DE2424402C3 - Verfahren und Anordnung zur Steuerung der Stärke des Elektronenstrahls in einer Bildaufnahmeröhre vom Vidicon-Typ - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Stärke des Elektronenstrahls in einer Bildaufnahmeröhre vom Vidicon-Typ nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs I und eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 2.

Bei einer Bildaufnahmeröhre vom Vidicon-Typ wird die Stärke des zur Abtastung einer Speicher- oder Targetelektrode darauf gerichteten Elektronenstrahls im wesentlichen auf einen Betrag begrenzt, der geringer ist als ein gewisser Grenzwert, um eine hohe Auflösung zu gewährleisten. Mit anderen Worten, der auf die Speicherelektrode (fotoelektrische Wandlerfläche) einfallende Elektronenstrahl zur Abtastung der Speicherelektrode neigt mit zunehmender Stärke des Elektro nenstrahls dazu, schlechter fokussiert zu sein. Damit der Signalstrom von der Bildaufnahmeröhre befriedigend erzeugt werden kann, muß die Stärke des Elektronenstrahls auf den Mindestwert des Stromes begrenzt werden, der zur Erzeugung des Signalstromes erforderlich ist In diesem Fall ist die Stärke des Elektronenstrahls im allgemeinen auf einen geeigneten Wert eingestellt der unter Beachtung eines Sicherheitsfaktors festgelegt ist, und es ist eine um so genauere Einstellung

ίο erforderlich, wenn eine höhere Auflösung für die Bildaufnahmeröhre gefordert wird. Trotz der Festlegung der oben beschriebenen Einstellung führt ein sehr heiler Teil, wie beispielsweise ein lichtreflektierendes Glas oder Metall, zu der Schwierigkeit daß der Teil der Speicherelektrode, der dem hellen Teil des Objektes entspricht nicht durch eine Abtastung mit dem Elektronenstrahl neutralisiert werden kann, so daß der Strahl zu schwach wird. Weiterhin tritt bei zu schwachem Strahl nachteiligerweise mit der Bewegung der Bildaufnahmeröhre ein »Kometenschweif« auf.

Eine Anordnung, wie sie in der F i g. 1 dargestellt ist wurde bereits zur Vermeidung der oben geschilderten Nachteile entwickelt In der F i g. 1 wird ein von einer Speicherelektrode 2 einer Bildaufnahmeröhre 1 erzeug ter Signalstrom durch einen Verstärker 3 verstärkt und dann in ein Klemmglied 4 eingespeist das den Gleichstrompegel des Signalstromes begrenzt Sodann wird der helle Teil (dargestellt in der F i g. 2B) des in der F i g. 2A gezeigten Videosignals durch ein nichtlineares Glied 5 herausgegriffen, und anschließend wird nach dem Durchgang dieses Videosignalteiles durch ein Schwingungsunterdrückendes Tiefpaßfilter 6 der Signalteil zu einer Strahlstrom-Steuerelektrode 7 in der Form rückgekoppelt, in der er einer Gleichspannung überla gert ist die kontinuierlich an der Strahlstrom-Steuer elektrode 7 liegt

Eine derartige Rückkopplungsschaltung neigt zur Erzeugung von Schwingungen. Der Grund hierfür konnte bisher noch nicht ermittelt werden, und es wurden bisher schon zahlreiche Versuche einschließlich der Einfügung des oben beschriebenen Tiefpaßfilters unternommen, um die unerwünschten Schwingungen zu unterdrücken. Da jedoch die Schwingungsfrequenz, die abhängig vom Aufbau einer derartigen Rückkopplungs schaltung festgelegt ist nicht vorbestimmt werden kann, und da das in die Rückkopplungsschaltung eingefügte Tiefpaßfilter auf Grund z. B. des Phasengangs des Filters eine weitere Schwingungsquelle darstellt, ist die in der F i g. 1 gezeigte Anordnung stark instabil und für einen praktischen Gebrauch ungeeignet.

