DE901793C - Verfahren zur Projektion von elektrischen Aufzeichnungen, insbesondere Fernsehbildern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Projektion von Aufzeichnungen, die auf einem Schirm durch einen Kathodenstrahl in rascher Folge erzeugt werden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine Projektionseinrichtung mit besonders hohem Wirkungsgrad zu schaffen.

Es ist bekannt, innerhalb einer Kathodenstrahlröhre, in der der Strahl mit den Bildimpulsen einer Fernsehsendung moduliert ist, einen Schirm anzuordnen, der zahlreiche Rasterelemente in Form beweglicher Zungen enthält. Diese Zungen werden durch den Strahl mehr oder weniger aufgeladen, so daß sie einen der Aufladung entsprechenden Teil des Lichtstromes einer konstanten Lichtquelle hindurchlassen. Wird nun der Schirm auf eine Projektionsfläche abgebildet, so kann ein lichtstarkes, großes Fernsehempfangsbild erhalten werden.

Bei der bekannten Anordnung verlieren die Zungen innerhalb einer Bildperiode die ihnen aufgeprägte Ladung dadurch, daß sie mit der festen Unterlage durch einen Stoff von geeigneter Leitfähigkeit verbunden sind. Die Rasterelemente entladen sich dann nach einer Exponentialfunktion, so daß sich jedes Lichtventil gegen das Ende der as Bildperiode praktisch schon wieder im Ruhezustand befindet. Das erhaltene Bild ist also nicht in dem Maße durchgesteuert, wie es bei einer

innerhalb der Periode konstanten Öffnung der Lichtventile wäre.

Da ferner die Lichtventile im Ruhezustand voll geöffnet sind und durch den Strahl von Hell nach Dunkel gesteuert werden, sind die erhaltenen Bilder viel flauer als bei einer Anordnung mit normalerweise geschlossenen und erst durch den Strahl geöffneten Ventilen. Endlich besteht der Nachteil, daß die Zungen von ihrem Träger durch ίο abstoßende Kräfte fortbewegt werden sollen. Voraussetzung für eine sogenannte Abstoßung ist aber, daß in der Nähe der Zungen eine auf definiertem Potential befindliche Gegenelektrode angeordnet ist, welche die Zungen anzieht. Diese fehlt jedoch bei der bekannten Anordnung.

Diese Nachteile werden bei einem Verfahren zur Erzeugung optischer Bilder durch Projektion, bei dem mit Hilfe eines Kathodenstrahls auf einem Schirm in rascher Folge Ladungsverteilungen erzeugt werden, die das Licht der Projektionslichtquelle in eine Helligkeitsverteilung verwandeln, dadurch vermieden, daß gemäß der Erfindung die Ladungsverteilung auf isoliert angeordneten Elementen, die keine Kerrzellen sind, erzeugt und kurz vor jeder neuen Aufzeichnung durch denselben oder einen zweiten Kathodenstrahl ausgelöscht wird. Auf diese Weise wird die Lichtquelle im wesentlichen voll ausgenutzt, und es tritt keinerlei Flimmern mehr auf.

Die Lichtventile bleiben fast ununterbrochen mehr oder weniger weit geöffnet, und nur wenige von ihnen werden jeweils kurzzeitig geschlossen. Es braucht also auch bei größter Bildhelligkeit nicht mehr eine bestimmte sekundliche Mindestzahl von Bildern angehalten zu werden. Die Bildfolge braucht nur so rasch zu sein, daß Bewegungsvorgänge hinreichend verschmelzen. Hieraus ergibt sich die Möglichkeit, Fernsehsendungen mit einem bedeutend schmäleren Frequenzband als jetzt üblich zu übertragen.

Je nach Wahl der getroffenen Substanz oder auch der Strahlspannung ist es möglich, durch einen Kathodenstrahl sowohl eine Aufzeichnung zu bewirken, d. h. die Rasterelemente auf verschiedene Potentiale aufzuladen, als auch diese Aufzeichnung wieder auszulöschen, d. h. allen Elementen das gleiche Potential zu erteilen.

