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Im Januar 1950 gab es einen Rückblick ins Jahr 1943

Fotokopien im Jahr 1961

Dieser Rückblick von Urgestein Wolfgang Dillenburger, inzwischen nicht mehr in  Berlin sondern in Darmstadt, beleuchtet die Entwicklung eines für damalige Kriegs-Zeiten außergewöhnlichen Projektes, dem heute so genannten HDTV. Damals nannte man es Hochzeilen-Fernsehen.

Über diese Zeitschrift "DAS ELEKTRON IN WISSENSCHAFT UND TECHNIK" von 1948 bis ca. 1952 ist recht wenig übrig geblieben, vielleicht war es zu wissenschaftlich geschrieben und zu wenige Leser haben verstanden, um was es wirklich ging.
Jedenfalls schickte der Schwarz-weiß Fernseh-Spezialist Wolfgang Dillenburger diesen Artikel im Januar 1961 als damals bescheidene Fotokopie an seinen Farbfernseh Kollegen (Professor Dr.) Helmut Schönfelder, der bei uns für das Farbfernsehen gekämpft hatte.

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DAS ELEKTRON IN WISSENSCHAFT UND TECHNIK - Heft 1/1950
"Fernsehen mit 1029 Zeilen"

Von Wolfgang Dillenburger, Darmstadt im Jahr 1950 -
übertragen und korrigiert von Gert Redlich im Dez. 2014

Vor einiger Zeit wurde von den Besatzungsbehörden die Wiederaufnahme von Arbeiten auf dem Gebiet des Fernsehens genehmigt. Nach vierjähriger Zwangspause ist uns damit wieder ein Tätigkeitsfeld erschlossen worden, auf dem Deutschland schon maßgebende Entwicklungsarbeit geleistet hat. Waren doch bei uns schon im Jahre 1939 alle Voraussetzungen für eine Einführung des Fernseh-Rundfunks gegeben! Wir dürfen mit Recht annehmen, daß der damals geplante Fernseh-Rundfunk in kurzer Zeit eine ähnliche Bedeutung erlangt hätte wie etwa das Fernsehen in den Vereinigten Staaten.
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  • Anmerkung : Das mit der Zukunft des Fernseh-Rundfunks im 3. Reich ist ein Irrglaube der damals Beteiligten, jedenfalls nach den Informationen, die uns heute vorliegen. Die Geräte wären für die Masse im Vergleich zum Volksempfänger viel zu teuer gewesen und der Rückgang des Wohlstandes hatte sich ab 1938 bereits abgezeichnet. Zu viel "Volksvermögen" wurde in 1938 für den (bereits angedachten) Krieg gehortet und dem Konsum entzogen.

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Die Fernseh GmbH in Berlin arbeitete 1943 weiter

Der Ausbruch des Krieges unterband diese erfolgversprechenden Planungen. Die Entwicklung, die bis dahin hauptsächlich in den Händen der Fernseh GmbH und Telefunken GmbH, sowie der Firmen C. Lorenz AG, Te-Ka-De, Dr. S. Loewe AG und der damaligen Reichspost- Forschungsanstalt gelegen hatte, wurde bei den meisten Firmen zugunsten kriegswichtiger Aufgaben eingestellt.

Lediglich bei der Fernseh GmbH, wurde bis zum Frühjahr 1943 intensiv auf dem "alten Gebiet" weitergearbeitet. Die Erprobung der entwickelten Gerate wurde in Verbindung mit der Post durchgeführt, die damals der wichtigste Auftraggeber war.

  • Anmerkung : Auch das stimmt nicht, die Entwicklung wurde ausschließlich auf kriegswichtige konzentriert, wie auf die ferngesteuerte Flugbombe.


Die Zeilenzahl beiuns in Deutschland betrug seinerzeit 441. Heute werden in Amerika 525 Zeilen benutzt, in England 405, in Frankreich 455 (bzw. 819 für Versuchszwecke) und in Rußland 625. Für die jetzt anlaufenden deutschen Fernsehversuche sind ebenfalls 625 Zeilen vorgesehen.

  • Anmerkung : Die 625 Zeilen Gerber Norm kam erst 1951)


Die Wahl der Zeilenzahl bestimmt die Schärfe des Fernsehbildes. Selbstverständlich bemüht man sich, diese möglichst hoch zu treiben. Allerdings wird die Qualität eines Fernsehbildes nicht nur durch die Zeilenzahl, sondern auch durch die Gradation und den Kontrast bestimmt. Die Güte der Gradation hängt von der Art des gewählten Abtasters ab. Der Kontrast und die erzielbare Bildhelligkeit werden vor allem durch die Qualität und die Betriebsbedingungen der im Fernseh-Empfänger verwendeten Braunschen Rohre bestimmt.

