DE2147052A1 - Fernseh - bilderzeugungssystem - Google Patents

Description

• Beschreibung zur P a t e n t - A n m e l d u n g T i t e l : Fernsch - Bilderzeugungssystem Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Darstellung von Fernsehbildern in Fernsehempfängern oder ernsehUbertragung6anlagen und behandelt die Ausführung der zur Durchführung dieses Verfahrens geeigneten baulichen Mittel.
• Zur Darstellung eines Bildes im Fernsehempfänger verwendet man seit langem die aus der "Braunschen Röhre" entwickelte Fernseh-Bildröhre. Diese Rchre wird sowohl fur die Bildorzeugung im "schwar@-weiß" Gerät wie auch in Form der "Schattenmasken-Röhre" im Farbbildempfänger eingesetzt.
• Der technische Aufbau derartiger Bildröhren ist allgemein bekannt und braucht daher nicht näher beschrieben zu werden.
• Es sei lediglich auf einige N a c h t e i l e derartiger "Bilder@euger" hingewiesen, die bei der vorliegenden Erfindung vermieden werden6 1.) Die mit Bildröhren erzeugten Fernsehbilder sind hinsichtlich der technisch realisierbaren B i 1 d g r ö ß e beschr@nkt.
• 2.) Trot@ b@deutender Fortschritte in der Ablenktechnik für Elektrchenstrahlen ( 110° - Ablenkung ) sind Bildröhren retativ 1 a n g und dadurch maßgebend für die Tiefe des Empfängergehäuses.
• 3.) Bildröhren für die Oblichen Bildgrößen - 59cm bzw. 66cm Bilddi@gonale - sind relativ s c h w e r und bestimmen daher auch das Gewicht neuzeitlicher Empf@nger.
• 4.) Farbbildröhren sind k o m p 1 i z i e r t und bestimmen Wesentlich den P r e i s eines Farbbildempfängers.
• Diese verschiedenen Nachteile sind einmal durch die Notwefldigkeit begründet, einen e v a k u i e r t e n Glaskolben u schaffen der in der erforderlichen Große auf Dauer und mit großer Sicherheit den durch den atmosphärischen Durck verursachten, relativ großen Kräften standhält.
• Dieser Umstand erfordert nicht nur eine an sich unerwünechte Wölbung des Bildschirms, sondern setzt auch der Bildgröße bei einem Format von ca. 45cm x 60cm die technisch realisierbare o b e r e Grenze. Bei der Betrachtung eines Fernsehbildes in großen Räumen ist Jedoch ein wesentlich größeres Bildformat durchaus erwünscht.
• Die Gehäusetiefe eines Fernsehempfängers behindert seine Unterbringung in Schränken und Regalen; ein "flacher" Bildschirm ist daher ein besonderes Entwicklungsziel der Fernsehtechnik. Die L ä n g e fortschrittlicher Bildrohren entspricht dagegen etwa der B i 1 d h ö h e Der aufwendige Herstellungsprozess einer Farbbildröhre läßt sich nicht wesentlich vereinfachen und wird daher auch in Zukunft den Preis eines Farbfernsehempfängers entscheidend beeinflussen.
• Die vorliegende Erfindung weist alle diese Nachteile nicht auf.
• Sie geht von dem Gedanken aus, daß die Bildinformation im Auge dee Betrachters einereeite nur als Lichtstrahlung aus des sichtbaren Teil dee Spektrums verarbeitet werden kann, andererseits Jedoch die Umwandlung der der elektromagnetisehen Trägerwelle aufgeprgten Bildinformation in sichtbare Strahlung prinzipiell n i e h t mit dem punktweisen Aufau eines Fernsehbildes verbunden sein mund. Viele technische Problems lassen sich vermeiden, wenn die notwendige Umwandlung " v o r " dem eingentlichen Bildaufbau erfolgt; mit anderen Worten, w@nn das Fernsehbild nicht von einem Elektronenstrahl sondern von einem Lichtstrahl "geschrie-@@n" wird.
• Erfindungsgemäß besteht das Bilderzeugungasystem aus zwei wesentlichen Bauteilen: Einem "Lichtwandler" und einer Projektionseinrichtung". Beide Teile fUr sich wie auch ihre Kombination zu einem Bilderzeugungssystem sind Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
