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Schaltungsanordnung zur Regelung der Grundhelligkeit und der Gradation einer elektro-optischen Wiedergabeeinrichtung, insbesondere in einem Fernsehempfänger
Bekanntlich weist das Auge eine logaritmisch verlaufende Empfindlichkeitskurve auf. Man erhält also dann den Eindruck gleichen Helligkeitsunterschiedes, wenn zwischen Helligkeitswerten Ho. H und H, Hg das gleiche Verhältnis k besteht :
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Ein solches Inensitätsverhältnis zwischen zwei Helligkeitsstufen bezeichnet man als"Stufenkontrast". Das kleinste noch unterscheidbar Helligkeitsverhältnis ko benachbarter Stufen ist abhängig vom Adaptionszustand des Auges bzw. von der Umgebungshelligkeit und liegt etwa bei 1, 02-1, 10, in manchen Fällen auch höher.
Stellt man eine Skala von Helligkeitswerten auf, die durch Streifen verschiedener Helligkeit wiedergegeben wird, wobei benachbarte Streifen das gleiche Helligkeitsverhältnis k aufweisen, so erhält man eine Folge von Helligkeitswerten, die etwa exponentiell abgestuft ist und die man als "Grautreppe" bezeichnet, da die Helligkeitswerte (Grauwerte) von Streifen zu Streifen treppenartig oderabneh - men ; das Auge hat dabei den Eindruck einer linearen Grautreppe.
Das innerhalb des übertragenen Bereiches, z. B. innerhalb eines Bildes, auftretende Verhältnis der Spitzenhelligkeit Hn. die den übertragenen"Weiss"-Werten entspricht, zur minimalen Helligkeit (Grundhelligkeit) Ho, die den"Schwarz"-Werten entspricht, nennt man den "Kontrast" (Grobkontrast) K :
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Bei einer solchen Grautreppe wird die Helligkeit Hx einer beliebigen Stufe mathematisch wiedergegeben durch die Formel :
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wobei n die Stufenzahl ist, bei der die Spitzenhelligkeit Hn erreicht wird. Ersichtlich sind Ho und Hn die Grenzwerte von Hx für x = 0 und x = n.
. In diesem Diagramm entsprechend Fig. l, in dem die Helligkeitswerte H in logarithmischem Massstab als Ordinate aufgetragen sind, erhält man eine geradlinige Charakteristik und eine den visuellen Graustufen x proportionale Skala an der Abszisse, wenn diese linear geteilt ist. Im gleichen Diagramm kann man auch die die Helligkeit H der Wiedergabeeinrichtung steuernde Spannung Us eintragen. Zwischen der Steuerspannung Us einer elektro-optischen Wiedergabeeinrichtung und dem Helligkeitswert H (Leuchtdichte) besteht im allgemeinen eine Beziehung
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y wird als (konstanter) Gradationsexponent bezeichnet. Im erwähnten Diagramm äussert sich dieser Exponent in der Steilheit (Neigung) der im'allgemeinen geradlinigen Charakteristik.
Zwischen den z. B. von einer optisch-elektrischen Aufnahmeapparatur abgetasteten Helligkeitswerten und der daraus erhaltenen Signalspannung U besteht im allgemeinen ein solcher Zusammenhang, dass unter bestimmten Bedingungen die Signalspannung nach der Übertragung der Wiedergabeeinrichtung direkt zugeführt werden kann ; solche Bedingungen sind z. B. die Verwendung festgelegter Arten von Vorverstärkernundelektro-optischen Umwandlern, etwa einer Elektronenröhre. Die Signalspanpung U hat unter diesen Verhältnissen im Diagramm die gleiche Kennlinie wie die Steuerspannung Us. Soweit Abweichungen gegenüber der an sich erstrebenswerten exponentiellen Charakteristik auftreten, äussern sich diese in einer mehr oder weniger starken Krümmung der Spannurgskurve im Diagramm.
Eine Anpassung der Signalspannung U an die Wiedergabeeinrichtung derart, dass der Gradationsexponent (lineare Gammakorrektur) oder die Kennlinienform geändert wird (nichtlineare Gammakorrektur),
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genommen werden. Aus dem erwähnten Diagramm geht somit der Zusammenhang zwischen der Steuerspannung Us und'der Helligkeit H hervor, wobei die Abszisse die als Hilfsvariable verwendete Graustufenzahl x trägt.
Üblicherweise wird der Signalspannung U, die, wie bereits erwähnt, im allgemeinen direkt als Steuerspannung Us verwendet wird, eine solche Charakteristik gegeben, dass bei einer bestimmten Raumhelligkeit Hro eine exponentielle Helligkeitscharakteristik mit gegebener Grundhelligkeit Ho und Spitze helligkeit Hn erhalten wird. Setzt man unter Berücksichtigung dieser Zusammenhänge die Formel (3) in Formel (2) ein, so erhält man die Abhängigkeit der Steuerspannung Us und damit auch der Signalspannung U von der Hilfsvariablen x :
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derlich sind. Der Gradationsexponent y erscheint in dieser Formel nicht.
