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Fernsehverfahren zur Übertragung farbiger Bilder Die elektrische Fernübertragung
farbiger Bilder erfordert ähnlich wie die Farbenphotographie eine optische Zerlegung
des Lichts in Farbkomponenten. Es sind Fernsehverfahren entwickelt worden, bei denen
die Farbenzerlegung durch Farbfilter vorgenommen wird, jedoch hat die Praxis ergeben,
daß diese Verfahren beträchtliche Mängel aufzuweisen haben.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, Erscheinungen der chromatischen
Polarisation des Lichts, deren Anwendung bei der farbigen Wiedergabe kinematographischer
Filme bekannt ist, zur Charakterisierung der Farben der einzelnen Bildpunkte bei
der elektrischen Bildübertragung zu verwenden, derart, daß auf der Senderseite zwei
Photozellen benutzt werden, die zur Bestimmung von Intensitätswerten beziehungsweise
Farbwerten der Bildpunkte des zu übertragenden Bildes dienen. Die Bildwiedergabe
erfolgt dabei unter Anwendung einer besonders konstruierten chromatisch aktiven
Lichtsteuerzelle sowie einer weiteren Lichtsteuerzelle, denen die übertragenen Intensitäts-
und Farbwerte zugeleitet werden. Die Lidhtstrahlen im Bildempfänger müssen dabei
durch eine Dispersionsmethode zur Bildung eines kontinuierlichen Spektrums gezwungen
werden, und außerdem ist eine genaue Justierung der chromatisch aktiven Lichtsteuerzelle
im Strahlengang der chromatisch auszuwählenden Lichtstrahlen erforderlich, weil
nach diesem Verfahren nur eine relative Farbenauswahl möglich ist.
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Das erfindungsgemäße Farbenbildfernsehverfahren unterscheidet sich
von dem vorerwähnten Verfahren dadurch, daß es nicht nur wesentlich einfacher und
bequemer ist, insbesondere hinsichtlich der technischen Mittel für die Durchführung
der elektrischen Steuerung der Farbenauswahl, sondern es ermöglicht auch eine absolute
Farbenauswahl aus weißem, spektral ungeordnetem Licht mit Hilfe einer normalen Lichtsteuerzelle.
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Das Farbenbildfernsehverfahren gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß beim Sender sowohl als auch beim Empfänger eine phasengleiche elektrisch gesteuerte
Drehung der Polarisationsebenen der durch ein chromatisch aktives Medium chromatisch
polarisierten Lichtstrahlen vorgenommen wird und daß im Empfänger die farbig ausgewählten
Lichtstrahlen jedes Bildpunktes intensitätsmäßig in Abhängigkeit von den Bildimpulsen
der Sendeseite gesteuert werden.
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Dieses Farbenbildfernsehverfahren wird an Hand der Zeichnungen näher
erläutert, Die Abb. i bis 3 stellen verschiedene Ausführungsarten dieses Verfahrens
dar. Wie aus Abb. i ersichtlich ist, gelangen die Lichtstrahlen, die von dem zu
übertragenden Bild ausgehgn" das ruhend oder bewegt sein kann und dis durch den
Pfeil i angedeutet ist, in die Kamera :2,
des Senders. Die Lichtstrahlen
werden durch den Polarisator 5 polarisiert und durch ein chromatisch aktives Medium
6 geleitet. Dieses chromatisch aktive Medium hat die Eigenschaft, die Polarisationsebene
jedes Lichtstrahls in einem für die Farbe dieses Lichtstrahls charakteristischen
Maße zu drehen und dadurch eine Rotationsdispersion des Lichts zu erzeugen: Beispielsweise
kann eine senkrecht zur optischen Achse geschliffene Quarzplatte als chromatisch
aktives Medium 6 angewendet werden. Die auf diese Weise chromatisch polarisierten
Lichtstrahlen werden durch die Lichtsteuerzelle 7 geleitet. Durch diese Lichtsteuerzelle
wird eine elektrisch gesteuerte Drehung der Polarisationsebenen der chromatisch
polarisierten Lichtstrahlen bewirkt. Die der Lichtsteuerzelle 7 zugeführte elektrische
Energie, die durch die Stromquelle 12 erzeugt wird, wird so gewählt, daß sich die
durch die Lichtsteuerzelle 7 und die durch das chromatisch aktive Medium 6 bewirkten
Drehungen der Polarisationsebenen der Lichtstrahlen für jeweils eine bestimmte Lichtsorte
aufheben oder zu einem bestimmten Wert ergänzen, so daß die Lichtstrahlen dieser
Farbe durch den Analysator 8 selektiert werden.
