DE1464274B2

DE1464274B2 - Verfahren und Spannungsversorgung zum Betrieb einer Festkörperbildverstärkerplatte

Info

Publication number: DE1464274B2
Application number: DE1464274A
Authority: DE
Inventors: Tadao Yokohama Kohashi (Japan)
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1962-11-20
Filing date: 1963-11-20
Publication date: 1974-06-06
Also published as: DE1464274A1; US3315080A; GB1063484A; DE1464274C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer an eine Spannungsversorgung angeschlossenen Festkörperbildverstärkerplatte, die zwischen einer elektrolumineszierenden Leuchtschicht und einer neutralen Impedanzschicht eine fotoleitende Schicht enthält und mit drei Elektroden zum Anschließen von zwei sinusförmigen Wechselspannungen versehen ist, von denen eine erste, lichtdurchlässige Elektrode an der Außenseite der Leuchtschicht, eine zweite Elektrode an der Außenseite der neutralen Impedanzschicht und eine dritte Elektrode als Gitterelektrode zwischen der Leuchtschicht und der neutralen Impedanzschicht angeordnet ist und zwischen der ersten und dritten Elektrode eine erste Wechselspannung, deren Feld über die Leuchtschicht und die fotoleitende Schicht verläuft, und zwischen der ersten und zweiten Elektrode eine zweite Wechselspannung gleicher Frequenz, deren Feld über die Leuchtschicht, die fotoleitende Schicht und die neutrale Impedanzschicht verläuft, angelegt wird, für beide Wechselspannungen zeitlich konstante, aber voneinander verschiedene Amplituden gewählt werden, die bei einem Extremwert der Leitfähigkeit der fotoleitenden Schicht eingestellt werden und deren Phasenlage sich um einen Phasenwinkel von 90° oder mehr unterscheidet, und auf eine Spannungsversorgung zur Durchführung des Verfahrens.

Derartige Festkörperbildverstärkerplatten sind an sich bekannt (französische Patentschrift 1 289 203).

Sie stellen bereits eine Weiterentwicklung gegenüber einfachsten Bildverstärkern dar. Die einfachsten Bildverstärker bestehen aus einer die Einstrahlung aufnehmenden fotoleitenden Schicht, die über ihre ganze Fläche in Reihe mit einer elektrolumineszierenden Leuchtschicht geschaltet sind, wobei die beiden Schichten an ihrer Außenseite mit flächigen strahlungsdurchlässigen Elektroden belegt sind. Die elektrolumineszierende Leuchtschicht leuchtet an

den Stellen, an denen die fotoleitende Schicht durch die Einstrahlung leitend gemacht worden ist.

Die Charakteristik derartiger Bildverstärker ist jedoch für die meisten Anwendungen hinsichtlich ihrer Endpunkte, also hinsichtlich der Lumineszenz-Helligkeit bei fehlender und maximaler Einstrahlung als auch hinsichtlich des Verlaufs zwischen diesen Endpunkten nicht zufriedenstellend. Es sind deshalb bereits verschiedene Möglichkeiten untersucht worden, die Charakteristik ganz oder bereichsweise zu verbessern.

Beispielsweise ist es bekannt (USA.-Patentschrift 2 896 087), zur Verbesserung der Halbtonwiedergabe eine Impulsspannungsspeisung vorzusehen, deren Impuls- und Pausezeiten auf die Leuchtanstiegszeit und die Leitfähigkeitsabfallzeit abgestimmt sind. Auch ist es bekannt (Philips Research Reports, Vol. 10, Nr. 6, Dezember 1955, S. 401 bis 424), den Aufbau des Bildverstärkers zu variieren, beispielsweise durch Einlagerung von Impedanzoder Isoliermaterial in Schichtform zwischen den aktiven Schichten oder zur Unterteilung innerhalb der aktiven Schichten. Es ist auch bekannt (Proc. IRE, Vol. 53, Dezember 1955, S. 1888 bis 1897, Solid State Physics, Vol. 4, 1960, S. 762 bis 775), eine der beiden Wechselstromelektroden gitterförmig auszuführen und die photoleitende Schicht mit Löchern oder aus Stegen aufzubauen, die mit der Gitterelektrode Kontakt haben. Durch die Wahl besonderer Schichtmaterialien soll hierbei insbesondere die Halbtonwiedergabe verbessert werden. Weitere Verbesserungen, insbesondere auch hinsichtlich der Zeitreaktion des Bildverstärkers, sind durch die Materialauswahl angestrebt worden (RCA Review, Dezember 1959, S. 658 bis 669).

