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Wiedergabevorrichtung für Fernsehbilder
Die Erfindung bezieht sich auf eine Wiedergabevorrichtung für Fernsehbilder, bei welcher die Erzeugung der Bilder in einer Richtung durch die Bewegung eines modulierten Elektronenstrahls über eine Phosphorlinie und in einer dazu rechtwinkelig stehenden zweiten Richtung mit Hilfe von zylindrischen optischen Mitteln, die parallel zur Drehungsachse eines rotierenden Trägers auf diesem Träger angeordnet sind, stattfindet.
Die Erfindung bezweckt, eine verbesserte optisch-mechanische Abtastvorrichtung zum Wiedergeben von Bildern zu schaffen.
Erfindungsgemäss ist in der Nähe des rotierenden Trägers ein zylindrischer Vergrösserungsspiegel vorgesehen, dessen Erzeugende parallel zur Drehungsachse des Trägers verlaufen und die auf dem Träger vorgesehenen optischen Mittel und der Vergrösserungsspiegel derart dimensioniert sind, dass in meridionalen Schnitten durch die in der Vorrichtung vorkommenden optischen Mittel die von den auf dem Träger vorgesehenen optischen Mitteln erzeugten Bilder innerhalb des Umfanges eines Kreises liegen, dessen Halbmesser höchstens gleich dem grössten Durchmesser des Trägers ist,
während die halbierten Krümmungsradien der einzelnen Elemente des Vergrösserungsspiegels mindestens gleich der Entfernung des betreffenden 5 piegelelementes von der Umdrehungsachse des Trägers sind und die sagittalen Schnitte durch die optischen Elemente auf dem Träger und durch den Vergrösserungsspiegel geradlinig oder annähernd geradlinig sind.
Unter einem"zylindrischen Spiegel"ist hiebet eine reflektierende Oberfläche zu verstehen, die sich durch die Bewegung einer geraden Erzeugenden ergibt, derer Orientierung konstant gehalten wird, wobei die Oberfläche einen Querschnitt senkrecht zu dieser Erzeugenden besitzt, der durch eine Linie ohne Knickpunkt gebildet wird, wobei diese Definition auch den Grenzfall einschliesst, dass die reflektierende Oberfläche eine ebene Fläche ist.
Vorteilhafterweise sind auf dem Träger eine Anzahl untereinander gleicher Zylinderlinse vorgesehen.
Unter einer "Zylinderlinse" ist hiebei eine Linse zu verstehen, deren Gestalt entweder durch eine oder mehrere gekrümmte Ebenen bestimmt wird, die sich durch die Bewegung einer geraden Erzeugenden ergeben, deren Orientierung konstant gehalten wird, und die einen Querschnitt senkrecht zu dieser Erzeugenden besitzen, der aus einer oder mehreren gekrümmten Linien besteht, die keinen mathematischen Knickpunkt aufweisen, oder durch eine solche gekrümmte Fläche und eine ebene Fläche parallel zur Erzeugenden der gekrümmten Fläche bestimmt wird.
Nach einer andern Ausgestaltung der Erfindung sind auf dem Träger eine Anzahl untereinander gleicher zylindrischer konkaver Spiegel vorgesehen.
Vorteilhafterweise fällt die Umdrehungsachse des Trägers mit der Brennlinie des Vergrösserungsspiegels zusammen oder verläuft in einer Entfernung, die klein im Verhältnis zu der Brennweite dieses Spiegels ist, parallel zu der Brennlinie.
Bei einer optischen Vorrichtung mit der ein reeller oder virtueller Liniengegenstand betrachtet wird, der parallel zur Zylinderachse einer Zylinderlinse oder einer zylindrischen reflektierenden Oberfläche verläuft, wird das Linienbild, aus dem die gebrochenen bzw. reflektierten Strahlen in Ebenen senkrecht zur Zylinderachse divergieren, nachstehend als das"Schlitzbild"bezeichnet, das durch diese Linse oder diese reflektierende Oberfläche erzeugt wird.