Als bestimmte Raumhelligkeit wird vorzugsweise der Wert Hro = O, also dunlder Aussenraum, ange- nommen, weil dann mit geringstem Aufwand ein maximaler Kontrast wiedergegeben werden kann.
Den grössten Kontrast würde man erhalten, wenn man die minimale, dem Schwarzwert entsprechende Helligkeit Ho gleich Null bzw. etwas unterhalb der Reizschwelle des Auges wählen könnte. Dies führt aber praktisch nicht zum Ziel, da einerseits die Reizschwelle des Auges abhängig vom Adaptionszustand sehr stark schwankt und da anderseits bei der Wiedergabeeinrichtung stets von den hellen Teilen Streulicht, z. B. durch Reflexion im Aussenraum oder durch Reflexion im Innern einer Elektronenstrahlröhre, auf die dunklen Bildteile gelangt, so dass diese mehr oder weniger überstrahlt werden können, wenn sie 'zu wenig Eigenhelligkeit haben.
Die dem Schwarzwert entsprechende minimale Helligkeit Ho muss daher auch entsprechend'der Reizschwelle des Auges in einem von Fremdlicht freien "dunklen" Raum grösser gewählt werden als die Streulichthelligkeit Hoo, z. B. bei 3 asb. Da eine gute Bildübertragung dann möglich ist, wenn der Kontrast etwa 100 (oder mehr) beträgt, ist es zweckmässig, die Aussteuerung so zu wählen, dass die Spitzenhellig- keit etwa 300 asb beträgt ; dies kann z. B. bei Elektronenstrahlröhren für Fernsehempfänger gut erreicht werden.
In Fig. 1 ist ein halblogarithmisches Diagramm der erwähnten Art wiedergegeben. Kurve 1 zeigt den
Helligkeitsverlauf zwischen 3 asb und 300 asb. Es ist also in Formel (2)
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An der Abszisse ist in willkürlichem Massstab die Grösse x aufgetragen, die sich im Aussteuerbereich zwischen 0 und 100 ändert ; die angenommene maximale Stufenzahl ist somit n = 100. Kurve 2 gibt die zugehörige Steuerspannung Us wieder, die sich von UQ = 2 V bis Un = 20 V ändert. Zwischen den Kurven 1 und 2 besteht die Beziehung nach (3). Dabei ist y = 2 angenommen, wie es bei Elektronenstrahlröhren im allgemeinen der Fall ist.
Bei einem andern Gammawert ändert sich die Neigung der Kurve Us ; fury = 1 ergibt sich z. B. die gestrichelt eingetragene Kurve 3 mit Uo = 2 und Un = 200 ; die Kurven 1 und 3 verlaufen parallel.
Fig. 2 zeigt nach Formel (3) die Helligkeitskurve I einer Fernsehbildröhre in Abhängigkeit von der Steuerspannung Us.
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Der Wert Us = 2 V entspricht einer Grundhelligkeit Hn von 3 asb und damit dem Schwarzwert einer Videospannung, die unterhalb der Abszisse aufgetragen ist. Der Weisswert Us = 20 V erreicht eine Spitzen-
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von der Vorspannung Ug zwischen den Steuerelektroden, z. B. zwischen Kathode und erstem Gitter einer Elektronenstrahlröhre. Man sieht, dass der Bezugswert Us = 0 der Steuerspannung bei einer Vorspannung von etwa - 71 V liegt und dass die Grundhelligkeit von etwa 3 asb eine minimale Steuerspannung Uso von 2 V erfordert.
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-Usn = 20 V aussteuert.
Um nun die Grundhelligkeit zu ändern, kann. wie in Fig. 2 angegeben worden ist und weiterhin noch erläutert werden soll, eine Verschiebespannung Uv zur Steuerspannung Ushinzugefügt werden. Wenn die Verschiebespannung Uv = 4, 5 V beträgt, verschiebt sich der ArLeitspunkt für die Grundhelligkeit nach Uso = 6, 5 V, und die Signalspannung U steuert bis zu einem Wert Uo.. = 24, 5 V aus, wie an Kurve IV ersichtlich ist.
Aus dem Diagramm nach Fig. 1 kann leicht abgelesen werden, dass man keine lineare HelligkeitsCharakteristik erhält, wenn der Aussenraum nicht dunkel ist. Dann wird vom Schirm, der ja im allgemeinen von aussen kommendes Fremdlicht nicht absorbiert, also nicht schwarz erscheint, ein konstanter Anteil Hr des auffallenden Raumlichtes reflektiert, der für den Betrachter additiv zu der von der Wiedergabeeinrichtung hervorgebrachten Eigenhelligkeit H hinzutritt. Die Kurve 1 geht dadurch in eine Kurve l' über (Hr = 30 asb), für die gilt :
H' = Hr- (6) Der neue Wert der Grundhelligkeit :
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ist wesentlich erhöht.
