Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bildwiedergabegerät, insbesondere für Fernsehen, bei welchem ein, als elektrisches Signal übermitteltes Bild mittels eines in einem evakuierten Gefäss angebrachten fluoreszierenden Schirmes sichtbar gemacht wird.
Üblicherweise wird jedes Bild durch eine geordnete Musterung in viele Elemente unterteilt; diese Elemente werden oft auch Bildpunkte genannt. Häufig sind diese Bildpunkte in Zeilen, welche parallel verlaufen, angeordnet. Aufgabe eines Sichtgerätes ist es, die einzelne Bildpunkte als sichtbare kleine Flächenelemente wiederzugeben, die dann das menschliche Auge als ganzes Bild empfindet. In vielen Anwendungen wird dabei Wert auf naturgetreue Halbtonbildwiedergabe gelegt.
Die bekannten Sichtgeräte können in zwei Gruppen unterteilt werden: Geräte, die eine Bildröhre enthalten, und Festkörper - Bildwiedergabegeräte. Obwohl für die letzteren oft optimistische Vorhersagen gemacht werden, sind die heutigen Eigenschaften noch unbefriedigend und die technologischen Schwierigkeiten enorm. Darum wird das Gebiet der Sichtgeräte von der Bildröhre beherrscht.
Mit Ausnahme von einigen Geräten zur Zeichen-, Zahlen- oder Symboleübertragung arbeiten alle bekannten Bildröhren auf dem Prinzip des analogen Abtastens von einzelnen Bildpunkten. Dabei könnte eine digitale Abtastung bei vielen Anwendungen von Vorteil sein. Weiter sind diese Bildröhren voluminös, insbesondere, wenn eine grosse Bildfläche verlangt wird; das bringt auch eine heikle Montage von solchen Bildröhren in die Bildwiedergabegeräte mit sich sowie Implosionsgefahr. Bei grösseren Bildflächen ist nur magnetische Ablenkung sinnvoll und diese Ablenkung verbraucht eine relativ grosse Leistung. Auch sind die heutigen Bildröhren nicht absolut verzerrungsfrei und eine gute horizontale und vertikale Linearität nur durch präzise Einstellung der Steuerschaltung, die mit der Zeit z. B. durch Änderung der Charakteristiken der Elemente variieren kann, gewährleistet ist.
Auch erreicht die Auflösung der heutigen Bildröhren am Rande des Bildes nicht die selben Werte wie in der Mitte.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine neue Konstruktion vorzuschlagen, welche diese Nachteile nicht aufweist und alle Anforderungen, welche heute an ein Bildwiedergabegerät gestellt werden, erfüllt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit einem Bildwiedergabegerät gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass in einem evakuierten Gefäss mindestens eine grossflächige Quelle zur Emission von geladenen Elementarteilchen und eine Abtastvorrichtung vorhanden sind, wobei diese Vorrichtung wenigstens zwei Sätze von Leitern aufweist, welche voneinander isoliert sind und zur Steuerung des Stromes emittierter geladener Elementarteilchen zwischen der ge nannten Quelle und dem genannten fluoreszierenden Schirm dienen, so dass dieser Schirm entsprechend einer punktweisen Bildabtastung erregbar ist, dass ferner eine Steuerschaltung vorhanden ist, die an alle genannten Leiter angeschlossen ist und die Mittel aufweist,
um synchron zu empfangenden Bildsynchronisationssignalen abwechselnd jeweils an wenigstens einen Leiter von jedem Satz ein Durchlasspotential und an alle anderen Leiter ein Sperrpotential anzulegen, und dass Mittel zur Steuerung der Bildhelligkeit vorhanden sind.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. list eine schematische Darstellung der Konstruktion einer Bildröhre mit digitaler Abtastung.
Fig. 2 ist eine perspektivische Darstellung der Elektroden von dieser Röhre.
Fig. 3 ist ein Blockdiagramm der Steuerschaltung für eine solche Bildröhre.
Fig. 4 ist ein Blockdiagramm einer anderen Steuerschaltung, die verwendet werden kann zur Abtastung dieser Bildröhre, mit Helligkeitssteuerung mittels Abtastzeitverkürzung.
Das wesentliche Teil des Bildwiedergabegerätes nach dieser Erfindung ist die Bildröhre. Sie kann auf Grund von Fig.
1, beziehungsweise von Fig. 2 wie folgt beschrieben werden.
