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Vorrichtung zur kinematographischen Aufzeichnung der Schirmbilder
von Fernseh-Bildröhren Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen
zur kinematographischen Aufzeichnung der Schirmbilder von Fernseh-Bildröhren in
einer geschlossenen Fernsehanlage. Zu derartigen Anlagen gehören in der Regel ein
Synchronisier-Generator, der im nachstehenden als »Steuersender« bezeichnet werden
soll und dessen Frequenz einstellbar ist, sowie - in der Aufnahmevorrichtung - eine
kinematographische Filmaufnahmekamera, die durch einen Synchronmotor angetrieben
wird.
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Um mit einer solchen Vorrichtung eine gute kinematographische Aufzeichnung
zu bekommen, ist es wesentlich, daß die Bildwechselfrequenz der Kamera in einem
festen Verhältnis zu der Bildwechselfrequenz der Fernseh-Bildröhre steht. Ist die
Kamera mit einem Verschluß versehen, dann ergibt sich daraus eine weitere Anforderung,
nämlich daß die Phase des Fernsehbildes der Phase der Verschlußtätigkeit entspricht,
so daß also der Verschluß beginnt, den Film in dem Zeitpunkt freizugeben, wo der
Elektronenstrahl der Bildröhre beginnt, ein Feld des Fernsehbildes zu bestreichen.
Können diese beiden Bedingungen nicht erfüllt werden, dann erscheinen in den aufgezeichneten
Bildern dunkle oder helle Streifen, welche sich bei der Projektion des Films und
im Falle nicht aufeinander abgestimmter Frequenzen in dem Bilde auf und ab bewegen.
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Ein festes Verhältnis zwischen der Kamerafrequenz und der Fernsehbildfrequenz
kann in einer geschlossenen Fernsehanlage mit einem Steuersender, der an die Frequenz
des Wechselstromnetzes angeschlossen ist, in recht einfacher Weise hergestellt werden,
indem man eine kinematographische Filmaufnahmekamera verwendet, welche durch einen
Synchronmotor angetrieben wird, der seinen Strom aus dem gleichen Netz erhält. Durch
die richtige Wahl des Getriebes zwischen Motor und Kameraverschluß erhält man ganz
automatisch das erforderliche Frequenzverhältnis. Hierbei ist jedoch zu beachten,
daß bei den üblichen Fernsehanlagen, welche nach dem Zeilensprungverfahren bzw.
mit Zwischenzeilenabtastung arbeiten, das Verhältnis zwischen den beiden Frequenzen
davon abhängt, ob einzelne Felder oder vollständige Bilder aufgezeichnet werden
sollen. Für den Erfindungsgedanken ist der für dieses Verhältnis gewählte Wert nicht
wesentlich.
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Schwieriger ist es, die Phasensynchronisierung zu erreichen. Die Zeit,
in welcher der Verschluß den Film wieder abdeckt, muß in der sogenannten Austastzeit
des Schirmbildes liegen. Bei einem Gerät, welches die obenerwähnten beiden Bedingungen
stets genau erfüllt, kommt eine volle Anzahl von Bildfeldern in ein Filmbild, wodurch
das Auftreten von Streifen verhindert wird. Die Verwendung eines Synchronmotors
ist keine Lösung für das Problem der Phasensynchronisierung infolge des Umstandes,
daß bei solchen Motoren die Stellung des Rotors zu dem Drehfeld nich unbedingt immer
die gleiche sein muß.
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Eine Lösung dieses Problems wäre die, daß man den Stator des Synchronmotors
unter einem Winkel verstellbar macht und die Kamera mit einem optischen Sucher versieht,
welcher die Beobachtung des Bildes, so wie es durch den Verschluß hindurch auf dem
Film erscheinen würde, gestattet. Bei laufender Kamera muß dann der Stator des Motors
in der einen oder der anderen Richtung gedreht werden, bis das gefilmte Bild frei
von Streifen ist. Ein Nachteil dieses Geräts ist die zeitraubende Anpassung unter
starkem Filmverbrauch. Selbst bei einer Automatisierung des Synchronisierungsvorganges
würde sich dieser Nachteil noch bemerkbar machen, da verhältnismäßig hohe Leistungen
gesteuert werden
müssen, wodurch das Gerät träge in seiner Tätigkeit
wird.
