Kapitel 1. Vom Sehen und Fernsehen (aus 1970)
- 1966 - Die Philips LDK 3 Farbkamera
Wie wir Bilder sehen - Eine kurze Einführung in die Grundlagen des Sehens
Unser Auge ist ein kostbares und kompli- ziertes Sinnesorgan, das als hochentwickelter "Bildzerleger" in Aufbau und Wirkungsweise alles übertrifft, das bisher von Menschen an ähnlichen künstlichen Systemen ersonnen und geschaffen wurde. In Abbildung 1 sind die wesentlichen Elemente des Auges dargestellt. Wir werden dieses Prinzip später bei Film- und noch ausgeprägter bei Fernsehkameras wiederfinden.
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- Abbildung 1 - Schnittbild des menschlichen Auges.
Der größte Teil des kugelförmigen Augapfels besteht in seinem Innern aus der gallertartigen Masse des sogenannten Glas- körpers, der von mehreren Hautschichten umschlossen ist. Hierzu gehört auch die Netzhaut, auf der sich im Augenhinter- grund die lichtempfindlichen Sinneszellen, nämlich "Stäbchen" und "Zäpfchen", befinden. Das eigentliche optische System des Auges liegt in seinem vorderen Teil. Es besteht aus der durchsichtigen Hornhaut, der Augenkammer sowie der Linse und der Iris. Das Bild eines betrachteten Gegenstandes ist auf der Netzhaut scharf abgebildet, wenn die richtige Entfernung durch Formänderung der Linse und die nötige Lichtmenge durch Ändern der Irisblende eingestellt sind.
Die in der Netzhaut eingebetteten lichtempfindlichen Stäbchen und Zäpfchen wandeln in einem fotochemischen Prozeß die empfangenen Lichteindrücke in eine elektrische Energieform um. Dies hat eine Reizung des Sehnervs zur Folge, der mit dem Sehzentrum in unserem Gehirn verbunden ist. Dort erfolgt dann das Umsetzen der von den Nerven zugeleiteten Reize in bewußte Helligkeits- und Farbwahrnehmungen, also in das, das wir mit Sehen bezeichnen.
Es ist noch interessant zu wissen, daß wir alle Farben mit den "Zäpfchen" sehen und diese hauptsächlich in der Mitte der Netzhaut im "gelben Punkt" sitzen. Die "Stäbchen" vermitteln uns dagegen ausschließlich Schwarzweiß-Eindrücke, also Helligkeitsempfindungen; sie sind in ihrer Mehrzahl um das Zentrum herum auf der Netzhaut zu finden.
Trotz seiner großartigen Eigenschaften ist das Auge - „technisch gesehen" - mit einigen Unzulänglichkeiten behaftet. Hierzu gehört eine gewisse Trägheit bei der fotochemischen Umsetzung, so daß schnell nacheinander ablaufende Einzelbewegungen (in einem zeitlichen Abstand von 1/20 Sekunde oder weniger) nicht mehr (als einzelnes Bild) aufgelöst werden können. Das Auge nimmt sie daher als eine fließende, ineinander übergehende Bewegung wahr. Wie wir noch sehen werden, macht sich die Film- und Fernsehtechnik diese Eigenschaft für ihre Zwecke nutzbar.
Die Fotografie oder das rasterfreie Ganzbild
- Abbildung 2 Schematische Darstellung einer Lochkamera.
- Abbildung 3 Schematische Darstellung einer fotografischen Aufnahme.
Eine kleine Rückblende auf fotografische Vorgänge
Mit einem Fotoapparat können wir einzelne reelle Bilder von beliebigen Gegenständen anfertigen. Dies geht schon mit einer einfachen Lochkamera nach Abbildung 2, bei der das Licht dank seiner gradlinigen Ausbreitung auf die an der Rückwand angebrachte lichtempfindliche Filmschicht trifft. Da von jedem Punkt des aufzunehmenden Gegenstandes ein schmales Lichtbündel auf die der Lochblende gegenüberliegende Stelle des Films fällt, entsteht so in einem einzigen Belichtungsvorgang ein komplettes Foto (ein Abbild).
