DE1026782B - Verfahren zur Erzeugung von Fernsehbildsignalen mit einer Fernsehaufnahmeroehre - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Zur Erzeugung von Fernsehbildern ist das Ikonoskop bekanntgeworden, welches eine zeitliche Speicherung der photoelektrischen Aufladungen vornimmt und daher bereits um drei bis vier Größenordnungen empfindlicher ist als die klassische Fernsehsendeeinrichtung mit Nipkowscheibe und Photozelle. Es hat sich aber in der Praxis gezeigt, daß die Empfindlichkeit eines guten Ikonoskops auch noch nicht ausreicht, um bei normaler Beleuchtung Freilichtszenen zu senden, sondern daß man sehr starke künstliche Lichtquellen heranziehen muß. Bei schwachen Lichtquellen setzt das Eigengeräusch der Verstärkerröhren der weiteren Verwendung des Ikonoskops eine Grenze.

Andererseits ist von Zworykin eine neue Verstärkungsmethode angegeben, der »Sekundärelektronenvervielfacher« (electron multiplier), welcher sich durch ein wesentlich kleineres Eigengeräusch auszeichnet. Gelänge es, dieses Verfahren der direkten Stromverstärkung mit dem Prinzip der zeitlichen Speicherung des Ikonoskops zu vereinigen, so würde dadurch eine Vorrichtung geschaffen sein, welche wiederum um eine Größenordnung empfindlicher arbeitet als das normale Ikonoskop mit nachgeschaltetem Verstärker.

Eine derartige Vereinigung der beiden an sich bekannten Apparaturen ist in der bekannten Form derselben nicht möglich. Das bekannte Ikonoskop ist nämlich ein Spannungsgenerator, d. h., es liefert bei der Abtastung der Auffangfläche Spannungsschwankungen an seiner Ausgangselektrode und läßt sich daher nur an das Gitter einer normalen Verstärkerröhre anschließen, paßt aber nicht zu einem Elektronenstromverstärker. Hierzu ist es vielmehr notwendig, an Stelle eines Spannungsgenerators einen Elektronenstromgenerator zu haben.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Bildinhaltssignalen mit einer Fernsehaufnahmeröhre (Ikonoskop), bei dem ein optisches Bild auf eine photoelektrische Auffangplatte projiziert wird, wobei die hierdurch emittierten Photoelektronen ein elektronenoptisches Ladungsbild auf einer Photomosaik-Speicherplatte erzeugen, das mit Hilfe eines Lichtpunktes punktweise nacheinander abgetastet wird. Die durch den Abtastvorgang frei werdenden Elektronen werden dann mittels eines an sich bekannten Sekundärelektronenvervielfachers auf dem Wege der direkten Stromverstärkung weiter verstärkt. Der gesamte Vorgang findet somit in einer gemeinsamen Hochvakuumröhre statt.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform des Erfindungsgedankens dargestellt. Beim Originalikonoskop besteht die Bildauffangfläche selbst bereits aus isolierten photoelektrischen Partikeln. Diese emittieren während der Speicherzeit Elektronen und bekommen diese

Verfahren

zur Erzeugung von Fernsehbildsignalen
mit einer Fernsehaufnahmeröhre

Anmelder:

Loewe Opta A. G.,

Berlin-Steglitz, Teltowkanalstr. 1-4

durch den abtastenden Elektronenstrahl ersetzt. Bei dieser Vorrichtung sind also während der Abtastung keine neuen Elektronen zu gewinnen, sondern es werden Elektronen aus dem Strahl konsumiert. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung müssen diese Vorgänge daher abgeändert werden. Auf die speichernde Platte müssen während der Ruhezeit Elektronen aufgebracht werden, und diese müssen bei der Abtastung punktweise frei gemacht werden. Hierzu ist es notwendig, von der Bildauffangfläche zunächst einmal ein Elektronenbild auf elektronenoptischem Wege auf eine Mosaikfläche zu werfen. In Fig. 1 ist die Bildauffangfläche 1 eine zusammenhängende, also nicht unterteilte photoelektrische Platte. Auf diese Platte wird durch das Objektiv2 ein Bild des Gegenstandes3 über einen kleinen Spiegel 4 entworfen. Von diesem Lichtbild 3' wird durch eine einfache elektrische Linse, bestehend aus den Belegungen 5 und 6, ein Elektronenbild auf eine Platte 7 entworfen. Diese Platte 7 besteht ihrerseits aus einer isolierenden Glimmerscheibe 8, die auf der dem Röhreninneren zugewandten Seite eine mosaikhaft unterteilte Schicht winziger Photozellen Ta und auf der anderen Seite eine zusammenhängende geerdete Gegenelektrode 7 b enthält. Die Primärelektronen, dargestellt durch die Strahlen 9, müssen ein transversales Magnetfeld durchlaufen, welches die Papierebene senkrecht durchsetzt. Sie werden dabei in der gezeichneten Weise abgebogen. Durch eine Gegenelektrode 5 α, die sich auf etwa gleichem Potential befindet wie die Elektrode 5, werden die Elektronen 9 vor ihrem Auftreffen auf das Mosaik abgebremst und erreichen das Mosaik mit einer Spannung von weniger als 100 Volt. Bei dieser niedrigen Geschwindigkeit