Die Möglichkeit der Auslöschung durch einen Kathodenstrahl beruht darauf, daß viele Stoffe bei Beschießung mit Elektronen ein Gleichgewichtspotential annehmen, unabhängig von der dort befindlichen Ladung. Dieses Gleichgewichtspotential wird durch Auslösung von Sekundärelektronen bestimmt. In dem Bereich, wo die Zahl der ausgelösten Sekundärelektronen die der Primärelektronen übersteigt, ist das Gleichgewichtspotential praktisch gleich der Voltgeschwindigkeit, mit der die Elektronen auftreffen.

Bei der Aufzeichnung wird zwar auch ein Kathodenstrahl benutzt, der bei längerer Einwirkung auf ein und denselben Punkt ein Gleichgewichtspotential erzeugen würde. Der Strahl trifft jedoch auf jeden Punkt nur während der auf jedes Bildelement entfallenden Zeit, und diese Zeit ist bei der Aufzeichnung stets kleiner als die zur Erreichung des Gleichgewichtspotential notwendige. Infolgedessen verschiebt sich das Potential jedes Rasterelements nur in Richtung auf das dem Aufzeichnungsstrahl entsprechende Gleichgewichtspotential, und zwar um einen Betrag, der der augenblicklichen Strahlstrotnstärke entspricht. Wird der Kathodenstrahl mit den Bildimpulsen einer Fernsehsendung moduliert, so ergibt sich auf dem Schirm ein Ladungsbild, welches der empfangenen, S en dung entspricht.

Die Zeichnung dient zur näheren Erläuterung der Erfindung. Die Fig. 1 und 2 stellen als Ausführungsbeispiel einige Lichtventile dar, wie sie im Bildschirm angeordnet werden; Fig. 3 zeigt, wie sich die Sekundäremission in Abhängigkeit von der Elektronengeschwindigkeit ändert, während die Fig. 4 bis 6 eine abweichende Art der Bildzusammensetzung erläutern.

In den Fig. 1 und 2 sind die Rasterelemente als bewegliche Zungen 1 ausgebildet. Sie sind z. B. in Spitzen gelagert und an isolierenden Stäben 2 aus z. B. Glas befestigt. Fig. 2 zeigt die Anordnung von der Seite. Die Elektronen treffen von rechts auf. In Strahlrichtung hinter dem Schirm befindet sich eine durchbrochene Gegenelektrode 3 aus leitenden Drähten od. dgl., welche als Träger für den ganzen Schirm dienen kann und auf bestimmtem Potential gehalten wird. Zwischen den Zungen und der Elektrode 3 treten im Betrieb anziehende elektrostatische Kräfte auf, die die Lichtventile mehr oder weniger weit öffnen. Im unerregten Zustand sind die Ventile geschlossen.

Fig. 3 zeigt die Abhängigkeit der Sekundäremission eines Metalls, wie z. B. Nickel, von der Geschwindigkeit der Elektronen. Wie aus der Kurve hervorgeht, ist die Sekundäremission bei geringen Geschwindigkeiten zunächst klein. Bei etwa 100 Volt überschreitet sie dann den Punkt »ioo^e/o«, d. h. Primärelektronen und Sekundäremission halten einander die Waage. Es wird sodann ein Maximum erreicht, bis die Kurve bei etwa 2000 Volt wieder nach unten durch die Linie »100%« hindurchgeht, um schließlich immer mehr abzusinken.

Überlegt man, welche Potentialdifferenz gegen no Kathode sich bei Beschießung mit Elektronen verschiedener Geschwindigkeit einstellen wird, so folgt, daß diese im ersten Bereich (Sekundäremission unter IOO'%) gleich Null sein muß, in dem Bereich über 100% der Elektronengeschwindigkeit entspricht und im letzten Gebiet (Sekundäremission wieder unter 100%) dem Potential des oberen ioo°/o-Punktes entsprechen, also etwa 2000Volt betragen wird.

