DE1255707B - Verfahren zum Erzeugen von Beugungsgigittern auf einem der Speicherung von farbigen Licht-, insbesondere Bildsignalen dienenden lichtmodulierenden Medium - Google Patents

Description

DEUTSCHES ffljtwt PATENTAMT DeutscheKl.: 21 al-32/11

AUSLEGESCHRIFT

Nummer: 1255 707

Aktenzeichen: G 28678 VIII a/21 al

1 255 T 0 7 Anmeldetag: 23. Dezember 1959

Auslegetag: 7. Dezember 1967

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Beugungsgittern auf einem der Speicherung von farbigen Licht-, insbesondere Bildsignalen dienenden lichtmodulierenden Medium, auf das mit einem durch elektrische Signale modulierten Elektronenstrahl elektrische Ladungen in linienförmiger Anordnung aufgebracht werden.

In dem Patent 1 090 710 ist bereits ein Verfahren zum Erzeugen von Farbbildern durch elektrische Signale insbesondere für das Farbfernsehen vorgeschlagen worden, bei dem den Bildflächenelementen der Oberfläche eines lichtmodulierenden Mediums Energie zugeführt und in elementare Beugungsgitter, die durch Verformung der Oberfläche des lichtmodulierenden Mediums erzeugt werden, umgewandelt wird und bei dem die Wiedergabe des Bildes durch eine Beugungszonenlichtsteuerung erfolgt und eine Lichtblende zur Absperrung der Beugungszone nullter Ordnung benutzt wird. Bei diesem vorgeschlagenen Verfahren wird die dem Bildfiächenelement zugeführte ao Energie mit den Farbtonkomponenten und den Farbintensitätskomponenten der Bildflächenelemente derart moduliert, daß die elementaren Beugungsgitter einen ersten Gitterparameter in Form einer veränderlichen Gitterwellenlänge aufweisen, welche einem Beugungswinkel entspricht, der sich mit dem Farbton des Bildes in dem betreffenden Bildfiächenelement ändert, und daß ein zweiter Gitterparameter in an sich bekannter Weise die Intensität des Lichts steuert. Der zweite Gitterparameter kann durch die Amplitude der Deformation des Mediums gegeben sein. Als Energiequelle wird vorzugsweise ein Elektronenstrahl benutzt. Der Katodenstrahl wird in seiner Abtastgeschwindigkeit moduliert, die vorzugsweise aus einer linearen Geschwindigkeitskomponente und einer sinusförmigen Geschwindigkeitskomponente zusammengesetzt sein kann, die elementare Phasengitter mit einer Gitterwellenlänge, welche durch die Periodizität der sinusförmigen Geschwindigkeitskomponente bedingt ist, und mit einer Gitteramplitude erzeugen, die durch die Amplitude der sinusförmigen Geschwindigkeitskomponente gesteuert wird. Die Geschwindigkeitsmodulation des abtastenden Strahls kann jederzeit eine von drei vorgegebenen Modulationsfrequenzen aufweisen, die den einzelnen vorgegebenen Farben entsprechen und die verschiedene individuelle Beugungswinkel des Lichts ergeben. Die Geschwindigkeitsmodulation kann aber auch eine Kombination von zwei oder mehreren derartigen vorgegebenen Modulationsfrequenzen aufweisen, die den zusammengesetzten Farbkomponenten in den Bildflächenelementen entsprechen und dazu dienen, Zwischen-Verfahren zum Erzeugen von Beugungsgittern
auf einem der Speicherung von farbigen Licht-, insbesondere Bildsignalen dienenden
lichtmodulierenden Medium

Anmelder:

General Electric Company,
Schenectady, Ν. Υ. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,
Frankfurt/M., Parkstr. 13

Als Erfinder benannt:

William Ellis Glenn jun., Scotia, Ν. Υ. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 24. Dezember 1958
(782958)

winkel der Lichtbeugung zu erzeugen. Die Amplitude jeder dieser Modulationsfrequenzen wird einzeln durch die Abtastung jedes Bildflächenelementes gesteuert, um die einzelnen Intensitäten der entsprechenden Farbe der Farbkomponente zu steuern.

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren werden die Abstände der Gitterlinien der Beugungsgitter durch die Frequenz des hochfrequenten Trägersignals bestimmt. Um diese Modulation mit den dabei auftretenden Schwierigkeiten zu vermeiden und die Anordnung zu vereinfachen, stellt sich die Erfindung die Aufgabe, die Beugungsgitter mit ihren variablen Gitterabständen durch andere Mittel zu erzeugen.

Gemäß der Erfindung wird der Elektronenstrahl in Abhängigkeit von einem elektrischen Signal in eine Gruppe von Teilstrahlen aufgespalten, die so fokussiert werden, daß sie in der Ebene des lichtmodulierenden Mediums die Beugungsgitter bilden, wobei der Strahl mindestens in einer Richtung abgelenkt wird.

Ein Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die Abstände der Linien der verschiedenen Beugungsgitter durch Spannungen bestimmt werden können, die den Fokussiersystemen zugeführt werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das Fokussiersystem dicht an das Medium herangerückt werden kann. In

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dieser Lage hat es die stärkste Wirkung zur Fokussierung des Elektronenstrahls in einer Richtung senkrecht zu den Ladungslinien.

Die virtuellen Strahlquellen der Gruppen von Teilstrahlen liegen vorzugsweise nebeneinander in einer gegebenen Richtung, die mit der Richtung der Fokussierung übereinstimmt und senkrecht zur Ablenkrichtung des Strahls steht.

