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無線電子工学および電気工学の百科事典 写真の背景。 光線を利用して音を伝達します。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
アレクサンダー・グラハム・ベルが電話を彼の最も重要な発明とは考えていなかったことを誰もが知っているわけではありません。 実際、ベルは通信に革命的な影響を与えると予測した別の発明を支持しました。 ベルは、光のビームで声を伝えるというアイデアに夢中でした! ベルは、自由に使える唯一の信頼できる高輝度光源として太陽に注目し、それを多目的通信手段として使用しようとしました。 彼は自分の発明をフォトフォンと呼んだ。 ベルは晩年のほとんどを、写真電話の範囲を拡大する試みに費やしましたが、失敗に終わりました。 1922 年にベルが亡くなるまで、写真電話は限られた軍事用途にしか使用されていませんでした。
皮肉なことに、光を使ってメッセージを伝えるという彼の夢は、そのアイデアが生まれてから 100 年以上経って、ついに実現しました。 いいえ、私たちは通信に太陽光をあまり使用しませんが、太陽エネルギーを使用してレーザーと呼ばれるエミッターを励起し、髪の毛ほどの太さのガラス繊維に沿ってレーザービームを誘導することを学びました。 光ファイバーの時代が到来し、電話の天才発明者によって最初に表現された包括的なコミュニケーションのアイデアが現実になりつつあります。 有名な発明家の足跡をたどり、フォトフォンを再発見してみるのは興味深いと思いませんか? それでは、やってみましょう。 過去の思い出 これらすべては 1878 年のある日に起こったのですが、話が先走ってしまいました。 数々の発明が証明しているように、ベルはコミュニケーションに非常に興味を持っていました。 しかし、それに加えて、彼は光に憧れ、その光に魅了されました。 太陽光発電はベルの時代にはすでに知られていました。 これに関連する現象は、1839 年、つまりベルの誕生の 8 年前にエドモンド・ベクレルによって初めて観察されました。 電気に関する一連の実験を行っている間、ベクレルは XNUMX つの金属電極を導電性溶液に浸し、その装置を太陽光にさらしました。 驚いたことに、電極間に小さな電圧が発生しました。 この発見は、1873 年にウィロビー・スミスがセレン片を光にさらすことによって同様の効果を発見するまで、ほとんど注目されませんでした。 影響は微々たるものでしたが、この瞬間が固体太陽電池の本当の誕生と考えるべきです。 そもそもなぜこのような現象が起こったのでしょうか？ これは古典物理学の観点からは説明できませんでした。 しかし、ベルはそのような質問を気にしませんでした。 彼は実践的に考える人であり、彼の想像力は光で動く電話を作るというアイデアに夢中でした。 その後数年間、彼は太陽光発電と写真装置の分野におけるゆっくりとした進歩を大きな関心を持って追跡しました。 1878 年に、彼は写真電話のアイデアを思いつきました。 ベルはセレン検出器を使用して、この機器のさまざまなバリエーションを設計し、実験しました。 初期の実験は非常に単純なものでしたが、それでも成功しました。 1 年 1880 月 200 日、アレクサンダー グラハム ベルは、XNUMX m 以上の距離を光線で運ばれる助手サムナー テインターの声を聞き、ベル博士の光インターホンが現実になりました。 ベルはこれらの連続した成功に基づいて、通信技術のさらなる発展についての予測を立てましたが、当時それは素晴らしいものに見えました。 たとえば、彼は将来、人々は光の助けを借りてのみ移動するようになるだろうと強く確信していました。 写真の背景 ベルは、フォトフォン用の多数のアクセサリを開発し、その設計を改善する中で、最も感度の高いデバイスはセレン抵抗を光検出器として使用するデバイスであることに気づきました。 もちろん、電子アンプなしでも動作しました。 代わりに、彼は信号を増幅するために集束光を使用しました。 