Die Aufgabenstellung

Zu den vielen interessanten Aufgaben, die bei der Fernseh GmbH. im Jahre 1943 bearbeitet wurden, gehörte die Abtastung von Bildern mit der besonders hohen Zeilenzahl von 1029 und die Übertragung der entsprechenden Bildsignale. Es galt dabei zu untersuchen, mit welchen Abtastern eine derartig hohe Auflösung erreicht werden konnte, wie sich die Übertragungsfragen lösen ließen und ob die wirtschaftliche Seite der Angelegenheit einer praktischen Verwertung überhaupt Aussichten gab.

Die bekannten Elektronenstrahlabtaster

Nachstehend werden nun die vier heute bekannten Elektronenstrahlabtaster bezüglich ihrer Eignung zur Abtastung von Bildern mit hoher Auflösung untersucht. Es handelt sich dabei um die (1) Braunsche Röhre, das (2) Sondenrohr, das (3) Iconoscope und das (4) Orthicon.

Die Aufgabe des Abtasters ist es, die Helligkeitswerte des Bildes nacheinander zeilenweise in Strom- bzw. Spannungsimpulse zu verwandeln. Zu diesem Zweck wird ein scharf gebündelter Elektronenstrahl mit Hilfe zweier senkrecht aufeinander stehender magnetischer Felder in horizontaler Richtung mit großer Geschwindigkeit und senkrecht dazu mit kleiner Geschwindigkeit bewegt. Am Ende jeder Zeilenabtastung springt der Abtaststrahl in einem Bruchteil der Hinlaufzeit zurück und fängt um Zeilenbreite tiefer mit der Abtastung der nächsten Zeile an.

Dieser Vorgang wiederholt sich bis zur letzten Zeile. Sie soll z. B. nach 1/25 Sekunde geschrieben sein. Der Strahl springt dann wieder zum Anfang der ersten Zeile zurück, worauf das Bild zum zweiten Mal abgetastet wird. Bei dem heute üblichen „Zwischenzeilenverfahren" erfolgt die Abtastung so, daß zuerst in 1/50 Sekunde Zeile 1, 3, 5, 7 usw. und darauf in ebenfalls 1/50 Sekunde Zeile 2, 4, 6, 8 usw. abgetastet werden. Dadurch wird die Bildwechselzahl scheinbar verdoppelt, wodurch ein Flimmern vermieden wird.

Für die nachfolgenden Betrachtungen soll angenommen werden, daß beliebig helle Bilder, also beliebig viel Licht zur Verfügung steht, und daß es sich der Einfachheit halber um die Abtastung von Diapositiven handelt.

Der Abtaster mit Braunscher Röhre

Bild 1: Anordnung zur Abtastung von Diapositiven mittels einer Braunschen Röhre

Bild 1 zeigt das Prinzip des Abtasters mit Braunscher Röhre. Auf dem völlig ebenen Leuchtschirm der Röhre wird vom Elektronen-Strahl ein gleichmäßig heller Raster geschrieben. Der Raster wird mittels einer Optik scharf auf das abzutastende Diapositiv abgebildet.
Je nach Schwärzung des gerade vom Lichtpunkt erfaßten Bildpunkts wird durch das Diapositiv mehr oder weniger Licht hindurchgelassen. Das gesamte, durch das Diapostiv gehende Licht wird mittels einer Sammellinse auf die Photoschicht einer Photozelle mit Sekundärverstärker geworfen. Der Ausgangsstrom dieser Zelle ist dem jeweils auffallenden Lichtstrom genau proportional, sodaß an einem ohmschen Widerstand, durch den der Photostrom fließt, eine dem Lichtstrom proportionale Spannung entsteht. Damit ist eine in der Gradation richtige Umwandlung der Helligkeitswerte in Spannungswerte gewährleistet.

Details :

Es ist ohne weiteres einzusehen, daß bei gegebenen Betriebsbedingungen der Braunschen Röhre je Bildpunkt um so weniger Licht zur Verfügung steht, je kleiner dieser ist, je größer also die Zahl derselben je Bild ist. Diese Bildpunktzahl steigt quadratisch mit der Zeilenzahl.

Im Photostrom der Photozelle ist durch die Unregelmäßigkeiten des Elektronenaustritts aus der Kathode ein gewisser Schrotanteil vorhanden (siehe Heft 4/1948, Seite 69). Der Effektivbetrag dieses Schrotanteils wächst mit der Wurzel aus dem Photostrom und der Bandbreite der nachfolgenden Verstärkeranordnung an.

Diese muß bei einer Übertragung von Bildern mit 1029 Zeilen etwa 17 MHz betragen. Läßt man einen Schrotanteil von 10% zu, so muß der Photostrom bei der angegebenen Bandbreite wenigstens 5,4 x 10-4 Ampere betragen.

Dieser Strom ist so klein, daß er an einem Widerstand von 500 Ohm nur 0,27 uVolt erzeugen und in dessen Rauschpegel von ca. 11 uVolt (17 MHz Bandbreite) untergehen würde.

