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Querverweis
zu verwandten Anmeldungen
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Dies
ist eine endgültige
Anmeldung, welche den Nutzen der vorläufigen Anmeldung mit der lfd. Nummer
60/369,928, eingereicht am 4. April 2002, beansprucht.
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Die
Erfindung betrifft eine Ablenkungsschaltung einer Bildanzeige.
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Allgemeiner
Stand der Technik
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Unterhaltungsfernseh-
und -computersysteme verwenden im Allgemeinen eine Kathodenstrahlröhren(CRT)-Anzeige,
um dem Betrachter Bilder und Informationen anzuzeigen. Der CRT-Bildschirm
weist eine annähernd
rechteckige Form auf, für
gewöhnlich mit
einem Seitenverhältnis
von ungefähr
4 zu 3 oder 16 zu 9, wie in 3 bzw. 4 dargestellt. Das Seitenverhältnis wird
als das Verhältnis
der langen Achse X zur kurzen Achse Y des Bildschirms definiert.
Typischerweise wird der Bildschirm durch Rasterabtastung mit Hochfrequenzabtastung
parallel zur langen Achse des Bildschirms abgetastet, die für gewöhnlich in
der horizontalen Richtung X ausgerichtet ist. Horizontales Abtasten
wird durch einen Sägezahnablenkungsstrom
erzielt, welcher durch einen geschalteten Resonanzkreis bereitgestellt
wird.
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Die
niedrige Frequenz der Abtastung, manchmal als "Auffrischungsrate" bezeichnet, wird parallel zur kurzen
Achse der Röhre
angewendet, welche für
gewöhnlich
in der vertikalen Richtung Y ausgerichtet ist. Die kurze Achse oder
das vertikale Abtasten wird durch einen Sägezahnablenkungsstrom erreicht,
der durch einen quasi-linearen Verstärker bereitgestellt wird, oft
mit der Zugabe einer geschalteten Resonanzkomponente, um einen schnellen
Rücklauf
zu erhalten.
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Ein
Fernsehempfänger
empfängt
und verarbeitet ein eingehendes Bildsignal, das zahlreiche horizontale
Bildzeilen enthält.
Die in einer bestimmten Bildzeile enthaltenen Informationen werden
in Abtastzeilen angezeigt, die ein Feld bilden. Jedes Feld enthält eine
Reihe von Abtastzeilen.
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1 stellt einen Anzeigebildschirm 222 mit einem
Seitenverhältnis
von 4 zu 3 dar. Die lange Achse des Bildschirms 222 ist
parallel zur Achse X; während
die kurze Achse des Bildschirms 222 parallel zur Achse
Y ist.
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Durchgehende
Linien 222a innerhalb des Bildschirms 222 sind
aktive Abtastzeilen, welche Informationen anzeigen, die durch einen
Elektronenstrahl, nicht dargestellt, erzeugt werden, der von links nach
rechts wandert. Unterbrochene Linien 222a stellen unsichtbare
Rücklaufzeilen
dar, wenn der Elektronenstrahl ausgeblendet ist. Wenn der Strahl nicht
ausgeblendet wäre,
wäre der
Strahl von rechts nach links zum Beginn der nächsten aktiven Abtastzeile
gewandert. Zu Zwecken der Veranschaulichung sind nur fünf Zeilen 222a dargestellt.
Der vertikale Rücklauf,
der die Periode von mehreren horizontalen Abtastintervallen belegt,
wird aus Gründen
der Klarheit nicht gezeigt. Die vertikale Trennung der Zeilen 222a ist
zum besseren Verständnis übertrieben
dargestellt. Ferner ist ein fortlaufendes Abtasten aus Gründen der
Klarheit dargestellt.
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Typischerweise
wird ein Bild aus Abtastzeilen 222a gebildet, die im Wesentlichen
horizontal von links nach rechts abgetastet werden, zum Beispiel auf
dem CRT- Anzeigebildschirm 222,
so wie zuvor erklärt.
Bildinformationen werden Elementen von horizontal abgetasteten Zeilen 222a zugewiesen.
Horizontale Abtastzeilen 222a werden nacheinander von oben
nach unten abgetastet, so dass eine vorbestimmte Anzahl an horizontalen
Zeilen das Feld bilden.