最良の光学システムを求めて、ベルはさまざまなレンズとミラー システムを設計しました。 ベルの検出器の XNUMX つは、円形に配置されたセレン元素で構成されており、集光レンズを使用して光がその上に集光されました。 別の設計では、検出器は円筒面上に配置され、放物面鏡の焦点に配置されました。 彼のすべてのデバイスでは、セレン検出器がバッテリーおよび高抵抗電話カプセルと直列に接続されていました。 変調された光がセレンの表面に当たると、セレンの抵抗が変化し、それが電話カプセルによって音波に変換されました。 彼の初期の実験を簡単に繰り返すことができます。 まず受光素子を取り出します。 もちろん、それらは今ではベルが使い慣れているものとは異なるように作られていますが、Vacte モデル VT312/2 光検出器はベルのものに非常に似ています。 これは、性能を向上させるために少量のカドミウムが添加されたセレンフォトレジスタです。 実は検出器がXNUMXつ付いているんです。 ベル氏は感度を高めるために複数の検出器を使用することがよくありました。 検出器は直列に接続され、放物面反射鏡の焦点に配置されます。 反射鏡はどのようなサイズでも使用できますが、ボウルが大きいほど通信範囲は長くなります。 Edmund Scientific Co. のカタログをご覧ください。 (7785 Edscorp Bldg.、Barrington、NJ 08007)。 パラボラ反射板やフレネル反射板を幅広く取り揃えています。 検出器は、図に示したものと同様の星型ホルダーを使用して、反射鏡の焦点に取り付けることができます。 1. 検出器は、バッテリーおよび高抵抗電話カプセルと共通の電気回路を形成します。 この目的には、自動車のバッテリーや直列に接続された複数の懐中電灯のバッテリーなどの 12 ボルトのバッテリーが機能します。 ここでは電圧の大きさは関係ありません。 一方、電話カプセルはそう簡単には見つかりません。 最新の電話機で使用されているカプセルは、以前の電話機とは異なり、抵抗が低く、私たちの場合はうまく機能しません。 古い高インピーダンスのヘッドフォンを持っているアマチュア無線家に頼ってみてはいかがでしょうか。 最後の手段として、彼らはそれらをどこで入手できるかを知っています。 ご想像のとおり、これらのヘッドフォンは以前ほど人気がありません。
直列に接続されたこれらすべての部分がフォトフォンの受信部分を構成します。 あとは送信部分です。
初期の研究の多くでは、ベルはフォトフォンの送信部分を最適化しようとはしませんでした。 彼は受信機の光電子回路の改良に注力しました。 このおかげで、彼の初期のデザインの多くは、言葉の最良の意味でシンプルです。 興味深いデザインとしては、図に示すように、直径 2,5 cm、長さ 5 ～ 7,5 cm の金属パイプの一端に鏡を取り付けたものがありました。 2. トランペットが発声されると、音波により鏡が振動し、光源からの光が変調されます。 チューブの端にある硬いミラーを金属化フィルムに置き換えることで、これをさらに一歩進めることができます。 ここで、フォトフォンをテストするという最もエキサイティングな瞬間が来ます。 これは少なくとも XNUMX 人で行う必要があります。 友人に送信機を口に当ててもらい、太陽に向かい、光の一部が受信機に反射するように送信機のミラーの角度を調整してもらいます。 友人が電話に向かって話している間、放物面反射鏡が光線と交差し、検出器に焦点が合うまで移動します。 リフレクターを狙うときは注意してください。 集中した太陽光により検出器がすぐに損傷する可能性があるため、受信機を太陽に直接向けないでください。 遠距離にいる友人のわずかな動きは、フォトフォンによって増幅される信号に非常に大きな影響を与え、調整が困難になるため、最初のテストは近距離で実行してください。 セットアップ後、携帯電話で友達の声を聞いてください。 フォトフォンの範囲を広げる フォトフォンの通信範囲を広げる方法はいくつかあります。 そのうちの XNUMX つは放物面反射鏡のサイズを大きくすることに基づいており、もう XNUMX つはそれに取り付けられたミラーのサイズを大きくすることで送信信号を増幅することに基づいています。 