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Die flächenmäßige Bildzerlegung in Bildelemente erfolgt in der üblichen
Weise durch eine geeignete Bildzerlegungsvorrichtung 9. Alle bekannten Bildzerlegungsvorrichtungen,
die eine hinreichend schnelle Bildzerlegung gewährleisten, können hierzu angewendet
werden. In dem Beispiel von Abb. i erfolgt die Bildzerlegung durch eine Nipkowscheibe
9, die durch den Motor ii in Bewegung gesetzt wird. Es ist auch möglich, die Bildzerlegungsvorrichtüng
vor der bereits beschriebenen Farbenauswahlvorrichtung in der Kamera 2a anzuordnen.
Die jeweils durch die Farbenauswahlvorrichtung und die Bildzerlegungsvorrichtung
selektierten Lichtstrahlen werden in die Photozelle rö geleitet. Auf diese Weise
werden die optischen Impulse der Lichtstrahlen in elektrische Impulse umgewandelt.
Die photoelektrischen Impulse der Photozelle io werden über einen Verstärker 13
durch Drahtleitungen oder auf drahtlosem Wege zum Empfänger übertragen.
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Zur Durchführung der obenerwähnten Farbenauswahl können verschiedene
Wege eingeschlagen werden. Die nacheinander erfolgende Auswahl der verschiedenen
Farben kann einmal während der zur Übertragung jedes einzelnen Bildelements zur
Verfügung stehenden Zeit erfolgen. In diesem Falle muß der Lichtsteuerzelle 7 eine
elektrische Steuerspannung, die durch die Stromquelle 1z erzeugt wird, zugeführt
werden. Die Charakteristik dieser Steuerspannung ist aus Abb. 4 ersichtlich: Während
der für die Übertragung jedes einzelnen Bildelements zur Verfügung stehenden Zeit
steigt die Steuerspannung allmählich zum Maximalwert an. Während der zwischen der
Übertragung je zweier Bildelemente liegenden Pause (Unterbrechung) geht die Spannungskurve
plötzlich (Abb. q.) oder allmählich (Abb. 5) auf den Minimalwert zurück. E" E, und
E" bedeuten die Spannungen, die zur Auswahl von drei Farbkomponenten, beispielsweise
der sogenannten drei Grundfarben, nach diesem Verfahren erforderlich sind. Die Spannungskurve
kann auch stufenförmig verlaufen, wie dies in Abb.6 und 7 dargestellt ist. Die Steuerspannung
der Lichtsteuerzelle 7 bleibt dann beispielsweise während des dritten Teils der
zur Übertragung eines einzelnen Bildelements zur Verfügung stehenden Zeit auf einem
der zur Auswahl der drei Farbkomponenten geeigneten Werte konstant. Sollen statt
der drei Grundfarben ia Farbkomponenten angewendet werden; so muß die Spannungskurve
entsprechend n Spannungsstufen aufweisen. Zur Bildwiedergabe ist es notwendig, die
zur Farbenauswahl im Sender verwendeten Steuerimpulse ebenso wie die Bildimpulse
zum Empfänger zu übertragen.
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Die Übertragung dieser Steuerimpulse und der durch die Farbenauswahl
nochmals unterteilten Bildimpulse erfordern eine entsprechende Erhöhung der Trägerfrequenz.
Dies ist jedoch oft mit technischen Schwierigkeiten verbunden und wegen der bei
Ultrakurzwellen auftretenden Ausbreitungsvorgänge zuweilen untunlich. Aus diesem
Grunde kann die Farbenauswahl auch bildweise erfolgen, so daß beispielsweise während
eines Bildwechsels jeweils nur .eine Farbkomponente selektiert wird. Die Charakteristik
der die Farbenauswühl bewirkenden Steuerspannung verläuft dann beispielsweise stufenförmig
in der in Abb. 8 dargestellten Weise. In diesem Fälle bleibt die zur Farbenauswahl
dienende Steuerspannung yyährend je eines Bildwechsels auf einem geeigneten Wert
konstant. Es können "jedoch auch andere geeignete Steuerspannungen bestimmter Frequenzen,
z: B. von der Form, wie die in Abb. 5 gezeigte, bei der sich die einzelne Periode
bis zu dem für die optische Darstellung natürlicher Mischfarben durch aufeinanderfolgende
Farbkomponenten erforderlichen Zeitraum erstrecken kann, angewendet werden.
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Die optischen Farbeindrücke erscheinen dem menschlichen Auge nämlich
nur dann als Mischfarben, wenn sie innerhalb einer gewissen Verschmelzungszeit,
längstens etwa 1/9 Sekunde, aufeinanderfolgen. Je nachdem, ob zur Bildübertragung
drei, vier oder za Farbkomponenten angewendet werden sollen,
müssen
während einer Periode der der L ichtsteuerzelle 7 zugeführten Steuerfrequenz 3,
4. bzw. n Bildwechsel erfolgen. Beispielsweise würden für eine dreifarbige Bildübertragung
bei einer Steuerfrequenz von g Perioden 27 Bildwechsel in der Sekunde erforderlich
sein. Dies würde mit der Zahl der beim Fernsehen üblicherweise angewendeten Bildwechsel
ungefähr übereinstimmen.