• ter L i c h t w a n d 1 e r wird wegen seines relativ einfachen Aufbaus grundshtzlich für den Einsatz in einem Farbbilderzeuger ausgeführt; Abb.1 verenschaulicht eine von vielen mögliche Konstruktion.
• In einer evakuierten Röhre sind - wie- im Kolbenhals einer Farb-Bildröhre - drei Elektronenstrahlsysteme mit den zur Strahlsteuerung notwendigen Elektroden untergebracht.
• Gegenüber diesen Elektronenstrahlkanonen ist ein Leuchtschirm aufgehängt, der e i II Tripel der in der Farbfernsehtechnik eingesetzten Leuchtstoffe für die drei Grundfarben Rot, Grün und Blau tragt. Die drei Leuchtstoffelemente werden jeweils von einer ihnen zugeordneten Elektronenkanone bestrahlt und dadurch zum Leuchten gebracht.
• Sie entsprechen somit einem - allerdings sehr vergrößerten teuchtstofftripel des Bildschirms einer Parb-Blldröhre.
• Da das einzige Farbtripel des Lichtwandlers die Auflösung des Fernsehbildes nicht direkt bestimmt, ist die Größe der drei Leuchtstoffelemente prinzipiell nicht beschränkt.
• Ohne die zulässige Energiedichte in den Leuchtstoffen zu berschreiten, kann allein durch die wMhlbare Größe der Leuchtstoffelemente die maximal erreichbare H e 1 1 i g -k e i t des Pernsehbildes weitgehend beeinflußt werden.
• Die Leuchtelemente können entweder von großflächigen oder sehr scharf gebündelten Elektronenstrahlen angeregt werden, sofern die Lichtausbeute dadurch wesentlich gesteigert wird. Im ersten Fall erübrigt sich ein Ablenksystem fLir die drei Elektronenstrahlen, im zweiten kann wegen den relotiv kleinen Ablenkwinkels ( C£1. 100 ) das (einfachere) elektostatische Ablenkprinzip angewendet werden.
• Das - wie ihlich a.uf dem Röhrensockel aufgebaute - Wendlerystem wird in einen zylindrischen Glaskolben eingebaut, dessen eines Fnde mit dem Röhrensockel gasdicht verbden int. Das andere Ende des Glaskolbens erhalt die Form eines Kegels, dessen äukerste Spitze abgeschnitten ist.
• Die dadurch entstehende - sehr kleine - Öffnung wird mit einem e b e n e n Fenster verschlossen. Diese Fensterflache ausgenommen, ist der Glaskolben auf der ganzen Innenfläche mit einer hochreflektierenden Schicht belegt.
• Damit ist sichergestellt, daß das von den Leuchtelementen abgestrahlte Licht die Röhre nur durch das Fenster an der Spitze des kegelförmigen Endes verlassen kann. Die Wandlerröhre wird zu einer Art "Hohlraumstrahler", die - sehr kleine - -Pensterfläche zu einer intensiven Lichtquelle, deren Lichtstärke und Farbe durch das Farbsignal des Empfängers gesteuert werden kann. Ein auf die Röhre gesetztes Linsensystem formt die auetretende Strahlung in einen Parallelstrahl von gewUnechtem Durchmesser um, mit dem Uber eine geeignete Projektionseinrichtung das farbige Fernsehbild "geschrieben" wird; vgl. Abb.1a In-einem Lichtwandler dieser Bauart wird ein Tell der primr von den Leuchtelementen erzeugten Strahlung durch die bis zum Erreichen des Austrittsfensters erfolgten Reflektionen und gegebenenfalls auch durch Interferenz verloren gehen. Mit einer zweiten Variante dieses Wandlersystems werden derartige Lichtverluste weitgehend vermieden.
• In dieser Ausführung ist an Stelle des verspiegelten Hohlkegelstumpfas mit durchlässigem Austrittsfenster das Endo des zylindrischen Röhrenkolbens mit einer "Faseroptik" verschlossen, deren Querschnitt zu ihrem Ende hin kontinuierlich bis auf einen (gewünschten) kleinen Durchmesser abnimmt; vgl. Abb.1b . Die Faseroptik bewirkt die Kon2entrierung und Ausrichtung des Lichtes der drei'in den Grundfarben strahlenden Leuchtelemente.
