DE3000595C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Steuern des Elektronenstrahls in einer Bildaufnahme- Röhre des Typs, der eine Katodenelektrode zum Emittieren eines Abtastelektronenstrahls unter Verwendung eines Dio­ den-Strahlsystems zur Erzeugung des Abtastelektronenstrahls, eine Strahlsteuerelektrode zum Regeln des Stroms des Elektronenstrahls aus der Katodenelektrode, durch welche Strahlsteuerelektrode während des Betriebs der Röhre ein Steuerelektrodenstrom fließt, und eine Targetelektrode enthält, von der ein Video-Ausgangssignal korrespondierend mit dem einfallenden Licht von einem Objektbild, das auf die Targetelektrode projiziert wird, gewonnen wird, wenn letztere durch den Elektronenstrahl abgetastet wird, welche Vorrichtung einen Generator zum Erzeugen eines Strahlsteuersignals in Reaktion auf das Video-Ausgangssignal und eine Zuführeinrichtung zum Zuführen des Strahlsteuersignals zu der Strahlsteuerelektrode zum Regeln des Stroms des Elektronenstrahls an der Katodenelektrode aufweist.

Aus der DE-PS 24 24 402 ist bereits ein das Ausmaß (die Stärke) des Elektronenstrahls steuerndes System mit einer Einrichtung zum Ableiten eines Ausganssignals von der Targetelektrode, einem Generator zum Erzeugen eines Strahlsteuersignals und einer Zuführeinrichtung bekannt.

Aus der Veröffentlichung "Singer, B., Theory and Performance Characteristics of Pyroelectric Imaging Tubes" in "Advances in IMAGE PICKUP AND DISPLAY", Bd. 3, Hrsg. B. Kazan, Academic Press, 1977, S. 2 bis 82 ist die Verwendung eines Dio­ den-Strahlsystems im Zusammenhang mit Bildaufnahmeröhrensystemen beschrieben.

Wenn die Menge des auf eine Bildaufnahmeröhre einfallenden Lichts zunimmt, wird dessen Strahlstrom unzureichend. Folglich besteht die Gefahr, daß der Weiß-Pegel eines Ausgangssignals von der Bildaufnahmeröhre nicht der Zunahme der Lichtmenge folgt. Wenn nun das Ausmaß des Strahls auf einen relativ großen Wert voreingestellt ist, um den unzureichenden Strahlstrom für starkes einfallendes Licht zu vermeiden, wird der Fokussierzustand des Strahls gestört, und es wird daher die Auflösung beeinträchtigt. Daher ist es notwendig, daß die Menge des Strahlstroms abhängig von Änderungen der Menge des auf die Bildaufnahmeröhre einfallenden Lichts gesteuert oder ge­ regelt wird. Als Beispiel einer derartigen Steuerung bzw. Regelung wird die einer ersten Strahlstromsteuerelektrode G₁ zugeführte Spannung abhängig von einem Ausgangssignalstrom gesteuert. Fig. 1 zeigt eine Darstellung, der Charakteristik einer Bildaufnahmeröhre, wobei die Menge des einfallenden Lichtes als Parameter Φ₁, Φ₂ bzw. Φ₃ wiedergegeben ist, wobei die Änderungen einer an die Strahlstromsteuerelektrode G₁ angelegten Spannung EG₁ längs der Abszisse und ein Ausgangssignalstrom I _S längs der Ordinate aufgetragen sind. Aus der Darstellung gemäß Fig. 1 ergibt sich, daß dann, wenn die Spannung EG₁, die der ersten Steuerelektrode G₁ zugeführt ist, niedrig ist, der Ausgangssignalstrom I _S den gleichen Wert zeigt, unabhängig von Änderungen der Menge des einfallenden Lichtes, weshalb daher der Strahlstrom unzureichend ist, wodurch es erforderlich ist, die Spannung EG₁ hoch zu machen. In diesem Fall ergibt sich, daß der Wert der Spannung EG₁ abhängig von der Menge des einfallenden Lichtes gesteuert wird.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel einer solchen herkömmlichen Vorrichtung. Fig. 2 zeigt eine Bildaufnahmeröhre 1, deren Targetelektrode 2, deren Katode 3, deren erste Strahlstromsteuerelektrode G₁ und deren Strahlbeschleunigungselektrode G₂. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist zur Erfassung der Änderung des Ausgangssignalstroms I _S ein Lastwiderstand 4 vorgesehen. Eine über dem Widerstand 4 abfallende Spannung wird durch einen Verstärker 5 verstärkt und dessen Ausgangsspannung wird der Stromsteuerelektrode G₁ als Spannung EG₁ zur Bildung der Rückkopplungsschleife zugeführt. Abhängig von der Änderung des Signalstroms I _S wird die Ausgangsspannung vom Verstärker 5 und folglich die Spannung EG₁ geändert zur Steuerung des Ausmaßes des Strahls. Das Target bzw. die Targetelektrode 2 wird mit einem Bezugsstrom I _O über einen Anschluß 6 versorgt.