Wird die Lochblende durch ein Objektiv ersetzt, erhält man ein wesentlich schärferes und kontrastreicheres Bild (Abbildung 3).
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- Abbildung 4 Aufbau des Schwarzweiß-Filmmaterials.
Das Filmmaterial für Schwarzweißbilder besteht aus einer Trägerfolie mit dunkler, dünner Zwischenschicht, auf die eine lichtempfindliche Emulsion aufgebracht ist (Abbildung 4).
Diese enthält im wesentlichen winzige Silberbromidkristalle und Gelatine als Bindemittel. Die Lichtempfindlichkeit sowie die Fähigkeit des Filmmaterials, feinste Einzelheiten wiederzugeben, sind abhängig von der Korngröße der Silberbromidkristalle.
Ein grobes Korn ist zwar sehr lichtempfindlich, dafür ist das sogenannte optische Auflösungsvermögen aber gering, so daß einer Vergrößerung gewisse Grenzen gesetzt sind. Das Bild wirkt "körnig".
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- Abbildung 5
Feinkörniges Foto.
- Abbildung 6
Grobkörniges Foto.
Wir werden dem Begriff Auflösung bzw. Auflösungsvermögen noch häufiger begegnen; er spielt eine nicht unwichtige Rolle in der Fernsehtechnik.
Aus dieser Betrachtung ist zu schließen, daß wir mit einem sehr feinkörnigen Filmmaterial Aufnahmen mit wesentlich höherer Auflösung machen können. Je feiner also die Silberbromidkristalle und je gleichmäßiger und dichter sie in der Emulsion vorhanden sind, desto besser wird die Feinkörnigkeit und damit die Auflösung und die optische Qualität des Fotos. Dies kommt an Hand der Ausschnittvergrößerungen in Abbildung 5 und 6 deutlich zum Ausdruck.
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Das Fernsehen oder Bilder aus vielen Zeilen
- Abbildung 7 Darstellung eines Baumes mit einem Fernsehbild aus 13 Zeilen.
Erste Hinweise auf den Aufbau des Fernsehbildes
Wir haben soeben gelesen, daß sich das fotografische Bild (also das Foto) zwar aus unzählig vielen, mikroskopisch kleinen Silberbromidteilchen zusammensetzt, ansonsten aber eine rasterfreie Oberfläche aufweist. Dagegen ist das Fernsehbild keine völlig homogene Fläche, sondern aus sogenannten Zeilen zusammengesetzt.
Bei näherem Hinsehen sind diese waagerechten Linien auf dem Bildschirm gut sichtbar. Die von unseren Sendeanstalten ausgestrahlten Fernsehbilder haben jeweils insgesamt 625 derartige Zeilen. Der Bildaufbau wird aus der Prinzipdarstellung in Abbildung 7 deutlich, auf der mit einem (primitiven) 13-Zeilen System die Silhouette eines Baumes dargestellt ist. Wir erkennen, daß innerhalb der Zeilen helle und dunkle Bildstellen auftreten, aus denen sich dann das Gesamtbild zusammensetzt.
- Abbildung 8
Einzelbilder eines Filmstreifens
Vom Standbild zum Laufbild
Wie man das Auge überlistet
Wie schon erwähnt, sind wir nicht in der Lage, ab einer bestimmten Geschwindigkeit die Einzelphasen eines als Bildfolge dargestellten Bewegungsablaufes exakt zu unterscheiden.
Unser Auge registriert alles als einen kontinuierlichen Bewegungsvorgang. Hieraus ergeben sich für die Film- und Fernsehtechnik erhebliche Vorteile.
Beim Film erreicht man die fließende Bewegung durch das Projizieren von 24 Einzelbildern pro Sekunde auf die Leinwand (Abbildung 8).
