DE661263C - Verfahren zur Umwandlung eines in der Gesamtheit seiner Helligkeitswerte auf eine Photokathode geworfenen Bildes in ein Mosaik elektrostatischer Ladungen und Abtastung mittels Kathodenstrahlen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fernsehen.

Man hat für Fernsehsendeeinrichtungen schon Kathodenstrahlsenderöhren vorgeschlagen, die eine aus einer großen Zahl einzelner gleichmäßig lichtempfindlicher Zellen bestehende Kathode besitzen. Solche Kathoden sind schwierig herzustellen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Abbild des zu übertragenden Objektes am Sender auf eine einzige zusammenhängende lichtempfindliche Kathode geworfen, und die von der letzteren ausgehenden Elektronen bewirken auf einer aus einzelnen Zellen be-

>5 stehenden Anode die Speicherung von elektrostatischen Ladungen. Die Zellen sind gleichmäßig mit kleinen Abständen voneinander über die Anodenfläche verteilt. Diese Anode wird durch den Kathodenstrahl abgetastet, wodurch eine fortlaufende Neutralisation der elektrostatischen Ladungen bewirkt wird. Die Ladungen der einzelnen Zellen steuern den Einfluß des Taststrahles auf einen Kreis im Sender.

Eine solche Anordnung besitzt alle Vorzüge einer speichernden Abtasteinrichtung, benötigt aber im Gegensatz zu früher vorgeschlagenen Einrichtungen dieser Art nicht eine aus einer Vielzahl kleiner Einzelphotozellen zusammengesetzte Elektrode, deren Einzelzellen miteinander gleiche Empfindlichkeit haben müssen. Das Problem der Photoaktivierung einer großen Anzahl von Elementen wird vielmehr umgangen. Bei den früher vorgeschlagenen Einrichtungen tritt ferner der Nachteil auf, daß der Speicher effekt und die Bildgüte wesentlich verschlechtert wurde durch die schlechte Isolation zwischen den einzelnen Photoelementen infolge der Anwesenheit von lichtelektrisch wirksamen Materialien zwischen diesen Elementen.

Gemäß der weiteren Erfindung· wird ein unverzerrtes elektrisches Abbild von den von der Kathode ausgehenden Photoelektronen .entwickelt und das elektrische Abbild durch einen Kathodenstrahl abgetastet, um einen Kreis in einer geeigneten Sendeeinrichtung zu beeinflussen.

Die Erfindung ist auf der Zeichnung in neun Abbildungen dargestellt.

Abb. ι und 2 zeigen in vergrößertem Maßstabe Teile einer Sendeeinrichtung mit den dazugehörigen Schaltungen.

Abb. 3 und 4 sind Kennlinien.

Abb. 5 ist ein Schnitt nach 5-5 der Abb. 2.

Abb. 6 ist ein Schnitt nach 6-6 der Abb. 5 in größerem Maßstabe.

Abb. 7 zeigt einen Teil einer Ansicht gemäß Abb. 5 in größerem Maßstabe.

Abb. 8 ist ein Schnitt nach 8-8 der Abb. 7.

Abb. 9 ist eine der Abb. 1 entsprechend^ Darstellung einer abgeänderten Ausführung^- f'orm.

In der Kathodenstrahlröhre 10 der Abb.'i ist eine als Kathode geschaltete zusammenhängende lichtempfindliche Fläche 11 angeordnet. Auf diese wird das zu übertragende Bild in der Gesamtheit seiner Helligkedtswerte gleichzeitig geworfen und dadurch die photoelektrisch wirksame Fläche entsprechend den Bildhelligkeiten zur Elektronenemission angeregt. Parallel zu dieser Photokathode ii sind zwei Elektrodenplatten 12 und 13 angeordnet. In diesen sind Öffnungen vorgesehen, in die Isolierbuchsen 14 eingesetzt sind, die zur _t Aufnahme von mit Köpfen 16 versehenen . Metallelemienten 15 dienen. Den Köpfen 16 gegenüber befindet sich eine weitere Schirmelektrode 17, z.B. in Gestalt eines feinmaschigen Drahtnetzes.

Die Zahl und Anordnung der Elemente 15 entspricht der Anzahl der zu übertragenden Bildpunkte.

Für das Senden eines Bildes von etwa 32 cm² wurden beispielsweise 6400 solcher Elemente 15 verwendet, die in 80 parallelen Zeilen gleichmäßig über die Fläche verteilt waren. Die Kathodenstrahlröhre 10 enthält ein Elektronen erzeugendes System 18, das den Kathodenstrahl auf die Elemente 15 sowie eine Elektrode 13 wirft, innerhalb welcher diese Elemente angeordnet sind. Dieser Strahl tastet die Bildfläche beispielsweise 12- bis 2omal pro Sekunde ab. Zur Erzeugung der Abtastbewegung· dienen die Ablenkorgane 19, 21 (Abb. 2), die mit den zugehörigen Generatoren 20 und 22 verbunden sind.

