Die Entstehung des Fernsehbildes wird zunächst an einem Schwarz-Weiß-Bildschirm erklärt. Das Funktionsprinzip ist bei Farbbildschirmen aber ähnlich.
Bildentstehung beim Schwarz-Weiß-Fernsehen
Joachim Herz Stiftung
Betrachtest du den Bildschirm aus größerer Entfernung (einige Meter), so hast du den Eindruck eines einzigen Bildes auf dem Fernseher. Gehst du jedoch mit einer Lupe sehr nahe an den Bildschirm, so kannst du sehen, dass das Bild aus lauter einzelnen Bildpunkten (Pixeln) mit einem bestimmten Grauton aufgebaut ist. Solche einzelne Bildpunkte kennst du vielleicht, wenn du dir am Computerbildschirm ein Bild mit hoher Vergrößerung anschaust, also ganz nah heranzoomst. Dann werden die einzelnen Bildpunkte wie in der Grafik rechts sichtbar.
Das Fernsehbild besteht also aus vielen einzelnen Bildpunkten, die erst gemeinsam das große Bild erkennen lassen.
Einzelne Bildpunkte leuchten unterschiedlich
Damit die einzelnen Bildpunkte leuchten können, ist die Fernsehröhre mit einer speziellen Leuchtstoffschicht überzogen. Diese wird mit Elektronen aus einer Elektronenkanone beschossen. Beim Auftreffen der Elektronen auf die Leuchtstoffschicht leuchtet der getroffene Bildschirmpunkt auf. Wie hell er aufleuchtet hängt von der Intensität des Elektronenstrahls ab, die ihn trifft. Trifft ein sehr intensiver Elektronenstrahl auf die Leuchtstoffschicht, so erscheint der getroffene Punkt weiß. Trifft nur ein schwacher Elektronenstrahl auf die Leuchtstoffschicht, so erscheint der Punkt grau. Treffen keine Elektronen auf den Schirm bleibt dieser schwarz.
In Röhrenfernseher wurde die Strahlintensität mittels einer Elektrode innerhalb der Elektronenkanone geregelt.
In Abb. 2 treffen also im dunklen Bereich des Männchens keine Elektronen auf den Schirm, sondern nur um ihn herum in den weißen bzw. hellgrauen Bereichen
FischX, Interiot, Raster:Theresa Knott, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons
Aufbau eines Röhrenfernsehers
Bezüglich der Strahlerzeugung sind Fernsehröhren ähnlich aufgebaut wie die schon bekannte braunsche Röhre. Die Strahlablenkung geschieht allerdings nicht durch geladene Metallplatten, sondern durch zwei gekreuzte Ablenkspulenpaare, die sich außerhalb der evakuierten Glasröhre befinden. Die Spulen haben gegenüber den Ablenkplatten den Vorteil, dass der Elektronenstrahl auch in den Randbereichen des Schirms präzise geführt werden kann (bessere Randschärfe).
Die Ablenkung des Elektronenstrahls durch das Magnetfeld der Spulen geschieht durch die LORENTZ-Kraft. Beachte dabei, dass vertikal angeordnete Spulenpaar die Horizontalablenkung bewirkt. Das horizontal angeordnete Spulenpaar bewirkt die vertikale Ablenkung. Dies kannst du mit Hilfe der Drei-Finger-Regel der rechten Hand überprüfen.
Farberzeugung am Röhrenfernseher
Beim Farbfernsehbildschirm gibt es keine einheitliche Leuchtschicht. Anstelle eines einzelnen Pixels, welches in einem bestimmten Grauton leuchtet, gibt es beim Farbfernseher drei kleinere, farbige Pixel. Diese kleineren Pixel nennt man auch Unterpixel oder Subpixel. Jeweils eines dieser Unterpixel ist rot, grün und blau. Exemplarisch ist in Abb. 4 ein Pixel mit seinen drei Unterpixeln markiert.