Dieses relativ einfache Verfahren läßt sich beim Fernsehen in einer modifizierten Form ebenfalls anwenden. Hier erscheinen in einer Sekunde 25 komplette Bilder auf dem Schirm des Fernsehgerätes, so daß die Zuschauer gleichfalls einen kontinuierlichen Bewegungsablauf wahrnehmen.
Wie wir bereits wissen, besteht ein Bild aus 625 Zeilen, und infolgedessen erscheinen in einer Sekunde insgesamt 25X625 = 15.625 Zeilen auf dem Fernsehschirm.
- Abbildung 9 Im Punkt A beginnt das Schreiben der ersten Zeile. Ist deren Ende erreicht, springt der „Schreibstrahl", unsichtbar für den Betrachter, zurück auf den Anfang der zweiten Zeile, die anschließend geschrieben wird. Das erste Halbbild dieses 11-Zeilen-Systems endet bei B, von dort erfolgt das schnelle Zurückspringen nach Punkt C.
- Abbildung 10 Zweites Halbbild des 11-Zeilen-Systems, das im Punkt C mit dem Schreiben der ersten halben Zeile beginnt. Es schließen sich fünf weitere Zeilen an. Am Bildende erfolgt auch hier das Zurückspringen des „Schreibstrahls" von Punkt D nach Punkt A, wo wieder mit dem Schreiben des neuen Halbbildes begonnen wird.
Der Trick mit dem Zeilensprung
Zwei „halbe" Bilder werden nacheinander geschrieben
Der zeilenweise Aufbau des Fernsehbildes beginnt mit Zeile 1 in der linken oberen Ecke und endet naturgemäß mit der 625. Zeile am unteren Bildrand.
Obgleich jetzt zum vorher Gesagten ein Widerspruch auftritt, merken wir uns, daß man sich aus verschiedenen Gründen beim Fernsehen (Bild-Flimmern) für eine Bildwechselfolge von 50 Bildern pro Sekunde entschieden hat. Dies hängt u. a. mit einer weiteren Verminderung des Flimmerns sowie mit dem Wechselstrom unseres Lichtnetzes zusammen, dessen Frequenz 50 Hz beträgt.
Mit gleicher Frequenz erfolgt demnach auch der Bildwechsel beim Fernsehen.
Bei der nun höheren Bildfolge wäre es aber eine Verschwendung, jedes Bild aus 625 Zeilen aufzubauen. Es wurde daher das ursprüngliche Vollbild von 625 Zeilen in zwei „Halbbilder" zu je 312 1/2 Zeilen aufgeteilt. Man könnte auch sagen, daß das erste Halbbild aus allen geradzahligen und das zweite Halbbild aus allen ungeradzahligen Zeilen zusammengesetzt ist (s. auch das Beispiel in Abb. 9 und 10).
Der ebenso elegante wie wirkungsvolle Trick mit dem Zeilensprung besteht also darin, beide Halbbilder ineinander verschachtelt so zu reproduzieren, daß die Zeilen des einen Halbbildes dabei gewissermaßen in die Zeilenlücken des anderen Halbbildes springen.
Um eine exakte Verzahnung beider Halbbilder zu erreichen, sind im Sender-Fernsehsignal neben dem eigentlichen Bildinhalt (also dem, das wir auf dem Fernsehschirm sehen) noch sogenannte Synchronisier-Zeichen enthalten. Sie steuern den Bildaufbau, können aber vom Zuschauer nicht wahrgenommen werden, da sie außerhalb des Bildfeldes liegen. Wir werden uns mit diesen Synchronisierzeichen später noch eingehend zu beschäftigen haben.
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Aus Hell/Dunkel wird Plus/Minus
Die Umwandlung von Helligkeitseindrücken in Spannungswerte
Beim Fernsehen ist es nicht möglich, die durch das Objektiv der Kamera aufgenommenen "Helligkeitseindrücke" direkt weiter zu verwenden. Sie müssen deshalb in Spannungswerte, d.h. in elektrische Impulse umgewandelt werden, (Wir finden hier Ähnlichkeiten mit dem Sehprozeß im Auge wieder.)
