DE2311548A1

DE2311548A1 - Farbfernsehsystem

Info

Publication number: DE2311548A1
Application number: DE2311548A
Authority: DE
Inventors: Joseph Borel; Daniel Chagnot; Jacques Robert
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1972-03-08
Filing date: 1973-03-08
Publication date: 1973-09-27
Also published as: FR2174706B1; FR2174706A1; JPS491132A; IT980502B; GB1373894A

Description

410-20.308P 8. 3. 1973

Commissariat ä !'Energie Atomique, Paris (Frankreich)

Farbfernsehsystem

Die Erfindung bezieht sich auf ein Farbfernsehsystem mit einer Farbbilder in elektrische Videosignale umsetzenden Aufnahmekamera, mit Verstärkern und Ubertragungseinrichtungen für diese Videosignale, mit mindestens einem mit den übertragenen Videosignalen gespeisten Farbfernsehempfänger und mit Einrichtungen zum Erzeugen von Synchronisiersignalen zur synchronen Abtastung in der ·Aufnahmekamera und in dem oder den Farbfernsehempfängern.

Die Analyse und die Wiederherstellung von Farbfernseh-Mldern beruht zum großen Teil auf dem Trichrom-Prinzip und auf gewissen Eigenschaften des menschlichen Auges, insbesondere seiner Netzhautträgheit. Bekanntlich vermag das Auge auf dem Umweg über diese Eigenschaft Farbeindrücke zu integrieren, die entweder von räumlich nahe beeinanderliegenden Farbzentren oder von zu verschiedenen, aber eng benachbarten Zeitpunkten

309839/0874

ι o- Oj^Bo. Vi-nrBk

strahlenden Lieh taueilen kommen. V/i eder gaber öhr en mit simultaner Bilderzeugung arbeiten mit der räumlichen Integrationsfähigkeit des menschlichen Auges, während Wiedergaberöhren mit sequentieller Bilderzeugung die zeitliche Integrationsfähigkeit des menschlichen Auges ausnutzen.

Zu den Wiedergabeeinrichtungen der ersten Art gehören insbesondere die eine Lochmaske enthaltenden Farbbildröhren, deren Bildschirm aus einer Vielzahl von Triaden zusammengesetzt ist, von denen jede aus einem roten, einem blauen und einem grünen Plättchen besteht, die ebenso viele Luminophore für die Emission der drei ausgewählten Primärfarben darstellen. Diese Art von Farbbildröhren stellen die im Rahmen des öffentlichen Farbfernsehnetzes häufigste Ausführung dar. Wiedergabeeinrichtungen mit sequentieller Bilderzeugung werden dagegen häufiger in industriellen Fernsehanlagen eingesetzt, da dort nicht so große Anforderungen an die Bildauflösung gestellt werden, so daß das hohe Auflösungsvermögen der Lochmaskenröhren nicht erforderlich ist. Die Arbeitsweise dieser Wiedergabeeinrichtungen mit sequentieller Bilderzeugung ist im großen und ganzen die folgende: Vor der Aufnahmekamera ist eine rotierende Scheibe angeordnet, die aus mit Farbfiltern in den Farben rot, blau und grün besetzten Segmenten zusammengesetzt istj eine gleiche rotierende Scheibe wird mit dem Bildschirm der Fernsehempfänger kombiniert, wobei durch die Aussendung von Spitzen am Ende jedes einzelnen Fernsehbildes eine Synchronisation im Lauf der rotierenden Scheiben auf der Sende- und Empfangsseite sichergestellt wird. Das auf den Bildschirm des einzigen Fernsehempfängers gerichtete Auge des Betrachters gewinnt dann dank seiner zeitlichen Integrationsfähigkeit den Eindruck eines farbigen Bildes.

Die Wiedergabeeinrichtungen. mit gleichzeitiger Bilderzeugung, die beispielsweise mit Lochmaskenröhren arbeiten, liefern

309839/0874

zwar Farbbilder von guter Qualität, sie sind jedoch sehr kompliziert aufgebaut und führen daher zu hohen Gestehungskosten. Die Fernsehsysteme mit sequentieller Bilderzeugung unter Verwendung von selektiven Farbfiltern wiederum ermöglichen zwar den Aufbau eines Fernsehsystems mit relativ niedrigen Gestehungskosten, sie stellen jedoch wegen der notwendigen Synchronisierung der beiden rotierenden Scheiben hohe Anforderungen an die Genauigkeit bei ihrem Betrieb, und sie sind außerdem mit störendem Lärm verbunden, da sie mit mechanisch bewegten Teilen arbeiten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein

So

Farbfernsehsystem der eingangs erwähnten Art/auszubilden, daß es unter Beibehaltung relativ niedriger Gestehungskosten ohne die Verwendung mechanisch bewegter Teile auskommt, deren Betrieb zum einen mit Geräuschentwicklung und zum anderen mit schwer zu erfüllenden Synchronisierungsforderungen verbunden ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens für die Aufnahmekamera oder für den bzw. die Farbfernsehempfänger zum einen eine Schwärzweißfernsehaufnahmeröhre bzw. -wiedergaberöhre mit einem Farbfilter kombiniert ist, das aus einer zwischen einem Polarisator und einem Analysator mit sich kreuzenden Durchlaßrichtungen angeordneten FlI-terzelle mit einer zwischen zwei Elektroden eingefügten Schicht aus FlUssigkristallen besteht, und zum anderen eine von den Synchronisiersignalen steuerbare Spannungsquelle zum Anlegen einer die Filterfarben bestimmenden Folge von elektrischen Spannungen an die Elektroden der Filterzelle vorgesehen ist.

