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Schaltung zur Steuerung des Nathodenstrahlenbüiidels in einer Braunschen Röhre.
Bei den gegenwärtigen Fernsehverfahren, wo die Bildabtastung und die Bilderzeugung durch den Kathodenstrahl erfolgt, wird gewöhnlich das Bild in Zeilen zerlegt, die zu einem der Ränder des rechteckigen Schirmes parallel sind. Die Frequenzen der Ablenkspannungen für die Zeilenablenkung und für die Bildablenkung sind sehr verschieden, woraus sich Unterschiede im Aufbau der entsprechenden Stromkreise ergeben. Infolgedessen werden diese Stromkreise durch Störschwingungen, die beim Empfang auftreten, verschieden beeinflusst.
Die Erfindung beseitigt diese Nachteile, da sie die Möglichkeit schafft, zur Steuerung der Bildund Zeilenablenkung Kreise von fast gleicher Kennlinie zu verwenden, indem die Bildwechselfrequenz gleich ist der Schwebungsfrequenz, also dem Frequenzunterschied zwischen den beiden Ablenkkreisen.
Mit der Einrichtung nach der Erfindung ist es möglich, eine besonders stabile Synchronisierung zu erhalten, u. zw. auf Grund des aus der Wahrscheinlichkeitsrechnung bekannten Gesetzes der grossen Zahlen, da die beiden Grundfrequenzen genügend hoch sind, um eine leichte Synchronisierung zu ermöglichen.
In Fig. 1 sind mit 1 und 2 zwei Generatoren bezeichnet ; der Generator 1 erzeugt Ströme von der Frequenz m und der Generator 2 Ströme von der Frequenz m + n. An den Generator 1 sind die Ablenkplatten 5, 6 und an den Generator 2 die Ablenkplatten 7, 8 einer Kathodenröhre angeschlossen, die der Deutlichkeit halber schematisch durch zwei getrennt gezeichnete Kreise 3 und 4 dargestellt ist. Selbstverständlich können die Ablenkplatten auch durch Ablenkspulen ersetzt werden.
Gemäss der Erfindung ist die Differenz n der beiden Ablenkfrequenzen annähernd gleich der Bildwechselfrequenz.
Fig. 2 veranschaulicht die Bahn des Kathodenstrahles auf dem Fluoreszenzschirm im Falle einer Steuerung durch sägezahnförmige Kippschwingungen. Wegen der geringen Differenz, die zwischen den Frequenzen der beiden Spannungen besteht, verlaufen die Zeilen schräg. Sowie der Fluoreszenzleuchtfleck den Bildrand erreicht, verschiebt er sich längs einer zum andern Bildrand parallelen Zeile, worauf er sich von neuem in schräger Richtung parallel zur ursprünglichen Bahn bewegt. Dabei wird der Bildrand durch die Zündungen der Kippschwingungen bestimmt. Die Zündungen, die den Bildmassen entsprechen, verteilen sich auf zwei benachbarte Ränder des Bildes und ihre Zahl, die für den einen Bildrand mit z und für den andern mit z'bezeichnet sei, lässt sich leicht berechnen, indem man
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Die Fig. 2 zeigt, dass der Abstand zwischen zwei zeitlich aufeinanderfolgenden schrägen Zeilen gleich ist der halben Diagonale des rechteckigen Schirmes. Infolgedessen ist die Flimmerfrequenz des Bildes doppelt so gross als die Bildwechselfrequenz. Dies ist für die Güte des Bildes von grossem Vorteil und ermöglicht die Verwendung einer Fluoreszenzsubstanz von geringem Nachleuchten.
Die Form der Steuerspannungen, durch welche der Kathodenstrahl abgelenkt wird, kann verschieden sein ; die Frequenzen der Steuerspannungen sollen die Werte m und m + n besitzen. Erfolgt beispielsweise die Ablenkung des Kathodenstrahles durch dreieckige oder annähernd sinusförmige
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Schwingungen, so entsteht ein Zug von schrägen Zeilen, die sich mit ihren Rückführungen kreuzen.
