DE2201037A1

DE2201037A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Wiedergabe von Fernsehbildern

Info

Publication number: DE2201037A1
Application number: DE19722201037
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dipl-Ing Dueringer
Original assignee: EIDOPHOR AG
Current assignee: EIDOPHOR AG
Priority date: 1971-01-12
Filing date: 1972-01-11
Publication date: 1972-07-27
Also published as: FR2121766B1; GB1320292A; IT946446B; FR2121766A1; CH544465A

Description

DR. F? r:^f": ·;; i'W: ^Ίι. ^{3 v} ^ ■ staPP

i-ii cc.:,.

ETD O P H O R. A.G., Glarus (Schweiz)

Case 7-7336/GTE 366/K

DEUT3CFILAND

Anv/altsakte 22 o59 "11. Januar 1972

'.Verfahren und Vorrichtung zur Wiedergabe .von Fernsehbildern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wiedergabe.von Fernsehbildern, bei welchem die Oberfläche einer Steuerschicht innerhalb eines schlierenoptischen Systems durch ein Kathodenstrahlbündel rastermässig verformt und zur Lichtsteuerung verwendet wird, wobei das Kathodenstrahlbündel durch eine von der Bildsignalspannung gesteuerte Hilfsfokussiereinrichtung moduliert wird.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art erfolgt die Modulation des Kathodenstrahlbündels durch Defokussieren von dessen Fleckgrösse. Da dieses Verfahren von der Zeilenzahl

■ es der Fernsehnorm abhängig ist, weist^Hen Nachteil auf, dass

zur Anpassung an verschiedene Fernsehnormen verschiedene

Steuerschichten oder Steuerschichtparamete.r erforderlich sind. Da ausserdem die Defokussierung im Falle eines Ueberganges von einem hellen Bild auf ein dunkles stets eine Verteilung der Ladung des Kathodenstrahlbündels auf einen grösseren Bereich der Steuerschicht bedeutet, und da dieser Bereich von angenähert kreisförmiger Gestalt ist, kann der Uebergang von hell auf dunkel nicht sprunghaft, sondern stets nur innerhalb eines relativ grossen räumlichen Intervalls erfolgen, sodass dieses Modulationsverfahren mit ~einer Kontrast- und Brillanzeinbusse verbunden ist.

Die Erfindung vermeidet diese Nachteile und ist dadurch gekennzeichnet, dass bei gleichbleibendem Rasterformat das die Steuerschicht überstreichende Kathodenstrahlbündel in der Richtung senkrecht zur Zeilenrichtung in mehrere voneinander beabstandete Teilbündel aufgeteilt und dass der gegenseitige Abstand dieser Teilbündel in Abhängigkeit von der an die Hilfsfokussiereinrichtung angelegten Bildsignalspannung verändert wird.

Damit unterscheidet sich die Erfindung grundlegend von den bekannten Modulationsverfahren, welche allesamt auf dem Prinzip der reinen Amplitudenmodulation beruhen und bei denen die Lichtsteuerung auf einer Homogenisierung der Ladungsverteilung bei gleichbleibender Deformationsperiode der Steuerschicht beruht. Beim erfindungsgemässen Verfahren wird hingegen nicht die Amplitude der Deformationspunkte auf der Steuerschicht, sondern deren gegenseitiger Abstand, zumindest in einer Richtung, also die Raumfrequenz der Steuerschichtdeformation moduliert. Raumfrequenz bedeutet

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.in Analogie zum bekannten Begriff der Frequenz den Reziprokwert des Abstandes zweier Punkte gleichen Zustandes bei periodischen Veränderungen in einer Ortkoordinate.

Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens mit einer Kathodenstrahlröhre, einem Strahlablenksystem, einer Strahlfokussiereinrichtung* einer von der Bildsignalspannung steuerbaren Hilfsfokussiereinrichtung und einer auf einem Träger ausgebreiteten Steuerschicht.

