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Einrichtung zur Bildzerlegung und zum Bildaufbau für Fernsehzwecke
Gemäß der Erfindung soll zur Bildzerlegung eine Kathodenstrahlröhre verwendet werden,
bei der zwischen der Kathode, welche ein Bündel von Kathodenstrahlen erzeugt, das
durch eine Sperrvorrichtung periodisch unterbrochen wird, und den einzelnen Elementen
einer Zeile auf dem Schirm der Röhre die Laufzeit verschiedener Kathodenstrahlen
des Bündels verschieden verzögert wird, derart, daß jeweils ein Kathodenstrahl auf
die einzelnen Elemente der Zeile zeitlich nacheinander auftrifft. Bei einer Empfangseinrichtung
gemäß der Erfindung soll als Empfangsgerät eine Kathodenstrahlröhre dienen, zwischen
deren Kathode, die ein Bündel von Kathodenstrahlen erzeugt und deren Emission durch
die vom Sender übertragenen Bildimpulse gesteuert wird; und den einzelnen Bildelementen
einer Zeile auf dem Leuchtschirm der Röhre die Luftzeit-der verschiedenen Kathodenstrahlen
des Bündels verschieden stark verzögert wird', derart, daß die den zeitlich nacheinander
eintreffenden Bildhelligkeitssignalen entsprechenden Kathgdenstrahlimpulse gleichzeitig
in . einer Sperrvorrichtung erscheinen, die dann den Durchtritt der Kathoddnstrahlung
- auf den Leuchtschirm freigibt. Zwei Ausführungsformen der Erfindung, die sich
auf Kathodenstrahlbildabtaster beziehen, sind in den Abb. i und 2 der Zeichnung
veranschaulicht.
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Der Bildabtaster nach Abb, i besitzt innerhalb eines evakuierten Glasgefäßes
io eine Glühkathode i i, eine Strahlunterbrechungsvorrichtung 12, die in Form eines
Wehneltzylinders dargestellt ist, und eine Kathode 13, Innerhalb der Röhre ro sind
außerdem zwei Gitter 1q. und 15 vorhanden. Die Stäbe des Gitters 1q., deren Anzahl
den zu übertragenden Bildzeilen entsprechen, sind untereinander und mit dem einen
Ende eines Potentiometerwiderstandes 16 leitend verbunden, während-die Stäbe des
Gitters 15 mittels der Leitungen 17, 18 usw. an verschiedene Punkte des Widerstandes
16 angeschlossen sind. Der Abtasterschirm ig kann beispielsweise aus einem photoelektrischen
Mosaikschirm bestehen, wie er bei bekannten Kathodenstrahlbildabtastern vorhanden
ist. Auf diesen Schirm ig wird in der Richtung des Pfeiles 2o ein lichtoptisches
Bild des fernzuübertragenden Gegenstandes projiziert. Der Schirm ig kann -aber auch
aus einem nicht photoempfindlichen Mosaik bestehen, dem mittels einer elektronenoptischen
Linse die von einer
zusammenhängenden Photoschicht herstaninienden
Elektronen zugeleitet werden.
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Die Wirkungsweise des in Abb. i dargestellten Kathodenstrahlbildabtasters
soll im folgenden lediglich für die Abtastung einer Zeile erläutert werden. Die
Abtastung der zur Zeilenrichtung senkrecht liegenden Bildkoordinate kann dabei entweder
ebenfalls nach dein gemäß der Erfindung vorgeschlagenen Prinzip erfolgen oder auch
in der bisher üblichen Weise mittels Spulen- oder Plattenablenkung des Kathodenstrahles.
Zwischen dem Wehneltzylinder 12 und der Glühkathode i i wird eine den Kathodenstrahl
periodisch unterbrechende Spannung eingeschaltet, so daß das Kathodenstrahlbüschel,
welches aus der Anode 13 austritt und mittels der Sammelspule 21 parallel
gerichtet wird, an allen Punkten seines Querschnittes gleichzeitig durch das Gitter
1d. hindurchtritt. Da mittels des Wehneltzylinders 1.2 periodisch eine Unterbrechung
und eine Wiedereinschaltung des Kathodenstrahles bewirkt wird, kann man also von
einer Front A-B des Strahlenbüschels sprechen, die zwischen der Sammeleinrichtung
2 i und dem Gitter 1:I senkrecht zur Röhrenachse liegt und auf das Gitter 1q. zueilt.