Sind die Frequenzen 1n und 1n + n genügend hoch, so wird die Bildoberfläche gleichmässig beleuchtet. Für die Frequenzen und'In + n (beliebiger Form) sind die Zeilenanfänge und infolgedessen die Bildränder durch die Maxima und Minima der Schwingungen bestimmt.
In einem entsprechend ausgebildeten Fernsehempfänger können die Zeilenanfänge durch die vom modulierten Bildstrom transportierten Synchronisierimpulso,, gezündet" werden. Die Amplitude der Synchronisierimpulse von der Frequenz m kann beispielsweise grösser sein als die des modulierten Stromes ; die Amplitude der Impulse von der Frequenz 1n + n kann niedriger sein als der kleinste Wert des modulierten Stromes und sich nach der negativen Seite erstrecken.
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beim Auftreten der Spannungsmaxima des modulierten Stromes die Ladungen ssm und Q", + n erzeugt.
Diese auf getrenntem Wege erzeugten Ladungen wirken unabhängig auf die beiden selbständigen Ablenkkreise ein. Ihre Dauer und Grösse muss verschieden sein, damit sich die im gleichen Augenblicke auftretenden frequenzverschiedenen Synchronisierzeichen einander nicht überlagern und verwischen.
Beispielsweise kann die Dauer eines Synchronisierimpulses von der Frequenz 1n + n grösser sein als die Dauer eines Impulses von der Frequenz m, während umgekehrt die Amplitude der erstgenannten Impulse (in + M) kleiner ist als die Amplitude der zweitgenannten Impulse (m). Man kann übrigens die der Synchronisierung dienenden besonderen Impulse auch durch Schwingungen erhöhter Frequenz ersetzen.
Ein anderes Mittel, die Überlagerung der frequenzverschiedenen Impulse zu verhindern, besteht darin, eine Phasenverschiebung zwischen den beiden Impulsfolgen hervorzurufen. Die Phasenverschiebung kann eine Verkürzung oder Verlängerung der entsprechenden Zeilen herbeiführen ; dies ist jedoch keineswegs von Nachteil, da die Abtastgeschwindigkeit jedenfalls konstant bleibt und von der Zeilenlänge unabhängig ist.
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Fig. 4 zeigt an einem Schaltungsbeispiel, wie der modulierte Strom mit Synchronisierimpulsen der Frequenzen mund m + n versehen-werden kann. Die Kathodenstrahlröhre 9 besitzt zwei Ablenk- plattenpaare 5,6 und 7, 8. Der auf dem Fluoreszenzschirm 12 vom Kathodenstrahl erzeugte Leucht- fleck wird in bekannter Weise z. B. mittels der Linse 13 auf den. Film 14 projiziert. Seine Lichtenergie wird von der Photozelle 15 in elektrische Energie umgewandelt, welche in der Röhre 16 verstärkt wird.
Die Ablenkspannung von der Frequenz m wird in einem Kippschwingungserzeuger 1 und die Ablenk- spannung von der Frequenz m + n in einem Kippschwingungserzeuger 2 erzeugt. Zur Erzeugung der beiden Frequenzen kann jede beliebige bekannte Vorrichtung dienen, insbesondere ein auf zwei
Photozellen arbeitende Zweifachlochscheibe oder zwei miteinander gekuppelte Einfachloehseheiben, wobei im ersten Falle die Lochzahlen der beiden Lochreihen und im zweiten Falle die Umdrehungs- geschwindigkeiten der beiden Scheiben verschieden sein müssen, entsprechend dem Unterschied zwischen den Frequenzen m und Mt- n.
Die Impulse von den Frequenzen m und m + M, welche selbstverständlich auch mit Hilfe von
Kommutatoren oder Induktionsapparaten geeigneter Lamellen-bzw. Polzahl erhalten werden können, werden den beiden Röhren 18 und 19 beispielsweise über die Transformatoren M und 22 zugeführt.
