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Verfahren zur Abtastung von Filmen für Femsehübertragungen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abtastung von Filmen für Fernsehübertragungen, bei dem die Zahl der Bildwechsel in der Sekunde grösser ist als die Zahl der zur Verfügung stehenden Filmbilder. Es wird das sogenannte Zeilensprungverfahren benutzt und vorzugsweise eine Elektronenstrahlröhre zur Zerlegung verwendet.
Bekanntlich wird der Tonfilm mit einer Geschwindigkeit von 24 Bildern in der Sekunde aufgenommen und wiedergegeben. Bei der Abtastung unter den gleichen Verhältnissen zeigt sich der Nachteil, dass die Wiedergabefrequenz zu gering ist, um ein flimmerfreies Bild zu erzeugen. Man ist daher bestrebt, die Bildwechselzahl für die Fernsehzerlegung zu steigern, indem man jedes Filmbild wenigstens zweimal abtastet. Es hat sich herausgestellt, dass das gewünschte Ergebnis erreicht werden kann, wenn bei einem Zerlegungsvorgang die eine Hälfte der Zeilen und beim andern Zerlegungsvorgang die andere Hälfte der Zeilen abgetastet wird. Die Zeilen werden dann bei der Wiedergabe in abwechselnder Aneinanderreihung sichtbar. Zuerst wird die erste, dritte, fünfte usw.
Zeile abgetastet, während beim zweiten Zerlegungsvorgang die zweite, vierte, sechste und die sonstigen geradzahligen Zeilen abgetastet werden.
Wenn Kathodenstrahlröhren entweder für die Sendung oder den Empfang oder für beide benutzt werden, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Bildwechselfrequenz der Frequenz des zur Verfügung stehenden Weehselstromnetzes gleichzumachen. Aus diesem Grunde wird häufig eine Bildwechselfrequenz von 50 in der Sekunde benutzt, wo eben das Anschlussnetz diese Frequenz liefert.
In den Vereinigten Staaten von Nordamerika dagegen hat sich eine Bildwechselfrequenz von 60 in der Sekunde aus dem gleichen Grunde eingeführt. Das zieht eine Reihe von Schwierigkeiten nach sich. Nach dem zuerst genannten Verfahren wird der Tonfilm mit einer Bildwechselzahl von 25 in der Sekunde an Stelle von 24 abgetastet, und bei doppelter Abtastung jedes Filmbildes ergibt sich dann die gewünschte Bildwechselfrequenz von 50 in der Sekunde. Nach dem amerikanischen System stehen jedoch die Filmbildfrequenz und die Bildwechselfrequenz für die Fernsehübertragung in keinem ganzzahligen Verhältnis. Die Bildwechselfrequenz ist hiebei das Zweieinhalbfache der Filmbildfrequenz.
Es sind Versuche gemacht worden, den Film ruckweise in ungleichmässigen Intervallen zu führen, wobei ein Filmbild dreimal, das nächste zweimal abgetastet wird. Hiebei ist die Abnutzung des Films aber beträchtlich, insbesondere bezüglich der Führungslöcher. Es ist ausserdem schwierig, den Einfluss der ruckweisen Bewegung des Films an der Abtaststelle auf die Tonabnahme zu beseitigen.
Das Wesen der Erfindung besteht nun darin, dass jedes im Bildfenster erscheinende Filmbild durch optische Mittel, beispielsweise eine Prismenanordnung, auf mehrere optische Bilder, die sich teilweise überdecken, vervielfacht wird, von denen jeweils nur eines zur Zerlegung freigegeben wird.
Die Bildwechselfrequenz steht immer in einem bestimmten Verhältnis zur Filmbildfrequenz, beispielsweise von 2 : l, 3 : l, 3 : 2 oder vorzugsweise 5 : 2. Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens bietet keine besonders grossen konstruktiven Schwierigkeiten. Sie kann an jedem der üblichen Kinoprojektoren Verwendung finden, bei dem die senkrechte Zerlegung des Bildes durch die eigentliche Filmbewegung erfolgt.
Das Filmbild wird nun auf eine Zerlegervorrichtungfür Fernsehübertragung geworfen, die vorzugsweise aus einer Kathodenstrahlröhre besteht. In erster Linie ist hiebei an die sogenannten Bildfängerröhren gedacht, bei der die einzelnen Bilder auf der Photokathode erzeugt und mittels derAblenkspulen-
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über eine Sonde als Elektronenbild auf die Anode geworfen werden.
