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Schaltungsanordnung zur Modulation des Videosignals einer Fernsehkamera
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Modulation des Videosignals
einer Fernsehkamera mit einer Bildaufnahmeröhre vom Vidicontyp mit einer Trägerfrequenz,
die hoch ist gegenüber der höchsten Videofrequenz, und mit Mitteln zum Einkoppeln
der modulierten Videosignalspannung in den Eingangskreis des Vorverstärkers, der
auf die Trägerfrequenz abgestimmt ist und der Mittel für die Trennung der Videofrequenz
von der Trägerfrequenz enthält.
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Von einer Fernseheinrichtung für die Übertragung von Röntgenleuchtschirmbildern
wird vor allem verlangt, daß sie die für die medizinische Diagnose meist besonders
wichtigen sehr kontrastarmen Details mit hinreichender Deutlichkeit wiedergibt.
Um diese grundlegende Forderung möglichst weitgehend zu erfüllen, muß vor allem
danach getrachtet werden, die Einrichtung so zu gestalten, daß das Signal-Rausch-Verhältnis
ein Maximum erreicht.
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Für die röntgentechnische Anwendung hat sich aus hier nicht näher
zu erläuternden Gründen die Fernsehaufnahmeröhre vom Vidicontyp als besonders geeignet
erwiesen. Bei einer Fernseheinrichtung mit einer Aufnahmeröhre dieses Typs stellen
der Außenwiderstand der Signalplatte und die Eingangsstufe des Vorverstärkers die
weitaus stärksten Rauschquellen dar. Vor allem um die Rauschleistung der Eingangsstufe
des Vorverstärkers zu vermindern, ist es bereits bekannt, die besonders rauscharme
Kaskodeschaltung mit zwei in Serie geschalteten Trioden zu verwenden. Damit ist
bereits eine wesentliche Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses zu erzielen.
Für die speziellen Anforderungen bei der Übertragung von Röntgenleuchtschirmbildern
befriedigt das damit erzielte Ergebnis jedoch noch nicht.
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Als weitere Möglichkeit für die Steigerung des Signal-Rausch-Verhältnisses
ist daher bereits vorgeschlagen worden, den Signalstromanteil gegenüber dem Rauschstromanteil
dadurch zu erhöhen, daß der die Signalplatte abtastende Elektronenstrahl periodisch
mit einer Frequenz unterbrochen wird, deren Periodendauer gegenüber der Dauer für
die Abtastung einer Zeile klein ist. Vorzugsweise soll diese Frequenz den doppelten
Wert der oberen Grenzfrequenz der verwendeten übertragungsmittel besitzen.
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Die vorliegende Erfindung zeigt einen anderen Weg für die Verbesserung
des Signal-Rausch-Verhältnisses. Erfindungsgemäß ist der Außenwiderstand der Signalplatte
der Bildaufnahmeröhre von einem periodische Trägerschwingungen ausführenden elektrischen
Schwingkreis hoher Güte gebildet, der die Trägerschwingungen dadurch mit der Videosignalspannung
frequenzmoduliert, daß er eine an sich bekannte, in Abhängigkeit von der Höhe der
anliegenden Spannung ihren Wert ändernde Reaktanz besitzt. Darüber hinaus ist dem
Vorverstärker, dem das am Außenwiderstand gebildete frequenzmodulierte Signal zugeführt
ist, eine Stufe für die Amplitudenbegrenzung der frequenzmodulierten Signalspannung
zugeordnet, die den Mitteln für die Trennung der Videofrequenz von der Trägerfrequenz
vorgeschaltet ist.
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Um die in der Bildaufnahmeröhre selbst erzeugte Rauschspannung zu
verringern, ist es bekannt, die Intensität des abtastenden Elektronenstrahls der
Bildaufnahmeröhre mit einer Steuerwechselspannung zu modulieren, deren Frequenz
gegenüber der oberen Grenzfrequenz des Bildsignals hoch ist. Mit dieser Methode
kann jedoch nur eine Amplitudenmodulation des Videosignals, nicht jedoch eine Frequenzmodulation
erzielt werden. Damit ist ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung, nämlich
die bei der Frequenzmodulation mögliche Amplitudenbegrenzung mit Hilfe einer oder
mehrerer Spannungsbegrenzerstufen zum Aussieben des amplitudenmodulierten Rauschspannungsanteils,
nicht zu erreichen. Demgegenüber ist die vom Schwingkreis selbst erzeugte Rauschspannung
bei ausreichend hohem Frequenzhub, d. h. bei genügend empfindlicher steuerbarer
Reaktanz, deshalb vernachlässigbar gering, weil der die Rauschspannung erzeugende
ohmsche Verlustwiderstand eines Schwingkreises hoher Güte gegenüber dem normalerweise
verwendeten Außenwiderstand der Signalplatte sehr klein ist.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung seien an Hand eines Ausführungsbeispiels
im folgenden näher erläutert.
