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Verfahren zur Beseitigung der durch die Nachleuchtdauer bei der Bildabtastung
mittels Braunscher Röhren mit nachleuchtendem Fluoreszenzschirm bedingten Fehler
Es ist bekannt, für die Abtastung von Bildern Nipkowscheiben, Spiegelräder oder
-schrauben in Kombination mit Glimmröhren oder Braunschen Röhren zu verwenden. Von
diesen bekannten Anordnungen verdient zweifelsohne die Braunsche Röhre den Vorzug,
weil sie masselos arbeitet. Wegen der Nachleuchteträglieit der Fluoreszenzschicht
von Braunschen Röhren waren diese bisher für Sendezwecke für Bilder großer Bildpunktzahlen
(z. B. ioll Bildpunkte/Sek.) nicht zu verwenden. Trifft der Kathodenstrahl auf eine
Stelle des Fluoreszenzschirmes und erlischt dann oder wandert weiter, so leuchtet
die Fluoreszenzschirrnstelle vom Zeitpunkt des Erlöschens oder Weiterwanderns des
Strahles ab mindestens ia-5 Sek. nach. Bei einigen Fluoreszenzschirrnmaterialien
mit besonders hohem Wirkungsgrad ist die Nachleuchtezeit noch wesentlich größer.
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Bei einer Bildpunktzahl von iol/Sek. beträgt die für die Abtastung
eines Bildpunktes zur Verfügung stehende Zeit i - io-1 Sek. Die Nachleuchtezeit
eines Fluoreszenzschirnies ist also günstigstenfalls zehnmal so groß als die Abtastzeit
eines Bildpunktes. Verwendet man für die Bildabtastung eine Braunsche Röhre, deren
Schirmnachleuchtezeit io--1 Sek. beträg i t, und tastet man mit einer Geschwindigkeit
entsprechend iol Bildpunkten/Sek. ab, so leuchten zehn nebeneinanderliegende Bildpunkte
gleichzeitig nach. Das abzutastende Bild soll in 200 Zeilen zu je 200 Punkten
eingeteilt sein und innerhalb 1/2,5 Sek. (entsprechend 25 Bildern/Sek.) abgetastet
werden. Der mit i bezeichnete Bildpunkt liege links oben, der mit 2 bezeichnete
rechts neben i und die nach rechts liegenden Punkte derselben Zeile sind fortlaufend
bis zu:2oo nurneriert. Die Abb. i zeigt als Beispiel die Schwärzungsgrade der ersten
io Bildpunkte eines abzutastenden Bildes. Wird mittels einer Braunschen Röhre der
Bildpunkt i mit der Schwärzung io abgetastet, so bleibt die Photozelle unbelichtet;
es ist also auch gleichgültig, wie groß die Nachleuchtezeit des Fltioreszenzschirmteil-es
ist, der den Bildpunkt i belichtet. Wird der Bildpunkt 2, mit der Schwärzung 4 abgetastet,
so wird die Photozelle niit 6 (10 - 4) Lichteinheiten belichtet, und zwar
wegen der Schirmträgheit unvermindert auch während der Abtastung der nächsten Bildpunkte
3 bis io. Bei Abtastung des Bildpunktes 3 mit der Schwärzung i erhält
die Photozelle eine zusätzliche Belichtung von 9 (io - i) Lichteinheiten,
so daß sie insgesamt mit 15 Lichteinheiten statt mit 9 Einheiten belichtet
ist. Durch die Abtastung des Bildpunktes 4 mit der Schwärzung 3 steigt die
Gesamtbelichtung der Photozelle um weitere 7 auf 22 Einheiten usw. Bei der
Abtastung des Bildpunktes io wird also
die Photozelle nicht mit
einem Helligkeitswert belichtet, der der Helligkeit des Bildpunktes io proportional
ist, sondern mit einem Helligkeitswert der proportional der Summe der Helligkeiten
der Bildpunkte i bis io ist. Mit Hilfe einer Braunschen Röhre mW modernstem Fluoreszenzschirin
können also bisher in der Sekunde höchstens io5 Bildpunkte, das sind 4ooo Punkte/Bild
bei einer Dildwechselzahl von 25/Sek. verzerrungsfrei abgetastet werden.