Das erfindungsgemäß ausgebildete Farbfernsehsystem arbeitet also mit sequentieller Bilderzeugung, indem es mit vor bzw. hinter den Schwarzweiß-Bildröhren der Aufnahmekamera bzw. der Fernsehempfänger angeordneten selektiven Farbfiltern arbeitet, es vermeidet jedoch die den bisher bekannten Färb-

309839/0874

fernsehsystemen dieser Art eigenen Mängel dadurch, daß anstelle eines mechanisch bewegten Systems ein elektrooptisches Filter zum Einsatz kommt, das sich die Eigenschaften von Flüssigkristallen zunutze macht. Diese Filter werden durch elektrische Spannungen gesteuert, was zum einen zu einer großen Elastizität in der Anwendung und zum anderen zu einer leichten Synchronisierbarkeit für den Betrieb der Filter auf der Sende- und der Empfangsseite führt.

Je nach den gestellten Anforderungen kann ein erfindungsgemäß ausgebildetes Farbfernsehsystem sowohl auf der Sendeais auch auf der Empfangsseite mit Farbfiltern auf Flüssigkristallbasis arbeiten, es ist aber auch ohne weiteres möglieh, eine entsprechende Ausrüstung nur auf der Sende- oder nur auf der Empfangsseite vorzusehen und auf der jeweils anderen Seite beispielsweise Lochmaskenröhren einzusetzen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante für das erfindungsgemäß ausgebildete Farbfernsehsystem bestehen die die Steuersignale für die Farbfilter bildenden elektrischen Spannungen aus Dreiergruppen, deren drei Einzelspannungen den drei primären Filterfarben entsprechen.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Für die weitere Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung bezug genommen, in der einige bevorzugte Ausführungsbeispiele für die Erfindung veranschaulicht sind; dabei zeigen in der Zeichnung:

Fig. 1 eine schematische Darstellung für den Aufbau eines mit einer Flüssigkristalle enthaltenden Filterzelle ausgestatteten Farbfilters,

309839/0874

Fig. 2 die graphische Veranschaulichung eines Spezialfalles für den Zusammenhang zwischen der Änderung des Brechungsindex von nematischen Flüssigkristallen einerseits und der an der entsprechenden Filterzelle anliegenden Spannung andererseits,

Fig. 3 ein Schaltschema für den Aufbau eines Farbfernsehsystems, das sowohl auf der Sende- als auch auf der Empfangsseite mit Farbfiltern auf Flüssigkristallbasis arbeitet, und

Fig. 4a - 4c Diagramme zur Veranschaulichung des zeitlichen Verlaufs der den Filterzellen zugeführten elektrischen Signale, der sägezahnförmigen Abtastspannung und der Bildendimpulse.

Vor der Beschreibung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Farbfernsehsystems selbst sollen zur Erleichterung des Verständnisses seiner Arbeitsweise einige Eigenschaften von Flüssigkristallen ins Gedächtnis zurückgerufen werden, die den Bau von Farbfiltern ermöglichen.

Flüssigkristalle stellen in ihrer mesomorphen Phase anisotrope Flüssigkeiten dar, die sich beispielsweise optisch und elektrisch anisotrop verhalten. Sie sind charakterisiert durch eine gruppenmäßige Ordnung ihrer Moleküle und deren erleichterte Gesamtorientierung. In dünnen Schichten - in typischen Fällen von weniger als 50 /u - orientieren sich diese Moleküle gemäß dem Oberflächenzustand und der Behandlung der sie begrenzenden Wände.

In dem Sonderfall eines nematischen Flüssigkristalle, wie beispielsweise eines Flüssigkristalls aus p-Methoxybenzyliden -p-n-Butylanilin, abgekürzt MBBA, ist es möglich, die Moleküle senkrecht oder parallel zu den begrenzenden Wänden zu orientieren. Auf diese Weise bildet man ein optisch ein-

309839/0874

axiales Milieu, dessen optische Achse senkrecht oder parallel zu den begrenzenden Wänden verläuft. Diese Moleküle zeigen außerdem eine dielektrische Anisotropie und damit ein permanentes Dipolmoment, dessen Richtung zur Molekülachse von der Art der Moleküle abhängt. Die MBBA-Kristalle zeigen ein zur großen Achse des Moleküls senkrechtes Dipolmoment, und die zugehörige dielektrische Anisotropie ist negativ. Wegen der allgemein gegebenen Tendenz zur Einstellung der Energie für die Molekülgruppierung auf einen Minimalwert suchen sich die Moleküle so einzustellen, daß ihre Richtung senkrecht zu der eines angelegten elektrischen Feldes verläuft, das Dipolmoment der Moleküle also mit der Richtung des elektrischen Feldes zusammenfällt. Mit Hilfe eines von außen angelegten elektrischen Feldes läßt sich daher die optische Achse einer Zelle aus Flüssigkristallen verdrehten.

Unter diesem Gesichtspunkt soll nun die Darstellung in Fig. 2 betrachtet werden, in der das Schema für ein mit einer Zelle aus Flüssigkristallen arbeitendes Farbfilter wiedergegeben ist. In Fig. 2 liegt die eigentliche Zelle 2 zwischen einem Polarisator 4 und einem Analysator 6, deren Achsen um 90° gegeneinander verdreht sind. Die Zelle 2 selbst besteht aus zwei Glasplatten 8 und 10, die jede mit einem leitenden und lichtdurchlässigen Überzug 12 bzw. 14 versehen sind, der beispielsweise aus Indiumoxyd bestehen kann. Zwischen die beiden Überzüge 12 und 14, die in diesem Falle die Rolle der Elektroden für die Filterzelle übernehmen, ist ein Flüssigkristall l6 eingeschoben, dessen Dicke in der Größenordnung von 10 /U liegt. Mit Hilfe eines Spannungsgenerators l8 läßt sich zwischen den Überzügen 12 und 14 eine einstellbare Spannung anlegen. Abstandskeile 20 und 22 gewährleisten eine passende und gleichförmige Dicke für den Flüssigkristall ]4. Zur Beleuchtung des dargestellten Farbfilters dient eine in Fig. 1 links vom Polarisator 4 angeordnete Lichtouelle 14, die insbe-

309839/0874

sondere weißes Licht abgibt, und das durch das Farbfilter hindurchgehende Licht fällt auf der anderen Seite der Filterzelle 2 hinter dem Analysator 6 auf ein Beobachteräuge 26.

