DE946999C - Anordnung zur Erzeugung von Farbfernsehsignalen - Google Patents
Anordnung zur Erzeugung von FarbfernsehsignalenInfo
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Description
AUSGEGEBEN AM 9. AUGUST 1956
M 19136 VIII a 12i a1-
ist als Erfinder genannt worden
ist in Anspruch genommen
Die Erfindung betrifft die Übertragung von Farbfernsehsignalen und bezieht sich besonders auf verbesserte
und vereinfachte Mittel zur Erzeugung von Farbfernsehsignalen mit einer einzigen Fernsehsender-Kathodenstrahlröhre,
die im folgenden als Kameraröhre bezeichnet werden soll und mit der es möglich ist, getrennte Farbsignalkomponenten für
die einzelnen Grundfarben zu erzeugen, die auf einen Empfänger für die farbige Wiedergabe von Fernsehbildern
übertragen werden.
Es sind viele Fernsehempfängersysteme bekannt, durch welche farbige Bilder aus getrennten Farbsignalkomponenten
zusammengesetzt werden können. So ist es z. B. bekannt, bei einem Dreifarben-System
mit den Grundfarben Rot, Blau und Grün, bei dem rote Bildsignale, blaue Bildsignale und reine Helligkeitsbildsignale
am Empfänger eintreffen, ein farbiges Bild in diesem Empfänger zusammenzusetzen,
wobei das grüne Bildsignal durch eine subtraktive Methode aus dem reinen Helligkeitssignal und dem
roten und blauen Signal abgeleitet wird. Derartige Empfängeranordnungen sind wohlbekannt und sollen
im folgenden nicht näher beschrieben werden, weil sie keinen wesentlichen Bestandteil der Erfindung
darstellen. Sie erfordern die Herstellung getrennter Färbbildsignale. Solche getrennten Farbbildsignale
werden am Sender nach den bisher bekannten Methoden meistens durch eine Mehrzahl von Kameraröhren
hergestellt, von denen jede für eine der Farbkomponenten verwendet wird. Diese Art der Erzeugung
der einzelnen Farbsignalkomponenten ist jedoch unbefriedigend, da sie mehrere Kameraröhren erfordert,
was an sich bereits hohe Kosten verursacht, und da weiterhin besondere Mittel vorgesehen sein
müssen, um eine exakte Zusammenarbeit der einzelnen
Abtastvorgänge sicherzustellen. Es' sind auch schon Vorschläge zur Ableitung der einzelnen Farbsignalkomponenten
aus einer einzigen Kameraröhre gemacht worden, die jedoch bisher noch nicht zu befriedigenden Ergebnissen geführt haben.
So ist es bekannt, eine Orthikon-Röhre dadurch zur Erzeugung von Farbfernsehsignalen geeignet zu
machen, daß die einzelnen Elementarbereiche des Bildes durch ein geeignetes Farbfilter in für die verschiedenen
Farben empfindliche Unterbereiche unterteilt werden und daß diesen Unterbereichen über
besondere Zuleitungen und Metallbelegungen des Aufnahmeschirms je nach ihren zugeordneten Farbkomponenten
verschiedene Frequenzen von elekfrischen Oszillatoren zugeführt werden, so daß das
Ausgangssignal des Orthikons eine der Anzahl der Farbkomponenten entsprechende Anzahl von Modulationsfrequenzen
enthält, deren Amplituden von den Helligkeitswerten der einzelnen Farbkomponenten
in den Unterbereichen des Schirms abhängen.
Die Erfindung schlägt verbesserte und verhältnismäßig einfache Mittel vor, um in einer einzigen
Kameraröhre voneinander trennbare Farbsignalkomponenten zu erzeugen. Dabei ist als besonderer Vorteil
der Erfindung zu vermerken, daß keinerlei mechanisch bewegliche Teile und keine besonderen Oszillatoren zur
Erzeugung der einzelnen Farbsignalkomponenten erforderlich sind, sondern daß lediglich zusätzlich zu
einer gewöhnlichen Schwarzweiß-Fernsehkamera ein einziges festes Farbfilter benötigt wird, um voneinander
trennbare Farbsignale zu erzeugen.