Wird das Verfahren z. B. zur Erzeugung von Fernsehbildern benutzt, so kann die Ladungsdichte der auf dem IichtmodulierendenMedium auftreffenden, in eine Gruppe aufgespaltenen Elektronenstrahlen mittels einer Fokussiereinrichtung gesteuert werden, welche die Elektronenstrahlen in der obenerwähnten gegebenen Richtung defokussiert. Zur Erzeugung der verschiedenenFarbenkönnenzweioderdreiElektronenstrahlen in einer Röhre in verschiedenartige Gruppen von Teilstrahlen aufgespalten und auf dem lichtmodulierenden Medium wieder vereinigt werden. Das Verfahren läßt sich sowohl mit bewegtem als auch mit ruhendem lichtmodulierendem Medium durchführen. Bei zwei Ausführungsbeispielen wird ein bewegtes lichtmodulierendes Medium benutzt, so daß eine Ablenkung der Elektronenstrahlen nur in einer Richtung notwendig ist, während bei einem dritten Ausführungsbeispiel ein ruhendes Medium verwendet wird, so daß eine Ablenkung der Elektronenstrahlen in zwei aufeinander senkrechten Richtungen erforderlich ist. Das Verfahren wird beispielsweise in Verbindung mit Farbfernseheinrichtungen beschrieben. Es kann jedoch auch zur Aufzeichnung andersartiger elektrischer Signale, z.B. für Datenspeicherung oder Aufzeichnung bei Rechenmaschinen, verwendet werden. Die Beugungsgitter brauchen nicht Phasenbeugungsgitter zu sein, sondern können auch Intensitätsbeugungsgitter sein. Auch ist die Wahl der Farben nur beispielsweise angegeben.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Anordnung gemäß der Erfindung, bei der zwei Elektronenstrahlen zur Erzeugung verschiedener Farben vorgesehen sind;

F i g. 2 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels, bei dem mit Hilfe von drei Elektronenstrahlen drei verschiedene Farben wiedergegeben werden können;

F i g. 3 zeigt schematisch ein Beispiel, bei dem die Beugungsgitter auf einem ortsfesten lichtmodulierenden Medium erzeugt werden.

In Fig. 1 werden innerhalb einer evakuierten Hülle Phasenbeugungsgitter mit Hilfe von Elektronenstrahlen auf einem lichtmodulierenden Medium 2 erzeugt, das ein Band mit einer thermoplastischen Oberfläche sein kann. Das Medium 2 befindet sich ebenfalls in einer evakuierten Hülle. Polystyrol mittleren Molekulargewichts ist als thermoplastisches Material geeignet. Obwohl ein Material mit einem thermoplastischen Überzug bevorzugt wird, kann das Medium 2 auch aus einem anderen Stoff bestehen, der seine physikalischen Eigenschaften ändert, wenn er einem Elektronenstrahl oder einer Ladung ausgesetzt wird. Der StofF kann beispielsweise seine Durchsichtigkeit oder seine Oberflächeneigenschaften ändern, so daß die Lichtdurchlässigkeit oder Reflexion von Licht beeinflußt wird.

Die Hauptbestandteile der in den Figuren gezeigten Anordnungen sind ein Elektronenstrahlerzeugungs-

system 3, ein Strahlzerlegungssystem 4, eine Steuereinrichtung 5 zur Steuerung der Ladungsdichte, eine Einrichtung 6 zur vertikalen Fokussierung, ein Ablenksystem 7 und eine Einrichtung 8 zur waagerechten Fokussierung.

Am Ende der Hülle 1 befindet sich das Strahlerzeugungssystem 3, das einen oberen und einen unteren Elektronenstrahl erzeugt. Die beiden Strahlen haben eine derartige Elektronendichte, daß die gewünschten Ladungslinien auf dem Medium 2 gebildet werden können.

Die Zerlegungseinrichtung 4 zerlegt jeden der beiden Strahlen in eine Gruppe von Elektronenstrahlen, die derart konvergieren, als ob sie von mehreren punktförmigen Elektronenstrahlquellen herkämen, die auf einer horizontal durch das Strahlerzeugungssystem 3 laufenden Linie liegen. Der Konvergenzwinkel wird derart gesteuert, daß die Strahlen in vorbestimmten Abständen längs einer horizontalen Linie auf das Medium 2 auftreffen. Für den oberen Strahl sind die Abstände zwischen den Strahlenauftreffpunkten auf dem Medium gleich den Gitterabständen des Beugungsgitters, das der fest eingestellten Grundfarbe, z.B. Rot, entspricht. Für den unteren Strahl verändern sich die Abstände mit dem Farbgehalt des Fernsehbildes. Sie sind aber stets gleich dem veränderlichen Gitterabstand eines Beugungsgitters, das einer Farbe entspricht, die zwischen zwei Grundfarben, z.B. Blau und Grün, liegt.

Zur Erzielung einer guten Farbreinheit wird jeder Strahl in mindestens drei Teilstrahlen zerlegt, jedoch wegen der schwierigen Auflösung vorzugsweise in nicht mehr als sieben oder acht Teilstrahlen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der obere Strahl in vier und der untere in sechs Teilstrahlen zerlegt. Bei dieser Anordnung grenzen die von der oberen Teilstrahlengruppe gebildeten Gitterlinien von benachbarten Rasterlinien oder Rasterzeilen derart aneinander an, daß der Abstand zwischen diesen benachbarten Gitterliniengruppen gleich dem Abstand zwischen zwei Gitterlinien ist. Sämtliche Gitterlinien der oberen Teilstrahlengruppe haben daher die gleichen Abstände. Es können sich auch einige dieser Gitterlinien überlappen. Zur Bildung der Gitterlinien für die veränderliche Farbkomponente sollen im allgemeinen so viele Strahlen benutzt werden, wie von dem System aufgelöst werden können. Dies ist deswegen erwünscht, weil infolge der Veränderung der Gitterlinienabstände die Gitterlinien der veränderlichen Farbe für benachbarte Rasterlinien selten eine übereinstimmende »Phasenlage« haben. Eine Übereinstimmung der »Phasenlage« erhält man dann, wenn der Gitterlinienabstand ein ganzzahliger Bruchteil der Rasterlinienabstände ist und die Gitterlinien für benachbarte Rasterlinien sich entweder berühren oder überlappen. Eine »Phasenabweichung« schwächt die Farbsättigung der projizierten Farbe. Diese Sättigungsschwächung kann durch die Verwendung von vielen Gitterlinien auf ein Kleinstmaß beschränkt werden.