Bei anderen Stoffen, wie z. B. Ruß, verläuft die Kurve anders, und zwar bleibt sie innerhalb des ganzen durchgemessenen Bereichs unterhalb der ioo^/o-Linie. Unabhängig von der Elektronengeschwindigkeit sucht eine mit Elektronen beschossene Rußoberfläche stets das Potential Null anzunehmen.

Aus diesen Ergebnissen folgen nun verschiedene Möglichkeiten zur Aufzeichnung und anschließenden Wiederauslöschung durch einen oder mehrere Kathodenstrahlen.

Die Verwendung eines zweiten Kathodenstrahls zur Auslöschung bietet den Vorteil, daß die bisher gebräuchlichen Ablenkfelder beibehalten werden und daß beide Strahlen die gleichen Ablenk- und Linsenfelder durchlaufen können. Der Löschstrahl

ίο erhält in diesem Fall eine konstante hohe Stromstärke. Beide Strahlen erhalten eine Geschwindigkeit von z.B. 1500VoIt₁ Die Anordnung kann so getroffen werden, daß der Aufzeichnungsstrahl in der einen Zeile auf Rußoberflächen trifft, während der Löschstrahl in der nächsten Zeile Nickeloberflächen überstreicht. In der ersteren verschieben sich die Potentiale der Rasterelemente um einen der jeweiligen Strahlstromstärke entsprechenden Betrag in Richtung Null, während in der letzteren sämtliche Elemente das Gleichgewichtspotential 1500 Volt annehmen. Hieraus ergibt sich eine Ausbildung der Zungen, wie sie in den Fig. 1 und 2 angedeutet ist. Jedes Element weist z. B. an seinem oberen Teil eine Nickeloberfläche auf, im übrigen aber eine Rußoberfläche 4. Es kann zweckmäßig sein, daß der Löschstrahl den Aufzeichnungsstrahl nicht nur eine, sondern mehrere Zeilen vorausläuft.

Die Aufzeichnung und Auslöschung durch ein und denselben Strahl kann durchgeführt werden, indem der Strahl bei jedem Hinlauf eine Zeile aufzeichnet und zugleich die nächste Zeile auslöscht. Der Strahl erhält eine Spannung von z.B. 1500 Volt und trifft gleichzeitig auf die Rußflächen der einen und die Nickelflächen der nächsten Zeile. Die Rasterelemente können genau, wie eben beschrieben, ausgebildet sein, und es treten die gleichen physikalischen Vorgänge ein. Auch die Schwierigkeit, daß der intensitätsgesteuerte Strahl beim heutigen Verfahren bis auf die Stromstärke Null heruntergesteuert wird und in diesen Zeitpunkten zur Auslöschung der nächsten Zeile ungeeignet ist, wird später noch eingegangen.

Ein anderes Verfahren, bei dem die Lichtventile genau so ausgebildet werden können, besteht darin, daß der Strahl bei jedem Rücklauf zwischen zwei Hinläufen die nächste Zeile auslöscht und damit für die neue Aufzeichnung vorbereitet. Der Strahl wird dann beim Hinlauf allein auf die Rußoberflächen der einen beim Rücklauf allein auf die Nickelflächen der nächsten Zeile gerichtet. Er erhält beim Rücklauf, der etwa 10% der Hinlaufzeit beträgt, eine konstante, möglichst hohe Stromstärke, damit trotz der kürzeren Zeit alle Rasterelemente auf das Normalpotential gebracht werden.