Es ist ferner ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt geworden (vgl. US-PS 37 15 490), bei dem ein Teil eines Videosignals von der Speicherelektrode zur Kathode der Bildaufnahmeröhre rückgekoppelt wird, während gleichzeitig ein Teil des übrigen Videosignals an das Steuergitter angelegt wird, um auf diese Weise das Restbild zu verringern. Genauer gesagt, das Ausgangssignal der Speicherelektrode wird in einen Video-Vorverstärker eingespeist dessen Ausgangssi-

to gnal einerseits an einen Videosignal-Ausgang und andererseits an eine das Signal umpolende Schaltung gelangt. Das umgepolte Signal wird dann einer Gleichstrom-Rückgewinnungsschaltung zugeführt, um das Ausgangssignal auf einem vorgegebenen Gleich-

■''5 spannungspegel festzuhalten, und anschließend über einen Stellwiderstand zur Einstellung der Amplitude des Ausgangssignals zur Kathode weitergeleitet. Das Ausgangssignal der Gleichstrom-Rückgewinnungs-

schaltung (das gleichphasig mit dem umgepolten Signal zur Kathode ist) wird auch am Steuergitter Ober einen Widerstand angelegt, um Schwankungen im Arbeitspunkt der Elektrodenvorspannung der Bildaufnahmeröhre und damit eine Änderung in der Stärke des von der Kathode emittierten Strahls zu vermeiden, wenn sich das Potential der Kathode ändert

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, bei einer Bildaufnahmeröhre vom Vidicon-Typ die Stärke des Elektronenstrahls so zu steuern, daß die Bildaufnah- ι ο meröhre ein hochwertiges Bild großer Auflösung erzeugt

Die lösung dieser Aufgabe erfolgt bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil des Patentan-Spruchs 1.

Entsprechend ist eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer an der Speicherelektrode angekoppelten verstärkenden Rückkopplungsschaltung erfindungsgemäß nach dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 2 ausgebildet

Während bei dem vorbekannten Verfahren (vgL US-PS 33 92 236) der umgepolte Ausgangssignalanieii sowohl in die Kathode als auch in das Steuergitter eingespeist wird, um die Strahlspannung zu modulieren, bleibt erfindungsgemäß das Kathodenpotential fest indem ein von der Speicherelektrode erhaltener Strom nur zur Strahlstrom-Steuerelektrode rückgekoppelt wird, und zwar mit einem Verstärkungsfaktor kleiner als der Kehrwert des maximalen Umsetzungsgrads. Auf diese Weise wird das gewünschte hochwertige Bild großer Auflösung erzielt

Zwar ist noch eine Anordnung zur Steuerung der Stärke des Elektronenstrahls in einer Bildaufnahmeröhre mit »rücklaufendem Auslesestrahl« (»return beam read-out«) bekannt geworden, die ebenfalls eine Rückkopplungsschaltung aufweist die aber aus zwei Schleifen besteht Das Eingangssignal dieser Rückkopplungsschleifen, d.h. der Signalstrom, ist gleich der Differenz zwischen dem Strahlstrom und dem Speicherelektroden-Strom, weshalb das Steuersignal gleich der Differenz Strahlstrom minus Speicherelektroden-Strom ist

Im Unterschied dazu ist erfindungsgemäß der Signalstrom gleich dem Speicherelektroden-Strom selbst während der Steuerstrom vom Signalstrom abgeleitet wird, d. h. dem Speichere; Ektroden-Strom. Infolgedessen kommt die Erfindung vorteilhafterweise mit einer einzigen Rückkopplungsschleife aus.

Außerdem sind der Umsetzungsgrad im erfindungsgemäßen Sinn und die Obergangsfunktion bei der zuletzt genannten bekannten Anordnung physikalisch gesehen völlig unterschiedlich:

In die einen Bruch darstellende Übergangsfunktion der bekannten Anordnung geht als Zähler der Strom ein, wenn die Rücklaufiese-Bildaufnahmeröhre normal arbeitet d. h. der Strom proportional zur Lichtmenge von einem Gegenstand, während erfindungsgemäß als Zähler des Umsetzungsgrads der Strom auftritt, wenn der Strahl in der Bildaufnahmeröhre vom Vidicon-Typ schwach wird, d. h. vom normalen Betriebszustand abweicht. Das heißt, der erfindungsgemäße Umset-/.ungsgrad ist gleich dem Quotienten des Signalstroms, wenn der Strahl zu schwach ist, und des Strahlstroms. Darüber hinaus ist erfindungswesentlich, daß der Verstärkungsfaktor der Rückkopplungsschaltung kleiner als der Kehrwert des maximalen Umsetzungsgrads zumindest dann ist. wenn -ter Strahlstrom zu schwach ist Auf diese Weise ist sichergestellt, daß der Strahl strom immer genau entsprechend Änderungen in der einfallenden Lichtmenge, nämlich ohns instabile Schwingungen der Rückkopplungsschaltung, eingespeist werden kann. Somit wird ein stabiler Betrieb der erfindungsgemäßen Steuer-Anordnung erreicht insbesondere wird eine unerwünschte Verringerung der Bildqualitiit, d, h- der Bildauflösung, infolge zu schwachen Elektronenstrahls vermieden, weil eine Änderung der Strahtstiirke immer mit der Gegenstandshelligkeit gesichert ist

