DE1237813B - Lichtpunktabtaster mit einer Kathodenstrahlroehre - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

G06k

Deutsche Kl.: 42 m6 - 7/10

Nummer: 1237 813

Aktenzeichen: J 27223IX c/42 m6

Anmeldetag: 24. Dezember 1964

Auslegetag: 30. März 1967

Die Erfindung betrifft einen Lichtpunktabtaster mit einer Kathodenstrahlröhre zur Erzeugung des abtastenden Lichtpunktes und mit zwei lichtelektrischen Elementen zur Aufnahme des Lichtes von den abgetasteten Mustern.

Lichtpunktabtaster werden insbesondere bei der Zeichenerkennung verwendet.

Durch die USA.-Patentschrift 3 002 048 ist bereits ein Kathodenstrahllichtpunktabtaster für Bilder bekannt, bei dem das abgetastete Licht durch drei Photomultiplier aufgenommen wird. Diese Abtastvorrichtung wird beim Farbfernsehen verwendet. Vor den Photomultipliern ist je ein optisches Filter angeordnet, die jeweils eine der Grundfarben Rot, Grün und Blau hindurchlassen. Durch diese USA.-Patentschrift ist ferner bekannt, die aus dem Lichtpunktabtaster erhaltenen Videosignale dadurch zu stabilisieren, daß die Signale vom Ausgang eines Videoverstärkers zur Regelung zu dessen Eingang oder zum Photomultiplier zurückgekoppelt werden.

In dem Aufsatz »Der automatische Kontrastausgleich«, erschienen in der Zeitschrift »Umschau in Wissenschaft und Technik«, 1959, H. 6, S. 180 und 181, ist ein Lichtpunktabtaster beschrieben, der eine Kathodenstrahlröhre verwendet und zwei Photozellen zur Aufnahme des durch ein Bild hindurchtretenden Lichtes besitzt. Mit diesem Lichtpunktabtaster ist es möglich, Kontraste in Bildern, wie z. B. Photographien und Röntgenaufnahmen, auszugleichen, indem die dunklen Bereiche eines Negativs mehr und die hellen Bereiche weniger belichtet werden. Das mit beiden Photozellen aufgenommene Licht wird zur Regelung der Helligkeit des abtastenden Lichtpunktes ausgenutzt. Die Ausgangssignale aus der einen Photozelle werden integriert, um Helligkeitsunterschiede in größeren Bildbereichen auszugleichen, während die andere Photozelle sehr schnell anspricht, um eine schnelle Regelung zu bewirken.

In der deutschen Patentschrift 1099 771 ist eine photoelektrische Abtasteinrichtung beschrieben, die zum Feststellen einer Briefmarke auf einem Brief benutzt wird. Die verschiedenen Frequenzanteile des Abtastsignals werden durch Filter getrennt und in verschiedenen Pfaden verarbeitet. Die Ausgangssignale der Pfade werden in einer logischen Schaltung zusammengeführt, und die Ausgangssignale der logischen Schaltung zeigen das Vorhandensein einer Briefmarke an.

Durch die britische Patentschrift 887 904, S. 3, Zeilen 6 bis 13, ist ferner bereits eine Kompensationsschaltung für einen lichtelektrischen Abtaster mit Kathodenstrahlröhre bekannt, bei der eine zusätz-Lichtpunktabtaster mit einer Kathodenstrahlröhre

Anmelder:

International Business Machines Corporation,

Armonk, N.Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. E. Böhmer, Patentanwalt,

Böblingen, Sindelfinger Str. 49

Als Erfinder benannt:

Pierre Essinger, Vence (Frankreich);

Evon Constantine Greanias, Chappaqua, N.Y.;

