DE1464274C3 - Verfahren und Spannungsversorgung zum Betrieb einer Festkörperbildverstärkerplatte - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer an eine Spannungsversorgung angeschlossenen Festkörperbildverstärkerplatte, die zwischen einer clektroluniineszierenden Leuchtschicht und einer neutralen Impedanzschicht eine fotolcitende Schicht enthält und mit drei Elektroden zum Anschließen von zwei sinusförmigen Wechselspannungen versehen ist. von denen eine erste, lichtdurchlässige Elektrode an der Außenseite der Leuchtschicht, eine zweite Elektrode an der Außenseite der neutralen Impedanzschicht und eine dritte Elektrode als Gitterelektrode zwischen der Leuchtschicht und der neutralen Impedanzschicht angeordnet ist und zwischen der ersten und dritten Elektrode eine erste Wechselspannung, deren Feld über die Leuchtschicht und die fotoleitcnde Schicht verläuft, und zwischen der ersten und zweiten Elektrode eine zweite Wechselspannung gleicher Frequenz, deren Feld über die Leuchtschicht, die fotoleitcnde Schicht und die neutrale Impedanzschicht verläuft, angelegt wird, für beide Wechselspannungen zeitlich konst'tnte, aber voneinander verschiedene Amplituden gewählt werden, die bei einem Extremwert der Leitfähigkeit der fotoleitendcn Schicht eingestellt weiden und deren Phasenlage sich um einen Phasenwinkel von 90 oder mehr unterscheidet, und auf eine Spannungsversorgung zur Durchführung des Verfahrens.

Derartige Festkörperbildverstärkcrplattcn sind an sich bekannt (französische Patentschrift 1 289 203). Sie stellen bereits eine Weiterentwicklung gegenüber einfachsten Bildverstärkern dar. Die einfachsten Bildverstärker bestehen aus einer die Einstrahlung aufnehmenden fotoleitcnden Schicht, die über ihre ganze Fläche in Reihe mit einer elektroluminesziercndcn Leuchtschicht geschaltet sind, wobei die beiden Schichten an ihrer Außenseite mit flächigen stralilungsdurchlässigen Elektroden belegt sind. Die elektrolumincszierendc Leuchtschicht leuchtet an

^d"^rch τ" -

^{ist ηυΓ}

Umfang

. Außerdem

auch hinsichtlich des Verlaufs zwischen diesen friedenstellena: Es sind deshalb Möglichkeiten untersucht vorden, die Charakteristik ganz oder bercichsweise zu verbessern.

Beispielsweise ist es bekannt (USA.-Patentschrift 2 896 087), zur Verbesserung der Halbtonwiedergabe eine Impulsspannungsspeisung vorzusehen, deren Impuls- und Pausezeiten auf die Leuchtanstiegszeit und die Leitfähigkeitsabfallzeit abeestimmt sind. Auch ist es bekannt (Philips Research Reports, Vol. 10, Nr. 6, Dezember 1955, S. 401 bis 424), den Aufbau des Bildverstärkers zu variieren, beispielsweise durch Einlagerung von Impedanzo^ffcr Isoliermaterial in .Schichtform zwischen den aktiven Schichten oder zur Unterteilung innerhalb der aktiven Schichten. Es ist auch bekannt (Proc IRE, Vol. 53, Dezember 1955, S. 1888 bis 1897^ Solid State Physics, Vol. 4, I960, S. 762 bis 775)', eine der beiden Wechselstronielektroden gitteriörmir· auszuführen und die photoleitende Schicht mit Löchern oder aus Siegen aufzubauen, die mit der Gitterelektrode Kontakt haben. Durch die Wahl besonderer Schichtmaterialien soll hierbei insbesondere die Halbtonwiedergabe verbessert werden. Weiters Verbesserungen, insbesondere auch hinsichtlich der Zeitreaktion des Bildverstärkers, sind durch die Materialauswahl angestrebt worden (RCA Review Dezember !959, S. 658 bis 669).

Der konstruktive Aufbau allein genügt jedoch noch nicht zur Erzielung gewünschter Charakteristiken, sondern hierfür sind auch das Verfahren zum Betrieb der Festkörpcrbildverstärkerplattc und die hierzu dienende Spannungsversorgung von Bedeutung. Eine liüher vorgeschlagene (deutsche Patentschrift 1 271 280) Bildverstärkerplatte, wie sie der eingangs genannten Art entspricht, wirkt so, daß bei Bestrahlung der fotoleitenden Schicht diese leitend wird und damit den Einfluß der dritten Elektrode. die eine Gitterelektrode ist, auf die gesamte fotoleitende Schicht ausdehnt, wodurch der Einfluß des Felds zwischen der ersten und der zweiten Elektrode auf die clektrolumineszierende Leuchtschicht praktisch unterbrochen ist. Andernfalls, also bei hohem Widerstand der fotoleitenden Schicht, ist der Einfluß der nur an der GitterclcKtrode liegenden Spannung gering, und die Lichtemission ist auf Grund der Impedanzschicht und des hohen ohmschcn Widerstandes der fotoleitenden Schicht gedämpft. Die zwischen den Elektroden liegenden Spannungen, die Wechselspannungen gegebener Phasenbeziehung sein können, sind gemäß einer besonderen Betriebsweise nach dem älteren Vorschlag derart eingestellt, daß im Zustand der minimalen Leitfähigkeit der photoleitenden Schicht die Spannung zwischen der ersten und der zweiten Elektrode allein und im Zustand der größten Leitfähigkeit der fotoleitenden Schicht die Spannung zwischen der ersten und der dritten Elektrode allein die Leuchtschicht limineszicren läßt. Durch diese Maßnahme läßt sich durch Wahl der Spannungen ein positives oder ein negatives Ausgangsbild . ählen. Jedoch ist auch der Dunkelstrom ÄS Erfindung die Aufgabe ^2uß^ruride· ^die Festkörperbildplatte so zu betre.ben, ^{da!i zwei Fälle} besonders wichtiger Kennlinien in eünsti_f.er und stabil arbeitender Weise gewählt werden können. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfin-

