DE887208C

DE887208C - Image scanning tubes with a screen made of a substance which changes its resistance and / or its dielectric constant when exposed to light

Info

Publication number: DE887208C
Application number: DET5205D
Authority: DE
Inventors: Richard Dr Phil Theile
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1938-01-08
Filing date: 1938-01-09
Publication date: 1953-08-20

Description

Bildabtaströhre mit einem Bildschirm aus einer Substanz, die bei Belichtung ihren Widerstand und/oder ihre Dielektrizitätskonstante ändert Es sind lichtempfindliche Zellen bekannt, deren lichtempfindliche Substanz bei Belichtung ihre Dielektrizitätskonstante ändert. Die Anschaltung dieser Zellen an einen nachfolgenden Verstärker erfolgt dadurch, daß man sie einem Schwingkreis eines Hochfrequenzsenders parallel schaltet, so daß eine von der Belichtung abhängige Frequenzmodulation auftritt.Image scanning tube with a screen made of a substance that when exposed to light their resistance and / or their dielectric constant changes. They are light-sensitive Cells are known to have their light-sensitive substance when exposed to their dielectric constant changes. These cells are connected to a subsequent amplifier by connecting them in parallel to an oscillating circuit of a high-frequency transmitter, so that exposure-dependent frequency modulation occurs.

Auch sind Bildsenderöhren bekannt, die mit einer Halbleiterbildwurfelektrode ausgerüstet sind. Man hat diese Röhren so betrieben, daß durch die Halbleiterschicht eine Intensitätssteuerung des abtastenden Kathodenstrahles stattfindet. Da jedoch der Innenwiderstand des Kathodenstrahles sehr hoch ist und der Widerstand eines Bildelementes im Verhältnis dazu klein ist, bewirkt die Abtastung verschieden großer Widerstände .entsprechend der Helligkeitsverteilung auf dem Bildschirm praktisch keine Stromänderung in dem Ausgangskreis und damit ist der Wirkungsgrad dieser Anordnung sehr klein. Zur Verbesserung dieses Wirkungsgrades muß eine Anpassung des Schichtwiderstandes an den Innenwiderstand des Kathodenstrahles vorgenommen werden, d. h. der Widerstand eines Bildelementes muß möglichst groß gemacht werden. Dies führt aber zu folgenden untragbaren Verhältnissen: Die Feldstärke im Halbleiter wird unzulässig hoch und damit wird auch die Potentialverteilung auf der Signalplatte sehr stark inhomogen, wodurch eine Aufspaltung des ursprünglich fein gebündelten Strahles auftritt. Somit wird also bei Vornahme einer . Anpassung - eines solchen Abtasters auf optimalen Wirkungsgrad dieser unbrauchbar.Image transmission tubes are also known which have a semiconductor image cube electrode are equipped. These tubes have been operated in such a way that they pass through the semiconductor layer an intensity control of the scanning cathode ray takes place. However, since the internal resistance of the cathode ray is very high and the resistance of a The picture element is small in relation to it, the scanning causes different sizes Resistors. Practical in accordance with the brightness distribution on the screen no change in current in the output circuit and thus the efficiency of this arrangement tiny. To improve this efficiency, the sheet resistance must be adapted be made to the internal resistance of the cathode ray, d. H. the resistance of a picture element must be made as large as possible. But this leads to the following intolerable conditions: The field strength in the semiconductor becomes impermissibly high and thus also the Potential distribution on the signal plate very much very inhomogeneous, causing a splitting of the originally finely bundled beam occurs. Thus, when making a. Adaptation - of such a sampler on optimal efficiency this unusable.

