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Abtastverfahren für die Übertragung eines in der Gesamtheit seiner
Helligkeitswerte auf eine Photokathode geworfenen Bildes Beim Fernsehen wird das
Abtasten. einer, Bildfläche um so schwieriger, je größer die Zahl der in
der Sekunde abzutastenden Bildpunkte-ist. Bei Abtastgeschwindigkeiten von 5o Bildern
mit je 5oo Zeilen müssen .die optischen oder mechanischen Systeme, die für
die Verschiebung des Lichtbündels notwendig sind, außerordentlich hohe Geschwindigkeiten
erreichen, während gleichzeitig die Intensität des ausgesandten oder empfangenen
Lichtes sehr gering wird.
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Durch die Erfindung wird ein Abtastverfahren geschaffen; das rein
elektrisch isst und daher viel größere Geschwindigkeiten zu erzielen gestattet.
Erfindungsgemäß wird ,das Bild des Objekts ganz oder zeilenweise auf eine photoelektrische
Fläche geworfen, .deren Elektronenabgabe die Helligkeit der dieses Bild darstellenden
Punkte wiedergibt. Das punktweise erfolgende Abtasten wird nun nach der Erfindung
dadurch bewirkt, daß man zwischen diese Fläche und eine Sammelelektrode eine geeignet
erregte Abtastvorrichtung einführt, die nur die von einem einzigen Punkt ,ausgehenden
Elektronen hindurchgehen läßt und deren Erregung zur Herbeiführung eines dauernden
Wechsels dieses Punktes veränderlich ist. Dieses Verfahren isst sowohl zum Senden
(photoelektrische Fläche) als auch zum Empfangen (z. B. Aussitrahlungsfläche in
einer Glimmentladungsröhre) geeignet.
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Es sind bereits Röhren bekannt, in denen das auf der Pho-tokathö;de
entworfene Ladungs- bzw. Elektronenbild punktweise abgetastet wird. Bei den speichernden
Bildfängern, deren lichtempfindliche Kathoden in kleinste isolierte- Einzelelemente
unterteilt sind, erfolgt die Umformung es Elektronenbildes in übertragungsmpulse
-durch ein-en Elektronenstrahl, der von einem Kippgerät gesteuert- wird und nacheinander
alle Elemente
der Kathode überstreicht. Diese Röhre bietet Schwierigkeiten
hinsichtlich der Herstellung der Mosaikkathode, deren Einzelelemente nicht nur gegeneinander
zu isolieren sind, sondern auch die gleiche Kapazität gegenüber der gemeinsamen
Grundplatte besitzen müssen. Ferner bombardiert der Abtaststrahl, dessen Elektronen
eine verhältnismäßig große Geschwindigkeit besitzen,dieZellen der Kathode und ruft
dort Sekundäremissionserscheinungen hervor, die der Gleichmäßigkeit des Betriebes
schaden und die man nur mit Hilfe von äußeren Schaltungen kompensieren kann. Unter
der Einwirkung des Bombardements nutzt sich die Kathode ab; bei einem zufälligen
Anhalten des Strahles läuft man Gefahr, sie zu verbrennen. Nach jeder Abtastung
muß der Strahl wieder in seine Anfangsstellung zurückgebracht werden. Wem man auch
Mittel vorsieht, um ihn während des Rücklaufes abzuschwächen, so treten doch Störimpulse
auf, die man nur auf Kosten einer neuen komplizierten äußeren Schaltung unterdrücken
kann. Endlich muß man bei Benutzung eines beweglichen Kathodenstrahles in der Röhre
Mittel für seine Konzentrierung, seine Ablenkung und ,die Beschleunigung seiner
Elektronen vorsehen.
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Bei der Elektronenkamera nach F a r n s -w o r t h wird die Abtastung
unter Benutzung einer festen, mechanischen Öffmuzig,@einer Sonde, bewerkstelligt,
die zwischen der zusammen,-hängenden Kathode und der Sammelelektrode liegt. Über
diese Sonde läßt man nacheinander alle Teile des Elektronenbildes gleiten. Man benutzt
hierzu ein veränderliches magnetisches Feld. Dies bedingt eine komplizierte und
. schwierig herzustellende Elektronenoptik, denn man muß, um die übertragung nicht
zu verzerren, in der Sondenebene ein Elektronenbild erzeugen, das mix dem auf- der
Kathode gebildeten identisch ist, und das alles unabhängig von der Querablenkung
des von dieser Kathode ausgesandten Elektronenflusses-Nach der vorliegenden Erfindung
erzielt man die Abtastung des auf der Kathode entstehenden Elektronenbildes ahne
Benutzung eines beweglichen Elektronenstrahles und vermeidet so die eingangs geschilderten
Nachteile. Weiterhin kann die Kathode aus einem Stück bestehen und ist somit viel
einfacher herzustellen. Im Gegensatz zur Elektronenkamera lenkt mori den -Elektronenfluß
nicht relativ zu einer festen mechanischen Sonde ab; aus diesem Grunde kann man
auf die Elektronenlinse verzichten.