Philip Francis Meagher,

Mahopac, N.Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 31. Dezember 1963
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liehe Photozelle vorgesehen ist, die Licht unmittelbar vom Schirm der Kathodenstrahlröhre empfängt und über einen Verstärker eine Vorspannung an das Gitter der Röhre in der Weise überträgt, daß Helligkeitsschwankungen des Abtastlichtpunktes auf dem Schirm ausgeglichen werden.
Eine ebenfalls bekannte Anordnung zur Regelung des Kontrasts und der Empfindlichkeit bei lichtelektrischen Abtastgeräten ist in der deutschen Patentschrift 1099 244 (Spalte 5, Zeilen 11 bis 16) beschrieben. Sie bedient sich eines Sekundärelektronenvervielfachers, dessen Verstärkungsfaktor durch einen Rückkopplungskreis vom Videoverstärker zu einer Dynode des Sekundärelektronenvervielfachers regelbar ist.

Zweck der Erfindung ist es, bei einem Lichtpunktabtaster das Phosphorrauschen der Kathodenstrahlröhre zu unterdrücken. Der Fluoreszenzschirm einer Kathodenstrahlröhre wird normalerweise durch Ablagerung von Phosphorpartikelchen aus einer Suspension in einem flüssigen Träger hergestellt. Nachdem die Phosphorschicht sich abgesetzt hat und der flüssige Träger abgegossen ist, wird die Phosphorschicht getrocknet. Dieses Verfahren zur Herstellung eines Leuchtschirmes liefert einen Belag von vonein-

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ander getrennten Phosphorpartikelchen, die an der inneren Oberfläche der flachen Schirmwand der Röhre haften. Wenn ein scharf fokussierter Elektronenstrahl den fluoreszierenden Schirm der Röhre abtastet, so liegt es in der Eigenschaft des Leuchtschirmes, daß die Helligkeit des Lichtpunktes abhängig von der Größe der Phosphorpartikeln schwankt. Dabei entstehen Intensitätsänderungen mit relativ hoher Frequenz, die um so höher wird, je mehr der Abtastlichtpunkt in seiner Größe vermindert wird, um eine höhere Auflösung für den abzutastenden Aufzeichnungsträger zu erzielen. Diese Intensitätsänderungen sind jedoch unerwünscht, da sie ein hochfrequentes Rauschband im Videosignal erzeugen.

Gekennzeichnet ist die Erfindung dadurch, daß der die Phosphorrauschkomponenten enthaltende Frequenzbereich aus dem Signal des einen lichtelektrischen Elementes, bezogen auf die Frequenz des Phosphorrauschens, gegenphasig dem Signal aus dem anderen lichtelektrischen Element überlagert wird.

Nachstehend soll die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung stellt einen Lichtpunktabstaster mit Kathodenstrahlröhre dar, der den erfindungsgemäßen Lichtpunktabtaster und zusätzlich Regelschaltungen zur Konstanthaltung der Helligkeit des Lichtpunktes enthält.

Der in der Zeichnung dargestellte lichtelektrische Abtaster besitzt zur Erzeugung eines Abtastlichtpunktes eine Kathodenstrahlröhre 10, die in bekannter Weise eine Kathode 11, eine Steuerelektrode 12 für die Strahlhelligkeit und eine erste und zweite Anode 13 und 14 besitzt. Die Stromversorgung erfolgt durch das Netzgerät 15. Der elektromagnetisch fokussiert© Elektronenstrahl bildet auf dem fluoreszierenden Schirm 16 der Kathodenstrahlröhre einen kleinen Lichtpunkt hoher Intensität und wird in zwei senkrecht aufeinander stehenden Koordinaten mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten mittels zweier Ablenkspulen 17 und 18 abgelenkt, die aus einem Kippspannungsgenerator 19 mit einem Sägezahnablenkstrom versorgt werden. Auf diese Weise bewegt sich der Lichtpunkt auf dem fluoreszierenden Schirm 16 mit gleichförmiger, hoher Geschwindigkeit auf horizontalen Linien über den Schirm und wird dabei mit gleichförmiger, jedoch langsamerer Geschwindigkeit senkrecht dazu vom oberen Teil des Schirmes zum unteren abgelenkt. Das vom Lichtpunkt erzeugte Bild wird über das Objektiv 20 und den Spiegel 21 auf den Aufzeichnungsträger 23 projiziert, um die Helligkeitskontraste der aufgedruckten oder handgeschriebenen Zeichen auf dem Aufzeichnungsträger abzutasten.

