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Gerät zur Verminderung der Diskontinuität von reellen Bildern Die
Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung, bei der in Lichtrichtung hinter einer
Bildoberfläche mit einem reellen diskontinuierlichen, aus einzelnen Bildelementen
bestehenden Bild ein optisches Beugungsgitter angeordnet ist.
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Bei bestimmten Anordnungen zur Wiedergabe von Bildern bestehen die
Bilder, die so räumlich diskontinuierlich wiedergegeben werden, aus einzelnen Bildelementen,
die schmale Flächen von verschiedener Größe oder Helligkeit oder einzelne Linien
von verschiedener Breite oder Helligkeit sein können. Die Variationen stellen die
Einzelheiten des Bildes dar. Ein typisches. Beispiel einer solchen Wiedergabeweise
kommt bei einem Fernsehwiedergabegerät vor, bei welchem das Bild als eine Serie
von gewöhnlichen, in geringem Abstand parallel zueinander verlaufenden Linien in
einem Raster wiedergegeben wird.
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Die Helligkeit entlang der Linien ist unterschiedlich, so daß damit
die Einzelheiten des Bildes dargestellt werden. Ein anderes Beispiel ist die Reproduktion
einer Photographie oder eines anderen Bildes, die durch eines der Punktrasterverfahren,
die gewöhnlich in der Drucktechnik benutzt werden, durchgeführt wird. Ein solches
Verfahren ist das Halbtonverfahren, bei welchem das Bild als eine Serie von einzelnen
Punkten wiedergegeben wird; die Helligkeit oder die Flächengröße der einzelnen Punkte
ist unterschiedlich und stellt somit die Einzelheit des Bildes dar. Ein weiteres
Beispiel sind die Bilder, die durch elektrische Signale, beispielsweise durch telegrafische
Signale wiedergegeben werden, die wiederum aus einer Serie von einzelnen Linien
oder Punkten bestehen. Die so wiedergegebenen Bilddarstellungen leiden unvermeidlich
unter einem Fehler, der als Streifen- oder Maserungseffekt beschrieben werden kann.
Dieser Fehler ist besonders bemerkbar, wenn das Bild. visuell aus einer ziemlich
kurzen Entfernung wahrgenommen wird.
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Es wurden schon Vorschläge zur Milderung dieses Streifen- oder Maserungseffektes
gemacht, z. B. die Technik, die als »Zeilenwobbelung« bekannt ist, in einem Fernsehempfänger
zu benutzen. Bekannt ist es ferner, mittels Rasterlinsen und Jalousieblenden diese
Fehler weitgehend zu beseitigen. Bekannt ist es auch, zu anderen Zwecken vor einen
Fernsehschirm ein Beugungsgitter anzuordnen. Demgegenüber wird nach der erfindungsgemäßen
Anordnung zur Beseitigung der genannten Mängel ein Beugungsgitter in einer bestimmten
Anordnung vor dem diskontinuierlichen Bild aufgestellt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein verbessertes Gerät zur
Reproduktion oder zur sichtbaren Darstellung von reellen Bildern vorzusehen, bei
welchen die Streifen- oder Maserungserscheinung eines reellen Bildes gemildert wird,
das aus einzelnen schmalen Flächen oder einzelnen Linien von verschiedener Größe,
Breite oder Helligkeit besteht, so daß ein kontinuierlich aussehendes Bild erreicht
oder wenigstens annähernd erreicht wird.
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überdies besteht bei der Reproduktion einer Photographie oder eines
anderen Bildes, das aus einer Serie von einzelnen Linien oder Punkten besteht und
z. B. von einem Punktrasterdruckverfahren oder von telegrafischen Signalen durch
ein anderes Punktrasterverfahren herrührt, die Möglichkeit der Wiedergabe von »Moire«-Effekten.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung kann eine Abschwächung solcher »Moire«-Effekte
erzielt werden.
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Die Erfindung ist auch in Fällen anwendbar, die im allgemeinen beim
Fernsehen vorkommen, bei welchem ein Bild in seiner Gesamtheit durch zwei oder mehr
Reihen von in geringem Abstand parallel zueinander verlaufenden Linien von zwei
oder mehr Rastern wiedergegeben wird. Die Linien eines Rasters sind dazwischen eingeschichtet
oder sind in den Zwischenräumen zwischen den Linien des anderen oder der anderen
Raster angeordnet. Eine jede solche Bildlinie eines jeden Rasters ist über ein kurzes
Zeitintervall durch eine Bildzusammensetzungsoperation aufgebaut. Die Linien von
jedem einzelnen von solchen
Rastern sind der Reihe nach aufgebaut
und jede solcher vollständigen Reihen von aufeinandergeschichteten Rasterlinien
ist wiederholend in den folgenden längeren Zeitintervallen aufgebaut. In solchen
Fällen ist eine Erscheinung zeitweilig beobachtbar, nämlich dann, wenn die Beobachtungsschärfe
eines Beobachters in derselben Richtung und in derselben Geschwindigkeit über das
Bild gleitet wie .die Folge des Aufbaues der Linienreihen von jedem der eingeschichteten
Raster, namentlich dann, wenn die Wahrnehmung der sichtbaren Linien in ihrer Zahl
der Zahl der Linien in einem der geschichteten Raster entspricht. Solche sichtbaren
Linien scheinen relativ langsam in einer Richtung zu ihrer Länge zu wandern. Diese
Erscheinung wird mit der erfindungsgemäßen Anordnung gemildert.
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Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungsgitter
eine periodische Struktur in derjenigen Richtung hat, in der das besagte Bild diskontinuierlich
ist, so daß von jedem auf das Beugungsgitter fallenden Lichtbündel wenigstens zwei
gebeugte Strahlenbündel in verschiedenen Ordnungen hervorgerufen werden, daß das
Beugungsgitter eine solche Periodizität aufweist und in einem solchen Abstand von
der Bildoberfläche angeordnet ist, daß an die Stelle eines jeden Bildelementes auf
der Bildoberfläche infolge der Beugung wenigstens zwei resultierende Bildelemente
treten, wodurch die Diskontinuität des ursprünglichen Bildes vermindert wird.