Die überzüge 12 und Ik sind von solcher Art, daß die Flüssigkeitsmoleküle im Ruhezustand senkrecht zu den Begrenzungswänden ausgerichtet sind. Die optische Achse der Filterzelle 2 verläuft senkrecht zu den Wänden, und das unter normalem Einfall durch die FiIterzeile 2 hindurchgehende Licht trifft auf den ordentlichen Brechungsindex η der Flüssigkeit. Liegt zwischen den Elektroden der Filterzelle 2 keine Spannung an, so gelangt kein Licht von der Lichtquelle 24 zum Beobachterauge 26, da sich alle Vorgänge so abspielen, als wenn das vom Licht durchstrahlte Milieu isotrop wäre. Damit das Licht den Polarisator 4, die Filterzelle 2 und den Analysator 6 ohne Schwächung durchqueren kann, muß sich die Filterzelle 2 wie ein λ^-Plättchen verhalten, das eine unter 45° gegen die Hauptachse gerichtete lineare Schwingung in eine um 90° dagegen verdrehte lineare Schwingung umsetzt. Wird an die Filterzelle eine ihre Schwellenspannung ν_σ übersteigende Spannung V angelegt, so dreht sich ihre optische Achse, und der Brechungsindex η des Flüssigkristalls 16 für das einfallende polarisierte Licht ändert sich von η zu η ^. η , wenn η den außerordentlichen Brechungsindex für den Flüssigkristall 16 bezeichnet.

Damit das einfallende Licht den Analysator 6 ohne Schwächung durchstrahlen kann, muß daher gelten:

(n - n_o) · e = (k +

Nun ist jedoch der Ausdruck (n - η ) eine Funktion der vom Spannungsgenerator 18 an die Elektroden der Filterzelle 2 angelegten Spannung. Diese Funktion wird für den Sonderfall

309839/0874

eines Flüssigkristalls vom nematischen Typ durch die in Fig. 2 dargestellte Kurve wiedergegeben. Diese Kurve veranschaulicht die Änderungen des Brechungsindex η in Abhängigkeit von der an den Elektroden der Filterzelle 2 anliegenden Spannung, wobei für den Fall einer Wechselspannung V deren Effektivwert V „„ einzusetzen ist. In Wirklichkeit zeigt Fig. 2 die Änderungen des Brechungsindex η gegenüber dem ordentlichen Brechungsindex η des keinem elektrischen Feld ausgesetzten Flüssigkristalls ]6. Liegt die angelegte Spannung V unterhalb der Schwellenspannung V₀, die hier 4 Volt beträgt, so entspricht der Brechungsindex η des Flüssigkristalls l6 dem ordentlichen Brechungsindex η . Bei Anlage einer die Schwellenspannung V„ überschreitenden Spannung V vergrößert sich der Brechungsindex η und strebt gegen einen Grenzwert, der in der Größenordnung des außerordentlichen Brechungsindex η liegt.

Die zentrale Wellenlänge λ _M und damit die B'arbe des ohne Schwächung durch die Filterzelle 2 hindurchgehenden Lichtes ist bei Einfall von weißem Licht eine Funktion der Spannung V. Für diese Spannung V wird die Lichtintensität gegeben durch den Ausdruck I( "λ ) = I-Sin X (n-n ^ e,l

I A I

der für λ = λ_Μ ein Maximum durchläuft. Bei Beobachtungen der Anmelderin an einer Filterzelle von 10 ₇u Dicke mit einem Flüssigkristall aus MBBA ergaben sich bei Zimmertemperatur in Abhängigkeit von der angelegten Spannung V_ef._f die nachstehenden Farbtöne für das durchgelassene Licht:

Zitronengelb: η = n_Q + 0,028 für V_eff = 4,6 V

blutrot: η = n_Q + 0,045 für V_eff = 4,8 V

violett: η = n_Q + 0,057 für V_eff - 4,9 V

himmelblau: η = n_Q + 0,066 für V _ff = 4,95 V

grün: η = η + 0,074 für V -_ = 5,06 V.

O ti X X

309839/087A

Anzumerken ist, da? die Kurve für die Änderung des Brechungsindex als Punktion der Zeit relativ langsam ansteigt und exponentiell gegen einen Grenzwert geht. Daraus ergibt sich eine gewisse Einstellzeit für den gewünschten Wert für den Brechungsindex, nämlich deft entsprechenden Grenzwert, ab Anlage einer konstanten Spannung - Gleichspannung oder Viechseispannung mit konstantem Effektivwert -, was schwerwiegende Begrenzungen für die oben beschriebene Einrichtung mit sich bringen kann.

Um diesem Übelstand abzuhelfen, kann man die angelegte Spannung vergrößern, wobei die Anstiegszeit umgekehrt proportional zum Quadrat der elektrischen Feldstärke ansteigt. Man befindet sich dann jedoch in einem Gebiet der Kurve für die Änderung des Brechungsindex als Funktion der Spannung, das nahe der Sättigungsgrenze liegt, und der Brechungsindex η nähert sich dem außerordentlichen Brechungsindex η : bei Anlage einer den Wert 20 V übersteigenden Spannung V an den gleichen Flüssigkeitskristall kann man nicht mehr zwischen mehreren Brechungsindizes und damit mehreren Farben unterscheiden. Verringert man jedoch bei konstanter Größe der angelegten Spannung von beispielsweise 5 V die Schichtdicke für den Flüssigkristall beispielsweise um den Faktor 10, so ergibt sich eine Multiplikation des elektrischen Feldes mit dem Faktor 10, und die Anstiegszeit verringert sich auf ein Hundertstel. Die schließlich zu bauende Vorrichtung wird stets einen Kompromiß zwischen diesen verschiedenen Forderungen darstellen.