Das vom Aufzeichnungsträger 22 reflektierte Licht ist intensitätsmoduliert und wird von einem Sekundärelektronenvervielfacher 25 in elektrische Videosignale umgewandelt. Der Ausgang des Sekundärelektronenvervielfachers 25 ist mit dem Eingang eines Gleichspannungsverstärkers 26 verbunden, dessen Gleichspannungsrückkopplung durch einen Widerstand 27 angedeutet ist. Solche Verstärker haben im allgemeinen eine konstante Verstärkung von 0 bis etwa 2 kHz, bei höheren Frequenzen fällt die Verstärkung um etwa 20 db pro Dekade ab. Sie besitzen im allgemeinen eine Eingangsimpedanz größer als 10* Ohm und liefern eine Ausgangsspannung von etwa +5VoIt bei einem Ausgangsstrom von etwa ±5mA.

Die vom Verstärker 26 gelieferten Videosignale werden in einem Detektor 28 gleichgerichtet und die Gleichstrom- und Niederfrequenzanteile werden dem Eingang eines Gleichspannungsverstärkers 29 zugeführt. Die im Gleichspannungsverstärker 26 verstärkten Videosignale werden außerdem einem Detektor 30 zugeführt. Die zum mittleren Frequenzbereich gehörenden Teile des Videosignals werden vom Detektor 30 aus einem Mittelbereichsverstärker

ίο 31 zugeführt, der eine gleichförmige Verstärkung von etwa 10 Hz bis zu 10 kHz aufweist. Die Ausgangssignale der Verstärker 29 und 31 werden einer Stromversorgungsschaltung 32 zugeführt, um die Größe der von der Stromversorgungsschaltung 32 erzeugten Spannungen für die verschiedenen Elektroden des Sekundärelektronenvervielfachers 25 zu steuern. Die verstärkten Frequenzkomponenten des mittleren Frequenzbereichs des Videosignals können vom Ausgang des Verstärkers 31 über einen Schalter 33 und einen

so Kopplungskondensator 34 der Kathodenstrahlröhre 11 zur Modulation des Kathodenstrahls zugeführt werden.

Zur Überwachung der Helligkeit des Schirmes 16 der Kathodenstrahlröhre 10 ist ein weiterer Sekundärelektronenvervielfacher 38 vorgesehen, dessen Ausgangsspannung sich unverzögert mit der Helligkeit des Lichtpunktes auf dem fluoreszierenden Schirm ändert. Dieses elektrische Signal wird dem Eingang eines Gleichspannungsverstärkers 39 zugeführt, der den Gleichspannungsverstärkern 26 und 29 entspricht. Die Frequenzkomponenten des mittleren Frequenzbereichs des Signals am Ausgang des Verstärkers 39 werden im Mittelbereichsverstärker 41 verstärkt, der in seiner Ausführung dem Verstärker 31 entspricht. Die verstärkten Signale der Verstärker 39 und 41 werden verschiedenen Steuerstromkreisen der Stromversorgungsschaltungen 42 zugeführt, um über diese die Amplituden der den verschiedenen Elektroden des Sekundärelektronenverfielfachers 38 zugeführten Spannungen zu steuern.

Die verstärkten Signale am Ausgang des Verstärkers 39 weisen eine hochfrequente Phosphorrauschkomponente auf, die über einen Hochfrequenzverstärker 45 einem Summierverstärker 46 zugeführt wird. Die verstärkten Videosignale am Ausgang des Verstärkers 26 werden ebenfalls dem Eingang des Hochfrequenzverstärkers 46, jedoch mit entgegengesetzter Polarität gegenüber den Hochfrequenzrauschkomponenten des Verstärkers 45, zugeführt.