Die erwähnten Verfahren können auch umgekehrt werden, so daß also der Aufzeichnungsstrahl auf die Nickel- und der Löschstrahl auf die Rußflächen trifft. Statt einer Nickel- und einer Rußfläche

6u können auch zwei Metalle, z.B. Ni, Cu,-Ag, Al, kombiniert werden, wenn nur ihre Gleichgewichtspotentiale verschieden sind. Wenn beide Metalle in gewissen Bereichen eine Sekundäremission von mehr als 100% aufweisen, so wird die Strahlspannung zweckmäßig so gewählt, daß sie bei dem einen Metall in den Bereich der größten Sekundäremission fällt, bei dem anderen Metall aber in den Bereich, wo die Sekundäremission bereits wieder unter 100% abgesunken ist.

Statt den Aufzeichnungs- und den Löschstrahl mit gleicher Geschwindigkeit auf verschiedene Substanzen zu richten, kann auch mit gleichen Substanzen gearbeitet werden, wenn dem Aufzeichnungs- und dem Löschstrahl verschiedene Geschwindigkeiten erteilt werden. Die Auslöschung kann dann beim Rücklauf erfolgen. Der Strahl erhält z. B. während des Rücklaufs eine Geschwindigkeit von 1000 Volt und eine möglichst hohe Stromstärke, beim Hinlauf für die Aufzeichnung aber eine andere Geschwindigkeit, z. B. 2000 Volt. Die aus einheitlichem Material bestehenden Rasterelemente werden beim Rücklauf alle auf das Gleichgewichtspotential 1000 Volt gebracht, während sich beim Hinlauf ihr Potential um einen der Strahlstromstärke entsprechenden Betrag in Richtung des dem Aufzeichnungsstrahl entsprechenden Gleichgewichtspotentials 2000 Volt verschiebt. Voraussetzung dabei ist, daß mindestens bei einem der Vorgänge mehr als 100% Sekundärelektronen ausgelöst werden.

Die Auslöschung durch den Rücklauf wird im allgemeinen eine besondere Ausbildung der Zeilenablenkfelder erfordern, da bei den bisher gebräuchlichen Kippschaltungen der Rücklauf keineswegs streng linear erfolgte. Dies war kein Nachteil, solange nur der Hinlauf ausgenutzt wurde. Im vorliegenden Fall aber werden die Kippgeräte zweckmäßig so ausgebildet, daß nicht nur der Hinlauf, sondern auch der Rücklauf streng proportional der Zeit sind. Weiter ist es zweckmäßig, auch die Bildablenkfelder gegenüber dem bisherigen Verfahren abzuändern, und zwar so, daß der Rücklauf nach jeder Zeile möglichst genau parallel zwischen die aufgezeichnete und die nächste oder auch genau auf die nächste Zeile fällt. Bisher spielte sich der Rücklauf in einer mehr oder weniger unregelmäßigen Kurve, bestenfalls einer Diagonale zwischen zwei Zeilen ab. In den Fig. 4 bis 6 sind das bisherige (Fig. 4) und die obengenannten Verfahren schematisch gegenübergestellt, und zwar ist der Hinlauf stets ausgezogen, der Rücklauf dagegen gestrichelt dargestellt.

Um den Rücklauf auf die nächste Zeile zu verlegen (Fig. 5), werden den Bildablenkfeldern mit Zeilenfrequenz wiederkehrende Impulse überlagert, deren Amplitude dem Zeilenabstand und deren Dauer derjenigen des Zeilenrücklaufs entspricht. Die Impulse erhalten eine möglichst steile Front, an die sich ein gleichmäßiger, weniger steiler Abfall anschließt. Soll der Rücklauf parallel zwischen die aufgezeichnete und die nächste Zeile fallen (Fig. 6), so müssen Impulse verwendet werden, die etwa einer Schwingung mit einer dem halben Zeilenabstand entsprechenden Amplitude gleichen. In beiden Fällen werden die Impulse zweckmäßig in einer gesonderten Schaltung erzeugt und einem

zweiten in Richtung der Bildablenkung wirkenden Ablenksystem zugeführt.