Aufbauend auf diesen einleitenden Erläuterungen soll nunmehr ein erfindungsgemäß ausgebildetes Farbfernsehsystem beschrieben werden, das in Fig. J5 veranschaulicht und sowohl auf der Sendeseite a als auch auf der Empfängerseite b mit entsprechend dem Prinzip von Fig. 1 aufgebauten Farbfiltern ausgerüstet ist. Die Sendeseite a enthält eine Aufnahmeröhre 32, die insbesondere zum Vidikontyp gehören kann. Auf den Bildschirm

309839/0874

dieser Aufnahmeröhre 32 wird über ein Objektiv 34 ein Bild eines farbigen Gegenstandes 30 entworfen, wobei die dieses Bild erzeugenden Lichtstrahlen durch ein selektives Farbfilter hindurchgehen, das entsprechend Fig. 1 eine zwischen einem Polarisator 4 und einem Analysator 6 mit gekreuzter · Durchlaßrichtung angeordnete Filter zelle 2 mit Flüssigkristallen enthält. Die Speisung der Filterzelle 2 mit elektrischen Spannungssignalen erfolgt aus einer Baustufe 36, die gleichzeitig über eine Abtaststufe 38 auch die Synchronisiersignale für die Steuerung der Abtastung des Bildschirms der Aufnahmeröhre 32 liefert. Die Aufnahmeröhre 32 gibt daher Videosignale ab, die sich aus der optisch-elektronischen Umsetzung des Bildes auf ihrem Bildschirm ergeben. Diese Videosignale werden in einer Baustufe 40 weiterverarbeitet, in der sie mit Rücksicht auf ihre Übertragung über ein Kabel 42 insbesondere eine Verstärkung erfahren. Die Baustufe 36 gibt außerdem Synchronisiersignale ab, die über ein Kabel 44 zur Empfängerseite b übertragen werden. Die bei diesem AusfUhrungsbeispiel dargestellte Kabelübertragung für die Videosignale und die Synchronisiersignale ist naturgemäß nur als mögliches Ausführungsbeispiel zu !/erstehen, an ihre Stelle kann auch eine drahtlose Signalübertragung mittels einer Trägerwelle treten. Außerdem können von einem Sender beliebig viele Empfänger gespeist werden, die überdies nicht von gleichem Aufbau zu sein brauchen.

Auf der Empfängerseite b in Fig. 3 wird eine Baustufe 50 mit den Synchronisiersignalen aus der Baustufe 36 gespeist, und diese Baustufe 50 gibt Steuersignale für eine Abtaststufe 52 und für ein wiederum entsprechend dem Grundprinzip von Fig. 1 aufgebautes Farbfilter ab. Dieses Farbfilter enthält eine Filterzelle 2* mit Flüssigkristallen, die zwischen einem Polarisator 4' und einem Analysator 6' mit sich kreuzenden Durchlaßrichtungen angeordnet ist. Die Videosignale werden

309833/0874

- 3 1 -

auf der Empfängerseite b einer Baustufe 5^ zugeführt, in der sie verarbeitet und anschließend einer Schwarzweiß-Bildröhre 56 üblicher Art zugeführt werden, deren Bildabtastung durch die Abtaststufe 52 gesteuert wird. Das auf dem Bildschirm der Bildröhre 56 entstehende Bild wird für ein Beobachterauge 58 durch das Farbfilter hindurch sichtbar.

Die Arbeitsweise des in Fig. 3 dargestellten Gesamtsystems ist die folgende:

Zunächst sei angenommen, daß die Baustufe 36 an die Elektroden der Filterzelle 2 eine Spannung V« anlegt, die einer Filterfarbe C entspricht. Das vom abzubildenden Gegenstand 30 kommende Licht geht selektiv durch den Polarisator, die Filterzelle 2 und den Analysator 6 hindurch, wobei auf dem Bildschirm der Aufnahmeröhre 32 ein Farbbild entsteht, dessen Farbe der Filterfarbe C entspricht. Dieses Farbbild wird von der Aufnahmeröhre 32 so analysiert, als ob es sich um ein Schwarzweißbild handeln würde, als Aufnahmeröhre 32" kann also eine übliche Schwarzweiß-Aufnahmeröhre und insbesondere dhe Aufnahmeröhre vom Vidikontyp verwendet werden. Weiter sei ohne Einschränkung für die Erfindung angenommen, daß die Baustufe 36 die Spannung V"_c während der gesamten Zeitdauer für die Abtastung eines vollen Bildes auf dem Bildschirm der Aufnahmeröhre 32 an die FiIterzeile 2 anlegt. Das von der Aufnahmeröhre 32 abgegebene Videosignal ist dann ein Chrominanzsignal, das der vom Farbfilter bestimmten Filterfarbe C entspricht. Dieses Videosignal wird In der Baustufe hO verarbeitet und insbesondere verstärkt und sodann zu dem oder den Empfängern übertragen. Sobald ein Gesamtbild auf dem Bildschirm der Aufnahmeröhre 32 vollständig analysiert ist, legt die Baustufe an die Zelle 2 eine andere Spannung V_ct an, die einer anderen FiIterfarbe C¹ entspricht. In der Aufnahmeröhre 32 erfolgt dann eine erneute Analyse eines vollständigen Farbbildes mit der Farbe C', und es entsteht ein neues Videosignal, das

309839/0874

dieser FiIterfarbe C' entspricht. Diese Analyse kann für eine Folge unterschiedlicher Farben wiederholt werden, so daß eine Folge von Chrominanzsignalen entsteh/t , die jeder Abtastung des Bildes auf dem Bildschirm der Aufnahmeröhre 32 entsprechen.