Bei geringer Helligkeit wird ein bestimmter Kontrastwert (relativer Helligkeitsunterschied) k erst bei einer grösseren Änderung der Signalspannung U erreicht, so dass einige der durch kleine Spannungen übertragenen Graustufen nicht mehr sichtbar werden und dadurch für die Wiedergabe verloren gehen. Wegen der logarithmischen Augenempfindlichkeit ist die ebenfalls auftretende Änderung der Spitzenhelligkeit Hn in H'n = Hn + Hr unerheblich, da sie relativ nicht ins Gewicht fällt.
Eine Abweichung von der vorgegebenen Helligkeitsverteilung kann auch dadurch eintreten, dass vom Betrachter aus irgendwelchen subjektiven Gründen, z. B. infolge eines noch nicht auf die Dunkelheit adaptierten Auges, auch im dunklen Raum eine andere Grundhelligkeit R" 0 eingestellt wird, als für eine empfindungsrichtige Wiedergabe erforderlich ist.
Eine solche Grundhelligkeitsänderung erfolgt üblicherweise dadurch, dass zur Steuerspannung Us oder zur Signalspannung U eine konstante Verschiebespannung Uv hinzugefügt wird, durch die der Arbeitspunkt der Wiedergabeeinrichtung nach Werten grösserer Helligkeit verlagert wird. Dies äussert sich im Diagramm
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unverändert bleibt, jedoch wirkt als Steuerspannung U".. nicht die Signalspannung U allein, sondern zusammen mit einer Verschiebespannung Uv : U"s=U+Uv. (8) An Stelle von der Beziehung nach Formel (3) wird H" = P (U + Uv') r (9)
Die so veränderte Helligkeitskurve 1" beginnt wiederum bei einem gegenüber H, dem Anfangspunkt der Kurve l, entsprechend höheren Wert im Diagramm.
Um einen Vergleich zu ermöglichen, ist die Verschiebespannung Uv mit etwa 4, 5 V so gewählt worden, dass H"o = H'0'also eine Aufhellung um 30 asb (wie durch Ho) bewirkt wird.
Man kann die Kurve 1" einfach konstruieren, indem man bei einer bestimmten Stufe x (z. B. x = 30) auf der Kurve 2 (oder 3) an der Ordinate die zugehörige Signalspannung U feststellt, dazu Uv addiert, an Hand der Kurve 2 (oder 3) mit diesem höheren Steuerspannungswert in der Kurve 1 den zugehörigen Helligkeitswert ermittelt und diesen Helligkeitswert über der gewählten Stufe x einzeichnet (vgl. die gestrichelte Pfeillinie).
Wie bei der Kurve l'zeigen sich bei der Kurve 1" zwar etwas geringere, aber immerhin merkliche Gradationsverzerrungen, insbesondere bei kleinen Helligkeitswerten, wodurch sich gerade in den dunklen
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Bildteilen eine erheblich verschlechterte Wiedergabe ergibt.
Bei einer Schaltungsanordnung zur Regelung der Grundhelligkeit und der Gradation einer elektro-optischen Wiedergabeeinrichtung insbesondere in einem Fernsehempfänger, der eine Signalspannung U solcher Charakteristik zugeführt wird, dass bei einer bestimmten gegebenen Raumhelligkeit Hro, insbeson- dere bei dunklem Aussenraum, eine exponentielle Helligkeitscharakteristik (Graustufentreppe) mit gegebener Grundhelligkeit Ho und gegebener Spitzenhelligkeit Hn erhalten wird, werden diese Nachteile vermieden, und man erhält auch bei erhöhter Grundhelligkeit eine empfindungsrichtige Charakteristik und damit eine wenigstens annähernd naturgetreue Wiedergabe,
wenn gemäss der Erfindung bei geänderter Grundhelligkeit H'0 und gegebenenfalls geänderter Spitzenhelligkeit H'n die Signalspannung U über eine in Abhängigkeit von der Grundhelligkeit gesteuerte Verzerrerstufe in eine der Wiedergabeeinrichtung zuzuführende korrigierte Signalspannung übergeführt wird, derart, dass stets wenigstens annähernd eine ex- ponentiells Helligkeitscharakteristik auftritt.
Die erforderliche Kennlinie der Verzerrerstufe erhält man in einfacher Weise dadurch, dass man die z. B. durch eine zusätzliche Gleichspannung Uv hervorgerufenen Werte der Grundhelligkeit H" 0 und der Spitzenhelligkeit H" ermittelt und diese Werte in einem Diagramm entsprechend Fig. l miteinander durch eine gerade Linie 5 verbindet. Dann wählt man, ähnlich wie oben bei der Konstruktion der Kurve 1", einen Abszissenwert x, geht von dem zugeordneten Wert auf der Kurve 5 waagerecht bis zur Helligkeitskurve 1 und findet senkrecht darunter auf der Kurve 2 einen Spannungswert, den man bei der ge - wählten Stufe x einträgt. Man erhält so eine Kurve 6.