Das Bild des kontinuierlich laufenden Filmbandes, das nun auf die Photokathode der Röhre fallen soll, wird auf eine Mehrheit von optischen Bildern vervielfacht, wobei zweckmässig jedes dieser Bilder gegenüber dem andern in
Richtung der Filmbewegung um die Entfernung versetzt ist, die das Filmbild in einer Periode der
Bildwechselfrequenz zurücklegt, u. zw. so, dass im Augenblick, wo der Zerlegungsvorgang beginnt, die Abbildung eines Filmbildes immer die gleiche Stellung in bezug auf die Zerlegervorriehtung ein- nimmt. Es sind Mittel vorgesehen, um nur eines von diesen Teilbildern gleichzeitig zur Wirkung kommen zu lassen, während die übrigen abgedeckt werden. Jede der optischen Bilder wird nacheinander während einer Periode der Bildweehselfrequenz zur Wirkung gebracht.
Auf den Zeichnungen ist die Erfindung in einigen Ausführungsbeispielen dargestellt, u. zw. zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung des Projektors und der Zerlegervorriehtung, d. h. einer Bild- fängerröhre, Fig. 2 eine kurvenmassige Darstellung der Spannungen am Verstärkerausgang zur Er- zeugung der Zeilensprungablenkungen, Fig. 3 einen Schnitt durch die Einrichtung zur Aufspaltung der Bilder nach der Linie 3-3 in Fig. 4, Fig. 4 eine Vorderansicht der Einrichtung zur Aufspaltung der Bilder bei einem Verhältnis der Bildwechselfrequenz zur Filmbildfrequenz von 2 : 1, Fig. 5 eine
Vorderansicht der Einrichtung zur Aufspaltung der Bilder bei einem Verhältnis der Bildweehsel- frequenz zur Filmbildfrequenz von 5 : 2, Fig. 6 eine schematische Darstellung der Einstellung von
Filmbild und Filmfenster beim Beginn der Abtastung nach dem Verhältnis von 5 :
2 und Fig. 7 die Blendenscheibe für die Aufspaltung der Bilder nach Fig. 5.
Es soll im folgenden eine Einrichtung zur Ausübung des erfindungsgemässen Verfahrens an
Hand der Fig. 1 bis 4 erläutert werden, bei dem das Verhältnis der Bildwechselfrequenz zur Filmbild- frequenz beispielsweise 2 : 1 beträgt. Nach Fig. l wird ein Lichtstrahl von einer geeigneten Lieht- quelle 1 durch eine Kondensorlinse 3 auf den Film 2 geworfen. Der Film wird fortlaufend über das übliche Filmfenster 4 durch geeignete und bekannte Mittel geführt. So wird der übliche Tonfilm- projektor verwendet unter Fortlassung der ruckweisen Transportvorrichtung. Die übliche Projektionslinse 5 ist so gelagert, dass sie ein Bild des Filmbildteiles erzeugt, der sich innerhalb des Filmfensters befindet.
Unmittelbar vor der Linse liegen zwei keilförmig gestaltete Prismen 6 und 6', wobei jedes Prisma eine Hälfte der Linsenöffnung beansprucht. Eines der Prismen (6) liegt mit seinem dickeren Teil nach oben, während das andere Prisma (6') mit dem dickeren Teil nach unten liegt. Diese Prismen- anordnung erzeugt vom Filmbild zwei gleiche optische Bilder, wobei das Bild, das durch die hinter dem Prisma 6 befindliche Linsenhälfte entworfen wird, nach oben verschoben wird, während das Bild, das durch die andere hinter dem Prisma 6'liegende Linsenhälfte entworfen wird, nach unten verschoben wird.
Ein vorteilhafter Weg der Prismenanordnung ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Hier ist eine Tragplatte 7 vorgesehen mit einer kreisförmigen Öffnung, in welche der Flansch 9 des Trangrings 10 passt. Die Schrauben 11 greifen durch die Schlitze im Tragring 10, damit der Ring im richtigen Scheitelkreis eingestellt und festgehalten werden kann. Auf diese Weise kann die Ablenkung der Bilder durch die Prismen genau in Richtung der Filmbewegung stattfinden.