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Wenn der Liniengegenstand mit beiden Augen auf einer Linie parallel zur Zylinderachse der Linse oder der reflektierenden Oberfläche betrachtet wird, fällt die scheinbare Lage des Bildes nicht mit dem Schlitzbild zusammen, sondern liegthinter diesem Schlitzbild ineinem Abstand von ihm, der gleich dem ganzen optischen Weg von der Quelle bis zum Schlitzbild ist. Dieser Astigmatismus ist eine Folge der
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Bei Anwendung der Wiedergabevorrichtung für Farbfernsehbilder enthält diese erfindungsgemäss eine Kathodenstrahlröhre mit drei nebeneinanderliegenden Leuchtstoffstreifen, die in drei verschiedenen Farben aufleuchten können.
Die Spuren müssen genau nebeneinander liegen und kombiniert die normale Farbauflösung und Intensität in Richtung der Zeilen liefern. Die Effektivhöhe oder-dicke jeder Spur soll derartig sein, dass im wiedergegebenen Bild eine Zeile der richtigen Höhe entsteht.
Hiebei können die Spuren von einer geringen sekundären sägezahnförmigen Abtastung innerhalb der einzelnen Leuchtstoffstreifen quer zu den Spuren synchron mit der Frequenz der Bildabtastung abgelenkt werden ; diese sekundäre oder Hilfsabtastung verringert die örtliche Belastung des Leuchtstoffes und kann zum Verbessern der optischen Abtastung verwendet werden.
Die Leuchtstoffe müssen während weniger als 100 Mikrosekunden nachleuchten, zur Vermeidung von Verlusten in der Auflösung in der Bildabtastrichtung infolge der Tatsache, dass eine Information, die während vorhergehender Zeilenabtastungen wiedergegeben worden ist, während der Abtastung nachfolgender Zeilen im Verlauf der Bildabtastung noch sichtbar ist. Diese Stoffe müssen die hohe örtliche Be- lastung und die Temperaturen infolge der wiederholten Zeilenabtastung vertragen können. Sie müssen auch die Grundfarben ausstrahlen. die zum Erzeugen einer guten Helligkeit erforderlich sind.
Die Synchronisierungdes rotierenden Trägers mitden Eingangssignalen ist dadurch erzielbar, dass die Phase eines Sägezahnsignals, das beim Rotieren des Trägers erzeugt wird, mit der Phase der senkrechten Synchronisierimpulse verglichen wird. Jede Änderung der Phase kann zum Erzeugen einer entsprechenden Änderung im Sättigungsgrad einer von einer sättigbaren Drosselspule gesteuerten Vorrichtung benutzt werden, die einen Induktionsmotor steuert, der die Welle des Trägers antreibt. Das sägezahnförmige Signal kann dadurch erzeugt werden, dass ein passend ausgebildeter Rotor auf der Welle des Trägers zwischen den Schenkeln eines mit einer Wicklung versehenen U-förmigen Stators hindurchgeführt wird.
Die Vergrösserungsmittel sollen möglichst ein lineares Bild erzeugen, das sich mit nahezu gleichmässiger Geschwindigkeit und ohne merkliche Veränderung der Vergrösserung über eine Bildabtastung ge- aigneter Höhe bewegt. Eine Zylinderlinse mit geeigneter Öffnung und geeignetem Vermögen weist den Nachteil auf, dass sie sehr umfangreich ist und-erhebliche chromatische Aberration herbeiführen kann, obgleich die Linse ebenso wie eine Fresnel-Linse in kleine prismatische Elemente zerlegt werden kann.
A. us diesen und weiteren Gründen ist erfindungsgemäss der Vergrösserungsspiegel parabolisch oder hyper- eolisch ausgeführt.
Vorteilhafterweise ist der Vergrösserungsspiegel derart geformt, dass dieser ein flaches oder nahezu laches virtuelles Bild des Schirmes der Kathodenstrahlröhre erzeugt.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert.
