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Fernsehempfänger mit einem die Bildfläche umrandenden Hellstreifen
Es ist bekannt, daß sich bei der Betrachtung eines hellen Fernsehbildes in einem
dunklen Raum vielfach Ermüdungserscheinungen beim Zuschauer ergeben. Man kann das
vermeiden, wenn man die Raumbeleuchtung wenigstens zum Teil eingeschaltet läßt,
jedoch geht dabei ein Teil des Kontrastes und damit die Qualität des Bildes und
auch die Illusion der unmittelbaren Anteilnahme am Bildgeschehen verloren.
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Man hat festgestellt, daß die erwähnten Ennüdungserscheinungen auch
durch einen das Bild umrandenden Streifen etwa gleichmäßiger Helligkeit (Hellstreifen)
vermieden werden können, durch die der schroffe übergang zwischen heller Bildfläche
und dunkler Umgebung abgemildert wird. Man hat dazu durch Glühlampen od. dgl. aufgehellte
Bildumrandungen benutzt; eine besonders einfache Lösung ergibt sich, wenn die Bildumrandung
mit einem diffus abstrahlenden Stoff, z. B. einer Farbschicht, bedeckt ist, der
durch das von der Bildschirm-Vorderfläche seitlich abgestrahlte Licht aufgehellt
wird. Da, insbesondere wegen der Wölbung der Röhrenfront, hierfür vorzugsweise das
Licht der unmittelbar benachbarten Bildteile in Betracht kommt, schwankt die Helligkeit
der Umrandung mit der Leuchtdichte der Randpartien je nach dem dargestellten
Bild; die Bildumrandung macht daher vielfach einen unruhigen, fleckigen Eindruck,
was sich als recht störend erwiesen hat.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, bei einem Fernsehempfänger mit
Hellstreifen eine Bildröhre zu verwenden, bei der auch die hintere Seite des Leuchtschirmes
sichtbar ist, und eine Wand neben der Bildröhre so anzubringen, daß sie das seitlich
ausstrahlende Licht nach vom zum Betrachter reflektiert.
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Es zeigt sich, daß durch diese Reflexion der Hellstreifen vorwiegend
in einen verhältnismäßig engen Winkelbereich ausstrahlt, so daß seine Helligkeit
stark davon abhängt, ob sich der Betrachter vor dem Bildschirm oder mehr seitlich
befindet.
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Bei einem Fernsehempfänger mit einem die Bildfläche umrandenden Hellstreifen
werden diese Nachteile vermieden, wenn an der Bildröhre eine Umrahmung angeordnet
ist, die aus lichdurchlässigem Material besteht und derart ausgebildet ist, daß
sie das von der Bildröhre seitlich abgestrahlte Licht aufnimmt und in Richtung auf
den Zuschauer umlenkt, und wenn gemäß der Erfindung die Lichtumlenkung im wesentlichen
durch einen in das lichtdurchlässige Material eingebetteten lichtstreuenden Stoff
erfolgt.
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Es zeigt sich, daß so eine wesentlich günstigere Lichtumlenkung und
eine gleiehmäßigere Ausleuchtung erzielt wird. Die das Licht umlenkende Umrahmung
kann gleichzeitig zur Halterung der Bildröhre und gegebenenfalls zur Begrenzung
des Bildfeldes mit verwendet werden, wie es bei den bekannten »Bildröhren-masken«
aus praktisch lichtundurchlässigem Material der Fall ist.
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Als lichtdurchlässiges Material für die Umrahmung ist ein solches
anzusehen, das beim Lichtdurchtritt nur verhältnismäßig wenig Verluste hervorruft
und vorzugsweise durchsichtig ist wie Glas oder Polyester-Gießharz.
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Da eine Anordnung nach der Erfindung auch auf der Seite des Lichteinfalles
einen großen Winkelbereich hat und Licht von allen Bildpunkten aufnehmen und umlenken
kann, zeigt es eine gleichmäßige, von der Helligkeit einzelner Bildpartien weitgehend
unabhängige Intensität, die sich lediglich mit der mittleren Bildhelligkeit des
Fernsehbildes ändert; Fleckenbildung auf dem Hellstreifen ist dabei vermieden.
