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Aus Philips KONTAKTE Heft 04 - 1891-1966 • 75 Jahre Philips

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»Eidophor« Fernseh-Großbild-Projektion

Bei den Fernsehbildröhren in Direktsicht- und in Projektionsempfängern sind Erzeugung des Lichtes und Aufbau des Bildes untrennbar voneinander.

Das in der Leuchtstoffschicht erzeugte Licht verteilt sich gleichmäßig in alle Richtungen des Raumes und läßt sich daher für eine Projektion nur mit einem sehr geringen Bruchteil ausnutzen.

Im Gegensatz dazu baut der Elektronenstrahl bei dem Eidophor-Verfahren zunächst ein unsichtbares „Bild" auf, das man als eine Art Diapositiv ansehen kann. Mit einer Lichtquelle und einem speziellen optischen System kann man dieses „Diapositiv" als Lichtbild sichtbar machen. Infolgedessen lassen sich die hohen Lichtströme moderner Kohlebogen- und Gasentladungslampen anwenden.
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Die Entwicklung der Eidophor-Idee

Bei den Katodenstrahlröhren der üblichen Fernsehgeräte erzeugt die lumineszierende Schicht, das „Luminophor" oder der „Lichtträger", Bild und Licht im gleichen Arbeitsgang.

Wenn man dieses Verfahren für die Projektion des Fernsehbildes verwendet, so muß man bis an die technisch überhaupt mögliche Leistungsgrenze des Leuchtstoffes und der Optik gehen.

Daher hat man von Anfang an auch nach Verfahren gesucht, bei denen man mit Hilfe des Video-Signals oder des von ihm modulierten Elektronenstrahls zunächst eine (Auf-)Zeichnung schafft, die mit einem Diapositiv vergleichbar ist.

Diese Aufzeichnung soll dann mit Hilfe einer gesonderten Lichtquelle durchleuchtet oder beleuchtet und projiziert werden.

Bei solchen Verfahren muß man aber für den Aufbau der „Diapositive" sehr umständliche Wege gehen. Am einfachsten kam man über die Aufzeichnung des Fernsehbildes auf einem Film und seine anschließende Projektion zum ersehnten Ziele.

Es begann in den 1930er Jahren

So entstanden in den dreißiger Jahren Anlagen, die alle Arbeiten von der Emulsionierung über die Bildaufnahme und Bildwiedergabe bis zur Entschichtung des Filmes bei sofortiger Wiederverwendung des in endlosem Band laufenden Schichtträgers vollzogen.

Zwischen Aufnahme und Vorführung verging eine Zeit von nur etwa einer halben Minute. Wegen des großen technischen Aufwandes dieses Verfahrens suchte man außerdem noch auf anderen Wegen zum Aufbau des erstrebten „Diapositivs" zu gelangen.

Um die großen Schwierigkeiten dieser Wege zu kennzeichnen, seien zwei Ideen angedeutet, die nur Gedankenexperimente geblieben sind und keine praktische Verwirklichung erlebten.

Das Scophony-Verfahren wollte in einer durchsichtigen Flüssigkeitszelle ein „Schlierenbild" des Fernsehbildes mit Ultraschallwellen erzeugen. Dieses Schlierenbild sollte mit einer ähnlichen optischen Anordnung wie bei dem Eidophor-System projiziert werden.

Bei dem Skiatron-Verfahren sollte die Eigenschaft gewisser Kristalle ausgenutzt werden, sich bei Beschießung mit Elektronen zu verfärben. Hierbei würde man es also mit einem echten Diapositiv zu tun haben. Der Durchsichtigkeitsunterschied blieb aber zu klein und der Kontrast reichte nicht aus.

Dr. Fritz Fischer von der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich

Auch Professor Dr. Fritz Fischer von der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich suchte nach einem „Bildträger", der wohl das Bild trug, aber nicht zugleich selbst das Licht lieferte.

Ihm schwebte ein Material vor, das sich in einer dünnen Schicht unter dem Einfluß von elektrischen Ladungen auf seiner Oberfläche deformierte.