Wenn der Zusammenhang nach Formel (3) zwischen der Helligkeit H und der Steuerspannung Us streng erfüllt ist, ist die Kurve 6 ebenfalls eine Gerade mit dem Anfangswert Umso und dem Endwert U"sn.
Zum Vergleich ist die zur Kurve 1" gehörende nicht korrigierte Steuerspannungskurve 6'eingetragen, die aus der Kurve 2 durch Addition der Verschiebespannung Uv von etwa 4, 5 V erhalten wurde. Man sieht, dass die Kurve 6, insbesondere in den mittleren Partien, höhere werte aufweist als die durch einfache Addition der Signalspannung U und der konstanten Verschiebespannung Uv erhaltene Kurve 6'.
Die Signalspannung U bzw. ihre Summe mit der Verschiebespannung Uv muss also durch die Verzerrerstufe bei mittleren Werten vergrössert werden. Um diese noch deutlicher erkennbar werden zu lassen, ist in Fig. 3 die korrigierte Steuerspannung U"s in Abhängigkeit von der Signalspannung U bei verschiedenen Werten der Verschiebespannung Uv in linearem Massstab aufgetragen.
Die Verzerrung muss tatsächlich bei kleinen Spannungen-geringe Helligkeit-relativ am stärksten sein.
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kann man noch den Numerus des im Zähler der Formel (11) stehenden Logarithmus mit der Basis des Exponentialausdruckes in (10) vertauschen, und man erhält :
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Hiebei ist der Exponent bei konstanter Verschiebespannung Uv - die in Fig. 2 als Parameter angewendet ist-ebenfalls konstant.
Man kann auch die Signalspannung U allein korrigieren und die Verschiebespannung Uy getrennt addieren ; dies ist dann zweckmässig, wenn der von der Signalspannung abhängige Steuerspannungsanteil U" der einen Elektrode, z. B. der Kathode, und die Verschiebespannung Uv einer andern Elektrode, z. B. dem Gitter (Wehneltzylinder), einer Elektronenstrahlröhre zugeführt werden soll.
Die hiefür erforderlichen korrigierten Steu rspannungen zeigen die Kurve 2" in Fig. 1 und die in Fig. 3 gestrichelt eingetragenen Kurven für verschiedene Werte von Uv. Rechnerisch erhält man :
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Hiebei kann x/n gemäss Formel (11) umgeformt werden, und es ergibt sich dann unter Berücksichtig'mg von (12) :
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Um die Verzerrung noch deutlicher werden zu lassen, kann man die korrigierte Signalspannung U"auf die unkorrigierte Signalspan. ung beziehen und die Korrekturfunktion U"/U bilcsn. Diese zeigt, dass bei Uv maux = 12 V mit der dem Diagramm zugrundeliegenden Signalspannung von 2 bis 20 V bei kleiner Helligkeit eine Verzerrung bis auf das 1, 35fache erforderlich wird.
Um eine Korrektur auch beim Vorhandensein einer zusätzlichen Helligkeit, die auf dem Schirm infolge von Fremdlicht hervorgerufen wird, durchzuführen, ! russ diese Raumhelligkeit Hr in einen Einstellwert umgewandelt, also z. B. gemessen werden. Dies kann in bekannter Weise mittels einer Photozelle erfolgen, deren Ausgangssignal einen, vorzugsweise elektronischen, Korrekturverstärker beeinflusst.
Bei einem Fernsehempfänger ist es jedoch einfacher, das Schirmbild selbst gewissermassen als Photometer zu benutzen. Hiezu geht man so vor. dass man die Grundhelligkeit Hn 0 so einstellt, dass an den dunklen Stellen des Bildes die Zeilen des Rasters vonihrem dunkleren Zwischenraum gerade noch unterschieden werden können.
Die Helligkeit der Zwischenräume ist hiebei durch die Raumhelligkeit Hr und die weiter oben erwähnte Streulichthelligkeit Hoo bedingt. Die Helligkeit der Zeilen geht einerseits auf die Vom Elektro-
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wiedergegeben wird.
Zeilen und Zwischenräume können dann unterschieden werden, wenn ihr Intensitätsverhältnis etwa einen gewissen Schwellwert k* erreicht :
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Untersuchungen haben ergeben, dass bei Raumhelligkeitswerten Hr auf dem Schirm in der Grössenordnung von etwa 3 bis 30 asb, wie sie in der Praxis meist auftreten, und insbesondere bei der Übertragung eines Bildes mit merklich höherer mittlerer Bildhelligkeit Zeilen und Zwischenräume gerade unterschieden werden können, wenn k* = 2 bzw. H"'= Hr + Ho (16) ist. Hiebei könnte :
Hoo = Ho (17)
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gesetzt werden, da beide Werte in gleicher Grössenordnung liegen und bei merklicher Raumhelligkeit ohnehin verhältnismässig klein sind.