Der Sekundärverstärker verstärkt den Strom jedoch soweit (10 hoch 5 bis 10 hoch6), daß der Rauschpegel des Verstärkereingangs nichts mehr ausmacht.

Hierbei wird der Schrotanteil des Photostroms um etwa 60-80% vergrößert. Er wird daher 16-18%. Der Sekundärverstärker ist also unumgänglich notwendig.

Forderungen an die Braun'sche Röhre

Die Braunsche Röhre muß in der Lage sein, genügend Licht zu erzeugen, damit der vorgesehene Bildpunktstrom bei Abtastung der dunkelsten Bildstellen entsteht. Darunter sei die Schwärzung 1 des Diapositivs verstanden. Das entspricht einem Zehntel des maximalen Bildpunktstroms bei der Schwärzung 0. In den Lichtern wäre dann im vorstehenden Beispiel der Schrotanteil nur ca. 5% ein noch guter Wert.

An die Braunsche Röhre ist also die Forderung genügender Helligkeit und ausreichender Schärfe zu stellen. Beide Forderungen sind sicher zu erfüllen, wenn man den Raster groß genug (100 x 120mm) wählt und Anodenspannungen genügender Höhe anwendet (20kV). Die Anwendung eines möglichst langen Konzentrierfeldes (in Bild 1 angedeutet), also eine möglichst gute Führung der Elektronen durch magnetische Kraftlinien über eine lange Strecke ihres Weges, bringt ebenfalls einen beachtlichen Gewinn an Fleckschärfe.

Die Divergenz des Elektronenstrahls wird dadurch möglichst klein gehalten, was wiederum kleinere Abbildungsfehler der Elektronenoptik zur Folge hat.

Der Leuchtschirm

Wesentliche Schwierigkeiten bietet lediglich der Leuchtschirm. Zunächst einmal muß er genügend feinkörnig und gleichmäßig sein, was bei genügend großem Raster wohl zu erreichen ist. Leider hat aber jeder Schirm eine gewisse Nachleuchtdauer, die sich nicht beliebig klein machen läßt. Bei sehr steiler Unterbrechung der Anregung des Leuchtmaterials durch den Elektrohenstrahl (große Abtastgeschwindigkeit) klingt die Helligkeit des gerade angeregten Teilchens nicht momentan auf 0 ab. Das hat bei der Abtastung eine Verwaschung der nebeneinanderliegenden Bildpunkte zur Folge, die mit ansteigender Nachleuchtdauer größer wird. Der Abklingvorgang des Leuchtmaterials erfolgt annähernd nach einer Exponentialkurve. Er kann durch eine entsprechende, entgegen wirkende Zeitkonstante im Verstärker kompensiert werden.

Die Nachleuchtdauer muß naturgemäß um so kleiner sein, je höher die Zeilenzahl bzw. Abtastgesdiwindigkeit ist. Bei 1029 Zeilen beträgt die Bildpunktdauer ca. 0,3 x 10 -7 Sekunden. Selbst wenn man heute eine Nachleuchtdaucr von 10 -7 Sekunden erreicht, wäre dieser Wert noch zu groß. Wenn man nun wirklich auch die Nachleuchtkurve im Verstärker genau kompensieren kann, so wird bei der Abtastung, einer Schwarz-Weiß-Kante der eigentlich zugehörige Stromhub im Photostrom doch nicht momentan erreicht. Erst hinter dem Verstärker entsteht dadurch, daß die Verstärkung frequenzabhängig ist und zwar für die höchsten Frequenzen (Schwarz-Weiß-Kante bzw. Spannungssprung) wesentlich angehoben wird, ein dem Schwarz-Weiß-Sprung entsprechender Spannungshub.

Auf Grund der größeren notwendigen Verstärkung muß dabei der Schrotanteil im Photostrom aber stärker hervortreten. Mit zunehmender Nachleuchtdauer des Leuchtschirms steigt also bei konstanter Abtastgeschwindigkeit der Schrotanteil im Bild an, ebenso mit steigender Abtastgeschwindigkeit bei konstanter Nachleuchtdauer. Hierin liegt die wesentliche Grenze des Abtasters mit Braunscher Röhre bei steigender Zeilenzahl.

Bilder bester Qualität bei 441 Zeilen

In Deutschland wurden (1939-40) von der Fernseh GmbH, bei 441 Zeilen mit einem Braunschen - Röhren-Abtaster Bilder bester Qualität gezeigt (Röhrendurchmesser 18cm, Anodenspannung 10kV.) In England werden heute Filmabtaster bei 405 Zeilen mit Braunscher Röhre mit sehr gutem Erfolg angewendet. Ob die Braunsche Röhre zur Abtastung mit 1029 Zeilen noch geeignet ist, wäre noch experimentell zu untersuchen.