In einem evakuierten Gefäss 1 ist eine lichtdurchlässige Scheibe 4 befestigt, die einen Phosphorschirm 5 trägt. Diese Scheibe 4 kann auch gleichzeitig einen Wandteil des Gefässes 1 bilden; dann ist der Schirm 5 auf der vakuumseitigen Oberfläche der Scheibe 4 angebracht Dieser Schirm 5 ist auf bekannte Weise hergestellt, wie es in heutigen Bildröhren üblich ist. Er kann homogen sein, d. h. alle Punkte besitzen die Fähigkeit, unter Elektronen- oder lonenbombardierung Licht praktisch gleicher Farbe zu erzeugen. Er kann, wieder auf bekannte Weise, auch aus verschiedenen Phosphormischungen hergestellt sein, die in Inseln, Punkten, Streifen oder in übereinander liegenden Schichten geordnet auf der Scheibe 4 angebracht sind zwecks Erzeugung von zwei- oder mehrfarbigen Bildern.
Normalerweise enthält dieser Schirm auch eine oder mehrere Reflexionsschichten, die verhindern sollen, dass emittiertes Licht die Phosphorschicht in unerwünschter Richtung verlassen kann.
Weiter ist im Gefäss 1, z. B. am dem Schirmträger 4 gegenüberliegenden Ende des Gefässes, auf einem Träger 2 in bekannter Weise eine Elektrode 3, die freie geladene Elementarteilchen (d. h. Elektronen oder Ionen) emittieren kann, angebracht. An diese Elektrode 3 wird unter anderem die Bedingung gestellt, dass sie fähig sein muss, über die ganze aktive Fläche gleichmässig Elektronen, beziehungsweise Ionen, zu emittieren, wobei die Dimensionen dieser aktiven Fläche den Dimensionen des Bildes auf dem Schirm entsprechen.
Als diese Elektrode 3 ist geeignet z. B. eine Photokathode, die von aussen mittels einer Strahlung angeregt ist; auch eine grossflächige Thermokathode oder ein anderer Emitter sind denkbar. Soll die Elektrode 3 positiv oder negativ geladene Ionen in den Raum zwischen der Elektrode 3 und den Leitern 7, beziehungsweise 8 emittieren, sind wieder verschiedene Emissionsmöglichkeiten, wie z. B. Oberflächenionisation, denkbar. Eine andere Möglichkeit ist, mittels der Elektrode 3 Ionen herauszuziehen aus einem Plasma, das in der Nähe der Elektrode 3 auf eine bekannte Weise zu diesem Zwecke erzeugt wird. Die weitere Beschreibung der Bildröhre soll sich jedoch nur auf eine Ausführung der Röhre beschränken, die mit einer elektronenemittierenden Kathode als Elektrode 3 arbeitet; die Funktion der Röhre mit einer ionenemittierenden Elektrode 3 statt Elektronenemitter kann analog beschrieben werden.
Dieser Emitter muss nicht unbedingt eine homogene Fläche aufweisen; der gleiche Effekt lässt sich auch erreichen mit einem System von relativ kleinen Emittern, z. B. Thermokathoden, solange die dadurch verursachte Inhomogenität in Rahmen der verlangten Bildauflösung liegt und damit die Bildqualität nicht beeinflusst.
Zwischen der Kathode 3 und dem Schirm 5 sind zwei oder mehrere Sätze von voneinander isolierten Leitern 7 und 8 angebracht. Die Art, wie diese Sätze von Leitern gebildet werden, bestimmt die Art der Abtastung und deshalb sind mehrere Lösungen möglich. Eine solche Ausführung hat z. B. die Form eines Kreuzgitters. Diese Form erlaubt z. B.
eine Abtastung, welche üblich ist für eine Fernsehübertragung. Die Herstellung von solchen Kreuzgittern ist genügend bekannt und bringt keine Schwierigkeiten.
Die Funktion einer solchen Röhre kann folgendermassen beschrieben werden. Die Kathode 3 wird in einen Zustand gebracht, in welchem sie Elektronen emittieren kann; so kann z. B. eine Photokathode beleuchtet werden. Der Schirm 5 erhält eine genügend hohe positive Spannung gegenüber der Kathode 3, z. B. + 18 kV. Wenn jetzt alle Leiter des Systems 7 mit Ausnahme eines einzigen Leiters und alle Leiter des Systems 8 mit Ausnahme eines einzigen Leiters genügend hohe negative Spannung gegenüber der Kathode, z. B. - 30 V, erhalten und diese ausgenommenen Leiter an ein Potential, das sich vom Kathodenpotential nicht stark unterscheidet, z. B. an - 0,5 V, angeschlossen werden, können Elektronen nur aus dem entsprechenden Gebiet der Kathode zum Schirm fliegen und dort einen entsprechenden Bildpunkt erzeugen.