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Bisher wurden nur Kameras besprochen, die mit einem Verschluß versehen
sind. Die Verwendung einer verschlußlosen Kamera ist jedoch für den angegebenen
Zweck durchaus angängig, vorausgesetzt, daß während des Filmtransportes auf dem
Schirm der Bildröhre kein Bild erscheint. Das ist beispielsweise der Fall, wenn
der Film während der kurzen Austastzeit, die normalerweise zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Feldern oder Bildern zur Verfügung steht, schnell transportiert wird. Es ist ferner
möglich, um den für den Transport des Films zur Verfügung stehenden Zeitraum zu
vergrößern, durch elektronische Vorrichtungen ein oder mehrere vollständige Felder
zwischen jedem Paar aufzuzeichnender Fernsehbilder zu unterdrücken. Schließlich
kann man verschlußlose Kameras verwenden, bei welchem der Film an dem Bildfenster
anstatt absatzweise mit konstanter Geschwindigkeit vorbeigeführt wird, wobei dann
optische Ausgleichsvorrichtungen, wie z. B. rotierende polygonale Prismen, vorgesehen
sind, welche sich synchron mit dem Film bewegen, um die Bildbewegung während der
Belichtung anzuhalten und das Lichtbündel am Ende der Belichtung von einem Bild
auf das nächste umzuschalten. In allen diesen Fällen handelt es sich im wesentlichen
um das gleiche Problem wie es im vorstehendem in Verbindung mit Kameras mit Verschluß
beschrieben wurde. Auch in diesen Fällen muß die Phase des Fernsehbildes der Phase
des Bildwechsels der kinematographischen Filmaufnahmekamera so entsprechen, daß
jedes Filmbild ein oder mehrere volle Felder aufnimmt. Unter Phase der Kamera ist
hier entweder der Bildwechsel beim absatzweisen Filmtransport oder die Frequenz
der Um-Schaltung der Ausgleichvorrichtung von einem Filmbild auf das nächste zu
versehen.
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Die Erfindung kann mit gleichem Erfolg bei Geräten mit oder ohne Kameraverschluß
Anwendung finden und hat als hauptsächlichstes Ziel die Schaffung einer einfachen
und verhältnismäßig rasch wirkenden automatischen Steuerung der relativen Phase
von Kamera und Fernsehbild.
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Erfindungsgemäß enthält die Kamera Mittel zur Erzeugung eines zyklisch
modulierten elektrischen Signals, dessen Phase in einer festen Beziehung zu der
Stellung der Antriebswelle der Kamera steht, wobei dieses Signal an einen Phasendetektor
gelegt wird, welcher den Steuersender in einer solchen Weise steuert, daß das von
dem letzteren abgeleitete Feldsynchronisiersignal in Phase an das von der Kamera
erhaltene elektrische Signal geklemmt wird.
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Die Bedingung eines festen zyklischen Frequenzverhältnisses zwischen
der Aufnahmekamera und der Fernsehbildröhre wird gemäß der vorliegenden Erfindung
erfüllt durch Anklemmen des Steuersenders des Fernseh-Stromkreises an ein von der
Antriebswelle der Kamera abgeleitetes Signal. Da dieses Signal eine feste Phasenbeziehung
zu der Stellung der Kamerawelle hat, ist auch die Phase des Feldsychronisiersignals
infolge der Kopplung der Phase des Steuersender-Ausgangssignals mit der Stellung
der Kameraantriebswelle ebenfalls mit der letzteren gekoppelt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist als Mittel zur Erzeugung eines zyklisch modulierten elektrischen Signals eine
Scheibe unterschiedlicher Opazität vorgesehen, die auf der Antriebswelle der Kamera
oder einer anderen mit ihr gekuppelten Welle fest derart angeordnet ist, daß sie
sich zwischen einer Lichtquelle und einer Photozelle bewegt, welch letztere dabei
ein zyklisch moduliertes Signal mit einer festen Phasenbeziehung zu der Stellung
der die Scheibe tragenden Welle erzeugt.