Bei dieser Vorrichtung ergeben sich folgende Gleichungen:

I _b = gm · EG₁ (1)
EG₁ = (I _S + I _O ) · R _L · A (2)

mit
I _b = Strahlstrom (maximaler Strahlstrom),
EG₁ = Steuerspannung für die Strahlsteuerelektrode,
gm = Steilheit zwischen I _b und EG₁,
I _S = Ausgangssignalstrom (maximaler Ausgangssignalstrom),
I _O = Standard-Vorstrom,
R _L = Widerstandswert des Widerstands 4,
A=Gewinn (Verstärkungsfaktor) des Verstärkers 5.

Wenn zur Vereinfachung angenommen wird, daß I _b =I _S , ergibt sich folgende Beziehung:

Aus der obigen Gleichung ergibt sich, daß, wenn die Bedingung 1-gm · R _L · A<0 nicht erfüllt ist, das Steuersystem unstabil wird und Schwingung auftritt. Es ist jedoch sehr schwer, bei der herkömmlichen Vorrichtung gemäß Fig. 2 diese so auszubilden, daß die obige Bedingung erfüllt wird, weshalb bekanntlich die Gefahr auftritt, daß der Bereich, innerhalb dem das Ausmaß des Strahls stabil steuerbar ist, sehr schmal wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, unter Vermeidung der genannten Nachteile ein Steuersystem für das Ausmaß eines Elektronenstrahls für eine Bildaufnahmeröhre, insbesondere eine Laminar­ strömungs-Bildaufnahmeröhre, anzugeben, mit der eine stabile Steuerung bzw. Regelung möglich ist.

Gemäß der Erfindung wird der Strahlsteuerelektrodenstrom, der im normalen Betriebszustand fließt, zur Steuerung der Charakteristik einer Strahlregelungsrückkopplungsschleife verwendet. Die Strahlregelungsrückkopplungsschleife wirkt zur Erzeugung eines Strahlsteuersignals auf der Grundlage des Ausgangssignals von der Targetelektrode einer Bildaufnahmeröhre und zu deren Rückkopplung zur Steuerelektrode der Bildaufnahmeröhre, um so das Ausmaß des Strahls zu steuern bzw. zu regeln.

Gemäß der Erfindung ist ein Widerstand in Reihe mit der Strahlsteuerelektrode geschaltet und wird das Strahlsteuersignal der Strahlsteuerelektrode über diesen Widerstand zugeführt. Bei der Erfindung wird aufgrund der Einfügung des Widerstands die Steuerkurve nicht linear, weshalb die Strahlsteuerung stabil über einen wesentlichen breiten Bereich durchgeführt werden kann.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein das Ausmaß des Elektronenstrahls steuerndes Steuersystem für eine Bildaufnahmeröhre vorgesehen, bei der eine Targetelektrode mit einem Elektronenstrahl abgetastet wird, wobei die Bildaufnahmeröhre einen Strahlsteuerelektrodenstrom im Normalbetriebszustand erfordert, mit einer Einrichtung zum Ableiten eines Ausgangssignals von der Targetelektrode, einem Generator zum Erzeugen eines Strahlsteuersignals abhängig von dem Ausgangssignal, einer Zuführeinrichtung zum Zuführen des Strahlsteuersignals zu einer Strahlsteuerelektrode der Bildaufnahmeröhre und einer Steuereinrichtung zum Steuern des Strahlsteuersignals abhängig von dem Strahlsteuerelek­ trodenstrom.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Darstellung der Charakteristik einer Bildaufnahmeröhre mit der Menge des auf die Bildaufnahmeröhre einfallenden Lichtes als Parameter,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Beispiels einer herkömmlichen Steuervorrichtung,