Wird ein Kathodenstrahl auf zwei verschiedene, jedoch leitend verbundene Flächen gerichtet, so wird eine Sekundäremission erhalten, die zum Teil durch die eine zum anderen Teil durch die andere Oberfläche bestimmt ist. Dieser Fall tritt ein, wenn der Strahl einmal infolge schlechter Fokussierung über den Rand der getroffenen Fläche auf die ίο benachbarte Fläche einer anderen Substanz übergreift. Dies kann z. B. bei den erhöhten Stromstärken während der Auslöschung geschehen. Solange der getroffene Anteil der Nachbarfläche nicht so groß ist, daß die Gesamtsekundäremission größer oder gleich ioo°/o bzw. kleiner oder gleich ioo⁰/o wird, stört diese Erscheinung nicht. Weiter ergibt sich hieraus die Möglichkeit, Elektroden mit willkürlicher und gegebenenfalls regelbarer Sekundäremission herzustellen. Durch Verschiebung des Strahls über die Trennlinie zwischen den beiden Oberflächen läßt sich jedes Sekundäremissionsvermögen zwischen den beiden den reinen Oberflächen entsprechenden Grenzwerten erzielen. Es ist bekannt, daß bei einem Instrument, welches einen festen und einen beweglichen Teil enthält, zwischen denen elektrostatische Kräfte bestehen, zunächst eine ungefähr quadratische Abhängigkeit des Ausschlags von der angelegten Spannung besteht. Ähnliche Verhältnisse liegen auch zwischen den beweglichen Rasterelementen und der Gegenelektrode 3 der Fig. 2 vor. Hierdurch könnte eine Verzerrung der Helligkeitsabstufung bei der Bildwiedergabe entstehen. Es ist daher zweckmäßig, die Aussteuerung in einem anderen Bereich vorzunehmen und den Rasterelementen eine gewisse Vorablenkung zu erteilen. Bei geeigneter Ausbildung der Lichtventile tritt dennoch im unerregten Zustand vollständige Lichtsperrung ein. Die in Fig. 2 dargestellte Auslenkung möge dem unerregten Normalzustand, also wie er durch den Löschstrahl hervorgerufen wird, entsprechen. Es ist ersichtlich, daß trotz der Auslenkung kein senkrecht zur Schirmfläche einfallendes Licht durch die Ventile treten kann. Die Vorablenkung kann durch Schrägstellung des Schirms gegen die Vertikale oder dadurch erreicht werden, daß der Elektrode 3 ein Potential erteilt wird, welches über der höchsten Spannung liegt, auf die die Rasterelemente durch den Strahl aufgeladen werden können. Der Löschstrahl wird in diesem Fall z. B. auf eine Nickeloberfläche gerichtet und der Elektrode 3 ein Potential von 2500 Volt erteilt. Der Strahl trifft dann mit einer Geschwindigkeit auf, die dem obersten Bereich der Kurve der Fig. 3 entspricht, in dem also die Sekundäremission wieder unter ioo°/o abgesunken ist. Wie bereits erwähnt, stellt sich in diesem Bereich das Potential der getroffenen Elemente unabhängig von der Strahlspannung auf etwa 2000 Volt ein. Es besteht also von vornherein eine Spannung von 500 Volt zwischen den Elementen und der Gegenelektrode. Die quadratische Abhängigkeit des Ausschlags von der Spannung ist andererseits günstig, wenn nämlich die Aufzeichnung und die Auslöschung durch ein und denselben Strahl beim Hinlauf vorgenommen werden sollen. Wird nämlich ein Strahl verwendet, der nicht bis auf Null durchgesteuert ist, sondern stets einen gewissen Mindeststrom besitzt, so wird dieser Mindeststrom praktisch noch keinen Ausschlag der Rasterelemente bewirken, andererseits aber zur Auslöschung der nächsten Zeile hinreichen.