• Die P r o j e k t i o n s e i n r i c h t u n g besteht aus einer e b e n e n Mattglasscheibe, die als Bildfläche S dient, Auf ihr entsteht das Fernsehbild, indem mit Hilfe feststehender und bewegter Spiegelflächen das Bild der in Farbe und Stärke variierten Lichtquelle des Lichtwandlers sehr rasch i5ber die ganze Bildfläche geführt wird.
• Hinter der bildfläche ist der feststehende Hauptspiegel IT angeordnet. Um lie Tiefe der projektfonseinrichtun möglichst rering zu halten, ist es ein, einen Quadranten überstreichender, Zylinderspierel, der sich silber die ganze Breite der @ildfläche erstreckt.
• Die Schnittlinie des Zylinderspiegels ist eine P a r a b e 1 vgl. Abb.2a . Die Brennebene dieses parabolischen Zylinderspiegeis ist parallel zur Bildebene S bzw. fEllt mit ihr zusammen. In der letztgenannten Konfiguration sind aufgrund der geometrischen Gesetzmäßigkeiten der Parabel die folgenden Bedingungen erfüllt: 1.) Die größte T i e f s des Systems ist gleich der H ä 1 f t e der H ö h e der Bildfläche.
• 2.) Ein von der "Brennlinie", auf dieser senkrecht stehender, in beliebiger Richtung (00 bis 90°) ausgehende Normalstrahl illt stets s e n k r e c h t auf die Bildebene; vgl. Abb.2b 3.) Infolge einer Richtungsänderung eines Normalstrahls von 0° auf 900 durchläuft der Bildpunkt eine senkrechte Bahn auf der Bildfläche. Je nachdem, von welchem Punkt der Brennlinie der Normalstrahl ausgeht, liegt diese Bahn in der linken Hälfte, der Mitte oder der rechten Hälfte der Bildfläche.
• 4.) Infolge einer Bewegung des Normalstrahls Über die ganze Länge der Brennlinie und einer an jedem Punkt dieses Weges ausgeführten Richtungsänderung von 0° auf 90° überstreicht der Bildpunkt die ganze Bildfläche.
• Die Bedingung 4 beinhaltet die prinzipielle Lösung der Aufgabe, die von einer geeigneten Projektionseinrichtung erfüllt werden uß.
• Erfindungsgemäß wird die Bedingung 3 durch einen D r h -s p i e g e 1 BB verwirklicht, der sich über die ganze Breite der Bildfläche erstreckt und dessen Reflektionslinie mit der Trennlinie des Hauptspiegels H zusammenfällt. Der Drehspiegel SB ist aus vier parabolischen Zylinderspiegeln zusammengesetzt; vgl. Abb.3 . Wesentlicher Inhalt der vorliegenden Erfindung ist die Eigenschaft eines Drehspiegels dieser Art, in Verbindung mit dem parabolischen Hauptspiegel H bei k o n s t a n t e r Drehfrequenz fl eine notwendig konstante Bahngesohwindigkeit VB des Bildpunktes auf der Bild fläche zu erzeugen. Seine Drehrichtung wird - in mathomatisohem Sinn - p o e i t i v gewählt, damit der Bildpunkt auf der Bildfläche von o b e n nach u n t e n läuft.
• Bei einer vollen Umdrehung des Bildspiegels 8B beschreibt der Bildpunkt vier Bahnen; daraus folgt, das die Drehfrequenz t1 ein Viertel der Bildfrequenz fB sein muß.
• Für die Europäische Fernsehnorm mit 50 Halbbildern pro Sekunde ergibt sich für die Frequenz f1 der Wert 750 min-1, eine Größe, die sich leicht realisieren läßt.
• In Abb.3a ist der bisher beschriebene Teil der Projektionseinrichtung veranschaulicht. Sie zeigt im Schnitt die Bildfläche S , den Hauptspiegel H , den Bildspiegel SB sowie den Strahlengang eines parallel zur Bildebene einfallenden Normaistrahle bs ZlM Bildpunkt P . Eine Anordnung mit einem senkrecht zur @ildebene einfallenden Normalstrahli zeigt die Abb.3b . In diesem Fall muß der Drehapiegel 9 in negativer Drehrichtung notieren, damit der Bildpunkt die Bildfläche von oben nach unten überstreicht. Bei dieser Anordnung wird innerhalb des Strahlenganges eine Durchdringung vermieden.