Gemäß der Erfindung werden voneinander trennbare Farbbildsignale von einer Kameraröhre dadurch erhalten,
daß in den Abbildungsstrahlengang zwischen das aufzunehmende Bild und die lichtempfindliche
Elektrode der Kameraröhre ein Farbfilter eingeschaltet wird, welches regelmäßig und für die verschiedenen
Farben in verschiedenen Abständen angeordnete Streifen von verschiedener Farbabsorption enthält,
wobei die Streifen in einem Winkel, insbesondere rechtwinklig,
zur Zeilenabtastrichtung verlaufen. Die Anordnung ist so getroffen, daß bei deEAbtastung für die
einzelnen zu übertragenden Grundfarben durch das Überstreichen der Filterstreifen verschiedene Unterbrechungsfrequenzen
auftreten, so daß jedem Farbbildsignal eine für die Farbkomponente typische Grundfrequenz zugeordnet ist. Damit ergibt sich eine
leichte Trennbarkeit der Farbsignalkomponenten r.iittels
gewöhnlicher elektrischer Filter.
In der folgenden Beschreibung soll die Erfindung an Hand eines Dreifarben-Übertragungssystems mit den
Grundfarben Rot, Blau und Grün beschrieben werden, wobei die erzeugten Farbbildsignale rot, blau und
»hell« (das ist reines Helligkeitssignal) sein sollen, so daß. Rot, Blau und Grün in bekannter Weise durch
Subtraktionsmethoden aus diesen Signalen abgeleitet werden können. Weiterhin sollen in der folgenden Beschreibung
Teile des Farbfilters als »Zyan«, »Gelb« usw. bezeichnet werden, wenn sie bei Durchsicht dem
Betrachter in den entsprechenden Farben erscheinen. Man könnte sie auch ebensogut als" »Minus-Rot«,
»Minus-Blau« usw. bezeichnen, da bekanntlich ein zyanfarbenes Filter im Sinne der obigen Beschreibung
Licht von der Grundfarbe Rot absorbiert, ein· gelbes Filter Licht von der Grundfarbe Blau absorbiert usw.
Eine bevorzugte Form eines Filters zum Gebrauch bei der Erfindung besteht aus zwei übereinander angeordneten
Filtern, von denen das eine aus abwechselnd »zyan«-farbenen und ungefärbt durchsichtigen
Streifen, das andere aus »gelben« und ungefärbt durchsichtigen Streifen besteht. Das Filter ist
in dem Lichtstrahlengang zur Photokathode der Kameraröhre entweder innerhalb oder außerhalb des
Röhrenkolbens derart angeordnet, daß die Streifen auf die Photokathode abgebildet sind, und besitzt eine
solche Größe und Form, daß das ganze abzutastende Bild von den Streifen bedeckt wird. Die Streifen verlaufen
in dem gewählten Ausführungsbeispiel senkrecht zur Zeilenabtastrichtung. Die Zyanstreifen
einerseits und die gelben Streifen andererseits bilden jeweils ein regelmäßiges Gitterwerk, wobei die beiden
j Gitterkonstanten, d. h. die Abstände entsprechender
Teile benachbarter Gitterstreifen für die beiden Farben
verschieden sind. Unter »Gitterkonstante« spll die Anzahl der Streifen pro Längeneinheit und unter
»Abstand« der reziproke Wert davon verstanden werden. Der Abstand der gelben Streifen möge z. B.
doppelt so groß sein wie der Abstand der Zyanstreifen, d.h. daß.auf die Längeneinheit doppelt soviel Zyanstreifen
als gelbe Streifen kommen. Jeder gelbe Streifen allein möge so breit sein wie ein Zyanstreifen mit einem
benachbarten farblosen Streifen im Zyangitter zusammen. Diese einfache Beziehung (2:1 für den Ab-.
stand) ist im wesentlichen zur Vereinfachung der Be-Schreibung gewählt. Es können auch weniger einfache
Zahlenverhältnisse benutzt werden, obwohl die Herstellung eines Filters um so einfacher ist, je kleiner
die das Verhältnis darstellenden Zahlen sind. Auf jeden Fall müssen die Abstände der Streifen für die
einzelnen Farben kleiner sein als die horizontale Auflösung im Helligkeitskanal.