Ein verstärktes Videosignal, das praktisch frei von hochfrequenten Rauschkomponenten ist, steht auf der Ausgangsleitung 47 des Summierverstärkers 46 zur weiteren Auswertung zur Verfugung.

Bevor die Arbeitsweise des Lichtpunktabtasters im einzelnen beschrieben wird, muß darauf aufmerksam gemacht werden, daß das Videosignal, das vom Sekundärelektronenvervielfacher 25 erzeugt wird, bei der Abtastung des Aufzeichnungsträgers 22 unerwünschte und unregelmäßige Amplitudenänderungen aufweist. Ein Teil dieser Unregelmäßigkeiten liegt begründet in Änderungen des Verstärkungsfaktors des Sekundärelektronenvervielfachers 25 infolge Arbeitspunktverschiebungen und Änderungen seiner Empfindlichkeit durch Schwankungen der von der Stromversorgungsschaltung 32 gelieferten Betriebsspannungen. Ein weiterer Grund für die Unregelmäßigkeiten im Videosignal liegt in der Abhängigkeit des Wirkungsgrades des Sekundärelektronenverviel-

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fachers 25 vom unterschiedlichen Einfallswinkel des nungsänderungen des Netzgerätes für die Stromvervon den verschiedenen Bereichen des Aufzeichnungs- sorgung der Kathodenstrahlröhre 10, oder Ungleichträgers 22 reflektierten Lichtstrahls. Weitere unregel- mäßigkeiten im Belag des Fluoreszenzschirmes der mäßige Amplitudenänderungen des Videosignals sind Röhre 10 durch Schließen des Schalters 33 ausgebegründet in der ungleichmäßigen Alterung der ver- 5 glichen, wobei dann die mittelfrequenten Amplitudenschiedenen Stellen des fluoreszierenden Schirmes 16 komponenten vom Verstärker 31 der Kathode 11 der und in der ungleichmäßigen Reaktion auf den Elek- Kathodenstrahlröhre 10 zugeführt werden. Durch trodenstrahl der Kathodenstrahlröhre 10, in Ände- diese Maßnahme wird die Kathode 11 in solcher rungen der Lichtintensität des Kathodenstrahls in- Weise beeinflußt, daß die Helligkeit des Abtastlichtfolge Spannungsschwankungen der Stromversorgung io punktes durch Ausgleich der mittelfrequenten Ändefür die Kathodenstrahlröhre und in unterschiedlichen rungen konstant gehalten wird. Wenn jedoch eine Lumineszenzeigenschaften der Partikeln des Fluores- ungleichmäßige Alterung von Stellen des fluoresziezenzschirmes 16, die sich in Phosphorrauschfrequenz- renden Schirmes 16 vorliegt und Schwankungen der komponenten äußern. Helligkeit des Abtastlichtpunktes verursacht, dann ist Neben dem Phosphorrauschen des Videosignals *5 die Rückführung der Signalkomponente zur Kathode sind weitere Änderungen des Videosignals entweder H, wie oben beschrieben, unerwünscht, weil diese von langer Dauer oder sie gehören dem Nieder- ^ßi^ne weitere Alterung der mangelhaften Stellen befrequenz- bzw. dem Mittelfrequenzbereich an. Die schleunigt und auf diese Weise die Bedingungen ver-Amplitudenänderungen des Videosignals, die sich stärkt, die Anlaß zur diesen unerwünschten Ampliz. B. aus dem unterschiedlichen Einfallswinkel des *o tudenveränderungen des Videosignals gegeben haben, reflektierten Lichtes beim Sekundärelektronenverviel- In diesem Fall ist der Schalter 33 offenzulassen,