Am Ende jeder Bildabtastung gibt die Ba 'Stufe 36, die auch die Abtastsignale für die Bildabtastung liefert, eine Bildendspitze ab. Die Abtastzeile wird durch die Abtaststufe 38 bestimmt, wie dies auch beim üblichen Schwarzweiß-Fernsehen geschieht. Die Baustufe 36 stellt daher die Synchronisation zwischen den an der Filterzelle 2 anliegenden Spannungen einerseits und der Bildabtastung in der Aufnahmeröhre 32 andererseits sicher"; diese Synchronisation führt außerdem zur Abgabe von Impulsen, die den verschiedenen Farbfernsehempfängern zugeführt werden.

Die Arbeitsweise der in Fig. 3 ebenfalls dargestellten Empfängerseite b ähnelt der Arbeitsweise auf der Sendeseite a. Die über das Kabel 44 übertragenen Synchronisiersignale werden von der Baustufe 50 aufgenommen, die zum einen Spannungsimpulse für die Erregung der Filterzelle 2* und zum anderen über die Abtaststufe 52 Spannungsspitzen zur Steuerung der Bildabtastung in der Bildröhre 56 abgibt. Die über das Kabel übertragenen Videosignale gelangen zur Baustufe 54, in der sie insbesondere eine Verstärkung erfahren, und werden dann in die Bildröhre 56 eingespeist, die wiederum eine für Schwarzweiß-Fernsehen übliche Bildröhre ist. Die an der Filter eile 2' anliegendenSpannungen folgen in der gleichen Reihenfolge aufeinander, wie dies für die Filterzelle 2 auf der Sendeseite a gilt. Die Zeitpunkte für die Spannungsumschaltung werden durch die Baustufe 50 bestimmt, und die Bildabtastung in der Bild-* röhre 56 erfolgt synchron zur Anlage der elektrischen Spannungen an die Filterzelle 2', wie dies auch auf der Sendeseite a der Fall ist. Die über das Kabel 42 übertragenen Chrominanz-

309839/0874

signale modulieren die Intensität des Elektronenstrahls in der Bildröhre 56 in der Weise, daß auf deren Leuchtschirm ein Farbbild entsteht, das der Bildanalyse in der Aufnahmeröhre 32 entspricht. Das Beobachterauge 58, das dieses Bild auf dem Bildschirm der Bildröhre 56 durch das Farbfilter hindurch beobachtet, nimmt daher ein Farbbild wahr, dessen Intensität der Intensitätsverteilung für die jeweilige Filterfarbe auf dem Gesamtbild für den abzubildenden Gegenstand 30 entspricht.

Das oben im Prinzip beschriebene Farbfernsehsystem gemäß der Erfindung kann sich natürlich auch des Prinzips des Trichromverfahrens bedienen. In diesem Falle werden die an die Filterzellen 2 und 2' anzulegenden Spannungen so gewählt, daß die ausgewählten Farben den primären Farben wie beispielsweise blau, rot und grün entsprechen. Geht man dabei von den oben angegebenen experimentellen Zahlenwerten aus, die naturgemäß keinerlei Einschränkung für die Erfindung bedeuten, so sieht man, daß man zur Erzielung eines blauen Bildes sowohl auf der Empfängerseite als auch auf der Sendeseite an die jeweiligen Farbfilter Spannungen in der Größenordnung von 4,95 V anlege^n muß. Zur Erzielung eines roten Bildes sind Spannungen in der Größenordnung von 4,8 und zur Erzielung eines grünen Bildes Spannungen in der Größenordnung von 5#O6 V an die jeweiligen Farbfilter anzulegen. Diese Spannungswerte können, wie bereits erwähnt, bei Anlage von sinusförmigen Wechselr.pannungen deren Effektivwerte sein. Natürlich lassen sich als solche Spannungen auch Gleichspannungen verwenden, die ständig an den Elektroden der Farbfilter anliegen, jedoch ergeben sich dann Ladungsableitungen, die zu einer Begrenzung der Lebensdauer für die Filter '.eilen führen können, so daß im allgemeinen eine Speisung der Filterzellen mit Wechselrpannungssignalen vorzuziehen ist.

Natürlich kann man in Abhängigket von der Art der verwendeten Flüssigkristalle auch andere Spannungswerte als die

309839/0874

oben angegebenen verwenden, jedoch ist es im allgemeinen vorzuziehen, sich den bekannten Primärfarben, wie sie beim üblichen Farbfernsehen Verwendung finden, nämlich einem Rot von 6lO Nanometern Wellenlänge, einem Grün von 535 Nanometern Wellenlänge und einem Blau von 470 Nanome- ■ tern Wellenlänge soweit wie möglich anzunähern.