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sind sie nicht mehr imstande., Sekundärelektronett aus der Schicht 7 α auszulösen, sondern laden nur die Partikeln dieser Schicht verschieden stark negativ auf. Die Schicht 7 α wird nunmehr, wie bereits vorgeschlagen, von einem optischen Raster 11 über ein Objektiv 12 belichtet und dabei punktweise entladen. Hierbei entstehen pro Bildelement Elektronenströme wechselnder Stärke, wobei die Zahl der Elektronen gleich der zeitlichen Summe der Elektronen 9 ist,

auf das ungefähre Potential des ankommenden Strahls auf und verharren unabhängig von der Stärke des sie treffenden Strahls auf diesem Potential. Erfindungsgemäß muß daher entweder der primäre Strahl so abgebremst werden, daß die Elektronen die Schicht mit einer Geschwindigkeit von unter 100 Volt treffen — dies kann außer durch die geschilderte Zylinderlinse auch dadurch erfolgen, daß man die Wand der Röhre 6 mit einer leitenden Schicht etwa in Form

welche nacheinander das betreffende Bildelement in io einer Graphitspirale überzieht und an die Enden dieser der Speicherungszeit erreicht haben. Da diese Elek- Spirale die gewünschten Abschlußpotentiale anlegt tronen die Platte verlassen, also eine entgegengesetzte (Nachverzögerung) —:, oder der gewünschte Effekt Flugrichtung haben wie die Primärelektronen 9, wer- kann durch Verwendung schnellerer Strahlen als etwa den sie von dem Magnetfeld 10 entgegengesetzt kreis- 2000 Volt erzielt werden, da von einer gewissen Geförmig abgebogen. Die Bahn ist durch 13 angegeben. 15 schwindigkeit an die Sekundäremission zur Deckung Die Elektronen werden durch eine Anode 14 aus der der Strombilanz zwischen ankommenden und abSchicht losgelöst. Sie treffen dann in der vom »elec- gehenden Elektronen nicht mehr ausreicht und dann tron multiplier« her bekannten Weise eine erste Anti- eine punktweise Aufladung proportional der Primärkathode 15, lösen dort verstärkte Sekundärelektronen Stromstärke einsetzt. Es ist dann möglich, neben der aus, deren Bahnen mit 16 eingezeichnet sind und die 20 magnetischen Richtungsanalyse noch eine Geschwinmun eine neue Antikathode 17 treffen usf. Jede der- digkeitsanalyse zur Trennung der Belichtungs- und artige zusätzliche Stufe erhält eine zugehörige neue Abtastelektronen vorzunehmen, indem man in den Sauganode, die für die Bahnen 16 mit 18 bezeichnet Strahlengang 13 der Fig. 1 eine Lochblende einist. Die Potentiale dieser sukzessiven Anoden liegen schaltet, welche nur die langsamen, durch 14 beschleustets um den gleichen Spannungsbetrag ins Positive 25 nigten Abtastelektronen passieren läßt, deren Bahnen gegeneinander verschoben. Jede Beschleunigungsanode genügend stark gekrümmt sind, während sie die ist mit der zugehörigen Platte verbunden, also die schnellen Primärelektronen 9 zurückhält.
Anode 14 mit der Antikathode 15, die Anode 18 mit Eine besondere einfache Ausführungsform des