fächer 25 ergeben, erscheinen im Mittelfrequenz- Die Arbeitsweise der Baugruppen 38 bis 42 ist bereich, wenn man die Bewegung des Abtastlicht- ähnlich jener der eben beschriebenen mit dem Unterpunktes in der horizontalen Richtung berücksichtigt, schied, daß das Videosignal nicht mit einbegriffen oder es entstehen relativ niederfrequente Änderungen as ist. Der Sekundärelektronenvervielfacher 38 überbei Berücksichtigung des Abtastlichtstrahls in senk- wacht die Helligkeit des Abtastpunktes, der vom rechter Richtung. Die unerwünschten nieder- und Fluoreszenzschirm 18 der Kathodenstrahlröhre 10 mittelfrequenten Änderungen der Amplitude des erzeugt wird, und liefert an seinem Ausgang ein Videosignals, das vom Sekundärelektronenverviel- elektrisches Steuersignal, welches sich mit der Amfacher 25 erzeugt wird, werden vom Gleichspan- 3<> plitude der Helligkeit des Abtastlichtpunktes ändert, nungsverstärker 26 verstärkt, in den Detektoren 28 Die sehr niederfrequenten Anteile dieses Steuersignals und 30 gleichgerichtet und von den Verstärkern 29 von etwa 0 bis 100 Hz werden durch den Verstärker bzw. 31 weiter verstärkt. Die Ausgangssignale der 39 auf einen Steuerkreis der Stromversorgungsschal-Verstärker 29 und 31 steuern die Stromversorgungs- tung 42 übertragen. Die Frequenzkomponenten des schaltung 32 für den Sekundärelektronenvervielfacher 35 Steuersignals im mittleren Frequenzband mit kleine-25 in der Weise, daß die unerwünschten nieder- und rer Amplitude werden durch den Mittelbereichvermittelfrequenten Amplitudenänderungen im Video- stärker 41 verstärkt und einem zweiten Steuerkreis signal ausgeglichen werden. Zu diesem Zweck wer- der Stromversorgungsschaltung 42 zugeführt. Unter den die Detektoren 28 und 30 durch alle Amplituden- Steuerung der Ausgangssignale der Verstärker 39 und änderungen des Videosignals von der Frequenz Null 4° 41 ändert die Stromversorgungsschaltung 42 die dem (Gleichstrom) bis zu einer oberen Frequenzgrenze Sekundärelektronenvervielfacher 38 zugeführten des Mittelfrequenzbereiches beeinflußt. Jeder der Spannungen, um dessen Verstärkungsfaktor zu Detektoren 28 und 30 enthält Widerstands- und regeln. Diese Regelung wird so durchgeführt, daß Kapazitätsglieder, die so abgestimmt sind, daß der die Größen aller nieder- und mittelfrequenten Ampli-Detektor eine ausreichend lange Zeitkonstante be- 45 tudenänderungen im Steuersignal am Ausgang des sitzt und daß jeder Detektor verhältnismäßig un- Sekundärelektronenvervielfachers 38 kompensiert empfindlich gegenüber einem relativ weiten Bereich sind. Die Baugruppen 39 bis 42 bilden für den Seder in einem höheren Frequenzbereich liegenden kundärelektronenvervielfacher 38 eine Rückkopp-Amplitudenmodulation ist, die die Videoinformation lungsschleife, die ähnlich aufgebaut ist wie die enthält. Die von den Baugruppen 28 bis 32 durchge- 50 Rückkopplungsschleife für den Sekundärelektronenführte Amplitudensteuerung des vom Sekundär- vervielfacher 25. Die gleichzeitige Regelung der Seelektronenvervielfacher 25 erzeugten Videosignals kundärelektronenvervielfacher 25 und 38 durch ihre bewirkt eine Kompensation nur der unerwünschten zugeordneten Rückkopplungsschleifen ermöglicht die Videosignalamplitudenänderungen, ohne die im Vi- Bekämpfung des Phosphorrauschens im Videosignal, deosignal enthaltene Videoinformation zu beeinträch- 55 das durch die Eigenschaften des Fluoreszenzschirmes tigen. Die Baugruppen 26 und 28 bis 32 stellen eine 16 hervorgerufen wird.

