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Anordnung zur telegraphischen Ubermittlung von Reihen-oder Einzelbildern
Die Erfindung befaßt sich mit der Aufgabe, Bilder von vorzugsweise bewegten Objekten
bzw. solche Bilder, die von einem in Bewegung befindlichen Fahrzeug, beispielsweise
von einem Luftfahrzeug, aufgenommen werden, auf telegraphischem Wege an einen anderen
Ort zu übermitteln. Bisher war es notwendig, von dem zu übertragenden Vorgang zuerst
eine photographische Aufnahme herzustellen, ehe mit der eigentlichen Sendung, d.
h. der Zerlegung des Bildes. in .eine Folge von elektrischen Signalen, begonnen
werden, konnte. Der Vorgang des Photographierens, Entwickelns, Trocknens usw. erfordert
jedoch einen erheblichen Aufwand ,an Zeit und Apparaturen, was beides in vielen
Fällen, wie z. B. auf Luftfahrzeugen, nicht tragbar ist.
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Die Erfindung schlägt nun vor, für die Aufnahme des Bildes und seine
Umsetzung in eine Folge von elektrischen Signaleneine Bildspeicherröhre zu verwenden
und deren Optik mit einem Verschluß auszurüsten, der derart mit der Ablenkung des
Abtaststrahls in Bildrichtung gekuppelt ist, daß erst eine kurzzeitige Belichtung
und dann die Abtastung des Bildes erfolgt.
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Die Bildispeicherrö.hre ist von der Fernsehtechnik her bekannt. Hier
ist jedoch die. Optik ständig
geöffnet, und Belichtung und Abtastung
kaufen gleichzeitig nebeneinander her. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist dies
nicht mehr möglich, de hier die Zeit für die Abtastung eines Bildes; wesentlich
größer wird. Während nämlich beim Fernsehen die Abtastzeit in der Größenordnung
von 1/25 Sek. liegt, soll sie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren. einige Sekunden
bis zu I Minnte und, mehr betragen, je nach der gewünschten zeitlichen Folge und
Auflösung der Bilder und der Breite des zur Verfügung stehenden Übertragungsweges.
Während dieser relativ langen Zeit ändert sich aber der Bildinhalt, so daß das empfangene
Bild geometrische Verzerrungen und Nachzieherscheinungen als Folge der Trägheit
der Umladung der Mosakteilchen aufweisen würde. Erfindungsgemäß wird daher die Speicherröhre
nur ganz kurze Zeit belichtet, wie es bei einer Momentaufnahme in der Phototechnik
üblich ist.
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Daß das erfindungsgemäße Verfahren in der Tat möglich isst, beruht
auf folgenden beiden experimentell erhärteten Tatsechen: Belichtet man die photoempfindliche
Mosaikschlicht einer gewöhnlichen Bildspeicherröhre bzw. die hoimiogene Photoschicht
einer Speicherröhre mit elektronenoptischer Zwischenabbildung mit Licht gleichbleibender
Helligkeit, so steigt das Potential der von dem Licht bzw. den Elektronen der Zwischenabbildung
getroffenen Stelle der Mosaikelektrode etwa nach Art der Ladekurve eines Kondensators
an, d. h. das Potential strebt einem Endwert zu; der trotz weiter anhaltender Belichtung
nicht mehr überschritten wird. Es zeigt sich nun, daß die Zeit, nach der dieser
Endwert als praktisch erreicht angesehen werden kann, weniger als 1/1oo Sek. beträgt.
Dadurch wird es möglich, die Belichtung nach seiner Zeit, wie se bei Momentaufnahmen
üblich ist, abzubrechen, ohne daß des bei der Abtastung entstehende Bildsignal dadurch
schwächer würde. Die zweite Tatseche ist die, daß der der Mosaikelektrode aufgeprägte
Potentialeindruck dank der Isolation der Teilchen gegeneinander und gegen die Signalplatte
leine erheblich lange Zeit anhält, ohne daß eine merkliche Schwächung eintritt.
Dieser Versuch ist sehr leicht anzustellen, indem man bei einer im Betrieb befindlichen
Fernsehbildspeicherröhre zuerst den Strahlstrom auss'chalte't und dann das Objektiv
verschließt. Schaltet man dann nach ° I Stunde den Strahlstroem wieder ein, so exscheint
auf dem Empfämger vorübergehend das Bild, dass vor dem Verschließen des Objektivs
lauf der Moisaikplatte vorhanden war. Es besteht also dank dieser Tatsache keine
Gefahr, daß etwa die letzten Zeilen bei .der Abtastung ein schwächeres Bildsignal
liefern als die ersten Zeilen.
