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Anordnung zur selbsttätigen, raumlichtabhängigen Regelung des Kontrastes
und der Bildhelligkeit von Fernsehempfangsgeräten Zur Regelung der Helligkeit und
des Kontrastes des Fernsehbildes weisen Fernsehgeräte Handeinstellmittel auf. Bei
gleichmäßigen Sendungen genügt es meist, nur einmal Kontrast und Helligkeit einzustellen.
Nun ist bekanntlich der physiologische Eindruck des Fernsehbildes sehr wesentlich
von der Raumbeleuchtung abhängig, und diese kann zwischen nahezu völliger Abdunklung
und Tageslicht. d. h. etwa zwischen 10 und 1000 Lux schwanken.
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Es ist längst bekannt, irgendwelche von der Beleuchtung abhängige
Vorgänge mittels Fotoleitern der verschiedensten Art selbsttätig zu steuern. Hiervon
ausgehend sind Schaltungen geschaffen worden, mit deren Hilfe Helligkeit und Kontrast
von Fernsehbildern mittels Fotozellen selbsttätig, abhängig von der Helligkeit im
Aufstellungsraum gesteuert werden. Bei den früheren lichtelektrischen Steueranordnungen
hat man mehrere Schirmgitterröhren oder mehrere Trioden verwendet, die über eine
große Zahl von Schaltmitteln, wie Widerständen, Potentiometern, Spannungsteilern
od. dgl., miteinander, mit der Fotoröhre und der Kathodenstrahlröhre verbunden sind.
Diese Anordnungen sind infolge ihres hohen Aufwandes kostspielig und störanfällig.
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Bei einer neueren vereinfachten Anordnung dieser Art, bei der zur
automatischen Regelung des Kontrastes am Schirmgitter einer als Pentode ausgebildeten
Video-Endröhre eine Fotozelle herangezogen wird, steuert die Fotozelle eine zusätzliche
Verstärkerröhre, deren Anodenkreis auf den Schirmgitterkreis der Pentode einwirkt.
Außer dieser zusätzlichen Röhre ist noch eine realtiv große Zahl von Widerständen,
Potentiometern und Kondensatoren notwendig. Neben dem immer noch recht hohen Aufwand
besteht hier der Nachteil, daß die Verstärkerröhre gegen Alterungserscheinungen
sehr empfindlich ist und daher nicht stabil arbeiten kann.
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Eine weniger aufwendige Anordnung zur selbsttätigen raumlichtabhängigen
Regelung des Kontrastes und der Bildhelligkeit von Fernsehempfangsgeräten mittels
eines Fotoleiters zu schaffen, ist das Ziel der Erfindung. Sie besteht darin, daß
der Fotoleiter als veränderlicher Vorwiderstand im Schirmgitterkreis des Video-Verstärkers
angeordnet und mit elektrischen und/oder optischen Mitteln zur feinstufigen, der
Physiologie des menschlichen Auges entsprechenden Anpassung des Bildkontrastes an
die Raumhelligkeit ausgerüstet ist.
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Diese Anordnung, bei der zweckmäßig ein bis zu 250 mW belastbarer
Cadmium-Sulfid-Fotoleiter Verwendung findet, ergibt eine außerordentlich einfache
und stabile Schaltung sowie die Möglichkeit, mittels der elektrischen und/oder der
optischen Mittel den Fotoleiter in seinem jeweils optimalen Arbeitsbereich zu verwenden
und so eine vollständige und genaue Anpassung des Bildkontrastes an die Raumhelligkeit
zu erzielen.
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Zur elektrischen Beeinflussung des Fotoleiters dienen in Reihe und/oder
parallel zu diesem geschaltete Festwiderstände, die so bemessen sind, daß sie die
durch die jeweiligen Helligkeitswerte am Aufstellungsort bewirkten Widerstandsänderungen
des Fotoleiters in den günstigsten Arbeitsbereich seiner Charakteristik legen.
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Auf diese Weise werden gegenüber der Handregelung von Bildkontrast
und Helligkeit zusätzlich nur ein Fotoleiter und zwei Festwiderstände benötigt,
so daß der erforderliche Mehraufwand den geringstmöglichen Umfang hat.
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Erfindungsgemäß werden zur optischen Beeinflussung des Fotoleiters
im Sinne einer Anpassung an große Helligkeitswerte homogene lichtabsorbierende Blenden
und zur optischen Beeinflussung im Sinne einer Anpassung an kleine Helligkeitswerte
optische Sammler; wie Sammellinsen oder Hohlspiegel, vorgesehen.