Damit das menschliche Auge die von den Farbfernsehempfängern nacheinander abgegebenen Farbeindrücke ohne Schwierigkeit zu integrieren vermag, dürfen die aufeinanderfolgenden Erregungen nicht durch Zeitintervalle voneinander getrennt sein, die größer sind als eine 1/15 Sekunde, welcher Wert der mittleren Trägheit der Gesichtsempfindung entspricht. Man muß daher Ubertragungssysteme mit mehr als 15 Bildern je Sekunde verwenden, also beispielsweise mit 24 Bildern je Sekunde (Bildfolgefrequenz im Kino) mit 50 Bildern je Sekunde (übliche Fernsehnorm in Frankreich) oder mit 60 Bildern je Sekunde (übliche Fer-nsehnorm in den USA) arbeiten. Bekannt ist jedoch, daß sich beim Fernsehen wegen der zeilenweisen Abtastung ein Flimmereffekt ergibt, der erst bei höheren Bildfolgefrequenzen verschwindet, so daß man zur Erzielung eines annehmbaren Bildeindrucks mit Abtastfrequenzen von mehr als 15 Bildern je Sekunde arbeiten muß. Ebenso empfiehlt es sich für das erfindungsgemäße Farbfernsehsystem wie auch bei den üblichen Fernsehsystemen, das Prinzip der verschachtelten Abtastung in Anwendung zu bringen, also nach dem Zeilensprungverfahren zu arbeiten, das darin besteht, daß während eines ersten Halbbildes die geradzahligen Zeilen und während eines zweiten Halbbildes die ungeradzahligen Zeilen abgetastet und wiederhergestellt werden. Arbeitet man beispielsweise mit 20 Bildern je Sekunde, so erhält man 40 Halbbilder je Sekunde, wodurch sich der störende Flimmereffekt ohne Vergrößerung der je Sekunde zu übertragenden Information beseitigen laßt, da die Gesamtanzahl der Zeilen für ein vollständiges Bild unverändert bleibt.

309839/0874

Das Grundprinzip für die Synchronisierung zwischen der Abtastung der beiden Fernsehbildröhren einerseits und den an die Filterzellen angelegten Spannungen andererseits ist aus der Darstellung in Fig. 4 ersichtlich. Dort sind Diagramme dargestellt, welche die Form und die Lage der an den Filterzellen anliegenden Spannungen (Fig. 4a1, die den Ablenkeinrichtungen für den Elektronenstrahl auf der Sende- und der Empfangsseite zugeführten Signale (Fig. 4b) und die Lage der jeweils am Ende einer Bildabtastung abgegebenen Synchronisierspitzen (Fig. 4c) wiedergeben.

Geht man wiederum von der Annahme aus, daß die an den Filterzellen anliegende Spannung während der gesamten Zeitdauer für eine volle Bildabtastung aufrechterhalten wird, so erhält man in Fig. 4a eine Folge von Rechteckstufen, die der Amplitude der an den Elektroden der Filterzellen anliegenden Scheitelspannung oder deren Effektivwert entsprechen. Dabei entspricht die Spannung V_R der Auswahl der Farbe rot durch die Filter, während sich bei Anlage der Spannungen V_R bzw. V_v an die Filterzellen die Farben blau bzw. grün auswählen lassen. Die Spannungen werden stets in der Reihenfolge rot, blau, grün, rot, blau, grün usw. angelegt. Die Bildabtastung wird durch Sägezahnspannungen ausgelöst, die auf der Sendeseite a von der Baustufe 38 und auf der Empfängerseite b von der Baustufe 52 abgegeben werden und deren Form in Fig. 4b-veranschaulicht ist. Die Spannung V_h entspricht dabei einer Stelle oben auf dem Bildschirm der jeweiligen Bildröhre,, während die Spannung V^ einer Stelle unten auf diesen Bildschirmen zugeordnet ist. Die Zeitdauer T entspricht der für die Abtastung eines vollen Bildes erforderlichen Zeit. Am Ende dieser Zeitdauer T erfolgt der Bildrüeklauf während einer Zeitdauer r, die zum einen zur Abgabe der in Fig. 4c dargestellten Bildendspitzen für die Synchronisierung und zum anderen zum Umschalten von der Spannung V_R zur Spannung V_ß ausgenutzt wird.

309839/0874

- j O -

Die Synchronisiersignale für die Bildabtastung in Fig. 4c werden von der Baustufe J>6 auf der Senderseite a abgegeben und über das Kabel 44 der Baustufe 50 auf der Empfängerseite b zugeführt. Diese Baustufe :>0 ihrerseits erzeugt bei Empfang der Synchronisierungsendspitzen von Fig. 4c, ohne daß dies im einzelnen dargestellt zu werden braucht, Spannungsspitzen für die Steuerung der Abtaststufe 52, die wiederum der Darstellung in Fig. 4b analoge Sägezahnspannungen für die Bildabtastung erzeugt.

Für den Fall einer Arbeitsweise mit ineinander verschachtelter Bildabtastung muß die Darstellung in Fig. 4b in einfacher Weise modifiziert werden: Die Zeitdauer für die Spannungsstufen V„, V„ und V_v kann unverändert bleiben, die Sägezähne für die Bildabtastung in Fig. 4b dauern dagegen nur halb so lang, wobei für jede Stufe in der an den Filterzellen anliegenden Spannung zwei Halbbilder abgetastet werden.

In Fig. 4c sind die Spitzen für die Zeilenenden, die sich naturgemäß zwischen den Spitzen für das Bildende befinden, nicht dargestellt, die Synchronisierung zwischen der Zeilenabtastung und der Bildabtastung erfolgt jedoch bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Farbfernsehsystem in der für die bekannten Fernsehsysteme üblichen V/eise und bedarf daher keiner weiteren Erläuterung.

In gleicher Weise können die Spitzen für das Zeilenende und das Bildende zusammen mit dem Videosignal selbst mit unterschiedlicher Polarität und einer ihre Trennung beim Empfang ermöglichenden Zeitdauer übertragen werden, so daß dann nur ein einziges Kabel für die Signalübertragung verwendet zu werden braucht.