Die Umsetzung geschieht in der Fernsehkamera, die in Abbildung 11 schematisch dargestellt ist.
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- Abbildung 11 Querschnitt durch eine stark vereinfacht dargestellte Fernsehkamera mit den wichtigsten Bauelementen für die Umwandlung von Helligkeitseindrücken in elektrische Signale.
Wir erkennen auch gewisse Parallelen zum Fotoapparat, z. B. ist beiden das Objektiv gemeinsam, mit dem der aufgenommene Gegenstand scharf auf einer lichtempfindlichen Schicht abgebildet wird.
Bei der sehr vereinfacht dargestellten Fernsehkamera in Abbildung 11 besteht die lichtempfindliche Schicht aus einer Mosaikplatte, die eine Unzahl von mikroskopisch kleinen Fotozellen aus Cäsium-Silberoxyd enthält. Auf der Rückseite der Mosaikplatte befindet sich eine isolierende Zwischenschicht, deren Außenseite mit einem Silberbelag versehen ist. Dieser stellt eine sogenannte Signalelektrode dar, an der elektrische Impulse abgenommen werden können.
Eine bewußt einfache Erklärung
Die Umwandlung von Helligkeitseindrücken in Spannungswerte erfolgt auf fotoelektrischem Wege in der Mosaikplatte. Hierbei geben die Fotozellen jeweils dann einen Spannungsimplus ab, wenn sie einen Lichteindruck registriert haben und danach vom abtastenden Elektronenstrahl getroffen werden. Das auf die Mosaikplatte projizierte und von unzähligen kleinen Fotozellen gespeicherte Objektbild wird also Zeile für Zeile von einem sich über das Bildfeld bewegenden (also entsprechend abgelenkten) Elektronenstrahl abgetastet und somit fernsehmäßig aufbereitet. Eine sehr helle Bildstelle erzeugt einen großen Spannungsimpuls, ein schwacher Lichteindruck ruft einen entsprechend kleineren hervor, währen keine Spannung abgegeben wird, wenn die Fotozellen in der Mosaikplatte unbelichtet bleiben.
Einschränkung : Es versteht sich von selbst, daß der Umwandlungsprozeß in einer modernen Fernsehkamera wesentlich komplizierter abläuft. Zum Verständnis der prinzipiellen Dinge soll uns aber hier diese einfache Erläuterung genügen.
Optische und akustische Ereignisse werden zu Bestandteilen des Sendersignals
- Abbildung 12 Spannungswerte für Schwarz, Grau und Weiß.
Erst mal zum Bild :
Die von der Signalelektrode der Aufnahmeröhre abgenommenen Spannungsimpulse entsprechenden Helligkeitswerten des vom Objektiv der Kamera aufgenommenen optischen Bildes und werden nun in einer bestimmten Weise in das Gesamtfernsehsignal eingeordnet.
In Abbildung 12 sind drei Spannungswerte für einen weißen, grauen und schwarzen Bildinhalt innerhalb einer Zeile dargestellt. Wir sehen, daß Schwarz 75% der gesamten Amplitude einnimmt, während Weiß nur einen Pegel von 10% aufweist und Grau zwischen diesen beiden Werten liegt.
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- Abbildung 13 Der auf die Membran auftreffende Schalldruck läßt diese je nach seiner Amplitude mehr oder weniger stark hin- und herschwingen. Diese Bewegungen im Feld des Magneten rufen in der Tauchspule Spannungsimpulse hervor, die den Schalldrücken proportional sind.
Nun zum Ton:
Während auf der Bildseite aus Helligkeits-"Eindrücken" Spannungsimpulse gewonnen werden, erfolgt auf der Tonseite die Umwandlung von Schall-"Ereignissen" ebenfalls in entsprechende elektrische Signale. Als Wandler benutzt man hierfür bekanntlich Mikrofone, deren Wirkungsweise aus Abbildung 13 hervorgeht.