Auf einen weiteren Nachteil derselben sei hier abschließend hingewiesen. Ihre Schärfe ist nicht eindeutig bestimmt. Sie hängt von verschiedenen elektrischen Größen, die sich ändern können, sowie von der Qualität der Glühkathode ab. Vor allem wird sie im Laufe der Gebrauchsdauer geringer.

Der Sondenrohr-Abtaster

Bild 2: Rasteranordnung mit Sondenrohr

Mit dem nun zu untersuchenden Abtaster wurden in Deutschland 1940 (Fernseh GmbH.) sowohl Diapositive wie auch Kinofilme mit 1029 Zelen mit sehr gutem Erfolg abgetastet. Das Prinzip der Sondenröhre geht auf eine Patentanmeldung von Dieckmann zurück. Bild 2 zeigt das Schema einer solchen Röhre und Bild 3 die Ausführungsform, wie sie zuletzt in Deutschland gebaut wurde.

Das abzutastende Bild wird mittels einer Optik auf eine Photokathode abgebildet. Jeder Bildpunkt emittiert eine dem jeweiligen zugehörigem Lichtstrom proportionale Anzahl Elektronen. Es entsteht also ein Emissionsbild, das mit Hilfe elektrischer und magnetischer Linsen in einer bestimmten Ebene scharf abgebildet wird. In dieser Ebene wird eine Sonde angebracht, deren Metallzylinder ein kleines Loch hat, durch das die Elektronen auf eine Auffangelektrode höherer positiver Spannung fliegen können. Sie lösen dort Sekundär-Elektronen aus, die durch einen Sekundärverstärker weiter vervielfacht werden und schließlich auf eine nicht sekundäremittierende Elektrode prallen, an die ein Belastungswiderstand angeschlossen ist. An diesem Widerstand werden die Bildspannungen abgenommen.

Bild 3: Aufnahme einer Sondenröhre für eine Bildabtastung mit 1029 Zeilen. Baujahr 1940

Zur zeilenweisen Abtastung muß das Elektronenbild zeilenweise über die Blendenöffnung geführt werden. Das geschieht wieder durch zwei senkrecht aufeinander stehende Ablenkfelder. Die Größe des optischen Bildes auf der Kathode ist vorgegeben, beispielsweise soll das Bild 5 x 6cm groß sein. Die Größe des in der Sondenebene entstehenden Elektronen-Bildes ist durch den Verlauf und die Stärke der Felder bzw. durch die geometrischen Abmessungen der gesamten Anordnung bestimmt. Die elektronenoptische Vergrößerung betrug z B. bei ausgeführten Sondenröhren 1,6.

Sie kann aber durch Variieren der Spannungen, insbesondere der an der Sonde liegenden Spannung, in gewissen Grenzen (ca. 1:1,3 - 1:2) geändert werden. Damit läßt sich bei gegebener Sondengröße die Auflösung beeinflussen.

Eine Überlegung zur Göße

Über die Größe der erreichbaren Auflösung gibt nachfolgende Überlegung Aufschluß.
Die Größe des Bildpunktes ist bei einer bestimmten elektronenoptischen Vergrößerung durch die Blendengröße eindeutig bestimmt und letztlich unveränderlich. Das ist zweifellos für die Abtastung mit hohen Zeilenzahlen ein ganz besonderer Vorteil. Das Elektronenbild ??st weist eine sehr hohe Schärfe auf, die in jedem Fall ausreicht. Die Blende kann man beliebig klein machen. Die für 1029 Zeilen notwendige Auflösung wird daher in jedem Fall erreicht.

Schwierigkeiten, wie sie beim Braunschen-Röhren-Abtaster durch das Nachleuchten entstehen, gibt es nicht.

Die Grenze der Leistungsfähigkeit ist daher nur durch die Lichtverhältnisse gegeben.

Man kann zu ihrer Ermittlung ähnliche Betrachtungen wie oben anstellen. An Stelle des Leuchtschirms dient hier eine normale Kinolampe. Diese beleuchtet über einen Kondensor das zu übertragende Diapositiv ganz gleichmäßig. Die notwendige, in Licht umgesetzte elektrische Leistung ist dabei sehr viel größer als bei der punktförmigen Beleuchtung. (Gleicher Lichtwirkungsgrad vorausgesetzt.) Für die Beleuchtungslampe müssen schon 750 Watt aufgewendet werden.

Wie liegen nun unter Zugrundelegung einer noch tragbaren Beleuchtung die Schrotverhältnisse? Zur Orientierung diene das Beispiel einer ausgeführten Abtasteranlage. Mit einer 750 Wattlampe mit Kondensator wurde bei normaler Diagröße und einer Optik der Öffnung 1:3,5 ohne eingeschobenes Diapositiv eine Beleuchtung von 50.000 Lux auf der Photokathode (5 x 6cm Bildgröße) erzielt.