Die erfindüngsgemässe Vorrichtung ist gekennzeichnet durch eine im Strahlengang des Kathodenstrahlbündels angeordnete Aperturblende zur Aufteilung des Kathodenstrahlbündels in h Teilstrahlenbündel, wobei η eine ganze Zahl grosser als 1, vorzugsweise gleich 3 ist.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Figuren beispielsweise näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Gesamtdarstellung eines Ausführungsbeispiels der ■■· erfindungsgemässen Vorrichtung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Details von Fig. 1,

Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Funktions-

: -.-: weise der Vorrichtung von Fig. 2 ,und 2 098 3 1 /08 78

> Fig.4 und 5 zwei Varianten des Details der ' " Fig.- 2. ...

Gemäss Fig. 1 dient als Lichtquelle eine Gasentladungslampe 10 mit einem hinter der Lampe angeordneten Spiegel 12 und einer im Strahlengang vor der Lampe angeordneten Kondensorlinse 14. Das von der Lampe ausgesandte Licht fällt auf die verspiegelte Oberfläche der Barren 18 eines Spiegelbarrensystems 37 und wird von der Barrenoberfläche auf ein Steuer-. medium 19 umgelenkt, welches in dünner Schicht auf der Oberfläche eines Hohlspiegels 20 ausgebreitet ist. Eine Linse bildet dabei etwa die Ebene der Kondensorlinse 14 auf die Ebene des Bildfeldes 24 - Ebene des Steuermediums - ab. Diese bekannte Anordnung wird zur Projektion von Fernsehbil- *dern verwendet. Zu diesem Zweck befindet sich der Hohlspiegel 20 innerhalb eines Vakuumbehälters 26, in welchem ferner eine Kathodenstrahlröhre 28 mit'Ablenksystem 30 und einem Pokussier- · und Modulationssystem 33 angeordnet ist. '

-I Der Kathodenstrahl 32 überstreicht in nebeneinanderliegenden Zeilen das Bildfeld 24 und wird durch das Bildsignal so moduliert, dass auf der Oberfläche der Steuerschicht im Bildfeld eine Ladungsvertexlung entsteht/ welche ein regelmässiges Raster bildet. Die auf der Steuerschicht geschriebenen Zeilen verlaufen parallel zu den Barren 18. Das Barrensystem 37 ist im Krümmungsmittelpunkt des Hohlspiegels 20 derart angeordnet, dass die Barren 18 des Systems in sich selbst abgebildet we'rden. Das hat zur Folge, dass im Ruhezustand, also bei

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ündeformierter Oberfläche der Steuerschicht, das von der Lichtquelle kommende und durch die verspiegelten Barren auf den Hohlspiegel gerichtete Licht wieder über die verspiegelten Oberflächen der Barren zur Lichtquelle zurückgeworfen wird. Weist dagegen die Steuerschicht im Bildfeld eine defomierte Oberfläche auf, so wird das Licht in diesem Bildpunkt entsprechend der Grosse der Deformation gegenüber dem Ruhestand abgelenkt. Es fällt durch die Zwischenräume 40 zwischen den Barren 18 auf ein Projektionsobjektiv #2 und gelangt nach Umlenkung an einem Spiegel 34 auf den (verkleinert angedeuteten') Projektionsschirm 36. Das Projektionsobjektiv 42 ist so angeordnet, dass es das Bildfeld 24 auf den Schirm J>6 abbildet. Eine planparallele Glasplatte 38 dient zum ■vakuumdichten Abschluss des Gehäuses 26 gegen das Objektiv 42, Die in der Apparatur noch weiterhin erforderlichen Einrichtungen zur Drehung und Temperaturregulierung des Spiegels usw. sind der Uebersichtlichkeit der Darstellung halber fort-

. gelassen. ·

Die besondere Ausbildung des Fokussier- und Modulationssystems 33 ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung und wird im folgenden anhand der Fig. 2 bis 5 beispielsweise näher erläutert.