Die Einrichtung 5 steuert die Breite und daher die Ladungsdichte der Ladungslinien auf dem Medium 2. Die Ladungsdichte bestimmt wiederum die Amplituden der Beugungsgitter und daher die Intensität der Grundfarben des projizierten Bildes.

Das System 6 dient zur vertikalen Fokussierung der Teilstrahlengruppen auf dem Medium 2. Ferner vereinigt es die Strahlen der oberen und unteren Teilstrahlengruppe derart, daß sie alle längs der gleichen

horizontalen Linie auf das Medium 2 auftreffen. Das Ablenksystem 7 lenkt die Elektronenstrahlen vertikal über das lichtmodulierende Medium 2. Beim Fernsehen stimmt diese Bewegung mit der waagerechten Ablenkgeschwindigkeit überein und beträgt z. B. 15750 Hz. In einem optischen System läuft das Medium 2 in der vertikalen Richtung und nicht in der horizontalen Richtung.

Das Fokussiersystem 8 bündelt beide Elektronenteilstrahlengruppen in horizontaler Richtung auf dem Medium 2.

Bei der vertikalen Ablenkung der oberen Teilstrahlengruppen entstehen längs der Breite des Mediums 2 vertikale Ladungslinien 9. Die Dichte an den einzelnen Stellen längs dieser Linie entspricht dem momentanen Amplitudenwert des roten Videosignals. Die Abstände zwischen diesen Linien sind gleich den Gitterabständen des gewünschten roten Beugungsgitters. In ähnlicher Weise erzeugt die andere Teilstrahlengruppe ähnliche vertikale Ladungslinien 9, und zwar mit einer Ladungsdichte, die der Amplitude des veränderlichen Farbsignals entspricht, und mit einem Abstand, der gleich dem Gitterabstand des veränderlichen Farbsignals ist. Entweder kurz vor oder nach der Bildung dieser Linien 9 wird die thermoplastische Oberfläche erhitzt, damit sie verformbar wird. Die Ladungslinien 9 können dann die thermoplastische Oberfläche verformen, so daß Beugungsgitter entstehen, deren Amplituden und Abstände den Ladungsdichten und den Abständen der Ladungslinien 9 entsprechen.

Das Strahlerzeugungssystem 3 enthält zwei punktförmige Strahlquellen, die von zwei haarnadelförmigen Glühfäden 10 gebildet werden. Die Glühfäden 10 werden von einer an die beiden Klemmen 11 angeschlossenen Stromquelle geheizt. Die Glühfäden 10 werden auf einem verhältnismäßig hohen negativen Potential gehalten. Eine Elektrode 12 mit zwei Öffnungen 13 und 14 ist zur Steuerung des oberen und unteren Strahls über die Klemme 15 an eine Strahlsteuerspannung angeschlossen. Das an die Anode 16 angeschlossene Erdpotential bestimmt die Strahlspannung.

Der Wert für den Strahlstrom und die Strahlspannung hängen von den Eigenschaften des gesamten Systems ab. Von Einfluß sind hierbei die Eigenschaften des thermoplastischen Überzuges auf dem Medium 2, die Breite des Mediums 2, die Länge des Systems, die Bandbreite des modulierenden Signals, die Rastergröße und die gewünschte Auflösung. Die Größe des Strahlstroms kann z. B. 1 Mikroampere bei Beschleunigungspotentialen von etwa 8 bis 15 Kilovolt betragen.

Die erforderliche Stromdichte für die Erzeugung eines Beugungsgitters mit einem Gitterabstand W und einer Amplitude A beträgt etwa:

Dabei ist ε die Dielektrizitätskonstante des Mediums 2, T die Oberflächenspannung in dyn/cm und t die Verweilzeit des Strahls in Sekunden an einer Stelle des Mediums 2, deren Abmessungen einem Bildelement entsprechen.

Die Einrichtung 4 zur Zerlegung des Strahls enthält zwei Gruppen 17 und 18 von Drähten mit kleinem Durchmesser, die über Öffnungen 19 und 20 der Anode 16 ausgespannt sind. So können z. B. etwa 75 Drähte in der Gruppe 17 und 110 Drähte in der Gruppe 18 vorhanden sein, jedoch werden nur wenige

dieser Drähte in der Nähe der Mitte der Drahtgruppea 17 und 18 von den Strahlen durchsetzt. Durch eine große Anzahl von Drähten wird die elektrische Feldverteilung günstiger gestaltet. Die öffnungen 19 bzw. 20 dienen zum Durchtritt des unteren bzw. oberen Elektronenstrahls.

Die Drahtgruppe 17, die von der Anode 16 isoliert ist, wird mit Hilfe einer von einem Potentiometer 21 gelieferten Spannung auf einem Potential gehalten, das um einige hundert Volt positiver als die Anode 16 ist. Das Potentiometer 21 liegt an einer Gleichspannungsquelle 22. Das resultierende elektrische Feld dehnt sich über einen großen Teil des oberen Strahlenweges zwischen zwei Elektroden 23 aus, die an die Anode 16 angeschlossen sind.