der Antikathode 17 usw. Die letzte Antikathode, in optisch abgetasteten Ikonoskops mit angegliedertem diesem Fall 17, ist über einen Ankopplungswiderstand 30 Stromverstärker zeigt Fig. 2. Hierin bedeutet 23 eine 19 mit der letzten Beschleunigungsspannung 20 ver- Platte mit Löchern von Bildpunktgröße und 24 eine

ihr gegenüberstehende, nur aus Bildpunkten bestehende Fläche, bei welcher Silberpunkte auf einer isolierenden Trägerplatte 25 angeordnet sind. Eine solche An-Ordnung ist bereits früher beschrieben worden. Sowohl die Lochplatte 23 als auch die Punktplatte 24 sind nur auf der Innenseite, wo sie einander zugewendet sind, mit Cäsium aktiviert und photoempfindlich. Das Licht des zu übertragenden Gegenstandes 3

kann an Stelle einer geradsichtigen primären Ab- 40 fällt über eine Abbildungslinse 2 durch die Zwischenbildungsoptik 5, 6, 5 a mit eingebautem optischem räume zwischen den Bildpunkten 24 auf die aktivierte Umlenkspiegel 4 auch eine Abbildung mit magnetisch Schichtseite der Lochplatte 23. Von hier werden oder elektrisch gekrümmtem Strahlengang Verwen- Photoelektronen ausgelöst, die mit ihrer an sich dung finden, bei dem derartige Umlenkspiegel ent- niedrigen Eigengeschwindigkeit ohne Auslösung behrlich gemacht werden können. Ebenfalls kann die 45 störender Sekundäremission infolge des sehr geringen aus leuchtenden Punkten bestehende Rasterfläche 11 Abstandes zwischen beiden Platten auf die gegenüberliegenden Bildpunkte 24 auftreffen und diese dabei entsprechend stark oder schwach negativ aufladen. Sollte das Anlaufpotential nicht ausreichen, so kann 50 durch Einführung einer sehr feinmaschigen Anode 26 eine kleine Vorspannung von etwa 10 Volt zwischen die Lochplatte und die Anode gelegt werden, welche die Elektronen in beiden Richtungen beschleunigt.

Fig. 3 zeigt die Ansicht der Lochplatte von vorn,

chernde Mosaikfläche entworfen wird, daß diese dann 55 und zwar einen Ausschnitt aus derselben, aus dem punktweise durch Licht entladen wird und daß die hervorgeht, daß man zwischen die öffnungen in der

Lochplatte 23 noch ein Drahtnetz 26 so einschieben kann, daß dessen Drähte feiner sind als die zwischen

bunden, so daß an diesem Widerstand ein Endverstärker 22 angeschlossen werden kann, sobald die dort verfügbaren Spannungen über der Geräuschspannung dieses Verstärkerrohres liegen.

In Fig. 1 ist zur räumlichen Trennung von primären und sekundären Strömen ein Magnetfeld benutzt worden. Wie bekanntgeworden ist, kann statt dessen auch eine elektrostatische Optik Verwendung finden. Ferner

entweder mit einer mechanischen Zerlegermaschine in Verbindung mit einer technischen Lichtquelle oder aber auch durch den Leuchtsehirmraster einer Braunschen Röhre hergestellt werden.

Allen diesen verschiedenen Ausführungsformen, denen sich noch andere anreihen ließen, ist das erfindungsgemäße Merkmal gemeinsam, daß von dem Bildoriginal 3' zuerst ein Elektronenbild auf eine spei-

hierbei frei werdenden gespeicherten Elektronenströme im Wege der direkten Stromverstärkung durch Sekundäremission über den Geräuschpegel späterer Röhrenverstärker verstärkt werden.

Eine Röhre zur Umwandlung eines Lichtbildes in ein Elektronenbild ist bereits früher in einer praktischen Ausführungsform beschrieben worden. Der geschilderte Vorgang der punktweisen Entladung der Photomosaik-Speicherzellen vollzieht sich nur dann in der geschilderten Weise, wenn keine merkliche Sekundäremission im Dunkelzustand von diesen Zellen ausgeht; im allgemeinen, d. h. für Elektronenstrahlen von Geschwindigkeiten zwischen 100 und 2000 Volt,

den· Löchern von 23 vorhandenen Stege, so daß bei Betrachtung von links in Fig. 2 nur die Stege der Lochplatte 23 und bei Betrachtung von rechts nur die Bildpunkte von 24 sichtbar werden, während das Anodennetz 26 keine störende Schattenwirkung hervorbringt.