»° dung dadurch gelöst, daß die Amplitude der zweit«! Wechselspannung größer gewählt wird als die Amplitude der ersten Wechselspannung und die zweite Wechselspannung um einen bestimmten Phasenwinkel vorauseil?, der im ersten Fall zur Erzielung

eines exponentiellen Verlaufs der Arbeitskennlinic des Festkörperbildverstärkers auf 180° und im zweiten Falle zur Erzielung einer geknickten Arbeitskennlinie des Festkörperbildverstlrkers auf 270" eingestellt wird. Durch Umschalten zwischen den bei-

*o den Arbeitskennlinien können Kontraständerungen der Eingangsstrahlung leicht und günstig untersucht werden, da die verschiedenen Kennlinien untcrschiedliche Bereiche der Eir^angs-Beleuchtungsstärke besonders kontrastreich darstellen.

,₅ Weitere Einzelheiten und Besonderheiten der Erfindung, insbesondere auch in bezug zu, Spannungsvcrso.pung zur Durchführung des Verfahrens, er^bensich aus den Unteransprüchen. In der Zcichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht und zwar zeist

F Ϊ g. 1 ein AusFührungsbeispiel für die Schaltung und zugehörige Spannungsversorgung eines Festkörperbildvcrstärkers. welcher im Längsschnitt dargestellt ist

^ _{Fig 2} '_{cine Dars}t_eIi_{ung der} Beziehung zwischen

der abgegebenen Lumineszenzstrahlung und dem einfallenden Licht mit der Phasendifferenz β als Parameter.

F i g. 3 eine Darstellung der bei Dunkelheit abgegebcnen Lumineszcnzstrahlung L., (L₁ --- 0) als Funktion der Phasendifferenz ö zwischen V_x und F₂, gemessen an der Schaltung gemäß Fig. 1,

Fig. 4 eine Darstellung der bei Dunkelheit abge-

gebencn Lumineszenzstrahlung Z., (/., = 0) als

Funktion des Betrages K,_o der Spannung bei einer

Phasendifferenz θ - β_{, gemessen an der Schaltung gemäß Fig. 1,

Fig. 5 einen Festkörperbildverstärker mit vcränderbarer Einstellung nebst zugehöriger SpannungsVersorgung ähnlich Fig. 1,

F i g. 6 einen fiir den Festkörperbildverstärker vcrwendeten Phasenschieber.

Pie in F i g. 1 da.gestellte Anordnung mit einer Fcstkörperbildverstärkerplaüe verstärkt ein durch sichtbares Licht auf die Bildverstärkerplattc geworfenes Bild und bildet ein positives grünes Bild an einer clektroiumineszierenden Leuchtschicht. Die Abmessungen ''er Teile nach F i g. 1 sind im Verhältnis zueinander in einem zweckmäßig vcrcrößerten Maßstab dargestellt:

^a) Festkörper!»Idvcrstärkerplatte

Gernäß F i g. 1 ist auf einer durchlässigen Glasplatte 1 auf deren einer Seite eine lichtdurchlässige erste Elektrode 2 aus Zmnoxid niedergeschlagen. An die Elektrode 2 schließen sich verschiedene Schichten im der nachfolgend beschriebenen Reihenfolge an:

Eine elektrolumineszierende Leuchtschicht 3 besitzt eine Dicke von annähernd 60 (im und besteht aus einer Mischung von Epoxyharz mit einem elektrolumineszierenden Pulver aus mit Cu und Al aktiviertem ZnS. Eine isolierende Reflexionsschicht 4 dient zur Reflexion des Lumineszenzlichtes der Leuchtschicht 3, so daß ein größeres Lumineszenzausgangssignal erhalten werden kann und ein Durchschlagen der Isolation zwischen der Elektrode 2 und einer im folgenden beschriebenen Gitterelektrode 7 verhindert wird. Die Reflexionsschicht 4 besitzt eine im Vergleich zur Leuchtschicht 3 hohe Dielektrizitätskonstante und eine Dicke von annähernd 20 um und besteht aus einer Mischung von Epoxyharz mit einem feinen Pulver aus stark lichtreflektiercndem Material mit hoher Dielektrizitätskonstante, beispielsweise BaTiO₃; dies ermöglicht die zur wirksamen Erregung der Leuchtschicht 3 notwendige Reduzierung der Impedanz.

Eine opake Lichtabschirmschicht 5 besteht aus einer Schicht schwarzer Farbe aus organischem Harz mit einem hohen spezifischen Widerstand und einer Dicke in der Größenordnung von etwa 10 (im. Sie verhindert die Lichtrückkopplung des Lumineszenzausgangssignals der Leuchtschicht 3, ein instabiles Arbeiten infolge des durch die Außenelektrode 2 tretenden äußeren Lichts und schließlich auch das Durchtreten eines Eingangsstrahlungssignals oder -bildes von der Lichteingangsseitc her durch die Verstärkerplatte. Dadurch kann sich ein Eingangsstrahlungssignal nicht dem Ausgangslumincszcnzlicht der Leuchtschicht 3 überlagern und somit nicht die Bildqualität verschlechtern. Gegebenenfalls kann auf die Lichtabschirmschicht S verzichtet werden, wenn eine sich als nächstes anscMießende fotoleitende Schicht 6 auf sichtbares Licht oder die Lumineszenzstrahlung der Leuchtschicht 3 nicht anspricht und die Eingangsstrahlung unsichtbar ist. Soll aber die Licht-TÜckkopplung von der Leuchtschicht 3 zur Beeinflussung der Arbeitskennlinie verwendet werden, so kann die Lichtabschirmschicht 5 teilweise die Lichtrückkopplung begrenzen, durchlässig sein oder weggelassen werden.