Fig. 2 zeigt eine detaillierte Darstellung des Fokussierund Modulationssystems y^>. Dieses besteht aus einer Aperturblendej$,aus einer Hilfsfokussiereinrichtung, darstellungsgemäss einer Quadrupöl-Linse 4, und aus einer Strahlfokussiereinheit 5· Die im Strahlengang des Elektronenstrahls 32 zwischen der Steuerschicht 19 und dem Elektronenstrahlüberkreuzungspunkt 1 (Punkt der stärksten Einschnürung des Elektronenstrahls), dem sogenannten Crossover, angeordnete 'Aperturblende 3 mit darstellungsgemäss drei über- bzw. untereinander angeordneten horizontalen Schlitzen bewirkt auf der Oberfläche

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der Steuerschicht 19 ein elektronenoptisches Schattenbild der Aperturblende. Bei einem Abbildungsverhältnis von bei~ '-spielsweise 1:1 sind die Kantenschärfen bzw. - unscharfen .; des Schattenbildes der Aperturblende 3 mit dem Durchmesser des Elektronenstrahls an der Stelle des Crossover identisch. Durch eine Aperturblende dieser Art lassen sich also innerhalb des Schattenbildes auf der Steuerschichtoberfläche drei örtlich voneinander getrennte Ladungsbilder erhalten, deren Dimensionen und Relativposition abhängig ist vom Durchmesser des Crossover, vom gegenseitigen Abstand der Blendenschlitze und vom Abbildungsverhältnis. Die Erzeugung dreier Ladungsbilder auf der Steuerschichtoberfläche anstelle eines einzigen entspricht einer Erhöhung der Raumfrequenz. Die Orientierung der Blendenöffnungen der Aperturblende 3 wird so gewählt, dass die örtlich getrennten Ladungsbilder senkrecht zur Fernsehrasterzeile angeordnet sind. Im Fall einer Elektronenstrahlablenkung parallel zur Fernsehrasterzeile werden demnach aus den Ladungsbildern örtlich voneinander getrennte Ladungslinien erzeugt, was einer Erhöhung der Zeilenzahl gleichkommt. Um zu vermeiden, dass durch Ungleichheit der Ladungsdichten dieser drei Ladungslinien unerwünschte bzw. niederfrequente Steuerschichtdefοrmationskomponenten auftreten, müssen die Ladungsdichten der drei besagten Ladungslinien identisch sein. Dies wird dadurch erreicht, dass der Durchlassquerschnitt der Blendenöffnungen der angenähert Gauss'sehen Stromverteilung innerhalb des Elektronenstrahls angepasst wird und damit Gewähr für den Durchlass von drei örtlich getrennten Elektronenstrahlbündeln mit gleicher Stromstärke bietet. Die im Strahlengang zwischen Crossover I

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und Steuerschicht 19 angebrachte elektromagnetische oder elektrostatische Strahlfokussiereinheit 5 bewirkt das Entstehen eines elektrooptischen Abbildes des Crossover auf der Steuerschicht. Wählt man beispielsweise ein Abbildungsverhältnis von 1:1, dann entsteht auf der Steuerschichtoberfläche ein massstabgetreues Abbild des Elektronenstrahl-Crossover. Die Quadrupollinse. 4 hat die gleiche Wirkung wie die Strahlfokussiereinheit 5, ihr Feld wirkt jedoch dem der Strahlfokussiereinheit entgegen. Beide Einheiten zusammen weisen eine resultierende Brennkraft auf, wobei die Brennkraft der Strahlfokussiereinheit 5 konstant und die Quadrupollinse 4 veränderlich gewählt wird. Und zwar wird an die Quadrupollinse die (veränderliche) Bildsignalspannung angelegt. Die Bildsignalspannung ist für den Fall einer Bildstelle mit minimaler Helligkeit, d.h. Schwarz, ein Maximum und für den Fall einer Bildstelle mit maximaler Helligkeit ein Minimum. Bei maximaler Bildhelligkeit - Bildsignalspannung Null wirkt die Quadrupollinse 4 nicht, es wirkt lediglich die Strahlfokussiereinheit 5, welche den von der Aperturblende in drei Teilbündel aufgeteilten Kathodenstrahl 32 so fokussiert, dass auf der Steuerschicht 19 die drei Teilbündel wiederum zu einem einzigen vereinigt erscheinen. Das Schattenbild der Aperturblende 3 erscheint also als Punkt und damit als Abbildung;»des Elektronenstrahl-Crossover 1. Bei minimaler Bildhelligkeit liegt an der Quadrupollinse -4 die maximale Bildsignalspannung und die Brennkraft der Quadrupollinse 4 ist. so weit erhöht, dass sich die Felder der Fokussiereinheit 5 und der Hilfsfokussiereinrichtung 4 zu Null ergänzen, dass also auf der Steuerschicht 19 ein Schattenbild

