitive Kopplung oder Kriechströme,
auszuschalten, kann zwischen dem fotoleitenden Element und dem elektrolumineszierenden
Leuchtkondensator eine auf einer transparenten Unterlage 20, z. B. aus Glas,
befindliche, optisch durchlässige Leitschicht 21, z. B. Sn02 und SnO, angebracht
werden. Diese Schicht kann an Erde angeschlossen werden.
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Die in den verschiedenen Ausführungsbeispielen aufgezeigten Merkmale
der Erfindung können auch miteinander kombiniert oder vertauscht werden.
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Erfindungsgemäß wird außerdem vorgesehen, die Leitfähigkeit des Fotoleiters
der Steuervorrichtung zusätzlich zu der Strahlungseinwirkung durch den Leuchtkondensator
der Einwirkung einer äußeren, z. B. in der Intensität veränderlichen Strahlung,
z. B. einer Lichtstrahlung, einer radioaktiven Strahlung u. dgl. auszusetzen. Damit
kann eine weitere zusätzliche Steuerwirkung erzielt werden.