Die fotoleitende Schicht 6 besteht aus einem Gemisch fotoleitenden Pulvers aus CdS und CuCl mit einem Epoxyharz als Bindemittel: die Schichtdicke beträgt etwa 60 um. Diese Schicht ist für sichtbares und nahe dem Infrarotbereich liegendes Licht sehr empfindlich. Die Schicht kann auch aus einem in seiner Empfindlichkeit einer anderen einfallenden Strahlung angepaßten Material bestehen, wobei zweckmäßigerweise ein Material mit niedriger Dunkelleitfähigkeit und einem hohen Leitfähigkeitsverhältnis bei Vollicht und Dunkelheit verwendet wird. Bei dem beschriebenen Beispiel besitzt das Material ein Leitfähigkeitsverhältnis von 10⁴ oder mehr.

Eine in der Bildverstärkerplatte eine dritte Elektrode darstellende Gitterelektrode 7 dient zur Spannungsversorgung der fotoleitenden Schicht 6. Sie kann eine beliebige Form mit offenen Zwischenräumen besitzen und beispielsweise parallelen Metalldrähten, Metalldrahtgeflecht oder einer festen Netzelektrode aus Metall bestehen, wie sie für Bildröhren verwendet wird. Die Zwischenräume der Gitterelektrode 7 dienen dem Durchtritt des die Leuchtschicht 3 erregenden Stroms. Die Gitterelektrode 7 ist vorzugsweise zumindest teilweise in die fo leitende Schicht 6 eingebettet und ist beim gezeigten Beispiel aus parallelen vergoldeten Wolframdrähten mit kreisförmigem Querschnitt von 10 um Durchmesser und Abständen von 300 μιη zusammengesetzt, um die Abdeckwirkung der Gittcrclektrode 7 gegenüber der ersten Elektrode 2 zu verkleinern und einen guten elektrischen Kontakt mit der fotolcitenclcn Schicht 6 zu gewährleisten. Die Drähte sind in diejenige Oberfläche der fotoleitendcn Schicht 6 eingebettet, welche von der Leiichtschicht 3 abgewendet ist, so daß sie teilweise auf der Oberfläche freiliegen, um die hohe Fotolcitfähigkeit der Eingangsstrahlungsflächc auszunützen, welche unmittelbar durch die Eingangsstrahlung erregt wird. Die Gitterelektrode 7 ist an der Stirnfläche der Glasplatte 1 gegenüber der ersten Elektrode 2 an einen elektrisch leitenden Streifen 11 geschweißt.

Eine Impedanzschicht 8 ist aus einem für die Eingangsstrahlung durchlässigen Stoff hergestellt und besteht für sichtbares oder nahe dem Infrarotbercicli liegendes Licht aus einem transparenten Polyesterfilm mit sehr geringen Dielcktrizitätsverlusten und damit einem im wesentlichen rein kapazitiven Widerstand. Seine Dicke beträgt annähernd 50 um.

Eine der Impedanzschicht 8 zugeordnete, in der Bildverstärkcrplatte als zweite Elektrode zählende Elektrode 9 ist mit einer Auflage-Glasplatte 10 bedeckt, welche die einfallende Strahlung durchläßt. Die lichtdurchlässige Impedanzschicht 8 ist zwischen der zweiten Elektrode 9 und der fotoleitenden Schicht 6 unter Einschluß der Gitterelektrode 7 mit Hilfe eines Klebers, beispielsweise eines Silikonöls oder eines lichtdurchlässigen organischen Harzklcbcmittels angeordnet.

Die strahlungsdurchlässige zweite Elektrode 9 im im vorliegenden Fall lichtdurchlässig und besteht gleich der ersten Elektrode 2 beispielsweise aus Zinnoxid. Wenn jedoch die einfallende Strahlung auch Röntgenstrahlen umfaßt, kann die Elektrode 9 aus einer aufgedampften dünnen Metallschicht bestehen.

Die beschriebenen Schichten und Elektroden bilden die Bildverstärkcrplatte, wie sie z. B. aus der französischen Patentschrift 1 289 203 bekannt ist.

b) Spannungsversorgung

Ein Sinusoszillator 12 ist ausgangsseitig mit stetig einstellbaren Phasenschiebern 13 und 14 verbunden um die Phasendifferenz zwischen zwei sinusförmiger Wechselspannungen einzustellen. Verstärker 15 unc 16 verstärken das Signal je eines der Phasenschiebei 13 oder 14 und sind ausgangsseitig mit Transfer matoren T₁ bzw. T₂ verbunden, deren Ausgangs spannungen bzw. Wechselspannungsvektoren V₁ um V₂ sekundärseitig abgenommen und der voran gehend beschriebenen Festkörperbildverstärkerplatt

zugeführt werden.

Je ein Ausgangsanschluß der Transformatoren T und T₂ ist über eine gemeinsame Leitung 16 a mi der ersten Elektrode 2 verbunden. Der andere Aus gangsanschluß des Transformators T₁ ist über ein

Leitung 17 mit dem Streifen 11 verbunden, um di Wechselspannung V₁ zwischen die Gitterelektrode und die lichtdurchlässige erste Elektrode 2 zu leger Der andere Ausgangsanschluß des Transformators 7 ist über eine Leitung 18 mit der zweiten Elektrode verbunden, um die Wechselspannung V₂ von gleiche Frequenz wie V₁ zwischen die Elektroden 9 und zu legen.

V₂ eilt in der Phase der Spannung V₁ voran; di

Phascnbezichungen können dabei ausgedrückt werden durch

K₁ = K₁, sin «)t; K₂ = V_2n sin (ml -i- M).