309839/0874

Wenn die anzuwendende Norm 25 vollständigen Bildern je Sekunde oder 50 Halbbildern je Sekunde bei verschachtelter Abtastung entspricht, beträgt die Dauer der Abtastung eines vollständigen Bildes 40 Millisekunden, was drei aufeinanderfolgenden Farbbildern von je 1/5» 3 Millisekunden Dauer entspricht. Die an den Elektroden der Filterzellen anliegenden Spannungen werden daher alle 13 Millisekunden umgeschaltet, und dies ist für Flüssigkristalle der Art, wie sie im Rahmen der Erfindung zur Anwendung kommen, vollkommen verträglich. Wenn mit einer 50 vollständigen Bildern je Sekunde entsprechenden Norm gearbeitet werden soll, liegt die Erregungszeit für jede Filterfarbe bei 6,6 Millisekunden^und auch dieser Wert ist mit einem Einsatz/MB3A-Kristallen für die Filterzellen durchaus verträglich.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf den Fall beschränkt, daß die an die Filterzellen anzulegenden Spannungen der Abtastung eines vollen Bildes entsprechen. In gleicher Weise bezieht sich die Erfindung vielmehr auch auf ein Farbfernsehsystem mit zeilenweiser Abtastung, bei dem der Farbwechsel jeweils am Ende einer Zeile erfolgt. Dies verlangt naturgemäß den Einsatz von Filterzellen mit Flüssigkristallen, die eine hinreichend niedrige Ansprechzeit haben, die der Abtastzeit für eine Zeile entspricht. Die oben gegebene Beschreibung der Erfindung läßt sich jedoch ohne weiteres auch auf diesen Fall lesen.

Die obige Darstellung zeigt, daß das erfindungsgemäß ausgebildete Farbfernsehsystem den ungeheuren Vorteil bietet, daß es die Bauelemente des üblichen Schwarzweiß-Fernsehens verwendet. Bei einer speziellen Ausführungsform gestattet es das erfindungsgemäß ausgebildete Farbfernsehsystem außerdem, mit einem nie! t mit einem Farbfilter versehenen üblichen nchv/arzweiß-Fernsehempfänger ein mit einer Farbfernsehaufnahme-

309 8 39/0874

- Ii

kamera aufgenommenes Bild zu empfangen. In diesem Falle ist es erforderlich, das Informationssignal für die Gesamthelligkeit des Bildes zu übertragen, wie dies bei einer üblichen Schwarzweiß-Aufnahmekamera geschieht. Dazu kann man auf der Sendeseite, wie dies beim üblichen Farbfernsehen bekar.nt ist, eine Wägung der Chrominanzsignale R, V und B für die verschiedenen Primärfarben rot, grün und blau vornehmen, wobei der relativen Empfindlichkeit des menschlichen Auges für diese drei Farben Rechnung juttragen ist. Bekanntlich kann man nämlich unter Bildung der Kombination 0,30 R + 0,59 V + 0,11 B ein Signal gewinnen, das unmittelbar die Luminanz des aufzunehmenden Gegenstandes wiedergibt. Bei dieser Ausführungsvariante der Erfindung erfolgt in der Baustufe 40 auf der Sendeseite a in Fig. j5 eine Wägung der drei Chrominanzsignale R, V und B, die der Reihe nach von der Aufnahmeröhre J>2 erzeugt werden, in der Weise, daß man ein sequentielles Luminanzsignal erhält. Auf der Empfängerseite b werden dann, wenn diese mit einem Farbfilter ausgestattet ist, die drei Chrominanzsignale in ihrer tatsächlichen Amplitude wiederhergestellt. Bei einer reinen Schwarzweiß-Empfangseinrichtung dagegen ergeben die drei den drei analysierten Farben entsprechenden Bilder dank der zeitlichen Integrationsfähigkeit des menschlichen Auges ein korrektes Schwarzweißbild, wie man auch beim üblichen Fernsehen auf einem Farbbildschirm ausgehend vorr. Luminanzsignal ein Schwarzweißbild empfangen kann. Auch mit dieser Anordnung ist das erfindungsgemäß ausgebildete Farbfernsehsystem dann verträglich.

Bei einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung wird ein System für die Fernsehprojektion auf einen großen Bildschirm geschaffen. Da nämlich die Filter/eilen und die zugehörigen Polarisatoren und Analysatoren von kleinen Ouerabmessungen und außerdem sehr lichtstark sind, eignen sie sich ganz besonders für die Anwendunr eier Frojektionstechnik. Dazu

309839/0874

genügt es, eine übliche Projektionseinrichtung für die Projektion von Schwarzweißbildern auf einen großen Schirm ausgehend von einem auf dem Bildschirm einer Fernsehröhre erscheinenden kleinen Bild mit Farbfiltern zu kombinieren, wie dies oben beschrieben ist, und auf diese Weise vor dem großen Schirm die Primärfarben auszuwählen, so daß auf diesem Schirm nacheinander die verschiedenen Farb^ild^r erscheinen.

Bei allen diesen Ausführungεvarianten ist die Erfindung nicht auf ein Trichromverfahren beschränkt, sondern sie kann ganz allgemein von einem Polychromverfahren Gebrauch machen, bei dem nacheinander mehr als drei verschiedene Farben erscheinen. Bekanntlich können nämlich, obgleich die Auswahl von drei Primärfarben die Wiedergewinnung der Quasigesamtheit der beobachtbaren Farbtöne ermöglicht, diese Farbtöne nur im Innern e±ies durch die Lage der drei Primärfarben definierten Farbraumes wahrgenommen werden. Es ist schwer vorstellbar, daß die bisher bekannten Systeme für die Bildwiederherstellung auf mehr als drei Farben gegründet werden können, da schon die bisher bekannten dreifarbigen Leuchtschirme so komplizierte Gebilde darstellen, daß ihre Ausführung mit noc'i mehr Farben beim heutigen Stande der Technik unmöglich erscheint. Dagegen ergeben sich für die Auswahl einer größeren Anzahl von Grundfarben beim erfindungsgemäß ausgebildeten Farbfernsehsystem keinerlei Schwierigkeiten, so daß mit dessen Hilfe ein weiterer Bereich von Farbtönungen erzielbar ist. umgekehrt" kann man beim erfindungsgemäß ausgebildeten Farbfernsehsystem die Primärfarben aus privilegierten Bereichen des der Natur eines aufzunehmenden Gegenstandes entsprechenden Spektrums wählen; beispielsweise kann man bei einem Gegenstand, in dem Blau- und Grüntöne dominieren, die Baustufen 36 und 50 in der Weise einregeln, daß sie eine Folge von Spannungen abgeben, die in diesem Bereich liegenden Farben entsprechen und eine wesentlich feinere Farbwiedergabe des betreffenden Gegenstandes ermöglichen.