Wenn jetzt ein anderes Paar von Leitern der Systeme 7 und 8 auf das Durchlasspotential, z. B.
auf - 0,5 V gebracht wird und alle anderen die Sperrspannung von z. B. - 30 V erhalten, wird ein anderer Bildpunkt erzeugt. Auf diese Weise kann z. B. mit zwei Schieberegistern, die im Takt mit der Bildsynchronisation fortlaufend einen horizontalen und einen vertikalen Leiter auf das Durchlasspotential legen, die ganze Fläche der Kathode und damit auch die ganze Schirmfläche übereinstimmend mit der Fernsehbildzerlegung abgetastet werden.
Aus praktischen Gründen kann es von Vorteil sein, statt immer nur einen Leiter aus jedem Satz auf die Durchlassspannung zu bringen, immer diese Durchlassspannung an ein Paar von benachbarten Leitern aus jedem Satz anzugeben; natürlich erhalten dabei alle anderen Leiter eine Sperrspannung.
Allgemein lässt sich dieses Abtastprinzip wie folgt beschreiben. Die Abtastvorrichtung ist gebildet in Form von mindestens zwei Sätzen von Leitern, die alle voneinander isoliert sind. Zu jedem Leiter eines Satzes verläuft mindestens ein Leiter jedes anderen Satzes nicht parallel und jeder Bildpunkt ist durch eine und nur eine Annäherung von je einem Leiter oder einer Gruppe von Leitern aus verschiedenen Sätzen definiert.
Diese Abtastvorrichtung ist in der Bildröhre so angeordnet, dass die Elektronen, welche die Kathode 3 verlassen, auf dem Weg zum Schirm 5 das elektrische Feld, das durch die genannte Abtastvorrichtung beeinflusst ist, durchqueren müssen und dass die Anlegung eines genügend grossen negativen Potentials Usp auf einen Leiter oder eine Gruppe von Leitern, die zum gleichen Satz gehören, alle Elektronen, die aus allen Bildpunkten kommen, die durch Annäherung von diesem Leiter, beziehungsweise von dieser Gruppe von Leitern, zu Leitern oder Gruppen von Leitern aus anderen Sätzen definiert sind, auf dem Weg zum Schirm 5 sperren und mindestens ein Teil der Elektronen, welche zu einem bestimmten Bildpunkt gehören, auf dem Weg zum Phosphorschirm nicht gehindert ist, wenn auf alle Leiter, beziehungsweise Gruppen von Leitern aus verschiedenen Sätzen,
deren gemeinsame Annäherung diesen Bildpunkt definiert im oben aufgeführten Sinne, ein Potential Ud gelegt ist, das vom Potantial Usp verschieden ist und gegenüber Usp positiver ist.
Natürlich gilt dieses Prinzip auch, wenn die Elektrode 3 nicht eine Elektronenquelle (Kathode), sondern eine Quelle von negativen Ionen ist; emittiert sie positiv geladene Elementarteilchen, muss die Sperrspannung Usp positiv gegen über dem Emitter 3, die Durchlassspannung Ud negativ gegenüber Usp und die Phosphorschirmspannung gegenüber der Elektrode 3 negativ sein.
Eine so konstruierte Bildröhre kann alle Vorteile der digitalen Abtastung, z. B. eine nichtsequentielle Abtastung oder einen direkten Zugriff zu einem beliebigen Bildpunkt ausnützen. Auch ist durch die strenge geometrische Zuordnung diese Bildröhre verzerrungsfrei. Die Auflösung ist im Prinzip durch die Abtastvorrichtung bestimmt; wird z. B. ein Kreuzgitter mit immer gleicher Masche verwendet, so wird am Rande des Bildes genau die gleiche Auflösung erreicht wie in der Mitte. Zur Abtastung muss man nur Ladungen auf sehr kleinen Kapazitäten steuern, also erfolgt die Abtastung praktisch leistungsfrei. Die Geometrie der Röhre erlaubt eine ganz flache Konstruktion auch für grossflächige Bildröhren, d. h. die Tiefe der Röhre gegenüber der Bilddiagonale kann sehr klein gehalten werden.
Eine andere Variante der soeben beschriebenen Abtastvorrichtung ist ein System, in welchem ein Satz von Leitern, also einer der oben beschriebenen Sätze, dicht mit einer Elektrode vereinigt ist. Ist diese Elektrode die Kathode 3 und das System von Sätzen von Leitern ein Kreuzgitter, kann z. B. die Kathode in parallele Streifen unterteilt werden, wobei die Anzahl der Streifen der Anzahl der Fernsehzeilen gleich ist, und die Punktabtastung erfolgt mit Hilfe eines Satzes paralleler Leiter, die zu den Kathodenstreifen senkrecht verlaufen.