Anderseits ist bei kleiner Raumhelligkeit die erforderliche Korrektur entsprechend kleiner, so dass ein durch die Vernachlässigung gemachter Fehler nicht störend in Erscheinung tritt. Da Ho direkt bekannt ist, wird durch Formel (17) die Rechnung vereinfacht.
Damit hat man also die Möglichkeit, durch Einstellung der Grundhelligkeit H"'o die Raumhelligkeit Hr zu messen.
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Gemäss den Fc : meln (14) bis (17) ergibt sich aus Formel (19)-Kurve 7-die Gleichung für die zu erzeugende Eigenhelligkeit H' (Kurve 7') durch Subtraktion des Raumlichtes und des Streulichtes und beim Ersetzen von Hr + Ho durch den eingestellten Wert Hit'0 :
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Mittels der bekannten Steuerkurven 1 und 2 der Wiedergabeeinrichtung H = f (Us) - vgl. Formeln (2), (3) und (4)-erhält man die erforderliche korrigierte Steuerspannung U's.
Berücksichtigung der Gleichung (3) führt zu einer Formel, die nur noch Spannungswerte enthält :
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Nach Formel (11) und gegebenenfalls Formel (12) kann in den Formeln (20) und (21) x/n gewünschtenfalls wieder umgerechnet werden. Aus Formel (21) kann man natürlich leicht U, die korrigierte Steuerspannung abzüglich UV, also die korrigierte Signalspannung, ausrechnen.
Bei den bisherigen Betrachtungen wurde die Spitzenhelligkeit nur wenig, jedenialls nicht absichtlich, erhöht. Da sich anderseits aber die Grundhelligkeit Ho sehr stark ändert, verringert sich der Kontrast [vgl. Formel (lb)] erheblich. Dann kann nur eine geringere Graustufenzahl wiedergegeben werden, so dass die Qualität eines übertragenen Bildes od. dgl. trotz der Kennlinienkorrektur doch etwas beeinträchtigt wird.
Nach der Erfindung kann man auch diesen Nachteil vermeiden, wenn mit der Grundhelligkeit die Spitzenhelligkeit derart geändert wird, dass der Kontrast mindestens in einem gewissen Bereich wenigstens annähernd konstant bleibt bzw. nur wenig vermindert wird. Dies erreicht man z. B. dadurch, dass die Grundhelligkeit Ho nicht so sehr durch die Verschiebespannung Üy, sondern überwiegend durch eine Erhöhung der Amplitude des sich ändernden Teiles der Steuerspannung Us (bzw. der Signalspannung U) vorgenommen wird.
Wenn die Grundhelligkeit Ho* in einem dunklen Raum geändert werden soll, muss die Steuerspannung U*'s die Form haben : U*'g = c. U. (22)
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Eine nicht-lineare Kennlinien-Verzerrung ist hiebei nicht erforderlich. Es ist jedoch darauf zu achten, dass die Signalspannung U nicht ohne weiteres die z. B. von einem Videodemodulator gelieferte Spannung ist, sondern dass die Beziehung (3) erfüllt sein muss : Die Spannung U ist vom Scheitelpunkt der Steuerkennlinie (Parabel) der Wiedergabeeinrichtung zu rechnen (vgl. Fig. 2). Dies kann es erforderlich machen, vor dem die Konstante c ändernden Regler, z. B. einem Potentiometer, noch eine konstante Spannung hinzuzufügen (bzw. abzuziehen).
Wenn auch die Raumhelligkeit berücksichtigt werden muss, wird die Steuerspannung : U*"s = c'U + U*"v. (24)
Hiebei ist wieder eine echte Verzerrung der Steuercharakteristik vorzunehmen. Die erforderliche Kennlinie lässt sich in einem Diagramm entsprechend Fig. 1 leicht konstruieren.
- Nach den Formeln (14) bis (17) bestimmt man zunächst bei einem Raumhelligkeitswert Hr die Grundhelligkeit : "o=H""o+H, +Ho=2H""o. (25)
Von diesem Punkt aus legt man eine zur Kurve 1 parallele Gerade 8 und findet dadurch den Spitzenhelligkeitswert : H*"n = H""n + Hr + Ho = Hit.. n + H"" 0. (26)
Von den Werten der Geraden 7 ist H""o abzuziehen, wodurch sich die Kurve 8'für H"" ergibt.
Nun lässt sich, wie oben beschrieben, die erforderliche Steuerspannung U*"s durch Auswertung mit Hilfe der Steuerkennlinie 1 und 2 bestimmen.