Der konstruktive Aufbau allein genügt jedoch noch nicht zur Erzielung gewünschter Charakteristiken, sondern hierfür sind auch das Verfahren zum Betrieb der Festkörperbildverstärkerplatte und die hierzu dienende Spannungsversorgung von Bedeutung. Eine früher vorgeschlagene (deutsche Patentschrift 1 271 280) Bildverstärkerplatte, wie sie der eingangs genannten Art entspricht, wirkt so, daß bei Bestrahlung der fotoleitenden Schicht diese leitend wird und damit den Einfluß der dritten Elektrode, die eine Gitterelektrode ist, auf die gesamte fotoleitende Schicht ausdehnt, wodurch der Einfluß des Felds zwischen der ersten und der zweiten Elektrode auf die elektrolumineszierende Leuchtschicht praktisch unterbrochen ist. Andernfalls, also bei hohem Widerstand der fotoleitenden Schicht, ist der Einfluß der nur an der Gitterelektrode liegenden Spannung gering, und die Lichtemission ist auf Grund der Impedanzschicht und des hohen ohmschen Widerstandes der fotoleitenden Schicht gedämpft. Die zwischen den Elektroden liegenden Spannungen, die Wechselspannungen gegebener Phasenbeziehung sein können, sind gemäß einer besonderen Betriebsweise nach dem älteren Vorschlag derart eingestellt, daß im Zustand der minimalen Leitfähigkeit der photoleitenden Schicht die Spannung zwischen der ersten und der zweiten Elektrode allein und im Zustand der größten Leitfähigkeit der fotoleitenden Schicht die Spannung zwischen der ersten und der dritten Elektrode allein die Leuchtschicht limineszieren läßt. Durch diese Maßnahme läßt sich durch Wahl der Spannungen ein positives oder ein negatives Ausgangsbild wählen. Jedoch ist auch der Dunkelstrom noch ziemlich hoch, und die Wahl der Charakteristik ist nur in beschränktem Umfang möglich. Außerdem ergibt die Weitmaschigkeit der dritten Elektrode ein grobkörniges Ausgangsbild.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Festkörperbildplatte so zu betreiben, daß zwei Fälle besonders wichtiger Kennlinien in günstiger und stabil arbeitender Weise gewählt werden können. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Amplitude der zweiten Wechselspannung größer gewählt wird als die Amplitude der ersten Wechselspannung und die zweite Wechselspannung um einen bestimmten Phasenwinkel vorauseilt, der im ersten Fall zur Erzielung eines exponentiellen Verlaufs der Arbeitskennlinie des Festkörperbildverstärkers auf 180° und im zweiten Falle zur Erzielung einer geknickten Arbeitskennlinie des Festkörperbildverstärkers auf 270° eingestellt wird. Durch Umschalten zwischen den bei-

ao den 'Arbeitskennlinien können Kontraständerungen der Eingangsstrahlung leicht und günstig untersucht werden, da die verschiedenen Kennlinien unterschiedliche Bereiche der Eingangs-Beleuchtungsstärke besonders kontrastreich darstellen.

Weitere Einzelheiten und Besonderheiten der Erfindung, insbesondere auch in bezug zur Spannungsversorgung zur Durchführung des Verfahrens, ergeben sich aus den Unteransprüchen. In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel für die Schaltung und zugehörige Spannungsversorgung eines Festkörperbildverstärkers, welcher im Längsschnitt dargestellt ist,

F i g. 2 eine Darstellung der Beziehung zwischen der abgegebenen Lumineszenzstrahlung und dem einfallenden Licht mit der Phasendifferenz Θ als Parameter,

F i g. 3 eine Darstellung der bei Dunkelheit abgegebenen Lumineszenzstrahlung L₂ (L₁ = 0) als Funktion der Phasendifferenz Θ zwischen V₁ und V₂, gemessen an der Schaltung gemäß Fig. 1,

F i g. 4 eine Darstellung der bei Dunkelheit abgegebenen Lumineszenzstrahlung L₂ (L₁ = 0) als

Funktion des Betrages K₂₀ der Spannung bei einer Phasendifferenz Θ = Q_n gemessen an der Schaltung gemäß Fig. 1,

Fig. 5 einen Festkörperbildverstärker mit veränderbarer Einstellung nebst zugehöriger Spannungs-Versorgung ähnlich Fig. 1,

F i g. 6 einen für den Festkörperbildverstärker verwendeten Phasenschieber.

Die in F i g. 1 dargestellte Anordnung mit einer Festkörperbild verstärkerplatte verstärkt ein durch sichtbares Licht auf die Bildverstärkerplatte geworfenes Bild und bildet ein positives grünes Bild an einer clektrolumineszierLMulcn Leuchtschicht. Die

". Abmessungen der Teile nach F i g. 1 sind im Verhältnis zueinander in einem zweckmäßig vergrößerten Maßstab dargestellt:

a) Festkörperbildverstärkerplatte

Gemäß F i g. 1 ist auf einer durchlässigen Glasplatte 1 auf deren einer Seite eine lichtdurchlässige erste Elektrode 2 aus Zinnoxid niedergeschlagen. An die Elektrode 2 schließen sich verschiedene Schichten in der nachfolgend beschriebenen Reihenfolge an:

Eine elektrolumineszierende Leuchtschicht 3 besitzt eine Dicke von annähernd 60 μπι und besteht aus einer Mischung von Epoxyharz mit einem elektrolumineszierenden Pulver aus mit Cu und Al aktiviertem ZnS. Eine isolierende Reflexionsschicht 4 dient zur Reflexion des Lumineszenzlichtes der Leuchtschicht 3, so daß ein größeres Lumineszenzausgangssignal erhalten werden kann und ein Durchschlagen der Isolation zwischen der Elektrode 2 und einer im folgenden beschriebenen Gitterelektrode 7 verhindert wird. Die Reflexionsschicht 4 besitzt eine im Vergleich zur Leuchtschicht 3 hohe Dielektrizitätskonstante und eine Dicke von annähernd 20 um und besteht aus einer Mischung von Epoxyharz mit einem feinen Pulver aus stark lichtreflektierendem Material mit hoher Dielektrizitätskonstante, beispielsweise BaTiO₃; dies ermöglicht die zur wirksamen Erregung der Leuchtschicht 3 notwendige Reduzierung der Impedanz.

Eine opake Lichtabschirmschicht 5 besteht aus einer Schicht schwarzer Farbe aus organischem Harz mit einem hohen spezifischen Widerstand und einer Dicke in der Größenordnung von etwa 10 μπι. Sie verhindert die Lichtrückkopplung des Lumineszenzausgangssignals der Leuchtschicht 3, ein instabiles Arbeiten infolge des durch die Außenelektrode 2 tretenden äußeren Lichts und schließlich auch das Durchtreten eines Eingangsstrahlungssignals oder -bildes von der Lichteingangsseite her durch die Verstärkerplatte. Dadurch kann sich ein Eingangsstrahlungssignal nicht dem Ausgangslumineszenzlicht der Leuchtschicht 3 überlagern und somit nicht die Bildqualität verschlechtern. Gegebenenfalls kann auf die Lichtabschirmschicht 5 verzichtet werden, wenn eine sich als nächstes anschließende fotoleitende Schicht 6 auf sichtbares Licht oder die Lumineszenzstrahlung der Leuchtschicht 3 nicht anspricht und die Eingangsstrahlung unsichtbar ist. Soll aber die Lichtrückkopplung von der Leuchtschicht 3 zur Beeinflussung der Arbeitskennlinie verwendet, werden, so kann die Lichtabschirmschicht 5 teilweise die Lichtrückkopplung begrenzen, durchlässig sein oder weggelassen werden.