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Bei einer spezifischen Ausführungsform der Erfindung ändert sich die
Opazität der Scheibe in Richtung ihres Umfanges nach einer Sinuslinie. Die Anzahl
der dem Element einzuverleibenden optischen Perioden hängt von dem Typ des verwendeten
Fernsehgeräts sowie von der Bildwechselfrequenz der Aufnahmekamera ab.
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Die Erfindung soll nun in den Einzelheiten erklärt werden, und zwar
unter besonderer Bezugnahme auf eine Vorrichtung, deren kinematographische Filmaufnahmekam.era
mit einem rotierenden Verschluß versehen ist. Ähnliche Anwendungsformen der Erfindung
auf andere Kamerabauarten, wie sie im vorstehenden besprochen wurden, sind angängig
und werden den Fachleuten ohne weiteres klar sein.
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F i g. 1 der Zeichnung zeigt in schematischer Form die mechanischen
und optischen Teile einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; F i g. 2 ist ein Blockschaltbild
einer geschlossenen Fernsehanlage, die der Erfindung angepaßt ist.
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Wie aus der F i g. 1 ersichtlich ist, wirft die Linse 2 der Filmaufnahmekamera
3 ein Bild des Leuchtschirms 4 des Fernseh-Empfangsgeräts 5 auf den Film
1. Die Kamera 3 hat einen rotierenden Scheibenverschluß 6 auf einer
Welle 7, welche mittels eines Zahnräderpaares 8 mit der Welle 9 eines Synchronmotors
10 gekuppelt ist. Auf der Welle 7 ist ein scheibenförmiges Element 11 angebracht,
dessen Opazität in Richtung des Umfangs sich nach einer Sinuslinie ändert.
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Eine Linse 12 wirft auf die Scheibe 11 ein Bild 13 eines schmalen
Schlitzes 14, welcher durch eine Lichtquelle 15 erleuchtet wird. Das durch die Scheibe
11 hindurchgehende Licht wird durch eine Linse 16 auf die Photokathode einer Photozelle
17 fokussiert. Das Ausgangssignal der Photozelle 17 wird an den Verstärker
18 (F i g. 2) gelegt. Es ist wohl klar, daß das Ausgangssignal der Photozelle eine
Sinuslinie in seiner Form ist, mit einer festen Phasenbeziehung zu der Stellung
des Kameraverschlusses 6.
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Kurzum, das in der F i g. 2 dargestellte geschlossene Fernsehsystem
besteht aus drei verschiedenen Aggregaten, nämlich einer Zentrale 19, einem
aus einer oder mehreren Fernsehkameras -wie z. B. 20 - bestehenden Kameraaggregat
und einem aus einer oder mehreren Bildröhren 5 bestehenden Fernseh-Empfangsgerät.
An die Zentrale 19 ist die Fernsehaufnahmekamera 20 durch ein Kabel 21, die Fernseh-Empfangsvorrichtung
5 durch ein Kabel 22 angeschlossen.
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Die Zentrale enthält einen Synchronisiergenerator bzw. Steuersender
25 sowie zwei Frequenzteiler 23 und 24, welche von dem Ausgangssignal des
Steuersenders des Feldsynchronisiersignals bzw. das Zeilensynchronisiersignal ableiten.
Eine Mischstufe 26 addiert diese beiden Signale und legt dieselben über das Kabel
21 an die Ablenkungsgeneratoren 27 der Kamera 20. Ferner gehört dazu eine Schaltung
28, welche die Feldaustastimpulse liefert, sowie ein
Phasendetektor
29, welcher eine weiter unten noch zu beschreibende Funktion erfüllt, nämlich das
Synchronisieren des Steuersenders.
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In dem unteren Teil der Zentrale ist eine Anzahl anderer Schaltungen
dargestellt, wie z. B. der Verstärker 30 und die kombinierte Schaltung 31, zu welcher
Mischstufen, Schaltungen für die Wiederherstellung der Gleichstromkomponenten usw.
gehören. Da diese Schaltungen von üblicher Art sein können und mit der vorliegenden
Erfindung nichts zu tun haben, sollen sie hier nicht weiter beschrieben werden.