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Zur Umlenkung des Lichtes kann man mit besonderem Vorteil auch Leuchtstoff
verwenden. Dadurch kann ein Helligkeitsausgleich bei Schwankungen erfolgen, so daß
eine noch gleichmäßigere Aufhellung der Umrandung erzielt wird. Die Einbettung von
Leuchtstoffen in durchsichtigen Kunststoff ist an sich von einer Fernsehprojektionseinrichtung
her bekannt, deren Projektionswand aus durchsichtigem, mit Leuchtstoffen versetztem
Kunststoff besteht.
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Es sei bemerkt, daß bereits darauf hingewiesen wurde, daß man die
Bildurnrandung eines Fernsehempfängers zur Erzeugung eines Hellstreifens statt mit
einer Farbe auch mit einem Leuchtstoff bedecken kann. Insbesondere bei Verwendung
von Leuchtstoff mit kurzer Halbwertszeit, z. B. von einer oder mehreren
Sekunden,
erhält man dabei keine wesentlichen Vorteile gegenüber der Verwendung einer diffus
reflektierenden Farbe od. dgl. Der Leuchtstoff wird dabei nur von dem verhältnismäßig
schwachen Licht des Fernsehbildes angeregt, das von der Vorderseite der Röhre seitlich
abgestrahlt wird. Der Leuchtstoff wird daher auch keine größere Helligkeit liefern
als eine diffus reflektierende Farbe.
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Nutzt man dagegen das wesentlich stärkere seitlich strahlende Licht
der Rückseite des Bildschinnes aus, so ergeben sich auch bei kleinerer Halbwertszeit
des Leuchtstoffes weniger auffällige Schwankungen der Intensität des Hellstreifens
in Abhängigkeit von der Bildhelligkeit; diese Wirkung wird dadurch verstärkt, daß
praktisch alle Punkte des Bildes jeden Teil des Hellstreifens beleuchten, so daß
Helligkeitsschwankungen der Randpartien des Bildes sich auf den Hellstreifen kaum
auswirken.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung, in der ein Teil eines Fernsehempfängers
im Schnitt dargestellt ist, beispielsweise näher erläutert.
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In einem Gehäuse 1 ist eine Femsehbildröhre 2 angeordnet, die
durch eine durchsichtige Schutzscheibe 3
auf der dem Zuschauer zugewandten
Seite abgedeckt ist. Die Röhre 2 ist an ihrer Vorderkante von einer Umrahmung 4
umgeben, die aus durchsichtigem Material, wie z. B. glasklarem Polyester-Gießharz,
besteht. Die Umrandung 4 liegt wenigstens teilweise seitlich am Bildröhrenkolben
2 an und nimmt das dort abgestrahlte Licht auf.
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Um das Licht in Richtung auf den Zuschauer umzulenken, ist in das
lichtdurchlässige Material der Umrahmung 4 ein lichtstreuender Stoff eingebettet.
Die Mischung von durchsichtigem Trägermaterial mit dem lichtstreuenden Stoff wird
schon vor der Herstellung der Umrahmung vorgenommen.
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Die Lichtumlenkung durch den lichtstreuenden Stoff erstreckt sich
über sehr unterschiedliche Winkel, so daß der Hellstreifen nicht nur von -vorn,
sondern auch bei der Betrachtung schräg von der Seite gleichmäßig ausgeleuchtet
erscheint. Da das Licht mehrfach gestreut werden kann und somit eine Mischung von
Licht stattfindet, das von verschieden hellen Bildpartien herrührt, erscheint der
Hellstreifen auch bei starken Kontrasten im Fernsehbild ziemlich gleichmäßig hell.
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Da die Außenmaße des Kolbens der Bildröhre im allgemeinen nicht genau
maßhaltig hergestellt werden können, ist es zweckmäßig, die Umrahmung 4 an den anliegenden
Stellen mittels eines vorzugsweise nachgiebigen lichtdurchlässigen Verbindungsstoffes,
z. B. eines weichen Kunstharzes, mit der Bildröhre in Berührung zu bringen. Dieser
Verbindungsstoff kann auch ein Klebstoff, Kitt od. dgl. sein, durch den eine mechanische
Verbindung zwischen der Röhre 1 und der Umrahmung 4 hergestellt wird; dann
ist fester Sitz der Umrahmung in bezug auf die Fläche, auf der das Femsehbild entsteht,
gewährleistet.