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden durch die Palentansprüche 3 und 4 angegeben.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer bereits entwickelten Anordnung, die sich mit zu schwachem Strahl beschäftigt,

F i g. 2A eine Signalform eines Videosignals,

F i g. 2B eine Signalform eines hellen Teiles, die durch Abschneiden der in der Fig.2A gezei^en Signalform erhalten wird,

F i g. 3 ein Diagramm zur Erläuterung des Grundprinzips des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig.4 eine Kurve zur Erläuterung der Beziehung zwischen dem Abtaststrahlstrom /* und dem Signalstrom /₅bt:i der in der F i g. 3 gezeigten Anordnung,

F i g. 5 ein anderes Ausführungsbeispiel der in der F i g. 3 gezeigten Schaltung und

F i g. 6 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anordnung.

In der F i g. 3. die das Grundprinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert sind vorgesehen eine Bildaufnahmeröhre 8, eine Speicherelektrode 9, ein Addierer 10, eine Bezugsstromquelle 11, ein Verstärker 12, ein Widerstand 13, eine Strahlstrom-Steuerelektrode 14, eine Kathode 15 und eine Beschleunigungselektrode 16.

Bei der in der F i g. 3 gezeigten Anordnung wird ein Signalstrom /, von der Speicherelektrode 9 der Bildaufnahmeröhre 8 erzeugt und durch den Addierer 10 zu einem Bezugsstrom k addiert, der von der Bezugsstromquelle 11 eingespeist wird. Das Ausgangssignal des Addierers 10 wird durch den Verstärker 12 verstärkt und dann in die Strahlstrom-Steuereloklrode 14 eingespeist, nachdem es durch den Widerstand J3 in ein Spantiungssignal umgesetzt wurde. Der Verstärkungsfaktor dieser Rückkopplungsschaltung wird durch Faktoren bestimmt, die die Steilheit der Bildaufnahmeröhre 8, den Verstärkungsfaktor des Verstärkers 12, das Verhältnis zwischen dem Kathodenstrom und dem Strahlstrom und die impedanz des Widerstandes 13 einschließen, der das Stromsignal in das Spannungssignal umsetzt.

Bei der in der F i g. 3 dargestellten Anordnung gelten die folgenden Gleichungen (1) bis (3):

AU_n + !.) = -^L. (1)

A = Verstärkungsfaktor des Verstärkers 12.
Ib = Strahlstrom.

/ = Kathodenstrom.

R = Widerstandswert de«. Widerstandes U.

l·.,. = Spannung an der SMahlsirom-Steuerrlektrodc 14.

g- = Steilheit der Bildaufnahmeröhre 8 und t = Proportionalitätskonstante.

Aus den Gleichungen (1) bis (3) können die folgenden Beziehungen erhalten werden:

/,I

mit

Versuche der Erfinder haben ergeben, daß der Strahlstrom /- und der Signalstrom Λ in einer Beziehung stehen, die in vier F ι g. 4 dargestellt ist. wenn die Menge des einfallenden Lichtes konstant ist. In der F ι g. 4 ist aiii uCr OrUiPi(IiC c|._i .Jifnaiiuuin '. ■■' fir-i uiiu am uti Abszisse der Strahlstrom U in uA dargestellt. Aus der F ι g. 4 geht hervor, daß der Signalstrom /, unabhängig vom Wert des Strahlstromes /- bei einem bestimmten Punkt gesättigt ist Wenn deshalb angenommen wird, daß der SignaKtrom /. bei einem Punkt /,■ gesättigt ist und der entsprechende Wert von h bei /,-< liegt, dann gilt die Beziehung /. = /. in dem Bereich, in dem />-> Ir ist. Auf diese Weise besteht keine funktionale Beziehung zwischen /, und /. und die in der F ι g. 3 dargestellte Schaltung schwingt "der oszilliert nicht, da sie ein offener Stromkreis ist. Daher arbeitet die Schaltung nornialerwc e in oberen Bereich, und ein stabiler Zustand wi d auf-echterhaltcn. während die Bildaufnahmeröhre das B'id c'iic-s Gegenstands abtastet.