Eine andere Lösung des Elektronenbeschleunigungsproblems ist in Fig. 4 dargestellt und kommt ohne eine Zwischenanode 26 aus. Zu diesem Zweck wird ein Hochfrequenzgenerator 28 von mindestens dem Doppelten der höchsten Bildpunktfrequenz einerseits

ist dies nicht der Fall, sondern die Zeilen laden sich 70 zwischen die Lochplatte 23, andererseits zwischen eine

Hilfselektrode 27 gelegt. Dann besorgt das elektrostatische Feld die Auslösung der Elektronen aus der Lochplatte. Derselbe Hochfrequenzgenerator kann auch durch Gegentaktschaltung in der entgegengesetzten Richtung Elektronen aus der Mosaikplatte 24 befreien, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Dazu braucht man eine Gegenelektrode 27 a.

Nachdem auf diese Weise während der Speicherungszeit die Mosaikplatte 24 punktweise negativ aufgeladen ist, wird sie gemäß Fig. 2 nacheinander von einem abtastenden Lichtpunkt von rechts her über ein Objektiv 12 belichtet. Als Lichtquelle dient wieder eine Rastermaschine oder eine Braunsche Röhre, allgemein eine von einem leuchtenden Bildpunkt überstrichene Fläche 11. Dadurch werden die auf dem Mosaik 24 aufgehäuften Elektronen photoelektrisch frei gemacht, durch ein als Anode dienendes feinmaschiges Netz 30' mit positiver Vorspannung 29 gegen die Lochplatte nach außen befördert und nunmehr durch eine Elektronenoptik, die in der einfachsten Form aus zwei Zylindern 30, 31 besteht, von denen 31 auf einer noch höheren positiven Vorspannung 21 sich befindet, auf eine Antikathode 15 konzentriert. Hier werden in der an sich bekannten Weise Sekundärelektronen frei gemacht, die nun durch eine neue, kleinere Elektronenoptik 33/34 auf eine neue Antikathode und schließlich auf eine endgültige Abnahmeplatte 17 konzentriert werden. Die hier gezeichnete Elektronenoptik ist eine elektrostatische. Eine Batterie 20 ist mit voller Spannung von etwa 200 Volt gegenüber 15 an den Zylinder 34 und die Auffangplatte 17 über den Ankopplungswiderstand 19 angelegt, während die Abbildungselektrode 33 auf ein mittleres Potential von 20 eingestellt und dadurch fokussiert wird. 22 ist das Eingangsrohr des angeschlossenen Bildverstärkers.

Die Doppelplattenanordnung 23/24 enthält mindestens so viel Bildpunkte, wie das Quadrat der Zeilenzahl angibt, die gewünscht wird. Die Anordnung wird am besten mechanisch hergestellt, indem zunächst eine Lochplatte 23 gestanzt wird. Bei einer Größe von etwa 20 cm im Quadrat und 400 Zeilen hat das einzelne Loch dieser Platte immer noch einen Durchmesser von 0,5 mm, der leicht hergestellt werden kann. Verwendet man die bei der Herstellung von Nipkowscheiben ausgebildete Präzisionstechnik der Herstellung feinster Löcher von etwa 50 μ Durchmesser, so kann man einen 400zeiligen Raster bereits auf einer Platte von 4 cm im Quadrat unterbringen.

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Claims (13)