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Bekanntlich treten beim Lichtdurchtritt durch Flächen, die beiderseits
durch Material mit verschiedenem optischem Brechungsindex begrenzt sind, vielfach
störende Reflexionen auf, durch die die Lichtdurchlässigkeit der Grenzschicht erheblich
herabgesetzt werden kann. Da das zur Verfügung stehende Licht möglichst vollständig
für den Hellstreifen ausgenutzt werden soll, empfiehlt es sich daher, den Verbindungsstoff
(Zwischenschicht 5) im Hinblick auf seinen Brechungsindex im Vergleich zum
Brechungsindex der angrenzenden Materialien (der Röhrenwand bzw. der Umrahmung 4)
passend auszuwählen.
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Wie bereits eingangs erwähnt wurde, wird der Röhrenwandung an den
etwas zurückliegenden Stellen von der Rückseite der Bildschicht 6, die auf
der Innenseite der verhältnismäßig dicken Röhrenwandung angebracht ist, Licht zugestrahlt,
und zwar praktisch von allen Bildpartien in etwa gleichem Maße, wie dies durch Strahlen
7 angedeutet ist. Diese Strahlen durchsetzen die seitliche Röhrenwandung
etwa senkrecht und können durch die seitlich übergreifenden Teile der Umrahmung
4 leicht aufgefangen werden.
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Aber auch die Vorderseite der Bildschicht 6 liefert durch die
Glaswand geleitetes Licht, das an der Seite abgenommen werden kann. Die Bildschicht
6 leuchtet diffus nach allen Seiten in das Glas hinein. Aber nur die um weniger
als etwa 40 bis 50' gegenüber der Normalen geneigten Strahlen können die
Glasfront der Röhre 2 nach vom verlassen; die stärker geneigten, seitwärts gerichteten
Strahlen werden an der Glasvorderwand total reflektiert, laufen als Lichtbündel
innerhalb der Glaswand weiter und folgen weitgehend deren Krümmungen, würden also
auch an den Kanten der Bildröhre in der Nähe der Umrahmung 4 das Glas nicht verlassen.
Wenn man nun an den Stellen, an denen das Licht für die Umrahmung 4 abgenommen werden
soll, die Glaswand mit einem Material in Berührung bringt, das den gleichen Brechungsindex
aufweist wie das Glas, wird dort die totale Reflexion aufgehoben und das innerhalb
der Glaswand entlanggeleitete Licht kann nach außen treten. Wenn dann die
nächste Grenzfläche, z. B. gegenüber Luft oder der Umrahmung 4, etwa senkrecht zur
Strahlenrichtung steht oder wenn dort wenigstens der Unterschied des Brechungsindex
so gering ist, daß nur schwache Reilexionen auftreten, kann das Licht praktisch
ungehindert hindurchtreten und für den Hellstreifen nutzbar gemacht werden. Die
Ausnutzung dieses durch Totalreflexion im Glas entlanggeführten Lichtes ist wichtig
vorzugsweise bei solchen Röhren, die wegen eines Metallüberzuges kein oder nur wenig
Licht in den Innenraum der Bildröhre 2 zurückstrahlen oder die innen mit einem überzug
versehen sind, der den Austritt von Licht (Strahlen 7) nicht gestattet.
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Insbesondere wenn beim Lichtdurchtritt in die Umrahmung 4 eine mit
der Luft in Verbindung stehende Grenzfläche, durchstrahlt werden muß, kann es vorteilhaft
sein, die übergangsflächen wenigstens teilweise mit einem reflexmindemden überzug
zu versehen.
