DE950560C - Vorrichtung zur magnetischen Bildaufzeichnung - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 11. OKTOBER 1956

K13362 VIIIa j21 αϊ

ist als Erfinder genannt worden

Seit Beginn der Fernsehentwicklung wurden Vorschläge diskutiert, das Bild durch magnetische Aufzeichnung des Bildsignals festzuhalten.

Ein Fernsehbild der heutigen europäischen Norm enthält bei 625 Zeilen rund 400 000 Bildelemente. Da diese 25mal pro Sekunde übertragen werden müssen, beträgt die Zahl der Bildelemente pro Sekunde 25 · 4 · io⁵ = io⁷. Es ist unmöglich, diese io⁷ Bildelemente in der bei dem heutigen Magnettongerät üblichen Weise mit einem Kopf aufzuzeichnen, gleichgültig ob das Band oder der Kopf oder beide bewegt werden. Die obere Frequenzgrenze der heutigen Magnettongeräte liegt bei einer Bandgeschwindigkeit von 75 cm/Sek. bei etwa 20 kHz. Die Aufzeichnung von io⁷ Bildelementen pro Sekunde würde bei der üblichen Spaltbreite des Aufnahmekopfes von 20 μ eine Vergrößerung der Bandgeschwindigkeit um mehr als zwei Größenordnungen erfordern also Geschwindigkeiten von mehr als 100 m/Sek.

Es wurde vorgeschlagen, das aufzuzeichnende Bild auf eine Anzahl von Spuren aufzuteilen, von denen jeder entweder ein Teil des Frequenzbandes oder ein Teil des Bildes zugeordnet wird. Es ist ferner bekannt, ein Fernsehbild durch ein System von ή magnetischen Köpfen aufzuzeichnen, wobei im Grenzfall η der Auflösung einer Bildzeile in BiIdelmente entspricht, und alle η Köpfe nebenein-

anderliegen. Die Helligkeitsverteilung einer Zeile des Fernsehbildes wird durch einen Elektronenstrahlschalter bekannter Art oder eine äquivalente Verteileranordnung auf die η Köpfe übertragen, so, daß die Strom werte der einzelnen Köpfe in jedem Augenblick den HeI ligkeits werten der lagengleichen Bildelemente entsprechen. Auf ein Band von etwa 30 cm Breite aus unmagnetischem Material mit einer Schicht aus Eisenoxyden oder anderen ferromagnetischen Stoffen schleifen in diesem Fall gleichzeitig etwa 600 Köpfe, wenn eine horizontale Zeile in 600 Einheiten aufgelöst werden soll. Die Spaltbreite eines Ringkopfes beträgt wie üblich 20 bis 30 μ, die Länge eines Kopfes etwa 0,5 mm (600 ■ 0,5 mm = 300 mm). Die Köpfe sollen in bekannter Weise entweder nebeneinander oder mit Rücksicht auf den Platzbedarf der Magnetisierspulen in einigen Reihen angeordnet sein (s. Fig. ι a und ib). Die Anordnung der Köpfe muß für die Aufnahme und die Wiedergabe des Bildes gleich sein. Das Magnetband ist zweckmäßigerweise perforiert und wird mit konstanter Geschwindigkeit von etwa 75 cm/Sek. bewegt.

Mit Rücksicht auf die Unveränderlichkeit der Dimensionen ist für die magnetische Bildaufzeichnung ein Band aus Metall vorzuziehen. Falls das Metallband selbst unmagnetisch ist, kann es für die vorliegende Aufgabe auf einer oder beiden Seiten mit einer geeigneten ferromagnetischen Schicht gleichmäßig bedeckt sein. Die ferromagnetische Schicht kann auch auf Film oder Papier od. dgl. aufgebracht werden, wenn der Schrumpf des betreffenden Materials genügend klein ist.

