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Verfahren zur Bildübertragung (Fernsehen).
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildübertragung und Einrichtungen zur Ausübung dieses Verfahrens. Die Erfindung unterscheidet sich von den bisher bekannt gewordenen Fernsehverfahren grundsätzlich dadurch, dass es zur Bildzerlegung am Sender und zur synchronen Bildzusammensetzung am Empfänger die veränderbare Laufdauer von Licht-oder Kathodenstrahlen benutzt.
Werden z. B. in den Gang der Lichtstrahlen Medien mit hohem Brechungsexponenten, wie z. B. Platten aus Flintglas oder Quarz, in zweckmässiger Weise angebracht, so lässt sich eine Verzögerung der Laufdauer des Lichtes herbeiführen, die für die Bildpunktauflösung, insbesondere auch bei grossen Bildern für Kinotheater ausreicht.
Zum Verständnis der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, die rein schematisch Einrichtungen zur Ausübung der Erfindung wiedergeben.
Fig. 1 zeigt den Sender, bei dem das zu übertragende Bild 1 durch eine Reihe von Photozellen 2, 3, 4,5, 6, also durch einen ruhenden Bildzerleger (Ikonoskop), in Zeilen aufgelöst werden kann. 7 zeigt einen optischen Bildzerleger gemäss der Erfindung. Er besteht aus einem Paket aufeinander gestapelter, gegebenenfalls verspiegelter Glasplatten a-e, deren Stirnseiten dem Scheinwerfer 8 zugewandt sind.
Die Glasplatten a-e bilden eine Art Treppe, deren einzelne Stufen den vom Scheinwerfer 8 kommenden Lichtstrahlen verschieden lange Wege bieten. Auf der Zeichnung sind zum leichteren Verständnis der Erfindung nur fünf Stufen des optischen Zerlegers 7 dargestellt. Es müssen natürlich so viele Stufen vorhanden sein, als Bildzeilen übertragen werden sollen. Alle für die Bildübertragung sonst erforderlichen Einrichtungen, wie z. B. Verstärker, Ultra-Kurzwellensender, sind hiebei als bekannt vorausgesetzt und daher in Beschreibung und Zeichnungen fortgelassen.
Der elektro-optisehe Zerlegungsvorgang am Sender der Fig. 1 ist der folgende :
Die von dem Scheinwerfer 8 ausgehenden Lichtstrahlen werden durch den Zerleger 7, die Schlitzblende 9 und den Bildfilm hindurch gegen die Photozellen 2-6 geworfen. Wird die Blende 9 zu den Flächen des Zerlegers 7 senkrecht bewegt, so findet hiedurch eine Bildzerlegung in Zeilen statt. Die Zeilenzahl hängt dabei von der Zahl der Photozellen 2-6 bzw. der Zerlegerplatten a-e ab. Die Photozellen 2-6 würden bei kontinuierlicher Lichtquelle 8 nicht einzeln nacheinander, sondern gleichzeitig belichtet. Die Lichtquelle des Scheinwerfers 8 ist aber keine kontinuierliche, sondern eine pulsierende, oder, bessser gesagt, in einem vorher bestimmten Rhythmus nacheinander blitzartig aufleuchtende.
Sie kann von einem hochfrequenten Wechselstrom beeinflusst werden, derart, dass die erforderlichen Pausen zwischen den einzelnen Lichtblitze entstehen. Der optische Zerleger 7 besteht aus einem Medium, das die Laufzeit des Lichtes verzögert. Wird ausserdem noch der Einfallswinkel, wie aus der Zeichnung ersichtlich, mit dem die Lichtstrahlen des Scheinwerfers 8 in die Platten a-e des Zerlegers 7 eintreten, so gewählt, dass totale Reflexion an den Wänden der Zerlegerplatten eintritt, so lässt sich der Lichtweg innerhalb dieser Platten derart verlängern, dass nur geringe geometrische Längenunterschiede zwischen den einzelnen Stufen a-e erforderlich sind, um die notwendige Verzögerung in der Lichtlaufzeit herbeizuführen.
Die Photozellen des Senders gemäss Fig. 1 werden somit nicht gleichzeitig sondern nacheinander in der Reihenfolge 2, 3, 4, 5, 6 durch einen Lichtblitz des pulsierenden
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Lichtes 8 belichtet. Während der Dunkelheit der Lichtquelle wird die Blende 9 um einen Bildpunkt weiterverschoben.