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In
einer nicht dargestellten Anordnung enthält ein Rahmen zum Beispiel
zwei Felder für
Zeilensprungabtasten oder ein einzelnes Feld für fortlaufendes Abtasten. Zum
Beispiel besteht gemäß der Europäischen Fernsehübertragungsnorm
(PAL) ein Rahmen aus zwei verschachtelten Feldern mit jeweils 312,5
Zeilen, wobei die Feldfrequenz bei 50 Hz und die Zeilenfrequenz
bei 15.625 Hz liegt.
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Um
die Länge
von CRTs zu verkürzen,
wurden höhere
Ablenkungswinkel, zum Beispiel 130 Grad, verwendet. Ferner sind
höhere
Abtastgeschwindigkeiten erforderlich. Diese höheren Abtastgeschwindigkeiten
und höheren
Ablenkungswinkel führen
zu einem Bedarf an schnelleren Schaltvorrichtungen in der horizontalen
Ablenkungsschaltung, während
es zu höherem
Leistungsverlust und höherem
Aufwand bei den Schaltvorrichtungen kommt.
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Die
US-Patentschrift Nr.
4,634,940 mit
dem Titel SINE WAVE DEFLECTION CIRCUIT FOR BIDIRECTIONAL SCANNING
OF A CATHODE RAY TUBE, im Namen von Groeneweg et al., beschreibt
einen kapazitiv gekoppelten Rechteckwellengenerator, der einen stationären sinusförmigen Stromfluss
in einer horizontalen Ablenkungswindung einer CRT bereitstellt.
Die Ablenkungswindung und ein zusätzlicher Kondensator bilden
einen Resonanzkreis oder abgestimmten Kreis, welcher die ungeradzahligen Oberschwingungen
des Rechteckwellengenerators ausfiltert, um einen sinusförmigen Strom
in der Ablenkungswindung bereitzustellen, der ein horizontales Zweirichtungsabtasten
ermöglicht.
Der Begriff horizontales Zweirichtungsabtasten bezieht sich auf eine
Abtasttechnik, bei der Bildinformationen angezeigt werden, sowohl
wenn sich der Elektronenstrahl in eine Richtung, parallel zur Achse
X, als auch in die entgegengesetzte Richtung, parallel zur Achse
X, bewegt.
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Das
Bildsignal wird sowohl in der Vorwärts- als auch der Rückwärtsrichtung
des Abtastens auf die CRT angewendet, wobei der abgestimmte Kreis mit
einer Sinuswelle des Abtaststroms schwingt, nicht dargestellt.
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2 zeigt einen Anzeigebildschirm 223 mit einem
Seitenverhältnis
von 16 zu 9. Die lange Achse des Bildschirms 223 ist parallel
zur Achse X, während die
kurze Achse des Bildschirms 223 parallel zur Achse Y ist.
Alle Abtastzeilen 223a innerhalb des Bildschirms 223 sind
aktive Abtastzeilen, welche Informationen anzeigen, die durch einen
Elektronenstrahl, nicht dargestellt, erzeugt werden, der von links nach
rechts, dann von rechts nach links wandert. Zu Zwecken der Veranschaulichung
werden nur zehn Zeilen dargestellt. Der vertikale Rücklauf,
der die Periode von mehreren horizontalen Abtastintervallen belegt,
wird aus Gründen
der Klarheit nicht gezeigt. Die vertikale Trennung von Zeilen ist
aus Gründen der
Veranschaulichung übertrieben
dargestellt.
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Auf
der obersten Zeile der Abtastung kann der Strahl von links nach
rechts parallel zur langen Achse X der Röhre geschwenkt werden, und
auf der unmittelbar folgenden Zeile würde der Strahl dann von rechts
nach links geschwenkt werden, wie zuvor erklärt. Eine solche Anordnung erfordert
das "Auslesen" von Bildsignalpixeln
von alternierenden Bildzeilen in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung. Die Patentschrift
von Groeneweg et. al. schlägt
das Speichern von Pixeln in einem ersten First-In-First-Out-Speicher
(FIFO) für
eine nachfolgende Anzeige während des
Vorwärtsschwenkens
und in einem Last-In-First-Out-Speicher (LIFO) für eine nachfolgende Anzeige
während
des Zurückschwenkens
vor.
