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Abtastvorrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Abtastvorrichtung zur Wiedergabe von durch ein Raster paralleller Zeilen zusammengesetzter Bilder, welche Vorrichtung einen drehbaren Träger aufweist, in dem eine Anzahl identischer, mindestens nahezu zylindrischer, optischer Mittel parallel zu der Drehachse des TMt- gers eingesetzt sind, wobei diese optischen Mittel gleichen Abstand voneinander haben und von der Drehachse gleich weit entfernt sind.
Es wurde bereits eine Abtastvorrichtung vorgeschlagen, bei der der Bildaufbau in einer Richtung thzch mechanische Mittel erfolgt, während die Abtastung senkrecht zu dieser Richtung mittels Elektrouenstrahlen durchgeführt wird. Diese Massnahme bringt eine wesentliche Vereinfachung der Kathodenstrahlhre mit sich, wobei ausserdem in ziemlich einfacher Weise durch stationare zylindrische optische Mittel eine Vergrösserung des Bildes erhalten werden kann.
Gemäss der Erfindung sind die optischen Mittel als zylindrische Linsen ausgebildet und durch 1k : ht- undurchlässige Wände des Trägers voneinander getrennt, wobei innerhalb des Trägers eine von ihm eng umschlossene, einen zylindrischen Kolben aufweisende Kathodenstrahlröhre mit an einem ihrer Eadea
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parallel zu der Drehachse des Trägers liegen, wobei zur Erzeugung eines virtuellen Bildes das aus den Leuchtstreifen und den Linsen bestehende optische System mit einem feststehenden, mindestens nahezu zylindrischen und vergrössernden Spiegel zusammenarbeitet.
Im Hinblick darauf, dass die Kathodenstrahlröhre im Gegensatz zu den gebräuchlichen Konstruktionen dieser Art von Röhren nur mit einem oder mehreren verhältnismässig schmalen Leuchtstreifen ausgestattet ist (und nicht mit einer mehr oder weniger rechteckigen Fläche bestimmter Dimensionen, die mit phos-
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Ko ! bens geor-schen Vergrösserungsmittel erzeugen entsprechend ihrer reflektierenden Eigenschaften Bilder, die vom Beobachter unter einem grossen Blickwinkel wahrgenommen werden können.
Mit der erfodungsgemMM Ausbildung ergibt sich als weiterer Vorteil. dass nur eine der Dimensionen der Kathodenstrahlröhre und des Linsentragers mit den tatsachlichen Dimensionen des erzeugten Bildes übereinstimmen muss. Der b f. die feststehenden zylindrischen Spiegel bestimmen die Dimensionen des Rildes in Richtung quer zur Längsrichtung der Kathodenstrahlröhre.
Falls nur ein Leuchtstreifen innerhalb der Kathodenstrahlrohre vorgesehen wird, ist die Abtastvccdch- tung für farbloses Fernsehen geeignet. Wenn jedoch die Kathodenstrahlröhre mit verschieden gefärhten
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Leuchtstreifenstrahlröhre erstrecken, kann die Vorrichtung zur Erzeugung flrbiger Fernsehbilder herangezogen wen- den.
Vorteilhafterweise ist ein Konkavspiegel vorgesehen, dessen Krümmungstadius mit einer zunahme
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grosser wicd, wo-Zweckmässigerweise ist ein hyperbolischer bzw. ein parabolischer oder ein nahezu hyperbolischer bzw. parabolischer Spiegel vorgesehen.
Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung fällt die Drehachse des Trägers nahezu mit der Brennlinie des Spiegels zusammen.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält die Kathodenstrahlröhre drei parallele
Leuchtstreifen, welche in drei verschiedenen Farben aufleuchten können, wenn sie von einem oder meh- reren Elektronenstrahlen getroffen werden. Es ist vorteilhaft, wenn der Wiedergabeschirm einen vierten
Leuchtstreifen enthält, der in weisser Farbe aufleuchten kann.
Um ein möglichst klares Bild zu erhalten, hat zweckmässigerweise sowohl die innere als auch die äussere Fläche der undurchsichtigen Wand des Trägers einen kleinen Reflexionskoeffizienten.
Weiters ist es vorteilhaft, wenn der Querschnitt der Linsen ein Kreis ist.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich an Hand der Zeichnung, in welcher ein praktisches
Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Abtastvorrichtung dargestellt ist.