Insbesondere aus den Grenzwerten U*"so und U*"sn können die Grössen c'und Uv leicht berechnet werden. Es sei bemerkt, dass Uv hiebei für grössere Grundhelligkeitswerte kleiner wird, während c anwächst.
Insbesondere Elektronenstrahlröhren lassen jedoch nicht eine beliebige Erhöhung der Spitzenhelligkeit zu, weil einerseits der Leuchtstoff Sättigungserscheinungen zeigt und weil anderseits die Hochspannungs-Speisequelle einen ziemlich hohen Innenwiderstand hat, so dass bei zunehmender Belastung, jedenfalls durch höhere mittlere Bildhelligkeit, die Spannung stark absinken kann, was der erwünschten Hellig- keitssteigerung entgegenwirkt. Es kann daher zweckmässig sein, die Konstanthaltung des Kontrastes nur im Anfangsbereich durchzuführen und nach dem Erreichen einer bestimmten Grenze, z. B. des Doppelten oder des Dreifachen des ursprünglichen Wertes, die Spitzenhelligkeit nicht mehr wesentlich zu erhöhen.
Man kann auch die Erhöhung der Spitzenhelligkeit auf den ganzen Regelbereich der Grundhelligkeit ver-
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tor kleiner ist als 1. Dann kann zwar eine Kontrastverringerung nicht vermieden werden, jedoch ist sie nicht so stark.
Der Vollständigkeit halber sei noch ausdrücklich bemerkt, dass die richtige Wiedergabe einer Grautreppe (exponentielle Leuchtdichte bzw. Helligkeitsverteilung) auch die'grauwertrichtige Wiedergabe eines beliebigen Bildes gewährleistet.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand zweier Schaltungsbeispiele noch näher erläutert.
In Fig. 4 werden in bekannter Weise einem Träger aufmodulierte Fernsehsignale, vorzugsweise von einem Zwischenfrequenzverstärker, einem Schwingkreis 1 zugeführt, der einerseits an Erde liegt. Die Schwingungen werden dem andern Anschluss des Schwingkreises entnommen und der Kathode einer Diode 2 zugeführt, deren Anode über einen Belastungswiderstand 3, z. B. 3 kOhm, und einen parallel liegenden Glättungskondensator 4 an Erde liegt. Am Widerstand 3 tritt inbekannterWeise das demodulierte Videosignal auf. Zur Einstellung des Kontrastes, d. h. der Amplitude Un des entnommenen Videosignals,
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Uo,wird, in. Übereinstimmung mit den vorstehend entwickelten Formeln, um die schliesslich der Wiedergaberöhre 15 zugeführte Spannung zu bekommen auf 2 U gestellt.
Mittels eines Abtrennkondensators 6, z. B.
1 J1 F, und einer Schwarzsteuerdiode 7, die zwischen Schleifer 5 und Erde in Reihe liegen, wird das Videosignal am Verbindungspunkt des Kondensators 6 und der Diode 7 mit dem negativen Spitzenwert (Synchronisierimpulsspitzen) auf Erdpotential gelegt. Der Diode 7 liegt die Reihenschaltung zweier, vorzugs-
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weise gleicher, Widerstände 8 und 9, z. B. je 4 kOhm, parallel. An ihrem Verbindungspunkt tritt somit die Videospannung mit halber Amplitude auf. Weiter liegt der Diode 7 ein aus dem Widerstand 10, z. B.
750 Ohm, und der Diode 11, z. B. Type OA 81, bestehender spannungsabhängiger Teiler parallel ; die Diode 11 ist dabei mit der Kathode geerdet.
Am Verbindungspunkt des Widerstandes 10 und der Diode 11 tritt ein Videosignal auf, das bei zunehmender Spannung - also bei den Weiss-Signalen - stärker als auf die Hälfte geteilt wird. Die Charakterstik dieses Signals zeigt daher eine Krümmung, wie sie in Fig. 3 für den Maximalwert von Uv gestrichelt angegeben ist. Zwischen den Verbindungspunkten der Widerstände 8 und 9 und les Widerstandes 10 mit der Diode 11 ist ein Potentiometer 12 eingeschaltet, dessen Widerstandswert, z. B. 50 kOhm, vorzugsweise gross ist im Vergleich zu den genannten Widerständen.
Wenn der Schleifer des Potentiometers 12 am Anschlusspunkt der Widerstände 8 und 9 steht, tritt an der mit ihm verbundenen Ausgangsklemme 13 die in der Form unveränderte Videospannung auf. Steht der Schleifer am Verbindungspunkt des Widerstandes 10 mit der Diode 11, so erhält man, wie erwähnt, die korrigierte Steuerspannungskurve für maximale Verschiebespannung Uv. Da, wie Fig. 3 deutlich zeigt, die Kennlinien für dazwischenliegende Werte der Verschiebespannung weitgehend ähnlich zu der Kennli- nie mit maximaler Verschiebespannung sind, (d. h. für Uv = 12 V), kann durch den SchleiferdesPotenti0- meters 12 praktisch jede der in Betracht kommenden Verzerrungen für beliebige Verschiebespannungswerte eingestellt. werden. Zwar ist diese Korrektur nicht in allen Punkten exakt.