Im folgenden soll die Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden, von denen die
Abb. ι die Anordnung der zwei Schichten von Färb- iao
streifen darstellt, Abb. 2 bis 6 die erhaltenen Signalformen für die verschiedenen Farben und Abb. 7
schematisch die Anwendung eines Filters gemäß der Erfindung bei einer Fernsehkamera zeigt. Abb. 1 zeigt
ein doppeltes Streifenfilter in zwei unmittelbar benach- i»5
barten Schichten, von denen das eine dieFarbe »Zyan«,
das andere »Gelb« besitzt. Die »Zyan«-Schicht ist
mit R bezeichnet, weil sie die Grundfarbe Rot möglichst vollkommen absorbiert, und besteht aus gleich
breiten, abwechselnd zyanfarbenen und farblos durch-S sichtigen Streifen. Die »Gelb«-Schicht ist entsprechend
mit B bezeichnet, da sie das blaue Licht absorbiert, und besteht aus gleich breiten, abwechselnd
gelben und farblos durchsichtigen Streifen. Dabei ist die Gitterkonstante der gelben Filtersc'hicht halb so
ίο groß wie die Gitterkonstante der »Zyan^-Schicht. Die
Streifen laufen senkrecht zur Zeilenabtastrichtung. Im Idealfalle sollten die Zyanstreifen die Grundfarbe
Rot völlig absorbieren und die Grundfarben Grün und Blau völlig ungehindert durchlassen. Ebenso sollten
die gelben Streifen die Grundfarbe Blau völlig absorbieren und die Grundfarben Rot und Grün ungehindert
durchlassen. In Wirklichkeit können diese Ideale, nicht ganz erreicht werden. Die Farbfolge der
einzelnen in der Abbildung durch senkrechte Linien abgeteilten Streifen a, b, c, d, a,b, ... des zusammengesetzten
Filters erscheint von links nach, rechts im durchscheinend weißen Licht folgendermaßen: Grün
(da Rot und Blau absorbiert werden), Gelb (da Blau absorbiert wird), Zyan (da Rot absorbiert wird), Weiß
■z5 (da nichts absorbiert wird), Grün ... usw.
Abb. 7 zeigt die allgemeine Anordnung zum Gebrauch eines Filters gemäß der Erfindung rein schematisch.
Hier wird ein Bild des Gegenstandes 1 auf der Photokathode einer Kameraröhre 2 irgendeiner bekannten
Art entworfen, und gleichzeitig wird auch ein Bild eines oben beschriebenen Filters 3 auf derselben
Photokathode entworfen. Zu diesem Zweck wird in dem gewählten Ausführungsbeispiel der Gegenstand
zunächst durch die Linse 4 auf das Filter 3 abgebildet und dieses Zwischenbild zusammen mit dem Filter 3
durch die Kondensorlinse 5 und die Abbildungslinse 6 auf die Photokathode 7 abgebildet. In der Röhre
werden die Zeilen senkrecht zu den Filterstreifen, also in Richtung des Pfeiles 8, abgetastet. Die in der Ausgangsleitung
9 auftretenden Signale werden einem elektrischen Filternetzwerk 10 zugeführt (von dem
weiter unten noch die Rede sein wird), in welchem die einzelnen Farbsignalkomponenten voneinander getrennt
werden, so daß sie an den einzelnen Ausgangsleitungen 11, 12, 13 abgenommen werden können.
Es sei nun angenommen, daß das zu übertragende Bild von gleichmäßiger Farbe und Helligkeit sei und
daß die Filterkurven in dem Sinne ideal seien, daß Zyanstreifen die Grundfarbe Rot völlig absorbieren
und gelbe Streifen die Grundfarbe Blau völlig absorbieren, während sie jeweils die beiden anderen
Grundfarben voll hindurchlassen. Weiterhin sei mit p die Frequenz bezeichnet, mit der die Grundfarbe Rot
bei der Abtastung des Schirmes 7 durch den Kathodenstrahl auf Grund des Filters R unterbrochen wird,
und mit q in gleicher Weise die Frequenz, mit der die Grundfarbe Blau durch das Filter B unterbrochen
wird (im gewählten Beispiel wäre q = —). Weiterhin
seien mit g, r und b die Helligkeitsverteilungen der
Grundfarben Grün, Rot bzw. Blau auf dem Schirm 7 bezeichnet, wie sie durch Zwischenschaltung des
Streifenfilters 3 auf diesem Schirm erscheinen. Dann läßt sich bei der angenommenen gleichmäßigen Farbe
und Helligkeit des Bildes die Farbverteilung F durch den Ausdruck wiedergeben:
oder
+ ~ r ■ fs
x) +~h-fR (qx)
Dabei bezeichnen fn (fix) und fs (qx) je eine Rechteckwellenform
in der Abtastrichtung χ mit der
Periode —— bzw. ■"—-. Wie schon erwähnt, soll für den
P i
betreffenden Fall q = — angenommen werden. Abb. 2
2
und 3 zeigen entsprechend die Farbverteilung für Rot (R) bzw. Blau (B), wobei die Ordinate 1 den
vollen Rotwert bzw. Blauwert, die Ordinate Null das Fehlen von Rot bzw. Blau an der entsprechenden
Stelle χ des Schirms 7 darstellt.
