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Nipkow-Scheibe
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Die Nipkow-Scheibe ist die Grundlage des von Paul Nipkow erfundenen und so bezeichneten 'Elektrischen Teleskops'. Mit ihrer Hilfe konnte es Bilder in Hell-Dunkel-Signale zerlegen und wieder zusammensetzen. Die rotierende Scheibe wandert dazu zeilenweise am Bild (bei der Zerlegung) bzw. der Projektionsfläche (bei der Zusammensetzung) vorbei. Sie ist mit spiralförmig angeordneten Löchern versehen.
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Funktionsweise
Technische Grenzen
Bei höheren Auflösungen gerät diese Aufzeichnungs-/Abspielmethode schnell an die Grenzen mechanischer Belastbarkeit, denn die Segmente werden mit zunehmender Zeilenzahl schmaler, so dass die Scheibe entsprechend vergrößert werden muss. Die Drehzahl hingegen bleibt gleich, denn sie bestimmt die Abtastfrequenz. Das Trägheitsmoment wird dabei recht groß. Die Scheibe sollte sehr dünn gefertigt sein (meist aus Blech), um eine gleichmäßige Helligkeitsabtastung schräg einfallender Lichtstrahlen durch die äußeren Löcher sicherzustellen. Für eine Übertragung bewegter Bilder musste die Drehgeschwindigkeit außerdem hinreichend konstant sein. Die Forderung ließ sich auf der Senderseite mit entsprechendem Aufwand leicht erfüllen, preiswerte Fernsehempfänger ließen sich jedoch mit einer Nipkow-Scheibe nur im niedrigauflösendem Bereich bauen. Zwischen 1928 und 1935 gab es, insbesondere in den USA und Großbritannien fertige Geräte und sogar Bausätze zu kaufen. Der populäre "Televisor" mit einer Auflösung von 30 Zeilen von Baird kostete 1932 in Großbritannien beispielsweise 27 Pfund, in Deutschland wurde um 1930 ein Bausatz für rund 30 Reichsmark vertrieben. Bei mehr als 60 Zeilen waren damals jedoch die technischen Grenzen erreicht, wo Empfänger unverhältnismäßig teuer wurden. Die Bildqualität bei nur 30 Zeilen reicht jedoch nur für die Übertragung von Portaits, außerdem flimmerten die Bilder bei zunächst nur 12,5 Bildern pro Sekunde erheblich, so dass ein kommerzieller Erfolg versagt blieb. Bis zum Jahr 1938 wurden in den Fernsehstationen gelegentlich noch Nipkow-Scheiben verwendet, in der deutschen Fernsehnorm mit 180 Zeilen und in den Fernsehsprechzellen (einem Versuchsdienst von Fernsehtelefon) wurden sogar Kameras mit Nipkowscheiben eingesetzt, für die Filmabtastung wurden Nipkowscheiben sogar noch später eingesetzt, auch im hochauflösenden Fernsehen mit 441 Zeilen wurden Nipkowscheiben bis in die 1940er Jahre eingesetzt.
Bauformen der Nipkowscheibe
Schon sehr früh versuchte man, die technischen Grenzen der Nipkowscheibe zu umgehen. John Logie Baird baute schon 1927 eine Nipkowscheibe, bei der die Löcher gegen deutlich größere Linsen getauscht wurden, um so eine größere Lichtausbeute zu erzielen. Da diese Bauform besonders beim Empfänger das Gerät stark verteuert, außerdem die Neonlampen besser und stärker wurden, war diese Bauform nur selten anzutreffen.
Versuche, statt einer Scheibe ein Endlosband zu verwenden, wurden aufgrund der hohen mechanischen Beanspruchung des Bandes schnell verworfen.
Besonders bei hohen Zeilenzahlen würde eine Nipkowscheibe sehr groß werden (Beispielsweise 3 cm hohes Bild bei 180 Zeilen entsprechen 540 cm Umfang, somit einem Durchmesser von ca. 3,45 m!). Aus diesem Grund wurden Nipkowscheiben gebaut, wo in einem Bildfenster gleich mehrere Löcher für mehrere Zeilen untergebracht waren. Durch mitrotierende Blenden wurde jeweils nur die Durchsicht auf ein Loch frei. Da sich dadurch die Drehgeschwindigkeit dramatisch erhöhte (25 Einzelbilder pro Sekunde entsprechen 1.500 Umdrehungen pro Minute, bzw. bei einer Blende schon 3.000 Umdrehungen pro Minute, usw.), wurden die Nipkowscheiben in geschlossenen Metallgehäusen untergebracht, in denen ein Vakuum oder zumindest starker Unterdruck erzeugt wurde, um die Luftreibung zu vermindern. Mit diesen Scheiben konnten Bilder bis zu 441 Zeilen abgetastet werden. Eingesetzt wurden sie von der Reichspost und vom Fernsehsender Paul Nipkow.