Er nannte diese dünne Schicht in der griechischen Übersetzung des Wortes Bildträger „Eidophor". Unabhängig von der Bildentstehung sollte die Eidophor-schicht wie ein Diapositiv erst durch eine fremde Lichtquelle und eine sogenannte Schlierenoptik zu einem sichtbaren „Licht"-Bild umgewandelt werden.

In den Jahren 1939 bis 1943 arbeitete Professor Fischer gemeinsam mit seinem Assistenten Dr. Thiemann die Grundlagen seines Eidophor-Verfahrens aus.

Am Silvestertag des Jahre 1943 lieferte sein Fernsehgroßprojektor zum erstenmal ein Bild. Damit war bewiesen, daß die Fischersche Idee grundsätzlich durchführbar war, wenn auch bis zur praktischen Ausnutzung noch viele Probleme zu lösen waren.

Die Arbeitsweise des Eidophor-Projektors

In schematischer Form zeigt Abb. 1 den Aufbau des heutigen Eidophor-Projektors.

Als Lichtquelle dient eine Xenon- Kurzbogen-Gasentladungslampe (1), die mit Spiegel und Kondensorlinse (2) auf den als Öffnungsblende anzusehenden, aus Streifen aufgebauten Spiegel (5) abgebildet wird. Die am Kondensor stehende Bildmaske (3) wird mit der Linse (4) nach Umlenkung am Streifenspiegel (5) auf den Hohlspiegel (6) abgebildet.

Das gibt die Begrenzung des beleuchteten Teiles der Eidorphorfläche (7). Der Hohlspiegel liefert eine zweite Abbildung der Xenonlampe, die wiederum etwa im Bereich des Streifenspiegels entsteht, da der Hohlspiegel den Streifenspiegel auf ihn selbst abbildet.

Nur wenn Licht durch Deformationen der Eidophor- Oberfläche abgelenkt oder gebeugt wird, kommt es durch die Lücken im Streifenspiegel zum Objektiv (8), das die Eidophor- oder Spiegelfläche auf der Bildwand (9) abbildet.

Der Elektronenstrahl (10), der von der Elektronenkanone (11) geliefert wird, erzeugt eine Elektronenladung auf der Eidophorfläche. Elektronenstrahl und Eidophor-Hohlspiegel liegen in einem evakuierten Gefäß (12).

Die „Schlierenoptik"

Dem Aufbau liegt das Prinzip der sogenannten „Schlierenoptik" zugrunde, die man verwendet, um optische Unregelmäßigkeiten, z. B. die durch Erwärmung auftretenden Schlieren der Luft, sichtbar zu machen.

Der Streifenspiegel (5) liegt im Krümmungsmittelpunkt eines Hohlspiegels (6) und wird daher auf sich selbst abgebildet.

Lichtstrahlen, die vom Krümmungsmittelpunkt M (Abb. 2) ausgehen, verlaufen auf einem Radius der Spiegelfläche, treffen also senkrecht auf die Spiegelfläche auf und werden dort in sich selbst reflektiert. Sie treffen also hinterher alle wieder auf den Punkt M.

Strahlen, die von dem außeraxial gelegenen Punkt A ausgehen, vereinigen sich nach der Reflexion im Punkt B, der in bezug auf die optische Achse SM spiegelbildlich zu A liegt.

So wird also der mittlere Streifen M auf sich selbst und jeder seitliche Streifen auf den anderen seitlichen Streifen abgebildet. Das gilt in sehr guter Näherung auch dann noch, wenn die seitlichen Streifen ein wenig in Richtung der optischen Achse verschoben sind, wie es bei dem Streifenspiegel des Eidophor-Projektors der Fall ist und wie es in Abb. 2 gestrichelt angedeutet ist.

Das Eidophor-Öl

Bringen wir nun das Eidophor-Öl als eine gleichmäßig dicke und glatte Schicht auf die Hohlspiegelfläche, so spielt sie für die optischen Verhältnisse wegen ihrer äußerst geringen Dicke keine nennenswerte Rolle, zumal die Öl-Oberfläche ebenfalls den Punkt M als Krümmungsmittelpunkt hat.