W enn ledoch ein /\i schw acher Strahl auf Grund eines hellen Teiies des Gegenstands "der einer Änderung des Gegenstands oder einer Bewegung der Bildaufnahmeröhre auftritt, heat ein Linschw ingvorgang vor. bei dem die Schal'unu einen derartigen zu schwachen Strahl ausschlieft. Mit anderen Worten, es kann eine positive P ickk'ipplung vorliegen, und eine Schwingung oder Oszillation wird begünstig'. Genauer ausgedrückt, der S'r.'hls-rum /- hegt in dem Zustand, in dem der /u s. hw ache Strahl auftritt, irr Bereich /wischen

(X

und die- Beziehung zwischen dem Signalstrom /< und de"i Strahlstrom /.- wird dur^h die folgende Gleichung (ϊ) ausgedruckt:

/. = F ■/,. I5i

nut f- = I nset/unpsgrad.

In diesem Fail entspricht die ;n der F : g. 3 gezeigte Schaltung einer Schaltung, wie diese in der Fig. 5 dargestellt ist. und die folgende Gleichung (6) ergibt sich aus den Gleichungen (4) und (5):

h =

Kl_n

1 -KF

Aus der Gleichung (6) geht hervor, daß keine Schwingungen auftreten, wenn KF< 1 gilt. Es ist offensichtlich, daß die Rückkopplungschleifen-Verstärkung bei einer derartigen Mitkopplung durch das Produkt aus dem Umsetzungsgrad F des Strahlstromes in den Signalstrom und der Verstärkung K der Rückkopplur.gsschaltung erhalten wird. Da der Urnsetzungsgrad /■" eine der Bildaufnahmeröhre eigene Konstante ist. wurde bereits angeregt, daß die in der F ι g. 3 gezeigte Schaltung stabil ohne jede Schwingung arbeiten kann, wenn der Verstärkungsfaktor K der ' Schaltung kleiner gewählt wird als der Kehrwert des Umsetzungsgrades F. Wie aus der F ι g. 4 hervorgeht, isl der Umsetzungsgrad F nicht immer konstant in dem Bereich zwischen

„, O</„</„,.

Die gewünschte Beziehung K ■ I-'< 1 kann jedoch ir dem Bereich aller Werte von lh erhalten werden, wenn der Maximalwert F_n von Fso ausgewählt wird, daß dk Beziehung K ■ F_n, < I gilt

^M Die Fig. h zeig! ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anordnung wobei sich entsprechende Teile mit dem gleicher Bezugszeicnen versehen sind wie in der F ι g. 3. In der F i g. 6 hat eine Bildaufnahmeröhre 8 eine Speicherelek

• !rede 9. eine Sirshlsirorr; Steuerelektrode M ür;d c;nc Kathode 15. Weiterhin sind vorgesehen ein Lastwider stand 19. ein Verstärker 20, ein Klemmglied 21. eine Bezugsspannungsquelle 22 und ein Vergleichsverstärker 23. Ein Horizontal-Synchronisiersignal wird in das

:s Klemmglied 21 über einen Anschluß 24 eingespeist.

Bei einer Anordnung mit dem oben beschriebener Aufbau wird ein von der Speicherelektrode 9 der Bildaufnahmeröhre 8 erzeugter Signalstrom in ein Spannt/.-.jssignal durch einen Vorverstärker umgesetzl

< und verstärkt, der aus dem l.astwiderstand 19 und dem Verstärker 20 besteht. Dieses Spannungssignal wird einer Pcgelhaltung durch das Klemmglied 21 unterworfen, an dem das Horizontal-Syixrhronisiersignal übet den Anschluß 24 liegt. Der Verglcichsverstärker 23