20983 W0&/7& s;.; :

vT

Aperturblende 3 mit dem Durchmesser D erscheint.

Im folgenden ist dieses Zusammenwirken von Aperturblende J>_f Quadrupollinse 4 und Strahlfokussiereinheit 5 formelmässig angegebenj dabei bedeuten:

A - Ebene des Elektronenstrahl-Crossover

B - Ebene der Strahlfokussiereinheit 5

C - Ebene der Steuerschicht 19

D - Durchmesser der Aperturblende 3

D - Durchmesser des Schattenbildes der s

Aperturblende in der Ebene C a - Abstand zwischen den Ebenen A und B b, - Abstand zwischen den Ebenen B und C

Weiters habe die Strahlfokussiereinheit 5, die Brennkraft ~

_χ ^FM

und die Quadrupollinse 4 die Brennkraft ~ .

" H

H bedeutet die Ebene der Crossover-Abbildung im Fall der resultierenden Brennkraft ·= - ■= und -

^FM ^FH
hj bedeutet den Abstand zwischen den Ebenen B und H.

Damit gilt:

	gilt:	^Ds	= b₂-b_x	-
	v	^b2
wobei

^FM « ^bl

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öder umgeformt:

F M

Weiters gilt: I^ 1_ _ 1 I^ oder umgeformt

^FM " ^FH ⁼ * ^b2

'2 a

F Fl

[μ hJ

Daraus folgt in die erste Beziehung eingesetzt:

If f f^

Im η ^rM

^Dp

TETTi If^ f

TTT

Im Falle des Nichtwirkens der Quadrupollinse 4 ergibt sich

und somit:

D =0

oder in Worten ausgedrückt ein, Schattenbild, welches zum

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."Punkt" und damit zur Abbildung des Elektronen st rahl-Crossover geworden ist. Wird andererseits die Brennkraft der Quadrupollinse 4 so weit erhöht, dass:

oder in Worten ausgedrückt, dass sich die Felder der Fokus· sier- und Hilfsfokussier-Vorrichtung zu Null ergänzen, so ergibt sich:

= D

oder in Worten ausgedrückt ein Schattenbild, dessen Durchmesser sich aus den höchst einfachen Gesetzmässigkeiten der Schattenbildoptik ergibt.

Aus diesen Darlegungen ist ersichtlich, dass eine Steuerung der Schattenbildgrösse in Funktion von der Brennkraft der Hilfsfokussier-Einrichtung, oder mit anderen Worten ausge-' drückt, eine Steuerung der örtlichen Trennung bzw. der Divergenz der Elektronenstrahlteilbündel in Abhängigkeit von der an die Quadrupollinse angelegten Spannung möglich ist. Wenn an die Quadrupollinse die Bildsignalspannung angelegt wird, so kann die Schattenbildgrösse bzw. die Aufteilung des Elektronenstrahlbündels in η voneinander getrennte Bündel durch die Bildsignalspannung gesteuert werden. Durch Erhöhen der Bildsignalspannung von dem dem Weisswert entsprechenden

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Wert aus erhöht sich also die Schattenbildgrösse und die Raumfrequenz steigt. Mit steigender Raumfrequenz, erhöht sich aber die Zeilenzahl und damit sinkt die Bildhelligkeit.