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Auf der Empfängerseite werden die vom Sender übertragenen Bildimpulse
und die Teichfalls übertragenen Impulse der zur Farbenauswahl dienenden Steuerfrequenz
über den Verstärker 14 dem Bildwiedergabeapparat 15 zugeleitet. Im Wiedergabeapparat
15 befindet sich eine Lichtquelle 16, deren Lichtstrahlen durch den Polarisator
i9 polarisiert und durch das chromatisch aktive Medium 20 geleitet werden. Das chromatisch
aktive Medium 2o hat dieselben optischen Eigenschaften wie das in der Kamera 2"
des Senders verwendete chromatisch aktive Medium 6 und bewirkt ebenfalls Rotationsdispersion
des hindurchgehenden polarisierten Lichts.
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Die chromatisch polarisierten Lichtstrahlen der Lichtquelle 16 werden
durch eine Lichtsteuerzelle 21 geleitet. Der Lichtsteuerzelle 21 werden die vom
Sender übertragenen Impulse der zur Farbenauswahl dienenden Steuerfrequenz zugeführt.
Durch die Lichtsteuerzelle2i erfolgt eine vom Sender elektrisch gesteuerte Drehung
der Polarisationsebenen der chromatisch polarisierten Lichtstrahlen der Lichtquelle
16. Die durch die L ichtsteuerzelle 21 und das chromatisch aktive Medium 2o bewirkten
Drehungen der Polarisationsebenen der Lichtstrahlen der Lichtquelle 16 heben sich
jeweils für eine bestimmte Lichtsorte auf oder ergänzen sich zu einem bestimmten
Wert wie im Bildsender. Die Lichtstrahlen dieser Farbe werden durch den Analysator
-22 selektiert. Die bei direkter Übertragung im Sender und Empfänger gleichzeitig
selektierten Farben stimmen vollkommen überein.
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Die Lichtstrahlen werden darauf durch die Lichtsteuerzelle 23 geleitet,
der die vom Sender übertragenen, die Bildimpulse verkörpernden photoelektrischen
Impulse der Photozelle io zugeleitet werden. Dadurch und durch Anwendung des Analysators
24 erfolgt die Modulation der polarisierten Lichtstrahlen der Lichtquelle 16 in
Übereinstimmung mit den Impulsen des zu übertragenden Bildes.
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In der üblichen Weise erfolgt dann die Bildzusammensetzung durch eine
geeignete Bildzusammensetzungsvorrichtung. Es können hierzu alle bekannten Bildzusammensetzungsvorrichtungen
angewendet werden. In Abb. i ist die Bildzusammensetzungsvorrichteng durch eine
Nipkowscheibe 25 dargestellt, die durch den Motor 28 angetrieben wird. Urn
den erforderlichen Synchronismus zwischen der Bildzerlegung im Sender oder, bei
Verwendung von Zwischenfilm, der Filmabtastung einerseits und der Bildzusammensetzung
im Empfänger andererseits herzustellen, können die bekannten Synchronisierungsmethoden
angewendet werden.
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Auf dem Projektionsschirm (Leinwand oder Mattscheibe) 27 wird das
übertragene Bild in den natürlichen Farben und in der gewünschten Größe erzeugt.
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Es ist natürlich möglich, im Sender und Empfänger die Plätze der zur
Farbenauswahl dienenden Lichtsteuer zelle und des chromatisch aktiven Mediums miteinander
zu vertauschen. Ebenso kann im Empfänger auch erst die Modulation der Lichtstrahlen
in Übereinstimmung mit den übertragenen Bildimpulsen und danach die Farbenauswahl
erfolgen. Im Empfänger kann die Bildzusammensetzungsvorrichtung auch an anderer
Stelle im Gang der Lichtstrahlen der Lichtquelle 16 angeordnet werden.
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Für das Wesen dieses Farbenbildfernsehverfahrens ist es ohne Belang,
welcher Art die zur Farbenauswahl verwendeten Lichtsteuerzellen sind. Neben den
bekannten Kerrzellen können auch andere Lichtsteuerzellen elektrostatischer oder
elektromagnetischer Natur zur Farbenauswahl benutzt werden.
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Bei der Farbenauswahl gemäß dieser Erfindung können die Richtungen
der durch die Lichtsteuerzelle und durch das chromatisch aktive Medium bewirkten
Drehungen der Polarisationsebenen der polarisierten Lichtstrahlen entweder entgegengesetzt
sein oder übereinstimmen, so daß im letzteren Falle diese Drehungen sich addieren.