Die fotoleitende Schicht 6 besteht aus einem Gemisch fotoleitenden Pulvers aus CdS und CuCl mit einem Epoxyharz als Bindemittel; die Schichtdicke beträgt etwa 60 μηι. Diese Schicht ist für sichtbares und nahe dem Infrarotbereich liegendes Licht sehr empfindlich. Die Schicht kann auch aus einem in seiner Empfindlichkeit einer anderen einfallenden Strahlung angepaßten Material bestehen, wobei zweckmäßigerweise ein Material mit niedriger Dunkelleitfähigkeit und einem hohen Leitfähigkeitsverhältnis bei Vollicht und Dunkelheit verwendet wird. Bei dem beschriebenen Beispiel besitzt das Material ein Leitfähigkeitsverhältnis von 10⁴ oder mehr. Eine in der Bildverstärkerplatte eine dritte Elektrode darstellende Gitterelektrode 7 dient zur Spannungsversorgung der fotoleitenden Schicht 6. Sie kann eine beliebige Form mit offenen Zwischenräumen besitzen und beispielsweise parallelen Metalldrähten, Metalldrahtgeflecht oder einer festen Netzelektrode aus Metall bestehen, wie sie für Bildröhren verwendet wird. Die Zwischenräume der Gitterelektrode 7 dienen dem Durchtritt des die Leuchtschicht 3 erregenden Stroms. Die Gitterelektrode 7 ist vorzugsweise zumindest teilweise in die fotoleitcnde Schicht 6 eingebettet und ist beim gezeigten Beispiel aus parallelen vergoldeten Wolframdrähten mit kreisförmigem Querschnitt von 10 μΐη Durchmesser und Abständen von 300 μπι zusammengesetzt, um die Abdeckwirkung der Gitterelektrode 7 gegenüber der ersten Elektrode 2 zu verkleinern und einen guten elektrischen Kontakt mit der fotoleitenden Schicht 6 zu gewährleisten. Die Drähte sind in diejenige Oberfläche der fotoleitenden Schicht 6 eingebettet, welche von der Leuchtschicht 3 abgewendet ist, so daß sie teilweise auf der Oberfläche freiliegen, um die hohe Fotoleitfähigkeit der Eingangsstrahlungsfläche auszunützen, welche unmittelbar durch die Eingangsstrahlung erregt wird. Die Gitterelektrode 7 ist an der Stirnfläche der Glasplatte 1 gegenüber der ersten Elektrode 2 an einen elektrisch leitenden Streifen 11 geschweißt.

Eine Impedanzschicht 8 ist aus einem für die Eingangsstrahlung durchlässigen Stoff hergestellt und besteht für sichtbares oder nahe dem Infrarotbereich liegendes Licht aus einem transparenten Polyesterfilm mit sehr geringen Dielektrizitätsverlusten und damit einem im wesentlichen rein kapazitiven Widerstand. Seine Dicke beträgt annähernd 50 μπι.

Eine der Impedanzschicht 8 zugeordnete, in der Bildverstärkerplatte als zweite Elektrode zählende Elektrode 9 ist mit einer Auflage-Glasplatte 10 bedeckt, welche die einfallende Strahlung durchläßt. Die lichtdurchlässige Impedanzschicht 8 ist zwischen der zweiten Elektrode 9 und der fotoleitenden Schicht 6 unter Einschluß der Gitterelektrode 7 mit Hilfe eines Klebers, beispielsweise eines Silikonöls oder eines lichtdurchlässigen organischen Harzklebemittels angeordnet.

Die strahlungsdurchlässige zweite Elektrode 9 ist im vorliegenden Fall lichtdurchlässig und besteht gleich der ersten Elektrode 2 beispielsweise aus Zinnoxid. Wenn jedoch die einfallende Strahlung auch Röntgenstrahlen umfaßt, kann die Elektrode 9 aus einer aufgedampften dünnen Metallschicht bestehen.

Die beschriebenen Schichten und Elektroden bilden die Bildverstärkerplatte, wie sie z. B. aus der französischen Patentschrift 1 289 203 bekannt ist.

b) Spannungsversorgung

Ein Sinusoszillator 12 ist ausgangsseitig mit stetig einstellbaren Phasenschiebern 13 und 14 verbunden, um die Phasendifferenz zwischen zwei sinusförmigen Wechselspannungen einzustellen. Verstärker 15 und 16 verstärken das Signal je eines der Phasenschieber 13 oder 14 und sind ausgangsseitig mit Transformatoren T₁ bzw. T₂ verbunden, deren Ausgangsspannungen bzw. Wechselspannungsvektoren K₁ und K₂ sekundärseitig abgenommen und der vorangehend beschriebenen Festkörperbildverstärkerplatte zugeführt werden.

Je ein Ausgangsanschluß der Transformatoren T₁ und T₂ ist über eine gemeinsame Leitung 16a mit der ersten Elektrode 2 verbunden. Der andere Ausgangsanschluß des Transformators T₁ ist über eine

Leitung 17 mit dem Streifen 11 verbunden, um die Wechselspannung K₁ zwischen die Gitterelektrode und die lichtdurchlässige erste Elektrode 2 zu legen. Der andere Ausgangsanschluß des Transformators T₂ ist über eine Leitung 18 mit der zweiten Elektrode verbunden, um die Wechselspannung K₀ von gleicher Frequenz wie K₁ zwischen die Elektroden 9 und zu legen.

