DE1512337C3 - Optische Relaisvorrichtung insbesondere für Fernsehzwecke - Google Patents

Description

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der Achse b ist, und / = /₀cos²kV, wenn diese Werkstoff zum Erzielen der »Pockels«-Wirkung ist,

Richtung parallel zur Achse α verläuft, während wie Versuche zeigten, nicht verwirklichbar.

I₀ — der einfallenden Lichtintensität ist, wenn keine Die vorliegende Erfindung bezweckt, eine optische

Streuabsorption auftritt. Hierbei bezeichnet V den Relaisvorrichtung der eingangs genannten Art anzu-

elektrischen Potentialunterschied zwischen den zwei 5 geben, die diese Nachteile nicht aufweist. Die Erfin-

Ebenen des Kristalls und k den Koeffizienten, der dung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Relais-

von dem verwendeten Kristallwerkstoff abhängt. vorrichtung eine erste Platte aus einem Werkstoff

Für das bekannte optische Relais wird eine dünne aufweist, der unterhalb einer bestimmten Temperatur

Einkristallplatte aus KDP verwendet, deren Dicke ferro-elektrisch ist, bei dieser Temperatur betrieben

parallel zur Achse c liegt und die zwischen zwei io wird und dessen Curie-Temperatur normalerweise

Polarisatoren angeordnet ist. Um mit einer Lampe niedriger als die Umgebungstemperatur ist und der

ein Bild mit dieser Vorrichtung zu projizieren, ge- aus einem sauren Salz besteht, bei dem der Wasser-

nügt es, ein elektrisches Feld parallel zur Achse c stoff derart mit schwerem Wasserstoff angereichert

zu erzeugen. Dabei muß an jedem Punkt der Platte ist, daß die Umgebungstemperatur erreicht wird,

der Wert des Feldes der Helligkeit dem entsprechen- 15 daß die Relaisvorrichtung weiterhin eine Vorrich-

den Punkt des zu erzeugenden Bildes entsprechen. tung zur Regelung der Temperatur dieser ersten

Zu diesem Zweck tastet ein ablenkbarer Elektronen- Platte aufweist, die als Temperatureinstellorgan ein

strahl die Platte derart ab, daß der Elektronenstrahl Meßwerk zum Messen der Kapazität eines Konden-

die Funktion b) vollführt. sators enthält, dessen Dielektrikum durch eine zweite

Die Funktion c), hier die Steuerung des elektri- ao Platte gebildet wird, die aus dem gleichen Werkstoff

sehen Feldes, wird auch durch den Elektronenstrahl wie die erste Platte geschnitten ist.

erfüllt, und zwar in folgender Weise: Die die Platten- An Hand der Zeichnungen werden nachstehend

oberfläche treffenden Elektronen des Elektronen- zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher er-

strahls erzeugen Sekundärelektronen, aber mit einem läutert. Die entsprechenden Einzelteile sind mit den

Sekundäremissionskoeffizienten kleiner als 1. Es ent- 35 gleichen Bezugsziffern bezeichnet,

stehen infolgedessen an den vom Elektronenstrahl Es zeigt

getroffenen Stellen der isolierenden Platte negative F i g. 1 schematisch, teilweise perspektivisch und

Ladungen, die das elektrische Feld senkrecht zu der teilweise in einem Blockdiagramm, die Einzelteile

Platte an den betreffenden Stellen ändern. Diese eines ersten Ausführungsbeispieles, in der das Licht

Ladungen sind von der Beschleunigungsspannung 30 eine Platte, deren Durchlässigkeit von dem elek-

des Elektronenstrahls und insbesondere von der trischen Feld abhängt, nur einmal durchläuft,

Anodenspannung und von dem vom Elektronen- F i g. 2 einen Schnitt durch die Vakuumröhre, die

strahl gelieferten Elektrizitätsquantum abhängig. Das den wesentlichen Teil der optischen Relaisyorrich-

Quantum ist das Produkt aus der Elektronenstrahl- tung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel bildet,

intensität und aus der Zeitdauer des Überganges des 35 in der das Licht an einer der Oberflächen der Platte

Elektronenstrahls über die betreffende Stelle der reflektiert wird,

Platte. Die Andeutung »Stelle« hat hier die Bedeu- F i g. 3 in vergrößertem Maßstab einen schema-

tung einer Elementarfläche. tischen Schnitt durch die Vorrichtung nach F i g. 2,

Das Videosignal kann vorher einer dieser vier F i g. 4 einen Schnitt durch eine Lichtpolarisier-

Größen aufmoduliert werden. Bei diesem bekannten 40 vorrichtung, die vor der Röhre nach F i g. 2 ange-

Relais kann entweder die Anodenspannung oder die ordnet werden kann,

Elektronenstrahlintensität moduliert werden, aber F i g. 5 und 6 in einer Vorderansicht zwei Elemente

nur die zuletzt genannte Möglichkeit ist verwirklich- der Röhre nach F i g. 2,

bar. Auch diese Möglichkeit bringt jedoch verschie- F i g. 7 ein Blockschema der thermischen Regel-

dene Nachteile mit sich, z. B. ist die an der Platte 45 vorrichtungen zur Anwendung bei der Röhre nach

erzeugte positive Ladung nicht eine lineare Funk- F i g. 2,

tion der Elektronenstrahlintensität. Ein weiterer F i g. 8 eine Anordnung mit kreuzweise angeord-

wichtiger Nachteil besteht darin, daß es zur Bild- neten Polarisatoren,

änderung erforderlich ist, die Ladung mindestens Fig. 9 eine Lichtstrahltrennungs-Polarisations-

teilweise zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bildern 50 vorrichtung mit einem »Glazebrooke-Prisma.

zu unterdrücken. Diese Unterdrückung ergibt eine in den nachfolgenden Beispielen wird die Platte,

Beeinträchtigung des vom Beobachter erblickten deren Lichtdurchlässigkeit von dem elektrischen

Bildes, die nur durch ein verwickelteres Abtast- Feld abhängt, durch einen Einkristall aus doppel-

system verringert werden kann (Zeilensprungverfah- saurem Kaliumphosphat (DP) gebildet, bei dem

ren). Ferner ergibt diese Unterdrückung eine sehr 55 etwa 95% Wasserstoff durch Deuterium gebildet

geringe Auflösung. wird. Andere, elektrisch isolierende Kristalle sind in

Bei Anwendung eines KDP-Relais ist es weiterhin Abhängigkeit von dem elektrischen Feld parallel zur

zur Unterdrückung der Ladungen innerhalb weniger Fortpflanzungsrichtung des Lichtes lichtdurchlässig

als Vio Sekunde erforderlich, bei der Umgebungs- und weisen die vorerwähnte »Pockels«-Wirkung auf.

temperatur zu arbeiten, wodurch erhebliche Schirm- 60 Diese Kristalle sind also auch im Rahmen der Er-

potentialänderungen von einigen kV auftreten und findung anwendbar. Kristalle, z. B. aus Kupfer-

wodurch dann die Fokussierung des Elektronen- chlorid und Zinksulfid, erfordern jedoch eine sehr

Strahls sehr erschwert wird. hohe Amplitude des elektrischen Signals zur Modu-

Es ist daher erwünscht, die Modulation einer lation des Lichtes von z.B. 0 bis 75% des einfallen-

Elektrodenspannung, z. B. eine Anodenspannungs- 65 den Lichtes. Diese Amplitude beträgt jedoch mehrere

modulation, anzuwenden. Doch die für eine gute Kilovolt, was zu viel ist. Bei einer bestimmten Dicke

Wirkung dieser Modulation notwendige Amplitude, des Kristalls ist die »Pockels«-Wirkung proportional

d. h. mehrere Kilovolt, bei dem bisher bekannten zu den an den Kristallflächen auftretenden Ladungen

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und daher bei einer bestimmten Steuerspannung zum Auffangen der Sekundärelektronen von allen proportional zur elektrischen Konstante des Kristalls. Punkten der Platte 12, die von dem Elektronen-

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird strahl getroffen werden. In der Praxis wird daher vorteilhafterweise bei einer Platte aus einem Kristall, die Anode 30 parallel zur Oberfläche der Platte 12 der bei einer bestimmten Temperatur, der Curie- 5 in deren unmittelbarer Nähe angeordnet. Da der Temperatur, ferro-elektrisch wird, eine Temperatur einfallende Elektronenstrahl und der Lichtstrahl die angewandt, die in der Nähe dieses Wertes liegt. Die Anode durchqueren müssen, wird die Anode beidielektrische Konstante erreicht dabei sehr hohe spielsweise in Form eines Gitters ausgebildet.
Werte, während die Erfindung sich mit bequem F i g. 1 zeigt weiterhin eine dünne Platte 32, die

erzielbaren Steuerspannungen durchführen läßt (die io elektrisch leitend und optisch durchsichtig ist und in »Pockels«-Wirkung ist proportional zu dem Pro- der Praxis durch eine dünne Metallschicht (Gold, dukt V). Silber, Chrom) gebildet und zur Verbesserung der

Die bekanntesten, diese Erscheinung aufweisenden Haftung von einer oder mehreren Metalloxyd-Kristalle sind saure Salze des KDP-Typs der Klasse schichten (SiO, SiO₂, Bi₂O₃, Ag₂O) umgeben ist. der quadratischen Kristalle, deren optische Achse 15 Zwischen dieser dünnen Metallschicht (Platte 32) parallel zu der Kristallachse c verläuft. Als Beispiel und der Anode 30 wird das Videoinformationssignal seien erwähnt die Verbindungen, die dadurch er- angelegt. Das Potential der Schicht kann auf einem halten werden, daß in der Formel KH₂PO₄ das K-Ion bestimmten Wert festgelegt und das Informationsdurch Rb oder Cs, das PO₄-Ion durch AsO₄ und signal der Anode zugeführt werden, aber in diesem das Wasserstoff-Ion H durch das Schwerwasserstoff- 20 Beispiel empfängt die leitende, durchsichtige Schicht Ion (Deuterium) D ersetzt wird. Bei dem zuletzt er- das Signal, so daß diese Schicht (Platte 32) eine wähnten Ersatz nähert man sich der Curie-Tempe- Steuerelektrode bildet.

ratur am meisten. Von diesen Verbindungen weist Der Mechanismus dieser Steuerung ist wie folgt:

KD₂PO₄, das etwa 5°/o Η-Ionen entsprechend den Wenn die Elektronen des Elektronenstrahls die Deuterium-Ionen enthält und das leicht erhältlich *5 Oberfläche der ersten Platte 12 erreichen, erzeugen ist, eine geeignete Temperatur von etwa-55⁰C auf. sie, wenn die Energie innerhalb der gewünschten Die dielektrische Konstante a, b, c tritt in den Rieh- Grenzen liegt und wenn das Anodenpotential hintungen der Kristallachsen a, b bzw. c auf; die ferro- reichend hoch ist, Sekundärelektronen, deren Anzahl elektrische Erscheinung tritt nur in der Richtung größer als die der einfallenden Elektronen ist. Inder Achse c auf (c kann 5 · 10⁴ bei einem freien 30 folgedessen wird das Potential des Treffpunktes erKristall und 700 bei einem befestigten [z. B. fest- höht, so daß der Potentialunterschied zwischen geklebten] Kristall erreichen, während α und b den Anode 30 und Treffpunkt geringer wird. Wenn die Wert 100 nicht überschreiten). Elektronen des Elektronenstrahls diesen Punkt in ge-

F i g. 1 zeigt schematisch die wesentlichen Einzel- nügend langer Zeit treffen, wird dieser Potentialteile einer optischen Relaisvorrichtung nach der Er- 35 unterschied negativ und erreicht einen Wert von findung, um ein sichtbares Bild auf einem Schirm 2 z.B. —3 V, bei dem dann jedes einfallende Elekdurch eine Projektionslinse 4 zu erzeugen. Das Licht tron nur noch ein einziges Sekundärelektron erzeugen stammt von einer Lichtquelle 6, hier einer Glüh- kann. Das Potential des Punktes erreicht somit einen lampe. Jede andere Art von Lampe ist selbst- Grenzwert in bezug auf das Anodenpotential. In verständlich anwendbar. Das Licht passiert eine 40 Abhängigkeit von der Abtastgeschwindigkeit muß Kollimatorlinse 8, dann einen Raum 10 zur Unter- die Intensität des Elektronenstrahls daher hindrückung der Infrarotstrahlung. Die optische Relais- reichend hoch gewählt werden. Wenn das Potential vorrichtung wird im wesentlichen durch die erste des betreffenden Punktes anfangs nicht niedriger, Platte 12 gebildet, die aus einem parallelopiped- sondern höher als dieser Grenzwert gewesen wäre, förmigen Einkristall aus KDP besteht, dessen op- 45 hätte die Sekundäremission die von dem Elektronentische Achse c auf den Hauptflächen senkrecht steht. strahl erzeugte Ladung nicht ausgeglichen, so daß Dieser Kristall ist zwischen den zwei kreuzweise an- dieses Potential allmählich auf den erwähnten Wert geordneten Polarisatoren 14 und 16 angeordnet, herabgesunken wäre.

deren Polarisationsflächen parallel zu den zwei an- Es wird nunmehr die Steuerelektrode (Platte 32)

deren Kristallachsen (α und b) des Einkristalls ver- 5° erläutert: Wenn das Anodenpotential konstant ist, laufen. Ein thermischer Regler 18 steht in Verbin- fixiert jeder Übergang des Elektronenstrahls, wie dung mit der ersten Platte 12, die auf diese Weise vorstehend erwähnt, das Potential eines beliebigen etwa auf dem Wert der Curie-Temperatur, d. h zwi- Punktes A der Oberfläche auf einem Wert F₀ unabschen — 50 und — 55° C, gehalten wird. Auf die hängig von dem Aufprallpunkt und von dem Augenlinke Fläche der Platte 12 wird ein Elektronenstrahl 55 blick des Durchgangs. Die entsprechende elektrische entworfen, der durch eine gestrichelte Linie ange- Ladung an dem betreffenden Punkt hängt jedoch von deutet ist und von einem Elektronenstrahlerzeu- dem Potential der Steuerelektrode ab, die in der gungssystem 20 stammt. Dieser Elektronenstrahl Nähe der anderen Oberfläche der ersten Platte 12 tastet periodisch durch Ablenkmittel 22, die durch angeordnet ist. Es genügt, den »Kondensator« zu Abtastsignale eines Empfängers 24 gesteuert werden, 60 betrachten, dessen Dielektrikum durch die erste die volle Nutzfläche der Platte 12 ab. Der Empfänger Platte 12 und dessen Elektroden durch die Steuer-24 empfängt am Eingang 26 die Synchronsignale elektrode (Platte 32) und das Element der Aufprall- und das eigentliche Videosignal. Der Block 28 liefert fläche um den Punkt A gebildet werden, um zu erfür einige dieser Einzelteile die erforderlichen Gleich- kennen, daß, wenn V_A das Potential der Elektrode spannungen, z. B. für die Anode 30. Die Anode 30 65 im Augenblick des Übergangs bezeichnet, die Laist durch eine Platte parallel zum Lichtstrahl ange- dung proportional mit V₀ — V_A ist. Da die Ladung deutet. Selbstverständlich ist diese Anordnung sehr auf einer elektrisch isolierenden Oberfläche auftritt, günstig zum Durchlassen des Lichtes, aber nicht bleibt sie konstant bis zu dem nächsten Übergang

des Elektronenstrahls über den gleichen Punkt/1, ähnlich wie der Potentialunterschied V₀ — V_A zwischen den zwei Flächen der Platte 12 an dem betreffenden Punkt und dem betreffenden elektrischen Feld senkrecht zu der Platte 12 und der Steuerelektrode (Platte 32). Das elektrische Feld, das den Durchgang des Lichtes durch die Platte 12 an dem Punkt A steuert, ist also an sich konstant zwischen zwei Durchgängen des Elektronenstrahls und wird während dieser Durchgänge durch die Videoinformationssignale gesteuert. Dies gilt auch für einen weiteren Punkt B, wo der feste Potentialunterschied beim Passieren des Elektronenstrahls V₀ — V_B beträgt, wobei Vβ den Wert des Videoinformationssignals im Augenblick des Durchgangs bezeichnet.

Die Konstantheit des elektrischen Feldes zwischen zwei aufeinanderfolgenden Durchgängen des Elektronenstrahls verhindert ein Flackern des Bildes dann, wenn das wiederzugebende Bild nur sehr langsam entwickelt wird, d. h., wenn nur einige Bilder pro Minute übertragen werden müssen.

Die vorstehend geschilderte Vorrichtung arbeitet wie folgt: Der Elektronenstrahl tastet die Platte 12 ab. Die infolgedessen an jedem Punkt auftretende Ladung hängt von dem der dünnen Platte 32 zugeführten Signal ab. Die auf diese Weise zwischen den zwei Plattenoberflächen festgelegte, elektrische Spannung, z. B. V, an einem bestimmten Punkt ändert die optischen Werte des Punktes, so daß die Lichtintensität des Polarisators 16 proportional mit sin² kV ist, ähnlich wie die Helligkeit an dem betreffenden Punkt des Schirms 2, wo das gewünschte Bild wiedergegeben wird.

Deutlichkeitshalber ist die erste Platte 12 in der Figur senkrecht zum Lichtstrahl gezeichnet. Nur der Elektronenstrahl fällt unter einem spitzen Winkel ein. In der Praxis kann es infolge des Vorhandenseins des Gitters vor dem Schirm, das als Anode 30 wirksam ist, empfehlenswert sein, in der Achse des Lichtstrahls eine minimale Schrägstellung des Lichtstrahls durchzuführen, wodurch die beiden Lichtstrahlen eine schräge Lage einnehmen. Infolge seiner Doppelbrechung zeigt aber der KDP-Kristall eine Phasenverschiebung, wenn er von einem Lichtstrahl durchquert wird, der einen bestimmten Winkel mit seiner optischen Achse c einschließt.