F_1n und

V.,_n die BeIn den Gleichungen stellen _{1n n}

träge der entsprechenden Spannungsvektoien. <d die Winkelgeschsvindigkeit und θ den Phasenvoreilungs-Winkel von V₂ gegenüber K₁ dar.

Die ausgangssseitig erscheinende Lumincszcnzslrahlung L₁ der Leuchtschicht 3 wird durch den Betrag ιA₁; der Summe A, der Vektorströme/, und A₂ gesteuert, welche entsprechend den Vcklorspannungen K₁ und K₂ durch die Leuchtschicht 3 Hießen:

Der Strom /, ist ein Fotostrom, welcher unter der Spannung K₁ durch die Gitterelektrode 7 in Abhängigkeit von der Leitfähigkeitsänderung der Oberfläche der fotoleitcndcn Schicht 6 sowie senkrecht zu dieser entsprechend dem auftreffenden Licht L₁ fließt; das Licht L₁ scheint durch die Glasplatte 10, die zweite Elektrode 9 und die Impedanzschicht 8 auf die fotoleitende Schicht 6. Der Fotostrom kann durch folgende Formel ausgedrückt, werden:

Die Spannung K₀ hat die gleiche Frequenz wie K₁, und ihr Betrag K„_n kann unter der Annahme bestimmt werden, daß die entsprechenden Beträge von K₁ und K., unter der Bedingung minimaler clektrischcr Leitfähigkeit der fotolcitcnden Schicht 6 festgelegt sind. Bei einem kritischen Wert W₁. der Phascndiflcrcnz (-), welcher dem Punkte minimaler Lumineszenz-Lichtstärke in Abhängigkeit von Θ entspricht, ist der Betrag K₂₀ gleich oder kleiner als ein

ίο kritischer Wert K.,_Of, welcher dem Punkte minimaler Lumineszenz-Lichtstärke in Abhängigkeit von K₂₀ entspricht. In Fig. 3 ist eine experimentell ermittelte Beziehung zwischen der Phasendifferenz M der Vektoren K₁ und K₂ sowie der Lumineszcnzstrahlung L., bei Dunkelheit, also L₂(L₁ = 0), dargestellt; hierbei wurden die stetig einstellbaren Phasenschieber 13 und 14 verändert, während die Baueinheiten 12, 13, 14, 15 und 6 so justiert waren, daß K_1n = 300 Volt, K₂₀ - 450 Volt und / =- 800 Hz. Der Wert von F_2n entspricht dessen kritischem Wert K_{20 r}, was einen maximalen Variationr.bereich der Ärbeitskennlinic ermöglicht. Die Lumineszenz L₂(L₁ ·-- 0) ist durch den Absolutwert des resultierenden Stromes

/, = Z₁₀ sin

Der Stron. A, fließt unter der Spannung V₂ durch die Leuchtschicht 3 über die Impedanzschiclü 8, die fotolcitcnde Schicht 6, die Lichtabschirmschicht 5 und die Reflexionsschicht 4. Dieser Strom wird durch folgende Formel gegeben:

A, = I_2Qs\n(<:t + θ + *).

Der Strom A, eilt in seiner Phase dem Strom /, um einen Phasenwinkel ψ vor, der durch folgende Gleichung gegeben ist:

Alle diese Phasendifferenzen sind im folgenden in Winkelgradcn angegeben.

Zur Beschreibung des Betriebs des beschriebenen Bildverstärkers wird der Betrag K₁₀ in einem Bereich gewählt, in welchem die Leuchtschicht 3 durch den Strom /, zumindest bei maximaler elektrischer Leitfähigkeit der fotoleitenden Schicht 6 eine genügende Lumineszenz erzeugt. Der Betrag F₁₀ bestimmt die Helligkeit des ausgangsseitig erscheinenden sichtbaicn Bildes.

In F i g. 2 ist die Beziehung zwischen dem einfallenden Licht L₁ und der austretenden Lumineszenzstrahlung L₂ dargestellt, wobei das einfallende Licht L₁ aus einer Wolf ramlampe gefiltert ist und eine vorherrschende Wellenlänge von 648 nm sowie eine Halbwertsbreite von 22 nm besitzt. F₁₀ = 300 Volt ist und V_x eine feste Frequenz von / = 800 Hz hat. Die gestrichelt dargestellte Kurve in Fig. 2 wird erhalten, wenn die Leuchtschicht 3 allein durch den Wechselstrom A₁ erregt wird. Die dargestellten Beziehungen zwischen dem einfallenden Licht L₁ und der austretenden Lumineszenzstrahlung L, sind jeweils durch Justierung der Phasenschieber 13 und 14 auf θ = 0\ 90\ 135°, 180°, 225°, 270° und 360 erhalten.

steuerbar; sowohl Z₁ als auch A₂ sind kapazitive Wechselstromvektoren mit der Beziehung \C^rV Somit laufen die Ströme in ihrer Phase den Spannungen K₁ und F₂ voraus, wobei sich folgende Beziehung ergibt:

q = θ + fi - \ 2~ θ .

Andererseits kann der Betrag des Lumineszenz i r A,I durch Variation von Θ verStroms j /j ί =

ändert werden; wenn θ = 180° und somit

φ = θ λ- A - λ I^ 180"

ist, löschen die Ströme 7, und /₂ einander in größtem Umfang aus und ergeben einen Minimalwert von 11₃ j und damit des Wertes der Funktion L₂ (L₁ = 0). Die Auslöschung wird reduziert, wenn der Phasenwinkel Θ von 180- abweicht, bis bei einem Winkel von θ = 0" oder 360 die Ströme einander addieren und einen Maximalwert von , A₁! bzw. L, (L₁ = 0) ergeben. In F i g. 3 ist die Funktion von L₂ von G für L₁ = 0 aufgetragen, die für den Variations-

bereich von Θ zwischen 0~— 360° im wesentlichen V-förmig ist. L, weist demnach einen Minimalweri bei θ = 180° auf und hat an entgegengesetzten Seiten symmetrisch zunehmende Werte. Der kritische Wert der Phasendifferenz θ beträgt θ₍ = 180°.