Die Elektrode 12 ist mit der positiven Seite und die Kathode 11 mit der negativen Seite einer Batterie 23 verbunden, so daß zwischen der Kathode 11 und der gegenüberliegenden Fläche der Elektrode 12 ein elektrostatisches Feld besteht. Der Abstand zwischen den beiden Elektroden ist verhältnismäßig klein; er beträgt etwa 3 mm. Es wird dadurch erreicht, daß die elektrostatischen Kraftlinien parallel zueinander verlaufen und senkrecht auf den Elektroden 11 - und 12 stehen.

Die Elektrode 13 ist mit dem einen Ende

24 eines Widerstandes 25 verbunden, dessen anderes Ende an die positive Klemme von 23 angeschlossen ist. Die negative Klemme von 23 ist bei 26 geerdet.

Die Elektrode 17 wird durch eine Verbindung über die Leitung 27 mit der positiven Seite der Batterie 23 auf einer festen positiven Spannung gehalten. Zwecks etwaiger Vergrößerung dieser Spannung kann in die Leitung 27 zusätzlich eine Batterie 28 eingeschaltet werden.

■*· Mit diesen eben beschriebenen Teilen ist ■durch Leitungen 29 und 30 der Verstärker ';$$!■ 'Verbunden, dessen Ausgangsleitungen 32 !,J¹OMd 33 zum Sender führen.

Das Abbild 35 eines. Objektes 36 (vgl. Abb. 2) wird durch die Linse 37 auf die lichtempfindliche Fläche der Kathode 11 geworfen. ·

Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende: Jedes der in den Elektroden 12 und 13 angeordneten Elemente 15 bildet- einen Kondensator, der dauernd durch die von der Photokathode 11 ausgehende Elektronenemission geladen wird (angedeutet durch die Pfeile 39). Alle von der Kathoden emittierten Elektronen !erreichen die gegenüberliegende Fläche der , zusammengesetzten Anode. Sowohl die von den Teilen 42 wie die von den Teilen 40 ausgebenden Elektronen der lichtempfindlichen Fläche gehen unter dem Einfluß des elektrostatischen FeI-des durch die Öffnungen der Kathode 11 zur Anode, indem sie den parallelen elektrostatischen Kraftlinien zwischen den gegenüberliegenden Flächen von 11 und 12 folgen, wie durch die Pfeile 39 bzw. 43 angedeutet ist. Die auf Metallkörper 12 auftreffenden Elektronen werden über die Batterie 23 und die Erdung 26 zur Erde abgeleitet. Durch die Elektronen, die auf die Teile 15 auf treffen, werden diese entsprechend der Beiichtung der ihnen gegenüberliegenden Punkte 40 auf der Photokathode 11 aufgeladen.

Die Ladungskurve eines solchen Kondensators ist in Abb. 3 dargestellt, in der E_s die Sättigungsladung und E_max die der größten Bildhelligkeit entsprechende Maximalladung darstellt. Die Ladung des· Kondensators wird also stets auf den geradlinigen Teil der Ladungskennlinie zwischen den Grenzwerten Null und E_max beschränkt. Wie dies erreicht wird, soll noch näher erläutert werden.

Zur Vereinfachung wird der Einfluß des Elektronenstrahls 44 in einem gegebenen Moment des Auftreffens auf eine der Stellen 38 der zusammengesetzten Anode 12, 13 betrachtet.

Die Elektronen des Strahles 44 erreichen die Elektrode 17 mit einer Geschwindigkeit, die der Spannungdifferenz zwischen dieser Elektrode und der Kathode 46 entspricht. Ein Teil dieser Elektronen trifft auf den Schirm 17 auf und wird dadurch absorbiert, um über die Batterien 28 und 23 und die Erdung 26 zur Erde zu gehen. Diejenigen Elektronen, die durch die Öffnungen des Schirmes 71 hindurchgehen, treffen direkt auf den mit der Klammer 38 bezeichneten Bereich der

zusammengesetzten Anode auf. Ein Teil von diesen Elektronen trifft auf den Kopf 16 des Elementes 15, ein anderer auf die unmittelbar danebenliegenden Oberflächenteile der Elektrode 13, wie durch den Pfeil 44" angedeutet ist.