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In einer ihrer Ausführungsformen, nämlich, wenn die nullte Ordnung
der gebrochenen Strahlenbündel benutzt wird, vergrößert die Erfindung daher die
sichtbare Zahl der einzelnen Bildelemente durch Interpolation zwischen die Lagen,
die durch die Elemente des originalen Bildes oder durch die Bilder der Elemente
eingenommen werden, wobei zusätzlich sich ergebende Bilder zwischengeschoben werden,
zu deren Helligkeit Beiträge durch die nicht der nullten Ordnung entsprechenden
gebeugten Strahlenbündel des Lichtes geleistet werden, die mit einem oder mehreren
nächsten Elementen des originalen Bildes verbunden sind. In Fällen, wenn die gebeugten
Strahlenbündel der nullten Ordnung, was möglich sein kann, unterdrückt werden, ist
die wiedergegebene Zahl der sich ergebenden Bilder wenigstens ein vollständiges
Vielfaches der Zahl der originalen einzelnen Bildelemente.
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Wenn das Beugungsgitter auch Brechungseigenschaften hat, die die gebeugten
Strahlenbündel der nullten Ordnung beeinflussen, wird dadurch eine Veränderung der
,sichtbaren Lagen der einzelnen Bildelemente gegenüber den Lagen, die sie in Abwesenheit
der Beugungsmittel eingenommen hatten, hervorgerufen. - Das Beugungsgitter selbst
kann von bekannter Form sein und aus dicht beieinander angeordneten Elementen von
verschiedenen optischen Eigenschaften bestehen, die in einem Muster oder einer Anordnung
ähnlich der der einzelnen Bildelemente angeordnet sein können, aber nicht müssen.
Zum Beispiel können im Fall eines Bildes von der Form eines Fernseh- oder eines
ähnlichen Rasters, das aus im geringen Abstand parallel zueinander verlaufenden
Linien besteht, die Beugungsmittel aus einer Vielzahl von einander benachbarten
schmalen parallelen Bändern von unterschiedlichen optischen Eigenschaften bestehen.
Diese Bänder sind parallel zu den Linien des Bildrasters oder in einem kleinen Winkel
dazu angeordnet. Im Falle eines Bildes, das aus einzelnen Punkten besteht, wie ein
mit Punktraster gedrucktes oder Halbtonbild, können die Beugungsmittel aus zwei
Reihen von parallelen einander benachbarten schmalen Bändern mit unterschiedlichen
optischen Eigenschaften bestehen, wobei die Bänder jeder Reihe senkrecht zu denen
der anderen Reihe angeordnet sind. Im Falle eines Bildes, das aus konzentrischen
kreisförmigen Linien oder aus Spirallinien besteht, können die Beugungsmittel aus
konzentrischen oder spiralförmigen Bändern von unterschiedlichen optischen Eigenschaften
bestehen. Deutlich gesagt ist die Forderung die, daß das Beugungsgitter eine periodische
Struktur in der Richtung hat, in welcher das Originalbild durch die einzelnen Bildelemente
aufgebaut wird. Es sei bemerkt, daß der Abstand der Elemente oder der Bänder der
Beugungsmittel vorzugsweise klein ist und kein notwendiges Verhältnis zum Abstand
der einzelnen Elemente des Bildes besteht, ausgenommen im Fall der Verringerung
der »Moire«-Effekte. Dabei sollte der Abstand der Elemente der Beugungsmittel ein
Bruchteil, z. B. ein Zehntel des Abstandes der diskontinuierlichen Bildelemente
sein. Die Beugungsmittel können von gewöhnlicher Art sein und aus wechselnden Bändern
bestehen bzw. Lichtfortpflanzungsmittel unterschiedlicher Lichtschwächung sein,
z. B. abwechselnd durchsichtige und undurchsichtige Bänder, wie solche, die als
»amplitudenmodulierende Gitter« bezeichnet werden. Sie können von der »Phasenwechselart«
sein, die verschiedene Wechsel der Phase in Lichtstrahlenbündeln hervorruft, die
durch die verschiedenen Bänder davon gehen, in welchen unterschiedlichen Bändern
sich entweder die Länge des . Lichtweges oder der Brechungsindex des durchsichtigen
Materials, aus dem die Beugungsmittel bestehen, von Band zu Band ändert. Der Wechsel
der Lichtschwächung oder der Phasenwechsel zwischen Band und Band braucht nicht
plötzlich zu sein. In der Tat ist in einigen Fällen ein Wechsel vorzuziehen, der
einer Sinusform quer über die Bänder der Anordnung folgt. Weiterhin können die Beugungsmittel
die Eigenschaften einer Amplitudenmodulation und eines Phasenwechsels gut miteinander
kombinieren. Fernerhin können sie von der Art sein, die als »blazed« bekannt ist,
die unter dem Begriff »Prismatic« in »Physical Optics«, 1911, S.226, durch R. W.
