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Verfahren zur Wiedergabe von Fernsehbildern und Anordnung zu seiner Durchführung
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Verfahrendie Steuerschicht in nebeneinanderliegendenZeilen überstreichenden Kathodenstrahl in Abhängigkeit vom
Bildsignal verformt und zur Lichtsteuerung venvendet wird, und welches gemäss der Erfindung dadurch ge- kennzeichnet ist, dass durch den Kathodenstrahl längs der Zellen auf der Steuerschicht streifenförmig elek- trische Ladungen abgesetzt werden, wobei die Streifenbreite quer zur Zeile an jedem Bildpunkt der Grösse des Bildsignals entspricht, in der Weise, dass die Breite mit abnehmender Helligkeit des Bildpunkte ver- grössert wird,
und dass die Barren des schlierenoptischen Systems räumlich parallel zur Zeilenrichtung an- geordnet sind. Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird dabei die Ausdehnung des Flecks des Ka- thodenstrahls auf der Steuerschicht mindestens quer zur Zeile an jedem Bildpunkt in Abhängigkeit vom
Bildsignal mit abnehmender Helligkeit der Bildpunkte vergrössert. Die Erfindung betrifft ferner eine An- ordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Die vorliegende Erfindung soll in folgendem an Hand eines Ausführungsbeispieles erläutert werden, wobei Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau eines Lichtsteuerungssystems für Fernsehwiedergabe darstellt.
Fig. 2,3 und 4 erläutern schematisch das erfindungsgemässe Modulationsverfahren. Fig. 5 und 6 stellen die zur Durchführung des Verfahrens verwendete Kathodenstrahlröhre dar.
Fig. l zeigt schematisch den grundsätzlichen Aufbau eines solchen, beispielsweise für die Projektion von Fernsehbildern verwendeten Lichtsteuerungssystems. Als Lichtquelle dient darstellungsgemäss eine
Gasentladungslampe 10 mit hinter der Lampe befindlichem Spiegel 12 und einem Kondensor 14. Das
Licht fällt auf die verspiegelte Oberfläche 16 der Barren des Spiegelbarrensystems 18 und wird auf das
Steuermedium 19 geworfen, welches in dünner Schicht auf der Oberfläche eines Hohlspiegel 20 ausge- breitet ist. Eine Linse 22 bildet dabei etwa die Ebene des Kondensors 14 auf die Ebene des Bildfeldes 24 ab. Der Hohlspiegel befindet sich mit einer Kathodenstrahlröhre 28 innerhalb eines Vakuumbehälters 26.
Der Kathodenstrahl 32 überstreicht, gesteuert durch ein Ablenkspulensystem 30, in nebeneinanderliegen- den Zeilen das Bildfeld 24 und wird durch das Bildsignal so moduliert, dass auf der Oberfläche der Steuerschicht an den verschiedenen Stellen des Bildfeldes 24 Ladungen abgesetzt werden, welche Oberflächen- deformationen zur Folge haben. deren Grösse an verschiedenen Bildstellen in Abhängigkeit von der Helligkeitsverteilung des zu projizierendenBildes verschieden ist. Das Barrensystem 18 ist im Kugelmittelpunkt des Hohlspiegel 20 derart angeordnet, dass die Barren des Systems in sich selbst abgebildet werden.
Das hat zur Folge, dass im Ruhezustand, also bei undeformierter Oberfläche der Steuerschicht, das von der Lichtquelle kommende und durch die verspiegelten Barren auf den Hohlspiegel gerichtete Licht wieder über die verspiegelten Oberflächen der Barren zur Lichtquelle zurückgeworfen wird. Weist dagegen die Steuerschicht im Bildfeld an verschiedenen Punkten eine deformierte Oberfläche auf, so'wird das Licht in diesen Bildpunkten entsprechend der Grösse der Deformation (=Deformationsamplitude) gegenüber dem Ruhezustand abgelenkt. Es gelangt mit wachsender Deformationsamplitude in zunehmendem Masse an den Barren des Banensystems 18 vorbei auf das Projektionsobjektiv 32 und fällt nach Ablenkung durch einen Spiegel 34 auf den (verkleinert angedeuteten) Projektionsschirm 36.