Deformieren wir aber die Öloberfläche an irgendeiner Stelle, so wird die Reflexion am Hohlspiegel gestört. Die Lichtstrahlen werden mehr oder weniger aus ihrem vorherigen Verlauf verdrängt.

Sie gelangen infolgedessen zum Teil neben die Streifen, können also weiterlaufen, und erreichen danach das Objektiv (8 in Abb. 1), das die Eidophorschicht auf die Bildwand projiziert.

Eidophorpunkte, die viel Licht durch die Gitterlücken schicken, werden hell, alle, die weniger Licht hindurchschicken, entsprechend dunkler abgebildet. So wird also die Verteilung unterschiedlicher Deformationen, das „Deformationsbild", auf der Bildwand durch eine entsprechend unterschiedliche Lichtverteilung als ein „Lichtbild" dargestellt.

Das „Ladungsbild" projitieren

Deformationen der Ölschicht lassen sich durch eine von Punkt zu Punkt wechselnde Belegung mit Elektronen erreichen. Die Ölschicht stellt die isolierende Schicht eines Kondensators dar; der Spiegel und die Öloberfläche bilden die Platten dieses Kondensators.

Auf der Spiegeloberfläche bildet sich durch Influenz eine der Elektronenbelegung entsprechende positive Ladungsverteilung aus. Die zwischen den beiden Belägen entstehenden Anziehungskräfte üben einen von Punkt zu Punkt variierenden Druck auf die Öloberfläche aus und deformieren sie in einer der Ladungsverteilung entsprechenden Stärke.

Das „Ladungsbild" liefert also ein „Deformationsbild" und somit das zum Schluß erreichte „Lichtbild" auf der Bildwand.

Es bleibt also nur noch übrig, den Elektronenstrahl, der die Eidophorschicht im Rhythmus des Fernsehrasters überstreicht, mit dem Videosignal eines Fernsehempfängers zu modulieren, um das Fernsehbild über diesen komplizierten Weg auf der Bildwand wiederzugeben.

Die Anforderungen, die an das Eidophor-Material gestellt werden müssen, sind außerordentlich widerspruchsvoll. Es muß sich in dünnster Schicht auftragen und leicht deformieren lassen, praktisch also eine Flüssigkeit oder ein Schmierstoff sein.

Die Schicht darf im Vakuum, das für den Elektronenstrahl notwendig ist, nicht verdampfen. Sie muß gut isolieren, damit sich die Elektronenbelegung nicht sofort ausgleicht oder zur Gegenplatte abfließt.

Andererseits muß sie doch so gut leiten, daß die Elektronenbelegung eines Fernsehbildes bis zur Aufbringung des nächsten Bildes verschwindet. Professor Fischers Idee stand oder fiel mit der Beschaffung eines hierfür geeigneten Stoffes. Er fand es in Form eines bestimmten Öles von honigartiger Konsistenz.

Daß er überhaupt ein geeignetes Material fand, kann man nur als ein Wunder bezeichnen, dessen also sogar die moderne Technik noch fähig ist.
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Aufbau und Leistung des Eidophor-Projektors

Probleme der verschiedensten technischen Gebiete - Feinmechanik, Hochvakuum-, Elektro-, Hochfrequenz- und Lichttechnik - sind in dem relativ kleinen Gestellgehäuse des jetzigen Eidophor-Projektors vereinigt (Abb. 3).

Seine Höhe beträgt 1,92m, seine Breite 0,70m, und seine Tiefe 1,27m. Er wiegt 330 kg. An Größe und Gewicht ist er demnach mit einer üblichen Kinomaschine vergleichbar.

Für den Betrieb der Xenonlampe ist natürlich zusätzlich noch ein Gleichrichter notwendig, der Stromstärken bis 100A liefert. In dieser Form projiziert der Eidophor-Projektor ein Bild, das den Anforderungen, die man hinsichtlich Bildschärfe, Bildgröße, Kontrast und Farbe an die Fernseh-Großprojektion stellen kann, weitgehend entspricht.

Daß man schon allein infolge der Beschränkung auf 625 Zeilen dabei niemals ganz an das Kinofilmbild herankommt, sollte man gerechterweise nicht außer acht lassen.

Von den Filmprojektoren gelernt - leise muß es sein

Auf die Geräuschlosigkeit des Projektors wurde große Sorgfalt verwendet, so daß er für die Vorführung keinen speziellen Vorführraum benötigt. An einer Seitenwand des Projektors befindet sich die Bedienungstafel, die als vereinfachtes Schaltschema angelegt ist, so daß der Vorführer nach dem Einschalten anhand von Signallämpchen dauernd über den Betriebszustand orientiert ist. Konsequente gegenseitige Verriegelung aller Funktionen schützt den Eidophor-Projektor vor Fehlbedienung.

Im rechten Teil des Bildes erkennt man das Ende des Vakuumgefäßes mit der leicht auswechselbaren Katoden-Einheit, das Ende der Projektionsoptik und eine Hilfsvorrichtung, mit der man das Bild richtig einstellen kann, bevor man es auf die Bildwand wirft.

Die elektronische Einrichtung befindet sich im hinteren Teil des Gestelles in einem mit zwei Rädern versehenen, auswechselbaren Türrahmen (links in Abb. 3). In Form einzelner Chassis sind darin das Netzgerät, die Katodenheizung und die Hochspannungserzeugung, die Ablenkelektronik, das Fokussiergerät, der Empfänger und der Video-Verstärker untergebracht.

Unterschiedlich zum normalen Fernsehempfänger muß der Elektronenstrahl im Eidophor-Projektor sowohl entlang der Zeile als auch in Richtung der Bildhöhe dauernd nachfokussiert werden, um über das ganze Bildfeld eine gleichmäßige Fleckgröße zu gewährleisten.

Die Erfüllung dieser Bedingung ist äußerst wichtig, da eine Änderung der Fleckgröße die Bildhelligkeit beeinflußt, während sie beim gewöhnlichen Fernsehempfänger nur die Bildauflösung verschlechtert.
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Eine 2,5 KW Xenon-Kurzbogen-Gasentladungslampe

Als Lichtquelle wird eine Xenon-Kurzbogen-Gasentladungslampe von 2.500 Watt Leistung verwendet. Ihr Lichtbogen wird mit einer Kondensorlinse großer Apertur in die Aperturblende abgebildet.

Ein sphärischer Hilfsspiegel verwertet auch das nach rückwärts gehende Licht. Die Xenonlampe wird mit einem Ventilator gekühlt. Der erhebliche Anteil infraroten Lichtes, den die Xenonlampe liefert, wird durch einen Kaltlichtspiegel, der nur das sichtbare Licht reflektiert, die Infrarotstrahlung aber hindurchläßt, vom Eidophorspiegel ferngehalten.

Dieser Hilfsspiegel ist in der Schemazeichnung (Abb. 1) der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt.

Der Lichtwirkungsgrad des optischen Systems wurde gegenüber den älteren Versuchsgeräten dadurch erhöht, daß die Streifen des Spiegels nicht in einer Ebene liegen, sondern etwas gegeneinander versetzt sind.

Die Teile des Streifenspiegels bilden also von der Lampe aus gesehen eine geschlossene Fläche, während sie vom Hohlspiegel aus Lücken für den Durchtritt des Projektionslichtes freilassen.
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Eine Bildfläche von 40m²

Der Projektor liefert Spitzenwerte der Leuchtdichte, die einem Lichtstrom von 4000 lm für das gesamte Bildfeld entsprechen, also eine Beleuchtungsstärke von 100 lux bei einer Bildfläche von 40m².

Bei einer Bildwand mit Verstärkungsfaktor kann die Bildfläche ohne weiteres 100m2 betragen. Zum Vergleich mit dem Kinobetrieb sei darauf aufmerksam gemacht, daß die dort genormten 120 asb zwar bei laufender Blende, aber ohne Film gemessen werden, daß die Spitzenleuchtdichte bei der Filmvorführung also erheblich niedriger ist und in der Größenordnung von 60 asb liegt.
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Der Hochvakuumteil - das Herz des Projektors

Das Herz des ganzen Eidophor-Projektors bildet der Hohlspiegel mit seiner Ölschicht und der Elektronenkanone.

Da der Elektronenstrahl nur im Vakuum bestehen kann, sind diese Teile in einem dauernd evakuierten Rezipienten untergebracht. Damit die Ölschicht immer betriebsbereit ist und ständig gleichmäßige Dicke hat, wird Öl aus einer in radialer Richtung parallel zur Spiegeloberfläche angeordneten Spritzvorrichtung unter Druck auf den langsam rotierenden Spiegel gespritzt (Abb. 4).

Durch die Rotation des Hohlspiegels gelangt das Öl an einen ebenfalls radial angeordneten Wischer, der die Ölschicht glättet und auf die vorgeschriebene Schichtdichte bringt.

Nach einer vollen Umdrehung des Spiegels, die einige Minuten dauert, drückt das aus dem Spritzrakel nach rückwärts austretende Öl die alte Ölschicht weg, die nun zusammen mit dem überschüssigen Teil des neu gespritzten Öles in den unterhalb des Hohlspiegels im Vakuumgefäß angeordneten Ölbehälter zurückfließt.

Gut vermischt mit dem neuen Ölvorrat gelangt dieses Öl über eine Pumpe und ein Ölfilter wieder in denselben Kreislauf.

Das Spiegelaggregat muß auswechselbar sein

Das ganze Spiegelaggregat - Hohlspiegel, Spritzeinrichtung, Wischer, Ölbehälter und Spritzpumpe — ist in einer leicht auswechselbaren Kassette untergebracht. Damit das Steueröl nicht mit Luft in Berührung kommt, kann die Kassette beim Auswechseln mit einem schwenkbaren Deckel vakuumdicht verschlossen werden.

Das Glühdrähtchen der Katode hat die Form einer Haarnadel. Das Strahlerzeugungssystem, das aus der Katode, der Gitterkappe, der Anode, der elektrischen Modulationslinse und den beiden Fokussier- und Ablenkspulen besteht, ist im Katodenstrahlrohr zusammengebaut (Abb. 5).

Die auf ca. 2500° C geheizte Haarnadelkatode emittiert nur von ihrer äußersten Spitze Elektronen, die sich zwischen Katode und Anode zu einem rund 30u (müh) großen Kreuzungspunkt vereinigen.

Die Beschleunigungsspannung ist 15 kV. Der Kreuzungspunkt wird durch das magnetische Längsfeld der Fokussierspule wie durch eine Linse auf der Ölschicht abgebildet. Dort entsteht bei bester Fokussierung ein Elektronenfleck von etwa 50u Durchmesser.

Der Elektronenstrahl beschreibt die Öl-Schicht

Unter dem Einfluß der Ablenkspule schreibt der
Elektronenstrahl das Fernsehraster auf die Ölschicht. Legt man dabei an die Modulationslinse eine Gleichspannung, so wird der Elektronenfleck auf dem Öl vergrößert und dadurch die Deformation der Steuerschicht herabgesetzt. Die Bildhelligkeit geht entsprechend zurück.

Der Modulationslinse wird das empfangene und geringfügig verstärkte Videosignal zugeführt und damit auf dem Bildschirm das entsprechende Fernsehbild als Ladungsund Deformationsbild erzeugt.

Die Katode hat eine Lebensdauer von etwa 100 Betriebsstunden. Innerhalb des Vakuumgefäßes sind drei Katoden untergebracht, die im Bedarfsfall gegeneinander ausgewechselt werden können, ohne das Vakuum zu zerstören.

Alle drei Katoden lassen sich leicht ersetzen. Das Vakuumgefäß muß während des Betriebes laufend evakuiert werden. Dazu verwendet der Eidophor-Projektor eine mechanisch arbeitende Vorvakuum-Schieberpumpe sowie eine mit dieser zusammenarbeitende Hochvakuum- Öldiffusionspumpe.

Die Leitfähigkeit und Viskosität des Eidophor-Öls sind sehr temperaturabhängig und erfordern die Einhaltung einer konstanten Temperatur. Das geschieht durch einen Kühlwasserkreislauf, der über ein Wärmeaustauschgerät mit einem kleinen Kühlaggregat in Verbindung steht.