Fig. 3 zeigt einen vergrösserten Ausschnitt des vom Kathodenstrahlbündel überstrichenen Bildfeldes bei Anwendung der erfindungsgemässen Modulation. Die Zeilen des einen Halbbildes sind durch die Linien 50 angedeutet. Der Begriff Halbbild bedeutet, dass bei der Bilddarstellung das bekannte Verfahren des Zeilenspruhgs verwendet wird: es werden zunächst hintereinander die durch die Linien 50 angedeuteten Zeilen geschrieben und darauf die zwischen diesen liegenden. Die Abklingdauer der Aufzeichnung auf der Steuerschicht wird dabei so gewählt, dass die Bildintensität während der zum Schreiben eines Halbbildes erforderlichen Zeitspanne wieder praktisch auf Null abgefallen ist, sodass die aufeinanderfolgenden Halbbilder einander nicht beeinflussen« In Fig. 3 sind die auf der Oberfläche der Steuerschicht mit elektrischer Ladung bedeckten Teilflächen 54 schraffiert dargestellt, wobei" die Anzahl dieser Teilflächen quer zu den Zeilen in Abhängigkeit von der Bildsignalspannung schwankt. Entlang den Zeilen 51 stel-

- -des Crossover dar, ' len die mit Ladung bedeckten Zonen eine Abbildung*' dies er Fall entspricht einer Bildstelle mit maximaler Helligkeit. Entlang den Zeilen 53 nimmt die Bildhelligkeit von rechts pach links ab. Zeile 52 zeigt den Fall, dass die Bildhelligkeit im Verlauf einer Zeile steigt und sinkt. Die Uebergangsstellen zwischen den einzelnen Helligkeitsstufen können dabei stetig -* - Zeile 52 rechts - oder sprunghaft - Zeile 52 links - sein. Besonders letzteres ist ein Vorteil des et- :■

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findungsgemässen Verfahrens gegenüber allen bekannten Verfahren. ·

Die Fig. 4 und 5 zeigen zwei Ausführungsformen einer dreifach geschlitzten Aperturblende. In der Ausführungsform gemäss Fig. 4 wird die Anpassung an die Gauss'sehe Stromverteilung innerhalb des Elektronenstrahls dadurch erreicht, dass der mittlere Schlitz 2¹ schmäler ist, als die beiden äusseren Schlitze 2 und 2". In der Ausführungsform gemäss Fig. 5 sind · alle drei Schlitze gleich breit, der mittlere Schlitz 2* besteht aber aus zwei voneinander getrennten Teilschlitzen. Bei beiden Ausführungsformen ist der Durchlassquerschnitt des mittleren Schlitzes, 2' kleiner als der Durchlassquerschnitt jeder der beiden äusseren und untereinander gleichen S-chlitze 2 und 2".

Das beschriebene Verfahren bietet neben den schon angeführten Vorteilen einen weiteren wesentlichen Vorteil, der darin besteht·, dass die Speicherzeit der Steuerschicht mit steigender Raumfrequenz fällt und dass weiter die nach Ablauf einer bestimmten Halbbildzeit übriggebliebene Restdeformation der Steuerschicht ebenfalls mit steigender Raumfrequenz fällt. Somit ist durch Variation der Raumfrequenz nicht nur die Lichtintensität, sondern auch das Speicherverhalten der Steuerschicht in weitem Rahmen veränderbar. Die durch die Raumfrequenzmodulation mögliche Beeinflussung respektive Steuerung der Speicherzeit und der Restdeformation von Steuerschichten für Fernsehwiedergabesysteme ermöglicht zum

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erstenmal die Verv/endung einer Üniversalsteuerschicht, deren Spe'Icherverhalten durch einfache Steuerung an die unterschiedlichen Erfordernisse bzw. Zeilenzahlen der verschiedenen Fernsehnormen ärtpassbar ist. Als einzige Bedingung verbleibt lediglich die Voraussetzung, dass die aufgrund des Eigenverhaltens der Steuerschicht vorgegebene Speicherzeit Stets grosser sein muss als die im Betrieb erforderliche Speicherzeit, da ja die Steuerung der Speicherzeit nur in der Richtung nach kürzeren Speicherzeiten hin möglich ist.