Wenn alle Elemente 15 gleiches Potential besitzen, trifft bei jeder in Frage kommenden Ablenklage des Strahles 44 dieselbe Elektronenzahl auf jeden dieser Oberflächenteile der Elektrode 13. Wenn also auf der lichtempfindlichen Oberfläche der Kathode 11 kein Bild ist, oder wenn die Beleuchtung dieser Oberfläche gleichförmig ist, ver-Ursachen die Elektronen des Strahles 44, die mit der Fläche von 13, wie durch die Pfeile 44" angedeutet ist, in Berührung kommen, das Fließen eines Gleichstromes von konstanter Spannung durch den Widerstand 25 und von dort über die Batterie 23 und Erde zur Kathode 46. Die Größe dieses Gleichstromes wird durch die Konstanz der Elektronenzahlen bestimmt, die in jedem Augenblick der Abtastungsperiode auf die Elektrode 13 auf treffen.

Wenn jedoch irgendeines der Elemente 15 geladen oder seine Ladung von seinem Anfangswert aus geändert wird, und zwar infolge des Projizierens eines Bildes auf die Kathode 11 und der sich daraus ergebenden Änderung der Lichtstärke auf den verschiedenen Punkten 40, so ändert sich unter dem Einfluß der Ladung E auf dem zugehörigen Element 15 die Zahl der Elektronen, die eine bestimmte Stelle der Elektrode 13 erreichen. Diese Änderung der Elektronenzahl, die einen bestimmten Bereich der Elektrode 13 erreichen, ist umgekehrt proportional dem Wert der Ladung E an dem dazugehörigen Element 15, auf das der Strahl 44 in diesem Augenblick gerichtet ist, 'und deshalb umgekehrt proportional der Lichtstärke auf der benachbarten und entsprechenden Stelle 40 des Abbildes 35. Eine Änderung der Zahl der Elektronen, die die abgetastete Stelle- der Elektrode 13 in jedem Augenblick erreichen, bewirkt eine Änderung oder Modulation der anfänglichen Gleichstromspannung am Widerstand 25. Entsprechend dieser Änderung des Spannungsabfalls am Widerstand ändert sich die Spannung am Gitter 47 des Verstärkers 31, dessen Ausgang über die Leitungen 32, 33 mit dem Sender 34 verbunden ist.

Die eben beschriebene Wirkung rührt von einem negativen Feld her, das an dem Kopf 16 jedes Elementes 15 entsteht und dessen Stärke durch die Ladung E bestimmt wird und sich mit dieser .ändert. Dieses Feld hat eine verzögernde Wirkung auf die ganze Zahl der Elektronen, die durch den Schirm 17 hindurchgehen. Wenn'die Ladung E verhältnismäßig klein ist, ist diese verzögernde Wirkung auch klein und die Zahl der auf 13 treffenden Elektronen entsprechend groß. Umgekehrt, wenn die Ladung E groß ist, ist auch der verzögernde Einfluß groß und die Zahl der auftreffenden Elektronen klein.

Diejenigen Elektronen des Strahles 44, die auf den Kopf 16 auftreffen, verursachen eine sekundäre Elektronenemission, die von dem Schirm 17 aufgenommen wird, wie durch die Pfeile 49 angedeutet ist, wodurch eine Entladung der Ladung E innerhalb der Zeit td erfolgt. Die Elektronen der sekundären Emission, die so nach dem Schirm 17 hingezogen sind, gehen über die Batterien 28 und 23 zur Erde.

Die Kondensatorladung E steuert durch die obenerwähnte Wirkung den Einfluß des Strahles 44 gegenüber der Elektrode 13 'und bewirkt dabei über den Kondensator 48 eine Modulation der Spannung des Gitters 47, und diese Änderung ist umgekehrt proportional der Größe E der Ladung.

Zu bemerken ist, daß jeder der Kondensatoren, deren einseitige Belegungen die Elemente 15 sind, dauernd infolge der kontinuierlichen Elektronenemission von der lichtempfindlichen Oberfläche von 11 geladen wird, wobei die Ansammlung der Ladung während der vollen Abtastdauer des Strahles 44 stattfindet. Diese· Periode hat beispielsweise die Größenordnung ¹Z₁₂ bis ¹Z₂O Sek. Die Zeit, die für jedes Element 15 zur Ansammlung der auf dieses entfallenden Ladungf zusteht, entspricht der Zeit, die zwischen aufeinanderfolgenden Berührungen dieses Elementes mit dem Kathodenstrahl vergeht. Es wird zweckmäßig mit an sich bekannten Mitteln dafür Sorge getragen, daß, wenngleich jedes Element 15 dauernd auf die beschriebene Weise geladen wird, die Ladezeit te niemals so groß ist, um für die hellste Bildstelle eine größere Ladungsspeicherung hervorzurufen als E_max. Die Kurve gemäß Abb. 4 soll die Bedingung wiedergeben, wo td ungefähr ¹Z₁₂ von te ist.