Die zur magnetischen Aufzeichnung verwendeten Köpfe benötigen je nach Material und Aussteuerung ι bis 10 Amperewindungen. Im Hinblick auf den zur Verfügung stehenden Wickelraum und auf die zulässige Induktivität ist die Windungszahl auf 100 bis 1000 Windungen pro Kopf begrenzt. In jedem Aufnahmekopf muß deshalb die Stromstärke einige mA betragen. Soll das Aufnahmeband lückenlos magnetisiert werden und alle η Köpfe gleichzeitig aufzeichnen, so muß im Grenzfall in jedem der η Aufnahmeköpfe ein Strom von einigen mA fließen. Bei 2 mA pro Kopf und 600 Köpfen beträgt somit die Gesamtstromstromstärke 1,2 A. Kathodenstrahlschalter mit einer Stromstärke von 1 A und einigen hundert Kontakten sind bis heute nicht zu verwirklichen. Es muß deshalb zwischen jedem Segment des Kathodenstrahlschalters und dem diesem Segment zugeordneten Aufnahmekopf eine Verstärkung des Stromes auf den für die volle Magnetisierung des Materials notwendigen Betrag erfolgen. Der an einem Segment des Kathodenstrahlschalters auftretende Impuls hat den in Fig. 2 a gezeigten Verlauf; dabei ist angenommen, daß sich das Signal bei aufeinanderfolgenden Zeilen ändert. Die am Kathodenstrahlschalter auftretenden Impulse sind für die magnetische Aufzeichnung völlig ungeeignet. Wegen der Induktivität eines Aufnahmekopfes würden bei Stromänderungen innerhalb 1 · io~⁷ Sekunden Spannungen entstehen, welche die Isolation der Wicklung durchschlagen können. Überdies würden bei noch so gut unterteilten Kernen der Köpfe Wirbelströme eine merkliche Magnetisierung des Kopfes und des Bandes verhindern. Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten wurde bereits vorgeschlagen, die Dauer des Impulses entsprechend der Anzahl der verwendeten Aufnahmeköpfe zu verlängern, z. B. durch RC-Glieder, die. parallel zu jedem Schaltkontakt liegen. Durch solche i?C-Glieder wird der in Fig. 2 a gezeigte Impuls so umgeformt, wie dies Fig. 2 b andeutet. Der in einem Aufnahmekopf fließende Strom wird in seinem Verlauf durch den in Fig. 2 b skizzierten Spannungsverlauf und die Selbstinduktion des Kopfes bestimmt.

Aber auch der durch ein i?C-Glied und durch die Impedanz des Kopfes umgeformte Strom ist nicht zur unmittelbaren magnetischen Aufzeichnung geeignet, falls, wie hier vorausgesetzt wird, die Wiedergabe des Bildes durch Abtasten der magnetischen Feldverteilung durch ein gleiches System von Magnetköpfen erfolgen soll. Bei der induktiven Wiedergabe einer magnetischen Aufzeichnung entsteht in jedem Kopf eine Signalspannung, die nicht der örtlichen Magnetisierung des Bandes, sondern deren Differentialquotienten proportional ist. Eine magnetische Bildaufzeichnung gibt mit anderen Worten bei Bewegung des Bandes über ein System von η Wiedergabeköpfen nicht die Helligkeitswerte des Bildes wieder, sondern deren örtliche Änderungen. Die Wiedergabe der wahren Helligkeitswerte wird gemäß vorliegender Erfindung wie folgt erreicht:

Jeder Aufnahmekopf wird aus einem eigenen Verstärker gespeist. Das Eingangsgitter dieses Verstärkers erhält die durch i?C-Glieder oder andere Hilfsmittel verformten Impulse des Schalters, etwa in der in Fig. 2 b gezeigten Form. In jedem der Verstärker wird durch diese Impulse eine Trägerschwingung in ihrer Amplitude moduliert (s. Fig. 2c). Die Frequenz dieser Trägerschwingung ist gleich der Zeilenfrequenz oder gleich dem Doppelten derselben. Bei der induktiven Wiedergabe dieser amplitudenmodulierten, sinusförmigen Trägerschwingung entsteht im Wiedergabekopf eine Wechselspannung, deren Momentanwert der wahren Helligkeit des betreffenden Bildelementes proportional ist. Im allgemeinen wird diese Wechselspannung durch einen Gleichrichter demoduliert, und die so erzeugte Gleichspannung bildet das Maß für die Helligkeit des entsprechenden Elementes.