大きなブリキ缶の一端にアルミメッキされたマイラーフィルムを張ることができるかもしれません。 検出器の感度を上げることができます。 おそらく、ベルのように、配置を変更して、さまざまな感光要素を実験してみるとよいでしょう。 バッテリーの電圧やイヤホンの抵抗を変えると受信機の感度も変わります。 もちろん、現代の電子機器をフォトフォン回路に使用することもできます。 受信機の感度を制限するパラメータは、光検出器の出力電圧です。 出力電圧を上げる最良の方法は、アンプを介して出力電圧を動作させることです。 図では、 図 3 は、これを行う方法を示しています。 まず、フォトレジスタを小さな太陽電池に置き換えます。 このような条件下では多少感度が高く、直射日光にさらされた場合でも明らかに損傷を受けにくくなります。
回路IC1は太陽電池からの微弱信号を増幅する前段です。 この要素は、交流コンポーネントを介してコンデンサ C1 を介して回路の入力に接続されます。 光起電力素子のこの接続のおかげで、変調された光を除くすべての光を「遮断」することが可能です。 抵抗 R1 と R2 は、R1/R2 の値の比に等しいプリアンプのゲインを決定します。 送信機と受信機の間の距離が増加するにつれて、これらの抵抗の値を変更する必要があります。 ただし、ゲインを高く設定しすぎないでください。高くすると、回路が自ら発振してしまいます。 抵抗R2、R3と並列にコンデンサを接続することで寄生の発生を抑えることができますが、受信機の周波数応答が悪化します。 これらの抵抗の値は常に等しいため、R2の値を変更するときは、同じ量だけR3の値を変更する必要があります。 プリアンプの出力からの信号はボリューム コントロール R4 に供給され、そこから最終アンプ IC2 に送られます。 このアンプは信号レベルをスピーカーの動作に必要なレベルまで増加させます。 アンプなしの状態と比べるとかなり良くなりました。 回路を作成するときは、+9 V と -9 V の 9 つの電源が必要であることに注意してください。トランジスタ受信機用の 6 ボルト電池で十分です。 ただし、供給電圧は重要ではなく、15 ～ XNUMX V の範囲の任意の利用可能な電源を使用できます。 送信機性能の向上 フォトフォンの感度は、送信機にアンプを接続することで改善できます。その回路を図に示します。 4. 図と同じ統合パワーアンプ LM386 を使用します。 ただし、図 3 では、その入力は太陽電池からではなく、マイクからの信号によって供給されます。
パワーアンプの出力は、ポケットトランジスタ受信機で使用されるものと同様の、直径5cmの小型スピーカーにロードされます。 アルミメッキされたマイラーフィルムがスピーカーの上に張られています。 マイクに向かって話すと、音声が増幅されてスピーカーに送信されます。 次に、スピーカーはミラー層でコーティングされたフィルムを振動させ、太陽光線を変調します。 通信範囲をさらに広げるには、スピーカーのサイズを大きくする必要があり、したがってその反射面も大きくする必要があります。 私は、鏡の小さな破片をスピーカーの振動板に直接接着する実験を観察しました。 ただし、私はそれをテストしたことがないため、そのようなデバイスの有効性を保証することはできません。 おそらくカップ状の反射板として機能すると思われます。 フォトフォンを完成させる過程で、ベルとセイナーは、現在高度なレーザー通信デバイスで使用されている可変偏光回路を含む、人の声で光ビームを変調する 50 以上の方法を発見しました。 まとめ 一度光通信システムの構築に興味を持ったら、この刺激的な問題について考えずにはいられません。 人生の晩年、ベルは彼女に素晴らしい将来を予言しました。 ベルの実験によって始まった光通信プロジェクトが実を結びつつある。 残念ながら、発明者のプロジェクトは彼の生前に実現されませんでした。 著者：バイヤーズT。
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