Das entspricht einem Lichtstrom von 150 Lumen und ergibt bei einer Kathodenempfindlichkeit von 40uA/Lumen einen Gesamtstrom von 6mA. Die Bildpunktzahl je Bild ergibt sich zu 1,145 x 10 hoch6. Der maximale Bildpunktstrom wird damit 5,23 x 10-10 Ampere und bei der Schwärzung 1 der zehnte Teil hiervon. Der Schrotstrom beträgt minimal 5,78 x 10 hoch-11 Ampere. .
Durch den Sekundärverstärker wird der Schrotstrom maximal um den Faktor 1,8 vergrößert, also wird er 1,15 x 10 hoch-10 A. Der Schrotanteil in den Lichtern des Bildes beträgt damit ca. 7%, in den Schatten etwa 22%. Das sind gerade noch zulässige Werte. Eine Verbesserung kann praktisch nur durch Erhöhen der Photoempfindlichkeit und der Beleuchtung bzw. der Lichtstärke der Optik erreicht werden.
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Mit 1029 Zeilen ist man, soweit der optische Aufwand in vernünftigen Grenzen bleiben soll, praktisch an der Grenze der Leistungsfähigkeit der Sondenröhre.

Wie das Beispiel zeigt, ist die erforderliche Helligkeit auf der Kathode sehr hoch. Die Anwendung der Sondenröhre beschränkt sich daher auf die Abtastung von Diapositiv- und Filmbildern. Allerdings können damit sehr gute Bildübertragungen gemacht werden. Neuerdings ist in der Schweiz eine Sondenröhre für hochzeilige Filmabtastung unter Verwendung einer Röhre mit Durchsichtkathode, die wegen der geometrischen Abmessungen die Anwendung lichtstärkerer Optiken mit kurzer Brennweite erlaubt, entwickelt worden.

Da eine Durchsichtphotokathode eine Belastung von einigen Milliampere auf die Dauer nicht aushält uqd außerdem deren Querwiderstand zu groß ist (einige Tausend Ohm), wird durch besondere mechanische Anordnung dafür gesorgt, daß jeweils nur eine, d. h. die gerade abzutastende Zeile auf die Kathode abgebildet wird.
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Das Iconoscope

Bild 4: Aufbau eines Supericonoscopes. Das optische Bild des abzutastenden Objektes wird aul die Durchsichts-Photokathode projiziert und über die dabei ausgelösten Photoelektronen (gestrichelte Bahnen in ein Ladungsbild auf der Mosaikplatte umgewandelt. Dieses wird dann durch den Abtaststrahl zeilenweise überstrichen, wobei die zur Modulation des Fernsehsenders benötigten Bildsignale entstehen.

Zur Abtastung bei normalen oder gar schlechten Lichtverhältnissen werden heute hauptsächlich das Supericonoscope und das Orthicon verwendet. Beide Abtaströhren machen von dem Speicherprinzip Gebrauch. Bild 4 zeigt schematisch das Superikonoskop und Bild 5 eine Ausführungsform, IS 9 der Fernseh G.m.b.H., die während des Krieges in größeren Stückzahlen gefertigt wurde. Das optische Bild wird auf eine durchsichtige Photokathode geworfen.

Das dabei entstehende Emissionsbild wird auf ein Mosaik von mikroskopisch kleinen Teilchen, die sekundäremissionsfähig sind, abgebildet. Diese Teilchen sitzen auf einer Glimmerplatte und bilden mit einem rückseitig aufgebrachten Silberbelag kleine Kondensatoren. Die auf das Mosaik aufprallenden Elektronen lösen dort Sekundärelektronen aus. Sofern nun mehr Elektronen ausgelöst werden als ankommen, lädt sich das betreffende Teilchen zunächst zeitproportional positiv auf. Das geht um so schneller, je mehr Elektronen an dieser Stelle je Zeiteinheit auftreffen. Die Höhe der Ladung ist also nach einer bestimmten Zeit der Helligkeit des betreffenden Bildpunktes proportional. Es entsteht somit ein Ladungsbild.

Bild 5: Aufnahme des Superikonoskopes JS 9 der Fernseh GmbH. Oben sind die Spulen zur Konzentration und Ablenkung des Abtaststrahls zu erkennen. Am rechten Ende sitzt die magnetische Linse zur Führung der Photoelektronen.

Das Mosaik wird nun von einem feinen Kathodenstrahl zeilenweise abgetastet. Hierdurch sollen fortlaufend die etwa vorhandenen Ladungen der einzelnen Teilchen kompensiert werden. Durch einen an den Silberbelag angeschlossenen Widerstand geht dabei jedesmal ein Stromssoß. Er hat eine Spannung am Widerstand zur Folge, die jeweils der Ladung des gerade abgetasteten Teilchens proportional ist. Da jedes Bild in der Sekunde 25 mal abgetastet wird, steht zur Ladung der einzelnen Teilchen zwischen zwei Abtastungen 1/25 Sekunde zur Verfügung. Die Entladezeit ist bei jedem Bildpunkt jedoch auf die Bildpunktdauer eingeengt. Falls die Aufladung nun wahrend der ganzen Zeit linear wäre, würde notwendigerweise bei der Abtastung ein Stromstoß entstehen, der um den Faktor der Bildpunktzahi eines Bildes größer ist als der Aufladestrom.