Die Einführung einer Trägerschwingung beseitigt überdies das seitliche Übersprechen der einzelnen Tonspuren. Würde man ohne Zuhilfenahme iner Trägerschwingung eine Folge von gleichen Helligkeitswerten aufzeichnen, so würde sich die Richtung der Magnetisierung längs der Transportrichtung des Bandes nicht ändern, solange sich die Helligkeit der aufeinanderfolgenden Bildelemente nicht ändert. Es könnten auf diese Weise Magnete von einigen Zentimetern Länge entstehen, deren Streufeld sich ebenfalls in Abständen von Zenti-

meiern störend bemerkbar macht. Nun soll aber die Breite einer Tonspur nur etwa ι mm oder weniger betragen. Dies ist nur möglich, wenn das seitliche Übersprechen auf wenige Zehntelmillimeter begrenzt ist. Erfindungsgemäß wird durch die Einführung der Trägerschwingung mit einer Frequenz von 15 oder 30 kHz die aufgezeichnete magnetische Wellenlänge wenige Hundertstelmillimeter; dabei ist das Übersprechen einer Spur selbst auf die unmittelbar danebenliegenden Spuren vernachlässigbar. Erst die vorliegende trägerfrequente Aufzeichnung ermöglicht es, eine Vielzahl von Spuren ohne gegenseitige Störung nebeneinander auf einem Band anzuordnen.

Nun sei die Aufzeichnung und Wiedergabe eines magnetischen Bildes betrachtet, das gemäß vorliegender Erfindung trägerfrequent in η parallelen Spuren aufgezeichnet wird. Die Fernsehaufnahme erfolgt in der üblichen Form durch ein Super-

ao Ikonoskop, ein Image-Orthicon oder ein Vidicon (s. ι in Fig. 3). An die Bildaufnahme durch eine der genannten Kameras und an die Verstärkung des Fernsehsignals in einem Verstärker 2 schließt sich ein Kathodenstrahlschalter 3 an, der die BiIdsignale einer Zeile auf η Kontakte mit speichernden i?C-Gliedern aufteilt. Der Kathodenstrahl überstreicht alle η Kontakte innerhalb der Dauer einer Zeile. Das von der Fernsehkamera gelieferte Bildsignal moduliert am Wehnelt-Zylinder des Kathodenstrahlschalters die Intensität des Strahlstromes und dosiert auf diese Weise die jedem Kontakt und dem Speicherglied zugeführte Ladung. Die Helligkeitswerte aller in Zeilenrichtung liegenden η Bildelemente sind am Ende einer Bewegung des Schalters durch Spannungswerte der η i?C-Glieder gespeichert. Die Spannung der Speicherelemente beträgt bei positiver Modulation für weiße Bildelemente einige Volt für einen Strahlstrom von 1 mA und Speicherkapazitäten von 50 pF. Die Zeitkonstante des i?C-Gliedes sei ι · 10—⁴ Sekunden.

In Fig. 2a wurde bereits der Verlauf des Elektronenstromes eines beliebigen Schaltersegmentes und in Fig. 2b die exponentielle Entladung des Speicherkondensators über einen ohmschen Widerstand R gezeigt. Jedes i?C-Glied steuert über eine Verstärkerröhre 4 den Magnetisierungsstrom eines Kopfes 5 (Fig. 3). Alle Köpfe schleifen auf der ferromagnetischen Schicht 6 des Bandes 7. Über jede Verstärkerröhre wird die oben bereits erwähnte Trägerschwingung mit einer Frequenz von ein ode zwei Perioden je Zeilendauer eingeführt (8 in Fig. 3). Diese Trägerschwingung von 15 bzw. 30 kHz wird durch den Spannungsverlauf am i?C-Glied in ihrer Amplitude moduliert, etwa dadurch, daß der Anodengleichspannung aller Verstärkerröhren eine Wechselspannung überlagert wird.

Am Aufnahmekopf kann dem Bildsignal (Trägerfrequenz von 15 bzw. 30 kHz und deren Seitenbändern) eine Hilfsschwingung von etwa 100 kHz überlagert werden, wie dies bei der magnetischen Tonaufzeichnung üblich ist. Diese letztere Schwingung dient zur Linearisierung der Magnetisierungskennlinie und wird nicht registriert.

Durch die (nicht gezeichnete) Verschiebung des magnetischen Bandes in der Längsrichtung wird die magnetische Aufzeichnung aller η Köpfe innerhalb der Dauer einer Zeile um einige Spaltbreiten verschoben, so daß die einzelnen Zeilen untereinander aufgezeichnet werden.

Die Wiedergabe einer magnetischen Bildaufzeichnung soll durch Abtasten der Aufzeichnung durch ein System von η Köpfen erfolgen. Die η Ableseköpfe haben die gleiche geometrische An-Ordnung wie die Aufnahmeköpfe, und das Band bewegt sich in beiden Fällen mit gleicher Geschwindigkeit. Die in jedem Ringkopf durch die Fluß änderungen induzierten Spannungen werden durch ι oder 2 Verstärkerstufen verstärkt, dann gleichgerichtet und einer Vorrichtung zugeführt, die den Übergang von den η Kanälen auf einen Kanal ermöglicht.

Eine solche Anordnung könnte grundsätzlich so aufgebaut sein, wie dies in der Patentschrift 664 083 beschrieben wurde. Ein solcher Schalter mit einem Steuergitter vor jedem Kontakt ist jedoch, wie die Erfahrung gezeigt hat, wesentlich schwieriger herzustellen als ein Schalter für den Übergang von einem Kanal auf η Kanäle. Es ist deshalb vorzuziehen, die Rückverwändlung der in den η Köpfen bei der Bewegung des Bandes induzierten Wechselspannungen in eine Folge von elektrischen Signalen durch einen Kathodenstrahlschalter vorzunehmen, wie er für die Aufnahme des magnetischen Bildes dient (Fig. 4). Der Kathodenstrahl überstreicht wie bei der Aufnahme innerhalb der Dauer einer Zeile (¹Z₁₅₀₀₀ Sekunde) η Kontakte. Im Gegensatz zur Aufnahme bleibt dabei die Strahlstromstärke konstant. Die an jedem Kontakt erzeugten Spannungsimpulse sind alle von der gleichen Höhe; sie sind zeitlich von Kontakt zu Kontakt um 1 · io~~⁷ Sekunden verschoben. Jeder der η Kontakte des Schalters ist wiederum zu einer Verstärkerröhre 2 geführt. Der Gitterwiderstand R_g dieser Röhre muß so dimensioniert sein, daß die Zeitkonstante des Gitterkreises kleiner als 1 ■ 10—⁷ Sekunden ist, damit die Verstärkerstufe nur jeweils so lange aufgetastet ist, wie der Kathodenstrahl auf das betreffende Kontaktelement fällt. Die genannte Verstärkerröhre enthält wie die üblichen Mischröhren (Hexoden) ein zweites Steuergitter, dessen Spannung aus der Wechselspannung des Kopfes 3 über einen Verstärker 4 und den Gleichrichter 5 erzeugt wird. Die Auswertung aller von den η Köpfen gleichzeitig erzeugten Spannungen erfolgt durch die sukzessive Auftastung der Mischröhren durch den Kathodenstrahlschalter. Alle η Mischröhren besitzen einen gemeinsamen Anodenwiderstand 6. Das an diesem entstehende Signal wird dem Steuergitter einer normalen Fernsehwiedergaberöhre 7 zugeführt.

Bei der Beschreibung des Aufnahmeverfahrens wurde ein Kathodenstrahlschalter mit 500 bis 600 Kontakten vorausgesetzt. Wenn auch der Bau eines

solchen Schalters möglich ist, so dürfte sich doch eine Aufteilung der Kontakte auf mehrere Einzelschalter empfehlen.