Diese Phasenverschiebung wird nun dadurch ausgeglichen, daß zwischen den zwei Polarisatoren 14 und 16 eine Kristallplatte (nicht dargestellt) angebracht wird, deren optische Achse parallel zu der der Platte 12 verläuft, und die eine doppelte Brechung entgegengesetzter Vorzeichen aufweist. Eine einfache Berechnung zeigt, daß der Unterschied in dem Verlauf von zwei Lichtkomponenten in orthogonalen Richtungen etwa gleich:

_L ⁿe~ⁿ0 ρ

z.B. aus Quarz, mit der Beziehung: n'_e—n'_o= 1,5533 -1,5442=0,0091, wobei der Index bedeutet, daß die betreffende Größe sich auf den Kompensationskristal bezieht. Um die von den beiden Kristallen eingeführte Phasenverschiebung auf Null herabzusetzen, genügt es, die Beziehung:

ist, wobei L die Dicke des durchquerten Kristalls, /i„ und n_e den normalen bzw. den außerordentlichen Brechungsindex und ί den Winkel zwischen dem Lichtstrahl und der optischen Achse auf der Außenseite des Kristalls bezeichnen. Der Kristall KD₂PO₄ hat eine negative Doppelbrechung:

n_e-n_o= 1,4684 - 1,5100 = -0,0416.

Um diese Doppelbrechung zu kompensieren, wird ein Kristall mit positiver Doppelbrechung gewählt, ίο zu verwirklichen.

Für eine Ausführung der Platte aus Quarz wird eine Platte mit einer Dicke L' gewählt, die 4,8mal größer ist als die Dicke L der Platte KD₂PO₄. Ein Quarz mit positiver Doppelbrechung kann leicht mit den notwendigen optischen Eigenschaften hergestellt werden, aber er weist den Nachteil auf, daß er eine erhebliche Drehleistung in der Größenordnung von 27°/mm erfordert. Um dies auszugleichen, wird die Quarzplatte in zwei'Teile aufgeteilt, die durch je eine Platte und durch einen rechts- bzw. linksdrehenden Kristall gebildet werden.

In der in den F i g. 2 und 3 dargestellten Vorrichtung nach der Erfindung wird der durch die Pfeile 40 bezeichnete Lichtstrahl, der die Platte 12 unter einem

as Winkel von 5° trifft, an der Rückfläche der Platte von einem Spiegel 42 (F i g. 3) reflektiert, der elektrisch nicht leitend ist. Dieser Spiegel könnte durch eine im Vakuum durch das Gitter 30 hin aufgedampfte Metallschicht gebildet werden. In diesem Beispiel weist der Spiegel ein mehrfaches Dielektrikum auf und wird durch sieben Schichten, die abwechselnd aus Zinksulfid und Cryolyt bestehen, gebildet. Die Dicke jeder Schicht ist gleich einer Viertelwellenlänge des Lichtes. Um den Sekundäremissionskoeffizienten zu erhöhen, wird eine Cryolytschicht 44 doppelter Dicke zugeordnet.

Die Rückfläche der Platte 12 fängt den von dem Elektronenstrahlerzeugungssystem 20 gelieferten Elektronenstrahl auf. Dieser Elektronenstrahl wird durch eine Spannung von 2000 V zwischen der Kathode 202 mit dem Glühkörper 204 und der Elektrode 206 beschleunigt, die mit der Anode 30 (Fig. 1) elektrisch verbunden ist. Der Elektronenstrahl wird dann durch die vier Spulen 22 nach Fokussierung durch die Spule 46 magnetisch derart abgelenkt, daß bei einer Intensität von 26 μΑ die Stromdichte auf der Schicht 44 1 A/cm² beträgt. Auf diese Weise wird eine Abtastung von 600 · 800 getrennten Punkten auf einer Oberfläche der Platte 12 von 27 X 36 mm erhalten.

Die Schicht 44, der Spiegel 42 und die verschiedenen anderen Schichten sind in dieser Reihenfolge angeordnet.

Durch eine Anordnung des Spiegels 42 wird das Licht zweimal durch die Platte 12 geführt, so daß bei einer bestimmten Dicke der Platte 12 und bei einer bestimmten elektrischen Spannung die resultierende Phasenverschiebung verdoppelt wird. Die Analyse mit dem Elektronenstrahl wird auch dadurch erleichtert, daß dieser senkrecht auf die Platte 12 gerichtet wird. Außerdem durchläuft das Licht nicht die Anode 30, so daß eine bessere Durchlässigkeit erhalten wird. Die kreuzweise angeordneten Polarisatoren (nicht dargestellt) werden vor der Röhre, d. h. auf der linken Seite in der Fig. 1, in der Bahn des einfallenden und des reflektierten Lichtstrahls in einem hinreichenden Abstand angeordnet, um die Lichtstrahlen vollkommen voneinander zu trennen. Die

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Polarisatoren sind von dem käuflich erhältlichen Typ einer ringförmigen Stütze 52 (Fig. 2) einer Kupfer-

»Polaroid«. Nickel-Legierung mit einem Ausdehnungskoeffi-

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Vor- zienten etwa gleich dem des Kupfers gespannt. Die

richtung nach der Erfindung wird vor der Röhre nach Stütze 52 weist einen kreisförmigen Nutzdurchgang

F i g. 2 eine Polarisationsvorrichtung in Form eines 5 von 40 mm 0 auf und enthält eine Nut 54, in dem

»Brace Prismas« verwendet, das in F i g. 4 dargestellt ein Kupfer-Nickel-Ring untergebracht werden kann,

ist und die zwei Polarisatoren ersetzt. Dieses Prisma Um das Gitter 30 an der Stütze 52 zu befestigen,

hat die Form eines rechteckigen Parallelopipeds 47 wird der Ring mit dem Gitter 30 in die Nut 54 ge-

mit einer Höhe von 3 cm und einer Tiefe von 4 cm drückt, worauf der Ring und die Stütze 52 durch

entsprechend der Höhe und der Breite des Bildes, io Punktschweißen aneinander befestigt werden. Nach

und einer Lange von 5,2 cm. Das Prisma ist in zwei der Montage wird das Gitter 30 thermisch erhärtet,

Teile entlang einer Diagonalebene durch eine Platte um eine angemessene mechanische Spannung zu

48 von 6 X 4 cm mit geringer Dicke (1 mm) aufge- erzielen.