Wie die Abb. 5 und 6 erkennen lassen, können die Elektrodenplatten 12 und 13 an ihren Kanten zwischen Ringe 50 aus Isoliermaterial geklemmt werden, die sich mit Nasen 51 in die Wand der Röhre 10 legen. Zwischen den Platten 12 und 13 liegt ein Isolierring 52. Durch Schrauben 53 werden die Ringe zusammengehalten. "

Bei einer abgeänderten Ausführungsform kann man ,an Stelle der Kathode 11 eine lichtempfindliche halb durchsichtige Schicht setzen, die sich an der einen Seite 64 (Abb. 2) der Röhre 10 an dem größeren Ende der Röhre befindet. In diesem Falle wird das Bild 35, das auf diese Schicht geworfen ist,

eine Elektronenemission gemäß den Pfeilen 39, 41 und 43 hervorrufen.

Die Speicherelektrode 12, 13, 15 kann in beliebiger Weise konstruiert sein; wichtig ist, daß sie das an der Kathoden entwickelte elektrische Bild aufnimmt und 'daß dieses Bild im Sinne der Pfeile 41 und 39 von dort projiziert wird. Beispielsweise besteht bei der Konstruktion gemäß Abb. 7 und 8 die Anode aus zwei Teilen I2^a und iy, von denen jeder Teil aus mehreren Bändern 54 aus Nickel o.dgl. besteht. Diese Bänder sind zickzackförmig abgebogen und an den Stellen 55 miteinander verlötet. In die so gebildeten Öffnungen 56 sind Isolierbuchsen 14° eingesetzt, die zur Aufnahme der Elemente 15° dienen. Die Elektroden 12 und 13 können auch gemäß der Ausführungsform nach Abb. 9 zu einer einzigen Elektrode 57 vereinigt werden.

M diesem Falle ist die Wirkungsweise prinzipiell dieselbe wie bei der Anordnung nach Abb. i, indem die linke Fläche 58 der Elektrode 12 und die rechte Fläche 59 der Elektrode 13 entspricht. Diese einzige Elektrode S7 kamm auch nach Art der Abb.7 und 8 konstruiert werden.

Die Rohre 10-wird auf der Innenseite mit einem Silberüberzug 60 zwischen den mit 6r und 62 bezeichneten Linien versehen, der sich mit der Elektrode 13 auf gleichem Potential befindet. Dieser Belag beeinflußt bei verhältnismäßig- hoher positiver Spannung den Kathodenstrahl derart, daß er ihn auf jeden Punkt der Speicherelektrode konzentriert.

Die Röhre ι ο wird möglichst stark evakuiert.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zur Umwandlung eines in der Gesamtheit seiner Helligkeitswerte auf eine Photokathode geworfenen Bildes in ein Mosaik elektrostatischer Ladungen und Abtastung· mittels Kathodenstrahlen, dadurch gekennzeichnet, daß die von einer zusammenhängenden photoelektrisch wirksamen Kathode ausgelösten Elektronen auf einer ihr gegenüberstehenden, jedoch von ihr getrennt angeordneten und mit einer der Anzahl der Büdpunkte entsprechenden Anzahl von Speichereinrichtungen versehenen Elektrodenanordnung (Anode) aufgespeichert werden.
2. 2. Einrichtung' zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die vom- Kathodenstrahl abgetastete Anode aus einem oder zwei nebeneinander angeordneten Metallschirmen besteht, in die Sammelkörper isoliert .eingesetzt sind, derart, daß sie von der Seite der Photokathode aus aufgeladen werden und auf der Abtastseite den Kathodenstrahl durch ihre Ladungen beeinflussen können.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Anlodenanordnung in Richtung gegen die Kathode hin eine positiv geladene Elektrode, z. B. in Form eines feinmaschigen Netzes, vorgesehen ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Anordnung, bestehend aus Photokathode, abzutastender Anodenanordnung und daypr befindlicher Netzanode, am breiten Ende einer Braunsehen Röhre derart eingesetzt ist, daß auf die Photokathode von außen das Bild projiziert werden kann.
5. 5. Einrichtung' nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anoden-

   * körper aus einem Netz besteht, in dessen Maschen die die Ladungen aufnehmenden Sammelkörper isoliert eingesetzt sind,
6. 6. Schaltung für eine Einrichtung nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Kathodenstrahl abgetastete Anode an 'den positiven und die Photoelektrode an den negativen Pol einer Spannungsquelle angeschlossen ist und in 'die Leitung zwischen Anode und Spannungsquelle ein Widerstand 'eingeschaltet ist, an welchem die beim Abtasten der Anode durch den Kathodenstrahl hervorgerufenen und 'den Helligkeitswerten des Bildes entsprechenden Spannungsschwankungen abgenommen werden.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen