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Bildwiedergabevorrichtung mit mindestens zwei optisch in Kaskade geschalteten
Feststoff-Bildverstärkern Es sind sogenannte Feststoff-Bildverstärker bekannt, bei
denen ein Elektroleuchtmaterial zusammen mit einem durch Bestrahlung hinsichtlich
seiner elektrischen Eigenschaften umkehrbar zu beeinflussenden halbleitenden Material
- nachstehend als fotoempfindliches Material bezeichnet - eine zweidimensionale
Ausdehnung bildet, die zwischen Elektroden angeordnet ist, an die eine elektrische
Spannung angelegt wird. Bei einer derartigen Vorrichtung steuern die durch Bestrahlung
herbeigeführten Änderungen im fotoempfindlichen Material örtlich die Lichtemission
des Elektroleuchtmaterials.
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Eine solche Vorrichtung kann beispielsweise, wie dies schematisch
in Fig. 1 der Zeichnung angegeben ist, aus einer Anzahl unmittelbar aneinander anliegenden
Schichten bestehen, die auf einer Glasplatte angebracht sind. Die Vorrichtung nach
Fig. 1 umfaßt, von links nach rechts, eine als Grundlage dienende Glasplatte 1,
eine dünne durchsichtige Elektrode 2, eine Schicht 3, die im wesentlichen aus einem
fotoempfindlichen Material, wie beispielsweise Kadmiumsulphid, besteht, eine dünne
undurchsichtige Zwischenschicht 4, die beispielsweise aus einem schwarzen Lack oder
einem Mosaik kleinster Metallteilchen bestehen kann, eine Schicht 5, die im wesentlichen
aus einem Elektroleuchtmaterial besteht, beispielsweise mit Kupfer und Aluminium
aktiviertem Zinksulphid, und schließlich eine zweite durchsichtige Elektrode 6,
die, ähnlich wie die Elektrode 2, beispielsweise aus einer dünnen Schicht aus Gold,
leitendem Zinnoxyd oder einem Metallgitter besteht. Die Glasplatte 1 kann durch
eine Schicht ersetzt werden, die aus einem Gewebe dünner Glasfäden besteht und somit
mehr oder weniger biegsam ist. Den Elektroden 2 und 6 wird eine elektrische Spannung
V aufgedrückt, für die die Schichten 3, 4 und 5 in Reihe stehen. Die Spannung V,
die als Betriebsspannung bezeichnet wird, kann eine Gleichspannung sein, in der
Regel ist es jedoch vorteilhafter, eine Wechselspannung oder eine aus periodischen
Impulsen oder Impulsreihen bestehende Spannung zu benutzen. Wenn mit einem von links
kommenden Strahlenbündel auf der fotoempfindlichen Schicht 3 ein Bild entworfen
wird, wodurch die elektrische Leitfähigkeit und bzw. oder die dielektrische Konstante
des fotoempfindlichen Materials - und infolgedessen die elektrische Impedanz dieser
Schicht - örtlich in Abhängigkeit der Intensität der auffallenden Strahlung geändert
wird, so ändert sich die Verteilung der Spannung Y auf die in Reihe geschalteten
Schichten 3, 4 und 5 gleichfalls örtlich, wobei die Spannung über der Elektroleuchtschicht
5 mehr oder weniger zunimmt. Infolgedessen wird die Elektroleuchtschicht 5 zur Elektrolumineszenz
im Muster des von der Strahlung auf der Schicht 3 erzeugten Bildes gebracht.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, eine Anzahl Feststoff-Bildverstärker
optisch in Kaskade zu schalten, wobei die Elektroleuchtstrahlung eines vorhergehenden
Feststoff-Bildverstärkers ein Bild auf der fotoempfindlichen Schicht eines nächstfolgenden
Feststoff-Bildverstärkers erzeugt. Eine solche Kaskadenschaltung ist dadurch erzielbax,
daß zwischen aufeinanderfolgenden Bildverstärkern ein optisches System angeordnet
wird, oft ist es jedoch einfacher, aufeinanderfolgende Bild= verstärker unmittelbar
aneinander anzulegen. Bei dieser früher vorgeschlagenen Kaskadenschaltung ist angegeben,
daß die unterschiedlichen Bildverstärker an der gleichen Spannungsquelle liegen
und somit mit der gleichen Spannung gespeist werden. Es hat sich herausgestellt,
daß ein solches Speiseverfahren verschiedener in Kaskade geschalteter Feststoff-Bildverstärker
zur Folge hat, daß das am Ende erzielte Bild häufig hinter den Erwartungen zurückbleibt,
insbesondere hinsichtlich der Helligkeit und des Kontrastes. Die Erfindung bezweckt,
eine Maßnahme anzugeben, durch die dies verbessert wird.