F i g. 4 zeigt die Abhängigkeit der Dunkel-Lumineszenzstrahlung L„ (L₁ = 0) vom Betrag F₂₀ be θ W_f =-■ 180 . F"₁₀ = 300 Volt und / = 800 Hz Bei Zunehmen von F₂₀ wird A₁ durch 7, in zuneh mendem Maß ausgelöscht und ergibt ein Mini

mum von A₃, und damit von L, (L₁ = 0) be F₂₀ — 450 Volt; dies ist der kritische Absolutwer F_{20 c} der Spannung F₂. Somit ist F₂₀ auf einen Be reich von 0< F₂₀ <~V^_C zu beschränken, in den der resultierende Lumineszenzstrom A₃ im wesent

liehen von I₁ bestimmt wird. Der Bereich voi F₂₀ > F_{2 r>} wo 7₂ vorherrscht, ist nicht zweckmäßig

Eine Zunahme von L₁ bedingt eine Steigerung de

elektrischen Leitfähigkeil der fotoleitenden Schicht (

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ίο

in Richtung ihrer Oberfläche und ebenso in Rieh- reich von D° - 0< Ι80^Γι, wo β bei zunehmendem tung ihrer Dicke. Entsprechend erhöht sich der Be- L₁ zunimmt, ergibt sich ein Verhalten, welches sich trag und vermindert sich der Winkel \, da die sehr stark von der geknickten Kennlinie untcrohmsche Stromkomponente zunimmt. Hingegen wird scheidet.

der Strom /. nicht wesentlich beeinflußt, da die foto- 5 Es können sich bei ein und demselben Kontrastleitende Schicht 6 sehr dünn ist, es wird nur f> etwas Verhältnis Kennlinien mit unterschiedlichem ;· erreduziert und L,_o geringfügig erhöht. Somit ist die geben; eine derselben kann ein genaues ausgangs-Beziehung zwischen der Phasendifferenz θ und der seitiges Bild über den gesamten Bereich der örtlichen Phasendifferenz φ durch folgende Beziehung ge- Bcleuchtungsstärkevertcilung des einfallenden Lichts geben: ¹⁰ ergeben, und die andere dient zur Unterdrückung des

unteren Belcuchtungsstärkebereichs, während der

α < Λ oder θ < φ = Θ + Λ — λ ; mittlere und höhere Bcleuchtungsstärkcbereich diffe

renziert dargestellt werden.

Diese Beziehung wird mit der Zunahme von L₁ zu- Insbesondere in dem letzteren Fall mit einer ge-

mindest über den unteren Bereich von L₁ verstärkt. 15 knickten Grcnzkennlinie kann ein klares positives Es sei nun angenommen, daß der Bildverstärker Bild erzeugt werden, wobei unerwünschte Signale im Bereich von 180° < 0<.'36O° betrieben wird. einschließlich Störungen in dem unteren Bereich dos Bei Dunkelheit ist dann θ = (f. Bei gegebenem eingangsseitig einfallenden Lichts eliminierbar sind. Licht L nimmt mit steigendem 0 L₁₀ zu und λ ab. Dies ermöglicht beispielsweise bei vielstufigen Ver-Es gilt: ²⁰ stärkern für das positive Bild die Erzielung einer

genügenden Verstärkung, ohne daß die Verstärkung

o^ _ a 1 ,5 _ _Λ der Lumines/.cnzstrahlung bei Dunkelheit bereits

^φ ' eine Sättigung der Endstufe und damit eine Redu

zierung des Kontrastverhältnisses bedingt. Der

In diesem Bereich entfernt sich der Strom-Phasen- 25 Justicrungsbereich von (-) kann nun in Abhängigkeit winkel φ weit von 180° zumindest im Bereich nied- von dem Verwendungszweck auf zwei einstellbare rigen einfallenden Lichts L₁. Wenn nun der Bereich Werte beschränkt werden, so daß entweder eine zur Ermittlung von 7 durch Einsetzen von β auf den exponentiell Kennlinie erzielt wird, wobei β mit L, Bereich Ο"¹ </ί< 180° beschränkt wird, nimmt β abnimmt, oder wahlweise eine scharf abgeschnittene bei einer Zunahme von L₁ zumindest über dessen un- 30 Kennlinie.

teren Bereich ab. Dies zeigt, daß L₂ eine monoton Obgleich die Bemessung K.,_n ■--- K.,_n, zur Erzie-

zunehmende Funktion über den unteren Bereich von hing eines maximalen Steuerbereichs sehr erwünscht L₁ ist und die Anordnung eine entfernte abgeschnit- ist, kann die gleiche Kennlinie auch durch Wahl der tenc positive oder exponentiell Bildverstärkungs- Spannung K_2n < K_2nr erzielt werden. In diesem Fall kennlinie besitzt. 35 wird der Bereich des Kontrastverhältnisses reduziert.

Im Gegensatz hierzu nähern sich in dem Bereich jedoch sind der Wert ;·. das Kontrastverhältnis und von O<0<18O° φ oder β dem Werte 180" zu- die geknickte oder exponentiell Kennlinie fein einmindest über den unteren Bereich von L₁. wenn L₁ stellbar, wenn ein geeigneter fester Wert von Θ ec- und somit /₁₀ zunehmen. Dies bedingt eine vek- wählt ist und K.,_n einen Variat^:insbercich von torielle Auslöschung der Zunahme von /.,'. Zusatz- 40 0< K_2n < K_2n, umfaßt.