Fig. 3+4 Darstellungen von Bildaufnahmeröhren, insbesondere deren Elektronenstrahlerzeuger,

Fig. 5 eine Darstellung zur Erläuterung der Charakteristik der Bildaufnahmeröhre gemäß Fig. 4,

Fig. 6 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Elektronenstrahl-Steuervorrichtung für eine Bildaufnahmeröhre gemäß der Erfindung,

Fig. 7 eine Darstellung der Charakteristik, die für die Erläuterung des Ausführungsbeispiels der Erfindung gemäß Fig. 6 verwendet wird,

Fig. 8 ein Blockschaltbild eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 9 eine Darstellung der Charakteristik zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 8,

Fig. 10 ein Prinzipschaltbild eines praktischen Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Das Verhalten einer herkömmlichen Bildaufnahmeröhre wurde mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 bereits erläutert.

Die Erfindung, die die Charakteristik oder Eigenschaft der verwendeten Bildaufnahmeröhre nutzt, wird im Folgenden erläu­ tert.

Die Erfindung verwendet insbesondere eine Bildaufnahmeröhre mit einem Strahlerzeugeraufbau (Elektronenkanonenaufbau) mit laminarer Strömung, bei der keine Strahlkreuzung auftritt.

Fig. 3 zeigt einen herkömmlichen Strahlerzeuger (Elektronenkanone) mit einer Katode K und einer Platte SA mit kleiner Öffnung. In diesem Fall ist eine Stromsteuerelektrode G₁ sehr tief oder sehr stark vorgespannt, so daß die Elektronenstrahlen einander kreuzen, wie das in Fig. 3 dargestellt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel fließt bei normalen Betriebsbedingungen kein Strom durch die Stromsteuerelektrode G₁.

Andererseits zeigt Fig. 4 einen Strahlerzeugeraufbau mit laminarer Strömung, bei der die Elektronenstrahlen schichtförmig fließen. Dieser Strahlerzeuger besitzt gute Restbildcharakteristik und besitzt die Eigenheit, daß die Stromsteuerelektrode G₁ so mit einer positiven Vorspannung versorgt ist während des Betriebes, daß ein Strom durch die Stromsteuerelektrode G₁ fließt.

Fig. 5 ist eine Darstellung der Charakteristik der Bildaufnahmeröhre mit dem Strahlerzeugeraufbau mit laminarer Strömung, mit einem Signalstrom I _S und einem Strom I _g , der durch die Strahlstromsteuerelektrode G₁ fließt.

Bei der Erfindung wird der durch die Strahlstromsteuerelektrode G₁ fließende Strom I _g verwendet, um den stabilen Betriebsbereich für die Steuerung des Ausmaßes des Strahles zu erweitern.

Ein Beispiel des Steuersystems für das Ausmaß des Elektronenstrahls gemäß der Erfindung wird nun mit Bezug auf Fig. 6 näher erläutert. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Widerstand 7 mit dem Widerstandswert R _G ₁ zwischen dem Ausgangsanschluß des Verstärkers 5, der die Rückkopplungsschleife bildet, und der Strahlstromsteuerelektrode G₁ eingefügt, um so eine Ausgangsspannung EA vom Verstärker 5 zur Steuerelektrode G₁ über den Widerstand 7 zu führen.

Zur Erläuterung des Betriebes der Vorrichtung der Erfindung gemäß Fig. 6 ergeben sich bei einer Analyse entsprechend der gemäß Fig. 2 folgenden Gleichungen:

EA-EG₁ = I _G ₁ · R _G ₁ (4)
EA = (I _S + I _O ) · R _L · A (5)
I _b = gm · EG₁ (6)
I _G ₁ = gm′ · EG₁ (7)

mit
I _G ₁ = Strom, der durch die Steuerelektrode G₁ fließt,
gm′=Steilheit zwischen I _G ₁ und EG₁.

Wenn wie bei dem zuvor erläuterten Fall angenommen ist, daß I _b =I _S ergibt sich I _S zu:

Aus Gleichung (8) ergibt sich, daß der Steuerbereich (Regel­ bereich) um gm′ · R _G ₁ im Vergleich zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 erweitert werden kann. Diese Erweiterung des Steuer- bzw. Regelbereiches wird mit Bezug auf die in Fig. 7 dargestellte Charakteristik erläutert.