Der Empfänger nach Fig. 2 ist im wesentlichen ebenso eingerichtet wie der Sender, nur dass an Stelle der Photozellen 2-6 ein Auffangschirm 10 oder das Auge tritt. Ausserdem ist noch ein Momentverschluss 11 vorgesehen, der nur zu gewissen Zeiten geöffnet wird, nämlich immer nur dann, wenn die von dem Scheinwerfer 8 kommenden Lichtimpulse in richtiger Orientierung gleichzeitig die Ebene der Schlitzblende 9 durchlaufen. Die Lichtquelle 8 des Empfängers gibt dabei die gleichen, kurzzeitigen Lichtimpulse wie die Lichtquelle 8 des Senders, die synchron mit der Lichtquelle des Empfängers arbeitet.
Aus der Fig. 2 ist ersichtlich, dass der Empfängerzerleger 7 von dem des Senders abweicht, nämlich darin, dass beim Sender die kürzesten Lichtwege oben angeordnet sind, während beim Empfänger umgekehrt die längsten Lichtwege oben vorgesehen sind. Dadurch wird bewirkt, dass der von der Lichtquelle 8 zuerst kommende, von der Photozelle 2 des Senders modulierte Impuls, der beim Sender die kürzeste Strecke a zu durchlaufen hat, beim Empfänger die längste Strecke durchlaufen muss, nämlich die Platte a, wenn er die Ebene der Blende 9 gleichzeitig mit dem letzten von der Photozelle 6 modulierten Impuls durchläuft. Die Impulse der Lichtquelle 8 des Empfängers machen gewissermassen einen Wettlauf, indem sie je nach ihrer zeitlichen Folge sich zu dem gewünschten Bilde gruppieren müssen.
Wird aber in dem Augenblick, wo die örtliche Verteilung der Bildpunkte an der Blende 9 die richtige ist, durch den Momentverschluss 11 die sonst geschlossene Blende geöffnet, so wird in dieser kurzen Zeit durch die Blende das Teilbild in der Ebene 9 des Zerlegers 7 des Empfängers erscheinen. Es ist also nur erforderlich, dass der Momentverschluss 11, der von der Lichtquelle 8 gesteuert werden kann, immer denjenigen Zeitpunkt erfasst, in dem die örtliche Verteilung der Bildpunkte richtig ist. Wird also bei jedesmaligem Weiterrücken der Blende 9 um eine Zeile in der Pfeilrichtung synchron mit der Bewegung der Senderblende 9 der Momentverschluss 11 geöffnet, u. zw. nur so lange, als die richtig orientierten Bildpunkte in der Ebene 9 erscheinen, so wird das ganze Bild auf dem Schirm 10 sichtbar.
Eine Überlegung ergibt, dass die übrigen, nicht örtlich richtig verteilten Impulse entweder noch nicht durch den Zerleger 7 der Fig. 2 hindurchgegangen sind oder bereits die Ebene 9 passiert haben, also für das Entstehen des Bildes auf dem Schirm 10 unwirksam gemacht sind. Die Blende 9 kann eine Kerrzelle sein, denn das Licht, das durch den Zerleger hindurchtritt, ist infolge der wiederholten Totalreflexion bereits polarisiert. Die Kerrzelle braucht also nicht mehr den Polarisator, sondern nur den Analysator zu besitzen.
Man kann auch in bekannter Weise eine Übertragung farbiger Bilder ermöglichen, wenn die Belichtung und Wiedergabe in an sich bekannter Weise durch Farbfilter blau, grün, rot hindurch vorgenommen wird.
Die Bildzerlegung in der einen Dimension kann statt mechanisch durch die Blende 9 od. dgl. durch eine zweite optische Zerlegeranordnung erfolgen, deren Platten senkrecht zu den Platten des ersteren angeordnet und ihre Lichtlaufzeiten entsprechend länger sind. Hiedurch werden die Einzelzeilen in Punkte aufgelöst.
Das neue Verfahren ist insbesondere für die Fernsehübertragung von Tonfilmen für Kinotheater geeignet.
Dieser Gedanke, kann auch auf die Abtastung bzw. der Aufbau eines Bildes mittels Kathodenstrahlen angewendet werden. Demgemäss kann nach der Erfindung auch die Braunsche Röhre benutzt werden, die derart eingerichtet wird, dass die Laufdauer der Kathodenstrahlen zwischen ihrer Entstehungsstelle und dem betreffenden Punkte des Schirmes im Sender bzw. Empfänger verändert werden.
Zwei weitere Ausführungsformen der Erfindung, die sich auf Kathodenstrahlbildabtaster beziehen, sind in den Fig. 3 und 4 der Zeichnung veranschaulicht.