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Gemäß der Erfindung ist eine Bildwiedergabevorrichtung mit wenigstens
zwei optisch in Kaskade geschalteten Feststoff-Bildverstärkern der eingangs beschriebenen
Art dadurch gekennzeichnet, daß durch geeignete Wahl der Frequenz der Betriebsspannung
des zweiten von je zwei in der Kaskadenanordnung aufeinanderfolgenden Verstärkern
die mittlere Intensität des optischen Ansprechbereiches dieses zweiten Verstärkers
derart eingestellt ist, daß dieser optische Ansprechbereich und der Bereich
der
von der Emission des vorangehenden Verstärkers herrührenden Beleuchtungsintensitäten
dieses zweiten Verstärkers einander im wesentlichen decken.
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Unter dem Eingangspegel eines Bildverstärkers ist hier die Bestrahlungsintensität
der fotoempfindlichen Schicht in den Halbtönen eines auf dieser Schicht von einer
äußeren Strahlungsquelle, beispielsweise einem vorhergehenden Bildverstärker, erzeugten
Bildes zu verstehen.
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Mit dem Ausdruck »optischer Ansprechbereich@; wird hier das Intervall
für die Bestrahlungsintensität Bi der fotoempfindlichen Schicht gemeint, innerhalb
dessen eine Änderung von Bi eine Änderung der Helligkeit BZ der Elektroleuchtschicht
herbeiführt. Mit »Ausgangsbereich<. ist hier das dem Eingangsbereich entsprechende
Intervall der Leuchtstärke B2 der Elektroleuchtschicht gemeint. Die Kurve, die für
einen bestimmten Bildverstärker unter gegebenen Betriebsverhältnissen die Beziehung
zwischen B1 und BZ darstellt, wird als Charakteristik des Verstärkers bezeichnet.
Häufig ist es übersichtlicher, log BZ gegen log B1 aufzutragen, die so erzielte
Kurve wird hier als die logarithmische Charakteristik bezeichnet. Diese logarithmische
Charakteristik ist vom Aufbau des Bildverstärkers und der Natur der dabei verwendeten
Materialien, der Natur der Strahlung auf der fotoempfindlichen Schicht und von der
Natur und dem Wert der Betriebsspannung an den Elektroden abhängig. Wenn das Elektroleuchtlicht
nicht oder nur wenig auf das fotoempfindliche Material zurückwirkt, zeigt die logarithmische
Charakteristik die Gestalt der Kurve 21 (gezogene Linie) der Fig. 2, d. h., für
Werte von log Bi unterhalb einer bestimmten Grenze A1 und für Werte von log Bi oberhalb
einer bestimmten Grenze AE praktisch waagerecht mit einem zwischenliegenden ansteigenden
Teil. Das Intensitätsintervall W von B1 zwischen Al und A2 ist als der optische
Ansprechbereich bezeichnet, dieser Bereich überstreicht somit den ansteigenden Teil
PQ der logarithmischen Charakteristik.
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Das Intervall der Leuchtstärke Ba zwischen den Werten gehörend zu
den Punkten P und Q ist der Ausgangsbereich des Verstärkers bei den gegebenen Umständen.
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Wird auf der fotoempfindlichen Schicht eines Feststoff-Bildverstärkers
ein Strahlungsbild entworfen, so ergeben die Kontraste in diesem Bild Kontraste
im Elektroleuchtbild, sofern sie in den optischen Ansprechbereich des Bildverstärkers
fallen.