K₂ eilt in der Phase der Spannung K₁ voran; die

Phasenbeziehungen können dabei ausgedrückt werden durch

K₁ = K₁₀ sin cot; K₂ = K₂₀ sin (ω/ + Θ) .

In den Gleichungen stellen K₁₀ und F₂₀ die Beträge der entsprechenden Spannungsvektoren, ω die Winkelgeschwindigkeit und ti den Phasenvoreilungs-Winkel von V₂ gegenüber V₁ dar.

Die ausgangssseitig erscheinende Lumineszenzstrahlung L₂ der Leuchtschicht 3 wird durch den Betrag JZ₃] der Summe Z₃ der Vektorströme Z₁ und Z₂ gesteuert, welche entsprechend den Vektorspannungen V₁ und V₂ durch die Leuchtschicht 3 fließen:

Der Strom Z₁ ist ein Fotostrom, welcher unter der Spannung K₁ durch die Gitterelektrode 7 in Abhängigkeit von der Leitfähigkeitsänderung der Oberfläche der fotoleitenden Schicht 6 sowie senkrecht zu dieser entsprechend dem auf treffenden Licht L₁ fließt; das Licht L₁ scheint durch die Glasplatte 10, die zweite Elektrode 9 und die Impedanzschicht 8 auf die fotoleitende Schicht 6. Der Fotostrom kann durch folgende Formel ausgedrückt werden:

Z₁ = Z₁₀ sin (ω t + α).

Der Strom Z₂ fließt unter der Spannung K₂ durch die Leuchtschicht 3 über die Impedanzschicht 8, die fotoleitende Schicht 6, die Lichtabschirmschicht 5 und die Refiexionsschicht 4. Dieser Strom wird durch folgende Formel gegeben:

Z₂ = Z₂₀sin(cüi+ Θ+ 6).

Der Strom Z₂ eilt in seiner Phase dem Strom Z₁ um einen Phasenwinkel φ vor, der durch folgende Gleichung gegeben ist:

<p = Θ + <5-α.

Alle diese Phasendifferenzen sind im folgenden in Winkelgraden angegeben.

Zur Beschreibung des Betriebs des beschriebenen Bildverstärkers wird der Betrag K₁₀ in einem Bereich gewählt, in welchem die Leuchtschicht 3 durch den Strom Z₁ zumindest bei maximaler elektrischer Leitfähigkeit der fotoleitenden Schicht 6 eine genügende Lumineszenz erzeugt. Der Betrag K₁₀ bestimmt die Helligkeit des ausgangsseitig erscheinenden sichtbaren Bildes.

In F i g. 2 ist die Beziehung zwischen dem einfallenden Licht L₁ und der austretenden Lumineszenzstrahlung L₂ dargestellt, wobei das einfallende Licht L₁ aus einer Wolframlampe gefiltert ist und eine vorherrschende Wellenlänge von 648 nm sowie eine Halbwertsbreite von 22 nm besitzt, K₁₀ = 300 Volt ist und K₁ eine feste Frequenz von / = 800 Hz hat. Die gestrichelt dargestellte Kurve in F i g. 2 wird erhalten, wenndie Leuchtschicht 3 allein durch den Wechselstrom Z₁ erregt wird. Die dargestellten Beziehungen zwischen dem einfallenden Licht L₁ und der austretenden Lumineszenzstrahlung L₂ sind jeweils durch Justierung der Phasenschieber 13 und 14 auf Θ = 0°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270° und 360° erhalten.

Die Spannung K₂ hat die gleiche Frequenz wie K₁, und ihr Betrag K₂₀ kann unter der Annahme bestimmt werden, daß die entsprechenden Beträge von K₁ und K₂ unter der Bedingung minimaler elektrischer Leitfähigkeit der fotoleitenden Schicht 6 festgelegt sind. Bei einem kritischen Wert Q₀ der Phasendifferenz Θ, welcher dem Punkte minimaler Lumineszenz-Lichtstärke in Abhängigkeit von Θ entspricht, ist der Betrag K₂₀ gleich oder kleiner als ein

ίο kritischer Wert K₂₀ _c, welcher dem Punkte minimaler Lumineszenz-Lichtstärke in Abhängigkeit von K₂₀ entspricht. In F i g. 3 ist eine experimentell ermittelte Beziehung zwischen der Phasendifferenz Θ der Vektoren K₁ und K₂ sowie der Lumineszenzstrahlung L₂

bei Dunkelheit, also L₂ (L₁ = 0), dargestellt; hierbei wurden die stetig einstellbaren Phasenschieber 13 und 14 verändert, während die Baueinheiten 12, 13, 14, IS und 6 so justiert waren, daß K₁₀ = 300 Volt, K₂₀ = 450 Volt und / = 800 Hz. Der Wert von K₂₀

ao entspricht dessen kritischem Wert K₂₀ _c, was einen maximalen Variationsbereich der Ärbeitskennlinie ermöglicht. Die Lumineszenz L₂ (L₁ = 0) ist durch den Absolutwert des resultierenden Stromes

»5'. 14! = 14 *- 41

steuerbar; sowohl Z₁ als auch Z₂ sind kapazitive Wechselstromvektoren mit der Beziehung &^>δ. Somit laufen die Ströme in ihrer Phase den Spannungen K₁ und K₂ voraus, wobei sich folgende Beziehung ergibt:

φ ⁼ θ "4" δ — cc C^i Θ ·

Andererseits kann der Betrag des Lumineszenzstroms jZ₃| = JZ₁ -1- Z₂| durch Variation von Θ verändert werden; wenn θ = 180° und somit