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Die durch die Trägheit des Nachleuchteschirmes bei Braunschen Röhren
bedingten ,Nachteile bei der Bildabtastung werden nun dadurch behoben, daß die von
der Photozelle der Abtasteinrichtung gelieferten Bildimpulse dem Steuergitter einer
im Sperrgebiet arbeitenden Elektronenröhre zugeführt werden, deren Arbeitspunkt
unmittelbar vor Beendigung der Abtastung jedes Bildpunktes mittels in der Periode
einer Bildpunktabtastung einsetzender Spannungsstöße in das Emissionsgebiet geschoben
wird, derart, daß die am Ausgang der Elektronenröhre erhaltene und nur langsam abfallende
Spannung nach dem Einsatz eines Spannungsstoßes jeweils uni einen Betrag ansteigt,
der proportional der Spannungszunahme unmittelbar hinter der Photozelle vor Einsatz
idesselben Spannungsstoßes ist, und daß aus der von der Photozelle gelieferten Spannung
und der durch die Elektronenröhre erzeugten Spannung die der Helligkeit eines einzigen
Bildpunktes proportionale Differen7spannung gebildet wird. Eine andere Ausführungsmöglichkeit
ist die, daß für die gleichzeitige Abtastung jeweils eines Bildpunktes eines Bildes
zwei von einer oder zwei Braunschen Röhren ausgehende Lichtstrahlenbündel verwendet
werden, deren eins in Zeilenabtastrichtung doppelt so breit ist wie das andere,
und daß eine Hälfte des breiteren Lichtstrahlenbündels dem anderen schmaleren Bündel
um -eine Bildpunktbreite vorauseilt und daß jeder Strahl gesondert eine Photozelle
belichtet und von den hinter den Photozellen abfallenden Spannungen die Differenz
erzeugt wird.
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Die erstgenannte Ausführungsmöglichkeit zeigt die Abb. 3
K ist eine Braunsche Röhre, von deren Schirm ein durch den Kathodenstrahl
angeregtes Lichtstrahlenbündel ausgeht, das durch ein Filmbild 0, auf die
Photozelle F fällt. Der Abtaststrahl von K wird gemäß dem vorliegenden Zahlenbeispiel
durch Kippschwingungen von 5000 Perioden (200 Zeilen/Bild mal 25 Bildwechsel/Sek.)
abgelenkt. W, ist der äußere Widerstand zur Photozelle F, über'den die Photozelle
aus der Batterie P die Vorspannung erhält. Die Enden des Widerstandes W, werden
mit dein Gitter und der Kathode (mit letzterer über einen Widerstand G, dem
ein Blockkondensator E parallel liegt) der Röhre J verbunden. Im Anodenkreis
der Röhre J liegt ein Kondensator C, und,diesem parallel ein Ohmscher Widerstand
R. Die Röhre J erhält eine negative Vorspannung, so daß im Ruhezustand kein
Anodenstrom- fließt. An die durch das Hochfrequenzzeichen in der Abb.
3 gekennzeichneten Stelle Q werden gemäß dem vorliegenden Beispiel
iol# Spannungsstöß#e,!Sek-. gelegt, so daß am Ende der Abtastung jedes Bildpunktes
innerhalb der Periode einer Bildpunktabtastun,c, der Arbeitspunkt der Röhre
J
zur Knickstelle der Charakteristik verlegt wird. Eine beispielsweise Charakteristikform
der Röhre J mit scharfem Knick ist in Abb. 5
dargestellt.
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Trifft der Lichtstrahl. von K auf den Bildpunkt i (in Abb. i Schwärzung
io), so bleibt die Photozelle F unbelichtet, und an W, tritt kein Spannungsabfall
auf, wenn der Photozellenruhestrom unberücksichtigt bleibt. Die Kurve
A der Abb. 2 zeigt den Spannungsverlauf an W, während der Abtastung der Bildpunkte
i bis io. Die Abs7isse der Abb. 2 ist in Zahlen von i bis io eingeteilt entsprechend
den numerierten Bildpunkten i bis io der Abb. i. Die Gittervorspannung für
J,
die gleich dem Spanntingsabfall an G, ist, ist Null
(Kurve C der Abb, 2). Die Aufladespannung voll dem im Anodenkreis liegenden
Kondensator C, ist ebenfalls Null (Kurve J3 der Abb. 2), da durch die Röhre
J, wie aus der Charakteristik der Abb. 5 hervorgeht, kein Strom fließt.
Kurz vor Beendigung der Abtastung des Bildpunktes i setzt der bei Q
(Abb.