Die Zerlegung des oberen Strahls wird durch die verschiedenen Potentialgradienten zwischen den Rändern der öffnung und den Drähten hervorgerufen. Wenn der obere Strahl vier Drähte der Drahtgruppe 17 durchsetzt, dann wirken auf die beiden äußeren Strahlenteile, die zwischen der Anode 16 und den beiden äußeren der vier Drähte hindurchgehen, große Potentialgradienten ein. Diese großen Potentialgradienten ergeben sich dadurch, daß diese äußeren Drähte der Anode 16 näher liegen als die inneren Drähte. Diese Gradienten lenken die beiden Strahlenteile um verhältnismäßig große Winkel gegenüber der Systemachse ab. Die kleineren Potentialgradienten zwischen der Anode 16 und den inneren Drähten lenken diejenigen Strahlenteile, die durch den Bereich dieser Gradienten hindurchgehen, unter einem kleineren Winkel ab. Der mittlere Teil des Strahls, auf den kein Potentialgradient einwirkt, wird nicht abgelenkt. Diese verschiedenen konvergierenden Kräfte spalten den oberen Elektronenstrahl in eine Gruppe von Teilstrahlen auf, die gegenseitig unter Winkeln konvergieren, die von der an der Drahtgruppe 17 liegenden Spannung abhängen.

Die Strahlen konvergieren, als ob sie von mehreren verschiedenen punktförmigen Strahlquellen herkämen, die entlang einer horizontalen Linie liegen, die durch den oberen, haarnadelförmigen Heizfaden in dem Strahlerzeugungssystem 3 hindurchgeht. Die Abstände zwischen diesen virtuellen Elektronenquellen und infolgedessen auch die horizontalen Abstände der auf dem Medium 2 fokussierten Strahlen hängen von dem Spannungsunterschied zwischen der Anode 16 und den Drähten 17 ab. Durch eine Verstellung des Potentiometers 21 können diese Abstände gleich dem Gitterabstand für das rote Beugungsgitter gemacht werden, der in der Größenordnung von 1 Mikron liegt.

Die Drahtgruppe 18, die ebenfalls von der Anode 16 isoliert ist, wird auf einem veränderlichen Potential gehalten, das um einige hundert Volt positiver ist als die Anode 16. Der Augenblickswert dieser Spannung hängt von dem Augenblickswert der grünen und blauen Farbkomponenten des Fernsehbildes ab.

Es läßt sich zeigen, daß diese Spannung gleich der Summe aus einer konstanten Spannung und dem Logarithmus des Verhältnisses des blauen zum grünen Farbfernsehsignal ist.

Die Schaltung, welche diese veränderliche Spannung liefert, enthält Einrichtungen 24 und 25 für die grünen und blauen Videosignale, die Spannungen mit zunehmender Amplitude abgeben, wenn die grünen und blauen Farbintensitäten zunehmen. Die Einzelheiten der Schaltung sind nicht dargestellt, da diese Ein-

richtungen den Videoschaltungen in einer Farbfernsehkamera oder in einem Empfänger entsprechen können. Bei einigen Schaltungen dieser Art nehmen die Signale ab, wenn die Farbintensitäten zunehmen. In einem solchen Fall können die gewünschten Signale durch Phasenumkehr erhalten werden.

Die Schaltungen zur Umwandlung der grünen und blauen Videosignale in die gewünschte logarithmische Form enthält zwei logarithmische Verstärker 26 und 27 und eine Pentodenschaltung mit einer Pentode 28 und einem Anodenwiderstand 29. Die Betriebs- ' gleichspannungen werden von nicht dargestellten Spannungsquellen abgenommen und dem Anodenkreis über die Klemme 30 und dem Schirmgitterkreis über eine Klemme 31 zugeführt.

Beim Betrieb dieser Schaltung wird das grüne Videosignal durch einen Verstärker 26 in die logarithmische Form umgeformt und dem Gitter der Pentode 28 zugeführt. Das blaue Videosignal wird durch den Verstärker 27 in die logarithmische Form ao umgewandelt und der Katode zugeführt. Da das logarithmische grüne Videosignal an die Gitterelektrode gelegt wird, erzeugt es am Widerstand 29 ein negatives logarithmisches Signal. Das logarithmische blaue Videosignal, das der Katode zugeführt wird, erzeugt am Widerstand 29 ein positives logarithmisches Signal. Man erhält also am Widerstand 29 ein Differenzsignal, das gleich dem Logarithmus des blauen Videosignals vermindert um den Logarithmus des grünen Videosignals ist. Aus den Regeln der Logarithmenrechnung ergibt sich, daß dieses Differenzsignal gleich dem Logarithmus des Verhältnisses der Intensitäten des blauen und grünen Videosignals ist. Dieses veränderliche Signal, das an der Ancde der Pentode 28 auftritt, wird der Drahtgruppe 18 unmittelbar zugeführt.

Da die Anode der Pentode 28 direkt an der Drahtgruppe 18 liegt, erhält diese Drahtgruppe ebenfalls ein konstantes Potential. Dieses Potential ist eine Funktion des Widerstandes 29 und des Potentials an der Klemme 30.

Das der Drahtgruppe 18 zugeführte Signal hat daher eine veränderliche Komponente, deren Spitzenamplitude in der Größenordnung von 50 Volt liegt, und eine konstante Komponente in der Größen-Ordnung von +250 Volt gegenüber der Anode 16. Die konstante Komponente soll der Farbe entsprechen, die dann erzeugt wird, wenn die blauen und grünen Farbintensitäten einander gleich sind. Bei einem üblichen Farbfernsehsystem ist die Wellenlänge dieser Farbe etwa gleich 4930 Ängström.