Dabei ist das Projektionsobjektiv 32 so angeordnet, dass es das Bildfeld 24 auf den Schirm 36 abbildet. Eine planparallele Glasplatte 38 dient zum vakuumdichten Abschluss des Gehäuses 26 gegen das Objektiv 32. Die in der Apparatur noch weiterhin erforderlichen Einrichtungen zur Drehung und Kühlung des Spiegels, zum Auswechseln des Materials der Steuerschicht usw., sind der Übersichtlichkeit der Darstellung halber fortgelassen. Diese sind in der oben angeführten Patentschrift im einzelnen erläutert.
Gemäss der vorliegenden Erfindung wird nun bei einer solchen nach dem erfindungsgemässen Prinzip arbeitenden Anordnung eine Deformation der Oberfläche des Steuermediums dadurch erzielt, dass durch den Kathodenstrahl längs der Zeilen auf der Steuerschicht streifenförmig elektrische Ladungen abgesetzt werden, wobei die Streifenbreite quer zur Zeile an jedem Bildpunkt der Grösse des Bildsignals entspricht, in der Weise, dass die Breite mit abnehmender Helligkeit des Bildpunkies vergrössert wird.
Diese streifenförmig mit vom Bildsignal abhängiger Streifenbreite abgesetzten Ladungen erzeugen ebenfalls in Zeilenrichtung verlaufende streifenförmige Oberflächendeformationen, deren Höhe umso grösser ist, je kleiner die Breite des mit Ladung belegten Streifens ist und diese Oberflächendeformationen wirken mit erfindungsgemäss räumlich parallel zur Zei1em : ichtung verlaufenden Spiegelbarren des schlierenoptischen Systems im Sinne der oben erläuterten Lichtsteuerwirkung zusammen.
Bei einer bevorzugten Ausführungform wird die Verformung der Oberfläche der Steuerschicht in Abhängigkeit vom Bildsignal in der Weise vorgenommen, dass mindestens die Fleckbreite des Kathodenstrahls, d. h. die Ausdehnung des Flecks quer zur Zeile in Abhängigkeit vom Bildsignal mit abnehmender Bildhelligkeit vergrössert wird. Vorteilhafterweise wird diese Vergrösserung der Fleckbreite durch Defokussieren des Kathodenstrahls erreicht. Der Schreibfleck auf der Steuerschicht hat seine kleinste Ausdehnung, d. h. die Defokussierung ist am klein- sten, bei einem der grössten Bildhelligkeit ("Weis") entsprechenden Bildsignal.
Je dunkler die Bildstelle
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wird, desto grösser wird der Schreibfleck auf der Steuerschicht, d. h. desto grösser wird auch die Defokussierung. Um eine optimale Steuerwirkung zu erhalten, wird die Defokussierung so gewählt, dass bei dem der geringsten Bildhelligkeit ("Schwarz") entsprechenden Signal die Ausdehnung des Flecks gerade dem Abstand zweier zeitlich unmittelbar hintereinander geschriebener Zeilen eines Bildes entspricht.
Zur Durchführung des Modulationsverfahrens könnte man sich darauf beschränken, lediglich die Fleckbreite quer zur Zeilenrichtung zu verändern, was zur Folge hätte, dass gegen Weiss die Auflösung längs der Zeile vergrössert wurde. Dies erfordert aber eine komplizierte Art der Strahlsteuerung.
Die Fig. 2, 3 und 4 erläutern das erfindungsgemässe Verfahren. Die Fig. 2 zeigt den Hohlspiegel 20 der Anordnung der Fig. 1 in Ansicht von oben. Das Bildfeld 24 wird durch den Kathodenstrahl 32 in nebeneinanderliegenden, zu den Spiegelbarren parallel verlaufenden Zeilen überstrichen. Vorteilhafterweise Ist die effektive Fleckbreite bei Schwarz gleich dem Abstand zweier zeitlich unmittelbar hintereinander geschriebener Zeilen. Wird das allgemein bekannte Verfahren des Zeilensprungs verwendet, so gilt diese Bedingung sinngemäss für jedes Halbbild. Das Abklingen der Deformation auf dem Steuermedium, die sogenannte Speicherung, wird dabei so bemessen, dass sie während der zum Schreiben eines Bildes erforderlichen Zeitspanne wieder ungefähr auf Null abgefallen ist, so dass die aufeinanderfolgenden Bilder einander praktisch nicht beeinflussen.