Die Fig. la und lb erläutern die Erzeugung astigmatischer Bilder bei zylindrischen optischen Elementen, Fig. 2 zeigt schematisch ein optisches Bildabtastungssystem zur Verwendung in Verbindung mit sinter Kathodenstrahlröhre, die eine einzige Zeile in drei Farben erzeugt, Fig. 3 ein optisches System zum Überlagern von drei auf einer Kathodenstrahlröhre erzeugten farbigen Spuren, Fig. 4 stellt einen irehbaren Träger dar, die Fig. 5 und 6 zeigen vollständige Systeme mit optimalen Abmessungen, unter Verwendung des optischen Systems nach Fig. 3 zur Wiedergabe eines Fernsehbildes gemäss der englischen STorm von 405 Zeilen, Fig. 7 stellt schematisch eine abgeänderte Ausführungsform des optischen Systems lar, das zu dem Träger nach Fig. 4 gehört, die Fig.
8 und 9 erläutern schematisch zwei weitere Aus- : ührungsformen der optischen Abtastvorrichtung nach der Erfindung, und die Fig. 10 und 11 stellen Ka- : hodenstrahlröhren dar, die sich besonders gut zur Verwendung bei einer Vorrichtung nach der Erfindung eignen.
Wie bereits erwähnt, erläutern die Fig. laund Ibdie Erzeugung astigmatischer Bilder bei zylindrischen optischen Elementen.
Wenn ein Punktgegenstand 0 durch eine Zylinderlinse E hindurch betrachtet wird, ist das Bild astignatisch. In einer Ebene senkrecht zur Zylinderachse divergieren die Strahlen anscheinend aus einer Bildachse A parallel zur Zylinderachse (siehe Fig. la). Die Lage dieser Achse A hängt von den kennzeichnenlen Eigenschaften der Linse und ihrer Anordnung in bezug auf das Auge X und den Gegenstand ab.
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Schlitzbildlagen A und A'gehören, wobei die parallelen Strahlen der Schlitzbildlage B-B'entsprechen.
Die scheinbare Höhe des sichtbaren Bildes nimmt etwas ab, wenn sich der Betrachter dem Spiegel nähert.
Das falsche Bild auf der Ober- und Unterseite des wiedergegebenen Bildes kann mit Hilfe von Blenden L zwischen der Röhre und den beweglichen Elementen beseitigt werden.
Um zu verhüten, dass das Bild völlig oder teilweise unsichtbar wird, wenn der Betrachter sein Haupt hin und her bewegt, sind die axialen Längen der zylindrischen Hohlspiegel und des parabolischen Spiegels ebenso wie in Fig. 2 grösser als die Länge der Zeilenabtastung auf der Kathodenstrahlröhre bemessen.
Bei der optischen Vorrichtung nach Fig. 5 kann der vergrössernde parabolische Spiegel P durch einen hyperbolischen Spiegel ersetzt werden, und dies hat den Vorteil, dass die Trommel D näher beim vergrössernden Spiegel angeordnet werden kann, so dass sich eine kompaktere Anordnung ergibt, und auch den Vorteil, dass der erwähnte Verlust der Bildhöhe, wenn sich der Betrachter dem Spiegel nähert, geringer ist.
Fig. 6 stellt eine solche Vorrichtung dar, bei der ein hyperbolischer Spiegel Verwendung findet. Bei der Vorrichtung nach Fig. 5, bei der ein parabolischer Spiegel verwendet wird, verschwindet das sichtbare Bild auf der Obenseite des Spiegels, wenn sich ein Betrachter aus der Sichtzone des parabolischen Spiegels nach oben bewegt. Es geht nicht nur ein Teil des Bildes verloren, wie wenn dieses Bild schräg durch ein Fenster hindurch betrachtet würde, sondern der Betrachter sieht, wie sich das Bild rasch mit Rücksicht auf den Spiegel nach oben bewegt. Ausserdem bewegt sich die Unterseite des Bildes rascher als die Oberseite, so dass das Bild zusammengedrückt wird.
