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Einrichtung zur Helligkeitssteuerung in Braunschen Röhren, besonders
für Fernsehzwecke Bei der Verwendung der Braunschen Röhre als Fernsehempfänger hat
der Kathodenstrahl zwei Funktionen zu erfüllen. Einmal bewirkt er die richtige Bildpunktverteilung,
z. B. eine zeilenweise Abtastung des Bildfeldes, und zum anderen erteilt er den
einzelnen Stellen des Fluoreszenzschirmes eine dem Übertragenen Bild entsprechende
Helligkeit.
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Die bisher benutzten Verfahren zur Steuerung der Helligkeit sind im
`wesentlichen die Auslenksteuerung, die in einer Veränderung der Zahl der Elektronen
besteht unter Konstanthaltung der Elektronengeschwindigkeit; ferner die Wehneltzvlindersteuerung
und die Helligkeitssteuerung durch Anordnung eines vor dein Schirm angebrachten
Hilfsfeldes, das in Richtung des Strahles wirkt und dein die Bildimpulse überlagert
werden.
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Die `Velineltzvlindersteuerung hat den Nachteil, daß Konzentrationsänderungen
im Strahl auftreten, so daß der Bildpunkt seinen Durchmesser ständig ändert. Bei
der Geschwindigkeitssteuerung tritt der Nachteil auf, daß sehr große Spannungsdifferenzen,
und zwar solche in der Größenordnung .von einigen iooo V, erzeugt «erden müssen,
um ausreichende Helligkeitsunterschiede zu erzielen.
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Gemäß der Erfindung wird die Helligkeitssteuerung mit Hilfe Braunscher
Röhren vorgenommen, bei denen senkrecht zur Kathodenstrahlrichtung wirkende, in
Abhängigkeit von der zu übertragenden Helligkeit gesteuerte elektrische oder magnetische
Felder in unmittelbarer Nähe des Fluoreszenzschirmes angeordnet sind, durch die
der Strahl je nach der Stärke des Steuerfeldes mehr oder weniger auf Flächen gerichtet
wird, die kein wirksames Licht auszustrahlen vermögen. Diese Art der Steuerung vermeidet
die erwähnten Nachteile der anderen Steuersysteme und hat gegenüber der Auslenksteuerung
den Vorteil, daß durch die damit erzielte Verkürzung des Strahlhebelarms eine störende
Bildpunktverschiebung auf dem Fluoreszenzschirrn in Abhängigkeit von der Helligkeitssteuerung
weitgehendst verringert wird. Der Erfindungsgegenstand wird im folgenden an Hand
von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Der Fluoreszenzschirm ist nicht auf seiner gesamten Fläche zur Strahlung
befähigt, sondern mit der fluoreszierenden Substanz nur in Streifen von halber Zeilenhöhe
bedeckt, zwischen denen sich fluoreszenzfreie Zwischenräume der gleichen Höhe befinden.
Der Kathodenstrahl wird im Gegensatz zu der üblichen Ausführungsart so konzentriert,
daß sein Durchmesser beim Auftreffen auf den Fluoreszenzschirin nicht die volle,
sondern nur die halbe Zeilenhöhe besitzt. yVähxend also normalerweise der Kathodenstrahl
den Fluoreszenzschirm in voller Zeilenbreite zum
Aufleuchten bringt,
wird bei der vorliegenden Anordnung im Höchstfalle ein Streifen von halber Zeilenbreite
zur Fluoreszenz angeregt.
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Die Helligkeitssteuerung erfolgt nun derart, daß bei einem hellen
Bildpunkt der Straljl völlig in das Gebiet eines mit der Fluoreszeni,, masse bedeckten
Streifens gelenkt wird, beieinem dunklen Bildpunkt aber völlig außerhalb des fluoreszenzfähigen
Streifens verläuft. Die mittleren Bildhelligkeiten werden durch entsprechende Einstellung
des Elektronenstrahls zwischen diesen beiden Extremwerten erhalten. Bei dieser Methode
bleibt also die Leuchtdichte auf der Fluoreszenzschicht konstant, die Zeilen erscheinen
aber gewissermaßen eingeschnürt. Die Bildhelligkeitssteuerimpulse können beispielsweise
dem die Zeilenführung bewirkenden Ablenkplattenpaar zugeführt «-erden; es ist aber
zweckmäßiger, besondere Ablenksvsteme vorzusehen.
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Bei dieser Methode muß man darauf achten, daß durch geeignete Begrenzung
der Ablenksteuerspannung der Kathodenstrahl daran gehindert wird, in das Gebiet
der nächsten Zeile zu gelangen und dort unrichtige Bilderscheinungen zu verursachen.