Eine wesentliche Verbesserung von Bildsenderöhren mit Halbleiterbildwurfelektrode ergab sich durch die Einführung einer Sekundäremissionsstrecke, . deren Innenwiderstand wesentlich kleiner ist als der- Innenwiderstand des Kathodenstrahles, so daß es nunmehr möglich war, den Widerstand je Bildpunkt des Halbleiters dem Innenwiderstand der Sekundäremissiönsstrecke anzupassen. Es hat sich nun herausgestellt, daß durch Anpassung der Sekundärelektronenstrecke an den Schichtwiderstand allein noch keine brauchbaren Ergebnisse erzielt werden konnten. Eingehende Untersuchungen haben ergeben, daß für- derartige Bildsenderöhren nur durch Berücksichtigung -- der Kapazität zwischen der Auftreffstelle des Kathodenstrahles auf die Halbleiterschicht und der Signalplatte brauchbare Ergebnisse erzielt werden können, wenn man hochohmige Halbleiterschichten verwendet, wie es schon mit Rücksicht auf einen möglichst großen Querwiderstand erforderlich ist.A major improvement on picture tubes with solid-state image cube electrodes resulted from the introduction of a secondary emission route,. their internal resistance is much smaller than the internal resistance of the cathode ray, so that it It was now possible to change the resistance per pixel of the semiconductor to the internal resistance to adapt to the secondary emission path. It has now been found that through Adaptation of the secondary electron path to the sheet resistance alone does not yet have any useful results could be achieved. In-depth investigations have shown that for such picture tubes only by taking into account - the capacity between the point of impact of the cathode ray on the semiconductor layer and the signal plate Usable results can be achieved by using high resistance semiconductor layers used as it was with consideration for the greatest possible transverse resistance is required.

@y Erfindungsgemäß ist bei einer Bildabtaströhre mit einem Bildschirm aus einer Substanz, die bei Belichtung ihren Widerstand und/oder ihre Dielektrizitätskonstante ändert und bei der das auf den Bildschirm aufprojizierte Lichtbild eine dem Inhalt entsprechende Verteilung der Zeitkonstante ergibt, die aus der Kapazität c des vom Strahl ausgewählten Bildelementes, dem Widerstand r dieses Elementes und dem Innenwiderstand R einer Sekundäremissionsentladungsstrecke gebildet wird, die Zeitkonstante Dunkelkapazität etwa gleich der Abtastzeit T eines des Abklingens pro Bildelement für die Bildelementes-gewählt.@y According to the invention in an image scanning tube with a screen made of a substance that changes its resistance and / or its dielectric constant when exposed and in which the light image projected onto the screen results in a distribution of the time constant corresponding to the content, which is derived from the capacitance c of the Beam selected picture element, the resistance r of this element and the internal resistance R of a secondary emission discharge path is formed, the time constant dark capacitance approximately equal to the sampling time T of a of decay per picture element for the picture element-chosen.

Die Erfindung sei an Hand einer in Abb. z dargestellten Ausführungsform näher erläutert. B bedeutet das Gefäß der Bildsenderöhre: In diesem befindet sich ein System G zur. - Erzeugung -und .Bündelung der Elektronen, ein Abenksystem A, eine letzte Anode R und ein Bildschirm E. Die Röhre liegt an den durch die gegeneinandergeschalteten Spannungsquellen UQ und Up bestimmten Ruhespannungen. Der Bildschirm E setzt sich folgendermaßen zusammen: Auf _ eine metallische Unterlage P wird eine dünne Schicht einer DK-Substanz, z. B. eines Phosphors DK aufgetragen, deren spezifischer Widerstand geeignet gewählt ist, wie weiter unten näher erläutert wird. Dann ergibt sich nämlich bei der Abtastung ein Bildsignal aus kapazitätsgesteuerten Aufladestromstößen, wie im folgenden ausführlich gezeigt wird.The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in Fig. Z. B means the vessel of the picture transmitter tube: In this there is a system G for. Generation and bundling of electrons, a deflection system A, a last anode R and a screen E. The tube is connected to the open-circuit voltages determined by the voltage sources UQ and Up connected against each other. The screen E is composed as follows: A thin layer of a DK substance, e.g. B. applied a phosphor DK, whose specific resistance is suitably selected, as will be explained in more detail below. This is because an image signal from capacitance-controlled charging current surges results during the scanning, as will be shown in detail below.