Das Potentiometer 20 liefert die Gittervorspannung für diese Röhren. Die Gittervorspannung der
Röhre 18 wird so gewählt, dass die Impulse von der Frequenz m Amplituden aufweisen, die grösser sind als die Bildspannungsmaxima EB (Fig. 3).
Die Röhre 19 besitzt ein Schirmgitter, das sieh auf einer hohen positiven Spannung befindet.
Da das Steuergitter dieser Röhre ursprünglich negativ ist, fliesst durch sie kein Elektronenstrom. Erst durch die Stromimpulse der Frequenz m + n tritt in der Röhre ein primärer Elektronenstrom auf, welcher an der Anode der Röhre 19 eine sekundäre Elektronenemission hervorruft. Dieser sekundäre
Strom besitzt die entgegengesetzte Richtung wie der modulierte Strom und die Impulse der Frequenz m, und er erzeugt Impulse, die kleiner sind als die Minima der Bildimpulse. Ein Widerstand 26 ist in dem den drei Röhren 16, 18 und 19 gemeinsamen Anodenkreis angeordnet. Die an diesem Widerstand entstehende Spannungsdifferenz wirkt über die kapazitive Kopplung 24 und den Gitterwiderstand 25 auf die Elektronenröhre 23 ein.
Der Strom der Röhre 23 ist demnach die Summe aus dem modulierten
Bildstrom und den von den Röhren 18 und 19 gelieferten Impulsen ; er besitzt die in Fig. 3 ver- anschaulichte Form und wird der drahtlosen Sendeeinrichtung zugeführt.
Die Schaltung einer geeigneten Empfangseinrichtung mit Kathodenrohr ist in Fig. 5 dargestellt.
Der vom Empfänger 53 empfangene modulierte Strom, dessen Form aus Fig. 3 zu ersehen ist, wirkt auf die Steuerelektrode 46 der Braunschen Röhre 44 ein, in welcher der von der Glühkathode 45
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ausgesendete Strahl mittels der Platten 49, 50 und 51, 52 abgelenkt wird. Die Ablenkplatten erhalten ihre Steuerspannungen von den in Gegentakt geschalteten Röhren 55,56 eines Amplitudensiebes, welchen die mit dem Bildstrom transportierten Steuerimpulse über den Transformator 54 zugeführt werden. Die Kondensatoren 62 und 63 laden sieh unter dem Einfluss der mit Hilfe der Röhren 55 und 56 empfangenen Ströme rasch auf und werden hierauf über die Widerstände 60 und 61 entladen.
Um keine Bildimpulse durchzulassen, werden die Steuergitter der Röhren 55 und 56 auf ein gemeinsames, hohes negatives Potential gebracht, das von der Batterie 59 stammt. Übrigens kann die Abtrennung der Synchronisierzeichen der Bildsendung auch mit Hilfe abgestimmter Kreise erfolgen (Frequenzaussiebung).
Fig. 6 zeigt eine Anwendung der Erfindung zur Steuerung der Abtastung als weiteres Ausführungsbeispiel. Der Fluoreszenzfleck 12 der Braunsehen Röhre 64 wird mittels der Optik 73 auf den
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Röhre 76 ladet den Kondensator 80 und die Röhre 77 den Kondensator 82 bis zu dem Augenblicke, wo die Zündspannung der Entladungsröhren 81 und 83 erreicht wird und die Entladung der Kondensatoren beginnt.
Die beiden Kippfrequenzen sind praktisch gleich gross (abgesehen von jenen Unterschieden, die von der eventuellen Ungleichheit der Heizströme herrühren) und hängen von der Belichtungsfrequenz der Photozellen 75, d. h. von der Abtastgeschwindigkeit des Elektronenstrahles ab. Gemäss der als Beispiel beschriebenen Ausführungsform werden der modulierte Strom und die die Zeilenanfänge bestimmenden Impulse zusammen zum Empfänger gesendet. Um beim Empfang die Impulse, die die Komponenten der zusammengesetzten Schwingung bilden, ohne Schwierigkeit von dieser abtrennen zu können, sind in der Schaltung nach Fig. 6 drei Röhren 84, 85 und 86 vorgesehen, die auf einen gemeinsamen Widerstand 94 arbeiten.