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. Die Erfindung besteht in der Einführung eines zusätzlichen elektrostatischen
Feldes zwischen-Photokathode und Anode, das mit Hilfe von Abitastspannungen derart
gesteuert wird, däß in jedem Augenblick nur die von einem einzigen Punkt der Kathode
ausgellenden Elektronen die Anode erreichen. Das ebektrIsche Feld sperrt also den
Elektronenfluß .des ganzen Bildes bis auf eine kleine Blende, die infolge geeigneter
Feldänderungen über die Bildfläche hinweggeführt wird. Dieses Verfahren wird vorzugsweise
angewendet beider zeilenmäßigen übertra;gung von Kinofilmen, denn es läßt sich in
diesem Falle unter Benutzung einer nicht allzu großem Senderöhre und einer einfachen
Konstruktion durchführen und bedingt keine .besonderen Hilfsmittel beim Bildzeichenverstärker.
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Die Zeichnung veranschaulicht die Anwendung dieses Verfahrens bei
einer .geradlinigen photoelektrischen Zelle, die z. B. zum Abtasten einer waagerechten
Linie eines kinematographischen Films dienen soll.
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Abb. i und i a zeigen schematisch das Prinzip der Anordnung der Elektroden
in der Zelle.
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Abb. z und 3 geben im Kurvenbild die Abhängigkeit der Potentiale der
verschiedenen Punkte dei-einzelnen Abtastgitter von der Zeit an und lassen die Wirkungsweise
der Anordnung nach Abb. i näher erkennen.
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Gemäß Ab:b. t sendet die Kathode i Elektronen unter dem Ein-Ruß des
reellen Bildes aus, welches die Linse a von dem fernzusehenden Objekt (in diesem
Falle dem mittels der Linse Y von einer Lichtquelle L,
vorzugsweise
bandförrnig, her durchleuchteten, von den Zähnen einer Trommel T mitgenommenen Film
F) auf der Kathode i entwirft. Zwischen der Kathode i und der beispielsweise als
Ring ausgebildeten Anode 3 liegen nach der Erfindung zwei Gitter A, B
und
C, D-. Die von der Kathode i ausgehenden Elektronen können die Sammelelektrode.
3 nur dann erreichen, wenn das Potential der in der Elektronenhahn zwischen Kathode
und Anöde liegenden Gitterteile positiv ist. Wenn irgendeines .der Gitter auf :ein
negatives Potential gebracht ist, können die Elektronen ihren Weg zur Anode nicht
fortsetzen, sondern fallen auf die Kathode zurück. Der Anodenwiderstand Z nimmt
die Bildimpulse auf.
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Die Gitter sind aus einem Widerstandsdraht= derart gebildet, daß die
verschiedenen Maschen oder Windungen, aus denen :sie bestehen, auf- unterschiedlichen
Potentialen liegen, was beispielsweise gemäß Abb. ia durch zickzackföxmige Führung
des Drahtes :erreicht werden -kann. Die Enden des Gitters A, B sind an eine Batterie
8 ;angeschlossen, die einen schwachen Strom durch diesen Widerstand schickt. Dieser
Strom bringt die verschiedenen. Teile des Gitters A, B
auf 'schrittweise
zunehmcnde@Potentiale; Die benachbarten Gitterstäbe erhalten: dadurch Spannungen,
.die: ein- wenig- verschieden sind und zwischen den -Spannungen der Giitterenden
q;,;-5 -. liegen. In, ähnlicher Weise isit das Gitter C, D@ mit einer Batterie 12
verbunden, wodurch -die benachbarten Teile dieses Gitters auf wenig -voneinander
verschiedene Potentiale ;gebracht werden, :die zwischen den Spannungen der Gitterenden
6 und 7 liegen. .. -.. -Die der Gesamtheit .einerseits des Gitters A, B und
andererseits ;des Gitters C, D erteilte Spannung wird moduliert; d. h. das Potential
,aller Teile oder Mascheneines jeden der beiden Gitter ändert sich in.