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Gegenüber dem Fernsehen besitzt die Anordnung nach der Erfindung den
Vorteil, daß das zu übertragende Frequenzband wesentlich schmaler wird, wobei sogar
die Auflösung noch wesentlich übler das beim Fernsehen übliche Maß hinaus gesteigert
werden kann. Einige Zahlen mögen dies erläutern: Die Übertragumgszeit für ein Bild
sei auf 3o Sek. festgelegt, snd das Bild möge in 6oo ooo Bildpunkte zerlegt werden
. Beim Fernsehen mit 44I Zeilen und 25 vollen Bildwechseln je Sekunde wird das Bild
en etwa 2oo ooo Bildpunkte zerlegt, entsprechend einer höchsten zu übertragenden
Frequenz von 2,5 MHz. Dann beträgt die höchste zu übertragende Frequenz nur io.kHz.
Als für die Aussendung einer solchen Frequenz kann an Stelle einer Ultrakurzwelle
beim Fernsehen nunmehr eine Rundfunkwelle verwendet werden, was für die erzielbare
Reichweite von Wichtigkeit ist. Soll die Übertragungszeit bei gleichbleibender Auflösung
anstatt 5o nur 3 Sck. betragen, eine Zeit, wie sie insbesondere für fortlaufende
Übertragung von Reihenbildern, bei Luftaufklärung zweckmäßig ist, so, beträgt die
höchste zu übertragende Frequenz I oo kHz, die auf einer Kurzwelle als Träger ausgestrahlt
werden können.
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Die Abb, I und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Anordnung, und zwar enthält Abb. I .die mechanisch-elektrische Anordnung zur Durchführung
des Erfindungsgedankens und Abb, 2 erläuternde Diagramme dazu. Die Bildspeicherröhre
enthält in ihrem Kolben die Signalplatte 2 met einer Isolierschicht 3 und dem photoempfindlichen
Mosaik 4, ferner in einem rohrförmigen Ansatz ein Strahlenerzeugungs- und -ablenkungssystem,
teestehend aus der Kathode, 5, der Steuerelektrode 6, der Konzentrierspule 7, der
Anode 8 und den Ablenkplatten 9 für die Bildrichtung und I o für die Zeilenrichtung,
wofei letztere senkrecht zur Zeichenebene verläuft. Die zu übertragende Szene wird
mit Hilfe des Objektivs 11 auf dem Mosaikschirm abgebildet. Das Objektiv ist gemäß
einem Kennzeichen der Erfindung mit einem Verschluß ausgerüstet, der hier der Einfachheit
halber als Klappe 12 dargestellt ist, die vom einer Nockenscheibe 13 betätigt wird.
Die Spannungsquelle I4 zur Erzeugung des abtastenden Kathodenstrahls ist an ihrem
positiven Pol mit der geerdeten Anode 'und an ihrem negativen Pol mit der Kathode
verbunden. Die Steuerelektrode 6 erhält ihre negative Vorspannun g über einen Widerstand
I 5 von seinem Spannunggsteiler her, der aus den Widerständen I6, I7 und 18 besteht
und von einer Spannungsquelle 32 gespeist wird. Die Widerstände 16 und I7 können
mit Hilfe der Kontakte I9 und 2o kurzgeschlossen werden, die ihrerseits wieder von
den Nockenscheiben z I und 22 bestätigt werden. Zur Ablenkung des Kathodenstrahls
in Zeilenrichtung dient der frei schwingende Generator 23, der isälgezahnförmigeSpanrnungen
an das Io und außerdem rechteckige Austastimpulse an die Steuerelektrode 6 und den
der Bildspeicherröhre machgeschalteten Verstärker 33 liefert. Zur Erzeugung der
s,ägezahnförmigen Ablenkspainnun,g für 'die Bildrichtung dient das D@app:elp:otentiometer
24 mIt zwei synchron und phasenstarr miteinander laufenden Schleifarmeen. Die Schleifbahnen
'des Potentiometers werden von der Spannungsquelle 23 gespeist, deren; Mi,ttelabgriff
geerdet ist. Zwischen dem; Speisepunkten überstreichen die Schleifarm;, zweit Metallsiegmente,
die mit dem frei schwingenden; Sägezahngenenator 26 verbunden sind, dessen
Bedeutung
weiter unten noch erläutert wird. Der der Bildspeicherröhre nachgeschaltete Verstärker
33 wird während der Rücklaufzeiten gesperrt, und zwar währenddes Zeilenrücklaufes
durch den schon erwähnten Rücklaufimpuls von dem Generator 23 her, der übler den
Kondensator 26 einen negativem Spaninungsanfall an dem Widerstand 27 erzeugt, und
während des Bildrücklaufes durch Schließen des Kontaktes 28 mittels der Nockenscheibe
3I. Dadurch wird der Widerstand 36 kurzgeschlossen, der zusammen mit dem Widerstand
29 einen von der Spannungsquelle 3o gespeisten Spannungsteiler bildet, an dessen
Abigriff der Widerstand 27 liegt, der den. Gitterableitwiderstand einer Stufe des
Verstärkers 33 darstellen möge.