Fig. 7 zeigt einen Signalstromverlauf 8, einen Stromsteuerelektrodenstromverlauf 9 und einen Steuerspannungsverlauf 10 der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Fig. 6. In diesem Fall ist es erforderlich, daß der Steuerspannungsverlauf 10 stets einen großen Gradienten im Vergleich zum Signalstromverlauf 8 besitzt. Es sei nun angenommen, daß der Widerstand 7 bei der Vorrichtung gemäß Fig. 6 nicht vorgesehen ist. Um den Steuerbereich (Regelbereich) breit zu machen, wenn der Gradient des Steuerspannungsverlaufes klein gewählt ist, ähnlich dem Steuerspannungsverlauf 10 der Vorrichtung gemäß der Erfindung, erweitert sich die Steuerspannungskurve linear, wie das durch die Strichlinie in Fig. 7 dargestellt ist, mit dem Ergebnis, daß eine Schwingung an einer Stelle auftritt, an der der Betrag des einfallenden Lichtes groß ist. Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist es erforderlich, daß die Steuerspannungskurve einen steileren Gradienten besitzt, wie das durch die Strichpunktlinie 11 in Fig. 7 dargestellt ist. In diesem Fall ist jedoch, da der Steuerbereich (Regelbereich) bis zu dem Koinzidenzpunkt der Strichpunktlinie 11 mit dem Signalstromverlauf 8 reicht, der maximale Strahlstrom begrenzt auf höchstens den durch a) in Fig. 7 bezeichneten Bereich.

Im Gegensatz dazu ist gemäß der Erfindung der Widerstand 7 in Reihe im Weg des Steuerelektrodenstroms in der beschriebenen Weise eingefügt, so daß selbst dann, wenn die Vorrichtung anfänglich zur Arbeit längs des Verlaufes 10 eingestellt ist, die Steuerkurve 10 sich abhängig von der Zunahme des Steuerelektrodenstroms I _G ₁ ändert, wie in Fig. 7 dargestellt, weshalb der maximale Strahlstrom auf den durch b) in Fig. 7 dargestellten Bereich erweitert werden kann.

Fig. 8 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der die stabile Strahlsteuerung (-regelung) erreichen­ de Bereich weiter erweitert werden kann. Zu diesem Zweck ist bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß Fig. 8 ein weiterer Widerstand 12 in Reihe in dem Weg der Beschleunigungselektrodenspannung E _G ₂ eingefügt. Bisher ist es bekannt, daß dann, wenn die der Beschleunigungssteuerelektrode G₂ zugeführte Spannung geändert wird, die Steilheit gm wenig geändert wird. Diese Tatsache wird bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß Fig. 8 ausgenutzt.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 nimmt mit zunehmendem Beschleunigungselektrodenstrom gemäß dem Verlauf 13 der Darstellung nach Fig. 9 die Beschleunigungssteuerelektrodenspannung ab, wodurch ein Signalstromverlauf 14 der Darstellung gemäß Fig. 9 unterdrückt bzw. erniedrigt wird, wie das durch Pfeile in Fig. 9 dargestellt ist. Folglich wird der Gradient des Signalstromverlaufes "stumpf" oder flach, weshalb der Gradient des Steuerspannungsverlaufes flach wird. Daher kann der Strahlsteuerbereich (-regelbereich) noch breiter eingestellt werden.

Fig. 10 zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der Erfindung, bei der die Strahlsteuerung (-regelung) nur dann durchgeführt wird, wenn die Menge des einfallenden Lichtes einen vorgegebenen Pegel überschreitet.