·.* vergleicht das Ausgangssign.il des Klemmgliedes 21 mit einer Bezugsspannung, die von der Bezugsspannungsquelle 22 angelegt wird, und verstärkt das Ergebnis de> Vergleichs. Das Ausgangssignal des Vergleichsverstärkers 23 wird in die Strahlstrom-Steuer?lektrode 14 der

4>- Bildaufnahmeröhre 8 eingespeist. Der >- erstärkungsfaktor A. der Ruckkopplungsschaltung wird durch den Widerstandswert des l.astwiderstandes 19, den Verstär kungsfaktor des Verstärkers 20. den Verstärkungsfaktor des Vergleichsverstärkers 23. die Steilheit der Bildauf

4< nahmeröhre 8 und die Proportionalitätskonstante ι während der Umsetzung des Kathodenstromes in den Abtaststrahistrom bestimmt. Unter diesen Faktoren ändern sich t und g_m abhängig von der Bildaufnahmerohre. Bei einer von den Erfindern bei einem Versuch

^;- verwendeten Bildaufnahmeröhre hatten jeweils λ und g- die Werte 0.6 ■ 10^Jund40- ΙΟ"⁶ Ω"'. Der Maximal wert F_n, des weiteren Faktors F unter de>i die Schwingungsbedingungen dieser Rückkopplungsschaltung bestimmenden Faktoren beträgt ungefähr »1«, und dieser Wert ändert sich abhängig von der Bildaufnahmeröhre im wesentlichen nicht Wenn auf diese Weise A kleiner ist als »1«, tritt keine Schwingung auf. Die Erfinder legten die Schaltung aus, indem sie einen Wen K=03 unter Beachtung des Sicherheitsfaktors be te stimmten, und ermittelten das Produkt aus dem Verstärkungsfaktor A des Verstärkers und dem Wtderstandswert R des Lastwiderstandes, indem sie die bereits diskutierten Werte von α und g_m verwendeten Das so erhaltene Produkt RA betrug 13,5 · 10«ft Versuchsergebnisse einer auf Grund dieser Werte aufgebauten Schaltung beweisen, daß der Strahlstrom stabil gesteuert werden kann.

Hierzu 3 Blau Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren stur Steuerung der Stärke des Elektronenstrahls in einer Bildaufnahmeröhre vom Vidicon-Typ, bei dem durch eine Strahlstrom-Steuerelektrode der Bildaufnahmeröhre die Stärke des Elektronenstrahls gesteuert wird, der eine Speicherelektrode abtastet und dabei in einen Signalstrom umgesetzt wird, der verstärkt als Signalspannung zur Strahlstrom-Steuerelektrode rückgekoppelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl in den Signalstrom mit vorbestimmtem Umsetzungsgrad umgesetzt wird, und daß die Rückkopplung mit einem Verstärkungsfaktor erfolgt, der kleiner als der Kehrwert des maximalen Umsetzungsgrads zumindest dann ist, wenn der Strahlstrom zu schwach ist

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer an der Speicherelektrode angekoppelte verstärkenden Rückkopplungsschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsschaltung am anderen Ende nur an die Strahlstrom-Steuerelektrode (14) angeschlossen ist

3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei die Rückkopplungsschaltung eine erste Einrichtung zum Umsetzen des Signalstroms in ein Spannungssignal und zu dessen Verstärkung sowie eine mit dem Ausgang der ersten Einrichtung verbundene zweite Einrichtung zur Gleichstrom-Pegelhaltung des Ausgangssignals der ersten Einrichtung hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsschaltung ferner einen der zweiten Einrichtung (21> nachgcschalteten Vergleicher (23) aufweist, desstn anderer Eingang mit einem vorbestimmten Spannung!, vert beaufschlagt ist und dessen Ausgang nur an die Strahlstrom-Steuerelektrode (14) angeschlossen ist

4. Anordnung nach Anspruch 3, wobei die erste Einrichtung einen mit der Speicherelektrode verbundenen Verstärker hat. an dessen Ausgang ein Klemm- oder Pegelhalteglied der zweiten Einrichtung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet daß die erste Einrichtung ferner einen zwischen die Speicherelektrode (9) und eine erste Bezugsspannungsquelle geschalteten Widerstand (19) aufweist, und daß der Vergleicher (23) mit seinem anderen Eingang an eine zweite Bezugsspannungsquelle (22) angeschlossen ist.