Im Vergleich zu einer unkorrigierten Charakteristik tritt jedoch eine auffällige Verbesserung ein, der gegenüber eine Abweichung vom Optimum nicht ins Gewicht fällt.
Das in dieser Verzerrerschaltung korrigierte Signal wird von der Ausgangsklemme 13 als Steuerspannung Us einer Wiedergabeeinrichtung zugeführt, die aus dem Verstärker 14 und einer an der Kathode gesteuerten Elektronenstrahlröhre 15 besteht. Der Synchronisierimpuls, der vielfach erst hinter dem Verstärker 14 abgenommen und daher nicht verformt werden soll, wird bei der beschriebenen Anordnung nicht wesentlich verzerrt.
Die bisher beschriebene Anordnung liefert lediglich das korrigierte Signal entsprechend den gestrichelten Kurven in Fig. 3. Die erforderliche Verschiebespannung Uv wird dem Steuergitter bzw. dem Wehneltzylinder der Elektronenstrahlröhre 15 vom Schleifer eines Potentiometers 16 zugeführt, das über Vorwiderstände 17 und 18 mit dem positiven bzw. dem geerdeten negativen Pol einer Speisequelle von z. B. 250 V verbunden ist.
Da die Änderung der Gradation (Kennlinienkrümmung) und der Grundhelligkeit (Verschiebespannung Uy) gleichzeitig erfolgen muss, sind die Betätigungsglieder, z. B. die Achsen, der Potentiometer 12 und 16 mechanisch gekuppelt.
Da die Verzerrerkurven (vgl. Fig. 3) zwar ähnlich, aber nicht proportional Uv sich der Kurve für maximales Uv annähern, sollen die Potentiometer 12 und 16 nicht gleiche, insbesondere nicht gleiche lineare Kennlinien haben. Es zeigt sich, dass bei einer Verschiebung des Schleifers des Gradationspotentiometers 12 von links nach rechts (von linearer Kennlinie zu maximal verzerrter Kennlinie) die Spannung Uv erst langsam und dann schneller ansteigen soll. Dies lässt sich in einfacher Weise dadurch erreichen, dass dem Potentiometer 16 zwischen dem Schleifer und dem Anfang ein Widerstand 19 parallel geschaltet wird, der vorzugsweise etwa die ein-bis zweifache, vorzugsweise die 1. 5 fache Grösse hat wie der Widerstand 16.
In die Regelschaltung für Uv (Potentiometer 16), die nur Gleichspannung führt, können auch weitere
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te Abhängigkeit der Verschiebespannung Uv von einer Verstellgrösse ohne weiteres erreicht werden kann,
Bekanntlich ist eine Gradationskorrektur in erster Linie bei niedrigen Videofrequenzen, d. h. für grö- ssere Bildflächen, erforderlich, aber nicht so sehr in den feinen Details, d. h. bei hohen Frequenzen. Da anderseits die Verzerrungsanordnung infolge ihrer Streukapazitäten eine Benachteiligung der höherenFre- quenzen bewirkt, kann es zweckmässig sein, die hohen Frequenzen nicht über die Verzerrerstufe zu leiten. Dazu kann eiD Kondensator 20 von z.
B. 60 PF zwischen dem Speisepunkt oder einem Anzapfpunkt des linearen Spannungsteilers 8,9 und der Ausgangsklemme 13 eingeschaltet werden.
Es ist notwendig, den Schwarzpegel der Signalspannung gut konstant zu halten, damit tatsächlich ein sicherer Zusammenhang zwischen optischer Grundhelligkeit und elektrischer Gradationskorrektur besteht Die einfache Schwarzsteuerschaltung mittels der Diode 7 kann daher zweckmässig durch eine Anordnung ersetzt werden, bei der nicht die Synchronisierimpulsspitzen, sondern der Schwarzwert selbst, insbesondere der für Formel (3) erforderliche Ausgangswert, stabilisiert wird. Auch an sich bekannte getastete
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Schwarzsteuerschaltungen sind vorteilhaft.
Es kann zweckmässig sein, die Gynchronisierimpulse aus dem zu verzerrenden Signal zu entfernen ; dies kann mittels einer Reihendiode 21 zwischen dem Kopplungskondensator 6 und dem linearen Spannungsteiler 8,9 erfolgen. Dann ist noch ein Belastungswiderstand 22 der Schwarzsteuerdiode 7 parallel zu schalten, dessen Aufgabe sonst von der Verzerrerstufe, insbesondere von den Widerständen 8 und 9, übernommen werden kann.