Das logarithmische Signal, das der in F i g. 1 gezeigten Drahtgruppe 18 zugeführt wird, erzeugt einen Potentialgradienten, der durch die Elektroden 32 vergrößert wird und den unteren Strahl in eine Gruppe von Teilstrahlen aufspaltet. Diese Teilstrahlen treffen auf das Medium 2 in Abständen auf, die gleich den Gitterabständen des Beugungsgitters für die veränderliche Farbe sind. Wenn sich der grüne oder blaue Farbgehalt des Bildes ändert, dann ändern sich auch das veränderliche Farbsignal und die Abstände.

Die Drähte der Drahtgruppe 17 und 18 sollen einen möglichst kleinen Durchmesser von z. B. 0,008 mm haben. Die von stärkeren Drähten aufgefangenen Elektronen würden nämlich Ladungen auf isolierenden Überzügen bilden, die häufig auf Drahtoberflächen entstehen. Derartige Ladungen be-

einflussen den Zerlegungsvorgang ungünstig. Der Abstand zwischen den Drähten kann in der Größenordnung des vier- bis fünffachen Drahtdurchmessers liegen.

Die EinrichtungS zur Steuerung der Ladungsdichte enthält drei Ablenkplatten 33, 34 und 35. Diese Platten sind vertikal angeordnet. Dabei geht die obere Teilstrahlengruppe zwischen den Platten 33 und 35 und die untere Teilstrahlengruppe zwischen den Platten 34 und 35 hindurch.

Den Platten wird ein übliches Γ-Ä-Fernsehsignal von einer Quelle 36 zugeführt, die an die Platte 33 angeschlossen ist. Das F-Signal ist die Summe der Intensitäten der roten, grünen und blauen Videosignale, während das i?-Signal der Intensität des roten Videosignals entspricht. Das 7-i?-Signal ist daher die Summe der Intensitäten des grünen und blauen Videosignals. Ein 7-i?-Signal steht bei einer üblichen Farbfernsehempfänger- und Kameraschaltung zur Verfügung. Man kann das Signal auch dadurch erhalten, daß die Ausgangssignale der grünen und blauen Videosignalquellen 24 und 25 addiert werden.

Die beiden anderen Platten 34 und 35 sind geerdet und erhalten das 7-Signal aus der Signalquelle 37. Auch das T-Signal kann in einer üblichen Farbfernsehschaltung erzeugt werden.

Die Spannung, die die untere Teilstrahlengruppe ablenkt, ist gleich der Differenz der Spannungen an den Platten 33 und 34. Wenn die Platte 34 geerdet ist und das grüne und blaue Signal der Ablenkplatte 35 zugeführt werden, dann ist Spannung gleich der Summe der Intensitäten des grünen plus blauen Videosignals. Die Spannung, die die oberen Strahlen ablenkt, ist gleich der Spannungsdifferenz zwischen den Platten 33 und 35, also gleich dem roten Videosignal.

Die erwähnten Ablenkspannungen steuern die Ladungsdichten der Linien 9. Die grünen und blauen Videospannungen lenken die Strahlen der unteren Teilstrahlengruppe zwischen den Platten 33 und 34 in einer horizontalen Richtung von der Achse des horizontalen Fokussiersystems 8 weg und bewirken, daß sie in horizontaler Richtung defokussiert werden. Je größer diese Signale sind, um so größer ist die defokussierende Wirkung und infolgedessen auch die Verbreiterung der entsprechenden Linien 9 auf dem Medium 2. Mit wachsender Verbreiterung nehmen die Ladungsdichten und infolgedessen auch die Amplituden des Beugungsgitters der veränderlichen Farbe ab. Je größer daher der Wert des grünen und blauen Videosignals ist, um so niedriger ist die Amplitude des Beugungsgitters der veränderlichen Farbe.

Diese inverse Beziehung zwischen dem Videosignal der grünen und blauen Farbe und der Amplitude des Beugungsgitters der veränderlichen Farbe ist notwendig, um eine entsprechende Übereinstimmung zwischen den ferngesehenen Bildern und den projizierten Bildern herbeizuführen. Wenn diese Signale groß sind, dann ist der Gehalt des Fernsehbildes an grünen und blauen Tönen niedrig. Da diese Signale die Amplitude des Beugungsgitters der veränderlichen Farbe vermindern, ist dann auch die Farbintensität bei der optischen Projektion schwach, wenn das Medium 2 in ein optisches System eingesetzt wird.

Die Ablenkung der oberen Teilstrahlengruppen erfolgt auf ähnliche Weise. Wenn der Gehalt der

roten Farbe in dem Fernsehbild niedrig ist, dann lenkt das große rote Videosignal die oberen Teilstrahlen von der Achse des horizontalen Fokussiersystems 8 weg, so daß die entsprechenden Ladungs-Hnien 9 verbreitert werden und in ihrer Dichte abnehmen. Das sich ergebende Beugungsgitter hat eine kleine Amplitude und lenkt nur einen kleinen Teil des roten Lichtes auf den Projektionsschirm, wenn das modulierende Medium 2 in ein optisches System eingesetzt wird.

Die maximale Größe des Ablenksignals sollte so bemessen sein, daß die Elektronendichte auf dem Medium 2 möglichst gleichmäßig wird. Das maximale Signal kann in der Größenordnung von 2 Volt liegen.

Das vertikale Fokussier- und Vereinigungssystem 6 enthält eine Einzellinse mit zwei Gruppen 38 und 39 aus je drei horizontal verlaufenden Stäben, die auf gegenüberliegenden Seiten des Strahls angeordnet sind. Die Endstäbe der beiden Gruppen sind geerdet. Die mittleren Stäbe führen ein Potential von einigen Kilovolt, das vorzugsweise negativ ist und einer Spannungsquelle 40 entnommen wird. Die Linse fokussiert sowohl die unteren als auch die oberen Strahlen auf dem Medium 2 in vertikaler Richtung.