Die Fig. 3 zeigt einen vergrösserten Ausschnitt des vom Kathodenstrahl überstrichenenBildfeldes bei Anwendung der Modulation durch Ändern der Ausdehnung des Flecks. Die Zeilen des Bildes sind durch die Linien 50 angedeutet. Ferner sind die auf der Oberfläche der Steuerschicht mit elektrischer Ladung bedeckten streifenförmigen Flächen 54 schraffiert dargestellt, deren Breite quer zu den Zeilen in Abhängigkeit von der Bildhelligkeit schwankt. Entlang der Zeilen 51 ist die Streifenbreite so gross, dass die mit Ladung bedeckten Zonen 54 gerade aneinander anschliessen. Die Streifenbreite ist also praktisch gleich dem Zeilenabstand. Dieser Fall entspricht einer Bildstelle mit minimaler Helligkeit, d. h. Schwarz.
Selbstverständlich ist die seitliche Begrenzung des Streifens nicht so scharf wie in der Zeichnung dargestellt, da die Intensität des Flecks des Kathodenstrahls gegen die Ränder hin nicht sprunghaft, sondern mit einer Übergangszone auf Null abnimmt. Vorteilhafterweise wird bei "Schwarz" sogar die Fleckausdehnung etwas grösser gewählt als der Zeilenabstand, wie bei 57 dargestellt, so dass sich an der Überlappung der nebeneinanderliegenden Streifen eine möglichst gleichmässige Ladungsverteilung ergibt. Grundsätzlich wird dadurch aber am Prinzip des Modulationsverfahrens nichts geändert. Die rechten Zeilen 52 und 53 zeigen andere Modulationsfälle. So nimmt beispielsweise entlang der Zellen 53 die Bildhelligkeit von oben nach unten ab. Im oberen Teil der Zeilen ist die Fleckbreite sehr klein., die mit Ladung belegte Zone also nur ein schmaler Strich.
Die Fleckbreite nimmt nach unten zu, d. h. die mit Ladung belegte Fläche 54 wird breiter. Es erfolgt also eine Vergrösserung der Fleckausdehnung bzw. der Defokussierung in Richtung auf die dunklere Bildhelligkeit. Die mittlere Zeile 52 zeigt den Fall, dass die Bildhelligkeit und damit der Grad der Fokussierung im Verlauf des Zeilenabschnittes mehrmals wechselt. Ein am Ort der Pfeile 56 durch die Fig. 3 gelegter Schnitt, der in Fig. 4 dargestellt ist, zeigt die Wirkung dieser veränderlichen Ladungverteilung, wobei in der Darstellung die Höhe der Deformation im Vergleich zur Schichtdicke sehr stark übertrieben ist (1/1000 mm zu 1/10 mm).
Auf der Oberfläche des Hohlspiegels 60 befindet sich in dünner Schicht ausgebreitet das Steuerme- dium 62. Die Ladungsverteilung über den Zeilen 51 ist gleichmässig. Da die zwischen der aufgebrachten Ladung 64 und der Spiegeloberfläche 60 wirkenden Kräfte demgemäss keine Verformung der Oberfläche des Steuermediums bewirken können, erfolgt an dieser Stelle im Lichtsteuerungssystem keine Ablenkung des von der Lichtquelle kommenden Lichtes. Der entsprechende Bildpunkt auf dem Projektionsschirm bleibt dunkel. Bei den Zeilen 53, welche etwa der maximalen Bildhelligkeit ("Weiss") entsprechen, ist der
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Oberfläche, die ihrerseits innerhalb des Lichtsteuerungssystems eine starke Ablenkung der Lichtstrahlen bewirkt, so dass der entsprechende Punkt auf dem Projektionsschirm sehr hell erscheint.
