Fernsehen

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Fernsehkameras

Die Fernsehkamera ähnelt der normalen Fotokamera durch die Ausstattung mit einer Linse oder mehreren Linsen und einer Vorrichtung zum Scharfstellen des Bildes, das durch die Linse auf einer lichtempfindlichen Oberfläche erzeugt wird. Diese bildet den lichtempfindlichen Teil der Bildspeicherröhre (Bildaufnahmeröhre). Mit ihr lässt sich die Veränderung der Lichtintensität in elektrische Stromänderungen umwandeln. Die einfachsten Bildspeicherröhren sind das Ikonoskop und das Orthikon (CPS-Emitron). Für Fernsehszenen, bei denen die Lichtintensität gering ist, wie beispielsweise in normal beleuchteten Sälen und Räumen, setzt man das hochempfindliche Vidikon oder seine Weiterentwicklung, das Plumbikon, ein.

3.1

Ikonoskop

Das Ikonoskop ist die erste Bildspeicherröhre in der Geschichte der Fernsehtechnik gewesen. Sie wurde zwischen 1923 und Anfang 1924 von Wladimir Kosma Zworykin entwickelt. Das Ikonoskop hatte zahlreiche Nachteile. So benötigte man für die Erzeugung eines verwendbaren Signals eine extrem gute Beleuchtung. Wenn Fernsehkameras in Studios bei kontrollierbaren Lichtverhältnissen eingesetzt wurden, war dieser Nachteil unerheblich. Allerdings war das Ikonoskop ungeeignet für die Aufnahme von Nachrichtenreportagen bei ungünstigen Lichtverhältnissen.

3.2

Orthikon

Eine Anzahl von Bildspeicherröhren wurde erfunden, um diese Schwierigkeiten zu überwinden. Das Orthikon arbeitete mit einer Photokathode. Die Empfindlichkeit dieser Röhre sorgte dafür, dass ein Kamerasignal unter allen Lichtverhältnissen erzeugt wird. Bei Vorführungen produzierte das Orthikon brauchbare Fernsehbilder von Szenen, in denen nur Kerzen als Beleuchtung dienten. Ein zusätzlicher Vorteil des Orthikons war die Verwendung eines relativ kleinen Schirmes, so dass diese Röhre in eine Kamera mit relativ geringen Ausmaßen eingebaut werden konnte.

Das Orthikon hatte ein flaches Glasfenster an einem Ende. Die innere Seite des Fensters war mit einer gleichmäßigen Schicht einer intermetallischen Alkalikomponente versehen und bildete eine empfindliche photoelektrische Oberfläche. Die Elektronenemission der lichtempfindlichen Schicht wurde durch ein Magnetfeld beschleunigt und auf einer „Glaszielscheibe” gebündelt, die eine geringe elektrische Leitfähigkeit aufwies. Vor dieser Scheibe befand sich ein Drahtnetz, das mehr als 155 000 Öffnungen pro Quadratzentimeter enthielt. Hinter der Scheibe befand sich auf der Innenseite der Röhre eine ringförmige Metallbeschichtung. Diese bildete ein abbremsendes Element (Bremselektrode). Die Innenseite des Röhrenabschnitts hinter der Bremselektrode war ebenfalls mit einer elektrisch leitenden Schicht versehen und diente als Anode. Sie diente zur Ablenkung des Elektronenstrahles. Am Ende der Röhre befand sich eine Elektronenkanone, die den Elektronenstrahl erzeugte, sowie ein Element, das Elektronenvervielfacher genannt wurde.

Die von der lichtempfindlichen Oberfläche ausgesendeten Elektronen erreichen die Zielscheibe und verursachen die Emission von Sekundärelektronen, wobei für jedes einzelne Elektron, das von der lichtempfindlichen Oberfläche aus bei der Scheibe ankommt, zahlreiche Elektronen erzeugt werden. Diese Sekundäremission baut ein Muster aus positiven Ladungen auf der Zielplatte auf, das dem Lichtbild auf der lichtempfindlichen Oberfläche entspricht. Helle Bereiche sind stärker positiv, während dunkle Bereiche weniger positiv in dieser Ladungsabbildung sind. Das für die Scheibe verwendete Glas ist so dünn, dass die verschiedenen positiven Ladungen von der Außenseite der Scheibe zur Innenseite hindurchwandern und so entsprechende negative Ladungen neutralisieren, die dort durch den Abtaststrahl abgelegt wurden.