Hch tritt eine Abnahme von φ im unteren Bereich Bei dem dargestellten Beispiel besitzt liic verwen-

von L₁ ein. da die fotoleitende Schicht 6 bei Dunkel- dete fotoleitend Schicht 6 eine Impedanz, welche heit einen überwiegend kapazitiven Widerstand auf- bei Dunkelheit nahezu rein kapazitiv ist. Wenn die weist. Schicht 6 eine ohmschc Widerstandscharaktcristi'n

Entsprechend nimmt in diesem Bereich L₂ bei Zu- 45 besitzt, liegt der Grenzwert von W₁. bei 270 . Da dei nähme von L₁ nicht in gleichem Maß wie in dem Bildverstärker die Änderung von 'ß (oder 7. welche« vorangehenden Fall zu. sondern bleibt konstant oder von \ abhängt) mit L₁ verwendet, wird vorzugsweise nimmt sogar etwas ab. W^renn L₁ dann weiter steigt, Material verwendet, welches einen weiten Ancle nimmt /_]n um einen wesentlichen Wert zu, während rungsbereich des Wertes von /i ermöglicht. Alljicmcir φ in einem geringeren Ausmaß abnimmt, so daß f_a' 50 liegt f-)_f in einem Bereich von 90° < 0_r < 270°. di vorherrschend durch die Zunahme von /,„ bestimmt die normalen Ausführungen der totoleitcnder wird und eine monotone Zunahme in Abhängigkeit Schicht 6 sowie der Impedanzschicht 8 einen Be von L₁ entsteht, um dem Bildverstärker eine ge- reich von rein kapazitivem Verhalten bis zu reir knickte positive Verstärkungskennlinie zu verleihen. ohmschem Widerstandverhalten haben.
Bei starkem einfallendem Licht L₁ ist /_t0 wesentlich 55 Obgleich die Schichten als elektrisch lineare EIe größer als /₂₀, das vernachlässjgbar wird, so daß L₂ mente beschrieben wurden, besitzen die fotoleitend« im wesentlichen unabhängig von 0 wird. und die elektrolumineszierende Schicht im allgcmei

Gemäß F i g. 2 besitzt der Kontrastwert γ bei nen eine nichtlineare Charakteristik so daß /, und / 0 = e_c = 180° und somit φ = β = 180° einen jeweils eine verzerrte Sinusform aufweisen. Jcdocl Wert von 2, was ein extrem hohes Kontrastverhältnis 60 lassen sich dieselben Ergebnisse durch Beachtuni in der Größenordnung von 2 · 10⁴ darstellt. Bei der Phasendifferenz zwischen den Grundwellen er 0 = 0° oder 360° und somit φ — β = 0° besitzt , zielen.

einen Wert von 0,55 entsprechend einem niedrigen Eine Festkörperbildvcrstärkerplattc 20 in eine

Kontrastverhältnis in der Größenordnung von 2 · 10. Schaltung nach Fig. 5 ist, soweit es im vorliegende Im Zwischenbereich von 180° < 0<36O°, wo β 6₅ Zusammenhang eine Rolle spielt wie die nacl bei zunehmendem L₁ abnimmt, ist ein Betriebs- F i g. 1 aufgebaut. Die Spannungsversoreung verwen verhalten erzielbar, welches sich sehr stark von der det ein vereinfachtes Bedienungssystcrn zur Erzie exponentiell« Kennlinie unterscheidet; in dem Bc- lung der exponentiell Kennlinie 'wofür ein Um

11 " 12

schalter 19 vorhanden ist. Die Arbeitskennlinie ist sehr hoch gegenüber der Impedanz zwischfη den

ohne Notwendigkeit einer Änderung von K₁ und V₂ beiden Eingangsanschlüssen sein muß.

veränderb-i.r. Daher ist es schwierig, die Spannungsversorgung

Wenn \2^r> ist, wie im Falle von Fig. 1, ändert mit einem normalen Leistungsverstärker durchzusich die Kennlinie, wenn das Kontrastverhäl'.nis im 5 führen. Außerdem werden auch hohe Ausgangswesentlichen so konstant gehalten wird, daß die Bc- spannungen benötigt, weil die We: te von K₁₀ und dingung W,.^180° erfüllt ist. In diesem Fall kann K_2n verhältnismäßig hoch liegen. Eine (mpedanzdie Charakteristik entsprechend einer exponentiell anpassung bei einer Änderung von L₁ ist nicht mög- oder einer geknickten Kennlinie durch einen Um- lieh. Dies bedingt eine Änderung des Absolutwertes schaltvorgang zwischen K₁ und K„ oder zwischen io der Ausgangsspannung, steigert die Verzerrung und den phasenverschobenen elektrischen Signalen zur verursacht notwendigerweise eine Phasenabwei-Lieferung von K₁ und K₂ umgestellt werden. chung, welche die Arbeitsweise der Anordnung in-

Dic schnelle Umschaltung von der exponentiellen stabil macht. Da der Innenwiderstand einer Katho-

auf die geknickte Kennlinie oder umgekehrt während denlolgcr-Ausgangsenergiequelle äußerst gering ist,

der cingangsseitigen Einstrahlung eines Bildes ist für i₅ kann die Spannung durch Verwendung eines Auf-

verschiedcnc Anwendungsfälle zur Untersuchung der wäntstransformators auf einen etwa siebenfach höhe-

Natur des eingangsscitigen Bildes sehr vorteilhaft. ren Wert angehoben werden, ohne daß die Verzer-

Bei einem Verfahren zur Änderung von Θ in dieser rung zunimmt. Wegen der begrenzten Impedanz ist

Weise dient der Schalter 19 von Fi g. 5 zur Auswahl aucb die Schwankung des Ausgangsspannungswerts

elektrische- Signale für K₁ und K... Hierbei verhält ao bei einer Zunahme von L₁ sehr gering,

sich /J gegenüber L₁ völlig entsprechend wie θ. Die obigen Schwierigkeiten werden außer durch