Zur Vermeidung von Resonanzschwingungen der Zungen muß ihre Eigenfrequenz klein gegen die Biildfrequenz gewählt werden. Normalerweise werden die Zungen eine geringe Trägheit besitzen. Dies ist günstig, da die Ventile sich bei der Auslösehung dann nicht mehr vollständig schließen, sondern unmittelbar in die der nächsten Aufzeichnung entsprechende neue Lage übergehen.

Die Erfindung ist natürlich nicht auf einen Schirm beschränkt, bei dem durch mechanische Bewegung von Rasterelementen eine Änderung der Lichtdurchlässigkeit bewirkt wird. Sie ist ebensogut bei allen anderen Schirmen anwendbar, bei denen eine Aufzeichnung durch einen Kathodenstrahl wieder ausgelöscht werden kann, z.B. bei solchen, bei denen das Reflexionsvermögen geändert wird.

Claims (17)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung optischer Bilder durch Projektion, bei dem mit Hilfe eines Kathodenstrahls auf einem Schirm in rascher Folge Ladungsverteilungen erzeugt werden, die das Licht der ProjektionslichtqueUe in eine Helligkeitsverteilung verwandeln, insbesondere zur Projektion von Fernsehbildern, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungsverteilung auf isoliert angeordneten Elementen, die keine Kerrzellen sind, erzeugt und kurz vor jeder neuen Aufzeichnung durch denselben oder einen zweiten Kathodenstrahl ausgelöscht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstärke des Löschstrahls ein Mehrfaches derjenigen des Aufzeichnungsstrahls beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Aufzeichnung be- no wirkende, gegebenenfalls intensitätsgesteuerte Strahl gleiche Geschwindigkeit wie der Löschstrahl besitzt, jedoch auf ein Material mit anderer Sekundäremission auftrifft.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufzeichnungs- und der Löschstrahl verschiedene Geschwindigkeiten besitzen, jedoch auf das gleiche Material auftreffen, und daß mindestens bei einem der beiden Vorgänge mehr als 100% Sekundär- iao elektronen ausgelöst werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein und derselbe Strahl abwechselnd aufzeichnet und auslöscht.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein und derselbe Strahl bei

der Aufzeichnung jeder Zeile zugleich die nächste Zeile auslöscht.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rücklauf nach jeder Zeile zur Auslöschung benutzt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Zeilenablenksystem zugeführten sägezahnförmigen Spannungen oder Ströme einen streng linearen Rücklauf aufweisen.

9. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3 mit verschiedenen Strahlen zur Aufzeichnung und Auslöschung, dadurch gekennzeichnet, daß beide Strahlen dieselben Ablenk- und gegebenenfalls auch Linsenfelder durchlaufen.

10. Verfahren nach Anspruch 1 zur Erzielung eines willkürlichen, gegebenenfalls regelbaren Verhältnisses zwischen Primär- und Sekundäremission, dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodenstrahl gleichzeitig auf zwei verschieden emittierende, leitend miteinanderverbundene Flächen gerichtet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtventile im unerregten Zustand geschlossen sind.

12. Einrichtung für das Verfahren nach Anspruch i, bei der der Schirm eine Anzahl Rasterelemente aufweist, die z. B. als bewegliche Zungen oder Klappen ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Rasterelemente gut isoliert angeordnet sind.

13. Einrichtung nach Anspruch 12 mit als Lichtventile ausgebildeten Rasterelementen, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtventile im unerregten Zustand geschlossen sind.

14. Einrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Rasterelemente von der Gegenelektrode (3) angezogen werden.

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Rasterelemente zum Teil eine stark sekundäremittierende Oberfläche, z. B. Nickel, und im übrigen eine wenig sekundäremittierende Oberfläche, z. B. Ruß, aufweisen.

16. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Rasterelementen und der gegebenenfalls als Träger dienenden Elektrode (3) auch bei fehlender Aufzeichnung elektrische Kräfte bestehen.

17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der leitende Träger ein Potential führt, welches über der höchsten Spannung liegt, auf das die Rasterelemente durch den Kathodenstrahl aufgeladen werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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