Ab 1938 wurden speziell zur Filmabtastung sogenannte Lochkränze oder auch Linsenkränze eingesetzt. Dies sind von der Funktionsweise auch Nipkowscheiben, aber mit dem Unterschied, dass der Abtaster trommelförmig war, die Löcher in der Seite eingestanzt sind. Hierdurch entfällt die typische Krümmung der mit einer Nipkowscheibe erzeugten Bildzeilen. Gleichzeitig kam man mit sehr wenigen Löchern aus, die zudem nur auf einer Ebene angebracht waren. Der Kinofilm wurde nicht ruckartig wie einem Kinoprojektor, sondern flüssig vor dem Lochkranz bewegt, so dass auf diese Weise das Bild zeilenweise abgetastet wurde.
Alternative mechanische Verfahren
Neben der Nipkow-Scheibe gab es noch zwei ähnlich arbeitende Verfahren: Das Weillersche Spiegelrad besaß Spiegel anstatt Löcher, es ermöglichte einen Lichtstrahl zeilenweise abzulenken. Hierfür ist ein dunkles Studio erforderlich, in dem eine Kamera ohne Ablenkeinheit arbeitet. Die Bildpunktzerlegung geschieht dadurch, dass der Lichtstrahl die Szene nacheinander abtastet und so für die Bildzerlegung sorgt. Umgekehrt funktioniert der Linsenkranzabtaster, hier sind an dem Rad Linsen anstatt Spiegel angebracht, die für eine Bildzerlegung in der Kamera sorgen. Dieses Verfahren erfordert allerdings eine enorme Präzision.
Ende der optisch-mechanischen Ablenkung
Bereits 1906 gelang es Max Dieckmann ein Fernsehbild mit Hilfe einer Braunschen Röhre darzustellen, zur Bilderzeugung wurde allerdings eine Nipkow-Scheibe eingesetzt. Auf der Funkausstellung 1931 stellte Manfred von Ardenne ein vollelektronisch arbeitendes Fernsehsystem mit vor. Die Wiedergabe ermöglichte eine Hochvakuum-Kathodenstrahlröhre (Braunsche Röhre) mit 25 cm x 28 cm großem Bildschirm. Als Kamera diente eine zweite Kathodenstrahlröhre mit konstanter Helligkeit. Vor dieser befand sich eine Photozelle deren Signal zur Modulation der Helligkeit der Empfägerröhre benutzt wurde. Ein Dia oder verschiedene Gegenstände wie eine Schere wurden zwischen "Kameraröhre" und Photozelle gehalten. Dessen ausgezeichnete Qualität war von allen mechanischen Ablenkungssystemen unerreicht. So setzte sich dieses Verfahren schließlich 1932/33 durch: Auf der 12. Deutschen Rundfunkausstellung 1935 gab es 20 verschiedene Fernsehapparate zu sehen, von denen bereits 18 elektronisch arbeiteten, die übrigen beiden mit bewegten Spiegeln. 1938 verschwand schließlich die letzte Nipkowscheibe aus den deutschen Fernsehstudios.
Die niedrige Auflösung hat jedoch den Vorteil, dass sie auch nur eine niedrige Bandbreite benötigt, Fernsehbilder können sogar über Mittel- oder Kurzwelle ausgestrahlt werden. Im Amateurfunk konnte daher mechanisches Fernsehen, überwiegend aufgrund der Einfachheit realisiert mit Nipkow-Scheiben, in der Form von Narrow Bandwidth Television als Nischenanwendung überleben.
Mikroskope
Die Nipkow-Scheibe wurde neben der Abtastung für Bildübertragungen auch bei der Erfindung des konfokalen Mikroskops von Mojmir Petran verwendet. Gerade in den letzten Jahren werden in der konfokalen Mikroskopie vermehrt Mikroskope mit Nipkow-Scheiben verwendet.
Verweise
Weblinks
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