Infolge der verschiedenen Spannung, welche die einzelnen Stäbe des Gitters 15 gegenüber
dem Gitter 14 besitzen, werden die Elektronen an verschiedenen Stellen des Strahlquerschnittes
verschieden stark beschleunigt, so daß in einigeln Abstand von dem Gitter 15 die
Front C-D des Strahlbüscheis zur Röhrenachse geneigt sein muß. Diese Strahlfront
trifft auf den Schirm i9 des Abtasters, also nicht gleichzeitig, sondern innerhalb
einer endlichen Zeitspanne auf und vermag daher die übertragung des Fernsehbildes
in derselben `'eise zu bewerkstelligen, wie dies bei den bekannten Kathodenstrahlabtastern
vermöge der Ablenkung des Abtaststrahles geschieht. Die Bildsignale, welche den
Inhalt einer Bildzeile wiedergeben, werden also bei der Einrichtung nach Abb. i
in derselben Weise zeitlich hintereinander ausgesandt wie bei einem Kathodenstrahlbildabtaster.
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Bei der in Abb.2 dargestellten Ausführungsform ist der Abtasterschirm
i9 schräg zur Röhrenachse angeordnet, und die Strahlfrolit.-1-B liegt überall senkrecht
zur Röhrenachse. Die Teile 14 bis 18 der Abb. i sind bei der Ausführungsform. nach
Abb. 2 nicht vorhanden, wohl jedoch die Teile i i bis 13 und 21. Die lichtoptische
Projektion des fernzuübertragenden Gegenstandes erfolgt bei _clieser Ausführungsforen
ebenfalls in Richtung des Pfeiles 2o.
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Die Anordnung nach Abb. a arbeitet ebenfalls in der Weise, daß die
verschiedenen Stellen einer Zeile auf dein- Schirm ig -von der Strahlfront nacheinander
getroffen werden, so daß also auch hier die Aussendung des Bildinhaltes einer Zeile
innerhalb einer gewissen Zeitspanne erfolgt, ebenso wie wenn die Bildzeile mittels
eines abgelenkten Kathodenstrahles abgetastet werden würde.
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Zwei Ausführungsformen von Empfangsvorrichtungen gemäß der Erfindung
sind in Abb. 3 und 7 dargestellt.
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Bei Abb.3 befindet sich innerhalb eines evakuierten Glasgefäßes 22
eine Glühkathode 23, ein Steuerorgan zur Beeinflussung der Intensität des Kathodenstrahles,
das als Wehneltzylinder 24 dargestellt ist, und eine Anode 25. Des weiteren sind
in der Röhre 22 noch zwei Gitter 26 und 27 vorhanden, von denen das letztere ebenso
wie das Gitter 15 in Abb. i an einen Potentiometerwiderstand 28 angeschlossen ist.
Der Schirm 29 der Röhre trägt die Fluoreszenzmasse. Die Elektronenlinse 2 1 bewirkt
ebenso wie bei Abb. i eine Parallelrichtung der aus der Anode 25 austretenden Kathodenstrahlen.
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Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung nach Abb. 3 soll zunächst
auf die Abb. 4. Bezug genommen werden, in welcher für einen besonders einfachen
Fall die Helligkeitsverteilung längs einer Bildzeile Z angegeben ist. Die Abszisse
in dieser Abbildung kann gleichzeitig als die Zeit aufgefaßt «erden, da, wie an
Hand der Abb. i und 2 erläutert, die in einerBildzeile enthaltenen Helligkeitswerte
zeitlich nacheinander fernübertragen werden. Die gesamte Länge der horizontalen
Abmessung in Abb..I entspricht also der Zeilendauer T. Die aus der Kathode 2,1 austretenden
Strahlen werden am Wehneltzylinder 24. entsprechend den fernübertragenen Helligkeitswerten
moduliert, so daß also nach dem Austritt aus der Anode 25 und nach der Parallelrichtung
der Strahlen durch die Elektronenlinse :2i die Helligkeitswerte Hl. H#. und H, innerhalb
der betrachteten Bildzeile einen Strahlenverlauf zur Folge haben, wie er in Abb.