3) angeschlossene periodische Spannungsstoß ein, der einen Verlauf gemäß
Kurve D der Abb.:2 hat. Der Spannungsstoß beträgt + io Volt und bewirkt,
daß die Röhre 1 eine positive Gittervorspannung von io Volt (Kurve
C der Abb. 2) kurz vor Beendigung der Abtastung des i. Bildpunktes erhält.
Der Ar#eitspunkt der Röhre J rückt bis in den Knick der Charakteristik (Abb.
5).
Die Röhre J ist aber auch bei dieser Arbeitspunktlage noch verriegelt,
so daß die Spannungsverhältnisse an G, bzw. E, C, und
R noch die gleichen bleiben.
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Bei Abtasten des Bildpunktes 2 wird die Photozelle mit 6 Lichteinheiten
belichtet, und an W, fallen, demzufolge 6 Spannungseinheiteil äb (Kurve
A der Abb. 2). Die resultierende Gittervorspannung für J beträgt ebenfalls
6 Volt, da an E und G, keine Spannung liegt und an den Klemmen
von Q das Potential ebenfalls Null ist. Kurz vor Beendigung
der Abtastung des Punktes 2 setzt bei Q der SpannungSStOß 2 (Kurve
D der Abb. 2) von + io Volt ein, so daß die moirientane
Gesanitgittervorspannung
für J
16 Volt beträgt (C Abb. 2).. Wie aus der Charakteristik
der Abb. 5 hervorgeht, fließt durch die RöhreJ bei dieser Vorspannung ein
Strom von 5 MA, der natürlich gleich.-zeitig auch durch G, und R fließt
und an diesen Widerständen einen Spannungsabfall liervorruft, der die Kondensatoren
E und C, aufladet, und zwar beide auf - 6 Volt (Kurve B der Abb. 2).
Somit liegt am Kondensator E eine Spannung von 6 Volt, deren negative
Seite dein Gitter zugekehrt ist, während an W, durch die Belichtung des Punktes:2