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Bei einer Kaskadenschaltung von wenigstens zwei Bildverstärkern, wobei
die mittlere Beleuchtungsstärke der fotoempfindlichen Teile der verschiedenen Bildverstärker
verschieden ist, ergibt sich somit nur dann eine rationelle Bildwiedergabe, wenn
die Lagen der optischen Ansprechbereiche der Bildverstärker verschieden sind. Es
hat sich herausgestellt, daß die Lage des optischen Ansprechbereichs in dem Sinne
von der Betriebsspannung abhängig ist, daß praktisch nur die Frequenz der Betriebsspannung
hierfür bestimmend ist. Es wird beispielsweise für denselben Bildverstärker bei
einer höheren Frequenz der Betriebsspannung, als für die die Kurve 21 der Fig. 2
gilt, die gestrichelt dargestellte Kurve 22 gefunden. Der neue optische Ansprechbereich
W', der von den Abszissen Al' und A2' bestimmt wird, die zu den Endpunkten R und
S des ansteigenden Teiles der Kurve 22 gehören, ist gegenüber dem optischen Ansprechbereich
W der Charakteristik 21 nach höheren Intensitäten von Bi verschoben. Durch die Wahl
der Frequenz der Betriebsspannung ist somit Anpassung eines Bildverstärkers an seinen
Eingangspegel möglich.
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Die Erfindung wird an Hand zweier in den Fig. 3 und 4 der Zeichnung
schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Fig. 3 zeigt schematisch
eine Kaskadenschaltung dreier Feststoff-Bildverstärker 31, 32 und 33, wobei die
Elektroleuchtschicht eines jeden Verstärkers der fotoempfindlichen Schicht des nächstfolgenden
zugewendet ist. Die Verstärker sind unmittelbar in Berührung miteinander, und zwar
so, daß die Elektrode auf der Elektroleuchtschicht eines Verstärkers an der Elektrode
auf der fotoempfindlichen Schicht des nächstfolgenden Bildverstärkers anliegt. Diese
beiden Elektroden können durch eine einzige ersetzt werden, die sowohl mit der Elektroleuchtschicht
des einen als auch mit der fotoempfindlichen Schicht des anderen Bildverstärkers
in Berührung ist. Auf der fotoempfindlichen Schicht des Verstärkers 31 wird mittels
eines optischen Systems 38 ein Bild des Schirmes 39 einer Fernsehprojektionsröhre
entworfen.
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Dem Bildverstärker 31 wird von einer Wechselspannungsquelle 35 eine
Betriebsspannung Vi, dem Verstärker 32 von einer Wechselspannungsquelle 36 eine
Betriebsspannung V2 und dem Bildverstärker 33 von einer Wechselspannungsquelle 37
eine Betriebsspannung V3 zugeführt. Die Amplituden der Spannungen Vi, V2 und V3
sind einander nahezu gleich, ihre Frequenzen jedoch sind verschieden. Die Frequenz
f1 der Spannung V1 ist niedriger als die Frequenz f2 der SpannungV2, die ihrerseits
wieder niedriger als die Frequenz f3 der Spannung V3 ist. Das Verhältnis dieser
Frequenzen ist so gewählt, daß der optische Ansprechbereich des Verstärkers 32 bzw.
33 der mittleren Helligkeit der Elektroleuchtschicht des vorhergehenden Verstärkers
31 bzw.32 angepaßt ist.
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Wird der mittlere Verstärkungsgrad im optischen Ansprechbereich für
den Bildverstärker 31 mit F1 und für den Bildverstärker 32 mit FZ bezeichnet,
so wird diese Bedingung erfüllt, wenn
Die Frequenz f1 wird entsprechend der mittleren Beleuchtungsstärke des fotoempfindlichen
Teiles des Verstärkers 31 gewählt, welche Beleuchtungsstärke von den Stellen
mittlerer Helligkeit des Bildes auf dem Schirm 39 und dem optischen System
38 bestimmt wird. Bei einer niedrigen Beleuchtungsstärke wird eine niedrige
Frequenz f1 gewählt, aus praktischen Gründen ist diese Frequenz jedoch in der Regel
nicht niedriger als 50 Hz. Wenn f1 beispielsweise 50 Hz ist und die Verstärkung
der Verstärker 31 und 32 je zehn ist, so werden gute Ergebnisse erzielt, wenn f2
etwa 500 Hz und f3 etwa 5000 Hz ist.