Die vereinigende Wirkung wird dadurch erreicht, daß ein Stab 41 zwischen dem oberen und dem unteren Strahl angeordnet ist. Er befindet sich auf einem Potential, das einige hundert Volt positiver als Erde ist und das von einem Potentiometer 42 abgegriffen wird, das an einer Gleichspannungsquelle 43 liegt. Das positive Potential des Stabes 41 lenkt beide Teilstrahlengruppen auf die Achse des Systems hin, so daß sie auf dem Medium 2 etwa auf der gleichen horizontalen Linie auftreffen. Die beiden Beugungsgitter werden daher in vertikaler Richtung einander überlagert.

In dem System 7 erhalten die beiden Platten 44 von einer Quelle 45 eine Ablenkspannung, die den Elektronenstrahl längs der Breite des Mediums 2 ablenkt. Die Platten 44, die eine vertikale Ablenkung hervorrufen, erhalten ein übliches horizontales Fernsehablenksignal. Wenn daher das Medium 2 in einem optischen System verwendet wird, dann muß es in vertikaler Richtung bewegt werden, damit man ein aufrechtes Bild bei der Projektion erhält.

Das horizontale Fokussiersystem 8 enthält eine Einzellinse mit zwei Gruppen 46 und 47 aus je drei vertikal verlaufenden Stäben, die auf gegenüberliegenden Seiten der Elektronenstrahlen angeordnet sind. Die äußeren Stäbe der beiden Gruppen 46 und 47 sind geerdet. Eine Quelle 48 führt dem mittleren Stab ein horizontales Fokussiersignal zu, das vorzugsweise einige Kilovolt negativ ist. Da sich das System 8 näher an dem Medium 2 befindet als das System 6, hat es eine stärkere Wirkung auf die Elektronenstrahlen. Die Strahlen fallen daher in Form eines Rechtecks auf das Medium 2 auf. Die kleinere Rechteckseite liegt dabei in der horizontalen Richtung.

Ein übliches horizontales Ablenksystem ist nicht vorgesehen. Wenn das Medium 2 ortsfest wäre, dann müßten die Strahlen horizontal abgelenkt werden, um ein flächenförmiges Raster zu erzeugen. Bei der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform wird das Medium 2 in horizontaler Richtung durch einen Motor 49 weiterbewegt. Die Weiterbewegung des Mediums 2 soll mit einer üblichen vertikalen Fern-

sehgeschwindigkeit, z. B. von 50 oder 60 Rasterlinien pro Sekunde erfolgen. Diese kontinuierliche Bewegung verhindert, daß sich die beiden Zeilengruppen eines nach dem Zeilenverfahren übertragenen Bildes auf der gleichen Rasterfläche decken. Statt dessen werden zwei getrennte Zeilenzüge erzeugt und die einander benachbarten Zeilenzüge zur Herstellung eines vollständigen Bildes im Auge des Betrachters vereinigt. Wenn die durch Zerlegung ίο des oberen Strahls erzeugte Teilstrahlengruppe über das Medium 2 abgelenkt wird, entstehen die vertikal verlaufenden Ladungslinien 9, deren Ladungsdichte der roten Farbkomponente des Fernsehbildes entspricht. Wenn die thermoplastische Oberfläche des Mediums 2 (durch nicht dargestellte Einrichtungen) verformbar gemacht wird, erzeugen die Ladungslinien, die durch eine leitende Schicht im Medium 2 angezogen werden, ein Phasenbeugungsgitter, das der roten Farbkomponente des Fernsehbildes entspricht.

In ähnlicher Weise erzeugen die Teilstrahlen, die bei der Zerlegung des unteren Strahls entstehen, die vertikal verlaufenden Ladungslinien 9, die mit den obenerwähnten Ladungslinien gemischt sind. Die Ladungsdichten entsprechen dem blauen und grünen Farbgehalt des Fernsehbildes. Wenn die thermoplastische Oberfläche des Mediums 2 auf eine Temperatur erhitzt ist, bei der das thermoplastische Material verformbar ist, dann entsteht ein Phasenbeugungsgitter, das der variablen Grundfarbe entspricht.

Beim Betrieb der Anordnung werden der Elektrode 12 nach jeder Ablenkung des Strahls Austastsignale zugeführt, die die beiden Strahlströme unterbrechen. Infolge dieses Austastsignals wird auf dem Medium 2 keine Rücklaufspur erzeugt. Da die Schaltungen zur Erzeugung dieses Austastsignals den Schaltungen bei üblichen Fernsehempfängern entsprechen, sind sie nicht dargestellt. Die vertikalen Ladungslinien 9, die durch die oberen und unteren Teilstrahlen erzeugt werden, fallen bei nicht veränderlicher Farbe in aufeinanderfolgenden Bildern zusammen, falls das Medium 2 nicht bewegt wird. Diese Koinzidenz wird dadurch erzeugt, daß die Ladungslinien 9 in derselben Richtung verlaufen, in der die Ablenkung erfolgt, nämlich in der vertikalen Richtung. Diese Koinzidenz hat bei dem dargestellten Beispiel keine besondere Bedeutung, da das lichtmodulierte Medium 2 bewegt wird. Bei einem Farbsystem mit veränderlicher Farbe und einem ortsfesten lichtmodulierenden Medium wird jedoch hierdurch die Bildung von Interferenzgittern verhindert, die zwischen Restgittern und neuen Gitterlinien entstehen können. Da Teilstrahlengruppen verwendet werden, benötigt man kein Trägerfrequenzsignal, wie es bei den früher vorgeschlagenen Systemen der Fall ist, bei denen die Abstände zwischen den Beugungsgitterlinien durch die Frequenz des hochfrequenten Trägersignals bestimmt werden. Bei der vorliegenden Anordnung werden die Abstände zwischen den Linien der verschiedenen Gitter auf dem Medium 2 durch Spannungen bestimmt, die den Drähten 17 und 18 zugeführt werden. Trägerfrequenzen werden dabei nicht verwendet.