Fassen wir beide Punkte zusammen, so stellen wir fest, daß aus optisch und akustisch wahrnehmbaren Ereignissen durch einen Umwandlungsprozeß jeweils proportionale elektrische Spannungen geworden sind.
Diese elektrischen Bild- und Tonsignale werden dann weiter verstärkt und schließlich gemeinsam im Fernseh-Sender den Trägerwellen (also den Sendefrequenzen) aufgebürdet, „moduliert" wie der Fachmann sagt.
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Auf Trägerwellen zum Empfänger
Etwas über Wellen, Amplituden und Modulationen
Jeder Rundfunk- oder Fernseh-Sender strahlt unsichtbare elektromagnetische Schwingungen aus, die wir einfach als Wellen zu bezeichnen pflegen. Lang-, Mittel- und Kurzwellen (sie reichen von 2000 bis 10m Wellenlänge) sind dem Hörfunk vorbehalten, während für das Fernsehen nur die noch kürzeren Meter-, Dezimeter oder gar Zentimeterwellen in Frage kommen. In diesen Bereichen ist genügend "Platz", um die Fernsehsender mit ihren sehr „breiten" Frequenzbändern von sieben bis acht MHz (Megahertz = Million Schwingun-gen/sec) je Sender unterzubringen.
Ein Beispiel möge diesen Platzbedarf erläutern:
Der allen bekannte gesamte Mittelwellenbereich hat eine Breite von ca. 1 MHz. Hier finden zwar (wenn auch sehr beengt) Hunderte von Rundfunksendern Platz, um jedoch einen einzigen Fernsehsender unterzubringen, brauchte man aber insgesamt etwa 6 Mittelwellenbereiche.
In den einige Hundert bzw. Tausend Mega-Hertz umfassenden Bereichen der sehr kurzen Wellenlängen ist dagegen genügend Platz zur Unterbringung von vielen Fernsehsendern (mit jeweils 6,5 MHz) vorhanden.
Das klingt alles sehr kompliziert - also wie geht das ?
Eine sogenannte reine unmodulierte, hochfrequente Senderwelle ist in Abbildung 14 dargestellt. Wir sehen regelmäßige Schwingungszüge mit positiven und negativen Spitzenwerten, die in unserem Beispiel gleichmäßig hohe Amplituden aufweisen.
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- Abbildung 14 Unmodulierter Schwingungszug.
Im Gegensatz dazu zeigt die Abbildung 15 sehr unregelmäßige Amplituden; außerdem sind die einzelnen Schwingungszüge weiter auseinandergezogen als die des Wellenzuges in Abbildung 14. Ihre Frequenz muß daher niedriger sein.
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- Abbildung 15 Schwingungen mit ungleichmäßigen Amplituden.
Es ist nun möglich, mit einem sogenannten niederfrequenten Signal einen hochfrequenten Wellenzug zu modulieren. Wenn wie in Abbildung 16 die Frequenz der Trägerwelle nicht verändert worden, sondern eine Beeinflussung ihrer Amplitude durch die Niederfrequenz festzustellen ist, so bezeichnet man diese Modulationsart als Amplitudenmodulation (abgekürzt: AM).
Sie wird beim Fernseh-Bildsender angewandt.
- Abbildung 16 Amplitudenmodulierter Schwingungszug.
In Abbildung 17 bleibt dagegen die Amplitude der Trägerwelle gleich, während sich aber die Abstände der Schwingungszüge ändern. Diese Änderung erfolgt wieder im Rhythmus des modulierenden niederfrequenten Signals. Da hier nicht die Amplitude, wohl aber die Frequenz der Trägerwelle beeinflußt wird, spricht man in diesem Fall von einer Frequenzmodulation (abgekürzt: FM).
- Abbildung 17 Frequenzmodulierter Schwingungszug.
Beim Fernsehen arbeitet der Tonsender nach diesem Verfahren, das übrigens auch alle UKW-Rundfunksender benutzen.