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Eine Fernsehkamera 1 enthält eine Vidicon-Bildaufnahmeröhre 2 mit
einer Signalplatte 3, deren
A ußenwiderstarid von einem Schwingkreis
mit der Gbstimmbaren Induktivität 4 und der Kapazitätsvariationsdiode 5 gebildet
ist. Parallel dazu liegt die gestrichelt angedeutete schädliche Kapazität 6, die
sich im .wesentlichen aus der Schaltkapazität und der Kal"@,z:tät der Signalplatte
zusammensetzt. Die an der Kapazitätsvariationsdiode 5 auf noch zu beschreibepde
Weise auftretende, vom Videosignal frequenzrnodulierte Wechselspannung ist über
eine Koppelkapazität 7 dem Eingangskreis des Videovorverstärkers 8 zugeführt, dessen
Eingangswiderstand zur Kompensation der gestrichelt angedeuteten Eingangskapazität
9 aus der Serienschaltung der Induktivität 10 und des ohmschen Widerstandes
11 gebildet ist, so daß ein stark gedämpfter, auf die Resonanzfrequenz (Trägerfrequenz)
des im Signalplattenstromkreis liegenden Schwingkreises 4, 5 abgestimmter Schwingkreis
entsteht. Als weitere Bestandteile der Fernsehkamera sind eine Amplitudenbegrenzerstufe
12 für die Unterdrückung von Störsignalen und eine Demodulatorstufe 13 für die Trennung
des Videosignals von der Trägerwechselspannung an den Aussang der Vorverstärkerstufe
angeschlossen.
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Auf eine noch zu beschreibende Weise wird der Schwingkreis 4, 5, dessen
Resonanzfrequenz wesentlich höher gewählt ist als die obere Grenzfrequenz des Videosignals,
zu periodischen Schwingungen angeregt. Durch den im Signalplattenstromlreis und
damit auch durch die Kapazitätsvariationsdiode 5 fließenden Videosignalstrom ändert
sich deren Kapazität etwa proportional zum durchfließenden Strom. Damit entsteht
an den Schwingkreiselementen 4, 5 eine frequenzmodulierte Wechselspannung mit der
Kreisresonanzfrequenz als Trägerfrequenz, einer Frequenzbandbreite, die etwa der
doppelten maximalen Videofrequenz gleich ist, und einem Phasenhub, der von der Empfindlichkeit
der Kapazitätsvariationsdiode abhängt. Diese Spannung wird dem Eingangskreis des
Videovorverstärkers 8 zugeführt, an dessen Ausgang die Amplitudenbegrenzerstufe
12
für die Unterdrückung der amplitudenmodulierten Rauschspannung angeschlossen
ist, und gelangt von dort an die Demodulatorstufe 13. Das von der Trägerwechselspannung
getrennte Videosignal wird dem Videohauptverstärker 14 zugeleitet und steuert
in üblicher, in diesem Zusammenhang nicht interessierender Weise ein Bildwiedergabegerät.
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Zum Erzeugen und Aufrechterhalten der periodischen Schwingungen des
Schwingkreises 4, 5 wird ein Teil der Ausgangsspannung des Videoverstärkers
über den kapazitiven, aus der Koppelkapazität 15 und der Fußpunktkapazität
16 bestehenden Spannungsteiler in den Schwingkreis 4, 5 mit entsprechender
Phasenlage rückgekoppelt. Die von der Spannungsquelle 17 erzeugte Signalplattenspannung
ist über den Entkopplungswiderstand 18 dem Fußpunkt des Schwingkreises
4, 5 zugeführt. Die übrigen an sich bekannten Stromversorgungseinrichtungen
sind für das Verständnis der vorliegenden Erfindung ohne Bedeutung und daher nicht
dargestellt.
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Um die Resonanzfrequenz des Schwingkreises 4, 5 unabhängig
von Temperatur- und Netzspannungsschwankungen konstant zu halten, ist eine weitere
Kapazitätsvariationsdiode 19, an die hinsichtlich Empfindlichkeit und Frequenzverhalten
keine hohen Anforderungen gestellt werden, über die Koppelkapazität 29 dem Schwingkreis
4, 5 parallel geschaltet. Zur Steuerung dieses Schwingkreises im Sinne der
Konstanthaltung seiner Resonanzfrequenz wird die an der Demodulatorstufe 13 in an
sich bekannter Weise entstehende, von der Höhe der Trägerfrequenz abhängige Gleichspannung
der Kapazitätsvariationsdiode 19 zugeführt. Die Verhältnisse sind dabei so gewählt,
daß bei einer Erhöhung der Trägerfrequenz, also der Resonanzfrequenz des Schwingkreises
4, 5,
die Kapazität der Diode 19 steigt und - da sie der Schwinglzreiskapazität
parallel liegt - die Resonanzfrequenz herabsetzt, und umgekehrt. Als Frequenznormal
dient dabei zweckmäßig die Demodulatorstufe selbst, deren frequenzbestimmende Bauelemente
in bekannter Weise so dimensioniert werden können, daß ihre Frequenzstabilität für
den vorliegenden Fall ausreicht. Zum Abstimmen der Resonanzfrequenz des Schwingkreises
4, 5 auf diejenige der Demodulatorstufe ist die Induktivität 4 veränderbar.
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An der Kapazitätsvariationsdiode 5 treten im allgemeinen nicht
nur Kapazitätsschwankungen auf, die von der Videosignalspannung verursacht sind,
sondern auch solche, die von der an der Kapazitätsvariationsdiode auftretenden periodischen
Wechselspannung der Resonanzschwingung des Schwingkreises selbst herrühren. Die
dadurch verursachte Verzerrung der Resonanzfrequenz ist jedoch im allgemeinen vernachlässigbar,
weil bei einer Resonanzfrequenz von beispielsweise 100 MHz bereits die 1. Harmonische
bei 200 MHz, also weit außerhalb der Bandbreite des Videovorverstärkers liegt und
daher nahezu vollständig ausgesiebt wird. Soll die Bildung von Harmonischen trotzdem
vermieden werden, besteht nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Möglichkeit,
die Resonanzfrequenz des Schwingkreises höher zu wählen als diejenige Frequenz,
bei der die Empfindlichkeit der Kapazitätsvariationsdiode einen Grenzwert unterschreitet.