teilt, die aus einem Doppelbrechungskristall (hier ein In der Stütze 52 des Gitters 30 sind ein Spalt 56 Spatkristall) derart geschnitten ist, daß die optische 15 zum Durchführen des Verbindungsdrahtes 58 der Achse zur Zeichnungsebene senkrecht liegt. Der Steuerelektrode 32 und sechs Bohrungen 60 vorverbleibende Teil des Volumens wird mit einer Flüs- gesehen. Die Stütze 52 wird durch Schrauben 62 sigkeit oder einem Feststoff mit einem optischen auf einem Halter 64 befestigt. Beide Einzelteile wer-Brechungsindex zwischen 1,7 und 1,8 ausgefüllt. Das den mit dem Erdpotential verbunden. Ein Ansatz durch die Pfeile 40 angedeutete Licht fällt von oben ao des Halters ist gleich der Dicke einer Scheibe 66, her ein, wie in der Fig. 4 angegeben. Lediglich die deren Wirkung weiter unten beschrieben wird. Um Komponente, deren elektrische Schwingung zur den gewählten Raum von 50 μηι zwischen dem Zeichnungsebene senkrecht ist, wird zu der Röhre Gitter 30 und der Schicht 44 beizubehalten, sind \ von der Spatplatte 48 zurückgestrahlt, da der Bre- nicht dargestellte Glimmerabstandsstücke zwischen chungsindex dieser Platte n_e = 1,486 ist. Nach Re- »5 der Stütze 52 und dem Halter 64 angeordnet. Vor flexion im Innern der Röhre kehrt das Licht zurück der Platte 12 ist die Steuerelektrode 32 angeordnet, und die Komponente, deren elektrische Schwingung die hinreichend dick sein muß, um einen niedrigen zur Zeichnungsebene senkrecht ist, wird zur Quelle Widerstandswert pro Quadrat zu erzielen, der in reflektiert und geht verloren. Die Komponente, deren diesem Falle niedriger als 500 Qhm ist. Der Widerelektrische Schwingung ir. der Zeichnungsebene ver- 3° stand pro Quadrat wird zwischen zwei parallelen tikal ist, trifft die Spatplatte mit einem Brechungs- Seiten eines Quadrates der Schicht gemessen. Die index /i₀ = 1,658 und wird praktisch nicht reflek- Elektrode muß jedoch dünn sein, um eine gute tiert. Diese Komponente wird zur Projektion des Durchsichtigkeit zu erzielen. In diesem Beispiel Bildes benutzt. Diese Vorrichtung hat einen höheren wird die Elektrode durch eine Metallschicht (Gold, optischen Wirkungsgrad als die zwei Polarisatoren 35 Silber, Chrom) gebildet, die mit einer oder mehdes Polaroid-Typs und ermöglicht, einen Lichtstrahl reren Metalloxydschichten 321 und 322 (F i g. 3) anzuwenden, der zum Fenster 49 und zur empfind- zur Verbesserung der Haftung (SiO, SiO₂, Bi₂O.,, liehen Platte 12 senkrecht ist. Ag₂O) überzogen ist.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Vor- Die in Fig. 5 dargestellte empfindliche Platte 12 richtung nach der Erfindung ist es auch möglich, 40 weist nahezu die Form eines Rechtecks von 3 X 4 cm einen einzigen Polarisator des üblichen Typs in der auf. An den Rändern dieses Rechtecks ist auf der Nähe des Eingangsfensters 49 der Vakuumröhre 50 Rückfiäche eine Aluminiumschicht 70 angeordnet, derart anzuwenden, daß die einfallenden und reflek- die eine Nutzöffnung von 27 X 36 mm frei läßt tierten Lichtstrahlen diesen vollständig durchlaufen. und eine gute elektrische Befestigung an der Steuer- / In diesem Falle ist die Intensität des den Schirm 45 elektrode (Platte 32) ermöglicht. Beim Anbringen treffenden Lichtes jedoch nicht proportional zu der Platte 12 auf der Scheibe 66 kommt diese Schicht sin"^J kV, sondern zu cos² kV, wie vorstehend an Hand 70 mit einer Aluminiumschicht 72 (s. F i g. 6) in der »Pockels«-Wirkung erläutert wurde. Es folgt Berührung, die in vier Sektoren aufgeteilt die Vorderdaraus, daß die Richtung der Änderungen des fläche der Scheibe 66 bedeckt. Diese vier vonein-Videoinformationssignals der Richtung entgegen- 50 ander getrennten Sektoren ermöglichen nach der gesetzt sein muß, die den zwei kreuzweise angeord- Anbringung den elektrischen Kontakt zwischen den neten Polarisatoren entspricht. Die Wirkungsweise Schichten 70 und 72 zu kontrollieren. Auf der der optischen Relaisvorrichtung ist jedoch gleich der Schicht 72 liegt der Verbindungsdraht 58, über den der vorstehend beschriebenen Relaisvorrichtung, und das Videoinformationssignal der Steuerelektrode die Einzelteile der Röhre 50 sind unabhängig von 55 (Platte 32) zugeführt wird. Die Dicke der Platte 12 der Anzahl und von dem Typ der gewählten Polari- ist 0,2 mm. Dieser Wert entspricht der erwähnten satoren. Bildauflösung (600 · 800 Punkten). In der Nähe der

Fig. 3 zeigt auf der rechten Seite die Anode 30, Curie-Temperatur ist die dielektrische Konstante,

die durch ein Gitter gebildet wird und mit einem wie vorstehend erwähnt, bedeutend höher in der

Auffänger für die Sekundärelektronen, die durch die 60 Richtung der optischen Achse des Kristalls als in

einfallenden Elektronen des von dem Elektronen- jeder anderen Richtung. Infolgedessen können die

Strahlerzeugungssystem 20 ausgesandten Elektronen- Kraftlinien des elektrischen Feldes nicht von der

Strahls ausgelöst werden, mit der Schicht 44 über- Normalen zur Platte abweichen, während über die

zogen ist. Das Fanggitter besteht aus Kupfer. Der ganze Dicke die durch die Ladungsverteilung auf

Stich beträgt 50 μχη, die Dicke etwa 10 um und der 65 der Schicht 44 herbeigeführte Auflösung beibehalten

Durchmesser der öffnungen etwa 45 μτη, so daß die werden kann.