Der Bildabtaster nach Fig. 3 besitzt innerhalb eines evakuieren Glasgefässes R eine Glühkathode K, eine Strahlunterbrechungsvorrichtung 12, die in Form eines Wehneltzylinders dargestellt ist, und eine Anode 13. Innerhalb der Röhre R sind ausserdem zwei Gitter 14 und 15 vorhanden. Die Stäbe des Gitters 14, deren Anzahl den zu übertragenden Bildzeilen entsprechen, sind untereinander und mit dem einen Ende eines Spannungsteilerwiderstandes 16 leitend verbunden, während die Stäbe des Gitters 15 mittels der Leitungen 11, 18 usw. an verschiedene Punkte des Widerstandes 16 angeschlossen sind. Der Abtasterschirm 19 kann beispielsweise aus einem photoelektrischen Mosaikschirm bestehen, wie er bei bekannten Kathodenstrahlbildabtastern vorhanden ist.
Auf diesen Schirm 19 wird in der Richtung des Pfeiles 20 ein lichtoptisches Bild des fernzuübertragenden Gegenstandes projiziert. Der Schirm 19 kann aber auch aus einem nicht photoempfindlichen Mosaik bestehen, dem mittels einer elektronenoptischen Linse die von einer zusammenhängenden Photoschicht herstammenden Elektronen zugeleitet werden.
Die Wirkungsweise des in Fig. 3 dargestellten Kathodenstrahlbildabtasters soll im folgenden lediglich für die Abtastung einer Zeile erläutert werden. Die Abtastung der zur Zeilenrichtung senkrecht liegenden Bildkoordinate kann dabei entweder ebenfalls nach dem gemäss der Erfindung vorgeschlagenen Prinzip erfolgen oder auch in der bisher üblichen Weise mittels Spulen-oder
Plattenablenkung des Kathodenstrahles. Zwischen dem Wehneltzylinder 12 und der Glüh-
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kathode K wird eine den Kathodenstrahl periodisch unterbrechende Spannung eingeschaltet, so dass das Kathodenstrahlbüschel, welches aus der Anode 13 austritt und mittels der Sammelspule 21 parallel gerichtet wird, an allen Punkten seines Querschnittes gleichzeitig durch das Gitter 14 hindurchtritt.
Da mittels des Wehneltzylinders 12 periodisch eine Unterbrechung und eine Wiedereinschaltung des Kathodenstrahles bewirkt wird, kann man also von einer Front A, B des Strahlenbüschels sprechen, die zwischen der Sammeleinrichtung 21 und dem Gitter 14 senkrecht zur Röhrenachse liegt und auf das Gitter 14 zueilt. Infolge der verschiedenen Spannung, welche die einzelnen Stäbe des Gitters 15 gegenüber dem Gitter 14 besitzen, werden die Elektronen an verschiedenen Stellen des Strahlquerschnittes verschieden stark beschleunigt, so dass in einigem Abstand von dem Gitter 15 die Front CD des Strahlbüsehels zur Röhrenachse geneigt sein muss.
Diese Strahlfront trifft auf den Schirm 19 des Abtasters, also nicht gleichzeitig, sondern innerhalb einer endlichen Zeitspanne auf und vermag daher die Übertragung des Fernsehbildes in derselben Weise zu bewerkstelligen, wie dies bei den bekannten Kathodenstrahlabtastern vermöge der Ablenkung des Abtaststrahles geschieht. Die Bildsignale, welche den Inhalt einer Bildzeile wiedergeben, werden also bei der Einrichtung nach Fig. 3 in derselben Weise zeitlich hintereinander ausgesandt wie bei den bekannten Kathodenstrahlbildabtastern.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform ist der Abtasterschirm 19 schräg zur Röhrenachse angeordnet, und die Strahlfront A, B liegt überall senkrecht zur Röhrenachse. Die Teile 14-18 der Fig. 3 sind bei der Ausführungsform nach Fig. 4 nicht vorhanden, wohl jedoch die Teile K und
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führungsform ebenfalls in Richtung des Pfeiles 20.
Die Anordnung nach Fig. 4 arbeitet ebenfalls in der Weise, dass die verschiedenen Stellen einer
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die Aussendung des Bildinhaltes einer Zeile innerhalb einer gewissen Zeitspanne erfolgt, ebenso wie wenn die Bildzeile mittels eines abgelenkten Kathodenstrahles abgetastet werden würde.
Zwei Ausführungsformen von Empfangsvorrichtungen mittels Kathodenstrahlen sind in Fig. 5 und 9 dargestellt.