11 Das zweidimensionale Kontinuum der Bildwurfelektrode sei der Einfachheit halber in einzelne Elementarzellen aufgeteilt zu denken, wie in Abb. 2 veranschaulicht. Jedes Bildelement besteht aus einem Ohmschen Widerstand y und einer. Parallelkapazität c. -Im Zuge-der Abtastung bewegt sich der Elektronensträhl von Element zu- Element: .Es sei angenommen, -daß..der_ Strahl- gerade auf dem Element -za der Abb. 2 ruhe. Je nach der Größe <des Ohmschen Widerstandes y und der speziellen Form der Sekundäremissionscharakteristik wird sich an diesem Widerstand..ein bestimmter Spannungsabfall einstellen. Es sei vorausgesetzt, daß der .Sekundäremissionsfaktor größer als z ist, der Sekundäremissionsstrom ip im Signalkreis in Richtung der dargestellten Pfeile fließt. Der Spannungsabfall an dem dem Element n zugeordneten Widerstand beträgt ip - r. Springt jetzt der Abtaststrahl vom Element n auf das nächste n + z über, so wird sich auch dort der Spannungsabfall ip - y. einstellen. Dies geht aber nicht sprunghaft, sondern, da der. Kondensator im ersten Augenblick wie ein Kurzschluß wirkt, mit einer bestimmten Geschwindigkeit, wobei die Zeitkonstante von der Elementkapazität c", - dem Schichtwiderstand pro Bildelement und -dem. Innenwiderstand der Entladungsstrecke abhängt. In Abb.3 ist ein solcher Einschaltvorgang gezeigt. Im ersten Augenblick, zur Zeit t = o, fließt der durch die Sekundäremissionskennlinie allein bedingte Kurzschlußstrom ip (t = o). Nach Ablauf einer genügend langen Zeit (einiger Mikrosekunden) hat sich der durch den Innenwiderstand der Sekundäremissionsentladungsstrecke und den Widerstand y bedingte Endwert des Stromes ip eingestellt. Wählt man nun die Abtastzeit pro Bildelement etwa so groß wie die Abklingkonstante des Stromes ip, so ergibt sich ein Verlauf bei der Abtastung mehrerer Elemente nach Abb. q.. Gehen in dem nachfolgenden Übertragungssystem die Einzelheiten des Stromverlaufs innerhalb der Abtastzeit eines Bildpunktes verloren, so stellt sich (im idealen Fall) ein Mittelwert des Stromes ein, wie er gestrichelt eingezeichnet ist. 11 For the sake of simplicity, the two-dimensional continuum of the image cube electrode should be thought of as divided into individual unit cells, as illustrated in Fig. 2. Each picture element consists of an ohmic resistor y and one. Parallel capacity c. -In the course of the scanning, the electron beam moves from element to element:. It is assumed that -that the_ beam is resting on the element -za in Fig. 2. Depending on the size <of the ohmic resistance y and the special form of the secondary emission characteristic, a certain voltage drop will occur at this resistance. It is assumed that the secondary emission factor is greater than z and the secondary emission current ip flows in the signal circuit in the direction of the arrows shown. The voltage drop across the resistor associated with element n is ip - r. If the scanning beam now jumps from element n to the next n + z, the voltage drop ip - y will also be there. to adjust. This does not happen in leaps and bounds, but because the. At first the capacitor acts like a short circuit, with a certain speed, whereby the time constant depends on the element capacitance c ", - the sheet resistance per picture element and -the internal resistance of the discharge path. Fig.3 shows such a switch-on process. At first , at time t = o, the short-circuit current ip (t = o), caused solely by the secondary emission characteristic, flows. After a sufficiently long time (a few microseconds) has elapsed, the final value of the current ip due to the internal resistance of the secondary emission discharge path and the resistance y has been set If one now chooses the sampling time per picture element about as large as the decay constant of the current ip, the result is a curve for the scanning of several elements as shown in Fig. so (in the ideal case) a mean value of the Str omes a, as shown in dashed lines.