1. P A TE N T A N S P P. 0 C H ΕΙ. Verfahren zur Erzeugung von Bildinhaltssignalen mit einer Fernsehaufnahmeröhre, dadurch gekennzeichnet, daß ein optisches Bild auf eine photoelektrische Auffangplatte projiziert wird und daß die hierdurch emittierten Photoelektronen ein elektronenoptisches Ladungsbild auf einer Photomosaik-Speicherplatte erzeugen, welches mit Hilfe eines Lichtpunktes punktweise nacheinander abgetastet wird, und daß die durch den Abtastvorgang frei werdenden Elektronen mittels eines an sich bekannten Sekundärelektronenvervielfachers auf dem Wege der direkten Stromverstärkung weiter verstärkt werden.
2. 2. Fernsehaufnahmeröhre zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um von dem Abbildungsobjekt ein Elektronenbild auf einer Auffangplatte zu erzeugen, ferner eine aus lichtelektrischen Elementen bestehende Photomosaikplatte sowie Mittel, das Elektronenbild auf die Mosaikplatte zu projizieren, weitere Mittel, von den Bildelementen der Mosaikplatte nacheinander eine Elektronenabgabe, deren Stärke durch die räumliche Intensitätsverteilung des elektronenoptischen Abbildes bestimmt ist, durch Lichtstrahlabtastung auszulösen, und schließlich Mittel, die von der Mosaikplatte abgegebenen Elektronenströme im Wege der Direktstromverstärkung zu verstärken.
3. 3. Fernsehaufnahmeröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die primäre Auffangplatte, die Photomosaikplatte und die Mittel, das Elektronenbild auf die Mosaikplatte zu werfen, und die Stromverstärkungsmittel gemeinsam in einer evakuierten Röhre angeordnet sind.
4. 4. Fernsehaufnahmeröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um ein elektrisches oder magnetisches Feld zur Trennung der von der Photomosaikplatte durch die Abtastung ausgelösten Elektronen von den primären Photoelektronen zu erzeugen.
5. 5. Fernsehaufnahmeröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mosaikplatte eine geerdete Außenbelegung aufweist.
6. 6. Fernsehaufnahmeröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lichtstrahlenabtastung der Mosaikplatte eine Braunsche Röhre vorgesehen ist, auf deren Leuchtschirm ein Fernsehraster mit konstanter Punkthelligkeit abläuft.
7. 7. Fernsehaufnahmeröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lichtstrahlenabtastung der Mosaikplatte ein mechanischer BiIdflächenzerleger vorgesehen ist.
8. 8. Fernsehaufnahmeröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eingebaute Umlenkspiegel enthaltende Optiken zur trapezfehlerfreien und abgewinkelten Projektion eines optischen Bildes auf die Auffangplatten vorgesehen sind.
9. 9. Fernsehaufnahmeröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische oder magnetische Elektronenlinse zur elektronenoptischen Abbildung des primären Elektronenbildes auf die Photomosaikplatte vorgesehen ist.
10. 10. Fernsehaufnahmeröhre nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine derartige Bemessung der Betriebsspannungen, daß die die Mosaikplatte treffenden Abbildungselektronen so langsam oder so schnell auftreffen, daß die dabei auftretende Selbstentladung durch Sekundärelektronen gegenüber der primären Aufladung verschwindet.
11. 11. Fernsehaufnahmeröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die primäre Auffangplatte und die photoelektrische Mosaikplatte einander so nahe angeordnet sind, daß die von der primären Platte ausgehenden Elektronen infolge ihrer geringen Bahnlänge ein scharfes Elektronenbild auf die Mosaikplatte entwerfen, wobei zweckmäßig ein positiv geladenes Beschleunigungsgitter mit einer Vorspannung von wenigen Volt zwischen beiden Platten eingebaut oder ein äußeres Hochfrequenzfeld von mindestens Bildpunktfrequenz elektrostatisch mit dem Entladungsraum zwischen den beiden Platten gekoppelt ist (»Kontaktabzug«).
12. 12. Fernsehaufnahmeröhre nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die primäre Auffangplatte und die Mosaikplatte derart ausgestaltet und in Bezug aufeinander angeordnet sind, daß bei der Blickrichtung, bei der die primäre Auffangplatte

    hinter der Mosaikplatte erscheint (Blickrichtung von links in der Fig. 2), nur die photoelektrisch aktivierte Seite der die Auffangplatte bildenden Netzdrähte (Stege), bei der umgekehrten Blickrichtung nur die aktivierte Seite der Rasterpunkte der Mosaikplatte sichtbar sind, und daß das Bildlicht in der erstgenannten Richtung durch die Zwischenräume zwischen den Rasterpunkten auf die Stege der primären Auffangplatte, das Abtastlicht in der umgekehrten Richtung durch die Fensteröffnungen der primären Auffangplatte auf die Punktplattenschicht fällt.
13. 13. Fernsehaufnahmeröhre nach Anspruch 12 und/oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der Photomosaikplatte abgewandten Seite der primären Auffangplatte eine Absauganode in Form eines Gitters angeordnet ist, welcher eine elektrische oder magnetische Abbildung nachgeordnet ist, welche den durch die Abtastung ausgelösten Elektronenstrom auf eine feste Antikathode konzentriert, anschließend an welche eine oder mehrere weitere Elektronenabbildungsoptiken zur Konzentration auf weitere Antikathoden mit stufenweise erhöhter Vorspannung angeordnet sein können.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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