Wood beschrieben ist. Das kann ausgewählt sein, um bestimmte und unterschiedliche
Verhältnisse von Lichtenergien in den gebeugten Strahlenbündeln der verschiedenen
Ordnungen zu übertragen. In manchen Fällen z. B. kann es wünschenswert sein, daß
die Verteilung der Energie unter die gebeugten Strahlenbündel der nullten und der
höheren Ordnungen so ist, daß die Helligkeiten von allen sich daraus ergebenden
Bildern annähernd gleich ist. In der Tat können alle gebeugten Strahlenbündel von
höherer Ordnung als die erste unterdrückt worden, und die Lichtenergie von einem
einzelnen Bildelement kann zwischen dem Strahlenbündel der nullten Ordnung und den
gebeugten Strahlenbündeln der zwei ersten Ordnungen geteilt werden. In diesem Fall,
wenn zwei sichtbare Bildelemente entsprechend jedem Element des Originalbildes geformt
werden, kann die Energie in dem Strahlenbündel der nullten Ordnung der Summe der
Energien in den Strahlenbündeln der beiden ersten Ordnungen gleich sein. Die Anordnung
der Beugungsmittel zur gewünschten Verteilung der ankommenden Lichtenergie unter
die gebeugten Strahlenbündel der verschiedenen Ordnungen
ist
selbstverständlich und bildet keinen Teil der vorliegenden Erfindung. Es kann angenommen
werden, daß das Einzelbild, das gemäß jedem gebeugten Strahlenbündel wahrgenommen
wird, das Strahlenbündel der nullten Ordnung ausgenommen, ein Spektrum hat, das
aber von einer solch kleinen Dispersion ist, daß es unmerkbar ist.
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Es ist zweckmäßig, die Beugungsmittel zwischen der reellen Bildoberfläche
und dem Beobachter oder dem Objektiv von einer Kopierkamera oder einem Projektor
od. dgl. anzuordnen, in welchem Fall die Oberfläche des reellen Bildes von der Art
eines Fernsehempfängerschirmes sein kann, eines erleuchteten mit Punktraster gedruckten
Bildes oder einer Telephotographie. Das reelle diskontinuierliche Bild kann auch
transparent sein, so daß es von einem Lichtbündel durchstrahlbar ist. In diesem
Fall ist das Beugungsgitter unmittelbar vor dem Projektionsschirm angeordnet.
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Wenn die Beugungsmittel zwischen der Oberfläche des reellen Bildes
und dem Beobachter oder der Kamera angeordnet sind, sind wenigstens zwei im Abstand
zueinander gebeugte Strahlenbündel, die wenigstens zwei Ordnungen entsprechen (von
denen eine die nullte Ordnung sein kann), durch das Licht entstanden, das von jedem
Bildelement ausstrahlt und auf die Beugungsmittel trifft. Dabei sind wenigstens
zwei Bilder von einem Bildelement auf der Bildoberfläche sichtbar, die wenigstens
zwei Beugungsordnungen entsprechen. Ausgenommen im Falle des. monochromatischen
Lichtes besteht jedes der sich ergebenden Bilder, die nicht der nullten Ordnung
der gebeugten Strahlenbündel entsprechen, aus einem Spektrum, welches zu schmal
ist, als daß es gewöhnlich durch das Auge in seine unterschiedlichen Farbbänder
aufgelöst werden könnte. Daher wird in den meisten Fällen das Auge das originale
Bildelement unter der Wirkung des Strahlenbündels der nullten Ordnung sehen und
wenigstens ein resultierendes Bild für jede benutzte höhere Beugungsordnung. (Einige
der sich so ergebenden Bilder können dabei überlagert sein.) Die resultierenden
Bilder können wiedergegeben werden als das. Ergebnis von Kombinationen von Strahlenbündeln
unterschiedlicher Beugungsordnungen, die aus verschiedenen Quellen stammen.
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Die Erfindung schließt für einen besonderen Fall die Kombination mit
einem Fernsehempfänger ein, der einen Schirm hat, auf dem ein reelles selbstleuchtendes
räumliches diskontinuierliches Bild in Form eines Linienrasters wiedergegeben wird,
wobei Beugungsmittel im Abstand dazu und über den Bereich des Schirmes. ausgestreckt
angeordnet sind und diese Beugungsmittel aus einer Scheibe bestehen, bei der die
optischen Eigenschaften periodisch in einer im wesentlichen senkrechten Richtung
zu den Linien des Rasters sich ändern, wobei die Beugungsmittel einen Abstand haben,
der ein Bruchteil des Abstandes der Linien des Rasters ist.
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Für das bessere Verständnis. der Erfindung für bestimmte besondere
Ausführungsformen zur Einführung in die Praxis wird nun in bezug auf die Zeichnungen,
die rein schematisch sind, die Erfindung weiter beschrieben.