Die Prismen 6 und 6'stützen sich gegen Winkelstücke 12. Die Grundfläche eines jeden Prismas wird von einem festen Widerlager 14 getragen, während die brechende Kante des Prismas durch eine federnde Einrichtung 15 geführt wird. Diese Einrichtung kann mittels einer Einstellschraube 16 etwas nach vor-und rückwärts verstellt werden. Durch Einstellen der Schrauben kann der Winkel eines jeden Prismas zur optischen Achse der Linse etwas verstellt werden. Die Einstellung kann so vorgenommen werden, dass sieh die aufgespalteten Teilbilder im wesentlichen um eine halbe Bildhiihe des Tonfilms überlappen. Wie später dargelegt wird. kann dieses Überlappen entweder um eine halbe Filmbildhöhe oder um eine halbe Filmbildhöhe plus oder nimus der Breite einer Bildzeile geschehen.
Die Zerlegervorrichtung, d. h. die Bildfängerröhre 20, ist so gelagert, dass ihre photoelektrische Kathode 21 sich in der Ebene der projizierten Bilder befindet. Es erreicht aber immer nur gleichzeitig ein einziges Bild die Kathode, während die ändern durch eine rotierende Blendenscheibe 22 abgedeckt werden. Diese Scheibe wird in derselben Weise angetrieben wie die Linsenscheibe des üblichen Projektors mit ruekweiser Filmbewegung. Sie vollführt eine Drehung in der Zeit, die der Film braucht, um eine Filmbildhöhe zu durchlaufen. Die Blendenscheibe : 2 besitzt zwei halbkreisförmige Öffnungen 24 und 24'. Die Öffnung 24 dient zur Freigabe des Prismas 6, wobei Prisma 6' abgedeckt ist. Die Öffnung 24'dient zur Freigabe des Prismas 6', wobei Prisma 6 abgedeckt ist.
Das Elektronenbild des optischen Bildes, welches auf der Kathode 21 erzeugt wird, wird in die Ebene der Anodensonde 25 geworfen. Dieses Bild wird magnetisch nach zwei Richtungen abgelenkt.
Zur waagerechten Ablenkung dient die Spule 26 und das Hochfrequenzkippschwingungsgerät 27, zur senkrechten Ablenkung die Spule 29 und das Kippschwingungsgerät 30. Mittels dieser Ablenkungen wird das Elektrodenbild über eine Zerlegeröffnung der Anode 25 geführt und bringt einen Bildstrom im Widerstand 31 zur Wirkung, über den der Bildverstärker 32 angeschlossen ist.
Es besteht ein wesentlicher Unterschied dieser Einrichtung gegenüber den bekannten darin, dass die Amplitude der durch das Kippgerät 30 erzeugten Sagezahnschwingungen nur halb so gross
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um eine halbe Bildhöhe plus oder minus dem halben Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Zeilen eines Zerlegungsvorganges überlappen, d. h. plus oder minus der Breite einer Bildzeile, und dass man in die Ablenkspule für die senkrechte Ablenkung eine Sägezahnschwingung von der Hälfte der üblichen Sägezahnschwingung mit einer Amplitude einführt, welche das elektrische Bild um die
Hälfte der Entfernung zwischen den einzelnen Zerlegungszeilen ablenkt. In diesem Falle entspricht die Sägezahnschwingung in der Spule 29 der Form, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist.
Hier bedeutet die gestrichelte Kurve 34 die halbe Bildwechselfrequenz und die ausgezogene Linie 36 die resultierende Zerlegerstromkurve. In diesem besonderen Falle ist die zugeführte Frequenz gleich der Filmbildfrequenz.
Die Wirkungsweise unterliegt den gleichen Bedingungen, wenn eine Filmbildfrequenz von 24 Bildern in der Sekunde für den Film und eine Bildwechselfrequenz von 60 Bildern in der Sekunde für die Fernsehübertragung benutzt wird. Der Prismenträger 40 ist dem vorher beschriebenen sehr ähnlich, nur trägt er fünf Prismen 41 bis 45 anstatt zwei. Diese Prismen sind von verschiedener Breite, damit die am äusseren Rande der Linse eine gleiche Lichtmenge hindurchlassen wie die in der Mitte der Linse befindlichen. Mit andern Worten, jedes Prisma entspricht einer gleichen Zone der Linsen- öffnung.