3 finit Hl', H.' und H3 angedeutet ist. Solange am Welineltzylinder 2.1 der Helligkeitsimpuls
.TI, liegt, werden Kathodenstrahlen von einer der Höhe dieses Impulses entsprechenden
-Menge durch den Wehneltzylinder hindurchtreten. Dein Anstieg des Impulses H, in
Abb. .I entspricht also eine Strahlfront F,, die nach dem Durchtritt durch- die
Elektronenlinse 21 senkrecht zur Röhrenachse liegt. Der Länge t, des Impulses IV,
entspricht nach dein Durchtritt der Strahlen durch- die Elektronenlinse 2-i eine
zur Röhrenache parallele Strecke L1, innerhalb welcher hinter der Strahlfront F,
Elektronen vorhanden sind. Dein Abfall des Impulses H,, entspricht- eine ebeiifalis@
als Front anzusprechende, Begrenzungsfläche F,', welche
den von
Elektronen erfüllten Raum hinter der Front Fi von 'einem elektronenfreien Raum,
welcher vor der Front F2, die dem Impulsanstieg von Hz zugeordnet ist, liegt, trennt.
Sämtliche Impulsfronten liegen zunächst noch senkrecht zur Röhrenachse. Beim Durchtritt
durch die Gitteranordnung 26, 27 werden jedoch die in verschiedenen Teilen des Strahlquerschnittes
fliegenden Elektronen verschieden stark beschleunigt, so daß in einigem Abstand
von den Gittern 26; 27 die Strahlfronten zur Röhrenachse geneigt verlaufen müssen.
In der Abb. 5 ist diese Lage der Strahlfron:ten in einem gewissen Abstand von der
Gitteranordnung 26, 27 dargestellt. Die Röhrenachse ist dabei durch die Linie X-Y
angedeutet. Es ist zu erkennen, daß in dein Querschnitt U-V die Kathodenstrahlen
wieder eine Intensitätsverteilung über diesen Querschnitt besitzen, welcher der
Helligkeitsverteilung längs der in Abb.4 betrachteten Bildzeile entspricht. Es braucht
also lediglich dafür gesorgt zu werden, daß nur diejenigen Elektronen, welche in
Abb. 5 in der Nähe des Querschnittes U-V vorhanden sind, auf den Schirm gelangen
und diej enigen Elektronen, welche in Abb. 5 in größerer Entfernung von dem Querschnitt
U-V liegen, vom Schirm ferngehalten werden. Dies kann man dadurch erreichen, daß
man zwischen die Gitter 30, 3 i, welche in der Nähe des Querschnittes U-Tl anzuordnen
sind; eine mit der Zeilenfrequenz verlaufende Impulsspannung anlegt, welche die
Gitteranordnung 30, 31 innerhalb jeder Zeilendauer nur einmal kurzzeitig öffnet
und welche in der übrigen Zeit den Durchtritt der Strahlen durch die Gitter 30,
3 i verhindert. In der Abb. 6 - ist der erforderliche Verlauf der Spannung zwischen
den Gittern 30, 3 i für eine Zeilendauer T dargestellt. Vom Zeitpunkt to bis zum
Zeitpunkt t' muß zwischen den Gittern eine Sperr spannung liegen, d. h. eine Spannung,
welche gleich oder größer wie die Stimme der Anodenspannung, Spannung zwischen Kathode
23 und Anode 25, und der höchsten zwischen den Gittern 26, 27 bestehenden Spannung.