Theoretisch betrachtet, handelt es sich bei dieser Variante um das gleiche Abtastprinzip wie das zuerst beschriebene. Man kann hier von einem latenten Satz von Leitern sprechen.
Es kann auch ein zweiter Satz von Leitern, der zur Abtastvorrichtung gehört, als ein latenter Satz ausgebildet werden, indem dieser Satz dicht mit einer anderen Elektrode, z. B. mit dem Schirm 5 vereinigt wird. Allerdings würden dann die Ansprüche an die dazugehörige Steuerschaltung höher, als bei der Konstruktion nach Fig. 1, beziehungsweise Fig. 2.
Bis jetzt wurde nur über die Abtastung, nicht aber über die Helligkeitssteuerung der einzelnen Bildpunkte gesprochen. Diese Steuerung kann man auf verschiedene Weise realisieren. Eine Möglichkeit ist in Fig. 1 angedeutet. Zwischen der Elektrode 3 und dem Phosphorschirm 5 wird noch eine Elektrode 6 in Form eines Gitters, wie es in Elektronenröhren üblich ist, angebracht und dann steuert die Spannung dieses Gitters die Anzahl der freien geladenen Elementarteilchen, die die Phosphorschicht erreichen und so auch die Helligkeit des abgetasteten Punktes (siehe auch Fig. 3). Diese Methode ist jedoch einfach realisierbar nur für eine Ausführung der Röhre, die eine elektronenemittierende Kathode als Elektrode 3 besitzt.
Eine andere Möglichkeit besteht in der Steuerung der Emission der Elektrode 3; diese Methode hat allerdings viele Nachteile.
Eine bessere Methode ist es, die Durchlassspannung für die Abtastung nicht konstant zu halten, sondern an die für die Abtastung dienenden Leiter eine Spannung zu legen, die zwischen einer totalen Sperr- und einer totalen Durchlassspannung liegt, wobei deren augenblicklicher Wert der Helligkeit des gerade abgetasteten Bildpunktes entspricht. Auch diese Methode ist aus praktischen Gründen nur für solche Ausführungen der Bildröhre geeignet, bei welchen die Elektrode 3 Elektronen emittiert.
Eine Abtastzeitsteuerung ist eine andere Möglichkeit der Helligkeitssteuerung. Werden z. B. während eines Zeitintervalles von 100 ns unter bestimmten Bedingungen 106 Elektronen aus einem Kathodenpunkt in Richtung Phosphorschirm durch die Abtastvorrichtung durchgelassen, so wird unter Einhaltung von sonstigen Bedingungen beim Verkürzen des Abtastintervalls auf 50 ns, beziehungsweise auf 10 ns die Anzahl von Elektronen auf die Hälfte, beziehungsweise auf ein Zehntel reduziert und in gleichem Masse auch die Helligkeit des betroffenen Bildpunktes. Eine Schaltung, die eine solche Steuerung erlaubt, ist aus Fig. 4 ersichtlich (Fig. 4 ist auch mit Fig. 3 zu vergleichen). Ein Ausschnitt eines Kreuzgitters ist mit 10 bezeichnet. Jeder Leiter des Satzes 16 wird durch ein Tor gesteuert, also Leiter 16a durch Tor 12a, Leiter 16b durch Tor 12b, Leiter 16c durch Tor 12c usw.
Diese Tore sind im Prinzip identisch und ihr logisches L -Niveau entspricht der Sperrspannung, z. B. - 35 V, und ihr logisches H -Niveau der Durchlassspannung, z. B. - 0,2 V. Diese Tore 12a, 12b,12c,... sind aus einem Impulsverteiler 13, z. B. einem Schieberegister, versorgt, dessen Eingang an einen Taktimpulsgeber angeschlossen ist. Dieser Taktimpulsgeber ist auf bekannte Weise mit empfangenen Bildsynchronisationsimpulsen synchronisiert. Der zweite Eingang der Tore 12a, 12b, .2.... ist gesteuert durch Impulse vom Impuls umformer 14, der das durch 15 verarbeitete Videosignal in gegenüber den Taktimpulsen variable Impulse transformiert.
Die Funktionsweise des Umformers 14 ist sehr ähnlich jener eines Impulsmodulators für Modulation durch Impulsposition.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die Wiedergabe eines Fernsehbildes erläutert worden ist, kann das Wiedergabegerät beispielsweise auch für die Darstellung von Zeichen, grafischen Symbolen oder Radarbildern verwendet werden.