Ein besonders einfacher Verteiler für den Übergang von einem Kanal auf η Kanäle ist in Fig. 5 dargestellt. Eine normale Fernseh-Empfangsröhre mit 30 bis 40 cm Kolbendurchmesser schreibt die Helligkeitsverteilung einer Zeile auf einer kreisförmigen Bahn. An der Außenwand des Kolbens liegen η Photozellen mit ihrer lichtempfindlichen Schicht an. Klingt der Phosphor innerhalb einer Zeilendauer ab, so entfallen die i?C-Glieder am Eingang des zwischen Photozelle und Kopf liegenden Verstärkers. Die Modulation dieses elektrooptischen Schalters erfolgt am Wehneit-Zylinder. Nach einem einmaligen Umlauf des Elektronen-• Strahles ist die Helligkeitsverteilung einer Zeile längs der Bahn aufgezeichnet. In den η Photozellen sind Ströme ausgelöst, die der Helligkeit der zugeordneten Bildelemente entsprechen. Fig. 6 zeigt die Anordnung der η Photozellen Ph> verteilt über die Bildfläche einer Fernsehröhre, z. B. zwanzig Reihen zu dreißig Zellen. Durch diese Anordnung wird die Größe eines »Schalterkontaktes«

etwa ι cm². Die horizontale Ablenkung des Elektronenstrahles muß in diesem Fall mit dem Zwanzigfachen der Zeilenfrequenz erfolgen.

Der gleiche optisch-elektrische Verteiler kann für die Wiedergabe einer magnetischen Bildaufzeichnung dienen, also für den Übergang von η Kanälen auf einen Kanal, entsprechend dem Schalter 1 in Fig. 4. In diesem Fall muß aber die Bildröhre Schaltimpulse erzeugen von der Dauer eines Bildelementes, also von 10—⁷ Sekunden, und der Phosphor muß innerhalb dieser Zeit abklingen.

Claims (8)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Verfahren und Vorrichtung zur magnetisehen Aufzeichnung eines Fernsehsignals, das durch einen Verteiler, z. B. einen Elektronenstrahlschalter, auf eine Vielzahl gleichzeitig schreibender Magnetsysteme aufgeteilt wird und wobei jedem dieser Aufzeichnungsköpfe ein getrennter Verstärker vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Verteiler auf die Verstärker abgegebenen Impulse die Amplitude einer Trägerschwingung modulieren, und die Frequenz dieser Trägerschwingung mit der einfachen oder doppelten Schaltfrequenz übereinstimmt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Aufnahmeköpfe gleich der Anzahl Bildelemente einer Zeile und die Frequenz der Trägerschwingung für alle Aufzeichnungskanäle gleich der einfachen oder doppelten Zeilenfrequenz wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Verteiler abgegebenen Impulse durch i?C-Glieder in ihrer Dauer entsprechend der Anzahl der Aufnahmesysteme verlängert werden, und die in den Speichergliedern durch den Kathodenstrahl erzeugte, exponentiell abfallende Gleichspannung die Wechselstromamplitude der Trägerschwingung in gleicher Weise moduliert.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch eine Aufteilung des Bildsignals auf die η parallel arbeitenden Aufzeichnungssysteme durch eine in ihrer Helligkeit modulierte Fernsehbildröhre, über deren Bildfläche verteilt außen oder innen η Photozellen liegen, die die Helligkeitsverteilung einer Zeile oder eines Teiles einer Zeile auf die Steuergitter von η Verstärkerröhren übertragen, deren Ströme im Rhythmus der Trägerfrequenz moduliert, die η Aufzeichnungsköpfe durchfließen.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 5, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Phosphors im elektrooptischen Verteiler, dessen Abklingdauer gleich oder kurzer als die Dauer eines Schaltvorganges ist.
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch die Aufzeichnung des Bildes auf ein Metallband aus ferromagnetischem Material.
7. '/. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch die Aufzeichnung des Bildes auf ein Metallband aus unmagnetischem Material, das auf einer oder beiden Seiten mit einer dünnen ferromagnetischen Schicht überzogen ist.
8. 8. Vorrichtung für die Wiedergabe eines nach Anspruch 1 aufgezeichneten Bildes, dadurch gekennzeichnet, daß die in den η Köpfen bei Bewegung des magnetischen Bandes entstehenden Wechselspannungen zunächst verstärkt und gleichgerichtet werden, dann die so erzeugten Momentanwerte der Gleichspannung durch einen Elektronenstrahlschalter od. dgl. in eine zeitliche Folge von Signalen umgewandelt werden.

   In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2517808; deutsche Patentschrift Nr. 595 369.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 509 660/349 2.56 (609 644 10.56)