Die Blendenscheibe 46 in Fig. 7 ist ähnlich gelagert wie die Scheibe 22 der Fig. 1. Sie unterscheidet sich von der Scheibe 22 dadurch, dass sie fünf Schlitze trägt, die mit 48 bis 52 bezeichnet sind. Jeder dieser Schlitze umfasst 720 des Kreisbogens und ist von genügender Breite, um das zu ihm gehörige Prisma aus der Reihe der fünf Prismen 41 bis 45 freizugeben und die andern abzudecken. Es ist erwünscht, dass die Blendenscheibe einen so grossen Durchmesser erhält, wie es in mechanischer Hinsicht überhaupt tragbar ist. Zunächst muss die Krümmung der Schlitze so klein als möglich sein, damit jeder Schlitz das zu ihm gehörige Prisma vollständig freigeben und das anliegende Prisma vollständig verdecken kann.
Dann muss der Übergang von einem Schlitz zum nächsten in einem genügend kleinen Abschnitt der Bildwechselschwingung erfolgen, um diesen Übergang allein auf die Rückführzeit zu beschränken. Auch können die Prismen selbst seitlich etwas gekrümmt gestaltet werden, um sich der Krümmung der Schlitze anzupassen.
Die Art, wie die Schlitze um die Blendenscheibe herum angeordnet sind, ist nicht wesentlich, da die Prismen natürlich so angeordnet werden können, dass sie jeder gewünschten Schlitzanordnung entsprechen. Die dargestellte Schlitzanordnung ist aus rein mechanischen Gründen gewählt ; denn wenn man die Prismen in nicht aneinanderschliessender Reihenfolge freigibt, kann zwischen den Enden der aneinandergrenzenden Schlitze ein kleines Stück Scheibenfläche gelassen werden. Man braucht dann keine besonderen Sprossen, um den äusseren Rand der Blendenscheibe zu stützen. Die Scheibe kann also als Metallscheibe im ganzen gestanzt werden.
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Das Bildfenster 4 wird um zwei Fünftel länger gemacht, als die Filmbildhöhe beträgt. Da die
Filmbildfrequenz zwei Fünftel der Bildwechselfrequenz ausmacht, so bewegt sich der Film und seine
Abbildung um zwei Fünftel der Bildhöhe während eines Ganges der Bildwechselfrequenz. Die Zerleger- vorrichtung muss daher so eingestellt sein, dass sie das Elektronenbild über den verbleibenden Rest eines Filmbildes, nämlich um drei Fünftel desselben, bewegt.
Nun muss ein vollständiges Filmbild bei jedem Gang der Bildwechselfrequenz zerlegt werden.
Daraus folgt, dass beim Beginn des Zerlegungsvorganges für jedes Filmbild dieses wenigstens drei
Fünftel der Bildhöhe in das Bildfenster vorgerückt sein muss, da unter diesen Umständen das Film- bild vollständig durch das Bildfenster am Ende dieses besonderen Bildwechselfrequenzganges frei- gegeben wird. Jede geringe Vorschiebung des Filmbildes beim Beginn der Zerlegung würde Teile des
Filmbildes abschneiden.
Es sei beispielsweise angenommen, dass der Schlitz 48 das Prisma 41 in dem Augenblick frei- gibt, wenn das erste Filmbild drei Fünftel seiner Höhe sieh in das Bildfenster bewegt hat, d. h. wenn die Vorderkante des Bildes die in Fig. 6 durch die Linie A gekennzeichnete Stellung erreicht hat. Das
Prisma 41 ist so eingestellt, dass es die Abbildung des Filmbildes in der Bewegungsrichtung um zwei Fünftel der Filmbildhöhe verschiebt. Das Zusammenwirken von Filmbewegung und Ablenkung des
Elektronenbildes vervollständigen die Zerlegung des Filmbildes in der gleichen Weise wie in dem vorher behandelten Beispiel. Am Schluss des Zerlegungsvorganges wird das Prisma 41 abgedeckt und das
Prisma 42 wird durch den Schlitz 49 freigegeben. In dieser Zeit ist die Vorderkante des Filmbildes bis zur Stellung der Linie B in Fig. 6 vorgerückt.
Das Prisma 42 ist so eingestellt, dass es überhaupt keine Verschiebung des Bildes vornimmt. Es kann beispielsweise aus Glas sein.