Beim Abgleichen wenigstens eines der Widerstände 8,9 und 10 ist darauf zu achten, dass die Spannungsspitzenwerte für die Grundhelligkeit Ho und die Spitzenhelligkeit Hn in beiden Endstellungen des Schleifers 12 wenigstens annähernd gleich sind.
Die Einstellung der Kennlinie kann in einfacher Weise dadurch erfolgen, dass das korrigierte Signal einem Oszillographen zugeführt wird, in dem eine entsprechende Schablone angebracht ist. Es ist selbstverständlich möglich, die Kennlinie im weiten Bereich zu variieren, insbesondere auch durch Anbringen einer konstanten oder von Uv (Regler 16) abhängigen Vorspannung im Zweig der Diode 11 oder durch einen zur Diode parallel liegenden Widerstand.
Eine etwa erforderliche Korrektur der Frequenz- und/oder Phasenkennlinie wird zweckmässig im Ausgangskreis des Verstärkers 14, z. B. im Anodenkreis einer Video-Endpenthode, vorgenommen.
Die Verzerrerstufe kann an sich auch im Ausgangskreis des Verstärkers 14 angeordnet sein. Bei Verwendung eines Röhrenverstärkers ist die Verzerrung im Gitterkreis aber deshalb günstig, weil dort die Impedanzen niedrig sind und daher etwaige Streukapazitäten weniger ins Gewicht fallen.
Fig. 5 zeigt eine Schaltung, die bis einschliesslich des Kondensators 6 und der Diode 7 der Schaltung nach Fig. 4 gleicht. Die an den Verbindungspunkt dieser beiden Schaltelemente angeschlossene Verzerrerschaltung besteht hier jedoch aus der Reihenschaltung dreier Widerstände 25,26 und 27, z. B. 6,5 und 25 kOhm, zum negativen Pol einer anderseits geerdeten Hilfsspannungsquelle von z. B. 10 bis 14 V.
Der Widerstand 26 ist ein Potentiometer, dessen Schleifer mit der Anode einer anderseits geerdeten Kristalldiode 28 (z. B. Type CA 70) in Verbindung steht. Am Schleifer 26 ist die Ausgangselektrode 13' angeschlossen.
Die Widerstände 25 und 26 und die Diode 28 bilden wieder einen spannungsabhängigen Spannungsteiler, dessen Arbeitspunkt durch die Änderung der Vorspannung im Diodenkreis mittels des Schleifers am Potentiometer 26 eingestellt wird. Gleichzeitig ändert sich das Spannungsteilungsverhältnis an bich, so dass der Spannungsverlust ausgeglichen wird, der durch Absinken des Diodeninnenwiderstandes eintritt.
Wenn andieAusgangsklemme 13'das Steuergitter einer Röhre od. dgl. angeschlossen wird, soll noch ein Trennkondensator eingeschaltet werden, damit die an der Diode 28 auftretende veränderliche Gleichspannung den Arbeitspunkt des nachgeschalteten Verstärkers nicht störend beeinflusst.
Eine Anordnung nach Fig. 5 enthält gegenüber Fig. 4 ersichtlich erheblich weniger Elemente, so dass praktisch keine Benachteiligung der hohen Frequenzen auftritt. Ein den Verzerrer für die hohe Frequenz überbrückender Kondensator kann daher entbehrt werden.
Es ist auch möglich, statt zweier Potentiometer 12 und 16 mit einem einzigen Potentiometer auszukommen, so dass eine mechanische Kupplung vermieden werden kann. Hiezu wird ähnlich Fig. 5 die Kennlinienänderung durch eine Vorspannungsänderung eines nichtlinearen Elementes, z. B. einer Diode bewirkt, wobei die Vorspannung von dem die veränderliche Verschiebespannung liefernden Helligkeitregler abgeleitet werden. kann. Wenn die Vorspannung und die Verschiebespannung verschiedene Kennlinien haben müssen, lassen sich die erforderlichen Korrekturen durch Einschaltung weiterer spannungsbzw. stromabhängiger Elemente erreichen. Da diese Gleichstromkreise die Signalspannung nicht. führen, können Schwierigkeiten durch Streukapazitäten u. dgl. nicht auftreten.
Unter sinngemässer Anwendung der Lehre nach der Erfindung kann man auch dann eine richtige Korrektur erhalten, wenn der Zusammenhang zwischen der Steuerspannung Us und der Helligkeit H der Wiedergaberöhre von dem Gesetz nach Formel (3) abweicht. Aus einem Diagramm nach Fig. 1 lassen sich die erforderlichen Kennlinien, wie oben beschrieben, leicht konstruieren, wenn der geänderte Zusammenhang zwischen Steuerspannung Us und der Hilfsvariablen x berücksichtigt wird.
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