Dabei zeigen die Fig. la und Ib schematisch die angewendeten Linsen, Fig. 2 zeigt eine Ausfüh- rungsfonn einer Vorrichtung nach der Erfindung und Fig. 3 einen Schnitt durch eine geeignete Elektronen- strahlröhre in der Längsrichtung der Röhre.
In Fig. la bezeichnet E eine zylindrische Linse. Betrachtet man einen bei 0 angebrachten Gegen- stand, so tritt eine astigmatische Verzeichnung auf, da in einer zur Zylinderachse senkrechten Ebene, d. h. in der Zeichnungsebene, die von 0 ausgehenden Strahlen von der Bildachse A her divergieren, wel- che sich parallel zur Zylinderachse erstreckt. Die Lage der Achse A hängt von den kennzeichnenden
Eigenschaften der Linse und ihrer Anordnung in bezug auf das Auge X und dem Gegenstand 0 ab. Wenn sich die zwei Augen des Beobachters an Stellen X und X'befinden, und somit in einer zur Zylinderach- se senkrechten Ebene liegen, so hat der Beobachter den Eindruck, dass das Bild auf der Achse A liegt.
Es sei bemerkt, dass unter einer "zylindrischen Linse" eine Linse mit gekrümmten Oberflächen ver- standen wird, die durch die Bewegung gerader erzeugender Linien entstehen, deren Orientierung konstant gehalten wird, welche Linsen einen zu dieser erzeugenden Linie senkrechten Querschnitt haben, der durch eine oder mehrere gekrümmte Linien ohne mathematischen Wendepunkt gebildet wird. Die Bezeichnung "zylindrisch" beschränkt sich somit nicht auf kreis-oder ellipsenförmige Querschnitte, sondern umfasst auch doppelkonvexe oder plankonvexe Linsen. In einer bestimmten, bevorzugten Form ist der Querschnitt ein vollständiger Kreis, so dass die Linse stabförmig ist und sich leicht herstellen lässt.
Wenn die Beobachtungsebene die Bildachse A enthält (s. Fig. lb), divergieren die Strahlen von einem Bildpunkt her, dessen Abstand von dem Auge gleich der optischen Gesamtbahn zwischen dem Gegenstandspunkt 0 und dem Auge ist. Wenn sich z. B. die beiden Augen an der Stelle X in einer, in Fig. la senkrecht zur Zeichenebene liegenden Linie befinden, hat der Beobachter den Eindruck, dass die Strahlen von dem Bildpunkt B her divergieren. Ebenso erhält er den Eindruck, dass die Strahlen von dem Punkt B' divergieren, wenn sich seine beiden Augen an der Stelle X'in einer zur Zeichenebene senkrechten Richtung liegenden Linie befinden.
In beiden Fällen stellt die Achse A gleichsam einen Schlitz dar, durch den das Bild beobachtet werden kann, so dass man dies als ein Schlitzbild bezeichnen kann.
Eine ähnliche Wirkung ergibt sich, wenn das optische Element ein zylindrischer Spiegel ist. In diesem Fall liegen das Auge X und der Gegenstand 0 auf derselben Seite des optischen Elementes und die Lage der Achse A ist dann von den kennzeichnenden Eigenschaften des Spiegels, von dessen Lage gegen- über dem Auge X und dem Gegenstand 0 abhängig.
Es sei ausserdem bemerkt, dass unter"zylindrischen Vergrösserungsmitteln"ein optisches Vergrösserungselement verstanden wird, das durch eine zylindrische, reflektierende Oberfläche, eine zylindrische Linse oder ein optisches Äquivalent gebildet wird. Die Bezeichnung "zylindrische reflektierende Ober- fläche" wird hier verwendet zur'Andeutung einer reflektierenden Oberfläche, die durch die Bewegung gerader erzeugender Linien entsteht, deren Orientierung konstant gehalten wird, wobei der zu den erzeugenden Linien senkrechte Querschnitt durch eine Linie ohne mathematischen Wendepunkt gebildet wird. Solche reflektierende Oberflächen können z. B. parabolische oder hyperbolische Spiegel sein.
Die Ausuhrungsform der Vorrichtung wird weiter an Hand der Fig. 2 für ein Fernsehabtastsystem beschrieben. Dabei bezeichnet T den Querschnitt einer geeigneten Elektronenstrahlröhre, von der Fig. 3 einen Längsschnitt zeigt. Eine solche, an sich bekannte Elektronenstrahlröhre ist für diese Abtastanord-
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unterbrochenenabgelenkt werden in Abhängigkeit von der Grösse der Potentiale an den Elektroden l und 0 und bzw. oder von dem Potentialunterschied zwischen den Platten D. Ist z. B. l positiv gegenüber 0, so werden die
Elektroden einer parabelartigen Bahn folgen und schliesslich unter einem Winkel y die Elektrode 0 tref- fen, wo ein Lumineszenzstoff erregt wird.