Die am Ausgang der Zelle 75 (entsprechend dem von ihr empfangenen Licht) erhaltene Spannung wird dem Gitter der Röhre 85 zugeführt. Diese Röhre liefert daher einen Anodenstrom, welcher der Abtastgeschwindigkeit des Kathodenstrahles in der Braunschen Röhre 64 proportional ist. Das Gitter der Röhre 84 ist einerseits über den Kondensator 116 mit dem vom Kondensator 82 und der Entladungsröhre 83 gebildeten Stromkreis, anderseits mit dem Potentiometer 90 verbunden. Von letzterem erhält es eine solche negative Spannung, dass nur die Entladungsimpulse der Entladungsröhre 83 diese Spannung aufheben können. Die dritte Röhre 86 ist so geschaltet, dass jeder Impuls, der den zweiten Kippkreis 80, 81 über den Kondensator 117 erregt, einen Spannungsabfall hervorruft, der die umgekehrte Richtung hat wie der Spannungsabfall an den Klemmen des Widerstandes 94.
Der von der Röhre 85 gelieferte Bildstrom ist daher von derselben Art wie jener, dessen Form in Fig. 3 dargestellt wurde.
Er enthält stark negative Impulse, die von der Röhre 86 herstammen, und positive Impulse, die von der Röhre 84 hinzugefügt werden. Die veränderliche Spannungsdifferenz am Widerstand 94 wirkt über den Kondensator 8"1 und den Widerstand 89 auf den Verstärker 88 ein, der an den Klemmen 95,96 den zur Sendung bestimmten Strom zur Verfügung stellt.
Fig. 7 zeigt die Schaltung eines geeigneten Empfängers mit einer Einrichtung zur Abtaststeuerung. Die Gesamtheit der ankommenden Impulse gelangt über den Transformator 112 zu den
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Geschwindigkeit auf, die von der Intensität und der Frequenz der Ablenkung des Leuchtfleckes (als Funktion der Photozellenbelichtung im Sender) abhängt. Die beiden Kondensatoren sind mit den Ablenkplattenpaaren 102, 103 und 104, 105 leitend verbunden. Die Spannung am Kondensator 107 bricht bei Erreichung der Zündspannung des Dynatrons 109 und die des Kondensators 108 bei der des Dynatrons 110 zusammen. Die beiden Dynatron werden durch Impulse gesteuert, die den Zeilenwechsel veranlassen und durch die Vorspannung der Batterie 111 abgetrennt (ausgesiebt) werden.
Diese Impulse werden so gewählt, dass sich ihre Wirkung über die beiden Sättigungsabschnitte der Röhrenkennlinien hinaus erstreckt, eine Massnahme, die den Zweck verfolgt, möglichst konstante Impulse (s. Fig. 3) zu liefern.
Bei dem Steuerverfahren (wie auch bei den bekannten Verfahren) müssen die zeitlichen Perioden tm und tm + n nicht unbedingt konstant sein (s. Fig. 3) ; man kann sie insbesondere auch periodischen Änderungen unterwerfen. Man kann ferner die Perioden oder die Amplituden der beiden frequenzverschiedenen besonderen Synchronisierimpulse nach einer vorgegebenen, vorzugsweise zyklischen Gesetzmässigkeit verändern. Fig. 9 zeigt ein Schwingungsdiagramm, in welchem das Innere der schraffierten Fläche das Gebiet der modulierten Schwingung (Maximalwert EB) andeutet und die Synchronisierimpulse mit Em und E+n bezeichnet sind.