Am Ende des zweiten Zerlegungsvorganges ist das Prisma 42 abgedeckt und das Prisma 43 durch den Schlitz 50 freigegeben. Bei dieser Zerlegung ist zu Beginn die Vorderkante des Filmbildes bis zu der Lage der Linie C, d. h. bis zum Ende des Bildfensters vorgerückt. Das Prisma 43 verschiebt das Bild um zwei Fünftel der Bildhöhe entgegengesetzt der Bewegungsrichtung des Bildes, wo es dann ein drittes Mal unter gleichen Bedingungen abgetastet wird. Wenn dieser Zerlegungsvorgang vollendet ist, haben die vordere Kante des folgenden Filmbildes und die hintere Kante des ersten Filmbildes die Lage der Linie D erreicht. Jetzt sind vier Fünftel des zweiten Filmbildes freigegeben. Das Prisma 43 ist verdeckt, da der Schlitz 51 das Prisma 44 freigibt, welches das Abbild des zweiten Filmbildes um ein Fünftel der Bildhöhe in der Bewegungsrichtung des Filmbildes verschiebt.
Dadurch wird die Abbildung in dieselbe Lage gebracht, die auch die Abbildung des ersten Filmbildes bei der vorhergehenden Zerlegung einnahm. Wenn der Zerlegungsvorgang beendet ist, hat die. Vorderkante des zweiten Filmbildes die Lage erreicht, die durch die Linie E gekennzeichnet ist. Schlitz 52 gibt dann das Prisma 45 frei, welches die Abbildung um ein Fünftel der Bildhöhe für die letzte Zerlegung entgegengesetzt der Filmbewegung verschiebt. Die Zerlegung geht dann in derselben Weise weiter für sämtliche folgenden Filmbilder. Jedes ungerade Filmbild wird dreimal und jedes gerade Filmbild zweimal zerlegt.
Beim Zeilensprungverfahren werden die ungeradzahligen und die geradzahligen Zeilen des Gesamtbildes in verschiedenen Zerlegungsvorgängen abgetastet. Ungeradzahlig Zeilen des ersten Filmbildes werden beim ersten Gang des Abblendevorganges und die geradzahligen Zeilen beim zweiten Gang abgetastet.
Die angeführten Anordnungen gelten nur als Beispiele. Das Verhältnis der Bildwechselfrequenz und der Bildzahlfrequenz für den Film kann beispielsweise 3 : 2,5 : 3 oder 3 : 1 sein. Wenn das Verhältnis 2 : 1 gewählt wird, kann auch eins der beiden Prismen fortfallen und das andere in einem solchen Winkel angeordnet sein, durch den die Verschiebung, die jedes von den Prismen vornimmt, doppelt zur Wirkung kommt.
Eine ganz ähnliche Anordnung ist möglich, wenn das Verhältnis 5 : 2 gewählt wird in Fällen, wo es unerwünscht ist, aufeinanderfolgende Filmbilder ungleichmässig oft zu zerlegen. Die Anordnung besteht dann darin, dass man das Prisma 42 durch zwei gleiche, aber entgegengesetzt gelagerte Prismen ersetzt. Eines der Prismen würde dann das Bild um eine halbe Bildhöhe in bezug auf die Film bewegung nach vorn verschieben, während das andere Prisma es um den gleichen Betrag zurückzieht.
Die Mindesthöhe des Bildfensters ist für jedes der angegebenen Beispiele verschieden. Für das Verhältnis 2 : 1 ist die Höhe des Bildfensters gleich der Bildhöhe. Für das Verhältnis 5 : 2 muss die Höhe des Bildfensters wenigstens l mal so gross sein wie die Bildhöhe, während für die zuletzt beschriebene Anordnung die geringste Höhe des Bildfensters l mal so gross sein muss wie die Bildhöhe.
Eine Regel zur Feststellung der richtigen Mindesthöhe des Bildfensters ist folgende : Wenn nur ein Filmbild gleichzeitig zerlegt wird, ist die Mindesthöhe des Bildfensters gegeben durch die Gleichung L =/ (l + [s-2] p), wobei f die Filmhöhe, 8 die Höchstzahl der Abtastungen für das Filmbild und p den Teil der Bildhöhe bedeutet, durch den sich der Film während eines Zerlegungsvorganges fortbewegt. Wenn die Abbildungen von zwei aufeinanderfolgenden Filmbildern überlagert werden, um gleichzeitig zerlegt zu werden, so ist die Mindesthöhe des Bildfensters durch die Gleichung L = f (2 - p) gegeben.
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