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Das
sinusförmige
Abtastsystem weist den Vorteil auf, dass es die Anforderungen an
die Ablenkvorrichtung im Hochfrequenz-Abtastkreis deutlich reduziert.
Dies deshalb, weil in einem System, das eine sinusförmige Ablenkung
verwendet, der Strom, der durch die Windung fließt, vorrangig von der Grundfrequenz
des Steuerstroms ist, während
in einem schnellen Rücklauf
der Oberwellengehalt höher
ist. Je höher
der Oberwellengehalt des Ablenkungsstroms, desto höher die
Leistung, die im Ferrit der Windung verloren geht und desto höher die
Verluste aufgrund des Skineffekts.
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Die
US-Patentschrift Nr.
4,989,092 mit
dem Titel PICTURE DISPLAY DEVICE USING SCAN DIRECTION TRANSPOSITION,
im Namen von Doyle et al. (die Patentschrift Doyle et al.), beschreibt
ein transponiertes Abtastsystem. Beim transponierten Abtasten werden
die Zeilen vertikal abgetastet, von der Oberkante des Bildes, mit
der höheren
Zeilenabtastfrequenz. Das horizontale Abtasten erfolgt von links
nach rechts, mit der niedrigeren Feldabtastfrequenz. Aufgrund des
vertikalen Zeilenabtastens wird das Hochfrequenz-Abtasten in einem
kleineren Abtastwinkel und somit mit einer Amplitude durchgeführt, welche
kleiner ist als die entsprechenden Werte für das horizontale Zeilenabtasten.
Daher wird der Verlust deutlich reduziert.
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Die
Patentschrift Doyle et al. beschreibt einen Abtastungsrichtungs-Transpositionsbildbearbeitungskreis
zum Empfangen der Bildinformationen und zum sequentiellen Zuweisen
von Bildinformationen zu Elementen der vertikal abgetasteten Zeilen. Dadurch
wird die Kompatibilität
mit den bestehenden Systemen aufrechterhalten. Die ankommenden Bildinformationen
werden in einen Speicher in der Reihenfolge des Eingehens während einer
Feldperiode geschrieben, wohingegen die bereits in einem zweiten
Speicher gespeicherten Bildinformationen in einer Richtung ausgelesen
werden, die senkrecht zur Schreibrichtung ist. Transponiertes Abtasten
wird auch in einem Artikel mit dem Titel 36.2: Transposed Scanning:
The Way to Realize Super-Slim CRTs, im Namen von Krijn, et al.,
veröffentlicht
in SID 01 DIGEST, besprochen.
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Ein
transponiertes Abtastsystem, welches ein erfinderisches Merkmal
verkörpert,
verwendet sinusförmiges
Abtasten, um ein Zweirichtungsabtasten entlang der kurzen Achse
Y der CRT bereitzustellen. Daher wird vorteilhafterweise die schwieriger
zu erreichende Hochfrequenz-Abtastaufgabe der kurzen Achse zugewiesen,
was die geringste Ablenkungsenergie benötigt. Durch das Anwenden des
Hochfrequenzrichtungsabtastens in Form einer Sinuswelle werden die
elektrischen Anforderungen weiterhin verringert. Da die beschränkenden
Schaltungsfunktionsanforderungen erleichtert werden, kann das Gesamtsystem
so gestaltet werden, dass es entweder höhere Frequenzen oder weitere
Ablenkungswinkel (oder beides) bereitstellt, als es sonst möglich wäre.
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In
einem horizontalen sinusförmigen
Abtastsystem kann eine Takt-Verschiebung zwischen Bildzeilen, die
zum Beispiel durch Schwankungen beim eingehenden Bildsignal verursacht
wird, in nachteiliger Weise räumlich
verdoppelt werden. Dies geschieht, wenn eine bestimmte Zeile, die
von links nach rechts abgetastet wird, in eine Richtung verschoben
wird, und danach die nächste Zeile,
die von rechts nach links abgetastet wird, in die andere Richtung
verschoben wird. Ein horizontales sinusförmiges Abtastsystem verdoppelt
effektiv die Größenordnung
der Störung.