309839/0874

Ebenso kann man sehr rasch von einer Familie von Primärfarben zu einer anderen übergehen, indem man lediglich die Baustufen 36 und ^O auf andere Werte für die Erregerspannungen einstellt, um ein unterschiedliches Gebiet zu untersuchen, in dem beispielsweise die Farbe rot dominiert. Dazu braucht dann lediglich auf die Regelknöpfe für die Einstellung der an die Farbfilterzellen anzulegenden Spannungen eingewirkt zu werden. Man sie^vt also, daß das erfindungsgemäß ausgebildete Farbfernsehsystem eine sehr große Elastizität in seiner Anwendung aufweist und gleichzeitig eine vollständigere und farbtreuere Farbwiedergabe ermöglicht, als dies mit den bisher bekannten Systemen der Fall ist.

Es versteht sich von selbst, daß die Erfindung in keiner V/eise auf die Verwendung von MBBA-Kristallen oder von Flüssigkristallen vom nematischen Typ beschränkt ist, sie erstreckt sich vielmehr auf alle Varianten von Flüssigkristallen.

309839/0874

Claims

Patentansprüche ■

\J Farbfernsehsystem mit einer Farbbilder in elektrischen Videosignale umsetzenden Aufnahmekamera, mit Verstärkern und Übertragungseinrichtungen für diese Videosignale, mit mindestens einem mit den übertragenen Videosignalen gespeisten Farbfernsehempfänger und mit Einrichtungen zum Erzeugen von Synchronisiersignalen zur synchronen Abtastung in der Aufnahmekamera und in dem oder den Farbfernsehempfängern, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens für die Aufnahmekämera oder für den bzw. die Farbfernsehempfänger zum einen eine Schwarzweißfernsehaufnahmeröhre (j52) bzw. -wiedergaberöhre (56) mit einem Farbfilter kombiniert ist, das aus einer zwischen einem Polarisator (4, 4') und einem Analysator (6, 6') mit sich kreuzenden Durchlaßrichtungen angeordneten Filterzelle (2, 2^r) mit einer zwischen zwei Elektroden (]2, 14) eingefügten Schicht (l6) aus Flüssigkristallen besteht, und zum anderen eine von den Synchronisiersignalen steuerbare Spannungsquelle (36, 50) zum Anlegen einer die Filterfarben bestimmenden Folge von elektrischen Spannungen an die Elektroden der Filterzelle vorgesehen ist.
2. Farbfernsehsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmekamera eine hinter einem von einer ersten Spannungsquelle (36) gesteuerten ersten Farbfilter angeordnete Schwärzweißfernsehaufnahmeröhre (32) und der bzw. die Farbempfänger jeweils eine Schwarzweißfernsehbildröhre (56) enthalten, hinter deren Leuchtschirm ein von einer mit der ersten Spannun^sauelle synchronisierten zweiten Spannungsquelle (^O) gesteuertes zweites Farbfilter angeordnet ist.
3. Farbfernsehsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Elektroden (12, 14) der Filterzellen (2, 2^f)

309839/0874

anlegbaren Spannungsfolgen periodische Polgen von Gruppen aus jeweils drei den drei primären Pilterfarben entsprechenden Spannungen snd.
4. Farbfernsehsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Spannungen einen sinusförmigen Verlauf zeigen.
5. Farbfernsehsystem nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß jede der elektrischen Spannungen an den Elektroden (12, 14^ der Filterzelle (2, 2') während der gesamten Zeitdauer für die Abtastung des Bildes der dem betreffenden Farbfilter zugeordneten Fernsehröhre (32, 56^ anliegt und die Umschaltung von einer Spannung zur anderen während des Rücklaufs der Bildabtastung erfolgt.
6. Farbfernsehsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildabtastung an den Bildröhren (56) der Farbfernsehempfänger mit Verschachtelung erfolgt.
7. Farbfernsehsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der elektrischen Spannungen an den Elektroden (12, l4^N der Filterzelle (2, 2') während der Zeitdauer für die Abtastung einer Zeile auf dem Schirm der dem betreffenden Farbfilter zugeordneten Fernsehröhre (32, 56) anliegt und die Umschaltung von einer Spannung zur anderen während des Zeilenrücklaufs erfolgt.
8. Farbfernsehsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmekamera eine hinter einem mit einer periodischen Folge von Gruppen aus jeweils drei den drei primären Filterfarben entsprechenden Spannungen gespeisten Farbfilter angeordnete Schwarzweißfernsehaufnahmeröhre (32) enthält und die Verstärker und Übertragungseinrichtungen (40) für die Video-

309839/0874

signale einen Wägekreis für die den einzelnen Primärfarben entsprechenden Videosignale aufweisen, der ein sequentielles Luminanzsignal für die schwarzweiß arbeitenden Fernsehempfänger abgibt.
9. Farbfernsehsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens.einer der Farbfernsehempfänger eine Projektionseinrichtung zum Projizieren seines Schirmbildes durch das zugehörige Farbfilter hindurch auch einen großen Bildschirm besitzt.
10. Farbfernsehsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristalle in den Farbfiltern zum nematischen Typ gehören.
11. Farbfernsehsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristalle aus p-Methoxybenzyliden-p-n-Butylanilin bestehen.

309839/0874

Leerseite