φ = Q -f. δ - <xC~ 180°

ist, löschen die Ströme Z₁ und Z₂ einander in größtem Umfang aus und ergeben einen Minimalwert von |Z₃| und damit des Wertes der Funktion L₂ (L₁ = 0). Die Auslöschung wird reduziert, wenn der Phasenwinkel Θ von 180° abweicht, bis bei einem Winkel von 0 = 0° oder 360° die Ströme einander addieren und einen Maximalwert von jZ₃| bzw. L₂(L₁ = O) ergeben. In F i g. 3 ist die Funktion von L₂ von Θ für L₁ = 0 aufgetragen, die für den Variations-

bereich von Θ zwischen 0° — 360° im wesentlichen V-förmig ist. L₂ weist demnach einen Minimalwert bei Θ = 180° "auf und hat an entgegengesetzten Seiten symmetrisch zunehmende Werte. Der kritische Wert der Phasendifferenz Θ beträgt 0_C = 180°.

F i g. 4 zeigt die Abhängigkeit der Dunkel-Lumineszenzstrahlung L₂ (L₁ = 0) vom Betrag K₂₀ bei Θ = e_c = 180°, K₁₀ = 300 Volt und / = 800 Hz. Bei Zunehmen von K₂₀ wird Z₁ durch Z₂ in zunehmendem Maß ausgelöscht und ergibt ein Mini-

mum von | Z₃1 und damit von L₂ (L₁' = 0) bei K₂₀ = 450 Volt; dies ist der kritische Absolutwert K₂₀ _c der Spannung K₂. Somit ist K₂₀ auf einen Bereich von CXK₂₀ < K_{20 f} zu beschränken, in dem der resultierende Lumineszenzstrom Z₃ im wesent-

liehen von Z₁ bestimmt wird. Der Bereich von

K₂₀ > K₂ _c, wo Z₂ vorherrscht, ist nicht zweckmäßig.

Eine Zunahme von L₁ bedingt eine Steigerung der

elektrischen Leitfähigkeit der fotoleitenden Schicht 6

/109 57V99

in Richtung ihrer Oberfläche und ebenso in Richtung ihrer Dicke. Entsprechend erhöht sich der Betrag und vermindert sich der Winkel a, da die ohmsche Stromkomponente zunimmt. Hingegen wird der Strom I₂ nicht wesentlich beeinflußt, da die fotoleitende Schicht 6 sehr dünn ist, es wird nur Λ etwas reduziert und /.,„ geringfügig erhöht. Somit ist die Beziehung zwischen der Phasendifferenz θ und der Phasendifferenz φ durch folgende Beziehung gegeben:

α < <3 oder Θ<.φ = θ + ό — α ;

Diese Beziehung wird mit der Zunahme von L₁ zumindest über den unteren Bereich von L₁ verstärkt. Es sei nun angenommen, daß der Bildverstärker im Bereich von 180° < Θ < 360° betrieben wird. Bei Dunkelheit ist dann θ = φ. Bei gegebenem Licht L₁ nimmt mit steigendem θ L₁₀ zu und a ab. Es gilt:

θ<φ = Θ + (5 — α.

In diesem Bereich entfernt sich der Strom-Phasenwinkel φ weit von 180° zumindest im Bereich niedrigen einfallenden Lichts L₁. Wenn nun der Bereich zur Ermittlung von φ durch Einsetzen von β auf den Bereich 0° < β < 180° beschränkt wird, nimmt β bei einer Zunahme von L. zumindest über dessen unteren Bereich ab. Dies zeigt, daß L₂ eine monoton zunehmende Funktion über den unteren Bereich von L₁ ist und die Anordnung eine entfernte abgeschnittene positive oder exponentiell Bildverstärkungskennlinie besitzt.

Im Gegensatz hierzu nähern sich in dem Bereich von 0<θ<180° φ oder β dem Werte 180° zumindest über den unteren Bereich von L₁, wenn L₁ und somit /₁₀ zunehmen. Dies bedingt _ eine vektorielle Auslöschung der Zunahme von j/₃|. Zusätzlich tritt eine Abnahme von φ im unteren Bereich von L₁ ein, da die fotoleitende Schicht 6 bei Dunkelheit einen überwiegend kapazitiven Widerstand aufweist.

Entsprechend nimmt in diesem Bereich L₂ bei Zunahme von L₁ nicht in gleichem Maß wie in dem vorangehenden Fall zu, sondern bleibt konstant oder nimmt sogar etwas ab. Wenn L₁ dann weiter steigt, nimmt /₁₀ um einen wesentlichen Wert zu, während φ in einem geringeren Ausmaß abnimmt, so daß |/₃] vorherrschend durch die Zunahme von Z₁₀ bestimmt wird und eine monotone Zunahme in Abhängigkeit von L₁ entsteht, um dem Bildverstärker eine geknickte positive Verstärkungskennlinie zu verleihen. Bei starkem einfallendem Licht L₁ ist /₁₀ wesentlich größer als Z₂₀, das vernachlässigbar wird, so daß L₂ im wesentlichen unabhängig von Θ wird.

Gemäß Fig. 2 besitzt der Kontrastwert γ bei Θ = &_c = 180° und somit φ = β = 180° einen Wert von 2, was ein extrem hohes Kontrastverhältnis in der Größenordnung von 2 · ICH darstellt. Bei 0 = 0° oder 360° und somit φ = β = 0° besitzt γ einen. Wert von 0,55 entsprechend einem niedrigen Kontrastverhältnis in der Größenordnung von 2 ■ 10. Im Zwischenbereich von 180° < 6>< 360°, wo β bei zunehmendem L₁ abnimmt, ist ein Betriebsverhalten erzielbar, welches sich sehr stark von der exponentiellen Kennlinie unterscheidet; in dem Bereich von 0° < (9<180^ο, wo β bei zunehmendem L₁ zunimmt, ergibt sich ein Verhalten, welches sich sehr stark von der geknickten Kennlinie unterscheidet.