Die Analysatoren sind dementsprechend einzustellen.
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Es ist nicht unbedingt notwendig, die zur Farbenauswahl dienenden
Steuerimpulse, die sich gewöhnlich in bestimmter Weise periodisch wiederholen, sämtlich
zum Empfänger zu übertragen, sondern es genügt die Übertragung geeigneter Synchroniserimpulse,
um Phasengleichheit zwischen der im Sender zur Farbenauswahl benutzten Folge von
Einzelwerten der Steuerspannung und einer, im Empfänger erzeugten entsprechenden
Folge von Steuerimpulsen zu erzielen. Zu diesem Zweck können die bekannten Verfahren
sinngemäß entsprechende Anwendung finden, die beim Fernsehen zur Synchronisierung
der Bildzerlegung im Sender mit der Bildzusammensetzung im Empfänger angewendet
werden.
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Wie aus dem in Abb. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel dieses Farbenbildfernsehverfahrens
hervorgeht, wird hierzu die Kamera 2h
verwendet, die sich von der
bereits beschriebenen Kamera 2, in Abb. i dadurch unterscheidet, daß ein lichtdichtes
Nebenabteil angefügt ist, indem sich eine Lichtquelle 29 befindet. Die Lichtemission
der Lichtquelle 29 wird durch die Stromquelle 12 mitgesteuert und gibt deshalb die
jeweilige Phase der Steuerfrequenz der Lichtsteuerzelle 7 an. Durch die Bildzerlegungsvorrichtung
9 werden die Lichtstrahlen der Lichtquelle 29 in geeigneter Weise periodisch unterbrochen
und gelangen in die Photozelle 31. Die auf diese Weise durch die Photozelle 31 erzeugten
photoelektrischen Synchronisierimpulse sowie die die Bildimpulse verkörpernden photoelektrischen
Impulse der Photozelle io werden Tiber den Verstärker 13 zum Empfänger übertragen.
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Im Empfänger wird zur Farbenauswahl eine gleiche Steuerfrequenz erzeugt,
wie hierzu im Sender verwendet wird. Die in der beschriebenen Weise vom Sender übertragenen
Synchronisierimpulse werden nach den bekannten Verfahren zur Herstellung der Phasengleichheit
zwischen der im Sender und der im. Empfänger zur Farbenauswahl verwendeten Steuerfrequenz
benutzt. Insbesondere können hierzu auch Verfahren angewendet werden, die auf der
Anwendung der bekannten Kippmethoden beruhen. Die synchronisierte Steuerfrequenz
wird der Lichtsteuerzelle 21 des Wiedergabeapparates 15 zugeführt. Die farbige Bildwiedergabe
erfolgt dann in der beschriebenen Weise.
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Damit die Bildwiedergabe tatsächlich in den natürlichen Farben erfolgt,
ist es erforderlich, die Spannungswerte der die Farbenauswahl im Empfänger bewirkenden
Steuerfrequenz genau den Verhältnissen des verwendeten chromatisch aktiven Mediums
anzupassen.
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An Stelle der bei den verschiedenen Ausführungsbeispielen dieses Farbenbildfernsehverfahrens
verwendeten Bildzerlegungsvorrichtungen, Photozellen und Bildzusammensetzungsv orrichtüngen
können natürlich auch
andere bekannte Mittel, die denselben Zweck erfüllen,
angewendet werden. Insbesondere kann bei allen Ausführungsarten dieses Farbenbildfernsehverfahrens
statt der in der Kamera des Senders verwendeten Bildzerlegungsvorrichtungen und
Photozellen die bekannte speichernde Bildfängerröhre nach Zworykin in Anwendung
gebracht werden.
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Das in Abb. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel dieses Farbenbildfernsehverfahrens,
das im übrigen sächlich mit Abb. i übereinstimmt, unterscheidet sich von diesem
nur dadurch, daß statt der Bildzerlegungsvorriehtung 9 und der Photozelle io der
Kamera 2, in Abb. i eine Bildfängerröhre 64 in der Kamera 2a verwendet wird. Die
Farbenauswahl vollzieht sich in derselben Weise, wie dies bei der Beschreibung von
Abb. i dargestellt worden ist. Die photoelektrischen Impulse der Bildfängerröhre
64. werden zur Steuerung der Elektronenröhre 68 benutzt und über einen weiteren
Verstärker 13 zusammen mit der die Farbenauswahl bewirkenden Steuerfrequenz zum
Empfänger übertragen. In entsprechender Weise kann die Bildfängerröhre auch bei
dem in Abb. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel dieses Farbenbildfernsehverfahrens
angewendet werden.