Die kontinuierliche Abtastung bei einer zusammenhängenden Schicht verläuft natürlich nicht mit solchen definierten Einschaltstößen, wie in Abb. q. gezeigt, jedoch bleiben -die Überlegungen im Prinzip auch dafür richtig, d: h. bei Abtastung liegt der Mittelwert des Signalstromes ip höher, gegenüber dem in Ruhezustand gemessenen Wert. Ahb.5 stellt den Verlauf des zeitlichen .Mittehvertes für verschieden große Elementarkapazitäten dar. . -Die Größe des Mittelwertes ist' ätihängig_von der Abtastgeschwindigkeit, oder, falls wir diese konstant halten, von der Zeitkonstante des Abklingvorganges. Diese wiederum-ist abhängig von dem Widerstand und der Kapazität eines Bildelementes sowie dem Innenwiderstand der Sekundäremissionsstrecke. Durch Veränderung der Kapazität des Elementes kann die Entladungsgeschwindigkeit und damit auch die Größe des über das Element gemittelten Signalstromes verändert werden.Continuous scanning of a continuous layer Of course, it does not run with such defined switch-on surges, as in Fig. q. shown, but the considerations in principle also remain correct for this, i.e. at Sampling, the mean value of the signal current ip is higher than that in the idle state measured value. Ahb. 5 shows the course of the temporal middle value for different large elementary capacities. -The size of the mean value is dependent on the scanning speed, or, if we keep this constant, the time constant of the decay process. This in turn depends on the resistance and the capacitance of a picture element and the internal resistance of the secondary emission path. By Changing the capacity of the element can affect the rate of discharge and thus the size of the signal current averaged over the element can also be changed.

- Zur Bildsignalerzeugung soll nun die Kapazitätsänderung bei Belichtung einer entsprechend gewählten oder präparierten DK-Substanz, z. B. eines Phosphors, .sogenannten DK-Phosphors;"verwendet werden. Die Kapazität c" ist also vom Licht abhängig.- In order to generate the image signal, the change in capacitance during exposure should now be used an appropriately selected or prepared DK substance, e.g. B. a phosphor, . So-called DK phosphor; "can be used. The capacity c" is therefore of the light addicted.

Zur Verwirklichung dieser erfindungsgemäßen lichtabhängigen Abklingsteuerung, wie man sie so nennen kann, kommt es darauf _ an, die Zeitkonstante des Abklingens pro Element für die Dunkelkapazität etwa. gleich.. der. Abtastzeit-_T eines Elementes zu machen. Diese Bedingung muß ungefähr eingehalten werden, um maximale Empfindlichkeit der Bildsenderöhren dieser neuen Art zu gewinnen. Bei geringeren Anforderungen an Empfindlichkeit sind natürlich mehr oder weniger große Abweichungen von der Bedingung möglich.To implement this light-dependent decay control according to the invention, what you can call it that, it depends _, the time constant of the decay per element for the dark capacity approximately. same .. the. Sampling time _T of an element to do. This condition must be met approximately to maximum To gain sensitivity of the image transmission tubes of this new type. With lesser ones Sensitivity requirements are of course more or less large deviations on condition possible.

Um die Bedingung einzuhalten, werden gemäß der Erfindung einige Maßnahmen angegeben. Bedingung für eine einwandfreie Wirkungsweise ist, daß die Leitfähigkeit des Phosphors mindestens so groß sein muß, daß sich jede Elementkapazität innerhalb der Bildwechseldauer wieder vollständig entladen kann.In order to meet the condition, some measures are taken according to the invention specified. The condition for proper functioning is that the conductivity of phosphorus must be at least so large that each element capacity is within the picture change time can be completely discharged again.