Es können sich bei ein und demselben Kontrastverhältnis Kennlinien mit unterschiedlichem ν ergeben; eine derselben kann ein genaues ausgangsseitiges Bild über den gesamten Bereich der örtlichen Beleuchtungsstärkeverteilung des einfallenden Lichts

ίο ergeben, und die andere dient zur Unterdrückung des unteren Beleuchtungsstärkebereichs, während der mittlere und höhere Beleuchtungsstärkebereich differenziert dargestellt werden.

Insbesondere in dem letzteren Fall mit einer geknickten Grenzkennlinie kann ein klares positives Bild erzeugt werden, wobei unerwünschte Signale einschließlich Störungen in dem unteren Bereich des eingangsseitig einfallenden Lichts eliminierbar sind. Dies ermöglicht beispielsweise bei vielstufigen'Ver-

ao stärkern für -das positive Bild die Erzielung einer genügenden Verstärkung, ohne daß die Verstärkung der Lumineszenzstrahlung bei Dunkelheit bereits eine Sättigung der Endstufe und damit eine Reduzierung des Kontrastverhältnisses bedingt. Der Justierungsbereich von Θ kann nun in Abhängigkeit von dem Verwendungszweck auf zwei einstellbare Werte beschränkt werden, so daß entweder eine exponentielle Kennlinie erzielt wird, wobei β mit L₁ abnimmt, oder wahlweise eine scharf abgeschnittene Kennlinie.

Obgleich die Bemessung K,_n = K,₀₍. zur Erzielung eines maximalen Steuerbereichs sehr erwünscht ist, kann die gleiche Kennlinie auch durch Wahl der Spannung K₂₀ < F_{2n f} erzielt werden. In diesem Fall wird der Bereich des Kontrastverhältnisses reduziert, jedoch sind der Wert γ, das Kontrastverhältnis und die geknickte oder exponentielle Kennlinie fein einstellbar, wenn ein geeigneter fester Wert von Θ gewählt ist und F₀₀ einen Variationsbereich von 0 < V._1Q < V₂₀₁. umfaßt.

Bei dem dargestellten Beispiel besitzt die verwendete fotoleitende Schicht 6 eine Impedanz, welche bei Dunkelheit nahezu rein kapazitiv ist. Wenn die Schicht 6 eine ohmsche Widerstandscharakteristik besitzt, liegt der Grenzwert von &_c bei 270°. Da der Bildverstärker die Änderung von β (oder φ, welches von α abhängt) mit L₁ verwendet, wird vorzugsweise Material verwendet, welches einen weiten Änderungsbereich des Wertes von β ermöglicht. Allgemein liegt 0_C in einem Bereich von 90° < Q_c < 270°, da die normalen Ausführungen der fotoleitenden Schicht 6 sowie der Impedanzschicht 8 einen Bereich von rein kapazitivem Verhalten bis zu rein ohmschem Widerstandverhalten haben.

Obgleich die Schichten als elektrisch lineare Elemente beschrieben wurden, besitzen die fotoleitende und die elektrolumineszierende Schicht im allgemeinen eine nichtlineare Charakteristik, so daß I₁ und /., jeweils eine verzerrte Sinusform aufweisen. Jedoch lassen sich dieselben Ergebnisse durch Beachtung der Phasendifferenz zwischen den Grundwellen erzielen.

Eine Festkörperbildverstärkerplatte 20 in einer Schaltung nach F i g. 5 istä soweit es im vorliegenden Zusammenhang eine Rolle spielt, wie' die nach F i g. 1 aufgebaut. Die Spannungsversorgung verwendet ein vereinfachtes Bedienungssystem zur Erzielung der exponentiellen Kennlinie, wofür ein Um-

schalter 19 vorhanden ist. Die Arbeitskennlinie ist ohne Notwendigkeit einer Änderung von F₁ und F₂ veränderbar.

Wenn «2ü<5 ist, wie im Falle von Fig. 1, ändert sich die Kennlinie, wenn das Kontrastverhältnis im wesentlichen so konstant gehalten wird, daß die Bedingung i->_f^180° erfüllt ist. In diesem Fall kann die Charakteristik entsprechend einer exponentiellen oder einer geknickten Kennlinie durch einen Umschaltvorgang zwischen V₁ und F₂ oder zwischen den phasenverschobeneri elektrischen Signalen zur Lieferung von V₁ und F., umgestellt werden.

Die schnelle Umschaltung von der exponentiellen auf die geknickte Kennlinie oder umgekehrt während der eingangsseitigen Einstrahlung eines Bildes ist für verschiedene Anwendungsfälle zur Untersuchung der Natur des eingangsseitigen Bildes sehr vorteilhaft. Bei einem Verfahren zur Änderung von Θ in dieser Weise dient der Schalter 19 von Fi g. 5 zur Auswahl elektrischer Signale für V₁ und V₂. Hierbei verhält sich β gegenüber L₁ völlig entsprechend wie Θ.

Bei den Phasenschiebern 13 und 14 von F i g. 5 ist die Zahl der Baueinheiten oder Glieder vorzugsweise so gewählt, daß der Variationsbereich von Θ einen durch 0_r begrenzten Halbperiodenbereich überdeckt. Auf diese Weise kann ein Bereich entsprechend einer Vollperiode durch die Schalterbetätigung überdeckt werden.

Bei dem durch die Bezugsziffer 20 dargestellten Bildverstärker sind die wechselnden Gruppen von Drähten der Gitterelektrode 7 voneinander isoliert und mit entsprechenden Anschlußstreifen HA, HB zur Anlegung einer variablen Gleichspannung V_n an die beiden Elektrodendrahtgruppen vorgesehen, welche mit T₁ über entsprechende für Wechselstrom durchlässige Kondensatoren C₁ und C₂ verbunden sind, um die Spannung V₁ einzuspeisen.