Da die Unterpixel sehr nahe beieinander liegen und du den Fernseher in der Regel aus einigen Metern Entfernung betrachtest, kannst du die einzelnen Unterpixel nicht voneinander unterscheiden. Dein Auge kann die einzelnen Lichtquellen räumlich nicht mehr auflösen und nimmt sie als eine einzige Lichtquelle wahr. So können aus den drei Unterpixeln in den Grundfarben durch additive Farbmischung alle erdenklichen Farben erzeugt werden.
Wie die Animation in Abb. 5 zeigt, entsteht bspw. durch das "Addieren" von rot und grün (das rote und das grüne Unterpixel leuchten gleich hell, das blaue Unterpixel gar nicht) die Farbe gelb. Wenn alle drei Unterpixel gleich hell leuchten erscheint dir der Bildschirm dort weiß. Weitere Farben entstehen, wenn man die Intensität einzelner Grundfarben verändert.
Die Intensität der einzelnen Grundfarbe wird genau wie beim schwarz-weiß-Fernsehen über die Intensität des Elektronenstrahls reguliert, der auf das entsprechende Unterpixel trifft.
Aufbau des Farbfernseher
Beim Farbfernseher gibt es im Gegensatz zum schwarz-weiß-Fernseher drei unterschiedliche Elektronenkanonen - jeweils eine Elektronenkanone für den Rotanteil (Rotauszug), den Grünanteil und den Blauanteil des Bildes. Die "rote" Kanone sendet allerdings keine roten Elektronen aus, sondern beschießt nur die roten Subpixel. Dabei wird sie vom sog. Rotauszug des Bildes gesteuert. Entsprechend verhält es sich mit den beiden anderen Kanonen.
Damit die drei Kanonen auch immer nur genau ein Pixel mit seinen drei Unterpixeln beschießen, befindet sich knapp vor dem Bildschirm eine Lochmaske mit vielen kleinen Schlitzen. Diese Schlitze sorgen dafür, dass immer nur ein Farbtripel "beschossen" wird.
Zeilenweiser Bildaufbau
Beim gewöhnlichen Fernseher erscheinen in der Sekunde 25 Bilder auf dem Schirm, so dass man den Eindruck eines kontinuierlichen Bewegungsablaufes bekommen kann.
Ein Bild besteht aus 625 Zeilen. Da die zuerst geschriebenen oberen Zeilen schon an Helligkeit verloren haben bis die unteren Zeilen geschrieben sind, würde man einen stark flimmernden Bildeindruck bekommen. Um dies zu vermeiden zielt man auf eine höhere Bildwechselfolge (z.B. 50 Bilder pro Sekunde).
Ein Vollbild mit 625 Zeilen wird in der Regel in zwei Halbbilder à 312,5 Zeilen aufgelöst, die zeilenweise ineinandergeschachtelt sind (in der Skizze rotes und blaues Halbbild).
Für die ersten dreizehn Zeilen ist der Ablauf genauer dargestellt:
Durch eine Sägezahnspannung wird der Strahl in der ersten Zeile "langsam" von links nach rechts gezogen, um dann "rasch" wieder auf die linke Seite zu springen.
Neben der Sägezahnspannung, die an den Spulen für die Horizontalablenkung anliegt, gibt es noch eine zweite Sägezahnspannung, welche an den Spulen für die Vertikalablenkung anliegt. Sie zieht den Elektronenstrahl kontinuierlich von oben nach unten. Beim Erreichen des unteren Bildschirmrandes springt der Strahl aufgrund dieser Spannung wieder in die oberste Zeile.
Um das oben erwähnte Flackern zu verhindern, werden zunächst - ausgehend von A - nur die rot dargestellten Zeilen mit ungerader Nummerierung geschrieben, bis Punkt B erreicht ist. Von dort springt der Strahl nach C und nun beginnt das Schreiben der Zeilen mit gerader Nummer (blaue Darstellung). Nach dem Erreichen von Punkt D beginnt das Beschreiben des nächsten Vollbildes. Für jedes Halbbild braucht der Strahl 1/50 s, so dass ein Vollbild nach der Zeit 1/25 s entstanden ist.