Bei Fig. 5 befindet sich innerhalb eines evakuierten Glasgefässes 22 eine Glühkathode 23, ein Steuerorgan zur Beeinflussung der Intensität des Kathodenstrahles, das als Wehneltzylinder 24 dargestellt ist, und eine Anode 25. Des weiteren sind in der Röhre 22 noch zwei Gitter 26 und 27 vorhanden, von denen das letztere ebenso wie das Gitter 15 in Fig. 3 an einen Spannungsteilerwiderstand 28 angeschlossen ist. Der Schirm 29 der Röhre trägt die Fluoreszenzmasse. Die Elektronenlinse 21 bewirkt ebenso wie bei Fig. 3 eine Parallelrichtung der aus der Anode 25 austretenden Kathodenstrahlen.
Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 5 soll zunächst auf die Fig. 6 Bezug genommen werden, in welcher für einen besonders einfachen Fall die Helligkeitsverteilung längs einer Bildzeile Z angegeben ist. Die Abszisse in dieser Abbildung kann gleichzeitig als die Zeit aufgefasst werden, da, wie an Hand der Fig. 3 und 4 erläutert, die in einer Bildzeile enthaltenen Helligkeitswerte zeitlich nacheinander fernübertragen werden. Die gesamte Länge der horizontalen Abmessung in Fig. 6 entspricht also der Zeilendauer T.
Die aus der Kathode 23 auftretenden Strahlen werden am Wehneltzylinder 24 entsprechend den fernübertragenen Helligkeitswerten moduliert, so dass also nach dem Austritt aus der Anode 25 und nach der Parallelrichtung der Strahlen durch die Elektronenlinse 21 die Ilelligkeitswerte H", H, und H, innerhalb der betrachteten Bildzeile einen Strahlenverlauf zur Folge haben, wie er in Fig. 6 mit ss'i, P'a und N\ angedeutet ist. Solange am Wehneltzylinder 24 der Helligkeitsimpuls Hi liegt, werden Kathodenstrahlen von einer der Höhe dieses Impulses entsprechenden Menge durch den Wehneltzylinder hindurchtreten. Dem Anstieg des Impulses in Fig. 6 entspricht also eine Strahlfront Fi, die nach dem Durchtritt durch die Elektronenlinse 21 senkrecht zur Röhrenachse liegt.
Der Länge t1 des Impulses B, entspricht nach dem Durchtritt der Strahlen durch die Elektronenlinse 21 eine zur Röhrenachse parallele Strecke Li, innerhalb welcher hinter der Strahlfront F Elektronen vorhanden sind. Dem Abfall des Impulses Pi entspricht eine ebenfalls als Front anzusprechende Begrenzungsfläche Fil, welche den von Elektronen erfüllten Raum hinter der Front von einem elektronenfreien Raum, welcher vor der Front P2 (die dem Impulsanstieg von H2 zugeordnet ist) liegt, trennt. Sämtliche Impulsfronten liegen zunächst noch senkrecht zur Röhrenachse.
Beim Durchtritt durch die Gitteranordnung 26,27 werden jedoch die in verschiedenen Teilen des Strahlquerschnittes fliegenden Elektronen verschieden stark beschleunigt, so dass in einigem Abstand von den Gittern 26, 27 die Strahlfronten zur Röhrenachse geneigt verlaufen müssen. In der Fig. 7 ist diese Lage der Strahlfronten in einem gewissen Abstand von der Gitteranordnung 26,27 dargestellt. Die Röhrenachse ist dabei durch die Linie XY angedeutet. Es ist zu erkennen, dass in dem Querschnitt UV die Kathodenstrahlen wieder eine Intensitätsverteilung über diesen Querschnitt besitzen, welcher der Helligkeitsverteilung längs der in Fig. 6 betrachteten Bildzeile entspricht.
Es braucht also lediglich dafür gesorgt zu werden, dass nur diejenigen Elektronen, welche in Fig. 7 in der Nähe des Querschnittes UV vorhanden sind, auf den Schirm gelangen und diejenigen Elektronen, welche in Fig. 7 in grösserer Entfernung von dem Querschnitt UV liegen, vom Schirm ferngehalten werden. Dies kann man dadurch erreichen, dass man zwischen die Gitter 30, 31, welche in der Nähe
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des Querschnittes UV anzuordnen sind, eine mit der Zeilenfrequenz verlaufende Impulsspannung anlegt, welche die Gitteranordnung 30, 31 innerhalb jeder Zeilendauer nur einmal kurzzeitig öffnet und welche in der übrigen Zeit den Durchtritt der Strahlen durch die Gitter 30, 31 verhindert.