Wenn der Ausgangssignalstrom von dem niedrigen Pegel der Menge des einfallenden Lichtes rückgekoppelt wird, wird nämlich, da die Steilheit gm des Strahlstroms niedrig ist, wenn der Gewinn oder Verstärkungsfaktor des Verstärkers nicht hoch gewählt ist, der Strahl unzureichend. Um dies zu vermeiden, nimmt, wenn der Verstärkungsfaktor des Verstärkers hoch gewählt ist, der Signalpegel zu, mit der Folge, daß, wenn die Steuerelektrodenspannung hoch wird, die Steilheit gm zunimmt, um so eine Schwingung auszulösen. Daher wird bei dem praktischen Ausführungsbeispiel dann, wenn die Menge des einfallenden Lichtes den vorgegebenen Pegel erreicht, die Strahlsteuerung ausgelöst.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10 wird der Ausgangssignalstrom I _S über einen Verstärker 15 einer Begrenzerschaltung 16 zugeführt, in der das Signal unter dem vorgegebenen Pegel abgeschnitten wird und eine vorgegebene Spannung abgegeben wird. Wenn ein Signal vorliegt, das höher als der vorgegebene Pegel ist, wird das Signal von der Begrenzerschaltung 16 über den Verstärker 5 und den Widerstand 7 der Steuerelektrode G₁ als Spannung EG₁ zugeführt. In diesem Fall ist, damit zuvor ein Strahlstrom fließt und eine Toleranz vorliegt, selbst wenn das Ausgangssignal niedriger als der vorgegebene Pegel ist, eine Klemmschaltung 17 vorgesehen. In der Klemmschaltung 17 ist ein Feldeffekttransistor, kurz FET 18 vorgesehen zum Schalten, der mit einem Klemmimpuls der Horizontalperiode über einen Anschluß 19 versorgt ist. Durch diese Klemmschaltung 17 wird, selbst wenn kein Ausgangssignalstrom vorliegt, eine Spannung von etwa -2 V (beispielsweise) der Steuerelektrode G₁ zugeführt, damit der Strahlstrom fließt.

Obwohl sich die Werte abhängig vom jeweils verwendeten Typ der Bildaufnahmeröhre ändern, werden beispielsweise folgende Widerstandswerte für die Widerstände 7, 12 usw., angegeben:

I _G ₁ = 0-3 mA,
I _G ₂ = 0,7 mA,
R _G ₁ = 800 Ω (Widerstand 7),
R _G ₂ = 10 kΩ (Widerstand 12).

Wie erläutert kann gemäß der Erfindung das Ausmaß des Strahls stabil gesteuert bzw. geregelt werden ohne eine Schwingung hervorzurufen und kann weiter der stabile Steuer- bzw. Regelbereich des Strahls erweitert werden.

Selbstverständlich sind noch weitere Ausführungsformen möglich.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Steuern des Elektronenstrahls in einer Bildaufnahme-Röhre des Typs, der eine Katodenelektrode zum Emittieren eines Abtastelektronenstrahls unter Verwendung eines Dioden-Strahlsystems zur Erzeugung des Abtastelektronenstrahls, eine Strahlsteuerelektrode zum Regeln des Stroms des Elektronenstrahls aus der Katodenelektrode, durch welche Strahlsteuerelektrode während des Betriebs der Röhre ein Steuerelektrodenstrom fließt, und eine Targetelektrode enthält, von der ein Video-Ausgangssignal korrespondierend mit dem einfallenden Licht von einem Objektbild, das auf die Targetelektrode projiziert wird, gewonnen wird, wenn letztere durch den Elektronenstrahl abgetastet wird, welche Vorrichtung

• - einen Generator zum Erzeugen eines Strahlsteuersignals in Reaktion auf das Video-Ausgangssignal und
• - eine Zuführeinrichtung zum Zuführen des Strahlsteuersignals zu der Strahlsteuerelektrode zum Regeln des Stroms des Elektronenstrahls an der Katodenelektrode aufweist,

gekennzeichnet durch

• - ein Mittel zum Kompensieren des Strahlsteuersignals in Reaktion auf den Steuerelektrodenstrom, so daß dem Strahlsteuersignal eine nichtlineare Charakteristik verliehen wird, um den stabilen Arbeitsbereich der Bildaufnahme-Röhre zu vergrößern.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand (7) zwischen der Strahlsteuerelektrode (G₁) und der Zuführeinrichtung für das Strahlsteuersignal in Reihe vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (4, 5, 6) zum Erzeugen des Strahlsteuersignals auf das Ausgangssignal über einem vorgegebenen Pegel anspricht.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, gekennzeichnet durch eine zweite Steuerelektrode (G₂) der Bildaufnahme-Röhre (1), die über einen Widerstand (12) vorgespannt ist.