Bei den Phasenschiebern 13 und 14 von F i g. 5 den Ausgangs-Aufwärtstransformator noch dadurch

ist die Zahl der Baueinheiten oder Glieder Vorzugs- gelöst, indem jeweils zwei Eingangsanschlüsse in

weise so gewählt, daß der Variationsbereich von Θ Abgleichverbindung an die Sekundärwicklungen von

einen durch (-),. begrenzten Halbpcriodenbcreich as in Kathodenfolgerschaltung mit Vakuumröhren 21

überdeckt. Auf diese Weise kann ein Bereich ent- bzw. 23 geschalteten Transformatoren T₃ bzw. T₄

sprechend einer Vollpmode durch die Schalter- angeschlossen sind. Weiterhin sind die Belastungs-

betätigunc überdeckt werden. impedanz an der Ausgangsseite der mit einem Trans-

Bci dem durch die Bezugsziffer 20 dargestellten formator ausgestatteten Kathodenfolgerstufe und die Bildverstärker sind die wechselnden Gruppen von 30 Eingangsimpedanz der Phasenschieberschaltung geDrähten der Gitterelektrode 7 voneinander isoliert gen die Transformatoren T_s und T₄ auf Werte ein- und mit entsprechenden Anschlußstreifen 11/4, 11Π gestellt, welche unterhalb der minimal zulässigen Imzur Anlegung einer variablen Gleichspannung V_n an pcdanz der Vierpol-Phasenschieberschaltung liegen, die beiden Elcktrodendrahtgruppcn vorgesehen, indem beispielsweise eine Ersatz-Belastung R_n angewclche mit T₁ über entsprechende für Wechselstrom 35 ordnet wird, während andererseits zwei Ausgangsdurchlässige Kondensatoren C₁ und C, verbunden anschlüsse außer Abgleich mit dem Eingangskreis sind, um die Spannung K₁ einzuspeisen." des Vakuumröhrcn-Kathodcnfolgers verbunden wird.

Fig. 6 zeigt einen der stetig variablen Phasen- Diese Kathodeniolgeranordnung ergibt einen vollschicbcr S3 und 14. Bei der Steuerung der Phasen- endeten GegenkopplungsefTekt. welcher die Signaldiffercn/ zwischen K₁ und K., sollen die Wellen- 40 verzerrung vermindert und eine ungünstige Einwirverzerrung und die Änderung der Beträge K_1n und kung der Ausgangsimpedanz bei sehr hohen Ein-K_2n vermindert werden. Eine wesentliche Verzerrung gangsimpedanzwertcn völlig eliminier«,
oder eine Änderung von K₁₀ und K.,_o beeinflußt den Die nachfolgende Kathodenfolgcrschaltung unter Umfang des variablen Bereichs ungünstig und korn- Einschluß einer Röhre 25 ist ein Puffer zur Ausplizicrt das Arbeiten mit der Anordnung. Die ge- 45 scheidung des elektrischen Signals, welches an der zeigte Schaltung ist frei von diesen Schwierigkeiten. Endstufe außer Phase liegt und an den Eingangs-

bic Schaltung nach F i g. 6 umfaßt zwei normale. kreis des Kathodenverstärkers gelegt ist. um die \usaus vier Elementen mit vier Anschlüssen bestehende gangsimpcdanz zu steigern, welche von den uis-Phajicnschicbcr 22 und 24 mit jeweils zwei Wider- gangsanschlüssen der Phasenschieberschaltiing abgeständen R_s und R₄ vorzugsweise von gleicher Größe 5° nommen wird. Somit wird ein elektrisches Signal E₁' in zwei entgegengesetzten Brückenarmen. Diese erhalten, welches um θ gegenüber dem Eingangs-Widerstände sind miteinander zur gleichzeitigen Ver- signal E, phasenverschoben ist und mit dem Verstellung gekoppelt. Zwei Kondensatoren C₃ und C₄ stärker 15 nach Fig.! oder dem Schalter 19 nach sind in den beiden anderen Brückenarmen angeord- F i g. 5 verbunden ist.

net und haben vorzugsweise die gleiche Kapazität. 55 Die Schaltung nach F i g. 6 umfaßt eine Kaskaden·

Mit dieser Schaltung kann der Phasenwinkel stetig verbindung von zwei Phasenschiebern, welche für di<

verändert werden, theoretisch über eine Halbperiode gleichen Anwendungsfälle ausgelegt sind. In dieser

von 0 bis 180 , indem R₃ sowie R₄ von Null auf no Phasenschiebern haben Kondensatoren C₃ = C

verstellt werden; das phasenverschobene Ausgangs- 0,02 iiF, die Widerstände R₃ und R₄ bilden einei

signal kann einen festen Absolutwert haben. Dazu 60 einstellbaren Doppelwiderstand mit einem Bereicl

muß die Eingangsimpedanz von dem eingangsseiti- von 0 bis 20OkQ, und die verwendete sinusförmig

gen Ende zu dem elektrischen Eingangssignal ge- Wechselspannung hat eine Frequenz von 800 H2

nutend niedrig gegenüber dem Impedanzwert zwi- Der minimale Impedanzwert der vierpoligen Phasen

sehen den beiden Eingangsanschlüssen der Phasen- schieberschaltung liegt bei etwa 5 kQ, wen

Schieberschaltung wegen der Änderung von R₉ und 65 R₃ = R₄ = 0 ist. Die Ersatz-Belastung R₀ hat 0,6 kC R₄ sein, während der Ausgangsimpedanzvert der das Übersetzungsverhältnis der Ausgangstransfornu beiden Anschlüsse, von welchen die phasenverscho- toren T₁, und T₄ liegt bei I : 0,66, die Vakuumröhre

henen elektrischen Signale abgenommen werden, 21, 23 besitzen einen niedrigen Impedanzwert vo

etwa 1,3 ΚΩ und die Vakuumröhre 25 ist vom Typ 12 AT 7, Aus dem Eingangssignal E₁ in Form der sinusförmigen Wechselspannung wird eine phasenverschobene Ausgangssignalspannung E₁' erhalten. Die Abweichung des Betrages von £',„ der Ausgangsspannung E₁' Hegt bei einer Verschiebung der Phase Q_c über den Bereich einer Periode von 0 bis 360° innerhalb von ± 10,3 db bei einer Verzerrung von 1% oder weniger.