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Die vier Nockenscheiben I3, 2I, 22 und 3If und das Doppelpotentiometer
24 sitzen auf einer gemeinsamen Achse, die durch Federwerk oder Motor angetrieben
wird und je Bildperiode eine Umdrehung macht. Aus zeichnerischen Gründen haben die
Scheiben. in Abb. I nicht alle den gleichen Umlaufsinn, was sich beider praktischen
Ausführung selbstverständlich vermeiden läßt. Die dabei zustande kommenden mechanischen
und elektrischen Schaltvorgänge sind in Abb. 2 a und 2 b zusammenfassend dargestellt.
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Abb. 2 a zeugt den. Zustand des Objektivverschlusses I2, und zwar
sind die Öffnungszeiten nach oben. aufgetragen. Die Kurve 2b zeigt den Verlauf des
Potentials an dem Punkt 38,d. h. der Vorspannung für die Steuerelektrode des Abtastsystems.
Der Impuls nach oben wird durch Kurzschließen des Kontaktes 20 und der Impuls nach
unten durch Kurzschließen des Kontaktes I9 erzeugt. Die Kurve 2c stellt den Verlauf
des Potentials an den Bildablenkplatten dar, das während des größten Teils der Periode
langsam und gleichmäßig ansteigt und während des kleineren Teils einer sehr schnellen
sägezahnförmigen Schwingung folgt, deren Frequenz wesentlich höher ist als die Zeilenfrequenz.
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Zu der Zeit, wo die Belichtung erfolgt, ist die Steuerelektrode des
Strahlerzeugungssystems soweit negativ vorgespannt, daß der Kathodenstrahl unterdrückt
wird, um örtliche Störungen beim Aufbau des Potentialgebirges zu vermeiden. Nach
der Belichtung wird die Vorspannung der Steuerelektrode wieder lauf den normalen
Wert zurückgeführt. Gleichzeitig beginnt der langsam ansteigende Ast im Spannungsverlauf
an den Bildablenkplatten, d. h. ,der eigentliche Abtastvorgang setzt ein. Am Ende
dieses Vorganges beginnt edle schnelle sägezahnförmige Schwingung, deren Frequenz
zu der Zeilenfrequenz in dem gleichen Verhältnis steht wie dien letztere zur Bildfrequenz.
Der Abtaststrahl überstreicht also nun edle Mosaikplatte ein- oder mehreremal rasterförmig,
wobei nunmehr die frühere Zeilenfrequenz edle Rolle der Bildfrequenz und die an
den Bildplatten liegende Hilfsfrequenz die Rolle der Zeilenfrequenz übernimmt. Es
handelt sich hier um eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung, die darin, besteht,
daß nach der langsamen Abtastung ein Nachlöschen erfolgt. Dies geschieht deshalb,
um unter lallen Umständien zu verhindern, daß von dem abgetasteten Potentialgebirge
Spuren zurückbleiben, die bei der ersten Abtastung nicht restlos ausgelöscht wurden.
Beim Fernsehen ist diesle Frage nicht von wesentlicher Bedeutung, da die aufeinanderfolgenden
Bilder sich in ihrem Inhalt nur unwesentlich unterscheiden, während bei der erfindungsgemäßen
Anordnung das zweite Bild von dem ersten grundsätzlich verschieden sein kann.
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Um diese Nachlöschung noch wirksamer zu gestalten, wird die Strahlstromstärke
durch Herab,-setzen der negativen Vorspannung der Steuerelektrode erhöht (s. Abb,
2 b), was praktisch durch Kurzschließen des Widerstandes I7 mit Hilfe des Kontaktes
2o bewerkstelligt wird. Nach Beendigung des Nächlöschens, wird durch Schließen des
Kontaktes I 9 die negative Vorspannung der Steuerelektrode bis zur vollständigen
Unterdrückung des Kathodenstrahls erhöht, und nun kann wieder eine neue Belichtung
erfolgen und der geschilderte Prozeß ein zweites Mal abrollen. Während der Zeitdes
Beginns des Nachlöschens bis zur neuen Belichtung einschließlich wird der der Signalplatte
nachgeschaltete Verstärker durch Schließen des Kontaktes 28 gesperrt, was durch
die Kurve 2b angedeutet ist, die den Potentialverlauf an dem Punkt 4o darstellt.