Durchlässigkeit für die einfallenden Elektronen zwi- Um die Temperatur auf dem geeigneten Wert zu

sehen 60 und 70% liegt. Dieses Gitter 30 ist auf halten, muß die in der Nähe der Platte 12 entwickelte

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Wärme abgeführt werden. Diese Wärme wird sowohl der Röhre 50 der F i g. 8 ist gleich den Einzelteilen durch den Elektronenaufprall sowie durch die Streu- 12, 52, 66 der Fig. 2. Die Lichtquelle 6 wird durch absorption von Lichtenergie erzeugt. Die Platte 12 eine Bogenentladungslampe gebildet, und ein Konwird zu diesem Zweck an der Fluorplatte 66, die densator C projiziert das Bild der Lichtquelle 6 auf eine Dicke von 8 mm und einen Durchmesser von 5 einen kleinen Spiegel R (hier ein Totalreflexions-5 cm aufweist, angeklebt. Der Ausdehnungskoeffi- prisma), der im Brennpunkt eines optischen zient ist annähernd gleich dem von dem KDP-Kri- Systems L mit einer Brennweite / (z. B. Dublette zur stall. Diese Scheibe wird in dem Halter 4 unter- Verringerung der Aberration des Chromatismus) angebracht, der durch den Hohlring 80 abgekühlt wird, geordnet ist. Infolge der kleinen Abmessungen des der mit einem Joule-Thompson-Cryostaten 18 ver- io Bildes der Lichtquelle 6 liegen die von dem optibunden ist, dem unter einem Druck von 150 kg/cm² sehen System L stammenden, in die Röhre 50 ein-Stickstoff zugeführt wird. Nur das Rohr 81 dieses fallenden Lichtstrahlen praktisch parallel zuein-Cryostaten ist dargestellt. Es ist bekannt, daß ein ander. Die Normale zum Schirm 266 liegt ein wenig solcher Cryostat durch ein Rohr 81 (F i g. 7) gebil- geneigt zur Achse des Lichtstrahls, etwa 1°, so daß det wird, das im Innern eines Innenrohres 83 eine in 15 der reflektierte Lichtstrahl auf eine Fläche nahe dem einer kleinen Öffnung endende mit einer thermisch Spiegel R fokussiert wird, bevor der Lichtstrahl den isolierenden Wand umgebende Rohrwicklung 82 auf- Schirm 2 trifft. Die hin- und zurückgehenden Bahnen weist. Das Gas dehnt sich durch diese öffnung hin- der Lichtstrahlen lassen sich durch Anwendung des durch unter Abkühlen aus, und das gekühlte Gas Spiegels R für die Projektion auf den Schirm 2 änkühlt beim Entweichen entlang der engen Rohr- 20 dem. Das optische System L kann also als Projekwicklung das einströmende Gas ab. Die Temperatur tionsobjektiv wirksam sein. Dann erfolgt die Einnimmt dann allmählich ab. stellung durch Regelung des Abstandes ρ zwischen L

Eine andere, gut geeignete Kühlvorrichtung ist und dem Schirm 266. Dabei muß l/p' + l/p = /// anwendbar, z. B. eine Vorrichtung mit Peltier-Effekt. sein, wobei p' der Abstand zwischen dem Objektiv L In diesem Beispiel wird die Stickstoffzufuhr von 25 und dem Schirm 2 ist. Es kann auch ein zusätzliches einem Behälter 84 durch ein Elektrogefäß 86 ge- Projektionsobjektiv zwischen L und dem Schirm 2 regelt, das an sich durch ein Temperaturmeßgerät angewandt werden. Aus F i g. 8 ist die Anordnung des üblichen Typs gesteuert wird. Nach einem weite- der kreuzweise angeordneten Polarisatoren P₁ und F₂ ren Merkmal der Erfindung wird dieses Meßwerk des Polaroid-Typs ersichtlich, die in der hin- bzw. wie folgt konstruiert: Man schneidet eine Platte 88 30 rückgehenden Bahn angeordnet sind.
mit einem Durchmesser von 5 bis 10 mm und einer Die Vorrichtung läßt sich durch Anwendung einer Dicke von etwa 0,5 mm aus dem gleichen Kristall, Lichtstrahlentrennungs-Polarisationsvorrichtung verder für die Platte 12 benutzt wird. Diese Platte 88 bessern. Dieser Polarisator kann mehrere dielekwird mit zwei Elektroden bedeckt und auf der freien trische Schichten besitzen oder von dem »Glaze-Fläche der Stütze 52 befestigt. Die in F i g. 2 nicht 35 brook«-Prisma aus Spat nach F i g. 9 abgeleitet sein, dargestellte Platte folgt somit genau den Tempe- Polarisator oder Prisma ersetzen den Spiegel R nach raturänderungen des Ganzen mit der Platte 12, und F i g. 8, und dann sind die Polarisatoren P₁ und P₂ die Messung der Kapazität ermöglicht eine Ein- entbehrlich. Dies hat den Vorteil, daß mit überstellung der Betriebstemperatur. Dieses Einstell- läppenden, hin- und rückgehenden Lichtstrahlen verfahren weist den Vorteil auf, daß die gemessene 40 vorgegangen werden kann, wodurch der Winkel zwi-Kapazität zur dielektrischen Konstante des Kristalls sehen dem Lichtstrahl und der Scheibe der Röhre und somit zur elektro-optischen und zu der zu sta- 50 noch genauer dem Wert von 90° angenähert ist. bilisierenden Empfindlichkeit proportional ist. Das elektrische Feld des Lichtstrahls hat die Rich-

In der Vorrichtung nach F i g. 1 ist die Dicke der tung, die mit 267 auf der linken Seite des Prismas R

Platte 12 0,2 mm, was einem hohen Wert der Bild- 45 in Fig. 8 und mit 268 auf der rechten Seite des

schärfe entspricht, da in der Nähe der Curie-Tem- Prismas R angedeutet ist.

peratur, wie gesagt, die dielektrische Konstante in Um zu vermeiden, daß die von dem durch die

der Richtung der optischen Achse des Kristalls er- Elektronen bestrichenen Punkte des Schirms 266

heblich höher ist als in jeder anderen Richtung. stammenden Sekundärelektronen Punkte treffen, die

Infolgedessen können die Kraftlinien des elektrischen 50 höhere Potentiale als der Punkt des Gitters 30 haben

Feldes nicht von der Normalen zur Platte 12 ab- können, muß dieses Gitter 30 sehr nahe am Schirm

weichen, so daß über die ganze Dicke der Platte 12 266 angeordnet werden. Dies kann leicht durch ein

die erzielte Bildschärfe entsprechend der Ladungs- Ankleben des Gitters 30 an den Schirm 266 erfolgen,

verteilung aufrechterhalten werden kann. nachdem die Gitteroberfläche mit einer Isolierschicht