Wenn Signale, die Takt-Schwankungen
enthalten, wiedergegeben werden, wird daher die Zeile-zu-Zeile-Schwankung
visuell durch diese Abtastumkehrung verstärkt. Infolgedessen kann eine
schnelle Takt-Schwankung, wie jene, die durch kostengünstige,
weniger stabile Videorekorder und andere Generatoren lokaler Signale
verursacht wird, die Leistung beeinträchtigen.
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Die
Schwankungsanfälligkeit
wird in dem erfinderischen transponierten Abtastsystem reduziert, das
sinusförmiges
Abtasten verwendet, um ein vertikales Zweirichtungsabtasten entlang
der kurzen Achse Y der CRT zu schaffen. Dies ist so, weil der vertikale
Takt für
Schwankungen weniger anfällig
ist als der horizontale Takt. Der Begriff vertikales Zweirichtungsabtasten
bezieht sich hierin auf die erfinderische Abtasttechnik, bei welcher
Bildinformationen angezeigt werden, sowohl wenn sich der Elektronenstrahl
in eine Richtung, parallel zur Achse Y, als auch in die entgegengesetzte
Richtung, parallel zur Achse Y bewegt.
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Ferner
kann vorteilhafterweise eine gemeinsame Bildbearbeitungshardware
verwendet werden, um sowohl das Merkmal des transponierten Abtastens
als auch das Merkmal des sinusförmigen
Abtastens zu erhalten. Dies deshalb, weil das Bild, damit jedes
Merkmal erhalten werden kann, in einer anderen Reihenfolge gespeichert
und "ausgelesen" werden muss, als
in jener Reihenfolge, in der es übertragen
und empfangen wird.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Eine
Bildanzeigeablenkungsvorrichtung, welche ein erfinderisches Merkmal
verkörpert,
enthält
eine Kathodenstrahlröhre,
welche einen Anzeigenbildschirm mit einer kurzen ersten Achse und
einer längeren
zweiten Achse, die zur ersten Achse senkrecht ist, aufweist. Ein
erster Ablenkungsfeldgenerator erzeugt ein erstes Ablenkungsfeld
in einem Strahlenpfad eines Elektronenstrahls der Kathodenstrahlröhre bei
einer ersten Ablenkungsfrequenz, um eine Position des Elektronenstrahls
abwechselnd in einer Richtung der ersten Achse und in einer Richtung,
die zur ersten Achse entgegengesetzt ist, zu variieren, um Zweirichtungsabtasten
bereitzustellen. Ein zweiter Ablenkungsfeldgenerator erzeugt ein zweites
Ablenkungsfeld im Strahlenpfad bei einer zweiten Ablenkungsfrequenz,
die niedriger als die erste Ablenkungsfrequenz ist, um eine Position
des Elektronenstrahls abwechselnd in einer Richtung der zweiten
Achse und in einer Richtung, die zur zweiten Achse entgegengesetzt
ist, zu variieren.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt einen Anzeigebildschirm
mit Abtasten in einer Richtung gemäß dem Stand der Technik;
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2 zeigt einen Anzeigebildschirm
mit Zweirichtungsabtasten in Richtung der langen Achse, nach dem
Stand der Technik;
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3 und 4 stellen einen Anzeigebildschirm nach
dem Stand der Technik dar, welcher entsprechende Seitenverhältnisse
aufweist;
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5 stellt einen Anzeigebildschirm
mit Zweirichtungsabtasten in Richtung der kurzen Achse dar, welcher
ein erfinderisches Merkmal verkörpert; und
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6 stellt eine Ablenkungsschaltung
dar, welche ein erfinderisches Merkmal verkörpert, um einen Elektronenstrahl
in dem Anzeigebildschirm von 5 abzutasten.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Ein
Stromgenerator 19 für
sinusförmiges Zweirichtungsabtasten,
dargestellt in 6, der
einen Aspekt der vorliegenden Erfindung verkörpert, stellt einen sinusförmigen periodischen
Ablenkungsstrom 63 durch eine vertikale Ablenkungswindung 20 bereit.