Wie wir uns erinnern, können die betreffenden Niederfrequenzsignale aus den schon erwähnten Kamera- und Mikrofonsignalen bestehen. Es ist einleuchtend, daß die in ihnen enthaltenen Bild- und Ton-Informationen durch den Modulationsvorgang auf die Trägerwelle übertragen werden. Mit ihr gelangen sie dann vom Sender durch den Äther zur Empfangsantenne.
Der schwarze Kasten - für angehende Fachleute
Er enthält das Empfänger-Blockschaltbild und einige Erklärungen
Es ist eine beliebte Methode, unbekannte oder für das Verständnis eines Vorgangs nicht unbedingt wichtige Dinge in einen sogenannten „schwarzen Kasten" zu verbannen. So können wir es auch mit den Funktions-Blöcken des Fernsehgerätes halten, die wir nicht näher zu untersuchen haben und für die eine allgemeine Erklärung genügt. In Abbildung 18 ist daher nur ein stark vereinfachtes Blockschaltbild eines Empfängers dargestellt.
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- Abbildung 18 Blockschaltbild eines Fernsehempfängers.
Die Antenne gibt das Empfangssignal an den Kanalwähler, der es in seinen Hochfrequenzstufen verstärkt und dann auf die sogenannte Zwischenfrequenz umsetzt, die in einem nachfolgenden Verstärker weiterverarbeitet wird. In diesen beiden Baugruppen werden Bild-und Tonsignale noch gemeinsam verstärkt.
Die Trennung von Bild und Ton erfolgt nach Durchlaufen von Zwischenfrequenz- Verstärker und Demodulator, in dem sich in einer weiteren Umsetzung die Differenz-Ton-Zwischenfrequenz von 5,5 MHz ergibt. In den Bild- und Tondemodulatoren werden dann die ursprünglichen Kamera- und Mikrofonsignale aus den Zwischenfrequenzträgerwellen wieder zurückgewonnen. Als Niederfrequenz erreichen sie die Ton- bzw. Bild- oder Videoverstärker; an ihren Ausgängen sind der Lautsprecher und die Bildröhre angeschlossen. Im Blockschaltbild ist noch ein dritter Signalweg eingezeichnet. Über ihn führt man die (natürlich auch niederfrequenten) Synchronisierzeichen zu den Ablenkstufen für Bild (vertikal) und Zeile (horizontal), um dort für einen exakten Gleichlauf der Bilder zwischen Sender und Empfänger zu sorgen. Ein Netzteil speist die einzelnen Stufen des Fernsehgerätes mit den nötigen Betriebsspannungen.
Vom Gleichtakt der Bilder
- Abbildung 19 Fernseh-Sendersignal aus drei Zeilen.
Bedeutung, Form und Wirkungsweise der Synchronisierzeichen
Wie bereits erwähnt, strahlt der Fernsehsender neben den Spannungsimpulsen des Bildinhalts noch andere Impulse aus, die dem Gleichlauf der Bilder zwischen Sender und Empfänger dienen. Dabei unterscheidet man zwischen Synchronisierzeichen für die Zeilen und Synchronisierzeichen für die Halbbilder. Diese Taktzeichen werden in einer speziellen Schaltstufe auf der Aufnahmeseite erzeugt und in einem bestimmten Rhythmus den eigentlichen Bildsignalen hinzugefügt. Sie steuern natürlich auch die Ablenkung des Elektronenstrahls in der Fernsehkamera.
Wir sehen in Abbildung 19 das komplette Sendersignal von drei Zeilen. Die Amplitude der Synchronisierzeichen erstreckt sich von 75 bis 100%, sie sind gewissermaßen „schwärzer als schwarz". Sie sorgen im Empfänger für einen exakten Aufbau des „Zeilenbildes".
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- Abbildung 20 „Schirmbild" der Zeilen aus Abbildung 19.
In Abbildung 20 ist dies noch einmal am Beispiel der drei Zeilen aus Abbildung 19 erläutert, die jetzt aber untereinander stehen.