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Alles in allem ermöglicht es die Erfindung, mit einfachsten elektrischen
und optischen Mitteln eine physiologisch befriedigende selbsttätige Regelung des
Kontrastes von Fernsehbildern in Abhängigkeit von der Raumhelligkeit zu erzielen
und dabei den optimalen Arbeitsbereich des Fotoleiters zu benutzen.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen erläutert. In diesen zeigt
F i g. 1 das Schaltbild einer erfindungsgemäßen Regelanordnung,
F
i g. 2 die Charakteristik der Ansprechempfindlichkeit eines Fotoleiters im Vergleich
zur Spektralcharakteristik des menschlichen Auges in Abhängigkeit von der Wellenlänge
Ä, F i g. 3 Widerstandscharakteristiken des Fotoleiters bei der Schaltung nach F
i g. 1 und F i g. 4 Charakteristiken der Arbeitsspannung am Schirmgitter der Videoendröhre
bei der Schaltung nach F i g. 1.
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Die Schaltung gemäß F i g. 1 zeigt die Video-Endstufe eines Fernsehempfangsgerätes
mit einem erfindungsgemäß angeordneten und geschalteten Fotowiderstand. Die Video-Endstufe
enthält eine Verstärkerröhre 7, der bei 8 gitterseitig das zu verstärkende Video-Signal
zugeführt wird. Ein Kathodenwiderstand 9 dient der Einstellung des Arbeitspunktes
der Röhre 7, aus der bei 10 das verstärkte Videosignal abgeführt wird, um der Steuerelektrode
der nicht dargestellten Bildröhre zugeführt zu werden. Das Schirmgitter der Röhre
7 ist an ein Potentiometer 11 angeschlossen, das zusammen mit einem Festwiderstand
12 einer Spannungsregelung dient, wie sie als von Hand betätigte »Kontrastregelung«
bekannt ist.
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In die Gleichstromzuleitung zum Potentiometer 11 ist ein Fotoleiter
F eingeschaltet, zu dem ein Widerstand R, in Serie und ein Widerstand R!, parallel
liegen.
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An der Leitung vom Schirmgitter zum Potentiometer 11 liegen zwei Kondensatoren
13, 14 gegen Masse und über einen Hochohmwiderstand 15 ein Anschluß 16 zur Kathode
der Bildröhre.
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Wie bei üblichen Video-Endstufen stellen der Kondensator 13 eine Hochfrequenzablockung
und der Kondensator 14 einen Elektrolytkondensator von etwa 2 LT dar. Dieser dient
gleichzeitig dazu, eine gewisse Zeitkonstante für den Regelvorgang zu schaffen,
so daß kurzzeitige Lichtstärkeänderungen, z. B. das Netzflimmern von Leuchtstoffröhren,
keine Störungen im Bild des Fernsehempfängers hervorrufen können.
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Die Schirmgitterspannung wirkt über den Anschluß 16 auf das Kathodenpotential
ein, so daß die dargestellte Schaltung der physiologischen Kontrastregelung und
der entsprechenden Helligkeitsregelung dient.
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Die Grundlage und die Auswirkungen der erfindungsgemäßen Schaltung
seien nun an Hand der F i g. 2 bis 4 erläutert.
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Die in F i g. 2 gezeigte Charakteristik eines Fotoleiters entspricht
den von der Herstellerfirma in den Typenblättern angegebenen Charakteristiken. In
ihr stellt die ausgezogene Kurve 1 die relative Ansprechempfindlichkeit H in Prozenten
der maximalen Empfindlichkeit, bezogen auf die Wellenlänge A der auf den Fotoleiter
einwirkenden Lichtstrahlung, dar. Sie zeigt, daß der Fotoleiter über einen relativ
weiten Wellenbereich günstig arbeitet. Es kommt nun darauf an, daß der Fotoleiter
im Bereich der Lichtempfindlichkeit des menschlichen Auges optimal arbeitet. Dieser
Bereich, d. h. die Spektralcharakteristik des menschlichen Auges, ist durch die
strichpunktiert gezeichnete Kurve 2 angedeutet. Um die Ansprechempfindlichkeit des
Fotoleiters der Physiologie des menschlischen Auges anzupassen, kann man, wie bereits
erwähnt, elektrische und/oder optische Mittel, z. B. entsprechende Farbfilter, vorsehen.
Die Farbfilter können beispieslweise so gewählt werden, daß sie den Gelb-Grün-Bereich
des Lichtes durchlassen, jedoch den Durchgang der ultravioletten und der infraroten
Strahlen sperren.
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An Hand der F i g. 3 und 4 werden die Auswirkungen der optischen und
der elektrischen Mittal auf die Charakteristiken des Fotoleiters bzw. der Schaltung
erläutert. Der Aufzeichnung dieser Charakteristiken wurden ein Fotoleiter ORP30,
ein Parallelwiderstand R" = 100 kOhm und ein Serienwiderstand R, = 10 kOhm zugrunde
gelegt.