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Claims

P RUE H E r- ■-,·..■■

Verfahren zur Wiedergabe von Fernsehbildern^ bei weichem die Oberfläche einer Steuerschicht innerhalb eines sehlierenoptischen Systems durch ein Kathödenstrahlbündel rastermässig vefformt und zur Lichtötfeüerüng verwendet wird^ wobei das Käthodönstrahibühdel durch eiiie von dex Biidsignäispannung gesteuerte HilfsfoktisBiereinrichtuhg moduliert wird, dääüteh gekefthgeiöhnet| dass bfei gleichtlöibeMöm Rasterföriftät iäs die gfeeüörscMcht überstreiöhehde Mäthödeh-StrahlbÜnäil in d§r Riehtühg sehkreöht Müir Mfeilehfiefitüiig in rtiehrere v©n§iiiänd§r fe&äbstäilitete SfeilMhdel aufgeteilt und dass Ü&£ fegenseitigS &bsfeän4 Üeser feilbundel ifi Mi= hjihgigkeit ¥©ϊι Mi äil di^ MillofoktisSieifeiiiriehtufig' angelegten Bilä§iffiäi§pähhting Veräiiä§rt wird,

Verfahreh ftäöh Misprüeh 1, dadurch gekennzeichnet| ääsö di§ Intensität des Kathödenstrahibüiidels konstant gehäit§ii wirits

Verfahren häöh Anspruch 2| daäUröh gekenrizeicihnet| dass der gegenseitige Abstand der Teilbühdel des KäthodenstrählbündSis proportiöhäi ^ür Oildaignalsp-ahriuhg verändert wird»

Verfahren iläeh Änsprüeh 3* iädü'feh gekeiülMöiehneti dass zur

Aufteilung des Kathodenstrahlbündels eine Aperturblende verwendet wird.

Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aperturblende .im Strahlengang des Kathodenstrahlbündels zwischen der Steuerschicht und dem Punkt der stärksten Einschnürung des Kathodenstrahls angeordnet wird.

6. . -- ■ ■.'■-. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Bildsignalspannung gesteuerte Hilfsfokussiereinrichtung so im Strahlengang des Kathodenstrahlbündels angeordnet wird, dass'die Abbildungsebene des Punktes der stärksten Einschnürung des Kathodenstrahls in Abhängigkeit von der angelegten Bildsignalspannung in einem Bereich zwischen der Steuerschicht und einer hinter dieser liegenden Ebene verschoben werden kann, wobei der gegenseitige Abstand der einzelnen Teilbündel des Kathodenstrahls im Falle des Zusammenfallens der Abbildungsebene, des Punktes der stärksten/Einschnürung mit der Steuerschicht gleich Null ist und mit steigender Entfernung der Abbildungsebene des Punktes der stärksten Einschnürung von der Steuerschicht zunimmt.

7. .

Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Kathodenstrahlröhre, einem Strahlablenksystem, einer Strahlfokussiereinrichtung, einer von der Bildsignal-

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spannung steuerbaren Hilfsfokussiereinrichtung und einer auf einem Träger ausgebreiteten Steuerschicht, gekennzeich-" net durch eine im Strahlengang des Kathodenstrahlbündels angeordnete Aperturblende zur Aufteilung des Kathodenstrahlbündels in η Teilstrahlenbündel, wobei η eine ganze Zahl grosser als 1, vorzugsweise gleich 3 ist.

Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die" Aperturblende in Zeilenrichtung parallel zueinander angeordnete Schlitze aufweist, wobei die Durchlassguerschnitte der einzelnen Schlitze der jeweiligen Stromdichte im Kathodenstrahlbündel am Ort der Schlitze umgekehrt proportional sind.

Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlfokussiereinrichtung durch eine elektromagnetische Linse gebildet ist.

Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsfokussiereinrichtung durch eine elektrostatische oder elektromagnetische Quadrupollinse gebildet ist.

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