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In Fig.4 bezeichnet 41 einen demjenigen der Fig. 1 analogen Feststoff-Bildverstärker,
dessen Elektroden mit einer Spannungsquelle 42 verbunden sind. Diese Spannungsquelle
liefert eine Wechselspannung mit einer Frequenz f4 von etwa 100 Hz. Mittels einer
Strahlungsquelle 43 wird auf der fotoempfindlichen Schicht des Verstärkers
41 ein Bild eines fotografischen Positivs 44
erzeugt, von dem die Elektroleuchtschicht
dieses Verstärkers im Muster dieses Bildes zum Elektroleuchten gebracht wird. Mittels
eines optischen Systems 45 wird die Elektroleuchtschicht des Verstärkers 41 auf
der fotoempfindlichen Schicht eines zweiten Feststoff-Bildverstärkers 46 abgebildet,
der sich nur hinsichtlich des Flächeninhaltes von dem Verstärker 41 unterscheidet.
Dieser zweite Verstärker 46 wird von einer Wechselspannungsquelle 47 gespeist, die
den Elektroden dieses Verstärkers eine Wechselspannung mit einer Frequenz f6 liefert.
Diese Frequenz ist so gewählt, daß, wenn F4 der Verstärkungsgrad des Verstärkers
41 und 0 das mittels des optischen Systems 45 und seiner Anordnung erzielte Verhältnis
der Leuchtstärke der Elektroleuchtschicht
des Verstärkers 41 und
der zugehörigen Beleuchtungsstärke der fotoempfindlichen Schicht des Verstärkers
46 ist, die Beziehunz
erfüllt wird. Wenn beispielsweise, wie vorstehend erwähnt, f4 gleich 100 Hz, F4
etwa gleich 50 Hz und 0 etwa gleich 110 Hz ist, so ist es vorteilhaft, f5 etwa gleich
45 Hz zu wählen. Auf diese Weise wird der optische Ansprechbereich des Verstärkers
46 dem von dem System 45 auf diesem Verstärker erzeugten Bild angepaßt.
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Wenn ein Feststoff-Bildverstärker im optischen Ansprechbereich eine
lineare Verstärkung liefern würde, so wäre die logarithmische Charakteristik in
diesem Bereich eine gerade Linie unter einem Winkel von 45° mit der waagerechten
Achse. In der Regel jedoch ist die logarithmische Charakteristik in diesem optischen
Ansprechbereich nicht gerade und verläuft außerdem teilweise steiler. Dies hat zur
Folge, daß, sofern nicht in den Rändern des optischen Ansprechbereiches gearbeitet
wird, der Kontrast im Ausgangsbild größer als in dem auf der fotoempfindlichen Schicht
erzeugten Eingangsbild ist. Dies kann bei einer Bildwiedergabevorrichtung mit einer
Anzahl in Kaskade geschalteter Feststoff-Bildverstärker teilweise aufgehoben werden,
wenn dafür gesorgt wird, daß einer der Verstärker im unteren Teil seiner Charakteristik,
beispielsweise PT der Kurve 21 der Fig. 2, und ein anderer in dem oberen Teil seiner
Charakteristik, beispielsweise US der Kurve 22 der Fig. 2, arbeitet. Es leuchtet
ein, daß dies durch die Wahl der Frequenz der Betriebsspannungen erzielbar ist.
Weil die erwähnten Teile der Charakteristik entgegengesetzt gekrümmt sind, ist auf
diese Weise eine annähernd lineare Gesamtverstärkung erzielbar. Dabei ist es erforderlich,
daß der Kontrastumfang des Eingangsbildes jedes Verstärkers kleiner als sein optischer
Ansprechbereich ist.