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Fig. 1 zeigt einen normalen Fernsehempfänger, der mit optisch brechenden
Mitteln gemäß der Erfindung kombiniert ist; Fig. 2 ist ausschnittsweise ein schematischer
Querschnitt durch einen Teil der Bildebene, z. B. den fluoreszierenden Schirm des
Fernsehempfängers, der in Fig. 1 gezeigt ist, und durch einen Teil der Beugungsmittel
und zeigt die Wege der typischen Lichtstrahlen in einem Fall, in dem die Strahlen
der nullten Ordnung von den originalen Bildelementen benutzt werden und in welchem
die gebeugten Strahlen der ersten Ordnung sich mit den benachbarten originalen Bildelementen
verbinden, um einzelne hinzugefügte sichtbare Bildelemente zwischen jedes Paar der
benachbarten originalen reellen Bildelementen zu schieben; 11 Fig. 3 ist
ein Ausschnitt aus einem schematischen Querschnitt ähnlich Fig. 2 für einen Fall,
in dem die Strahlen der nullten Ordnung von den originalen Bildelementen benutzt
werden und wobei die Strahlen der gebeugten ersten Ordnung von jedem Paar von benachbarten
originalen Bildelementen dazu dienen, gesonderte sichtbare Bildelemente zwischen
die Originalbildelemente jedes Paares einzuschieben; Fig. 4 ist ein Ausschnitt eines
schematischen Querschnitts ähnlich den Fig. 2 und 3 und zeigt die Benutzung der
nullten, der ersten und der zweiten Ordnung der gebeugten Strahlen; Fig. 5 ist eine
Ausschnittsansicht eines schematischen Querschnitts ähnlich den Fig. 2, 3 und 4
und zeigt die Benutzung von einem Beugungsgitter (»blazed«), das die gebeugten Strahlen
der nullten und der ersten Ordnung wiedergibt, von denen jeder unter einem Winkel
senkrecht zur Ebene der Beugungsmittel gebrochen wird, um die zusätzlichen oder
interpolierten Bildelemente zu bilden; Fig. 6 ist ein Ausschnitt eines schematischen
Querschnitte,s ähnlich den Fig. 2, 3, 4 und 5 und zeigt einen Fall, in dem die gebeugten
Strahlen der nullten Ordnung unterdrückt werden und die gebeugten Strahlen der ersten
Ordnung, die von den benachbarten originalen Bildelementen gebildet werden, zusätzliche
Bildelemente zwischen den Lagen der reellen originalen Bildelemente bilden; Fig.7
ist ein schematischer Querschnitt ähnlich Fig. 1 und zeigt einen Fall, in welchem
die nullte, die erste, die dritte, die fünfte und höhere zusätzliche Ordnungen von
gebeugten Strahlen benutzt werden, die zugefügten sichtbaren Strahlenelemente sind
durch die Zufügung von zwei von jeden der gebeugten Strahlen gebildet, die von ungerader,
nichtnullter Ordnung sind; Fig. 8 und 8 a sind ausschnittweise schematische Querschnitte
ähnlich den Fig. 2, 3, 4 und 5 und zeigen einen Fall, bei dem das originale räumliche
diskontinuierliche Bild durch zwei räumliche verflochtene Reihen von Linien gebildet
wird, die durch zwei Raster gebildet werden, die nacheinander zeitlich nachfolgen
können; die abgeleiteten sichtbaren Bildlinien, die den originalen Bildlinien von
jedem Raster entsprechen, sind den originalen Bildlinien des anderen Rasters überlagert;
Fig. 9 ist ein ähnlicher schematischer Querschnitt und zeigt die Ausbildung von
sichtbaren Bildelementen durch gebeugte Strahlen der zweiten Ordnung, die von je
einem von zwei verflochtenen Rastern abgeleitet sind, in den Lagen, die durch die
anderen der verflochtenen Raster eingenommen werden, zusammen mit der Anordnung
der zusätzlich hinzugefügten Bildelemente durch die Strahlen der ersten Ordnung;
Fig. 10 ist ein Schema, das eine Anordnung zur Projektion eines reellen Bildes zeigt,
bei dem das
Beugungsmittel zwischen dem projizierten optischen System
und einer Oberfläche angeordnet ist, auf welcher das reelle Bild gebildet wird;
Fig. 11 ist ein schematischer Querschnitt ähnlich Fig. 2 und zeigt die Bildung von
benachbarten Bildelementen durch gebeugte Strahlen der ersten Ordnung, wobei einzelne
zugefügte reelle Bildelemente zwischen jedes Paar von benachbarten originalen reellen
Bildelementen zwischengeschoben sind; Fig. 12 ist ein schematischer Querschnitt
und zeigt einen Ausschnitt des Beugungsmittels, das aus abwechselnden Bändern besteht
mit sich verringernder unterschiedlicher Lichtdurchlässigkeit; Fig. 13 ist ein ähnlicher
ausschnittsweiser Querschnitt des Beugungsmittels der »Phasenwechsel«-Type; Fig.
14 ist ein ähnliches ausschnittsweises Schema und zeigt »phasenwechselnde« Beugungsmittel,
die abwechselnde Bänder benutzen bzw. verschiedene Brechungsindizes haben; Fig.
15 ist ein ähnliches ausschnittsweises Schema und zeigt typische »phasenwechselnde«
Beugungsmittel von der Form, die als »glänzend« bekannt ist.
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Die Zeichnungen sind lediglich schematischer und qualitativer Natur.
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In Fig. 1 enthält ein normaler Fernsehempfänger, der allgemein mit
20 bezeichnet ist, die normale elektrische Ausrüstung, um auf einem leuchtenden
Schirm 22 einer Kathodenstrahlröhre 21 ein reelles räumliches diskontinuierliches
leuchtendes Bild hervorzurufen, das aus einzelnen Bildelementen besteht. Im Falle
eines normalen Fernsehempfängers besteht das reelle räumliche diskontinuierliche
Bild aus einer beträchtlichen Zahl von im Abstand zueinander angeordneten Linien
von variierender Helligkeit. Dieses reelle originale Bild auf dem Schirm 22 wird
normalerweise direkt durch einen Beobachter, der durch das Auge 23 gekennzeichnet
ist, gesehen. Der Beobachter wird, wenn er sich dem Schirm 22 nähert, die einzelnen
Linien, durch die das vollständige originale reelle Bild auf dem Schirm 22 aufgebaut
ist, wahrnehmen. Daher wird die Darstellung, die durch den Beobachter wahrgenommen
wird, unter dem leiden, was als Streifen- oder Maserungseffekt beschrieben werden
kann.
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Um die Wahrnehmung dieses Streifen- oder Maserungseffektes gemäß der
Erfindung zu mildern, sind mit dem Fernsehempfänger 20, der den Schirm 22 hat, auf
welchem ein reelles räumliches diskontinuierliches Bild hervorgerufen wird, das
aus einzelnen Bildelementen besteht, optische Beugungsmittel 2 kombiniert. Diese
optischen Beugungsmittel haben, wie im folgenden im einzelnen erläutert werden wird,
eine periodische Struktur ihrer optischen Eigenschaften entlang einer Achse, enlang
welcher das reelle Bild auf dem Schirm 22 diskontinuierlich ist, die schräg und
vorzugsweise senkrecht zu den Linien ist, auf denen das reelle Bild aufbaut. Die
Beugungsmittel sind so, daß sie von jedem Strahlenbündel des darauffallenden Lichtes
wenigstens zwei hervortretende Strahlenbündel von Licht hervorrufen entsprechend
den verschiedenen Ordnungen der Beugung (von denen eine die nullte Ordnung sein
kann, aber nicht sein muß). Das Beugungsmitteln ist in einer solchen Entfernung
von dem leuchtenden Schirm 22 angeordnet, daß wenigstens zwei sich ergebende Bilder
von jedem Bildelement hervorgerufen werden, ein jedes solches resultierendes Bild
entspricht wenigstens einem von den besagten gebeugten Strahlenbündel des hervortretenden
Lichtes.
