DE1199315B

DE1199315B - Circuit arrangement for modulating the video signal of a television camera

Info

Publication number: DE1199315B
Application number: DES88148A
Authority: DE
Inventors: Helmut Haslauer
Original assignee: Siemens Reiniger Werke AG
Current assignee: Siemens Reiniger Werke AG
Priority date: 1963-11-02
Filing date: 1963-11-02
Publication date: 1965-08-26

Description

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.Circuit arrangement for modulating the video signal of a television camera The invention relates to a circuit arrangement for modulating the video signal a television camera with an image pickup tube of the Vidicon type with a carrier frequency, which is high compared to the highest video frequency, and with means for coupling the modulated video signal voltage into the input circuit of the preamplifier, the is tuned to the carrier frequency and the means for separating the video frequency of the carrier frequency.

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.From a television set for the transmission of fluorescent X-ray images Above all, it is required that they are usually specially designed for medical diagnosis reproduces important very low-contrast details with sufficient clarity. In order to meet this basic requirement as far as possible, above all it is sought to design the device so that the signal-to-noise ratio reached a maximum.

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.For the X-ray application, there is no further detail here For reasons to be explained, the television pickup tube of the Vidicon type is particularly suitable proven. Place on a television set with a pickup tube of this type the external resistance of the signal plate and the input stage of the preamplifier the by far the strongest sources of noise. Above all, the noise power of the input stage of the preamplifier, it is already known to use the particularly low-noise Use a cascode circuit with two triodes connected in series. So is to achieve a significant improvement in the signal-to-noise ratio. For the special requirements when transmitting X-ray fluorescent screen images however, the result achieved is not yet satisfactory.

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.Another option for increasing the signal-to-noise ratio it has therefore already been proposed to compare the signal current component with the noise current component by making the electron beam scanning the signal plate periodically is interrupted with a frequency whose period duration compared to the duration for the scan of a line is small. This frequency should preferably double Have the value of the upper limit frequency of the means of transmission used.

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.The present invention shows another way for improvement the signal-to-noise ratio. According to the invention, the external resistance of the signal plate the image pick-up tube by an electrical which carries out periodic carrier vibrations High-quality resonant circuit is formed, which separates the carrier oscillations with the video signal voltage frequency modulated so that it is known per se, depending on the level of the applied voltage has its value changing reactance. In addition, the Preamplifier to which the frequency-modulated signal formed at the external resistor is fed is, a stage for the amplitude limitation of the frequency-modulated signal voltage assigned to the means for separating the video frequency from the carrier frequency is upstream.

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.To increase the noise voltage generated in the image pickup tube itself It is known to reduce the intensity of the scanning electron beam To modulate image pickup tube with a control alternating voltage, its frequency is high compared to the upper limit frequency of the image signal. With this method however, it can only amplitude modulate the video signal, not frequency modulation be achieved. This is a major advantage of the present invention, namely the amplitude limitation possible with frequency modulation with the aid of an or several voltage limiter stages to filter out the amplitude-modulated noise voltage component, unavailable. In contrast, there is the noise voltage generated by the resonant circuit itself with a sufficiently high frequency deviation, d. H. with sufficiently sensitive controllable Reactance, therefore negligibly low, because the one generating the noise voltage ohmic loss resistance of an oscillating circuit of high quality compared to the normal The external resistance of the signal plate used is very small.

Weitere Einzelheiten der Erfindung seien an Hand eines Ausführungsbeispiels im folgenden näher erläutert.Further details of the invention are based on an exemplary embodiment explained in more detail below.

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.A television camera 1 contains a vidicon image pickup tube 2 with a signal plate 3, the outer resistance of which is formed by an oscillating circuit with the tunable inductance 4 and the capacitance-varying diode 5. Parallel to this lies the harmful capacitance 6, indicated by dashed lines, which is essentially composed of the switching capacitance and the cal "@, z: ity of the signal plate Coupling capacitance 7 is fed to the input circuit of the video preamplifier 8, the input resistance of which is formed from the series circuit of the inductance 10 and the ohmic resistor 11 to compensate for the input capacitance 9 indicated by dashed lines, so that a strongly damped resonance frequency (carrier frequency) of the resonant circuit 4 in the signal plate circuit 4 , 5. Further components of the television camera are an amplitude limiter stage 12 for suppressing interference signals and a demodulator stage 13 for separating the video signal from the alternating carrier voltage at the output of the preamplifier stage a connected.