Die Vorvakuumpumpe, Kühlaggregat, Wärmeaustauschgefäß und Umwälzpumpe sind im Fuß des Projektors auf einer gemeinsamen Montageplatte befestigt. Diese kann bei Betrieb auf den Fußboden niedergelassen werden, um Vibrationen dieser Aggregate vom Eidophor-Projektor fernzuhalten.

Bei der Farbe - Sequenz- und Simultanverfahren

Bei Schwarz-Weiß-Übertragung arbeitet der Projektor nach den üblichen CCIR-Normen. Für farbige Bildübertragung und farbige Fernseh-Projektion hat man zwischen zwei grundsätzlich verschiedenen Wegen zu unterscheiden, dem Sequenz- und dem Simultanverfahren.

Bei dem Sequenzverfahren folgen immer drei verschiedenfarbige Halbbilder aufeinander. Die jeweilige Farbe der Einzelbilder wird durch eine umlaufende Scheibe mit entsprechenden Filtergläsern bestimmt. Dabei muß man, um Flimmerfreiheit für jede einzelne Farbe zu erhalten, die Bildfrequenz verdreifachen.

Bei Farbprojektion nach dem Sequenzverfahren erhält man bei dem hier beschriebenen Gerät infolge der Lichtverluste in den Farbfiltern nur einen Lichtstrom, der bei Verwendung einer Bildwand mit mäßigem Verstärkungsfaktor eine Bildfläche bis zu 35m2 einwandfrei ausleuchtet.

Die FCC in USA entschied sich für schwarz-weiß Kompatibilität

Wie bekannt ist, hat man (die FCC in USA war das) sich für die Ausstrahlung eines öffentlichen Farbfernsehprogramms grundsätzlich gegen das Sequenzverfahren und für ein Simultanverfahren entschieden.

Beim Simultanverfahren bleibt es bei der Bild- und Rasterfolge des Schwarz-Weiß- Fernsehens. Man überträgt dabei die drei Farbsignale des Bildes gleichzeitig.

Allerdings ist für eine Projektion nicht dasselbe Verfahren möglich wie für Farb-Direktsichtgeräte: die zeilenweise oder punktweise Ineinander- Schachtelung der drei Farben auf dem Leuchtstoff.

Ebenso wie man in der Farbfernseh-Aufnahmekamera die drei Farbauszüge des Bildes gleichzeitig, aber getrennt erhält, gibt man auch das Bild in der Projektion mit gesonderten Elektronenstrahl-Systemen für jede der drei Farben wieder.

Philips hatte bereits einen Farb-Projektor entwickelt

Dieses Verfahren hat sich bereits bei den mit Projektionsbildröhren arbeitenden Philips Fernsehprojektoren bewährt. Solche Anlagen arbeiten beispielsweise in Frankfurt und Gießen für medizinische Zwecke.

Dabei hat sich insbesondere bereits gezeigt, daß man das Problem, die von drei getrennten Systemen gelieferten Bilder richtig deckend übereinanderlegen, einschließlich der elektrischen Beseitigung der Trapezverzerrung durchaus lösen kann.

Daher wurde bereits vor Jahren mit der Entwicklung eines Simultan-Eidophor- Projektors begonnen. Die ersten Geräte sind schon in den USA und in Japan in Betrieb und haben sich ausgezeichnet bewährt. Das Simultanverfahren bietet überdies den Vorteil, auf fertig entwickelte Farbkameras zurückgreifen zu können, während man für das Sequenzverfahren auf Spezialkameras angewiesen ist.

Der neue Simultan-Eidophor-Projektor (Abb. 6) arbeitet nach den CCIR-Normen und ist sowohl für das NTSC- als auch für das PAL-System verwendbar. Er liefert einen maximalen Lichtstrom von über 4000 lm auf der Bildwand. Unter Berücksichtigung eines Verstärkungsfaktors kann also die maximale Bildfläche bei farbiger Projektion bis zu 170m2 betragen.

Dr. Hans Jensen in 1966
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