Indem das Potential an einer oder an beiden Elektroden und bzw. oder der Potentialunterschied zwischen den Platten D geändert wird, kann man die Elektronen nach- einander auf jeden Teil der Elektrode 0 treffen lassen. Der Elektronenstrahl tastet somit den an 0 ange- ordneten, in Fig. 2 dargestellten Schirm in einer Richtung von links nach rechts, oder umgekehrt, ab, so dass eine Lichtbahn gebildet wird, da der auf dem Streifen P liegende Lumineszenzstoff bei Aufprall des
Elektronenstrahls aufleuchtet.
Das Mass des Aufleuchtens ist von der augenblicklichen Intensität des auftreffenden Elektronenstrahls abhängig, so dass durch Modulation dieses Strahls in Übereinstimmung mit dem zugeführten Fernsehsignal jeweils eine waagrechte Zeile des wiederzugebenden Gesamtbildes erhalten wird.
Die Anwendung dieser Röhre in der vorstehend geschilderten Abtastvorrichtung hat den Vorteil, dass ein verhältnismässig kleiner Träger für die optischen Mittel verwendet werden kann.
Fig. 2 zeigt die Elektronenstrahlröhre T im Querschnitt, wobei M die Spur der Zeichnungsebene der
Fig. 3 bezeichnet. Die Elektronen bewegen sich somit in der durch die Spur M verlaufenden Ebene und regen den Schirm P an verschiedenen Stellen an.
Die Elektroden 0 und l haben je eine konstante, aber gegenseitig ungleiche Breite, was aus Fig. 2 ersichtlich ist.
Die Ablenkspannungen an den betreffenden Elektroden werden so gewählt, dass die Elektronen von der schmäleren Elektrode l abgestossen und von der breiteren Elektrode 0 angezogen werden. Es ergibt sich, dass die in der durch M gehenden Ebene verlaufende Elektronenbahn nahezu sinusförmig ist.
Die die erforderlichen Elektronen emittierende Elektronenspritze kann sich an einem der Enden des
Trägers befinden. Aus baulichen Gründen ist es ferner empfehlenswert, die Achse der Elektronenstrahlröhre, deren Umhüllung zylindrisch ist, mit der Drehachse Q des Trägers. C fUr die optischen Mittel zu- sammenfallen zu lassen. Die Röhre T wird möglichst nahe von dem Träger C umgeben. Letzterer ist z. B. ein undurchsichtiger Zylinder, in dem drei gerade, zylindrische Linsen L in Form von Stäben untergebracht sind. Diese Linsen L erstrecken sich parallel zum Schirm P. An einem der Enden des Trägers ist eine nicht dargestellte Öffnung vorgesehen, um die Halterung der Röhre T zu ermöglichen.
Der Träger dreht sich mit einer Geschwindigkeit, die gleich einem Drittel der Rasterfrequenz ist, so dass das Licht der durch den aufleuchtenden Stoff des Schirmes P gebildeten Bahn nacheinander durch die sich drehenden Linsen L auf die feststehende, zylindrische Reflexionsoberfläche H geworfen wird. Die zylindrischen Vergrösserungsmittel umfassen ausser den zylindrischen Linsen L noch eine zylindrische Reflexionsoberfläche H, die ein hyperbolischer oder ein parabolischer Spiegel sein kann. FUr den Fall, dass H ein hyperbolischer Spiegel ist, fällt die Brennlinie (d. h. der geometrische Ort der Brennpunkte) und die Drehachse Q ganz oder nahezu ganz zusammen. Die Achsenebene (d. h. die durch die Hauptachsen der den Spiegel bildenden Hyperbeln gebildete Ebene) wird durch W angedeutet.
Die undurchsichtige Wand des Trägers C wirkt als Maske, um eine direkte Wahrnehmung der Lichtquelle P zu verhüten. Die Aussenfläche des Trägers C muss einen niedrigen Reflexionskoeffizienten haben. Dazu kann die Aussenwand des Trägers schwarz angestrichen werden. Dies hat den Vorteil, dass der Kontrast des Bildes ver- grössert wird, da in diesem Fall ein schwarzer Hintergrund vorhanden ist. Auch die Innenfläche muss einen niedrigen Reflexionskoeffizienten haben, um unerwünschte Reflexionen zu verhüten.