F i g. 6 zeigt einen der stetig variablen Phasenschieber 13 und 14. Bei der Steuerung der Phasendifferenz zwischen V₁ und V_n sollen die Wellenverzerrung und die Änderung "der Beträge V₁₀ und F₂₀ vermindert werden. Eine wesentliche Verzerrung oder eine Änderung von V₁₀ und F₂₀ beeinflußt den Umfang des variablen Bereichs ungünstig und kompliziert das Arbeiten mit der Anordnung. Die gezeigte Schaltung ist frei von diesen Schwierigkeiten.

Die Schaltung nach F i g. 6 umfaßt zwei normale, aus vier Elementen mit vier Anschlüssen bestehende Phasenschieber 22 und 24 mit jeweils zwei Widerständen R₃ und R_A vorzugsweise von gleicher Größe in zwei entgegengesetzten Brückenarmen. Diese Widerstände sind miteinander zur gleichzeitigen Verstellung gekoppelt. Zwei Kondensatoren C₃ und C₄ sind in den beiden anderen Brückenarmen angeordnet und haben vorzugsweise die gleiche Kapazität. Mit dieser Schaltung kann der Phasenwinkel stetig verändert werden, theoretisch über eine Halbperiode von 0 bis 180°, indem R₃ sowie R_t von Null auf oo verstellt werden; das phasenverschobene Ausgangssignal kann einen festen Absolutwert haben. Dazu muß die Eingangsimpedanz von dem eingangsseitigen Ende zu. dem elektrischen Eingangssignal genügend niedrig gegenüber dem Impedanzwert zwischen den beiden Eingangsanschlüssen der Phasenschieberschaltung wegen der Änderung von R₃ und i?₄ sein, während der Ausgangsimpedanzwert der beiden Anschlüsse, von welchen die phasenverschobenen elektrischen Signale abgenommen werden, sehr hoch gegenüber der Impedanz zwischen den' beiden Eingangsanschlüssen sein muß.

Daher ist es schwierig, die Spannungsversorgung mit einem normalen Leistungsverstärker durchzuführen. Außerdem werden auch hohe Ausgangsspannungen benötigt, weil die Werte von F₁₀ und F₂₀ verhältnismäßig hoch liegen. Eine Impedanzanpassung bei einer Änderung von L₁ ist nicht möglich. Dies bedingt eine Änderung des Absolutwertes ίο der Ausgangsspannung, steigert die Verzerrung und verursacht notwendigerweise eine Phasenabweichung, welche die Arbeitsweise der Anordnung instabil macht. Da der Innenwiderstand einer Kathodenfolger-Ausgangsenergiequelle äußerst gering ist, kann die Spannung durch Verwendung eines Aufwärtstransformators auf einen etwa siebenfach höheren Wert angehoben werden, ohne daß die Verzerrung zunimmt. Wegen der begrenzten Impedanz ist auch die Schwankung des Ausgangsspannungswerts ao bei einer Zunahme von L₁ sehr gering.

Die obigen Schwierigkeiten werden außer durch den Ausgangs-Aufwärtstransformator noch dadurch gelöst, indem jeweils zwei Eingangsanschlüsse in Abgleichverbindung an die Sekundärwicklungen von as in Kathodenfolgerschaltung mit Vakuumröhren 21 bzw. 23 geschalteten Transformatoren T₃ bzw. Γ₄ angeschlossen sind. Weiterhin sind die Belastungsimpedanz an der Ausgangsseite der mit einem Transformator ausgestatteten Kathodenfolgerstufe und die Eingangsimpedanz der Phasenschieberschaltung gegen die Transformatoren T₃ und T₄ auf Werte eingestellt, welche unterhalb der minimal zulässigen Impedanz der Vierpol-Phasenschieberschaltung liegen, indem beispielsweise eine Ersatz-Belastung R_n angeordnet wird, während andererseits zwei Ausgangsanschlüsse außer Abgleich mit dem Eingangskreis des Vakuumröhren-Kathodenfolgers verbunden wird. Diese Kathodenfolgeranordnung ergibt einen vollendeten Gegenkopplungseffekt, welcher die Signalverzerrung vermindert und eine ungünstige Einwirkung der Ausgangsimpedanz bei sehr hohen Eingangsimpedanzwerten völlig eliminiert.

Die nachfolgende Kathodenfolgerschaltung unter Einschluß einer Röhre 25 ist ein Puffer zur Ausscheidung des elektrischen Signals, welches an der Endstufe außer Phase liegt und an den Eingangskreis des Kathodenverstärkers gelegt ist, um die Ausgangsimpedanz zu steigern, welche von den Ausgangsanschlüssen der Phasenschieberschaltung abgenommen wird. Somit wird ein elektrisches Signal E₁ erhalten, welches um Θ gegenüber dem Eingangssignal E_x phasenverschoben ist und mit dem Verstärker 15 nach F i g. 1 oder dem Schalter 19 nach F i g. 5 verbunden ist.

Die Schaltung nach F i g. 6 umfaßt eine Kaskadenverbindung von zwei Phasenschiebern, welche für die gleichen Anwendungsfälle ausgelegt sind. In diesen Phasenschiebern haben Kondensatoren C₃ = C₄ 0,02 μΡ, die Widerstände R₃ und R_i bilden einen einstellbaren Doppelwiderstand mit einem Bereich von 0 bis 200 k£2, und die verwendete sinusförmige Wechselspannung hat eine Frequenz von 800 Hz. Der minimale Impedanzwert der vierpoligen Phasenschieberschaltung liegt bei etwa 5 kQ, wenn R₃ = i?₄ == 0 ist. Die Ersatz-Belastung R_D hat 0,6 kQ, das Übersetzungsverhältnis der Ausgangstransformatoren T₃ und T₄ liegt bei 1: 0,66, die Vakuumröhren 21, 23 besitzen einen niedrigen Impedanzwert von

1 464 2/4

etwa 1,3 kQ und die Vakuumröhre 25 ist vom Typ 12 AT 7. Aus dem Eingangssignal E₁ in Form der sinusförmigen Wechselspannung wird eine phasenverschobene Ausgangssignalspannung E₁' erhalten. Die Abweichung des Betrages von E'_in der Ausgangsspannung E₁' liegt bei einer Verschiebung der Phase Θ,. über den Bereich einer Periode von 0 bis 360° innerhalb von ± 10,3 db bei einer Verzerrung von 1% oder weniger.