Obgleich in dem Beispiel von F i g. 6 A₃ und A₄ kontinuierlich zwecks kontinuierlicher Phasenschiebung veränderbar sind, können auch feste Widerstände R₃ und R_i verwendet und die Kondensatoren C₃ und C₄ als veränderbare gekoppelte Kondensatoren ausgebildet sein. Die Phasenschiebung kann auf Wunsch auch stufenweise unter Verwendung mehrerer Kondensatoren bzw. Widerstände ausgebildet sein, wobei durch einen Schalter wuhhveKe bestimmte Impedanzelemente auswählbar sind. Die Kondensatoren C., und C₄ können auch mehrere einschaltbare Kondensatoren umfassen.

Mit der vorangehend beschriebenen Fesikürperbildverstärkerplatte mit einer Fläche in der Grüßenordnung von JOXlO cm können Endiöhan mit einer Ausgangsleistung von etwa 10 Watt verwendet werden. Auf diese Weise ergibt sich eine Schaltung, welche stabil und wirtschaftlich ohne die Verwendung von Hochleistungsröhren arbeitet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Betrieb einer an eine Spunnungsversorgung angeschlossenen Festkörperbildverstrtikerplatte, die zwischen einer elektrolumineszierenden Leuchtschicht und einer neutralen Impedanzschicht eine fotoleitende Schicht enthält und mit drei Elektroden zum Anschließen von zwei sinusförmigen Wechselspannungen versehen ist, von denen eine erste, lichtdurchlässige Elektrode an der Außenseile der Leuchtschicht, eine zweite Elektrode an der Außenseite der neutralen Impedanzschicht und eine dritte Elektrode als Gitterelektrode zwischen der Leuchtschicht und der neutralen Impedanzschicht angeordnet ist und zwischen der ersten und dritten Elektrode eine erste Wechselspannung, deren Feld über die Leuchtschicht und die fotoleitende Schicht verläuft, und zwischen der ersten und zweiten E!ek- no trode eine zweite Wechselspannung gleicher Frequenz, deren Feld über die Leuchtschicht, die fotoleitende Schicht und die neutrale Impedanzschicht verläuft, angelegt wird, für beide Wechselspannungen zeitlich konstante, aber voneinander verschiedene Amplituden gewählt werden, die bei einem Extremwert der Leitfähigkeit der fotoleitenden Schicht eingestellt werden und deren Phasenlage sich um einen Phasenwinkel von 90 «der mehr unterscheidet, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der zweiten Wechselspannung (V.,) größer gewählt wird als die Amplitude der ersten We-'iselspannung (K₁) und die zweite Wechselspannung um einen bestimmten Phasenwinkel (θ) \\,rauseilt, der im ersten Fail zur Erzielung eines cxponentiellen Verlaufs der Arbeitskennlinie des Festkörperbildverstärkers auf 180 und im zweiton Falle Zur Erzielung einer geknickten Arbeitskennlinie des Festkörperbildverstärkers auf 270" eingestellt %v ird.

2. Spannungsversorgung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei der die erste Und die zweite Elektrode an die Ausgänge eines ersten, einstellbaren Verstärkers und die erste Ί5 lind dritte Elektrode an die Ausgänge eines zweiten, einstellbaren Verstärkers angeschlossen sind, die ihre Eingangs5pannungen von einer gemeinsamen Wechselspannungsi]uelle erhalten und bei denen je ein einstellbarer Phasenschieber zur S« \Vahl des Phasenwinkels zwischen der ersten und iweiten Wechselspannung enthalten ist, der in den Speiseleitungen jedes der Versorgumiskrcise der beiden Elcktrodenpaare angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens aus ;i5 Vier Bauelementen bestehenden Phasenschieber (22, 23) je ein Paar mechanisch gekoppelter variabler Widerstände (/?.,, R₁) in zwei entgegengesetzten Armen einer Brückenschaltung enthalten, während sich in den beiden übrigen Armen der Brückenschaltung zwei Kondensatoren (C₃, C₄) befinden, und daß sich an jede Brückenschaltung eine Kalhodenfolgerstufe anschließt, die eine Primärwicklung eines Transformators als Kathodenwiderstand aufweist.

3. Spannungsversorgung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mehrere Phasenschieber (22, 23) in Kaskadenschaltung aneinander angeschlossen sind, bei welchen an die Sekundärwicklung des Transformators Anschlüsse der Brückenschaltung eines weiteren Phasenschiebers in Ausgleichsschaltung angeschlossen sind.

4. Spannungsversorgung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch einen Umschalter (19) zum Umschalten zwischen den zwei festen Arbeitskennlinien.

5. Spannungsversorgung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen die Eingang!,klemmen jedes Phasenschiebers (22, 23) überbrückenden Ersatzwiderstand (R,,) zur Verringerung der Belastungsimpedanz an der Sekundärseite der Transformatoren (T.,, T₁) unter die minimale Impedanz des zugeordneten Vierpol-Phasenschiebers.

6. Spannungsversorgung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der beiden Spannungen <>·',, F.,) die Ausganssspannung eines mit einer Vakuumröhre aufgebauten Kathodenfolgers mit spannungserhöhendem Transformator darstellt.