Die anderen Elemente der Regelvorrichtung sind 55 überzogen ist, um Kurzschluß zwischen Punkten des (s. Fig. 7): Ein elektrischer Oszillator 92 von 2MHz, Schirmes 266 und dem Gitter 30 zu vermeiden, ein Kondensator 94, der mit dem Kondensator 90 Diese Schicht kann aus Siliziummonoxyd SiO beeine kapazitive Brücke bildet, ein Verstärker 96, ein stehen, und die Dicke kann einige μΐη betragen.
Detektor 98, der elektromagnetische Teil 100 des Da es schwierig ist, zwei flache Oberflächen zu-Elektrogefäßes 86 und schließlich ein regelbares 60 sammenzukleben, von denen eine (das Gitter 30) Schwellwertorgan, das aus einem Potentiometer 102 sehr dünn und elastisch ist, wird die Oberfläche des und einem Gleichspannungsgenerator 104 besteht. Schirmes 266 konvex ausgebildet. Die Platte 12 aus

Die Vorrichtung nach der Erfindung kann noch dem Kristall kann z. B. sphärisch mit einem Radius

durch die in den F i g. 8 und 9 veranschaulichten zwischen 2 und 4 m ausgebildet werden. Bei einer

Maßnahmen verbessert werden. F i g. 8 zeigt eine 65 Länge der Diagonalen von 40 mm ist der Radius

optische Vorrichtung zum Erzeugen eines Licht- dann bis zu 100 μ lang, was hinreichend ist, um das

Strahls, der auf den Schirm 266 der Röhre 50 nahezu Gitter 30 aufzuspannen und vollständig an der aus

senkrecht auffällt (s. auch F i g. 2). Der Schirm 266 dem Kristall bestehenden Platte 12 zu befestigen.

Wenn die Platte 12 gut klebt und damit das Gitter 30 gut befestigt ist, gibt es keine Gebiete, die eine Temperatur unterhalb der Curie-Temperatur haben. Im Betrieb kann die Temperatur T_c z. B. zwischen 4 und +2° C liegen.

Die vorstehend geschilderten Vorrichtungen haben den Nachteil, daß die Kapazität zwischen dem Gitter 30 und dem Schirm 266 erhöht wird. Infolge der hohen dielektrischen Konstante der aus dem Kristall bestehenden Platte 12 stört diese Kapazität die Wirkung der Röhre 50 nicht, sondern beeinflußt in der Praxis die Signalverbindung. Diese Kapazität kann z. B. 300 bis 500 pF erreichen, wodurch ein Kippspannungsgenerator mit einer Impedanz von etwa 75 bis 100 Ohm und eine hohe Leistung notwendig sind. Dies kann durch Vergrößerung der Dicke der Isolierung verbessert werden. Da es schwierig ist, eine große Dicke durch Aufdampfen zu erhalten, ist es von Bedeutung, ein isolierendes Gitter 30 zu wählen, das z. B. aus »Photoform«-Glas (Corning) mit einer Dicke von 50 bis 100 μ besteht, das auf der Seite des Elektronenstrahls mit einer leitenden Metallschicht z. B. durch Aufdampfen bedeckt wird.

Damit der Schirm 266 nicht von Sekundärelektronen getroffen wird, wird ein elektrisches Feld senkrecht zur Schirmoberfläche verwendet, wodurch die Elektronen nicht zu weit von der Normalen zum Auftreffpunkt abweichen können. Um zu vermeiden, daß das elektrische Feld die Abtastung stört, muß der ganze Abtastraum von dem gleichen Magnetfeld umgeben werden. Es wird zu diesem Zweck ein elektronen-optisches System des Vidicon-, Plumbicon- oder Bildorthikon-Typs verwendet. Da die Abmessungen des Schirmes 266 der Röhre 50 nahezu gleich denen eines Bildorthikons sind, läßt sich der dabei übliche Ablenk- und Konzentrationsspulenblock anwenden. Die Sekundärelektronen suchen sich um die Kraftlinien des Konzentrationsfeldes herumzudrehen. Ein Teil dieser Elektronen wird direkt von dem Gitter 30 (s. F i g. 3) aufgefangen, ein weiterer Teil durchquert das Gitter 30 und wird schließlich von der letzten Beschleunigungsanode aufgefangen, die durch einen Zylinder gebildet wird, dessen Durchmesser mindestens gleich der Diagonalen des Bildes sein soll (s. F i g. 3).

Da die eingeprägte Zeitkonstante des Kristalls der Platte 12 sehr hoch ist, kann die Röhre 50 als Speicherröhre benutzt werden. Sie weist dann zwei wesentliche Vorteile gegenüber den bekannten Speicherröhren auf. Erstens erfolgen die Löschung und die Eingabe derart gleichzeitig, daß tote Zeitintervalle vermieden werden. Zweitens ist die Lesung vollkommen unabhängig von den zwei erwähnten Vorgängen. Die Ablesung kann gleichzeitig damit

ao ausgeführt werden, ohne daß der Speicher geändert wird. Die Ablesung läßt sich entweder mit einer Vidicon- oder durch jede andere Kameraröhre durchführen, die mit einer üblichen Lichtquelle verbunden ist, oder mit einem Photomultiplikator mit einem »flying spot«.

Mit einer aus einem Kristall bestehenden Platte 12 aus KD₂PO₄ (90% Deuterium) ohne leitfähige Verunreinigungen bei -6O⁰C wurde eine Speicherdauer von mehr als 3 Stunden gemessen. Um eine längere Speicherdauer zu erzielen, kann eine Verbindung mit weniger Deuterium benutzt werden, deren Betriebstemperatur niedriger liegt. Bei einer Verbindung mit etwa 50% Deuterim und bei Betriebstemperaturen von etwa — 100⁰C beträgt die Speicherdauer mehrere Monate.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 2 stehend aus einer in Abhängigkeit von dem elek- Patentansprüche: irischen Feld parallel zur Fortpflanzungsrichtung des Lichtes durchlässigen Platte aus elektrisch isolieren-

1. Optische Relaisvorrichtung, insbesondere dem Werkstoff, aus Mitteln zum Abtasten einer für Fernsehzwecke, bestehend aus einer in Ab- 5 ersten Oberfläche dieser Platte durch einen Elekhängigkeit von dem elektrischen Feld parallel zur tronenstrahl und aus einer Anode zum Auffangen Fortpfianzungsrichtung des Lichtes durchlässigen der vom Elektronenstrahl erzeugten Sekundärelek-Platte aus elektrisch isolierendem Werkstoff, aus tronen.