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In Fig. 2 sind die optischen Teile von ausgewählten Lichtstrahlen
gezeigt, die von den originalen einzelnen Bildelementen 3 ausstrahlen auf eine Bildebene
1, die bei der Ausrüstung nach Fig. 1 dem fluoreszierenden Schirm 22 entspricht.
Wie in Fig. 2 gezeigt, sind von jedem Lichtstrahlenbündel, das von einem originalen
Bildelement 3 ausstrahlt und das Beugungsmittel n durchdringt, welches dem Beugungsmittel
2 von Fig. 1 entspricht, gebeugte Strahlen 5 nullter Ordnung und zwei gebeugte Strahlen
6 erster Ordnung hergeleitet. Der Abstand des Beugungsmittels 2 von der Bildebene
1 ist so, daß einer der gebeugten Strahlen erster Ordnung, der von den Lichtstrahlenbündeln
herrührt, und jedes von einander benachbarten originalen Bildelementen 3 sich vereinigen,
um ein sichtbares Bildelement an der Stelle 4 zwischenzuschieben zwischen die zwei
besagten benachbarten originalen Bildelemente 3. Diese Anordnung benutzt daher nur
gebeugte Strahlen der nullten Ordnung und der ersten Ordnung und interpoliert in
der Bildebene 2 ein sichtbares zusätzliches Bildelement zwischen die zwei originalen
reellen Bildelemente.
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In der Anordnung, die in Fig. 3 gezeigt ist, werden wiederum von jedem
Lichtstrahlenbündel, das von einem originalen Bildelement 3 ausstrahlt, gebeugte
Strahlen 5 der nullten Ordnung und gebeugte Strahlen 6 der ersten Ordnung hergeleitet.
Gleichwohl ist in diesem Fall der Abstand des Beugungsmittels 2 von der Bildebene
1 ein solcher, daß die sichtbaren Bilder, wie sie durch die gebeugten Strahlen 6
der ersten Ordnung gebildet werden, wobei die Strahlen 6 von Lichtstrahlenbündeln
von jedem der benachbarten originalen Bildelemente 3 ausgehen, nicht miteinander
verbunden sind, sondern sie befinden sich in einem geringen Abstand voneinander
abgesondert, aber sie befinden sich zwischen den besagten benachbarten originalen
Bildelementen. Daher benutzt diese Anordnung nur die gebeugten Strahlender nullten
und der ersten Ordnung und interpoliert in der Bildebene 1 zwei sichtbare
zusätzliche Bilder an den Stellen4a und 4b zwischen je zwei der originalen reellen
Bildelemente.
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In. der Anordnung, die in Fig. 4 gezeigt ist, sind von jedem Lichtstrahlenbündel,
das von einem originalen Bildelement 3 ausstrahlt, gebeugte Strahlen der nullten
Ordnung, der ersten Ordnung und der zweiten Ordnung hergeleitet. Jeder fügt ein
sichtbares Bildelement 4 hinzu, das durch die Verbindung der gebrochenen Strahlen
der ersten Ordnung eines originalen Bildelementes 3 und der gebeugten Strahlen zweiter
Ordnung von einem benachbarten originalen Bildelement gebildet wird. Weiterhin sind
zwei zusätzliche sichtbare Bildelemente 4 zwischen jedes Paar von benachbarten
originalen Bildelementen 3 eingeschoben. Daher wird ein zusätzliches sichtbares
Bildelement 4a durch einen der zwei gebeugten Strahlen 6 erster Ordnung hinzugefügt,
wobei die gebeugten Strahlen 6 von dem originalen Bildelement 3 a ausgehen, und
außerdem wird das Bildelement 4 a durch einen der zwei gebeugten Strahlen 8 zweiter
Ordnung hinzugefügt, wobei die Strahlen 8 von dem originalen Bildelement 3 b ausgehen,
so daß der resultierende Strahl hervorgerufen wird, der in der Zeichnung als 6 -I-
8 gekennzeichnet ist. In ähnlicher Weise wird das zusätzliche sichtbare Bildelement
4 b hinzugefügt
durch einen der gebeugten Strahlen 8 zweiter Ordnung,
die von dem originalen Bildelement 3 a ausgehen, und durch einen der gebeugten Strahlen
6 zweiter Ordnung, die von dem originalen Bildelement 3 b ausgehen. Die originalen
Bildelemente 3 werden durch die gebeugten Strahlen 5 der nullten Ordnung wahrgenommen.
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In der Anordnung, die in Fig. 5 gezeigt ist, ruft ein Beugungsmittel
(»blazed«; vgl. Fig. 15) von dem Strahlenbündel, das von jedem der originalen Bildelemente
3 ausgeht, einen Strahl 5 nullter Ordnung und einen gebeugten Strahl 6, der
einzig und allein erster Ordnung ist, hervor. Die originalen Bildelemente 3 werden
durch die gebeugten Strahlen 5 nullter Ordnung wahrgenommen, und zusätzliche sichtbare
Bildelemente 4 sind zwischen die gebeugten. Strahlen 5 erster Ordnung zwischengeschoben.