Bei der Zeile 52 ergibt sich infolge einer mittleren Fleckbreite eine etwas breitere mit Ladung bedeckte Fläche, so dass folglich die wellenförmige Deformation der Oberfläche eine geringere Amplitude aufweist, d. h. das Wellental ist nicht so tief und der Wellenberg ist nicht so hoch wie bei den Zeilen 53. In der Folge ergibt sich auf dem entsprechenden Punkt des Projektionsschirmes eine mittlere Helligkeit.
Die Fig. 5 zeigt schematisch das zur Durchführung des Modulationsverfahrens erforderliche Elektrodensystem der Kathodenstrahlröhre. Als Kathode dient ein haarnadelförmiger Glühfaden 70, welcher sich in einer kleinen Öffnung der Gitterscheibe 72 befindet. Ihr gegenüber liegt die ebenfalls miteinemzentra- len Loch versehene Anode 74. Die Potentiale der verschiedenen Elektroden sind auf der rechten Seite der
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Fig. 5 angegeben. Zur Fokussierung des Kathodenstrahls 75 dient die magnetische Fokussierspule 76 und zur senkrechten und horizontalen Zeilenablenkung eine Ablenkspule 78. Diese Teile des Systems der Ka- thodenstrahlröhre sind bekannt.
Zur Durchführung des Modulationsverfahrens befindet sich zwischen der
Anode 74 und der Fokussierspule 76 eine torische Elektronenoptik, darstellungsgemäss eine elektrostatische
Linse aus zwei zum Elektronenstrahl parallellaufenden Stabpaaren 80 und 84, deren Stäbe sich an vier
Ecken eines Quadrates befinden, durch dessen Zentrum der Elektronenstrahl verläuft.
Die Fig. 6 zeigt die Anordnung im Schnitt. Vier zum Strahl parallele Stäbe bilden zwei Stabpaare 80 und 84. Das Stabppar 84 weist normalerweise Anodenspannung auf und wird während des Bildrücklaufs mit etwa 100 Volt vorgespannt. Die dadurch bewirkte Defokussierung"tastet"den Strahl aus, so dass der Rücklauf im Bild unsichtbar wird. Das erfindungsgemäss zur Bildmodulation verwendete Stabpaar 80 liegt an einer negativen Vorspannung. Gleichzeitig wird es mit dem Bildsignal beaufschlagt, welches Spannun- gen bis zu +20 Volt annehmen kann.
Die durchdas Stabpaar 80 (oder 84) gebildete torische Elektronenoptik bewirkt einen axialen Astigmatismus des Kathodenstrahls, welcher zwei in einem gewissen Abstand voneinander befindliche und um 900 gekreuzte strichförmige Bilder erzeugt. Die Brechkräfte in den beiden senkrecht zueinander liegenden Hauptschnitten dieser Linse sind dem Absolutbetrag nach gleich gross, dem Vorzeichen nach aber entgegengesetzt, so dass die beiden strichförmigen Abbildungen in gleichen Abständen vor und hinter dem fokussierten Fleck des Elektronenstrahls liegen.
In der Mitte zwischen diesen beiden Strichbildem, d. h. am Orte des ursprünglichen Flecks des fokussierten Kathodenstrahls hat dieser einen angenähert kreisförmigen Querschnitt, dessen Durchmesser ungefähr proportional der an der zylindrischen Linse angelegten Bildsteuerungsspannung ist. Diese torischen Elektronenlinsen mit annähernd entgegengesetzter gleicher Brechkraft in den beiden Hauptschnitten, zeichnen sich vor allem dadurch aus, dass zur Defokussierung nur eine sehr kleine Spannung benötigt wird.
Die Vorteile des vorliegenden Modulationsverfahrens liegen einerseits darin, dass eine sehr viel einfachere Modulationsanordnung und Schaltung erhalten wird als bei dem bekannten, durch die oben angegebene Patentschrift beschriebenen"Pilgerschritt"-Verfahren der Fall war. Es ist nicht mehr notwendig, eine Hochfrequenzspannung verhältnismässig grosser Amplitude zu modulieren, was erhebliche Steuerleistun- gen erfordert, sondern es genügt, zur Beeinflussung der Fleckgrösse eine Bildablenkspannung der bei Fernsehgeräten heute allgemein üblichen Grösse.