Die Größe des Aufladestroms entspricht hierbei der Größe des Bildpunktstroms bei der Sondenröhrenabtastung (gleiche Beleuchtung vorausgesetzt). Das ist der Faktor, der theoretisch bei 100% Speicherung an Wirksamkeit bzw. Lichtempfindlichkeit erzielt werden würde. Er wäre bei 1029 Zeilen gleich 1,145 x 10 hoch6. Auch bei hochzeiligen Bildern wäre man damit weit aus den Schwierigkeiten heraus, die der Schrotanteil des Photokathodenstroms der Sondenröhre verursacht.

Leider sieht es in der Praxis anders aus. Die Abtastung des Mosaiks geschieht nämlich mittels eines Elektronenstrahls, dessen Elektronen eine Geschwindigkeit von wenigstens 1.000 Volt haben und ebenfalls Sekundärelektronen auslösen. Diese Sekundärelektronen geringer Gewindigkeit gehen naturgemäß überall dahin, wo sie ein positiveres Potential vorfinden. Dadurch werden zum Teil die bei der Belichtung der Photokathode entstehenden Ladungsverhältnisse kompensiert bzw. verfälscht. Es würde hier zu weit führen, die Spannungsverhältnissc genauer zu erörtern. Die Wirkung der Sekundärelcktronen ist jedenfalls so, daß einem bestimmten Helligkeitswert des Bildes durchaus nicht immer ein bestimmter Spannungswert bzw. immer der gleiche Wert entspricht. Die Folge ist eine Verfälschung der Gradation. Gut wiedergegeben werden meist nur die Mitteltöne der zu übertragenden Bilder. Es entstehen weiter vom Bildinhalt abhängige Abschattierungen in Zeilen- und Bildrichtung (Störsignal). Der theoretische Speichereffekt wird daher nur zu etwa 5 bis 15% erreicht.

Betriebserfahrungen mit dem Ikonoskop

Die mögliche Maximalauflösung wird durch den Ladungsausgleich infolge freier Sekundärelektronen und auch der nicht ganz vermeidbaren Querleitfähigkeit des Mosaiks begrenzt, außerdem durch die erreichbare Fleckschärfe des Abtaststrahls.

Zur Erzielung hoher Auflösung ist es daher sehr zweckmäßig, die angelegten Spannungen wesentlich über den normalen Wert von 700-1.000 Volt zu steigern und die Größe des Mosaiks nicht zu klein zu wählen. Das gilt sowohl für die Beschleunigungsspannung der Photokathode wie für die Spannung des Abtaststrahls.

Versuche bestätigten dies (1942). Bei der Fernseh G.m.b.H. wurden bereits Bilder mit 1029 Zeilen abgetastet und übertragen (1942). Die Schärfe, die mit dem Sondenrohr erreicht wurde, wurde hierbei jedoch nicht ganz erzielt. Die Gradation bleibt außerdem immer wesentlich schlechter.

Unterschied zum Iconoscope

Bild 6: Unretuschierte Aufnahme vom Leuchtschirm eines Fernsehempfängers bei der Wiedergabe eines mit 1029 Zeilen abgetasteten Bildes. Zur Wiedergabe wurde eine Röhre mit 40cm Schirmdurchmesser und 20kV Anodenspannung verwendet. Die Abtastung erfolgte mit einem Sondenrohr-Diapositiv-Abtaster. Die Zeilenstruktur ist hier nicht mehr zu erkennen. Aufnahme-Jahr ist 1940. (Archivbild des Verfassers)

Der Schrotanteil ist beim Ikonoskop durch andere Vorgänge bestimmt als beim Sondenrohr. Die Nutzspannung entsteht hier durch die Umladung kleiner Kondensatoren. Je schneller diese erfolgt, um so größer muß die dabei am Nutzwiderstand entstehende Spannung sein, sofern außer der Abtastgeschwindigkeit nichts geändert wird. Mit deren Erhöhung, also größerer Zeilenzahl, muß das Nutzsignal bei sonst unveränderten Verhältnissen ansteigen. Dies bestätigt eine Messung.
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Die Bandbreite des Verstärkers muß bei Erhöhung der Zeilenzahl naturgemäß größer werden, d. h. der Eingangswiderstand muß kleiner und bei gleichem bzw. nicht entsprechend größerem Eingangsstrom die Verstärkung für gleiche Ausgangsspannung größer werden, so daß sich auch der durch den Eingangswiderstand und das Röhrenrauschen ergebende Schrotanteil erhöht.