Das Ausgangssignal dieses Teils der Zentrale ist ein vollständiges Fernsehsignal,
welches außer dem Bildinhaltsignal alle erforderlichen Synchronisierimpulse enthält.
Dieses Signal wird an das Fernsehempfangsgerät 5 gelegt. Schließlich enthält die
Zentrale noch einen Versorgungsteil 32, welcher dasselbe mit den erforderlichen
Gleichspannungen versieht.
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Die Fernsehkamera 20 hat eine Linse 33, welche ein Bild
einer Szene auf die Mosaikelektrode einer Aufnahmeröhre 34 wirft. Dieses Bild wird
durch einen Elektronenstrahl nach einem Zeilenmuster in der üblichen Weise abgetastet,
wodurch ein Video-bzw. Bildinhaltssignal erzeugt wird, welches an einen Kameraverstärker
35 gelegt wird. Der Elektronenstrahl wird abgelenkt durch magnetische Felder, welche
durch Ablenkspulen 36 erzeugt werden, die ihre Sägezahnströme von den Ablenkgeneratoren
27 erhalten. Die Kamera hat ihre eigene Speiseschaltung 37, welche ihren Wechselstrom
der Zentrale entnimmt. Das Ausgangssignal der Kamera, welches über das Kabel 21
an den Eingangssignalverstärker 30 der Zentrale 19 gelegt wird, enthält
nur Video-bzw. Bildinhaltsinformationen, aber keine Synchronisierimpulse. Letztere
werden dem Signal durch die Schaltung 31 hinzugefügt.
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Das auf diese Weise erhaltene Fernsehsignal gelangt von der Zentrale
19 über das Kabel 22 zu dem Fernseh-Empfangsgerät 5. Zu diesem gehören eine Kathodenstrahlröhre
38 mit einem Bildschirm 4 sowie ein Verstärker 39. Das Ausgangssignal dieses Verstärkers
wird einerseits an das Steuergitter der Bildröhre 38, andererseits an eine übliche
Trennstufe 40 gelegt, in welcher die Synchronisierimpulse von dem Video-
bzw. Bildinhaltssignal getrennt werden. Der Elektronenstrahl in der Bildröhre wird
durch die Magnetfelder der Ablenkspulen 42 abgelenkt. Diese Ablenkspulen 42 erhalten
ihren Strom von den Ablenkgeneratoren 41, welche ihre Synchronisiersignale von der
Trennstufe 40 ableiten. Das Fernseh-Empfangsgerät ist ferner mit einer Speisevorrichtung
43 mit eigenem Netzanschluß versehen.
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Bei geschlossenen Fernsehanlagen, wie sie im vorstehenden beschrieben
wurden, ist es üblich, die Frequenz des Steuersenders an die Frequenz des Wechselstromnetzes
zu klemmen. In diesen Systemen ist dann die Feldfrequenz gleich der Netzfrequenz.
Es ist weiterhin üblich, das vollständige Fernsehbild aus zwei sich überspringenden
Zeilengruppen oder Feldern zu bilden. Um sicher zu sein, daß der richtige Zeilenabstand
aufrechterhalten wird, ist es erforderlich, daß das Zeilensynchronisiersignal und
das Feldsynchronisiersignal fest miteinander gekoppelt sind. Dazu gehört, daß die
Frequenz des Steuersenders auf das Doppelte der Zeilenfrequenz eingestellt wird.