Ein weiterer Vorteil der in F i g. 1 gezeigten Anordnung besteht darin, daß das Fokussiersystem 8 dicht vor dem Medium 2 angeordnet werden kann.

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In dieser Lage hat es die beste Wirkung, um die Elektronenstrahlen senkrecht zu den Ladungslinien 9 zu fokussieren. Die Auflösung zwischen den Ladungslinien 9 ist daher sehr gut, und es können Beugungsgitter mit kleinen Gitterabständen benutzt werden.

In F i g. 2 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der drei Beugungsgitter erzeugt werden, die den drei festen Grundfarben Rot, Grün und Blau entsprechen.

Die in Fig. 2 dargestellte Anordnung enthält ein >o Strahlerzeugungssystem 3, in dem drei Elektronenstrahlen durch einen Glühfaden 50 mit drei haarnadelförmigen Spitzen erzeugt werden. Diese Strahlen gehen durch drei Öffnungen 13, 14 und 51 einer Steuerelektrode.

Die Einrichtung 4 zur Zerlegung des Strahls enthält drei Drahtgruppen 17, 18 und 52, die über Öffnungen 19, 20 und 53 in der Anode 16 ausgespannt sind. Diese Öffnungen sind auf die öffnungen 13, 14 und 51 ausgerichtet. Drei Potentiometer 21, 54 und 55 erzeugen zur Zerlegung der Elektronenstrahlen die Drahtgruppen 17, 18 und 52 mit festen Spannungen. Diese Spannungen spalten den oberen, mittleren und unteren Strahl in je eine Teilstrahlengruppe auf. Die Teilstrahlen der drei Gruppen treffen auf das «5 lichtmodulierende Medium 2 in Abständen auf, die den Gitterabständen für das gewünschte rote, grüne und blaue Beugungsgitter entsprechen. Die Arbeitsweise ist die gleiche wie bei der in F i g. 1 beschriebenen Anordnung.

Zwei Elektroden 56 dienen zur Ausbildung des elektrischen Feldes zwischen der Drahtgruppe 52 und der Anode 16.

Die Einrichtung 5 zur Steuerung der Ladungedichte enthält auf der einen Seite des. Strahlenweges eine Ablenkplatte 33 und auf der anderen Seite drei Ablenkplatten 34, 35 und 57. Ein rotes Videosignal wird der Ablenkplatte 35 von einer Quelle 58 zugeführt und lenkt die obere Teilstrahlengruppe horizontal von der Achse des Fokussiersystems 8 in Abhängigkeit von der Amplitude des roten Videosignals weg. In ähnlicher Weise wird ein grünes Videosignal der Platte 34 von der Quelle 24 und ein blaues Videosignal der Platte 57 von der Quelle 25 zugeführt, so daß die mittlere bzw. untere Teilstrahlengruppe in Abhängigkeit von der Amplitude des grünen bzw. blauen Videosignals abgelenkt werden. Die drei vertikalen Ladungsliniengruppen 9 werden daher auf dem lichtmodulierenden Medium 2 mit Ladungsdichten erzeugt, die dem roten, grünen und blauen Farbgehalt des Fernsehbildes entsprechen. Wie oben erwähnt, sind die Abstände zwischen den Ladungslinien in jeder Gruppe gleich den Gitterabständen für das gewünschte rote, grüne und blaue Beugungsgitter.

Bei Verwendung von drei Elektronenstrahlengruppen muß ein weiterer Draht 59 in das vertikale Fokussiersystem 6 eingeführt werden, um die untere Teilstrahlengruppe auf die Systemachse hin abzulenken. Da die Drähte 59 und 41 auf dem gleichen Potential liegen, wird die mittlere Teilstrahlengruppe, die diese Drähte durchsetzt, nicht abgelenkt.

Die drei vertikal verlaufenden Ladungsliniengruppen 9 erzeugen drei Beugungsgitter, die der roten, blauen und grünen Farbkomponente des Fernsehbildes entsprechen. Diese Beugungsgitter beugen das rote, grüne und blaue Licht mit Hilfe von Blendenanordnungen in einem geeigneten optischen System.

Dieses Licht wird auf einen Projektionsschirm geworfen, auf dem es das Fernsehbild erzeugt.

In F i g. 3 ist ein System zur Erzeugung von Beugungsgittern auf einem ortsfesten, liehtmbdulierenden Medium, z. B. einem Ölfilm 60 auf einer durch» sichtigen Halterung 61, dargestellt. Die Halterung 61 hat eine leitende Oberfläche, so daß die Elektronen angezogen werden. Die Anordnung zur Bildung der Beugungsgitter kann ebenso ausgeführt sein, wie es in der F i g. 1 oder 2 gezeigt ist. Die in F i g. 3 dargestellte Anordnung enthält jedoch noch ein vertikales Ablenksystem. Um die Anpassungsfähigkeit der Erfindung zu zeigen, wird bei dieser Anordnung eine elektromagnetische Fokussierung und Ablenkung benutzt.