• Die Bedingung 4 läßt sich in ähnlicher Weise realisieren.
• Hierzu wird ein zweiter parabolischer Zylinderspiegel N hier als Nebenspiegel bezeichnet, mit einer Brennweite, die der H ä 1 r t e der B i 1 d b r e i t e gleich ist, in der Einfalisebene parallel oder senkrecht zur Bildebene S angeordnet. Um die Projektionseinrichtung auf möglichst engem Raum unterzubringen, kann der Nebenapiegel auch in einem Optimalen Winkel zur Bildebene angeordnet werden. In diesem Fall schwenkt ein feststehender Umlenkapiegel SU den Bildstrahl in die gewflhlte Einfallsebene. Zur Korrektur von Abbildungsfehlern kann der Umlenkepiegel als Hohlspiegel ausgebildet oder durch eine geeignete Zylinderlinse ersetzt werden.
• Die Abb.4 verdeutlicht diese Konfiguration. Die Zylinderhöhe des Nobenspiegels N kann sehr klein sein; sie liegt in der Größenoprdnung des Bildpunktdurchmessers.
• L Brennpunkt des Nebenspiegels N wird ein zweiter Drehspiegel, der Zeilenspiegel SZ angeordnet. Die Mantelfläche des Zeilenspiegels SZ stimmt mit der des Bildspiegels SB überein; seine Höhe ist der Höhe des Nebenspiegels N gleich.
• Im Verhältni@ sum Bildspiegel S kann daher seine Masse relativ ki@in sein. Disse Möglichkeit kommt der Norwendigkeit entg@g@n, den Zeilenspiegel auf eine relativ hohe Drehfrequena 2 zu beschleunigen.
• Aus dem gleichen Grunde wie im Fall der Drefrequenz f1 ergibt sich die Drehfrequenz f2 des Zeilenspiegele zu einem Viertel der genormten 2eilenfrequenz fZ . Wegen fZ = 15625 Hz ergibt sich: f2 = 234375 min 1 Um die notwendige Antriebsenergie möglichst gering zu halten und eventuelle Ventilationsgeräusche zu vermeiden, können die Prehapiegel auch in, mit durchsichtigen Fenstern versehenen, e v 8 k u i e r t e n Gehäusen untergebracht werden.
• Damit sind alle Bauteile der Projektionseinrichtung beschrleben; anhand eines vollstandigen Stahlenganges sei ihre Funktion noch einmal erläutert.
• Der aus dem Lichtwandler austretende Blldpunktetrahl wird über den Zeilenspiegel SZ auf den Nebenspiegel N und von diesem auf den Bildspiegel SB geworfen. Bei rotierendem Zeilenspiegel lMuft der Bildpunkt auf einer Msntellinie des (zunicht stehend gedachten) Bildspiegels SB entl@ng. Er wird an ihm reflektiert und nach einer weiteren Reflektion am Hauptspiegel H auf die Bildfläche S geworfen; auf dieser wird e i n e Zeile geschrieben. Rotiert auch der Bildepisgel SB , überstreicht der Bildpunkt die ganze Bildfläche.
• Sofern die beiden Dreh frequenzen f1 und t2 sowie ihre Phasenlage eingehalten werden, entsteht dabei mit einem video-modulierten Bildpunktstrahl ein Fernsehbild.
• Ein weiterer Vorteil dieses nsuartigen Bilderzeugungssystems liegt in der Möglichkeit, ein r ä u m 1 i c h e 5 (stereoskopes) Fernsehbild aufzubauen. Zu diesem Zweck sind in der beschriebenen Projektionseinrichtung der Nebenspiegel N , der Zeilenspiegel SZ sowie der Lichtwandler Lw z w e i f a c h vorhanden. Letzteren wird zusntzlich Je ein Polarisationsfilter vorgeschaltet, das jeweils nur den vertikal- bzw. horizontalpolarisierten Anteil der Strahlung der beiden Lichtwandler durchläßt.
• Das r-;urplich zu übertragende Bild wird mit zwei Fernsehkameras aufgenommen, welche die beiden Videosignale V1 und V2 liefern.
• Diese Signale werden den beiden Lichtwandlern Lw1 und Lw2 zugeführt, die jarsus einen polarisierten Bildpunktstrahl erzeugen. @it @ilfe der erweiterten Projektionseinrichtung @nisteh@ auf der Bildfläche S ein D o p p e l b i l d, das bei @@@@chtung durch eine polarisierte Brille zu einem r@@@liche. @@@bild zusammenfließt.