Wenn die 312 1/2 Zeilen eines Halbbildes auf dem Fernsehschirm ausgeschrieben worden sind, strahlt der Sender ein weiteres Taktzeichen aus, das der Empfängerschaltung befiehlt, mit dem Schreiben des zweiten Halbbildes wieder am oberen Rand des Bildschirmes anzufangen.
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Dieser sogenannte Bildsynchronisierimpuls ist bedeutend länger als die Zeilenimpulse und in Abbildung 21 dargestellt. Er steuert den korrekten Beginn der einzelnen Halbbilder beim Zeilensprungverfahren; siehe auch Abbildung 9 und 10.
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- Abbildung 21 Schematische Darstellung eines Bildsynchronisierungsimpulses.
Aus Plus/Minus wird Hell/Dunkel
Die Um- oder Rückwandlung von Spannungswerten in Helligkeitseindrücke
Bei dieser Umwandlung geht es um das Gegenteil dessen, das wir einige Abschnitte zuvor bereits kennenlernten. Die Umsetzung von elektrischen Signalen in entsprechende Helligkeitswerte geschieht in der Bildröhre, deren Katode nach dem Blockschaltbild in Abbildung 18 mit der Videoendstufe verbunden ist. Am Ausgang dieser Stufe haben die dem Bildinhalt entsprechenden elektrischen Signale eine so große Amplitude, daß sie in der Lage sind, die Bildröhre „durchzusteuern".
Wir müssen aber zunächst erfahren, warum der Bildschirm überhaupt aufleuchten kann. Die Erklärung ist verhältnismäßig einfach: Auf der Innenseite des Schirmes sind bestimmte Chemikalien, sogenannte Leuchtstoffe, aufgetragen, die aber nur dann aufleuchten, wenn sie von einem Elektronenstrahl getroffen werden. Dieser Strahl wird innerhalb der Bildröhre in einem bestimmten System - Elektronenkanone genannt - erzeugt.
Ein vereinfachtes Schema ist in Abbildung 22 angegeben :
- Abbildung 22 Prinzipschema der Bildröhre und ihrer Steuerung.
Der Elektronenstrahl kann in seiner Intensität an zwei Punkten der Bildröhre beeinflußt werden, und zwar am sogenannten Gitter (Wehnelt-Zylinder) und an der Katode. Wie unsere Abbildung zeigt, nutzt man beide Möglichkeiten im praktischen Betrieb aus. Am Gitter verändert man eine Gleichspannung zum Zwecke der Grundhelligkeits-Einstellung, während an der Katode die sich im Takte des Bildinhaltes ändernde Wechselspannung wirksam ist.
Der aus der Katode austretende Elektronenstrahl kann völlig unterdrückt werden, wenn an der Katode eine dem Gitter gegenüber hohe positive Spannung auftritt bzw. wenn das Gitter gegenüber der Katode eine stark negative Spannung aufweist. In diesen Fällen bleibt der Bildschirm dunkel, da ja der Leuchtstoff durch den fehlenden Elektronenstrahl nicht angeregt wird.
Ist dagegen die Katodenspannung auf einen Wert abgesunken, der annähernd der Gitterspannung entspricht - ist die Potentialdifferenz also klein - dann fließt der Elektronenstrom ungehindert zum Bildschirm und kann den Leuchtstoff stark (zum Leuchten) anregen. Bei ruhendem Elektronenstrahl (oder fehlerhafter Ablenkung) entsteht dann ein hell leuchtender Punkt auf der Bildröhrenmitte.
Wenn wir uns vorstellen, daß dieser Leuchtpunkt von links nach rechts und von oben nach unten wandert, er seine Bewegung also in dem uns bereits bekannten Rhythmus für die Zeilenbzw. Bildablenkung ausführt, dann entsteht auf dem Bildschirm ein helles, aus Zeilen bestehendes Raster. Genaueres über die Elektronenstrahlbewegung erfahren wir im nächsten Absatz. Ein abschließendes Beispiel für die Steuerung der Bildröhre durch den Bildinhalt gibt die Abbildung 23.