Ab-hängigkeit von der Zeit. Diese zeitlich veränderlichen Potentiale werden
von einer GleichspannungsquelleMerzeugt, die einen Kondensator l( über einen Widerstand
R auflädt. Der wechselnde Spannungsabfall an @dpiesern Widerstand wird den Gittern
aufgedrückt. Der Kondensator wird in biekanäter Weise durch eine gesteuerte Gasentladungsröhre
Th entladen, deren Gitter von der Spule S -die Syrnchronisierungshnpwlse zugeführt
werden. Eine nicht dargestellte Batterie dient dazu, die Emissionsröhre vor der
Anodengleichspannung der Gasentladungsröhre zu schützen.
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Unter diesen Umständen ist immer nur ein Punkt auf der Kathode i vorhanden,
gegenüber dem die Maschen der zwei Gitter gleichzeitig auf dem Potential Null sind.
Durch diesen Punkt :allein können !dIe du.Tch photoelektrische Wirkung erzeugten
Elektronen. entweichen und die Anode 3 Crreichen. Dieses Ahtastprinzip wird näher
verständlich auf Grund der Abb.2, in welcherdie Spannunglen als Ordinarten und dIe
verschiedenen Punkte des Gitters In Abhängigkelt von der Gitterlänge als Abszissen.
aufgetragen sind. Die Gerade 16, 17 in Abb. 2 stellt die Spannung der einzelnen
Punkte des Gitters A, B meinem gegebenen Awgeinblick und die Gerade 18, 19
die Spannung der verschiedenen Punkte des Gitters C, D im gleichen Zeitpunkt dar.
Wenn das Potential in ' dem in der Mitte dieser beiden Gitter befindlichen Punkt
in einem betrachteten Augenblick Null ist, erreichen nur die von :dem Mittelpunkt
der Kathode i ausgesandten Elektronen die Anode 3.
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Die Modulation des Gitters A, B gegenüber dem Gitter C, D erteilt
der Linie 18, i9 in Abb. 2 eine Verschiebung beispielsweise in die Lage 18', 19'
in Ab-b.3, während die Linie 16, 17 der Abb. 2 in die Lage 16', 17' in. Abb.3
übergeht. Der Schnittpunkt der beiden Potentiallinien wird dadurch versetzt. Er
verschiebt sich auf der Linie 2oderAbb. 2, der,- di;e' entspricht, auf Grund der
Änderung des. Patentals zwischen d:en beiden Gittern. Man, kann daher den .Aussenedungspunkt,
der Kathode verändern und damit die Abtastung bewirken.
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MIt Hilfe .der zur Polarisation dienenden Spannungsquellen 22 und
22' kann man die 'Spannung einerseits der Anode 3 und andererseits der beiden Gitter
A, B und CD gegenüber der Kathode i geeignet regeln. -Diese zweite Regelung bewirkt
die senkrechte - Verschiebung der Geraden 2o der Abb. 2 bzw. 2o' der Abb.3 und gestattet,
die Zeile in ihre besten Betriebsverhältnisse überzuführen.
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Das erläuterte Beispiel bezieht sich auf einen Sender, bei dem die
in einer Bildzeile liegenden Bildpunkte .eines beispielsweise mit fortlaufender
Bewegung geschalteten Filmbildes zur übertragung kommen. Das: gleiche Verfahren
ist natürlich ,auch anwendbar für die gleichzeitige Aufprojektion flächenhafter
Bilder. In diesem Fall wird man vorzugsweise ein zweites System von zwei Gittern
in die Elektronenbahn einfügen und zwei ,gesteuerte Gasentladungsröhren verwenden,
von. idenen die -eine das eine Gittersy=stem zwecks Erzielun,g einer Abttastungg
in einer Richtung (Zeile) erregt, während die andere die Erregung des zweiten Gittersystems
mit einer viel niedrigeren Frequenz (Bild) bewirkt.
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Dieses Verfahren ist auch für den Empfang anwendbar, wo es dazu dienen
kann, das Aufleuchten einer Röhre mit verdünnter Gasfüllung und mit großflächiger
Aussendekathode sowie mit einem die ganze Kathode bedeckenden Mo-dulationsgitter
hervorzurufen. Die Elektronen, die durch das Gitter modulier t sind und' die Gesamtheit
der Abtastgitter durchsetzt haben, können dann die Ionisierung eines Gases oder
das Aussenden von sekundären Elektronen .öder irgendeinen anderen optischen Vorgang
veranlassen.