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Unter dieser Voraussetzung sind in F i g. 3 in doppelt-logarithmischem
Maßstab die Widerstandswerte R,. in kOhm in Abhängigkeit von den Helligkeitswerten
E in Lux aufgetragen. Hierbei zeigt die von oben links nach unten rechts verlaufende
Gerade 3 die Charakteristik des bei steigender Helligkeit normalerweise gemäß den
Datenblättern der Herstellerfirma auftretenden Widerstandsabfalles des Fotoleiters.
Diese Charakteristik entspricht nicht dem optimalen Bereich zur Regelung des Bildkontrastes
und der Bildhelligkeit von in Wohnräumen aufgestellten Fernsehempfangsgeräten.
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1n hellen Räumen treten Helligkeitswerte von 100 bis 1000 Lux
auf, während der Haupteinstellbereich für Kilo-Ohm-Werte des Fotoleiters nur zwischen
1 und 10 Lux liegt.
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Gleicht man die hohen Helligkeitswerte durch homogene lichtabsorbierende
Blenden aus, um so die auf den Fotoleiter einwirkende Helligkeit auf einen Bruchteil
herabzusetzen, dann ergeben sich die im logarithmischen Maßstab zur Geraden 3 um
eine Dezimale nach rechts verschobenen parallelen Geraden, von denen die Gerade
31 einer Herabsetzung auf 1/1o = - 10 dB und die Gerade 32 einer Herabsetzung auf
1hoo -- -20 dB entsprechen. Bei Abstimmung der Regelung auf die Helligkeit von Wohnzimmern
wird zweckmäßig eine Blende verwendet, die die wirksame Helligkeit auf etwa 1/loo
= - 20 dB herabsetzt.
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Verlegt man bei Vorliegen geringer Helligkeitswerte den Arbeitsbereich
des Fotoleiters in umgekehrter Richtung, indem man den Fotoleiter der Einwirkung
von Sammellinsen oder Hohlspiegeln aussetzt, dann ergibt sich bei Verstärkung der
wirksamen Helligkeit auf das Zehnfache entsprechend 10 dB die gegenüber der Geraden
3 um eine Dezimale nach links verschobene Gerade 3'.
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Die in F i g. 3 dargestellten Kurven 4', 4, 41 und
4.,
sind die sich bei Verwendung der elektrischen Mittel gemäß F i g. 1 ergebenden
Widerstandskennlinien, deren Verlauf durch die Grenzbedingungen für den Fotoleiter
bestimmt sind und die wiederum für die gleichen wirksamen Helligkeitswerte gezeichnet
sind wie die Kurven 3', 3, 31 und 32.
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Bei Dunkelheit, d. h. bei fehlender Lichteinwirkung, besitzt der Fotoleiter
F einen Widerstandswert von vielen Megohm. Dann ist praktisch allein der Parallelwiderstand
Rn = 100 kOhm wirksam, der mit dem Serienwiderstand zusammen einen Gesamtwiderstand
R = 110 kOhm ergibt. Bei sehr starker Lichteinwirkung dagegen ist der Widerstandswert
des Fotoleiters F so klein, daß dieser praktisch den Parallelwiderstand Rp kurzschließt.
Dann ist also nur noch der Serienwiderstand RS = 10 kOhm maßgebend und stellt den
Gesamtwiderstand R = 10 kOhm dar.
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Bei dem geschilderten Beispiel liegen also die Werte des Gesamtwiderstandes
im Bereich von 10
bis 110 kOhm. Zwar verlaufen die Kurven 4', 4,
41 und 42 innerhalb des genannten Widerstandsbereiches, jedoch ist, wie man aus
den genannten Kurven unschwer ablesen kann, für ein Wohnzimmer mit zwischen 10 und
1000 Lux schwankender Helligkeit eine Absorptionsblende mit etwa - 20 dB
am zweckmäßigsten, da gemäß der ihr entsprechenden Kurve 42 die beschriebene Fotoleiter-Regelung
den gewünschten Regelbereich völlig durchläuft.
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Noch deutlicher sind die Regelverhältnisse aus F i g. 4 zu ersehen,
in der die sich am Schirmgitter der Pentode 7 einstellenden Arbeitsspannungen V
in Abhängigkeit von den im logarithmischen Maßstab aufgetragenen Helligkeitswerten
Ein Lux aufgezeichnet sind. Wäre der Fotoleiter F allein vorhanden, dann ergäben
sich die Spannungen gemäß den Kurven 5', 5, 51 und 52, wobei die Indizes die gleiche
Art der Änderung der wirksamen Helligkeit andeuten wie in F i g. 3. Fügt man jedoch
erfindungsgemäß die Widerstände Rp und RS gemäß F i g. 1 hinzu, dann ergeben sich
die Spannungskurven 6', 6, 61 und 62. Auch aus diesen ist ohne weiteres zu erkennen,
daß sich die der Kurve 62 enstprechende Blende mit - 20 dB für die beispielsweise
gewählten Verhältnisse am besten eignet.