In der Fig. 8 ist der erforderliche Verlauf der Spannung zwischen den Gittern 30, 31 für eine Zeilendauer T dargestellt. Vom Zeitpunkt to bis zum Zeitpunkt t'muss zwischen den Gittern eine Sperrspannung liegen, d. h. eine Spannung, welche gleich oder grösser wie die Summe der Anodenspannung (Spannung zwischen Kathode 23 und Anode 25) und der höchsten zwischen den Gittern 26,27 bestehenden Spannung. Während der Zeit t'bis t" muss die Spannung Null herrschen oder eine die Kathodenstrahlen
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als das Gitter 30) und vom Zeitpunkt t"bis zum Ende der Zeile muss wieder dieselbe Spannung wie in der Zeit to, t'vorhanden sein.
Eine andere Ausführungsform der Empfangseinrichtung ist in der Fig. 9 dargestellt. Bei dieser Anordnung liegt der Leuchtschirm 29 schräg zur Röhrenachse und desgleichen die Gitter 30, 31. Im übrigen ist die Empfangsanordnung nach Fig. 9 in der gleichen Weise aufgebaut wie die in Fig. 5 dargestellte, mit dem einzigen Unterschied, dass die Gitteranordnung 26, 21 fortgelassen ist.
Die Anordnung nach Fig. 9 arbeitet in der Weise, dass die Strahlfronten PI, P/, F2 usw. über die ganze Röhrenlänge senkrecht auf der Röhrenachse stehen. Es dürfte ohne weiteres einleuchten, dass man mit einer stets senkrecht zur Röhrenachse verlaufenden Strahlfront und einem schräg zur Röhrenachse liegenden Leuchtschirm dieselbe Wirkung erzielen kann wie sie an Hand der Fig. 3-5 für schräg zur Röhrenachse liegenden Strahlfronten und einem senkrecht zur Röhrenachse liegenden Leuchtschirm erläutert ist.
Die beschriebenen Anordnungen erfordern es, dass die Elektronen nach dem Durchtritt durch die Gitter 14, 15 in Fig. 3 bzw. 26,27 in Fig. 5 eine gewisse Strecke durchlaufen, damit der Geschwindigkeitsunterschied über den Strahlquerschnitt, welcher mittels dieser Gitter erzeugt wird, zu einer Neigung der Strahlfronten führen kann. Bei der Anordnung nach Fig. 4 und 9 ist aus ähnlichen Gründen eine nicht zu kleine Neigung des Schirmes 19 bzw. 29 gegenüber der Röhrenachse einzuführen.
Um im ersteren Falle die Laufstrecke und im letzteren Falle diejenige Länge in Richtung der Röhrenachse, über welche sich der Schirm erstreckt, nicht allzu gross wählen zu müssen, ist es ferner zweckmässig, mit möglichst kleinen Spannungen zwischen Anode und Kathode und gegebenenfalls zwischen den Gittern 14, 15 und 26,27 zu arbeiten und die notwendige Härte der Strahlen unmittelbar vor dem Schirm 19 bzw. 29 durch ein zusätzliches Beschleunigungsfeld herzustellen. Dieses zeitlich unveränderliche Feld kann in der Empfangseinrichtung, beispielsweise zwischen dem Gitter 31 und dem Leuchtschirm 29 in Fig. 5 und 9, angebracht werden.
Statt dessen kann man auch in der Sperrvorrichtung innerhalb der Zeit t', t"eine starke Beschleunigungsspannung für die Kathodenstrahlen wirken lassen (statt nur der Spannung Null oder einer geringen positiven Spannung, wie an Hand der Fig. 6 erklärt wurde). Wenn man sich für diese letztere Art der Einführung der Beschleunigungsspannung entscheidet, kann an Stelle der beiden Gitter 30, 31 vor dem Leuchtschirm auch lediglich ein einziges Gitter vor dem Leuchtschirm verwendet werden und die Sperrspannung zwischen diesem Gitter und dem Leuchtschirm selbst eingefügt werden.
Wesentlich für die Konstruktion der Kathodenröhre ist, dass die Betriebsspannungen so gewählt werden können, dass zur Erzielung grösserer Differenzen in der Laufdauer der Kathodenstrahlen diese zunächst mit möglichst geringer Geschwindigkeit die Verzögerungsgitter passieren, um dann erst zur Erzielung grösserer Intensitätswirkung auf dem Schirm beschleunigt zu werden.
PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Bildübertragung (Fernsehen), dadurch gekennzeichnet, dass zur Auflösung des Bildes in Punkte und (oder) zur Zusammensetzung der Punkte zu einem Bild Mittel benutzt werden, die die Laufdauer von Licht-oder Elektronenstrahlen verzögern.