eine Spannung von 6 Volt liegt, deren positive Seite dem Gitter zugekehrt
ist. Der durch den Nachleuchteeffekt bedingte Spannung'sabfall von 6 Volt
an W, wird also durch den Spannungsabfall an E kompensiert, so daß bei der
Abtastung des 3. Bildpunktes, der c) Lichteinheiten durchläßt und durch die
der Spannungsabfall an TY, um weitere 9 Volt auf 15 Volt erhöht wird, die
resultierende Gittervorspannung 15 - 6 Volt # 9 Volt beträgt (C der
Abb. 2). Kurz vor Beendigung der Abtastung des Bildpunktes 3 setzt bei Q
wieder ein Spannungsstoß von 10 Volt (3,
Kurve D, Abb. 2) ein, so daß
die momentan resultierende Gittervorspannung für J 19 Volt
beträgt (C, Abb. 2). Wie aus der Charakteristik der Abb. 5 zu ersehen
ist, fließt bei dieser kurzzeitigen Vorspannung von ig Volt ein Anodenstrom von
9 MA durch J, G, und R. .Aii G, und R entsteht dadurch ein-
erhöhter Spannungsabf all, der eine weitere Spannungsaufladung der Kondensatoren
E und C, auf 15 Volt (B, Abb. 2) verursacht. Bei der Abtastung
des Bildpunktes 4mit der Schwärzung 3
wird die Photozelle mit insgesamt 22
Lichteinheiten bc-lichtet, und zwar mit 7 Lichteinheiten durch die Abtastung
des Punktes 4, mit 9 Lichteinlieiten durch die Durchleuchtung des Punktes
3 wegen des Nachleuchteeffektes des Fluoreszenzschirmes und mit
6 Lichteinheiten durch die Durchleuchtung des Punktes:2 wegen des Nachleuchteeffektes.
Insgesamt fallen am Widerstand W, also 22 Volt ab. Zu dieser Vorspannung
liegt mit entgegengesetzten Vorzeichen die Aufladespannung von E mit 15 Volt
in Serie, so daß die resultierende Gittervorspannung für J entsprechend dem
Helligkeitswert des Punktes 4 nur 7Volt beträgt (C, Abb. :2). Die Kurve
D der Abb. 2 zeigt den Verlauf der bei Q (Abb. 2) einsetzenden Spannungsstöße,
die Kurve A
den nach jeder Bildpunktabtastung an W,
zunehmenden Spannungsabfall,
die Kurve B die nach jeder Bildpunktabtastung an E
und C, erhöhte Spannungsaufladung,
und C
stellt die für J resultierende Gittervorspannung bei Abtastung
jedes Bildpunktes- dar, die unabhängig von dein Nachleuchteil der Braunschen Röhre
proportional dein Hellig keitswert der einzelnen Bildpunkte ist, wie es auch gefordert
war. Die praktisch mögliche Abtastgeschwindigkeit ist lediglich abhängig von der
Frequenz der bei Q einsetzenden Spannungsstöße. Da man diese Frequenz beliebig
verändern kann, so kann man mit Hilfe der beschriebenen Anordnung g -auch praktisch
beliebig hohe Abtastgeschwindigkeiten erzielen, die lediglich durch die Körnung
des Fluoreszenzmaterials der Braunschen Röhre K begrenzt sind.
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Die Spannungen, die zwischen Kathode und Gitter der RöhreJ (Abb.
3) liegen (C, Abb. 2), stellen bereits die Bildinipulse in unverzerrter
Form dar, der nur die Spannungsspitzen gemäß Kurve D (Abb. i) überlagert
sind. Diese Spannungen kann man nun in bekannter We;se verstärken, modulieren und
senden, oder man kann auch die Differenz zwischen den an W, (Abb. 3) abfallenden
Spannungen und den Aufladespannungen des I,,ondensators C, oder
E, die auch gleich den Bildimpulsen sind, herstellen. Diese Differenz kann
man entweder dadurch erhalten, daß man als Gittervorspannung für eine Verstärkerröhre
N (Abb. 3) die Aufladespannung von C, verwendet, die an einen Kondensator
III über die Klemmen G.. und T herangeführt wird und dazu in Serie die an TV, abfallende
Spannung über die Klemmen U, V und über einen Kondensator L
und über die Klemmen W2, Z über einen Kondensator D, führt. Die an
TV, abfallende Spannung liegt dann gleichzeitig auch an den Enden des Widerstandes
LI. Die wirksame Steuerspannung für die Röhre N
ist dann gleich der Differenz
aus Spannung an W, und Aufladespannung an C,. Auch kann man den Verstärkungsfaktor
einer Verstärkerröhre durch die Aufladespannung an C, steuern, entweder dadurch,
daß man durch die Spannung an C, die Schirnigitterspannung oder die Gittervorspannung
einer Fadingröhre oder die Anodenspannung oder ähnliche die Verstärkung verändernde
Werte steuert. In diesem Fall kann man die an TV, entstehenden Spannungen dem Steuergitter
der Verstärkerröhre'unmittelbar zuführen.
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Parallel zu den Kondensatoren C, und E
liegen Widerstände
G, und R, die die Kondensatoren langsam entladen sollen, und zwar proportional dem
Abklingen des Nachleuchteeffektes auf dein Fluoreszenzschirm der Braunschen Röhre
K. Bei einem exponentiellen Verlauf des Abklingvorganges verwendet man für
G, und R zweckmäßig Ohmsche Widerstände, während ein geradliniger
Verlauf des Abklingvorganges die 'Verwendung von Elektronenröhren als Entladewiderstände
an Stelle von G, und R notwendig macht. Verzerrungen, die bei der
Aufladung
der Kondensatoren E und C, durch die exponentielle Aufladekennlinie auftreten,
können dadurch vermieden werden, daß die Aufladung der Kondensatoren C, und
E nicht direkt, -sondern über Widerstände oder Elektronenröhren erfolgt,
die auch eine besondere Charakteristik haben können.