Der Abtastmechanismus der Röhre besteht aus der Elektronenkanone und der zylindrischen Anode im Hals der Röhre, die zusammen als Elektronenquelle funktionieren, sowie Ablenkspulen, die außerhalb der Röhre montiert sind. Der Abtaststrahl wird kurz vor dem Erreichen der Scheibe durch den negativ geladenen Abbremsring verlangsamt und erreicht die Scheibe mit zu wenig Energie. Wenn der Strahl jeden Teil des elektrisch positiven Ladungsbildes streift, gibt er genügend Elektronen ab, um die positiven Ladungen an dieser Stelle der Zielscheibe zu neutralisieren. Die übrigen Elektronen werden in Richtung der Elektronenkanone und den zugehörigen Elektronenvervielfältiger zurück reflektiert. In den Bereichen mit starker positiver Ladung, die hellen Regionen der Abbildung entsprechen, werden mehr Elektronen benötigt, um die Ladung zu neutralisieren, und weniger Elektronen werden reflektiert.

Der Elektronenvervielfacher verhält sich im Prinzip wie ein Verstärker. Die Elektronen in dem Elektronenstrahl werden nach dem Abtastvorgang in hintereinandergeschalteten Elementen (Dynoden = Prallelektroden) verstärkt. Dabei schlägt jedes ankommende Elektron bis zu zehn Sekundärelektronen aus der Dynode. Diese werden dann auf die nachfolgende Dynode geleitet usw. Dies ist erforderlich, damit ein genügend starkes Bildsignal entsteht.

3.3

Vidikon

Eine andere und heute in einfachen Farbfernsehkameras (insgesamt drei Röhren) eingesetzte Kameraröhre ist das Vidikon. Bei diesem Röhrentyp wird das Bild auf eine photoelektrisch leitende Zielscheibe projiziert. Sie kann beispielsweise aus einer dünnen Schicht einer Substanz wie Antimon-Trisulfid bestehen, deren elektrische Leitfähigkeit sich z. B. durch Lichteinfall vergrößert. Dieses photoleitende Material wird auf eine durchscheinende leitende Elektrode aufgebracht, die als Signalplatte (Anode) funktioniert und im Verhältnis zur Elektronenquelle positiv geladen ist. Ein Elektronenstrahl, der wie beim Orthikon gebündelt und abgelenkt wird, hinterlässt genügend Elektronen auf der Zielscheibe, um die Ladung zu kompensieren. Diese Ladung ist bei den beleuchteten Teilen der Zielscheibe größer als bei den unbeleuchteten. Die Ladungsersetzung in der Signalleitung, die der durch den Strahl platzierten Ladung gleicht, erzeugt das Videosignal als Eingabe für einen Verstärker, der mit der Röhre gekoppelt ist.

Plumbikons besitzen spezielle mit Bleimonoxid beschichtete Scheiben, die über Eigenschaften wie das Fehlen einer Verzögerung (die zu einer Verwischung von bewegten Objekten auf dem Schirm führt) oder wie die Proportionalität des Ausgabesignals zur Bildhelligkeit verfügen.

Das Vidikon ist eine einfache und kompakte Bildspeicherröhre mit einer hohen Empfindlichkeit. Weil es nur einen Durchmesser von etwa 2,5 Zentimetern und eine Länge von etwa 15 Zentimetern aufweist, fand es speziell in der Fernsehtechnik mit direkter Kabelübertragung eine weite Verbreitung. Wenn Weitstrecken-Fernsehübertragung nicht benötigt wird – Sender und Empfänger befinden sich z. B. im selben Gebäude –, setzt man die direkte Kabelübertragung (interne Fernsehanlage) ein. Unter diesen Umständen kann eine Kamera durch einfache Kabelverbindungen direkt die Bildschirme in der Nähe ansteuern und so den Einsatz aufwendiger Sendesysteme überflüssig machen.

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Fernsehübertragung

Außer für die Spezialschaltungen, die zur Erzeugung der Synchronisierungs- und Austastimpulse für das Abtasten erforderlich sind, und den verschiedenen Arten von Spezialanlagen zur Untersuchung und Überwachung der Signale aus der Fernsehkamera, ähnelt der Rest eines Fernsehsendesystems dem eines amplitudenmodulierten (AM) Radiosenders. Die Tonanlagen unterscheiden sich nicht wesentlich von den frequenzmodulierten (FM) UKW-Sendern. Das Tonsignal wird manchmal von einer eigenen Antenne ausgestrahlt, so dass eine vollständig getrennte Sendeeinheit vorhanden ist.