Durch die Verwendung eines hyperbolischen Spiegels lässt sich die Oberseite des vergrösserten Schlitz- bildes festlegen. Dies ist dadurch erzielbar, dass, wie in Fig. 6 angegeben ist, das zur Oberseite des sichtbaren Bildes gehörende Schlitzbild, d. h. die Schlitzbildlage Ai, beim ersten BrennpunktderHyperbel angeordnet wird ; in diesem Falle liegt das entsprechende vergrösserte Schlitzbild beim zweiten Brennpunkt der Hyperbel für jede Lage des Betrachters.
Die Komprimierung des Bildes, die durch die Verschiebung der Unterseite des sichtbaren Bildes, wenn sich der Betrachter nach oben bewegt, herbeigeführt wird, kann
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oben bewegt, sieht er das endgültige Schlitzbild weniger schräg und die dadurch erzeugte Zunahme der scheinbaren Höhe gleicht die optische Komprimierung aus. B-B'gibt angenähert die Lage des sichtbaren Bildes an, wie es von einem Betrachter gesehen wird, der sich im Unendlichen in Richtung der Pfeile Z befindet.
Die gestrichelte Linie gibt die Lage einer reflektierenden Oberfläche der Trommel D am Ende der Bildabtastung durch diese Oberfläche an, und diese Lage derreflektierenden Oberfläche entspricht der Schlitzbildlage Ai :
Der hyperbolische Spiegel der Fig. 6 vergrössert weniger alsder. parabolische Spiegel der Fig. 5, aber
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ZVorstehend ist beschrieben worden, dass die farbigen Spuren durch die sekundäre Ablenkung, die sinusförmig sein kann, eines einzigen abtastenden Elektronenstrahles über einen Satz zylindrische Elektronenlinsen erzeugt werden. Die Kathodenstrahlröhre nach Fig. 6 enthält eine Darstellung einer elektronenoptischen Vorrichtung zum Durchführen dieser Abtastung.
Ein Elektronenbündel aus einem einzigen Elektronenstrahlerzeuger G wird längs der farbigen Leuchtstoffstreifen, d. h., senkrecht zur Zeichenebene, mit Zeilenfrequenz und in eine Richtung quer zu diesen Leuchtstoffstreifen mittels einer sinusförmigen Schwingung von etwa 5 MHz abgelenkt. Die Platten J, K, L, die sich über die ganze Länge der Leuchtstoffstreifen erstrecken, bilden drei Zylinderlinse, die je das durch sie hindurchgehende Bündel zu einem langgestreckten Fleck fokussieren, der sich auf einer einzigen Zeile bewegt, die sich nur auf einem Teil der Breite des betreffenden Leuchtstoffstreifens erstreckt. Die Lage jeder Zeile kann stufenweise über eine Querabtastung von 50 Hz durch Regelung der Spannungen zwischen jedem Plattenpaar bewegt werden.
Das grün aufleuchtende Leuchtmaterial wird als mittlerer Streifen benutzt und wird zweimal in jeder Periode der Schwingung von 5 MHz zum Leuchten gebracht. Die drei Farbsignale werden dem Elektronenstrahlerzeuger wechselweise in Abhängigkeit von der Phase der Schwingung von 5 MHz zugeführt.
Die farbigen Spuren können selbstverständlich auch mittels einer Einrichtung mit drei Elektronenstrahlerzeugern erzeugt werden, wobei es nicht erforderlich ist, dass die Farbsignale in der vorstehend beschriebenen Weise nacheinander zugeführt werden.
Fig. 7 zeigt schematisch eine abgeänderte Ausführungsform des optischen Systems, das zu dem vorstehend geschilderten Träger gehört, Hiebei sind vier zylindrische konvexe LinsenL auf einem Träger angeordnet, während innerhalb des Trägers ein stillstehender zylindrischer konvexer Spiegel M angebracht
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ist. Es sind zwei Lagen des Trägers mit ausgezogenen bzw. gestrichelten Linien gezeichnet. Wenn der Träger rotiert, ergibt sich ein senkrechtes Schlitzbild S-S', wobei der Gegenstand eine linienförmige Quelle ist, die durch eine stets wiederholte Zeilenabtastung auf einer Kathodenstrahlröhre C gebildet wird.