Von dem Verstärker 33 gelangen die Bildsignale in den Sender 34., wo sie einer Trägerwelle
aufmoduliert und ausgestrahlt werden. An dieser Stelle werden auch zweckmäßigerweise
die Gleichlaufsignale eingetastet, was durch die Klemmen 35 angedeutet ist. Über
die Form dieser Signale, insbesondere über die Art, wie sich Bild und Zeilengleichlaufsignale
voneinander unterscheiden, sei an dieser Stelle nichts näheres ausgeführt, da dieses
Problem laus der Bildtelegraphie und Fernsehtechnik hinreichend bekannt ist.
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Die in Abh. I dargestellte Anordnung ist lediglich als Beispiel zu
werten und kann in manchen Teilen abgewandelt werden, ohne daß der Rahmen der Erfindung
dadurch überschritten wird. So. ist es z. B. möglich, den abtastenden Kathodenstrahl
im Rhythmuseiner über der höchsten Bildpunktfrequenz liegenden Hilfsfrequenz zu
unterbrechen und das Bildsignal mit einem auf diese Frequenz abgestimmten Trägerfrequenzverstärker
zu verstärken. Dies hat edlen Vorteil, daß die Schwierigkeiten, die die Verstärkung
der als Folge der langsamen Abtastung auftretenden Bildsi,gnalfrequenzien bereitet,
umgangen werden. Weiterhin ist ees, möglich, .dien Kathodenstrahl während: des Nachlöschens
durch Beeinflussung des durch die Konzentrierspule fließenden Stromes zu dekonzentrieren.
An Stelle der in Abb. i dargestelltefn primitiven Klappe ,als Objek tivverschluß
wird man zweokmäß@gerweisie feinen Momentverschluß wählen, wie er bei photographischen
Apparaten üblich isst. Dia ,an eder Seendes Belle leine Kontrollee :des ausgesendeten
Bildes nicht möglich ist, ist es zweckmäßig, die Anordnung mit einem Sucher rund
einem elektrischen Belichtungsmesser auszurüsten, nach dessen Ausschlag die Objektivblende
oder eder Verst,ärkunigsgrad des nachgeschalteten Verstärkers (einzustellen ist.
Der
Empfang des Bildes kann mit allen aus der Bildtelegraphie her bekannten Mitteln
erfolgen. Besonders zweckmäßig ist es j edoch,angesichts der gegebenenfalls nur
wenige Sekunden daueMden Übertragungszeit für ein Bild die ankommenden Bildsignale
auf eine Braunsche Röhre zu geben und das Schirmbild zu photographieren. Man kann
dabei den Film schrittweise oder kontinuierlichweitertnansportieren. Im ersten Fall
muß die Bewegung durch die Bildgleichlaufsignale gesteuert werden, während im zweiten
Fall rauf die Bildablenkung in der Brawnschen Röhre und die Synchronisierung des
Filmtransports verzichtet werden kann. Das letztere Verfahren ist allerdings wegen
des Nachleuchtens des Fluoreszenzmaterials nicht bis zu beliebig schnellen Zeilenfolgen
anwendbar. Der belichtete Film ist bei Alwendung seines geeigneten Schnellentwicklung
sverfahrens innerhalb einer Zeit von I bis z Minuten projektionsfähig (vgl. Hausmitteilungen.
der Fernseh AG, April I939, S.72). Zur Erzielung einer gleichbleibenden Bildhelligkeit
ist es zweckmäßig, wenn der Empfänger mit einer selbsttätigen Regelung versehen
ist, die zweckmäßigerweise auf die vorn Bildinhalt unabhängigen Gleichlaufzeichen
anspricht.
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Dias beschriebene Ausführungsbeispiel ist auf die fortlaufende Übertragung
von Reihenbildern zugeschnitten, es kann jedoch so abgewandelt werden, daß auch
Einzelbilder übertragen werden können. Dazu ist in. der Hauptsache lediglich erforderlich,
die Antriebsachse, die in diesem Fall zweckmäßigerweise auch die gesamte Apparatur
einschaltet, nach der Übertragung eines Bildes wieder stilzusetzen. Weiterhin ist
die Erfindung nicht an die drahtlose Übermittlung gebunden, vielmehr kann an die
Stelle das drahtlosen Senders eine Leitung treten. Schließlich läßt sich die Erfindung
auch dann mit Vorteil benutzen, wenn es sich glicht um die Üb,ertrag bewegter Szenen
handelt, sondern um die übermittlung von Schriftstücken, Zeichnungen oder Photographien.
In diesem Fall hat man den Vorteil, daß während der auf die Belichtung folgenden
Abtastzeit eine bequeme Abwochslung des zu übermittelnden Bildes möglich ist und
lauf diese Weise Leerlaufzeiten vermieden werden.