Der Schrot ist beim Abtaster mit Ikonoskop praktisch ausschließlich durch das Eingangsrauschen des Verstärkers und die Höhe der notwendigen Verstärkung (im Mittel ca. 50.000 fach) gegeben. Von der Photokathode des Ikonoskops kann auf Grund des Speichereffekts keinerlei Schrotanteil geliefert werden. Das Mosaik läßt sich nur bis zu sehr kleinen Spannungswerten aufladen. Die Ausgangsspannung ist kleiner als 1 mV.
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Das Orthicon (also nicht "Orthikon")

Das Prinzip des Orthicons, an dessen Entwicklung sowohl in Frankreich (Telefunken) als auch bei der Fernseh G.m.b.H. in Deutschland während des Krieges gearbeitet wurde, ist lange bekannt. Es sei hier nur kurz angedeutet. Das Emissionsbild einer Photokathode erzeugt mittels elektronenoptischer Abbildung auf einer sehr dünnen Glasplatte ein Ladungsbild, das von der anderen Seite mittels eines Kathodenstrahls abgetastet wird. Die Elektronen dieses Strahls fliegen mit so geringer Geschwindigkeit auf die Platte, daß sie keine Sekundärelektronen auslösen können. Die Auftreffgeschwindigkeit ist im wesentlichen diejenige, die der von der Aufladung der Glasplatte herrührenden positiven Ladung der einzelnen, gerade abgetasteten Bildpunkte entspricht.

Die Punktschärfe des abtastenden Strahls wird dadurch erreicht, daß die Strahlelektronen geringer Geschwindigkeit in einem starken, homogenen Magnetfeld verlaufen. Ein Teil der Strahlelektronen kompensiert die einzelnen Ladungen des Ladungsbildes, die überschüssigen Elektronen laufen auf Grund der Potentialverteilung im Rohr zurück und fallen schließlich in einen Sekundärverstärker. Der zurücklaufende Strahl ist also mit dem Bildinhalt moduliert.

Die Technologie des inzwischen in Amerika weiter entwickelten Orthicons (Image Orthicon) ist äußerst kompliziert. Der Ausschuß bei der Herstellung soll bis zu 95% betragen. Die praktisch erreichbare Auflösung mitteis des amerikanischen Image Orthicons wird von
englischer Seite mit etwa 400 Zeilen angegeben. Der Schrotanteil in der Nutzspannung soll infolge der geringen Durchmodulation des Strahls sehr hoch sein. Das Orthicon hat aber den großen Vorteil, daß das abgegebene Signal der Helligkeit genau proportional ist.

Infolge Wegfalls der Sekundärelektronen bei der Abtastung wird der Speichereffekt zu nahezu 100% erreicht, so daß selbst bei Beleuchtung mit einer Kerze noch Bildaufnahmen möglich sind. Für hochzeilige Abtastung erscheint das Orthicon zunächst ungeeignet, weshalb vielfach die Tendenz besteht, wieder zum Iconoscop zurückzukehren. Die durch die Abtastorgane gegebenen Grenzen sind mit den vorstehenden Ausführungen im wesentlichen erörtert.

Bild 7: Vergleichsaufnahme eines Fernsehbildes mit 441 Zeilen. Es wurde eine Röhre mit 40cm Schirmdurchmesser und 12kV Anodenspannung verwendet. Die Abtastung erfolgte mit einem Iconoscop-Bildfänger. Die Zeilenstruktur ist hier noch zu erkennen. Die Aufnahme, die im Vergleich zu Bild 6 weder vergrößert noch verkleinert wurde, stammt von der Funkausstellung 1937.

Die Grenzen im Bildschreiber und Übertragungskanal:

Gewisse Grenzen sind noch durch den Übertragungskanal und durch die empfangsseitige Braunsche Röhre gegeben. Für die Braunsche Röhre ist vor allem die Fleckschärfe maßgebend. Sie muß auch nach 1.000 Betriebsstunden noch gut sein. Erreichbar ist sie durch genügend hohe Anodenspannung bei Anwendung einer möglichst geringen Strahldivergenz. Das ist eine Aufwands- bzw. Konstruktionsfrage. Mit Erhöhung der Anodenspannung der Braunschen Rohre steigt die notwendige Kippleistung zur Ablenkung des Strahls. Dadurch wird auch der Aufwand in den Kippgeräten größer.
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In Bild 6 ist ein 1029 Zeilenbild wiedergegeben. Es wurde von einer 40cm Röhre bei 20kV Anodenspannung photographiert. Die zur Aussteuerung der Röhre notwendige Spannung betrug 60 Volt, die bei einer Bandbreite von 20 MHz von einem Spezial-B-Verstärker abgegeben wurde.