Es hat sich ergeben, dass es bei Fernsehwiedergabesystemen zu bevorzugen ist, die Lichtquelle ge- genüber dem drehbaren Träger derart anzuordnen, dass die Bahn des laufenden Schlitzbildes, das durch die erwähnte Lichtquelle und die Linsen des sich drehenden Trägers erzeugt wird, zwischen der reflektierenden Vergrösserungsebene des Spiegels und dessen Brennlinie hindurchläuft, wobei die erwähnte reflektierende Vergrösserungsebene derart wirkt, dass das laufende Schlitzbild vergrössert wird.
Bei dem geschilderten Beispiel erzeugt der sich drehende Träger C ein erstes, von A nach 4' lao- fendes Schlitzbild, das durch Vergrösserung ein zweites, nicht dargestelltes Schl1tzbild erzeugt, so dass ein unendlich fern in Richtung der Pfeile Z stehender Beobachter ein Bild mit einer Höhe BB'wahrnimmt.
In der Zeichnung sind einige Strahlen angegeben, die einigen Zwischenlagen des Schlitzbildes AA'entsprechen, welche Zwischenlagen über den Spiegel H in einer zu den Pfeilen Z parallelen Richtung reflektiert werden.
Damit keine Bildteile verloren gehen, wenn der Beobachter den Kopf hin-und herbewegt, wird die axiale Länge der Linsen L und des Spiegels H grösser als die Länge der Zeilenabtastung am Schirm P der Elektronenstrahlröhre gemacht.
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2empfehlenswert, neben den grünen, roten und blauen Streifen einen vierten Leuchtstreifen anzubrin- gen, der ausschliesslich beim Schwarzweissempfang verwendet wird und der bei Aufprall des Elektronen - strahls weiss aufleuchtet. Dies vereinfacht die Anforderungen, die an die Leuchtstoffe der Streifen ge- stellt werden, um eine weisse Farbe zu erzeugen, wenn die Farbkomponenten in bestimmten Verhältnissen zugeführt werden.
Obgleich bei diesem Beispiel die Brennlinie des Spiegels H mit der Drehachse Q zusammenfällt können diese Linie und die Achse auch etwas gegenseitig verschoben sein, sofern ihr gegenseitiger Ab- stand gegenüber der Brennweite der zylindrisch konkaven, reflektierenden Oberfläche des Spiegels H klein ist.
Die Vergrösserungsmittel sollen vorzugsweise eine gerade Zeile erzeugen, die mit gleichmässiger
Geschwindigkeit und mit einer Minimaländerung der Vergrösserung bewegt wird, um ein Raster von Zei- len mit der gewünschten Höhe zu erzielen.
Eine zylindrische Linse mit der erforderlichen Öffnung und Intensität an Stelle des Spiegels wäre sehr gross und kann erhebliche, chromatische Aberration aufweisen, obgleich sie in schmale, prismati- sche Elemente geteilt sein kann, z. B. eine Fresnel-Linse. Deshalb sollen die Vergrösserungsmittel vorzugsweise durch einen hyperbolischen oder parabolischen Spiegel gebildet werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Abtastvorrichtung zur Wiedergabe von durch ein Raster paralleler Zeilen zusammengesetzter Bilder, welche Vorrichtung einen drehbaren Träger aufweist, in dem eine Anzahl identischer, mindestens nahezu zylindrischer, optischer Mittel parallel zu der Drehachse des Trägers eingesetzt sind, wobei diese optischen Mittel gleichen Abstand voneinander haben und von der Drehachse gleich weit entfernt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Mittel als zylindrische Linsen ausgebildet und durch lichtundurchlässige Wände des Trägers voneinander getrennt sind und dass innerhalb des Trägen eine von ihm eng umschlossene, einen zylindrischen Kolben aufweisende Kathodenstrahlröhre mit an einem ihrer Enden vorgesehener Elektronenspritze angeordnet ist,
wobei die Leuchtstreifen der KathodenstrahMhre ebenfalls parallel zu der Drehachse des Trägers liegen, und zur Erzeugung eines vlmellen Bildes das aus den Leuchtstreifen und den Linsen bestehende optische System mit einem feststehenden, mindestens nahezu zylindrischen und vergrössernden Spiegel zusammenarbeitet.