Während der Zeit t' bis t" muß die Spannung Null herrschen oder eine
die Kathodenstrahlen noch beschleunigende Spanntang, d. h. das Gitter
31 muß auf höherem positivem Potential liegen als das Gitter 3o, und vom
Zeitpunkt t" bis zum Ende der Zeile muß wieder dieselbe Spannung wie iiz der Zeit
to, t' vorhanden sein.
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Eine andere Ausführungsform der Empfangseinrichtung ist in der Abb.
7 dargestellt. Bei dieser Anordnung liegt der Leuchtschirm :j9 schräg zur Röhrenachse
und desgleichen die Gitter 30, 3 r. Im übrigen - ist die Empfangsanordnung nach
Abb. 7 in der--gleichen° Weise - aufgebaut wie die in Abb. 3 dargestellte, mit dem
einzigen Unterschiied, daß die Gitteranordnung 26, 27 fortgelassen ist. :..
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Die Anordnung- nach Abb. 7 arbeitet in der Weise, daß die Strahlfroüten-F1,
- F"',- F2 usw. über die ganze Röhrenlänge senkrecht auf der Röhrenachse stehen.
Es dürfte ohne weiteres einleuchten, daß man mit einer stets senkrecht -zur Röhrenachse
verlaufenden Strahlfront und einem schräg zur Röhrenachse liegenden Leuchtschirm
dieselbe Wirkung erzielen kann, wie sie an Hand der Abb. 3 bis 5 für schräg zur
Röhrenachse liegende Strahlironten und einem senkrecht zur Röhrenachse liegenden
Leuchtschirm erläutert ist.
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Die beschriebenen Anordnungen erfordern es, daß die Elektronen nach
dem Durchtritt durch die-Gitter i,., 15 in Abb. i bzw. 26,27 in Abb. 2 eine
gewisse Strecke durchlaufen, damit der Geschwindigkeitsunterschied über den Strahlquerschnitt,
welcher mittels dieser Gitter erzeugt wird, zu einer Neigung der Strahlfronten führen
kann. Bei der Anordnung nach Abb. 2 und ; ist aus ähnlichen Gründen eine nicht zu
kleine Neigung des Schirmes i9 bzw. :9 gegenüber der Röhrenachse einzuführen. Um
im ersteren Falle die Laufstrecke und im letzteren Falle diejenige Länge in Richtung
der Röhrenachse, über welche sich der Schirm erstreckt, nicht allzu groß wählen
zu müssen, ist ferner zweckmäßig, mit möglichst kleinen Spannungen zwischen Anode
und Kathode und gegebenenfalls zwischen den Gittern 1q., 15 und 26, 27 zu arbeiten
und die notwendige Härte der Strahlen unmittelbar vor dem Schirm i9 bzw. 29 durch
ein zusätzliches Beschleunigungsfeld herzustellen. Dieses zeitlich unveränderliche
Feld kann in der Empfangseinrichtung, beispielsweise zwischen dem Gitter 31 und
dein Leuchtschirm 29 in Abb. 3 und 7, angebracht werden. Statt dessen kann man auch
in der Sperrvorrichtung innerhalb der Zeit t' # t"
eine starke Beschleunigungsspannung
für die Kathodenstrahlen wirken lassen (statt nur der Spannung Null oder einer geringen
positiven Spannung, wie an Hand der Abb.6 besprochen). Wenn man sich für diese letztere
Art der Einführung der Beschleunigungsspannung entscheidet, kann an Stelle der beiden
Gitter 30, 3 i vor dem Leuchtschirm auch lediglich ein -einziges Gitter vor dem
Leuchtschirm verwendet werden und die Sperrspannung zwischen diesem Gitter und dem
Leuchtschirm- selbst eingefügt werden. Wesentlich für die Konstruktion der Kathodenröhre
ist, daß die Betriebsspannungen so gewählt werden können, daß zur Erzielung größerer
Differenzen in der Laufdauer der Kathodenstrahlen diese zunächst mit möglichst geringer
Geschwindigkeit die Verzögerungsgitter
passieren, um dann erst
zur Erzielung größerer Intensitätswirkung auf dem Schirm beschleunigt zu werden.