Der Strom 63 führt
transponiertes, vertikales Zweirichtungsabtasten durch. Die Frequenz
des Stroms 63 ist beispielsweise ungefähr 15,75 kHz für ein Abtastsystem
mit Zeilensprung oder 31,5 kHz für ein
System mit fortlaufendem Abtasten. Die Ablenkungswindung 20 wird
verwendet, um den Elektronenstrahl in einer Kathodenstrahlröhre (CRT) 30 dazu
zu bringen, sich zyklisch von der Oberkante eines Bildschirms 31 der
CRT 30 zur Unterkante und danach zurück zur Oberkante in zyklischer
sinusförmiger
Weise zu bewegen. Die CRT 30 weist eine vertikale Achse
Y, die kürzer
als eine horizontale Achse X ist, auf, um ein Seitenverhältnis von
4 zu 3 oder 16 zu 9 bereitzustellen, wie in 3 bzw. 4 gezeigt.
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Der
Abtastkreis 19 kann eine Topologie aufweisen, die jener,
die beispielsweise in der Patentschrift von Groeneweg et al. beschrieben
wird, ähnlich
ist. Ein Hauptunterschied liegt darin, dass in der Anordnung von 6 die Schaltung 19 die
Windung 20, die eine vertikale Ablenkungswindung ist, mit
sinusförmigem
Strom 63 antreibt. Im Gegensatz dazu wird in der Patentschrift
von Groeneweg et al. eine horizontale Ablenkungswindung durch einen
sinusförmigen
Strom angetrieben.
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Ein
Feldablenkungsverstärker 21 erzeugt
einen Sägezahnablenkungsstrom 64 durch
eine horizontale Ablenkungswindung Lx zum Ausführen des horizontalen Abtastens.
Die Frequenz des Stroms 64 liegt beispielsweise bei 60
Hz im Fall der NTSC-Norm in den USA oder bei 50 Hz in Fall der PAL-Norm
in Europa. Die Ablenkungswindung Lx wird verwendet, um den Elektronenstrahl
in der CRT 30 dazu zu bringen, sich von einer Seite des
Bildschirms 31 der Röhre
während
eines Vorlaufintervalls in einer relativ langsamen Weise weg zu
bewegen und danach zu derselben Seite in einer relativ schnellen
Weise zurück
zu bewegen.
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Der
Ablenkungsverstärker
21 kann
eine Topologie aufweisen, die jener eines herkömmlichen vertikalen Verstärkers ähnlich ist,
der zum Beispiel in der US-Patentschrift
Nr.
5,587,631 mit dem
Titel RESISTOR-MATCHED
DEFLECTION APPARATUS FOR A VIDEO DISPLAY, im Namen von Wilber et
al., beschrieben wird. Ein Hauptunterschied liegt darin, dass in
der Anordnung von
6 der
Verstärker
21 die
Windung Lx antreibt, welche eine horizontale Ablenkungswindung ist.
Im Gegensatz dazu treibt in der Patentschrift von Wilber et al.
der ähnlich
konstruierte Verstärker
eine vertikale Ablenkungswindung an.
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Ein
Bildprozessor 25 enthält
einen Bildspeicher, nicht dargestellt, zum Speichern von eingehenden
Bildzeilen, so wie beispielsweise in der Europäischen Fernsehübertragungsnorm
definiert, die an einem Eingang, nicht dargestellt, des Bildprozessors 25 ankommen.
Ein Speicher, nicht dargestellt, des Bildprozessors 25 speichert
einen vollständigen
Rahmen des Pixelbildes. Der bereits in einem zweiten Speicher des
Prozessors 25 gespeicherte Rahmen des Pixelbildes wird
in einer Richtung ausgelesen, die zur Schreibrichtung senkrecht
ist, um vertikale Bildzeilen, nicht dargestellt, in einer Weise
zu erzeugen, die jener ähnlich
ist, die in der Patentschrift von Doyle et al. beschrieben wird,
mit den unten angeführten
Unterschieden. Die vertikalen Bildzeilen, nicht dargestellt, werden
an einen Bildverstärker, nicht
dargestellt, angelegt, zur Anzeige in der Richtung der kurzen Achse
Y der CRT 30.