Für die Abklingkurve gilt die Zeitkonstante wobei R der hier linear angenommene Innenwiderstand der Sekundäremissionsentladungsstrecke ist. Ist R sehr groß, so muß y - c ungefähr gleich T sein, d. h. bei einem bestimmten Innenwiderstand- muß eine ganz bestimmte Kapazität (Schichtdicke) eingehalten werden, um optimale Signale zu bekommen. Der Schärfe des Fernsehbildes wegen kann die Schichtdicke nicht willkürlich eingestellt werden. Daher wird vorgeschlagen, die richtige Zeitkonstante durch geeignete Wahl des Ohmschen, spezifischen Widerstandes der Phosphorschicht einzustellen oder dies durch geeignete Beimengungen eines Widerstandsmaterials zur DK-Substanz zu erreichen. Je nach Abtastgeschwindigkeit (Zeilenzahl) kann dann von der Bildsenderöhre die optimale Signalstärke durch geeignete Dimensionierung geliefert werden.The time constant applies to the decay curve where R is the internal resistance of the secondary emission discharge path assumed here as linear. If R is very large, then y - c must be approximately equal to T , ie with a certain internal resistance, a very certain capacitance (layer thickness) must be maintained in order to get optimal signals. Because of the sharpness of the television picture, the layer thickness cannot be adjusted arbitrarily. It is therefore proposed to set the correct time constant by a suitable choice of the ohmic specific resistance of the phosphor layer or to achieve this by adding a resistor material to the DK substance. Depending on the scanning speed (number of lines), the image transmitter tube can then deliver the optimum signal strength through suitable dimensioning.

Die Vorspannung U wählt man so groß wie möglich in der in Abb. r gezeigten Polarität, jedoch nicht größer als der geradlinige Teil der Sekundäremissionskennlinie reicht.The preload U is chosen as large as possible in the one shown in Fig. R Polarity, but not greater than the straight-line part of the secondary emission characteristic enough.

Die Erfindung beruht also auf einer Veränderung der Elementarzeitkonstante jedes Bildelementes. Bei der bisher behandelten Ausführungsform wurde die Änderung dieser Zeitkonstante durch lichtelektrische Änderung der Elementarkapazität vorgenommen. Es ist ebenso möglich, die Änderung der Elementarzeitkonstante durch lichtelektrische Änderung des Elementarwiderstandes zu bewirken, d. h. den Bildschirm mit einer Schicht zu versehen, deren spezifischer Widerstand sich bei Belichtung ändert, wobei im Gegensatz zu den bekannten W iderstandsabtastern die oben ausgesprochene Bedingung für die Elementarzeitkonstante einzuhalten ist.The invention is therefore based on a change in the elementary time constant of each picture element. In the embodiment discussed so far, the change this time constant made by photoelectric change of the elementary capacitance. It is also possible to change the elementary time constant by photoelectric To change the elementary resistance, d. H. the screen with one layer to be provided, the specific resistance of which changes upon exposure, with im In contrast to the known resistance sensors, the condition stated above must be observed for the elementary time constant.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Image scanning tube with a screen made of a substance which changes its resistance and / or its dielectric constant when exposed and in which the light image projected onto the screen results in a distribution of the time constant corresponding to the content, which is derived from the capacitance c of the picture element selected by the beam, the resistance y of this element and the internal resistance R of a secondary emission discharge path, characterized in that the time constant of the decay per picture element for the Dark capacitance is selected to be approximately equal to the sampling time T of a picture element. z. Image scanning tube according to claim x, characterized in that the time constant condition is determined by the choice of the capacitance, e.g. B. by choosing the thickness of the layer struck by the beam is met. 3. image scanning tube according to claim Z, characterized in that the time constant condition is met by choosing the resistivity of the layer scanned by the cathode ray, z. B. by adding a resistor material to a DK substance. 4. image scanning tube according to claim Z to 3, characterized in that the layer scanned by the cathode ray is homogeneous. 5. Image scanning tube according to claim Z to 3, characterized in that the layer scanned by the cathode ray is somehow rasterized. Cited publications: Austrian patent specification No. 127 557; British Patent Nos. 340 964, 315 362; French Patent No. 783,646; ZS. for high frequency technology and electroacoustics, Nov. 1937, pp. Z45ff .; Phys. ZS., 38th year, No. 9, pp. 33o to 333.