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In der Anordnung, die in Fig. 6 gezeigt ist, ist das Beugungsmittel
2 ein solches, daß es die gebeugten Strahlen der nullten Ordnung unterdrückt und
ein Paar von gebeugten Strahlen erster Ordnung hervorruft. Das Beugungsmittel 2
ist in einem solchen Abstand von der originalen reellen Bildebene 1 angeordnet,
daß zwei zusätzliche sichtbare Bilder 4 zwischen den Lagen von jedem Paar von benachbarten
originalen reellen Bildern 3 gebildet werden. Daher wird von dem Licht, das von
dem originalen Bildelement 3 a ausstrahlt, ein heraustretender Strahl 6 gebildet,
um zusätzliche sichtbare Bildelemente 4 a und 4 b hervorzurufen; und
Licht, das von benachbarten originalen Bildelementen 3 b kommt, ruft zusätzliche
sichtbare Bildelemente 4 c und 4 d hervor. Die zusätzlichen sichtbaren Bildelemente
4 d und 4 c liegen Seite an Seite und zwischen den Lagen der originalen reellen
Bildelemente 3 a und 3 b, welche später infolge der Unterdrückung der Strahlen nullter
Ordnung nicht wahrgenommen werden. Daher ist die sichtbare Zahl von wahrgenommenen
Bildelementen verdoppelt.
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Gleichwohl rufen Beugungsgitter, die normalerweise gebeugte Strahlen
erster Ordnung hervorrufen, auch gebeugte Strahlen von einigen höheren ungeraden
Ordnungen hervor, die geringere Energie enthalten. Daher werden in der Anordnung
nach Fig. 6 gebeugte Strahlen dritter Ordnung, die nicht dargestellt sind, welche
noch merkliche Energie enthalten können, sichtbare Bildelemente hervorrufen, die
auf die zusätzlichen sichtbaren Bildelemente 4
überlagert werden.
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In der Anordnung, die in Fig. 7 gezeigt ist, ist das Beugungsmittel
2 ein solches, daß es gebeugte Strahlen nullter Ordnung, erster Ordnung, dritter
Ordnung und fünfter Ordnung und sogar höherer Ordnungen hervorruft. In diesem Fall
ist derAbstand zwischen dem Beugungsmittel 2 und der reellen Bildebene 1 ein solcher,
daß jedes zusätzliche sichtbare Bildelement durch gebeugte Strahlen hinzugefügt
wird, die original von zahlreichen aufeinanderfolgenden originalen Bildelementen
ausstrahlen. Ein jedes dieser originalen Bildelemente 3 a bis 3 f ist durch gebeugte
Strahlen 5 nullter Ordnung wahrnehmbar. In der Zeichnung ist nur die Interpolation
von einem zusätzlichen Bild an der Stelle 4 zwischen die originalen Bildelemente
an den Stellen 3 c und 3 d gezeigt. Es ist selbstverständlich, daß ähnliche zusätzliche
Bildelemente interpoliert werden zwischen die originalen Bildelemente 3 a und
3 b, 3 b und 3 c, 3 d und 3 e und 3 e und 3 f. Der heraustretende
Strahl 18, der dem zusätzlichen sichtbaren Bild an der Stelle 4 entspricht, ist
zusammengesetzt aus den gebeugten Strahlen erster Ordnung, die original von den
reellen Bildelementen 3 c und 3 d ausstrahlen, und den gebeugten Strahlen dritter
Ordnung von 3 b und 3 e und aus den gebeugten Strahlen fünfter Ordnung von 3 a und
3f.
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In den Fig. 8 a und 8 b ist die Anwendung der Erfindung für einen
Fall gezeigt, der gewöhnlich bei Fernsehempfängem vorkommt, bei welchem ein resultierendes
originales reelles Bild aus zwei Reihen von im geringen Abstand parallel zueinander
verlaufenden Linien von zwei Rastern dargestellt ist. Die Linien 9 des einen Rasters
sind zwischengeschichtet oder in den Zwischenräumen zwischen den Linien 10 des anderen
Rasters angeordnet. Die Anordnung, die in den Fig. 8 a und 8 b gezeigt ist, dient
zur Vermeidung der Erscheinung, die oben beschrieben wurde und bei welcher, wenn
der Beobachter seine Beobachtungsschärfe in derselben Richtung und mit derselben
Geschwindigkeit über die Bildebene 1 gleiten läßt wie die Folge des Aufbaus der
Linienreihen von jedem der zwischengeschichteten Raster, der Beobachter sichtbare
Linien wahrnimmt, die in ihrer Anzahl der Anzahl von Linien entsprechen in nur einem
der zwischengeschichtetenRaster, wobei solche sichtbaren Linien langsam in einer
Richtung senkrecht zu ihrer Länge über den Schirm zu wandern scheinen. In diesem
Fall sind die zusätzlichen sichtbaren Bilder, die von den originalen reellen Linienbildern
von jedem Raster hergeleitet sind, zwischen die benachbarten Linien von diesem Raster
zwischengeschoben und überlagern oder schließen dicht benachbart den originalen
reellen Linienbildern des anderen Rasters an.
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In Fig. 8 a ist schematisch die Bildung von zusätzlichen sichtbaren
Bildern an der Stelle 10 gezeigt, wobei die Bildung durch Licht erfolgt,
das von den Linien der Stelle 9 von einem der Raster durch das Beugungsmittel 2
ausstrahlt, um von dem darauffallenden Licht gebeugte Strahlen 5 nullter Ordnung
und gebeugte Strahlen 6 erster Ordnung hervorzurufen. Die originalen Bildlinien
von dem besagten anderen Raster erscheinen in der Bildoberfläche 1 an der Stelle
10, die in Fig. 8 b gezeigt ist. In ähnlicher Weise ruft das Beugungsmittel
2, wie in Fig. 8 b gezeigt ist, von den originalen Bildlinien an der Stelle 10 der
zweiten Rasterung zusätzliche sichtbare Bilder auf oder nahe bei der Stelle 9 auf
der Bildebene 1 hervor. Die originalen reellen Bildlinien von jedem Raster sind
durch die gebeugten hervortretenden Strahlen nullter Ordnung 5 wahrnehmbar, und
die zusätzlichen sichtbaren Bilder, die zwischen die originalen reellen Bildlinien
eines Rasters zwischengeschoben sind und die originalen reellen Bildlinien des anderen
Rasters überlagern oder wenigstens näherungsweise überlagern, sind durch gebeugte
Strahlen 6 erster Ordnung wahrnehmbar.