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5 zeigt den Anzeigebildschirm 31 von 6 mit einem Seitenverhältnis von
16 zu 9. Die lange Achse des Bildschirms 31 ist parallel
zur Achse X, während
die kurze Achse des Bildschirms 31 parallel zur Achse Y
ist. Ähnliche
Symbole und Bezugszeichen in 5 und 6 bezeichnen ähnliche
Bestandteile oder Funktionen. Alle Abtastzeilen 224a von 5 innerhalb von Bildschirm 31 sind
aktive Abtastzeilen, welche Informationen anzeigen, die von einem
Elektronenstrahl, nicht dargestellt, erzeugt werden, der sowohl
in Aufwärtsrichtung
als auch in Abwärtsrichtung
entlang der Achse Y wandert. Zu Zwecken der Veranschaulichung sind
nur zehn Zeilen 224a dargestellt. Ein horizontaler Rücklauf,
der die Periode von mehreren vertikalen Abtastintervallen belegt,
wird aus Gründen
der Klarheit nicht gezeigt. Die horizontale Trennung von Zeilen
ist zum besseren Verständnis übertrieben
dargestellt.
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Die
vertikalen Bildzeilen des Prozessors 25 von 6 werden ausgelesen bzw.
auf den Bildverstärker,
nicht gezeigt, abwechselnd in der Reihenfolge von oben nach unten
und von unten nach oben in abwechselnden Abtastzeilen 224a von 5 angewendet. Somit stellen
die vertikalen Bildzeilen von Prozessor 25 von 6 ein vertikales Zweirichtungsabtasten
bereit. Aufeinanderfolgende vertikale Bildzeilen 224a von 5 sind fortlaufend in der
Richtung von links nach rechts entlang der langen Achse X von Bildschirm 31 angezeigt,
wie oben angeführt.
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Für eine Ablenkung
im weiten Winkel und/oder Flachbildschirme kann eine Linearitätskorrektur
des Stroms 64 von 6 in
einer Weise, nicht gezeigt, erforderlich sein, die jener ähnelt, die
in einem herkömmlichen
Fernsehempfänger
erfolgt. Für eine
Korrektur der Kissenverzeichnung (Rasterformkrümmung parallel zur kurzen Achse)
kann eine Amplitudenmodulation des Ablenkungsstroms 64 erforderlich
sein.
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Zweirichtungsabtasten
führt dazu,
dass Abtastzeilen um einen ungleichmäßigen Abstand entlang der kurzen
Achse Y der Abtastung voneinander beabstandet oder an den Rändern des
Bildschirms zu nahe beieinander sind. Dies kann in einer nicht dargestellten
Weise durch stufenweises Abtasten korrigiert werden, anstatt einen
allmählich
wechselnden Sägezahnstrom 64 für den horizontalen
Vorlauf zu verwenden. Eine diskrete oder stufenweise Erhöhung des
Stroms 64 wird am Ende jeder vertikalen Hochfrequenz-Abtastzeile
bewirkt.
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Alternativ
dazu kann Zweirichtungsabtasten in jeder der Achsen X und Y ausgeführt werden.
Somit kann Zweirichtungsabtasten in der horizontalen Richtung X
zusätzlich
zum zuvor erwähnten
Zweirichtungsabtasten in der vertikalen Richtung Y ausgeführt werden.
In diesem Fall kann der Strom 64 auch ein sinusförmiger Strom
sein. Der Vorteil, der sich aus sinusförmigem Strom 64 ergibt,
besteht darin, dass die Komplexität in Zusammenhang mit der Erzeugung
des schnellen Rücklaufs
beseitigt wird. In einem solchen dualen Zweirichtungsbetriebsmodus würde der
Bildprozessor 25 entsprechend modifiziert werden.
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Zusammenfassung
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Die
Erfindung betrifft eine Bildanzeige mit einem transponierten Abtastsystem.
Das transponierte Abtastsystem verwendet sinusförmiges Abtasten um Zweirichtungsabtasten
entlang einer kurzen Achse eines Anzeigenbildschirms einer Kathodenstrahlröhre bereitzustellen.
Daher wird die schwieriger zu erreichende Hochfrequenz-Abtastaufgabe
der kurzen Achse zugewiesen, was die geringste Ablenkungsenergie
benötigt.