Rückkopplungsschleife für Gleichspannungsanteile Wie bereits oben erläutert, ist es die Aufgabe der dar, die im Videosignal des Sekundärelektronenver- Rückkopplungsschleifen für die Sekundärelektronenvielfachers 25 enthalten sind. Durch Rückkopplungs- vervielfacher 25 und 38, die Spitzenamplituden des steuerung des Sekundärelektronenvervielfachers 25 60 Videosignals am Ausgang des Sekundärelektronenwird die niederfrequente Amplitude des Videosignals vervielfachers 25 und des Steuersignals am Ausgang im wesentlichen konstant gehalten. Diese Ampli- des Sekundärelektronenvervielfachers 38 im wesenttudensteuerung kompensiert alle unerwünschten An- liehen konstant zu halten. Dabei werden allerdings auch derungen, die wie oben beschrieben, ihre Ursache in die Amplituden der Rauschkomponenten im Videodem Sekundärelektronenvervielfacher 25 und in der 65 und Steuersignal im wesentlichen konstant gehalten. Kathodenstrahlröhre 10 haben. Ferner werden solche Es ist offensichtlich, daß jede gegebene Änderung Arbeitsbedingungen, die die Helligkeit des Abtast- der Intensität des Abtastlichtpunktes eine entsprepunktes zu beeinflussen versuchen, wie z. B. Span- chende Amplitudenänderung des Video- und Steuer-

signals hervorruft. Wenn nun das Videosignal des Verstärkers 26 und die hochfrequenten Rauschkomponenten des Steuersignals vom Hochfrequenzverstärker 45 fortlaufend mit entgegengesetzten Polaritäten dem Eingang des Summierverstärkers 46 zugeführt werden, werden die Rauschkomponenten des Videosignals in der Amplitude vennindert oder sogar vollständig kompensiert, so daß das Videosignal auf der Ausgangsleitung 47 des Summierverstärkers 46 im wesentlichen frei vom Phosphorrauschen ist. Hierzu sollen Gleichspannungsverstärker 26 und 39 weitgehend gleiche Phasenverschiebungen für die Phosphorrauschkomponenten erzeugen und der Hochfrequenzverstärker 45 soll nur ein Minimum an Phasenverschiebung für die hochfrequenten Rauschkomponenten aufweisen. Damit löschen sich die Phosphorrauschkomponenten im Video- und Steuersignal mit entgegengesetzten Polaritäten am Eingang des Summierverstärkers 46 gegenseitig aus.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Lichtpunktabtaster mit einer Kathodenstrahlröhre zur Erzeugung des abtastenden Lichtpunktes und mit zwei lichtelektrischen Elementen zur Aufnahme des Lichtes von den abgetasteten Mustern, dadurch gekennzeichnet, daß der die Phosphorrauschkomponenten enthaltende Frequenzbereich aus dem Signal des einen lichtelektrischen Elementes, bezogen auf die Frequenz des Phosphorrauschens, gegenphasig dem Signal aus dem anderen lichtelektrischen Element überlagert wird.

2. Lichtpunktabtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des ersten lichtelektrischen Elementes (38) nach Verstärkung in einem Hochfrequenzverstärker (45) und das in einem Gleichspannungsverstärker (26) verstärkte Signal der anderen lichtelektrischen Elemente (25), bezogen auf die Frequenz des Phosphorrauschens, gegenphasig einem Summierverstärker (46) zugeführt werden und die Ausgangssignale des Summierverstärkers (26) als Videosignale ausgenutzt werden.

3. Lichtpunktabtaster nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch seine Verwendung bei der Zeichenerkennung.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 099771,
1110455;

USA.-Patentschrift Nr. 3 002 048;
Umschau, 6/1959, S. 180, 181.

Hierzr 1 Blatt Zeichnungen

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