Der zeitliche Gang der Steuerspannungen Em und Em + n ist zyklisch, wie dies die verschiedenen gestrichelten Kreisbögen in Fig. 9 andeuten ; die beiden Spannungen sind nach derselben Gesetzmässigkeit moduliert. Aus den Kennlinien des in Fig. 3 dargestellten Siebes kann man leicht ableiten, dass der Impuls mit der Ladung Q. zeitlich und räumlich in gleicher Weise umgewandelt wird wie der Impuls mit der Ladung Qm + n. Da diese Impulse die Ablenkplatten aufladen, verlegt ihre periodische Veränderung während der Bildzerlegung die Anfangspunkte der Zeilen, wie dies Fig. 8 andeutet.
In dieser Figur ist das Format des abgetasteten Bildes ein Kreis, die Zeilen sind Gerade und die Abtastgeschwindigkeit ist proportional
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der Zeit, insbesondere wenn man auf genügend kurzen Abschnitten der Lade-Exponentialkurve arbeitet.
Ein solches Bildformat ist wegen der besseren Ausnutzung des Schirmes im Falle der Verwendung der Braunschen Röhre besonders vorteilhaft.
Um den das Bild störenden Raster zu unterdrücken, kann man, ähnlich wie bei einem Zwischenzeilenverfahren, die Zeilen durch eine Verschiebung oder Umkehrung der Phasen der Steuerfrequenzen m und m + n verschieben. Im Falle der Phasenumkehrung erhält der untere'oder seitliche Bildrand abwechselnd z oder z + 1 Zeilenanfänge (Fig. 2) " die einander übergreifen. Derartige Impulsfolgen
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der Lochscheibe entsprechend verändert.
Zur Steuerung der Ablenkplatten muss man nicht unbedingt zusätzliche Einrichtungen vorsehen, man kann vielmehr diese Einrichtungen dadurch entbehrlich machen, dass man Braunsche Röhren baut, die so ausgebildet sind, dass sie selbst mit Hilfe von Kontakten, die die Elektronen in bestimmten Strahllagen auffangen, die Impulse von gewünschter Frequenz erzeugen. Die Fig. 10, 11 und 12 zeigen hiefür ein Ausführungsbeispiel. An den Bildrändern, d. h. an den Rändern des Schirmes der Braunschen Röhre 124, sind, wie an sich bekannt, zwei Steuerelektroden vorgesehen, jedoch so, dass die Steuerelektrode 133 an einem andern Bildrand angeordnet ist als die Elektrode 132 und die Steuerelektroden am Ende jeder Zeile abwechselnd vom Kathodenstrahl getroffen werden.
Die dabei entstehenden Stromimpulse werden über einen Verstärker oder eine Phasensteuerung 136 den Ablenkkreisen 137, 138, 139 und 141, 142, 143 zugeführt und laden im gegebenen Augenblick die Kondensatoren 139 und 143 sehrrasch über die Röhren und 141 auf ; auf diese Weise wird der Rücklauf des Kathodenstrahles bewirkt oder veranlasst. Die nachfolgende langsame Entladung, zusammen mit der Entladung anderer Kondensatoren, bewirkt die in den Fig. 11 und 12 veranschaulichte Bildabtastung oder-Zerlegung.
Die Aufeinanderfolge der einzelnen Impulse hängt von der Form der Steuerelektroden ab. Die Differenz zwischen den Frequenzen ergibt sich z. B. entweder aus dem Längenunterschied der Elektroden
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letzteren Falle werden sich die Zeilen gemäss einem von 450 etwas abweichenden Winkel verschieben.
PATENT-ANSPRÜCHE :
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- vorzugsweise senkrecht zum Strahl verlaufende-Ablenkfelder, insbesondere für Fernsehzwecke, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen den Frequenzen der beiden Ablenkfelder im Verhältnis zu diesen Frequenzen klein ist, nämlich von der Grössenordnung der Bildwechselzahl, indem sich beispielsweise, je nach der Art der Erzeugung der Steuerfrequenzen, die Zeitkonstanten der beiden Kippschwingungskreise oder die Lichtimpulszahlen (Loehzahlen) der beiden Impulsfolgen (Lochreihen einer mehrerer Lochscheiben) oder die Lamellen-bzw. Polzahlen der Kommutatoren oder Induktionsapparate nur wenig voneinander unterscheiden.