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Fig. 9 ist ähnlich der Fig. 8 a und zeigt einen anderen Fall der Anwendung
der Erfindung auf ein originales reelles Bild, das aus Linien von zwei ineinander
eingeschichteten Rastern besteht, und zeigt die Interpolation an der Stelle 4 von
zusätzlichen sichtbaren Bildelementen ebenso wie die überlagerung von zusätzlichen
sichtbaren Bildelementen, die von einer Rasterung an den Lagen 10 der reellen Bildlinien
des anderen Rasters hergeleitet sind; beide sind von Linien an der Stelle 9 eines
oder zweier Raster
hergeleitet. In. diesem Fall ist das Beugungsmittel
2 ein solches, daß es von dem einfallenden Licht gebeugte Strahlen nullter Ordnung,
erster Ordnung und zweiter Ordnung mit ausreichend nützlicher Energie hervorruft.
Die originalen reellen Bildelemente an der Stelle 9 sind durch gebeugte Strahlen
5 nullter Ordnung wahrnehmbar. Die gebeugten Strahlen 8 zweiter Ordnung rufen sichtbare
Bildelemente an der Stelle 10 hervor, die über die reellen Bilder des anderen Rasters
überlagert werden. Zusätzliche sichtbare Bilder werden an der Stelle 4 durch gebeugte
Strahlen 6 erster Ordnung gebildet.
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Fig.10 zeigt schematisch eineAusführungsform zur Projizierung eines
reellenBildes, wobei das Beugungsmittel 2 innerhalb eines optischen Projektionssystems
angeordnet ist, das aus einem Projektionsobjektiv 24 besteht, durch welches ein
reelles Bild 25 eines Objektes 26 auf einen Bildschirm 1 projiziert wird. Eine solche
Anordnung ist zur Reproduktion einer Photographie oder eines anderen Bildes geeignet,
die durch eines der Punktrasterverfahren, wie dies das Halbtonverfahren ist, hergestellt
sind, bei welchem das originale Bild aus einer Serie von einzelnen Punkten aufgebaut
ist; oder für die Reproduktion von Bildern, die durch elektrische Signale hergestellt
wurden, wie z. B. durch telegraphische Signale, welche wiederum aus einer Serie
von einzelnen Linien oder Punkten besteht. Wie gezeigt, wird das originale Bild
oder etwas entsprechendes, 26, von dem angenommen werden soll, daß es transparent
ist, mittels einer Lichtquelle 27 und einer Kondensorlinse 28 beleuchtet. Das Objektiv
24 ruft ein reelles Bild 25 des Bildes 26 in der Bildebene 1 hervor. Ein Beugungsmittel
2 ist nahe der Bildebene 1 angeordnet. Das Beugungsmittel 2 kann in einem solchen
Abstand von der Bildebene 1 angeordnet sein, daß eine zu den Arten, die in bezug
auf die Fig. 2 bis 9 beschrieben wurden, analoge Wirkung erzielt wird. Ein Beispiel
ist in Fig. 11 gezeigt. Wie in Fig. 11 gezeigt, werden die vom Objektiv 24 kommenden
Strahlen 29 des bildtragenden Strahles durch die Beugungsmittel 2 in Strahlen 5
nullter Ordnung und Strahlen 6 erster Ordnung gebeugt. Die gebeugten Strahlen 5
nullter Ordnung bilden reelle Bilder an der Stelle 3 in der Bildebene 1, die den
Bildelementen des Bildes oder etwas ähnlichem 26 entsprechen. Die gebeugten Strahlen
6 bilden zusätzlich reelle Bilder an der Stelle? in der Bildebene 1. Solch eine
Anordnung von Beugungsmitteln 2 relativ zu der Bildebene 1 ist auch auf Fernsehempfänger
der Projektionstype anwendbar.
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In Fig. 12 ist in starkem vergrößertem Maßstab und rein schematisch
ein Querschnitt von einer Form des Beugungsmittels gezeigt, das aus einer Vielzahl
von parallelen, einander benachbarten Bändern von verschiedenen optischen Eigenschaften
besteht und das in den Anordnungen der Fig. 2, 3, 4, 7, 8 a und 8b, 9 und
11 benutzt werden kann.
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Das Beugungsmittel, das hier als ein einfaches »Amplituden-Beugungsgitter«
gezeigt ist, besteht aus einem dünnen Plättchen 12 aus lichtdurchlässigem Material,
welches gewöhnlich, aber nicht notwendigerweise durch einen transparenten Träger
11 getragen wird. Das Plättchen 12 kann tatsächlich eine Schicht aus photographischer
Emulsion sein, die so belichtet und entwickelt ist, daß es parallele benachbarte
Bänder hat, die verschiedene Stufen von Lichtschwächung des einfallenden Lichtes
bewirken. Der Abstand p des Gitters, der in Fig. 12 durch die Entfernung 13 dargestellt
ist, hat kein notwendige3 besonderes Verhältnis zu dem Abstand der originalen Bildelemente,
sollte aber vorzugsweise nicht größer sein als etwa ein Zehntel des Abstandes der
originalen Bildelemente. Ein Amplitudengitter, das für den Gebrauch geeignet ist,
kann aus abwechselnd lichtdurchlässigen und undurchsichtigen Bändern bestehen, aber
seine Schwächung des auffallenden Lichtes kann auch kontinuierlich veränderlich
sein, z. B. sinusähnlich, wie durch die Änderung der Dichte der Schraffur in Fig.