- Abbildung 23 Beispiele für die Auswirkung der steuernden Wechselspannung an der Katode bzw. am Gitter auf die Helligkeit des Leuchtpunktes innerhalb der Zeilen.
Wie man Elektronen um die Ecke bringt
Etwas über die magnetische Ablenkung des Elektronenstrahls in der Bildröhre
Wir wissen nun schon, wie die Helligkeitssteuerung bei der Bildröhre funktioniert und daß die Zeilen von einem über den Schirm wandernden Leuchtpunkt geschrieben werden. Es fehlt aber noch die Erklärung, wie man nun einen Elektronenstrahl über den Bildschirm bewegt.
Die winzigen Elektronen sind negativ geladene Teilchen, aus denen sich z. B. die elektrischen Ströme zusammensetzen. Sie fließen aber nicht nur durch Leitungen, sondern können auch im Vakuum einer Röhre als freier Elektronenstrahl (ähnlich einem Lichtstrahl) auftreten.
Die negativ geladenen Elektronen zeigen außerdem ein von Magnetpolen bekanntes Verhalten: Sie werden von positiven (also ungleichnamigen) elektrischen Einflüssen angezogen und von negativen (also gleichnamigen) abgestoßen. Unter elektrischen Einflüssen sind hier beispielsweise die unter positiver oder negativer Spannung stehenden Elektroden (Gitter, Anode) einer Röhre oder das elektromagnetische Feld einer Spule mit seinen Kraftlinien gemeint.
Und zum Schluß noch die Ablenkspule
- Abbildung 24 Prinzipschema der Elektronenstrahl-Ablenkung. Je nach Polarität der Stromquelle bzw. der Richtung des Magnetfeldes der Spulen wird der Elektronenstrahl nach oben oder unten, links oder rechts abgelenkt.
Befindet sich eine solche Spule auf dem Hals einer Bildröhre und wird sie in einer Richtung vom Strom durchflössen, so bilden sich Nord- und Südpol, und zwischen diesen entsteht ein elektromagnetisches Feld.
Kehrt der Strom jetzt seine Richtung um, dann vertauschen auch die beiden Pole ihren Platz, und die Kraftlinien des elektromagnetischen Feldes ändern ebenfalls ihre Richtung.
Es ist deshalb einleuchtend, daß ein dieses Kraftlinienfeld durcheilender Elektronen- strahl, je nach Stärke und Polarität der auf ihn einwirkenden elektromagnetischen Kräfte, mehr oder weniger weit von seiner Ursprungsbahn abgelenkt wird (Abbildung 24).
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- Abbildung 25 „Sägezahn" mit Hin- und Rückläufen.
- Abbildung 26 Anordnung der Ablenkspulen auf dem Bildröhrenhals.
Und dazu braucht man Sägezähne
Im Prinzip wählt man für den durch die (in Abbildung 26 skizzierten) Ablenkspulen fließenden Strom eine Sägezahnform nach Abbildung 25. Der langsam ansteigende Teil, auch Hinlauf genannt, lenkt in den Spulen H (horizontal) den Elektronenstrahl für das Schreiben der Zeilen von links nach rechts ab. Zugleich erfolgt durch die Spulen V (vertikal) eine gleichzeitige, jedoch wesentlich langsamer verlaufende Abwärtsbewegung des Elektronenstrahls für das Untereinanderschreiben der Zeilen zu einem Halbbild. Der steil abfallende Teil der Sägezahnkurve, auch als Rücklauf bezeichnet, steuert das Zurückspringen des Elektronenstrahls von links nach rechts bei den Zeilen und von unten nach oben bei den Halbbildern. Die genauen Einsatzpunkte werden von den Synchronisierzeichen gegeben. Mit diesem Verfahren ist man in der Lage, den Leuchtpunkt sowohl horizontal als auch vertikal über den Bildschirm zu bewegen und ein komplettes Fernsehbild zu erzeugen.
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