Mitteln zum Abtasten einer ersten Oberfläche Die Erfindung bezieht sich also auf die Umwanddieser Platte mit einem Elektronenstrahl und aus ₁₀ lung eines elektrischen, zeitlich veränderlichen, eine einer Anode zum Auffangen der vom Elektronen- Bildinformation enthaltenden Signals in ein sichtstrahl erzeugten Sekundärelektronen, dadurch bares Bild. Bekanntlich wird zu diesem Zweck ein gekennzeichnet, daß die Relaisvorrich- Fernsehempfänger verwendet.

tung eine erste Platte (12) aus einem Werkstoff I_n der Bildröhre eines Fernsehempfängers vollaufweist, der unterhalb einer bestimmten Tem- i₅ führt der Elektronenstrahl gewöhnlich die drei peratur ferro-elektrisch ist, bei dieser Temperatur Grundfunktionen dieser Umwandlung, d. h.,
betrieben wird und dessen Curie-Temperatur

normalerweise niedriger als die Umgebungs- _a) er liefert die in Licht umzuwandelnde Energie temperatur ist und der aus einem sauren Salz (die Lichtausgangsleistung der Röhre ist somit besteht, bei dem der Wasserstoff derart mit _ao stets niedriger als die von dem Elektronenstrahl schwerem Wasserstoff angereichert ist, daß die übertragene Leistung),
Umgebungstemperatur erreicht wird, daß die b) er tastet die Bildoberfläche ab,
Relaisvorrichtung weiterhin eine Temperatur- _c) er überträgt die Videoinformation.
regelvorrichtung für diese erste Platte (12) aufweist, die als Temperatureinstellorgan ein Meß- 35 In bezug auf die Funktionen b) und c) sei bewerk zum Messen der Kapazität eines Konden- _merkt, daß die Elektronenstrahlleistung und damit sators enthält, dessen Dielektrikum durch eine die Bildhelligkeit nicht so weit erhöht werden könzweite Platte gebildet wird, die aus dem gleichen _nen, wie es zur Erzielung einer guten Projektion auf Werkstoff wie die erste Platte (12) geschnitten einen großen Schirm notwendig wäre.
^ist· 30 Es ist daher vorgeschlagen worden, die erwähn-

2. Relaisvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ten Funktionen zu trennen und die Funktion a) gekennzeichnet, daß die erste Platte (12) aus _z. ß. durch eine Bogenlampe und die Funktionen b) einem Werkstoff mit natürlicher Doppelbrechung _und _c) durch ein sogenanntes »optisches« Relais besteht und die erste Platte derart angeordnet vollführen zu lassen. Es sind nun verschiedene Arten ist, daß das Licht die erste Platte schräg durch- _{35 e}i_nes derartigen Relais bekanntgeworden. Das am quert und die infolge der Doppelbrechung auf- meisten verwendete Relais (Eidophor) ist schwer, tretende Phasenverschiebung durch die Anord- _groß und läßt sich nur schwierig in Betrieb nehmen, nung einer zweiten Platte mit entgegengesetzter Ein anderes Relais ist aus einer Veröffentlichung Doppelbrechung und mit einer optischen Achse von Rissmann und Vosahlo in »Untersuchungen parallel zu der optischen Achse der ersten Platte 40 _zur Lichtsteuerung und Bildschreibung mit Hilfe (12) in der Lichtbahn ausgeglichen wird. elektro-optischer Einkristalle«, Jenaer Jahrbuch,

3. Relaisvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch i960, I. Teil, S. 228, bekanntgeworden. Es wird dagekennzeichnet, daß auf einer ersten Fläche der bei ein Kristall verwendet, der eine elektro-optische, ersten Platte (12) ein Spiegel aus elektrisch nicht- die sogenannte »Pockels«-Wirkung aufweist. Ein leitendem Werkstoff angeordnet ist. 45 Kristall aus KH₂PO₄ hat sich als gut geeignet er-

4. Relaisvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch wiesen. Dieser Werkstoff wird nachstehend kurz gekennzeichnet, daß das Licht vor dem Auf- KDP genannt. Die Wirkung dieses Kristalls sei wie treffen auf die Platte (12) in zum Spiegel senk- folgt erklärt: Wenn der elektrisch isolierende Kristall rechten Richtungen durch ein »Brace«-Prisma einem elektrischen Feld parallel zu der Kristallgeführt ist, das eine doppeltbrechende Kristall- 50 achse c (die drei Kristallachsen a, b und c bilden platte aufweist, deren optische Achse parallel ein Trieder aus drei Rechtecken. In diesem Fall zu der Schnittlinie der Ebenen der Kristallplatte bildet die Achse c die optische Achse) ausgesetzt und der ersten Platte (12) verläuft. wird, hängt der Brechungsindex dieses Kristalls für

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Lichtstrahlen in der c-Richtung mit linearer Polarivorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- 55 sation in der 0-6-Ebene von der Polarisationsrichzeichnet, daß eine als Steuerelektrode ausgebil- tung ab. Wenn X und Y die Winkelhalbierenden dete Platte (32) mit einer ihrer Flächen an der der Achsen α und b und die Parameter dieses Krizweiten Fläche der ersten Platte (12) angeklebt stalls in bezug auf diese verschiedenen Richtungen ist, während eine durchsichtige Platte größerer durch die den Richtungen entsprechenden Buch-Dicke als die Platte (32) an der anderen Fläche 60 stäben bezeichnen, so ergibt das Diagramm der Indieser Elektrode angeklebt ist. dizes in der ab-Ebene statt eines Kreises eine Ellipse

mit den Achsen X und Y, während der Unterschied nx — ny dem angelegten, elektrischen Feld propor-

tional ist. Daraus folgt, daß, wenn die einfallenden

65 Lichtstrahlen parallel zur Achse α polarisiert sind, die Intensität/ des den Ausgangspolarisator durch-

Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Re- laufenden Lichtes 1 = I₀ sin² kV beträgt, wenn die

laisvorrichtung, insbesondere für Fernsehzwecke, be- Polarisationsrichtung dieses Polarisators parallel zu