Die auf der Steuerschicht zur Durchsteuerung des Steuermediums erforderliche Ladung kann kleiner sein, da einerseits für helle Bildpunkte eine stärkere Konzentration der Ladung erzielt werden kann, und da anderseits die jetzt dem Zeilenabstand entsprechende Rasterteilung grösser ist als die bisher der Frequenz der Hochfrequenzspannung entsprechende Rasterteilung entlang der Zeile. Trotzdem wird dadurch grundsätzlich keine Verringerung der Auflösung, d. h. der Bildschärfe, sondern sogar eher eine Verbesserung bewirkt, wie sich aus folgender Überlegung ergibt.
Quer zu den Zeilen ist die Auflösung beim alten und beim neuen Verfahren durch den Zeilenabstand gegeben. Längs der Zeilen ergibt sich dagegen eine Auflösung, die nicht mehr durch die Rasterteilung, wie beim alten Verfahren, sondern lediglich durch die Frequenzbandbreite des Bildsignals und die Fleckgrösse in Zeilenrichtung begrenzt ist. Bei diesem Verfahren ist der Modulationsgrad des Ladungsgebirges (d. h. das Verhältnis der grösstmöglichen Ladungsdichte zur kleinstmöglichen) auf dem Steuermedium bedeutend höher als beim alten Pilgerschritt-Verfahren. Mit Rücksicht auf diesen grösseren Modulationsgrad des vorliegenden Verfanrens ist die zur Erzielung ungefähr gleicher Deformation erforderliche Strahlstromstärke kleiner.
Das System der Kathodenstrahlröhre kann also vereinfacht und die erforderliche Leistungsfähigkeit der Kathode verringert werden.
Selbstverständlich ist das vorliegende erfindungsgemässe Verfahren nicht auf das erläuterte Ausführungsbeispiel und die dargestellte Anordnung eingeschränkt. So ist es auch möglich, zur Defokussierung eine konventionell getrennte, elektrostatische Sammel-oder Zerstreuungslinse zu verwenden. Diese Anordnung erfordert aber betrieblich höhere Steuerleistungen,, so dass die vorzugsweise zur Modulation verwendete Veränderung der Fleckbreite durch Defokussierung des Kathodenstrahls mittels einer elektrostatischen torischen Linse eine besonders günstige Ausführungsform darstellt.
Ferner ist es auch möglich, die Belegung der Zeilen mit streifenförmig, in der Breite abhängig vom Bildsignal veränderlich verteilten elektrischen Ladungen auf eine andere Art als durch Veränderung der Ausdehnung des Kathodenflecks auf der Steuerschicht zu erreichen. Es ist beispielsweise denkbar, dies durch "Wobbeln" eines sehr kleinen Flecks quer zu den Zeilen mit einer gegenüber der Zeilenablenkgeschwindigkeit sehr hohen Frequenz zu erreichen. Die Wobbel-Amplitude wird vom Bildsignal abhängig gemacht. Auf diese Weise kann ebenfalls die erfindungsgemässe streifenförmige Ladungsverteilung erzeugt werden.
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Die Erfindung ist ferner nicht auf ein schlierenoptisches System mit Barren beschränkt. Vielmehr kann jedes schlierenoptische System verwendet werden, wenn auch ein aus Barren bestehendes System eine besonders vorteilhafte Lösung darstellt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Wiedergabe von Fernsehbildern, bei welchen die Oberfläche einer Steuerschicht innerhalb eines schlierenoptischen Systems durch einen die Steuerschicht in nebeneinanderliegenden Zeilen überstrelchendenKathodenstrahl in Abhängigkeit vom Bildsignal verformt und zur Lichtsteuerung verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Kathodenstrahl längs der Zeilen auf der Steuerschicht streifenförmig elektrische Ladungen abgesetzt werden, wobei die Streifenbreite quer zur Zeile an jedem Bildpunkt der Grösse des Bildsignals entspricht, in der Weise, dass die Breite mit abnehmender Helligkeit des Bildpunktes vergrössert wird.