Die letzten beiden Terme des Ausdrucks (1) bewirken bei der Abtastung der Photokathode 7 mit dem
Elektronenstrahl, wenn der Abtastfleck mit einer Geschwindigkeit u längs der Zeile bewegt wird, ein BiIdsignal
mit den Grundfrequenzen
— r sin upt
— b sin uqt
2
2
(2)
So erscheinen das rote und das blaue Bildsignal tatsächlich als Amplituden von solchen verschiedenen
Trägerfrequenzen, die man im Bildsignalausgang durch gewöhnliche elektrische Filter im Netzwerk 10 trennen
kann.
Der erste Term des obigen Ausdrucks (1) stellt ein normales Videosignal mit hervorgehobener Grünkomponente
dar. Dies kann zu einem Signal, das die richtige Helligkeit (ohne Hervorhebung des Giün) darstellt,
also zu einem Signal von der Form i (g + 7 + b) korrigiert werden, indem man ein gleichmäßiges
magentarotes (oder Minus-Grün-) Filter mit dem Durchlaßfaktor \ verwendet. Dieses Filter ist der Einfachheit
halber in den Abbildungen nicht mit dargestellt.
In Wirklichkeit gibt es kein ideales Filter im obigen Sinne, sondern die Filter lassen von jeder Lichtart
mehr oder weniger hindurch. Mit Rg, Rr, Rt seien die iac
Durchlässigkeitsfaktoren des zyanfarbenen Filters R
für die Grundfarben Grün, Rot bzw. Blau bezeichnet, mit Bg, B1. und Bt entsprechend die Durchlässigkeitsfaktoren
des gelben Filters B für die Grundfarben Grün, Rot und Blau. Dabei sollen die Durchlässigkeitsfaktoren
Rr und Bb nahezu Null, die übrigen
Faktoren nahezu Eins sein. Unter dieser Annahme und bei Verwendung einer Filterzusammenstellung
gemäß Abb. ι wird die Farbverteilung auf der Photokathode in der Richtung χ der Abtastung aus Streifen
ίο der folgenden Helligkeiten bestehen:
a) R, ■ Bg · g + Rr · Br · r + Rh · Bh · b,
b) Bg-g+ Br-r+ Bfb,
c) R9 -g+ Rr-r+ A6. δ,
d) g + r + b.
Die entsprechenden Farbverteilungen und damit
auch Modulationswellenformen für die Grundfarben Grün (G), Rot (R) und Blau (B) sind graphisch in den
Abb. 4, 5 bzw. 6 in derselben Weise dargestellt wie in den Abb. 2 und 3 für idealen Filterdurchlaß.
Man sieht, daß das rot« und das blatte" Signal'dieselben
Grundmodulationsfrequenzen wie i'm vorstehenden Beispiel besitzen, die jedoch nun eine kleine
Komponente der anderen Farbfrequenz überlagert enthält. Dies kann man als ein »Farbnebensprechen«
zwischen Rot und Blau bezeichnen. Weiterhin hat sowohl die rote als die blaue Frequenz eine kleine
Komponente der Grün zugeordneten Frequenz, d. h., sowohl im roten als auch im blauen Kanal tritt ein
gewisses Grün-»Nebensprechen« auf. Dies letztere dürfte im allgemeinen das stärkste "Nebensprechen
sein, da im grünen Kanal bei den meisten Objekten die größte Helligkeit übertragen wird.
Dieser Nachteil kann auf zwei Arten vermindert oder beseitigt werden. Die eine Art besteht darin,
daß eine weitere Filterfläche mit einer geringen Abstufung von Magentarot (Minus-Grün) derart verwendet
wird, daß die Streifenmodulation im Primärgrün so gut als möglich ausgeglichen wird. Diese Maßnähme
beeinflußt die Modulation im Rot und Blau nur unwesentlich, weil nur eine sehr geringe Filterdichte
erforderlich ist. Für das in Abb. 4 dargestellte Beispiel wäre z. B. ein Durchlaßfaktor von etwa 0,8
für dieses weitere Magentafilter erforderlich. Entsprechende Mittel können zur Verminderung des
Nebensprechens für die übrigen Farbkanäle verwendet werden. In Praxis wird man die erforderlichen
»Nebensprech«-Filter zu einer Filterschicht zusammensetzen,
die z. B. durch einen geeigneten photographisehen Prozeß hergestellt werden kann. In den meisten
Fällen wird es ausreichend sein, das Grün-»Nebensprechen«
zu unterdrücken, und man wird mit Rücksicht auf die durch die Auswahl der vorhandenen Farbstreifen
gegebene Begrenzung eine gewisse Größe des Nebensprechens in Kauf nehmen müssen.