Bei den Vorrichtungen nach Fig. 2, 5 und 6 wurde das wandernde Schlitzbild durch eine Anzahl
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optischen Äquivalente ersetzt werden, die aus der Kombination einer andern reflektierenden Oberfläche und einer Linse bestehen, und eine besonders geeignete Ausführungsform einer solchen Einrichtung ist die
Kombination eines flachen Spiegels und einer Sammellinse. Eine solche Kombination ergibt sich beispielsweise dadurch, dass die ebene Oberfläche einer plankonvexen Zylinderlinse verspiegelt wird. Fig. 8 erläutert schematisch eine derartige Ausführungsform der Erfindung und zeigt eine drehbare Trägertrommel D, die die optischen Äquivalente von zwölf konkaven reflektierenden Oberflächen trägt. Diese Äquivalente bestehen aus plankonvexen Linsen T, deren ebene Oberflächen V versilbert sind.
Die linienförmige Quelle und der vergrössernde Spiegel sind durch C bzw. P und das wandernde Schlitzbild ist durch Al-Al angegeben.
Die Vorrichtungen nach Fig. 2, 5 und 6 zeigen einen drehbaren Träger, der eine Anzahl konkaver reflektierender Oberflächen trägt, die nahezu einander grenzen, d. h., der Abstand zweier aufeinanderfolgender reflektierender Oberflächen voneinander ist klein im Verhältnis zu ihrer Breite. Gemäss einer andern Ausführungsform dieses optischen Systems kann der Träger eine Vielzahl Stäbe tragen, bei denen die der Rotationsachse des Trägers abgewendeten Oberflächen versilbert sind, so dass sich eine Vielzahl konkaver zylindrischer reflektierender Oberflächen ergibt. In diesem Falle können die Abstände zwischen den Oberflächen ebenso gross oder grösser als die Breite der Oberflächen sein.
Eine Ausführungsform eines solchen optischen Systems ist schematisch in Fig. 9 dargestellt, in der eine Trägertrommel D vier zylindrische Stäbe H trägt, deren der Rotationsachse Q abgewendete Oberflächen versilbert sind, so dass sich konkave reflektierende Oberflächen ergeben. Die linienförmige Quelle, der vergrössernde Spiegel und die Lage des wandernden Schlitzbildes werden auch hier durch C-P bzw. Al-Ai angegeben.
Die Fig. 10 und 11 zeigen Kathodenstrahlröhren, die sich besonders gut für eine Vorrichtung nach der Erfindung eignen.
Diese Kathodenstrahlröhren ermöglichen eine besonders vorteilhafte Ausführungsform einer Vorrichtung mit drei Elektronenstrahlerzeugern, bei der sich drei gesonderte Elektronenbündel in dem Bereich nahezu schneiden oder kreuzen, in dem die Abtastablenkung durch gemeinsame Ablenkmittel erfolgt.
Bei magnetischer Zeilenablenkung ist hiebei eine erhebliche Ersparnis an Abtastenergie erzielbar, weil die Ablenkspulen näher beieinander angebracht werden können, als bei Spulen möglich ist, die drei Bündel beeinflussen, die in der Ebene der Spulenachse in einigem Abstand voneinander verlaufen. Bei elektrostatischer Zeilenablenkung können die Ablenkplatten nicht in geringerem Abstand voneinander angebracht werden, aber ihre Oberfläche kann verkleinert werden.
In beiden Fällen ergibt sich der weitere Vorteil, dass die Einwirkung der Ablenkmittel auf sämtliche drei Bündel bei jedem Ablenkwinkel praktisch die gleiche ist, wodurch es möglich ist, einige Probleme hinsichtlich der Farbwiedergabe zu vermeiden. die bei andern Systemen auftreten, bei denen eine Röhre mit drei Elektronenstrahlerzeugern mit gemeinsamen Ablenkmitteln Verwendung findet. die auf in einigem Abstand voneinander verlaufende Bündel einwirken.