Obgleich in dem Beispiel von F i g. 6 R₃ und i?₄ kontinuierlich zwecks kontinuierlicher Phasenschiebung veränderbar sind, können auch feste Widerstände i?₃ und i?₄ verwendet und die Kondensatoren C₃ und C₄ als veränderbare gekoppelte Kondensato-

ren ausgebildet sein. Die Phasenschiebung kann auf Wunsch auch stufenweise unter Verwendung mehrerer Kondensatoren bzw. Widerstände ausgebildet sein, wobei durch einen Schalter wahlweise bestimmte Impedanzelemente auswählbar sind. Die Kondensatoren C₃ und C₄ können auch mehrere einschaltbare Kondensatoren umfassen.

Mit der vorangehend beschriebenen Festkörperbildverstärkerplatte mit einer Fläche in der Größenordnung von 10 X 10 cm können Endröhren mit einer Ausgangsleistung von etwa 10 Watt verwendet werden. Auf diese Weise ergibt sich eine Schaltung, welche stabil und wirtschaftlich ohne die Verwendung von Hochleistungsröhren arbeitet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Betrieb einer an eine Spannungsversorgung angeschlossenen Festkörperbildverstärkerplatte, die zwischen einer elektrolumineszierenden Leuchtschicht und einer neutralen Impedanzschicht eine fotoleitende Schicht enthält und mit drei Elektroden zum Anschließen von zwei sinusförmigen Wechselspannungen versehen ist, von denen eine erste, lichtdurchlässige Elektrode an der Außenseite der Leuchtschicht, eine zweite Elektrode an der Außenseite der neutralen Impedanzschicht und eine dritte Elektrode als Gitterelektrode zwischen der Leuchtschicht und der neutralen Impedanzschicht angeordnet ist und zwischen der ersten und dritten Elektrode eine erste Wechselspannung, deren Feld über die Leuchtschicht und die fotoleitende Schicht verläuft, und zwischen der ersten und zweiten Elektrode eine zweite Wechselspannung gleicher Frequenz, deren Feld über die Leuchtschicht, die fotoleitende Schicht und die neutrale Impedanzschicht verläuft, angelegt wird, für beide Wechselspannungen zeitlich konstante, aber voneinander verschiedene Amplituden gewählt werden, die bei einem Extremwert der Leitfähigkeit der fotoleitenden Schicht eingestellt werden und deren Phasenlage sich um einen Phasenwinkel von 90° oder mehr unterscheidet, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der zweiten Wechselspannung (F₂) größer gewählt wird als die Amplitude der ersten Wechselspannung (V₁) und die zweite Wechselspannung um einen bestimmten Phasenwinkel (Θ) vorauseilt, der im ersten Fall zur Erzielung eines exponentiellen Verlaufs der Arbeitskennlinie des Festkörperbildverstärkers auf 180° und im zweiten Falle zur Erzielung einer geknickten Arbeitskennlinie des Festkörperbildverstärkers auf 270° eingestellt wird.

2. Spannungsversorgung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei der die erste und die zweite Elektrode an die Ausgänge eines ersten, einstellbaren Verstärkers und die erste und dritte Elektrode an die Ausgänge eines zweiten, einstellbaren Verstärkers angeschlossen sind, die ihre Eingangsspannungen von einer gemeinsamen Wechselspannungsquelle erhalten und bei denen je ein einstellbarer Phasenschieber zur Wahl des Phasenwinkels zwischen der ersten und zweiten Wechselspannung enthalten ist, der in den Speiseleitungen jedes der Versorgungskreise der beiden Elektrodenpaare angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens aus vier Bauelementen bestehenden Phasenschieber (22, 23) je ein Paar mechanisch gekoppelter variabler Widerstände (R^, R_t) in zwei entgegengesetzten Armen einer Brückenschaltung enthalten, während sich in den beiden übrigen Armen der Brückenschaltung zwei Kondensatoren (C₃, C₄) befinden, und daß sich an jede Brückenschaltung eine Kathodenfolgerstufe anschließt, die eine Primärwicklung eines Transformators als Kathodenwiderstand aufweist.

3. Spannungsversorgung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mehrere Phasenschieber (22, 23) in Kaskadenschaltung aneinander angeschlossen sind, bei welchen an die Sekundärwicklung des Transformators Anschlüsse der Brückenschaltung eines weiteren Phasenschiebers in Ausgleichsschaltung angeschlossen sind.

4. Spannungsversorgung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch einen Umschalter (19) zum Umschalten zwischen den zwei festen Arbeitskennlinien.

5. Spannungsversorgung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen die Eingangsklemmen jedes Phasenschiebers (22, 23) überbrückenden Ersatzwiderstand (R₀) zur Verringerung der Belastungsimpedanz an der Sekundärseite der Transformatoren (T₃, T_t) unter die minimale Impedanz des zugeordneten Vierpol-Phasenschiebers.

6. Spannungsversorgung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der beiden Spannungen (V₁, V.,) die Ausgangsspannung eines mit einer Vakuumröhre aufgebauten Kathodenfolgers mit spannungserhöhendem Transformator darstellt.