Die Brillanz des Bildes war überraschend gut. Zum Vergleich ist ein Bild mit 441 Zeilen (40cm Röhre, 12kV Anodenspannung) ebenfalls abgedruckt (Bild 7). Es ist für die Beurteilung allerdings zu berücksichtigen, daß das Photo und noch mehr der Druck die Originalschärfe und selbstverständlich auch die Brillanz nicht wiedergeben können.

Die notwendige Bandbreite

Die im Übertragungskanal notwendige Bandbreite steigt proportional mit dem Quadrat der Zeilenzahl. Sie wird also bei deren Verdopplung das Vierfache. Die Verstärkung einer Verstärkerstufe ist umgekehrt der Bandbreite proportional. Bei Anwendung der Rimlock-Röhre EF 42 erreicht man z. B. bei 6 MHz Bandbreite (10% Verstärkungsabfall) eine Verstärkung von ca. 15-fach. Bei 18 MHz Bandbreite wäre diese dagegen nur 5-fach.

Mit vier Stufen ergibt sich bei 6 MHz eine 50.000-fache Verstärkung, während man bei 18 MHz 7 Stufen zur Erlangung dieser Verstärkung benötigt, wobei dann allerdings der Verstärkungsabfall prozentual bei der Grenzfrequenz wesentlich höher ist. Soll er prozentual ebenso groß sein wie bei 6 MHz Bandbreite, so erhöht sich die Anzahl der Verstärkerstufen noch weiter.

Der Stufenabfall müßte kleiner als 10% sein, wodurch die Stufenverstärkung weiter absinkt. Größere Bandbreite bzw. Zeilenzahl erhöht den Aufwand im Übertragungskanal also sehr stark. Der Gewinn an Bildqualität steht in keinem Verhältnis zum Aufwand. Was für den Verstärker gilt, gilt im ganzen gesehen auch für den Sender und Empfänger sowie Kabelübertragungsanlagen. Insbesondere die Empfänger müssen billig sein, wenn sich das Fernsehen überhaupt einführen soll.

Die Wahl der Zeilenzahl

Wo liegt nun eine vernünftige Grenze der Zeilenzahl? In Frankreich benutzt man versuchsweise 819 Zeilen und will diese Zeilenzahl möglichst noch über 1.000 erhöhen. Nach Erfahrungen des Verfassers sollte man aber lieber bei geringerer Zeilenzahl erst einmal das an Bildqualität herausholen, was sich herausholen läßt. Wohl mancher wäre über die Bildqualität erstaunt. Das zeigen die in England im Labor bzw. Studio vorgeführten 405-zeiligen Bilder. Die mit 625 Zeilen erzielbare Bildqualität dürfte bei sorgfältiger Durcharbeitung weitaus allen Ansprüchen genügen. Auf die Erzielung guter Gradation und hohen Kontrastes sollte in Zukunft noch besonderer Wert gelegt werden. Da kann noch viel zur Verbesserung der Bildqualität getan werden. Auch für den Heimempfänger, dessen im Ausland gezeigte Bilder im allgemeinen ziemlich schlecht sein sollen, läßt sich bezüglich der Bildqualität sicher ohne wesentliche Verteuerung auch ohne Erhöhung der Zeilenzahl noch manches tun.

Bei der Abtastung von Kinofilmen mit 1029 Zeilen wurde die Auflösung versuchsweise wesentlich unter die sich theoretisch ergebende herabgedrückt (durch Variation der Abtastblende im Sondenrohr). Die subjektive Bildqualität wurde dadurch nicht merkbar verändert, ein sicheres Zeichen, daß die Auflösung von 1029 Zeilen wesentlich zu hoch ist. Voraussetzung ist dabei, daß diese Auflösung auch wirklich erreicht wird. Allerdings hatten die vorgeführten Bilder eine sehr gute Gradation und Brillanz.

Zusammenfassung

Es wird die Eignung der verschiedenen Elektronenstrahlabtaster zur Abtastung hochzeiliger Fernsehbilder erörtert und insbesondere die jeweiligen Grenzen der Leistungsfähigkeit betrachtet. Weiter werden Aufwandsfragen bei der Braunschen Röhre und im Ubertragungskanal untersucht. Mit einem Sondenrohrabtaster bei 1029 Zeilen durchgeführte Versuche zeigen, daß diese Zeilenzahl zu hoch ist und man sich schon zu sehr den physikalischen Grenzen der Abtaströhren nähert.

Im Übertragungskanal ist ebenfalls der Aufwand zu hoch, wenn auch die Anforderungen rein technisch erfüllt werden können. Dies gilt auch für die Empfangsseite (Empfänger und Bildschreiber). Die für den deutschen Fernsehfunk vorgeschlagene Zeilenzahl (625 Zeilen) erscheint als eine recht gute Lösung, die einerseits eine weitaus genügende Bildqualität gewährleistet und andererseits auch wirtschaftlich tragbar sein dürfte.

Ein Artikel aus 1949/1950 von Wolfgang Dillenburger.
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