Beim vorliegenden System können die Bündelsich infolge der Tatsache schneiden, dass die drei Lichtspuren in einigem Abstand voneinander liegen, weil optische Mittel vorgesehen sind, durch die die Spuren überlagert werden.
Die Bündel werden entweder mit Hilfe von sekundären statischen Ablenkmitteln oder dadurch zum Schneiden gebracht, dass die Röhre so ausgebildet wird, dass die Achsen der Elektronenstrahlerzeuger sich schneiden.
Fig. 10 istein Axialschnittdurch eine Kathodenstrahlröhre mit drei Elektronenstrahlerzeugern Gl-G3. deren Achsen in einer gemeinsamen Ebene liegen und sich in einem Punkt X innerhalb des Ablenkbereiches gemeinsamer Zeilenablenkspulen D1-D2 schneiden. Hinter dem Schnittpunkt X werden die Bündel auf drei farbige Leuchtstoffstreifen Sl, S2 bzw. S3 gerichtet.
Beider dargestelltenAusführungsform istder Hals der Röhre mit einer Vertiefung oderverengung versehen, so dass die Spulen DI-D2 näher beim Punkt X angeordnet werden können. Die Röhre der Fig. 11 besteht aus einem rohrförmigen Teil E mit verschlossenen Enden, einem rohrförmigen Hals N, der quer zur Wand dieses rohrförmigen Teiles E an diesen an einer Stelle angeschmolzen ist, die in der Mitte zwischen den verschlossenen Enden liegt, aus Elektronenstrahlerzeugem Gl-G3, die in diesem Hals angebracht sind, und einem Leuchtschirm, der auf einer nahezu zylindrischen Innenoberfläche der Wand des
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rohrförmigen Teiles E angeordnet ist, welche Oberfläche sich in Richtung des Umfanges auf einem Bogen der Stelle gegenüber, an der der Hals N angeschmolzen ist,
und in der Achsenrichtung auf nahezu der ganzen Länge des rohrförmigen Teiles E erstreckt.
Der Schirm besteht aus drei farbigen Streifen S1-S3, die sich parallel zur Achse des rohrförmigen Teiles E erstrecken. Die Zeilenablenkspulen DI-D2 sind in einem vertieften oder verengten, an den rohrförmigen Teil E angrenzenden Teil des Halses N angebracht.
Bei dieser Ausführungsform sind die Elektronenstrahlerzeuger G1-G3 parallel zueinander angeordnet, wobei die zwei äusseren Bündel je durch ein Paar statischer Sekundär-Ablenkplatten A hindurchgehen, durch die sie nach innen abgelenkt werden, so dass sie sich und das mittlere Bündel im Punkt X schneiden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Wiedergabevorrichtung für Fernsehbilder, bei welcher die Erzeugung der Bilder in einer Richtung durch die Bewegung eines modulierten Elektronenstrahls über eine Phosphorlinie und in einer dazu rechtwinkelig stehenden zweiten Richtung mit Hilfe von zylindrischen optischen Mitteln, die parallel zur Drehungsachse eines rotierenden Trägers auf diesem Träger angeordnet sind, stattfindet, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nähe des rotierenden Trägers ein zylindrischer Vergrösserungsspiegel vorgesehen ist, dessen Erzeugende parallel zur Drehungsachse des Trägers verlaufen und die auf dem Träger vorgesehenen optischen Mittel und der Vergrösserungsspiegel derart dimensioniert sind,
dass in meridionalen Schnitten durch die in der Vorrichtung vorkommenden optischen Mittel die von den auf dem Träger vorgesehenen optischen Mittel erzeugten Bilder innerhalb des Umfanges eines Kreises liegen, dessen Halbmesser höchstens gleich dem grössten Durchmesser des Trägers ist, während die halbierten Krümmungsradien der einzelnen Elemente des Vergrösserungsspiegels mindestens gleich der Entfernung des betreffenden Spiegelelementes von der Umdrehungsachse des Trägers sind und die sagittalen Schnitte durch die optischen Elemente auf dem Träger und durch den Vergrösserungsspiegel geradlinig oder annähernd geradlinig sind.