Infolgedessen beläuft sich bei einem System mit 625 Zeilen für ein vollständiges
Bild (d. h. zwei Feldern bzw. Zeilengruppen) und einer Netzfrequenz von 50 Hz die
Frequenz des Steuersenders auf 2 . 25 - 625 = 31250 Hz. Der Frequenzteiler 24 teilt
diese Frequenz durch 2, so daß die Mischstufe 26 die richtige Zeilenfrequenz von
25 - 625 = 15 625 Hz erhält. Die Feldsynchronisierimpulse werden von dem Signal
des Steuersenders abgeleitet, und zwar durch den Frequenzteiler 23, welcher in dem
hier gewählten Beispiel eine Frequenztransformation von 625 : 1 vornehmen muß, unterteilt
in vier Stufen von je 5:1. Der Phasendetektor 29 vergleicht nunmehr in üblicher
und wohlbekannter Weise die Phase der Feldsynchronisierimpulse mit der Phase der
Netzspannung. Sobald Abweichungen von einer bestimmten Phasenbeziehung eintreten,
beispielsweise, wenn die Feldsynchronisierimpulse nicht mit den Nulldurchgängen
der Netzspannung zusammenfallen, dann wird in dem Phasendetektor ein Steuersignal
erzeugt, welches an den Steuersender rückgekoppelt wird. Die Frequenz des Ausgangssignals
des Steuersenders wird dadurch in einem solchen Maße und für einen solchen Zeitraum
geändert, daß die durch den Phasendetektor 29 festgestellte Phasendifferenz
auf Null herabgesetzt wird. Da die Zeilensynchronisierimpulse ebenfalls von dem
Ausgangssignal des Steuersenders abgeleitet werden, welcher damit an die Netzspannung
geklemmt ist, werden diese Impulse auch an die Feldsynchronisierimpulse geklemmt.
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Bei dem hier dargestellten System ist in die Zuleitung für das Bezugssignal
zu dem Phasendetektor 29 ein Wählerschalter 44 eingebaut. Dieser Schalter
hat die beide Stellungen A-B und A-C. In der Stellung A-B ist der Phasendetektor
an das Netz angeschlossen, in welchem Falle die normale Klemmwirkung, wie sie oben
besprochen wurde, stattfindet. Der Kontakt C des Schalters 44 ist über den Verstärker
18 an die in F i g. 1 dargestellte Photozelle 17 angeschlossen.
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In dem oben angegebenen Beispiel von 25 Fernsehbildern bei einem Netzstrom
von 50 Hz und 625 Zeilen für das vollständige Bild verwendet man für die Filmaufnahmekamera
3 oft eine Bildwechselfrequenz von 25 Bildern je Sekunde. Die Verschlußscheibe 6
hat dann einen Belichtungswinkel von 180° und von jedem Fernsehbild wird nur ein
Feld bzw. eine Zeilengruppe aufgenommen, während die Zeitspanne für das andere Feld
bzw. die andere Zeilengruppe für den Vorschub des Films verwendet wird.
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Bei der in F i g. 1 dargestellten Anordnung vollführt die Scheibe
11 in der Sekunde 25 volle Umdrehungen. Um das Ausgangssignal des Verstärkers 18
als Bezugssignal für das 50 Hz-System verwenden zu können, ändert sich die Opazität
dieser Scheibe in Richtung des Umfanges in der Weise, daß das Sinuswellensignal
zwei volle Wellen umfaßt. Die Lage der Scheibe 11 zu der Welle 7 kann so eingestellt
werden, daß die Freigabe des Bildfensters der Kamera 3 durch die Verschlußscheibe
mit einem Nulldurchgang des Photozellensignals zusammenfällt.
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Dieses Signal wird nun an den Kontakt C des Schalters 44 gelegt, und
wenn man diesen Schalter in die Lage A-C dreht, dann paßt sich der Steuersender
25 diesem neuen Bezugssignal in genau der Weise an, wie es oben beschrieben wurde.
Feldsynchronisiersignal und Verschluß sind dann miteinander in fester Phasenbeziehung
gekoppelt, und alle gegebenenfalls eintretendenn Phasenabwechungen, z. B. infolge
von Belastungsschwankungen des Antriebsmotors, werden automatisch berichtigt.