Claims (12)

P a t e n t a n s p r ü c h e

1.) V e r f a h r e n zur Erzeugung von Fernsch-Bildern, dadurch gekennzeichnet, daß ein von einem Lichtwandler erzeugter, durch ein Video-Signal modulierter, Lichtstrahl sehr rasch mit Hilfe einer geeigneten Projektionseinrichtung Über eine Bildfläche geführt wird und dabei ein Bild erzeugt.

2.) V e r r a h r e n nach Anspruch 1.), dadurch gekennzeichnet, daß z w e i Lichtwandler zwei zueinander senkrecht polarisierte, durch zwei u n t e r 8 c h i e d -1 i c h e Video-Signale modulierte, Lichtstrahlen erzeugen, die mit Hilfe einer geeigneten Projektionseinrichtung sehr rasch über eine Bildfläche geführt werden und dabei zwei, sich nur wenig voneinander unterschildende Bilder erzeugen, die be Betrachtung durch eine Brille nit polarisierten Gläsern als e i n r ä u 1 1 i c h e g Bild erscheinen.

3.) V o r r i c h t u n 6 zur Durchführung des ii Anspruch 1.) angegebenen Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, daß die in einen Lichtwandler in an sich bekannter Weise aus einem Video-Signal erzeugte Licht@trahlung in den drei Grundfarben Rot, Grün und Blau in einem verspiegelten Hohlkegel gemischt, zu einer farbigen Lichtquelle konzentriert und durch eine geeignete Optik ausgerichtet wird.

4.) V o r r i c h t u n g nach Anspruch 3.), dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentrierung und Ausrichtung der Strahlung des Lichtwandlers durch eine Faseroptik erfolgt.

5.) V o r r 5 c h t u n g zur Durchführung des im Anspruch 1.) angegebenen Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, daß eine Projektionseinrichtung aus einer e b e n e n BildflFche sowie zwei feststehenden und zwei rotierenden p a r a b o 1 i s o h e n Zylinderepiegeln besteht.

6.) V o r r i c h t u n g nach Anspruch 5.), dadurch gekennzeichnet, daß die rotierenden parabolischen Zylinderspiegel der Projektionseinrichtung in, mit durchsichtigen Fenstern versehenen, e v a k u 1 e r t e n Gehäusen untergebracht werden.

7.) V o r r i o h t u n g nach Anspruch 5.), dadurch gekennzeichnet, daß zur baulichen Verkleinerung der Projektionseinrichtung ein oder mehrere feststehende Um 1 e n k s p i e g e 1 eingesetzt werden.

8.) V o r r i o h t u n g nach Anspruch 7.), dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkepiegel als konkave Zylinderspiegel oder Zylinderlinsen ausgebildet sind.

9.) V o r r i c h t u n g nach Anspruch 3.) zur Durchführung des im Anspruch 2.) angegebenen Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, daß a w e 1 Liohtwandler, deren Strahlung durch einen geeigneten Polarisator vertikal bzw. horizontal polarisiert wird, zwei v c r s ¢ h i e d e n e Video-Blgnalc in zwei farbige Lichtstrahlen umwandelt.

10.) V o r r i c h t u n g nach Anspruch 5.) zur Durchführung des im Anspruch 2.) angegebenen Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, daA eine Proektionseinrichtung aus einer e b e n e n Bildfläche sowie d r e i feststehenden und d r e i rotierenden p a r a b o -1 i s c h e n Zylinderspiegeln besteht.

11.) V o r r i c h t u n g nach Anspruch 3.) zur Durchführung der in den Ansprüchen 1.) und 2.) angegebenen Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dae die Erzeugung der farbigen, durch ein Video-Signal modulierten Lichtstrahlung mit hilfe von d r e i bzw. s e c h 8 G a a - oder F e s t k ö r p e r 1 a s e r n erfolgt.

12.) V o r r i c h t u n g nach Anspruch 5.) zur Durchführung der in den Ansprüchen 1.) und 2.) angegebenen Verfahren, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei bzw.

drei r o t i e r e n d e n Zylinderspiegel durch eine geeignete o p t o - e 1 e k t r o n i s c h e Ablenkvorrichtung ersetzt werden.