Ein anderer und meistens wohl bequemerer Weg zur Unterdrückung des Farb-^Nebensprechens« besteht
darin, die tatsächliche Größe des Farb-»Nebensprechens«
bei einem möglichst guten Streifenfilter gen äß der Erfindung zu messen und dann in dem Netzwerk
10 eine Art Matrixtransfoimation vorzunehmen, welche die tatsächlich auftretenden Farbmodulationssignale
so umformt, daß das Nebensprechen eliminiert wird. Die Charakteristik eines solchen möglichst guten
Farbfilters/(*) möge z.B. sein:
fix)=
Setzt man
k5r + k6b) sin ufit
k8r -\- k9b) sin uqt.
k2r -\- k3b = A
k6b = B
und löst diese Gleichungen, 'so erhält man ■ g = kuA + k12B + klsC
r = kuA +
δ =
KB + Jt19C
+ kwC,
(4)
(5)
(6)
wobei die Größen kt Konstanten sind und die Größen ki}
weitere Konstanten, die sich aus den ersteren zusammensetzen.
Die wirklichen Farbmodulationen g, r und δ der Gleichungen (6) sind mit bekannten Mitteln der elektrischen
Filtertechnik durch eine Art Matrixtransformation aus der Charakteristik f (%) anzuleiten.
Ein typisches Beispiel der Verteilung des Videosignalspektrums, welches' aus der Kameraröhre abgeleitet
werden kann, in seiner Verteilung auf die verschiedenen Farben sei im folgenden für die gegenwärtige
britische Fernsehnorm von 405 Zeilen im Zeilensprung und 3 MHz Bandbreite angegeben:
bis 3 MHz — Helligkeitskomponente (Rot + Grün + Blau), 3 bis 9 MHz — Blaukomponente (Zweiseitenband
auf 6 MHz-Träger), 9 b.is 15 MHz — Rotkomponente
(Zweiseitenband auf 12 MHz-Träger).
Man sieht, daß bei diesem Beispiel die höchste »Rot«-Frequenz fünfmal so groß wie die höchste
Frequenz des Videosignals ist.
Claims (7)
- PaTENTANSPBOgHE:i. Anordnung zur Erzeugung von Farbfernsehsignalen, deren den einzelnen Grundfarben zugeordnete Farbsignalkomponenten in getrennten Frequenzbereichen liegen, mittels einer Aufnahmeapparatur, die eine einzige Kameraröhre zur Aufnahme für alle Farbkomponenten enthält, bei der im Lichtstrahlerfgang zwischen dem zu übertragenden Objekt und der Photokathode der Kameraröhre ein Farbfilter angeordnet ist, welches in einem Winkel zur Zeilenrichtung angeordnete Streifen verschiedener Farbdurchlässigkeit aufweist, die so angeordnet sind, daß für jede zu übertragende Grundfarbe ein Systeaawen abwechselnd durchlässigen und absorbierenden Streifen vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Streifen für jede zu übertragende Grundfarbe ein anderer ist, derart, daß bei der Abtastung in der Kameraröhre die den einzelnen zu übertragenden Grundfarben des Bildes entsprechenden Farbsignale mit verschiedenen voneinander trennbaren Frequenzen moduliert erscheinen.
- 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Farbfilter aus mehreren übereinandergelagerten Filterstreifensystemen besteht, von denen jedes aus Streifen besteht, dieeine bestimmte Grundfarbe absorbieren und die durch farblos durchsichtige Streifen voneinander getrennt sind, wobei der Streifenabstand in jedem Streifensystem entsprechend der für die betreffende Grundfarbe gewählten Modulationsfrequenz bemessen ist.
- 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen senkrecht zur Zeilenricfrtung verlaufen.
- 4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Dreifarben-Fernsehsystem, das mit Rot-, Blau- und »Helligkeits«- Signalen arbeitet, zwei Filterstreifensysteme vorgesehen sind, von denen das eine Rot und das andere Blau möglichst vollständig absorbiert.
- 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Filterstreifensystemen noch ein gleichmäßig durchlässiges, Grün absorbierendes Filter mit dem Durchlässigkeitskoeffizienten 0,5 überlagert ist.
- 6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich noch ein geeignet abgestuftes, Grün absorbierendes Filter vorgesehen ist, um das Farb-»Nebensprechen« zu vermindern.
- 7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an den Ausgang der Kameraröhre ein elektrisches Filternetzwerk zur Unterdrückung des »Farbnebensprechenstf vorgesehen ist.In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 586 482, 2 446 249,
532 511.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.© 509 657/98 1.56 (609 575 8.56)
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