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.In a manner still to be described, the resonant circuit 4, 5, the resonance frequency of which is selected to be significantly higher than the upper limit frequency of the video signal, is excited to periodic oscillations. Due to the video signal current flowing in the signal plate current circuit and thus also through the capacitance variation diode 5, the capacitance thereof changes approximately proportionally to the current flowing through it. This creates a frequency-modulated AC voltage at the resonant circuit elements 4, 5 with the circular resonance frequency as the carrier frequency, a frequency bandwidth that is approximately twice the maximum video frequency, and a phase deviation that depends on the sensitivity of the capacitance variation diode. This voltage is fed to the input circuit of the video preamplifier 8 , to whose output the amplitude limiter stage 12 for suppressing the amplitude-modulated noise voltage is connected, and from there it reaches the demodulator stage 13. The video signal, which is separated from the alternating carrier voltage, is fed to the main video amplifier 14 and controls in the usual way in this context not of interest, an image display device.

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.To generate and maintain the periodic oscillations of the oscillating circuit 4, 5 , part of the output voltage of the video amplifier is fed back into the oscillating circuit 4, 5 with the appropriate phase position via the capacitive voltage divider consisting of the coupling capacitance 15 and the base capacitance 16. The signal plate voltage generated by the voltage source 17 is fed to the base point of the resonant circuit 4, 5 via the decoupling resistor 18. The other power supply devices known per se are of no importance for an understanding of the present invention and are therefore not shown.

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.In order to keep the resonance frequency of the resonant circuit 4, 5 constant regardless of temperature and line voltage fluctuations, another capacitance-varying diode 19, which is not subject to high requirements in terms of sensitivity and frequency behavior, is connected in parallel to the resonant circuit 4, 5 via the coupling capacitance 29. In order to control this resonant circuit in the sense of keeping its resonance frequency constant, the direct voltage that occurs at the demodulator stage 13 in a manner known per se and is dependent on the level of the carrier frequency is fed to the capacitance variation diode 19. The ratios are chosen so that when the carrier frequency, i.e. the resonance frequency of the resonant circuit 4, 5, increases, the capacitance of the diode 19 increases and - since it is parallel to the resonant circuit capacitance - the resonance frequency decreases, and vice versa. The demodulator stage itself is expediently used as the frequency standard, the frequency-determining components of which can be dimensioned in a known manner such that their frequency stability is sufficient for the present case. To tune the resonance frequency of the resonant circuit 4, 5 to that of the demodulator stage, the inductance 4 can be changed.

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.In general, not only capacitance fluctuations which are caused by the video signal voltage occur at the capacitance varying diode 5 , but also those which arise from the periodic alternating voltage of the resonance oscillation of the resonant circuit itself which occurs at the capacitance varying diode. The resulting distortion of the resonance frequency is, however, generally negligible, because at a resonance frequency of 100 MHz, for example, the 1st harmonic is already at 200 MHz, i.e. far outside the bandwidth of the video preamplifier and is therefore almost completely filtered out. If the formation of harmonics is to be avoided anyway, there is, according to a further feature of the invention, the possibility of selecting the resonance frequency of the resonant circuit higher than the frequency at which the sensitivity of the capacitance-varying diode falls below a limit value.

Claims

Claims: 1. Circuit arrangement for modulating the video signal a television camera with an image pickup tube of the Vidicon type with a carrier frequency, which is high compared to the highest video frequency, and with means for coupling the modulated video signal voltage into the input circuit of the preamplifier, the is tuned to the carrier frequency and the means for separating the video frequency of the carrier frequency, characterized in that the external resistance the signal plate of the image pickup tube by a periodic carrier oscillation executing electrical resonant circuit of high quality is formed, the carrier oscillations frequency-modulated with the video signal voltage in that it has a known, reactance that changes its value depending on the level of the applied voltage possesses, and that the preamplifier to which the frequency-modulated at the external resistance Signal is fed to a stage for the amplitude limitation of the frequency-modulated Has signal voltage, which is the means for separating the video frequency from the Carrier frequency is connected upstream.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized characterized in that for maintaining the periodic oscillations with With the help of a feedback circuit, a certain fraction of the output voltage of Preamplifier with the appropriate phase position in the resonant circuit is coupled.

3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that that to keep the mean carrier frequency constant at the output of the demodulator stage existing DC voltage that is dependent on the level of the carrier frequency for influencing the mean carrier frequency of another, parallel to the resonant circuit controllable reactance is supplied in such a polarity that it slows down Counteracts drift fluctuations in the carrier frequency.

4. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that as variable Reactances, capacitance-varying diodes are used.

5. Circuit arrangement according to Claim 4, characterized in that the carrier frequency is selected to be higher than the frequency at which the sensitivity of the capacitance-varying diode is one Falls below the limit value. Publications considered: German Patent Specifications No. 863 824, 923 919; German interpretative document No. 1051900.