Zur Fokussierung ist eine Sammelspule 62 vorgesehen, die von einer Stromquelle 63 gespeist wird. Da das Medium orstfest ist, erfolgt die Ablenkung in zwei Richtungen. Dies geschieht durch einen Strom, der durch mehrere Ablenkspulen 64 fließt. Die Spulen 64 sind an eine Ablenkstromquelle 65 angeschlossen. Diese Fokussier- und Ablenkeinriehtungen können ebenso ausgebildet sein wie in üblichen Fernsehschaltungen, jedoch mit der Ausnahme, daß die Fokussierspule eine wesentlich höhere Auflösung liefern soll. Der Durehmesser des Strahlenfiecks beträgt etwa ein Zehntel des Strahlenfleeks einer Fernsehröhre.

Ein weiterer Unterschied gegenüber der Ausführungsform nach F i g. 1 und 2 besteht darin, daß der Glühfaden 10 in F i g. 3 eine linienförmige Quelle bildet, die parallel zu den Beugungslinien auf dem Medium 60 liegt. Diese linienförmige Quelle erzeugt einen größeren Strahlstrom als eine punktförmige Quelle, aber sie vermindert die Auflösung der Beugungsgitter in einer Richtung, die parallel zu der linienförmigen Quelle verläuft. Diese geringere Auflösung kann jedoch zugelassen werden, da für gleiche Bildauflösung in der horizontalen und vertikalen Richtung die Auflösung parallel zu den Beugungsgittern nicht so gut zu sein braucht wie senkrecht zu ihnen. Das heißt mit anderen Worten, daß mehrere Gitterlinien für ein Bildelement erforderlich sind. Bei einem quadratischen Bildelement muß jede Beugungslinie viel schmäler sein als ihre Länge. Wenn auch bei den Ausführungsformen nach F i g. 1 und 2 punktförmige Quellen verwendet werden, ist die Auflösung parallel zu den Gitterlinien schlechter als in der senkrechten Richtung. Dieser Unterschied in der Auflösung rührt von dem Unterschied in den Abständen gegenüber dem lichtmodulierenden Medium 2 in bezug auf das vertikale Fokussiersygtara 6 und das horizontale System 8 her. In F i g. 3 haben die beiden Fokussiersysteme die gleichen Abstände von dem Medium 2, d. h. den Abstand der Spule 62. Das Fokussiersystem erzeugt daher die gleiohe Bündelung in der horizontalen wie In der vertikalen Richtung.

In F i g. 3 ist ein optisches System dargestellt, bei dem die Beugungsgitter in dem Medium 60 weißes Licht beugen, um ein Farbbild zu erzeugen, das Punkt für Punkt dem Fernsehbild entspricht. Bei diesem optischen System erzeugt eine sehr helle Lichtquelle 66 einen Lichtstrahl, der durch ein Linsensystem 67 auf eine erste Blende geworfen wird, die undurchsichtige Stege 68 und Schlitze 69 aufweist. Die dünnen Lichtstreifen, die durch die Schlitze 69 erzeugt werden, werden durch eine Linse 70 über

Claims (5)

das lichtmodulierende Medium 60 auf undurchsichtige Stege 71 einer zweiten Blende abgebildet, wenn in dem lichtmodulierenden Medium 60 keine Beugungsgitter vorhanden sind. Wenn in dem Medium 60 Beugungsgitter mit Beugungslinien parallel zu den Schlitzen o9 vorhanden sind, beugen sie bestimmte Farben des Lichts unter einem solchen Winkel, daß die Farben durch die Schlitze 72 zwischen den Stegen 71 hindurchgehen. Dieses hindurchfallende Licht wird dann durch ein Linsensystem 73 auf einen χ ο Projektionsschirm 74 geworfen und erzeugt ein Farbbild, das den Videosignalen entspricht. Patentansprüche:

1. Verfahren zum Erzeugen von Beugungsgittern auf einem der Speicherung von farbigen Licht-, insbesondere Bildsignalen dienenden lichtmodulierenden Medium, auf das mit einem durch elektrische Signale modulierten Elektronenstrahl elektrische Ladungen in linienförmiger Anord- ao nung aufgebracht werden, dadurchgekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl in Abhängigkeit von einem elektrischen Signal (z. B. mit Hilfe einer Einrichtung 4) in eine Gruppe von Teilstrahlen aufgespalten wird, die (durch Fokussierungssysteme 6 und 8) so fokussiert werden, daß sie in der Ebene eines lichtmodulierenden Mediums (2) die Beugungsgitter bilden, und daß der Strahl (durch ein Ablenksystem 7) mindestens in einer Richtung (9) abgelenkt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die virtuellen Strahlquellen der Gruppe von Teilstrahlen nebeneinander in einer

gegebenen Richtung (in F i g. 1 horizontal) liegen, die mit der Richtung der Fokussierung übereinstimmt und senkrecht zur Ablenkrichtung des Strahls (in F i g. 1 vertikal) steht.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungsdichte der auf dem lichtmodulierenden Medium auftrefFenden, in eine Gruppe aufgespaltenen Elektronenstrahlen mittels einer Defokussierungseinrichtung (5) gesteuert wird, welche die Elektronenstrahlen in der gegebenen Richtung (in F i g. 1 horizontal) defokussiert.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenstrahlen einer Gruppe so aufgespalten werden, daß sie mit Winkeln gegeneinander konvergieren, die eine Funktion des angelegten elektrischen Signals sind, um so den Abstand der Ladungslinien beim Auftreffen auf dem Medium zu steuern.

5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, z. B. zwei oder drei Elektronenstrahlen in einer Röhre in verschiedenartige Gruppen von Teilstrahlen zur Erzeugung verschiedener Farben eines Farbbildes aufgespalten und auf dem lichtmodulierenden Medium (12) wieder vereinigt werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 729 003, 761 006, 729, 905 048, 918 824;

schweizerische Patentschrift Nr. 323 453.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1 090 710.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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