Das
Ausgangssignal der Photozelle 17 erreicht eine stabile Frequenz erst am Ende der
Anlaufzeit des Elektromotors 10. Infolgedessen müßte während dieser Anlaufzeit der
Steuersender einen sehr großen Steuerungsbereich durchlaufen. Dieser Nachteil kann
in der Weise überwunden werden, daß man den Schalter 44 während der Anlaufzeit
in die Stellung A-B schaltet, d. h., jedesmal wenn die Vorrichtung in Betrieb gesetzt
wird, synchronisiert man zuerst den Steuersender mit dem Netz. Erst nachdem der
Motor 10 seine Nenndrehzahl erreicht hat, wird das System auf die Synchronisierung
des Verschlusses umgeschaltet, indem man den Schalter 44 in die Stellung
A-G bringt. Um die Verluste an Filmmaterial auf ein Mindestmaß herabzusetzen, hat
man es für vorteilhaft befunden, diese Schaltertätigkeit zu automatisieren, beispielsweise
durch die Verwendung eines Zeitrelais, welches auf eine Verzögerung eingestellt
wird, die ein wenig länger ist als die normale Anlaufzeit des Motors.
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Anstatt der vorstehend beschriebenen optischen Methode zur Erzeugung
des zyklischen Bezugssignals kann offensichtlich eine andere Methode verwendet werden,
wie z. B. das Öffnen und Schließen eines Schalters in einem Gleichstromkreis mittels
eines Armes auf der Welle 7. Mittels geeigneter Filter können die hierbei erzeugten
Impulse zur Verwendung als ein Bezugssignal umgeformt werden. Auch könnte man die
Welle 7 mit einem rotierenden Magneten versehen, der in einer ortsfesten Spule eine
Wechselspannung induziert, deren Phase durch die Stellung der Welle 7 bestimmt wird.
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Falls bei dem soeben beschriebenen System für die Kamera eine andere
Bildwechselfrequenz erforderlich ist, kann die Vorrichtung durch verhältnismäßig
einfache Mittel dieser Forderung angepaßt werden. Wird beispielsweise gewünscht,
in der Sekunde 12,5 Bilder zu belichten (von je vier Fernsehfeldern bzw. Zeilengruppen
werden für die Belichtung des einzelnen Films dann nur zwei verwendet, und diese
beiden Felder bilden in dem Zeilensprungsystem ein vollständiges Bild), dann läuft
die Kamera mit der halben Geschwindigkeit. Die Frequenz des durch die Photozelle
17 erzeugten Signals muß sich aber auch in diesem Falle auf 50 Hz belaufen.
Um diese Bedingung zu erfüllen, kann man beispielsweise die Scheibe 11 durch eine
solche ersetzen, welche die doppelte Anzahl von Sinuswellen hat, also vier volle
Wellen.
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Bei einer einfachen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
welche zwei Bildwechselfrequenzen (25 und 121/2 Bilder je Sekunde) angepaßt werden
kann, wird ein polumschaltbarer Synchronmotor mit beispielsweise einem zweipoligen
und einem vierpoligen Feld für Drehzahlen von 3000 bzw. 1500 Umdr./Min. verwendet.
Die Welle desselben trägt eine Lichtmodulierscheibe mit einem lichtdurchlässigen
Sektor von weniger als 180°; sie treibt die Welle des Kameraverschlusses mittels
eines Untersetzungsgetriebes von 2: 1 an. Zu beiden Seiten i der Motorwelle sind
je eine Lichtquelle und eine entsprechende Photozelle angeordnet. Läuft die Kamera
mit der höchsten Bildwechselfrequenz, dann ist nur eine der Photozellen in Tätigkeit.
Diese Photozelle erzeugt dann Impulse mit einer Frequenz von 50 Hz, t von welchen
ein Bezugssignal mit der gleichen Frequenz abgeleitet werden kann. Läuft der Kameramotor
mit 1500 Umdr./Min. für eine Bildwechselfrequenz von 121/2 Bilder je Sekunde, dann
sind beide Photozellen so parallel geschaltet, daß die Impulse der einen Zelle genau
in der Mitte der Zeitspanne zwischen den Impulsen der anderen Zelle erzeugt werden.
Das hierbei erhaltene Impulssignal ist vollkommen das gleiche, wie es bei der höchsten
Bildwechselfrequenz erzeugt wurde.
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Es ist klar, daß man in ähnlicher Weise durch die Verwendung einer
größeren Anzahl von Photozellen und der zugehörigen Lichtquellen zu weiteren Bildwechselfrequenzen
gelangen kann.