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Man kann weiterhin zur Verhinderung der Glasfluoreszenz. die Zwischenräume
zwischen den fluoreszierenden Streifen mit einer leitenden Schicht ausfüllen. Man
kann auch das fluoreszierende Material in zusammenhängender Schicht aufbringen und
streifenweise darüber leitende Stoffe anordnen, die die Fluoreszenz verhindern.
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Es ist aber auch denkbar, die abblendende Schicht durch eine solche
zu ersetzen, die das auf dem Fluoreszenzschirm entstehende Bild in jeweils halber
Zeilenbreite unsichtbar macht.
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Man kann aber auch die leitende Schicht, beispielsweise in Form eines
Rasters aus parallel gespannten Drähten, unmittelbar vor dem Fluoreszenzschirtn
anordnen. Bei dieser Anordnung kann man unter Umständen den Nachteil der bisher
geschilderten Ausführungsformen vermeiden, daß die Bildzeilen durch dunkle Streifen
voneinander getrennt sind, und zwar auf folgende Weise: Bekanntlich besitzt bei
gasgefüllten Röhren der Kathodenstrahl längs seines Weges nicht überall den gleichen
Durchmesser, sondern zeigt Knoten und Bäuche. Wenn man jetzt den Fluoreszenzschirm
in einer Ebene anordnet, in der der Kathodenstrahl die Höhe einer vollen Zeile besitzt,
das Blendenraster aber dort, wo die Stärke des Kathodenstrahles nicht mehr ;als
die halbe Zeilenbreite beträgt, dann kann man die Zeile in voller Höhe in ihrer
Helligkeit aussteuern.
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Ein anderer Weg, um die auf dem Fluoreszenzschirm auftretenden dunklen
Streifen unsichtbar zu machen, bestände darin, daß man zwischen der Fluoreszenzschicht
und dem Beobachter lichtstreuende Mittel, z. B. in Form von Mattscheiben, anordnet.
Beispiels-";>weise könnte man die Fluoreszenzschicht auf der Blankseite einer Mattscheibe
anbringen oder auch den Röhrenkolben auf der Außenseite mattieren.
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Wenn auch sicherlich die zuvor geschilderte Anordnung des Blendenrasters
parallel zur Zeilenrichtung die einfachere ist, könnte man auch daran denken, das
Raster in beliebiger anderer, beispielsweise zur Zeile senkrechter Richtung anzubringen.
In diesem Falle müßte dann die Steuerspannung an das das Ziehen einer Zeile bewirkende
Ablenkplattenpaar angelegt werden, wobei der Elektronenstrahl in der Zeilenrichtung
mit variabler Geschwindigkeit fortschreiten würde.
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Bedingung für eine richtige Helligkeitssteuerung bei den geschilderten
Verfahren ist eine genaue Führung des Kathodenstrahles in bezug auf die Lage des
als Blende wirkenden Rasters. Man wird daher, selbst unter der Voraussetzung exakter
zeilenrichtiger Ablenkung des Kathodenstrahls, zweckmäßigerweise Maßnahmen zur Lageneinstellung
entweder des Blendengitters oder des Kathodenstrahls oder beider vorsehen, die entweder
von Hand oder automatisch in Tätigkeit gesetzt werden.
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Man kann z. B. die Grobjustierung des Blendengitters mittels von außen
wirkender Justiermagneten vornehmen.
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Als Beispiel einer automatischen Justierung des Kathodenstrahles sei
folgende Ausführungsform beschrieben: Man bringt seitlich und außerhalb des Bildfeldes
Kontaktstreifen, z. B. sägezahnartiger Form, an, auf die der Kathodenstrahl am Ende
jeder Zeile auftrifft, wobei dann je nach der Lage des Kathodenstrahls zusätzliche
Ablenkfelder in Tätigkeit gesetzt «erden, die den Kathodenstrahl in die vorgeschriebene
Lage zurückführen.
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Wirkungsvoller jedoch sind die im nachstehenden beschriebenen Anordnungen,
bei denen man von der gegenseitigen Lage von Blendenraster und Kathodenstrahl unabhängig
ist.
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Bei den bisherigen Ausführungsformen wurde der Kathodenstrahl von
vornherein auf halbe Zeilenbreite eingestellt und dann erst in seiner Lage zu den
Blendenstreifen durch die Einwirkung der die Bildpunktverteilung bewirkenden Ablenkplattenpaare
gesteuert. Man kann nun aber auch den zunächst die volle Zeilenbreite ausfüllenden
Kathodenstrahl in bezug auf seine Lage auf dem Fluoreszenzschirm steuern und die
Verringerung seines Ouerschnittes auf halbe Zeilenbreite erst unmittelbar vordem
erfindungsgemäßen Abblendungsraster bewirken, indem man beispielsweise
ein
zusätzliches Blendenraster anordnet. Dieses zweite Raster muß so angeordnet sein,
daß es, in Richtung des Kathodenstrahls gesehen, das Hauptraster genau abdeckt.
Eine solche Anordnung ist in der Abb. i in schematischer Zeichnung im Querschnitt
wiedergegeben. Das Hauptraster bestellt aus den Streifen 1, 2, 3 usw. und das die
Verringerung der Kathodenstrahlbreite bewirkende Raster aus den Streifen 1', 2',
3' usw. Die Breite der Streifen und der Zwischenräume ist gleich und beträgt jeweils
die halbe Zeilenbreite.
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Trifft nun ein Kathodenstrahl, wie er schraffiert gezeichnet wurde,
von ganzer Zeilenbreite auf das Doppelraster auf, so wird, ganz unabhängig von der
Lage des Kathodenstrahls zu den Öffnungen im vorderen Blendenraster 1', 2', 3' usw.,
immer nur die Hälfte der Elektronen hindurchgelassen. Werden die Elektronen nicht
abgelenkt, so passieren sie auch ungehindert das zweite Gitter und gelangen ungeschwächt
auf den Fluoreszenzschirin. Wird aber dem Kathodenstrahl hinter dem ersten Blendenraster
eine senkrecht zur Strahlrichtung wirkende Steuerspannung aufgedrückt, so werden
mehr und mehr Elektronen von dem zweiten Raster abgefangen. Wie man aus der Zeichnung
ohne weiteres ersehen kann, hängt die Menge der auf den Fluoreszenzschirm auftreffenden
Elektronen von der Größe des Ablenkungswinkels x, d. 1l. von der Stärke der Ablenkspannung,
ab. Die Steuerung erfolgt nur linear in dem Bereich zwsichen o° < x <
x,nlx, da bei größeren Ablenkungswinkeln der Elektronenstrahl bereits wieder zu
einem Teil durch die nächste Zeilenlücke auf den Fluoreszenzschirm gelangen kann.
Die Größe des Winkels x""" hängt von der Zeilenbreite und dem Abstand der beiden
Blendenraster gemäl3 der einfachen Formel
ab. Wie aus dem unteren Teil der Zeichnung ersichtlich ist, kann es vorkommen, daß
ein vorderer Blendenstreifen im Innern des Kathodenstrahls liegt, so daß nur die
Randteile des betreffenden Kathodenstrahls hindurchgelassen werden. In diesem Falle
tritt zwar eine Zeilenaufteilung auf dem Fluoreszenzschirm ein: die 1=Ielligkeitssteuerung
wird aber nicht beeinflußt. da auch in diesem Falle nur die Hälfte des Kathodenstrahls
voll dem ersten Raster hindurchgelassen wird und man sich die beiden Teile in einer
Blendenöffnung vereinigt denken kann.
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Der Einfachheit halber wurden in der Zeichnung die Elektronenbahnen
init geradlinigem Verlauf gezeichnet, obwohl sie in Wirklichkeit Parabelbogen darstellen.
Tatsächlich hat aber die Form der Elektronenbahnen auf die Linearität der Helligkeitssteuerung
keinen Einfluß. Diese Linearität der Helligkeitssteuerung bestellt allerdings nur
dann, wenn der Querschnitt des durch die Gitterschlitze hindurchgehenden Elektronenstrahlbüschels
ein rechteckiger ist. Da man aber im allgemeinen mit einem kreisförmigen Querschnitt
des Kathodenstrahls rechnen muß, wird die Ablenkspannungs-Helligkeitskurve eine
gekrümmte Form haben. Die Abweichungen werden allerdings keine beträchtlichen sein,
so daß man sie ohne Gefahr einer wesentlichen Verschlechterung des Fernsehbildes
vernachlässigen kann. Natürlich könnte man unter Umständen, z. B. an dem Verstärker
oder an anderen Stellen der übertragungsleitung, Mittel vorsehen, die, beispielsweise
durch entgegengesetzte Krümmung der Verstärkercharakteristik, diese Erscheinung
wieder aufheben. Da, wie bereits eingangs geschildert wurde, das Rastersystem 1',
3' zur Verkleinerung des Kathodenstrahls dient, sind hinter diesem ersten Gitter,
vonl Kathodenstrahl aus gesehen, die Steuer- und Abblendungsverhältnisse genau die
gleichen wie bei dem Beispiel mit nur einem Blendenraster, wo auch ein Strahl von
halber Zeilenbreite auf ein Raster gleicher Periode auftraf. Man kann also für das
zweite, hintere Blendenraster die gleichen Ausführungsformen wählen, wie sie für
das frühere Beispiel geschildert wurde, kann es also beispielsweise auf dem Fluoreszenzschirm
selbst anordnen.
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Die in der Abb. i geschilderte Anordnung ist nun noch mit gewissen
Nachteilen behaftet, und zwar z. B. betreffend der unter Umständen auftretenden
Zeilenaufspaltungen und betreffend der Richtungsänderung des Strahls, die besonders
bei größerem Abstand zwischen Fluoreszenzschirm und erstem Blendengitter eintritt.
Dies könnte man allerdings durch geeignete Maßnahmen kompensieren.
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Ein weiterer Nachteil besteht aber in folgendem Da man die die Helligkeitssteuerung
bewirkenden Ablenkplatten außerhalb des Blendenrasters, das nahezu die Abmessungen
des auf dem Fluoreszenzschirm erscheinenden Bildes hat, anordnen muß, beeinflussen
die verhältnismäßig starken Streufelder bereits die Bahn der Elektronen vor dein
Auftreffen auf das erste Blendenraster, und zwar entsprechend der Bildmodulation.
Auf diese Weise wird die exakte Zeilenführung gestört. Man wird daher zweckmäßigerweise
jeder Zeile ein @blenkfeld zuordnen, indem man beispielsweise den schmalen Blendenkanälen
voll halber "Zeilenbreite metallisch leitende Wände gibt. Hierbei ist darauf zu
achten, daß die Richtung
des Ablenkfeldes in jedem Kanal gleichsinnig
ist.
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Bei dieser Anordnung wirken dann aber die auf dem höheren positiven
Potential liegenden Wandflächen gleichzeitig absorbierend auf die abgelenkten Elektronen,
so daß die hinteren Blendenstreifen i, 2, 3 usw. überflüssig sind.
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Nun kann man noch einen Schritt weitergehen und auch die vorderen
Rasterstreifen i', 2', 3' usw. entfernen (vgl. Abb. a). Man erreicht hierdurch den
Vorteil, daß der Kathodenstrahl nicht mehr zu 5o°/a, sondern voll ausgenutzt wird.
Die Helligkeitssteuerung erleidet durch diese Abänderung keine Verschlechterung,
sofern man wieder den Ablenkwinkel nicht über die Größe von xmux anwachsen läßt.
In der praktischen Ausführungsform besteht das geschilderte Blendengitter aus schmalen
Streifen einer Metallfolie, z. B. einer Kupferfolie von o,oa mm Dicke, die seitlich,
d. h. außerhalb der für die Bildfeldausleuchtung nötigen Fläche, durch passend dimensionierte,
isolierende Abstandsplättchen, z. B. aus Glas, gehaltert werden. Der Anschluß der
Ablenkspannungen erfolgt derart, daß aufeinanderfolgende Streifen entgegengesetztes
Potential erhalten. Dies kann beispielsweise in der Weise erfolgen, daß die Folienstreifen
abwechselnd auf der einen und auf der anderen Seite des Blendengitters verlängert
sind und an eine Stromzuleitung angeschlossen werden.
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Der Vorteil dieser Anordnung besteht in seiner kleineren Kapazität
und in dem Fehlen von störenden Steuerfeldern. Wie bereits an früherer Stelle angegeben
wurde, müssen zwecks richtiger Abbildung die Blendendrähte bzw. Blendenstreifen,
gleichgültig, nach welchem der vorangehenden Ausführungsbeispiele sie angeordnet
sind, eine derartige Lage einnehmen, daß der Kathodenstrahl, unabhängig von seiner
Lage in bezug auf das Bildfeld, ungehindert, d. h. im ablenkungsfreien Falle, das
Blendensystem durchsetzen kann. Da man als Ausgangspunkt des Kathodenstrahls in
den meisten Fällen den Mittelpunkt des Ablenkplattensystems, welches die Zeilen
aneinanderreiht, betrachten kann, müssen die einzelnen Blendenstreifen fächerförmig
gegeneinander geneigt, und zwar mit nach dem Bildfeldrande zu sich verstärkender
Neigung, angeordnet werden. Bei dem Beispiel gemäß Abb. a kann man dies dadurch
erreichen, daß man als Abstandsplättchen Glaskeile schwacher Neigung verwendet.