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Das andere erfindungsgemäße Kompensationsprinzip ist in beispielsweiser
Ausführung in Abb. 4 dargestellt. Hierbei werden zwei Kathodenstrahloszillographen
KI
und K, verwendet. Die vom Schirm des Oszillographen KI ausgehenden Lichtstrahlen
sind mit R, bezeichnet. Da7s Lichtstrahlenbündel R, ist an der Durchtrittsstelle
durch das Bild 0, in seinem Querschnitt kongruent einer Bildpunktfläche,
R, belichtet die Photozelle F, Der vom Oszillographen K2 ausgehende Lichtstrahl
P, ist an der Durchtrittsstelle durch das Bild 0, in seinem Querschnitt doppelt
so breit wie ein Bildpunkt und ebenso hoch. Die Strahlenbreite von P, ist also doppelt
so groß wie die von R, so
daß durchPS gleichzeitig zwei nebeneinanderliegende
Bildpunkte, von RS jedoch nur ein Bildpunkt abgetastet wird. PS wirkt auf die PhotozelleF,
ein. F, und F, erhalten ihre Vorspannungen aus den Batterien K3 und L3
über
zwei Ohmsche Widerstände M3 und N3 Eine Hälfte von P, eilt dem Strahl R, um einen
Bildpunkt voraus, während die andere Hälfte von P, denselben Bildpunkt durchleuchtet,
der auch von Rs durchleuchtet wird. Beide Strahlen PS und Rs werden also synchron
abgelenkt, was in der Abb. 4 durch Parallelschaltung der Ablenkplatten angedeutet
ist. Es sollen wieder die Fluoreszenzschirrnpunkte i bis io der Oszillographen K,
und K, nachleuchten. Wird Bildpunkt i durch Rs abgetastet, so wird dieser auch gleichzeitig
durch eine Hälfte des Strahles P3 abgetastet, während die andere Hälfte von Ps zur
selben Zeit den Bildpunkt:z durchleuchtet. Die Photozelle F, wird also proportional
der Helligkeit des Bildpunktes i und die Photozelle F, proportional der Summe der
Helligkeitswerte aus den Bildpunkten i und 2 belichtet. Der Spannungsabfall an den
Widerständen JIS und N3 ist natürlich auch proportional dem Helligkeitswert
des Bildpunktes i (Spannung an N3) bzw. proportional der Summe der Helligkeitswerte
der Bildpunkte i und :2 (Spannung an M.). Er-
zeugt man aus beiden Spannungen
erfindungs gemäß die Differenzspannung, beispielsweise dadurch, daß man beide Spannungen
mit entgegengesetzten Vorzeichen in Serie legt (wie Abb. 4), dann erhält man als
resultierende eine Spannung, die dem Helligkeitswert des Bildpunktes 2 proportional
ist. Die Schirmpunkte i werden durch die doppelte Breite des phasenverschobenen
Strahles P3 bei beiden Oszillographen gleich lange belichtet, und das Nachleuchten
der Schirmpunkte i hört bei beiden Oszillographen zur selben Zeit auf. Tastet der
Strahl R, daher den Bildpunkt i i ab, so wird die Photozelle F, proportional der
Summe der Helligkeitswerte der Bildpunkte:2 bis ii belichtet, da Schirmpunkt i bereits
erloschen ist. Durch den Strahl PS
werden die Bildpunkte 2 bis 12 gleichzeitig
durchleuchtet, da Schirmpunkt i ebenfalls erloschen ist und die voreilende Hälfte
des Strahles P3 den Bildpunkt 1:2 durchleuchtet. Die Photozelle F, wird also mit
der Summe der Helligkeitswerte der Bildpunkte:2 bis 12 belichtet. Den Belichtungswerten
proportional sind die Spannungswerte an M, und NS, so daß sich als
Differenzspannung ein Wert ergibt, der dem Bildpunkt 12 hinsichtlich seiner Helligkeit
proportional ist. Man erhält in jedem Fall einen Wert, der proportional der Helligkeit
des Bildpunktes ist, der von der voreilenden Hälfte des Strahlers P, gerade abgetastet
wird. Diese Erscheinung ergibt sich unabhängig von der Geschwindigkeit des Abtastvorganges.
Den gewünschten Differenzbetrag E, aus den Ausgangsspannungen beider Photozellen
F, und F, kann man nicht nur dadurch erzielen, daß man beide Ausgangswiderstände
in Serie legt, wie es in beispielsweiser Ausführung dargestellt wurde, sondern auch
dadurch, daß man den Verstärkungsfaktor des die Ströme der einen Photozelle verstärkenden
Aggregates durch die Ausgangsspannung der anderen Photozelle steuert. Auch kann
man die Empfindlichkeit einer Photozelle durch die von der anderen Photozelle gelieferten
Spannung steuern, z. B. dadurch, daß man in die Photozelle F, ein die Photoströme
beeinflussendes Gitter einbaut und an dieses die von der Photozelle F" gelieferten
Spannungen legt, oder man steuert mit der von der PhotozelleF, gelieferten Spannung
die Vorspannung für die Photozelle F, oder umgekehrt.
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An Stelle der beiden Oszillographen KI und K#. kann auch erfindungsgemäß
ein Oszillograph mit zwei Strahlen P. verwendet werden.