12 angedeutet ist. Wenn die Lichtschwächung sich plötzlich von einem Minimum in
einem Band zu einem Maximum in dem benachbarten Band ändert wie in einem »Strich-und-Schlitz«-Gitter,
dann ruft das Gitter gebeugte Strahlen nullter Ordnung, erster Ordnung, dritter
Ordnung und höherer ungerader Ordnungen hervor. Wenn sich die Lichtschwächung sinusähnlich
ändert, dann ruft das Gitter gebeugte Strahlen nullter Ordnung und erster Ordnung
hervor.
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Eine andere geeignete Form eines Beugungsmittels ist schematisch in
Fig. 13 gezeigt. Diese Form des Beugungsmittels ist von der »Phasenwechsel«-Type
und besteht aus einem gezackten transparenten Plättchen 14, welches durch
einen transparenten Träger 11 getragen werden kann, aber nicht getragen werden muß.
Die Dicke des Plättchens wechselt von einem Minimum zu einem Maximum periodisch
quer zum Gitter. Die Zacken können rechtwinklig oder annähernd so sein oder kontinuierlich
sein, z. B. sinusähnlich. Bei rechtwinkligen Zacken ruft das Gitter gebeugte Strahlen
nullter und ungerader Ordnungen hervor, denn die Amplitude der Zacken ist eine solche,
daß sie eine Phasenverschiebung von n/2 oder einem Viertel der Wellenlänge des einfallenden
Lichtes hervorrufen. Wenn die Amplitude der Zacken gleich n ist oder die Hälfte
der Wellenlänge des auffallenden Lichtes, werden die gebeugten Strahlen der nullten
Ordnung unterdrückt und ungerade Ordnungen hervorgerufen. Diese Art des Beugungsgitters
ist zum Gebrauch in: Anordnungen, die in den Fig. 2, 3, 4, 6, 7, 8 a und 8 b, 9
und 11 gezeigt sind, geeignet.
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Fig. 14 zeigt schematisch eine andere geeignete Form eines Phasenwechsel-Beugungsgitters.
In diesem Gitter ist ein durchsichtiges Plättchen 16 angeordnet, welches durch einen
durchsichtigen Träger 11 getragen werden kann, aber nicht getragen werden muß, von
konstanter Dicke, aber kontinuierlich veränderlichem Brechungsindex, wie dies durch
Änderung der Schraffur angedeutet ist. Der Brechungsindex ändert sich von einem
Maximum zu einem Minimum periodisch quer über das Gitter. Ein solches Phasenwechselgitter
ist zum Gebrauch in den Anordnungen der Fig. 2, 3, 4, 6, 7, 8 a und 8 b, 9 und 11
geeignet.
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Eine geeignete Form eines Beugungsgitters, bei dem eine bestimmte
Wellenlänge praktisch geometrisch reflektiert wird (»blazed«), ist in Fig. 15 gezeigt.
Dieses Gitter besteht aus einem durchsichtigen Plättchen 14, welches von einem durchsichtigen
Träger 11 getragen werden kann, aber nicht getragen werden muß, und ändert sich
periodisch in der Dicke, so daß es im Schnitt eine Oberfläche hat, die als sägeverzahnte
Ausbildung ausgeführt ist, wie in Fig. 15 im Schnitt angedeutet ist. Diese Form
eines Beugungsgitters ist nützlich in der Anordnung, die in Fig. 5 gezeigt ist.
Seine Eigenschaften sind beschrieben
in »Physical Optics« durch
R. W. W o o d, wie oben berichtet wurde.
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Es kann angenommen werden, daß das Beugungsmitte12 die Eigenschaften
von zwei oder mehr der verschiedenen besonderen Arten verbinden kann, über die im
einzelnen berichtet wurde.
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Es kann gezeigt werden, daß, wenn das Medium zwischen der reellen
Bildoberfläche und der effektiven Oberfläche der Beugungsmittel ein Brechungsindex
von ,ct hat, zur Betrachtung oder zur normalen Projizierung auf die reelle Bildoberfläche
und auf die effektive Oberfläche der Beugungsmittel ein Abstand S zwischen der reellen
Bildoberfläche und der effektiven Oberfläche des Beugungsmittels durch die Gleichung
gegeben ist:
wobei R der Abstand der originalen Bildelemente untereinander ist (oder wo es gewünscht
wird, im Fall von zwischengeschichteten Rastern - wie oben erwähnt - zur Verringerung
der Wahrnehmung von einer sichtbaren Zahl von Linienbildelementen, die der Zahl
von Linien in nur einem der zwischengeschichteten Raster entsprechen, ist R der
Abstand der einzelnen Raster), P ist der Abstand der indivi-
Nach einem besonderen Beispiel der Erfindung ist ein reelles Bild, wobei strahlendes
Licht auf der inneren Fläche einer Fernsehbildröhre eine mittlere Wellenlänge von
0,0005 mm hat, zusammengesetzt 35 aus einzelnen Linien von verschiedener Helligkeit,
die einen Abstand R, der gleich 0,6 mm ist, haben. Die Fläche der Röhre besteht
aus Glas mit einem Brechungsindex /cl gleich 1,52 und einer Dicke T1 gleich 10 mm.
Ein Beugungsgitter ist in der Front 40 der Röhrenvorderfläche montiert, deren effektive
Oberfläche sich in einem Abstand S von der reellen Bildoberfläche befindet. Die
effektive Oberfläche des Gitters ist auf der Oberfläche einer Glasplatte des
Obwohl die Formel - wie oben definiert wurde - einen theoretisch idealen Zwischenraum
der Beugungsmittel von der reellen Bildoberfläche voraussetzt, kann der Abstand
zwischen den Beugungsmitteln und der reellen Bildoberfläche wesentlich verändert
werden.