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Um Lichtverluste zu vermeiden, wird die Umrahmung 4 zweckmäßig an
den nicht für den Lichtdurchtritt bestimmten Flächen durch einen lichtundurchlässigen
Belag 8 abgedeckt. Wenn dieser Belag 8 nach innen diffus rellektiert,
wird damit außer der Lichtstreuung im Material der Umrahmung 4 noch zusätzlich eine
Umlenkung durch Reflexion bewirkt, wie es in dem obenerwähnten älteren Vorschlag
angegeben ist. Durch verschieden starke Neigung der den Belag 8
tragenden
Außenfläche der Umrahmung 4 gegenüber der Röhrenachse läßt sich die scheinbare Helligkeit
des Randstreifens etwas verändern. Ein Teil des von der Bildröhre zugestrahlten
Lichtes wird den lichtstreuenden Stoff ohne Umlenkung passieren können und dann
auf den Belag 8 auftreffen. Durch schwächere Neigung des Belages
8 an den Stellen, denen von der Bildröhre 2 mehr Licht zugestrahlt wird,
und durch stärkere Neigung an den Stellen, denen von der Bildröhre 2 weniger Licht
zugestrahlt wird, kann daher
eine gleichmäßigere Randstreifenhelligkeit
erzielt werden. Gegebenenfalls kann auch die Vorderfläche9 der Umrahmung4 mit einem
lichtzerstreuenden Belag versehen werden, um eine gleichmäßigere Helligkeit zu erreichen
und den Hellstreifen in etwa gleicher Ebene mit der Bildfläche erscheinen zu lassen.
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Es kann zweckmäßig sein, als lichtstreuenden Stoff einen fluoreszierenden
und/oder phosphoreszierenden Leuchtstoff in das lichtdurchlässige Material der Umrahmung4
einzubetten. Wenn dessen Halbwertszeit wenigstens in der Größenordnung von einer
oder mehreren Sekunden liegt, sind schnelle Helligkeitsänderungen, wie sie z. B.
durch die periodische Aufzeichnung der Zeilen bzw. bei plötzlichen Änderungen in
der Bildhelligkeit auftreten, ausgeglichen. Diese Wirkung ist jedoch gering, und
der Vorteil gegenüber der Verwendung eines gut lichtstreuenden Stoffes ist unbedeutend.
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Stärkere Vorteile erhält man, wenn wenigstens ein Teil des Leuchtstoffes
eine Halbwertszeit in der Größenordnung von einigen Minuten oder mehr besitzt. Dann
tritt nämlich ein merklicher Ausgleich der verhältnismäßig kurzfristigen Helligkeitsschwankungen
des Fernsehbildes auf, und der Hellstreifen wirkt besonders ruhig.
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Wenn wenigstens ein Teil, vorzugsweise der überwiegende Teil, des
Leuchtstoffes eine Halbwertszeit von etwa einer oder mehreren Stunden besitzt, wird
erreicht, daß auch das früher aufgestrahlte Lampen-oder Tageslicht aus dem Raum,
in dem der Fernsehempfänger aufgestellt ist, gespeichert und während einer Fernsehsendung
bei gegebenenfalls abgedunkeltem Raum wieder ausgestrahlt wird, wodurch der Hellstreifen
eine gleichmäßige, ruhige, von der Bildhelligkeit unabhängige Leuchtkraft zeigt,
die wegen der Intensität der vor der Sendung vorhanden gewesenen Raumbeleuchtung
auch größer sein kann, als sie durch der Bildröhre entnommenes Licht jeweils erzeugt
werden könnte.
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Es lassen sich besondere Effekte hinsichtlich einer wenigstens teilweise
erwünschten Abhängigkeit der Leuchtkraft des Hellstreifens erzielen, wenn der Leuchtstoff
aus mehreren Komponenten verschiedener Halbwertszeit zusammengesetzt ist. Dann kann
man z. B. durch einen Leuchtstoff mit sehr großer Halbwertszeit eine Helligkeit
erreichen, die durch Leuchtstoffe mit kurzer Halbwertszeit bei hellen Bildern verstärkt
wird. Durch das Zusammenwirken dieser Leuchtstoffe wird trotzdem eine störende Fleckenbildung
vermieden, weil die Helligkeit nicht unter den durch den lang nachleuchtenden Stoff
bedingten Mindestwert absinken, also nicht ausgesprochen dunkel werden kann.