DE2012984A1 - Fernsehsystem mit einer Bildaufnahmeröhre - Google Patents

Description

Dipl.-Phys. Leo Thul 2 0 1.29 8 A

Patentanwalt ■

7 Stuttgart 30 :

Kurze Str. 8

L. Ε* Wuellner - R. G. Thieme 5-1

INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK

Fernsehsystem mit einer Bildaufnahmeröhre

Die Erfindung betrifft ein Fernsehsystem mit einer Bildaufnahmeröhre, die eine erste Elektrode zur Erzeugung eines einem optischen Bild entsprechenden Fernsignals und eine zweite Elektrode zur Steuerung der Verstärkung aufweist. Bei derartigen Aufnähmesystemen wird das Fernsehausgangssignal auf einem im wesentlichen konstanten Pegel gehalten.

Die in Fernsehsystemen mit niedrigem Lichtpegel verwendeten Bildaufnahmeröhren müssen unter besonderen Umständen.auf reflektierte Spektral energie ansprechen, die vom. Mond oder von Sternen ausgeht oder" durch thermische Emission der Erdoberfläche erzeugt wird. Als

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Bildaufnahmeröhren werden Orthikon-, Vidikon-, SEC-Vidikon- und Kanalvervielfacher - Bildröhren eingesetzt. Diese Röhren besitzen eine ausgezeichnete Empfindlichkeit und Zuverläßigkeit. Alle diese Röhren weisen jedoch die Schwierigkeit auf, daß bei der Einstellung auf den kleinsten Lichtpegel ein plötzlich auftretendes Blitzlicht oder eine entsprechende Strahlung zu einer Übererregung oder Sättigung der Röhre führt.

Bei einer Kanalvervielfacher-Röhre kann die Verstärkung über die Vervielfacherplatte geregelt werden und zwar in Abhängigkeit von der Größe der angeschalteten Gleichspannung. Diese Kanalvervielfacher-Röhre ist ein Elektronen-Vervielfacher, der einen Ausgangsstrom erzeugt, der in etwa dem Eingangsstrom proportional ist. Wenn dieser Eingangsstrom jedoch einen bestimmten Wert überschreitet, dann wird der Vervielfacher gesättigt. Ein zusätzliches Ansteigen des Eingangsstromes führt zu keiner Änderung des Ausgangsstromes mehr.

Bei einer Bildaufnahmeröhre ist der Eingangsstrom durch den Umgebungslichtpegel bestimmt. Übersteigt dieser Pegel einen vorgegebenen Wert, dann wird der Vervielfacher in die Sättigung getrieben, wobei die Wirklichkeitstreue des Fernsehbildes verloren geht. Es ist daher wichtig, daß der Kanalvervielfacher so arbeitet, daß eine Sättigung verhindert wird. Es soll jedoch gleichzeitig die maximale Verstärkung und Empfindlichkeit für die Bildaufnahmeröhre beibehalten werden.

Bei bekannten Systemen wird die Verstärkung der Röhre, insbesondere des Kanalvervielfachers, durch Regelung der angeschalteten Versorgungsspannung verändert und so die Sättigung der Kanal vervielfacherplatte verhindert. Die Versorgungsspannung wird über eine

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Versorgimgseinheit zugeführt, deren Ausgangsspannung durch ein Steuersignal verändert wird. Der Kanalvervielfacher wird dann innerhalb der Grenzen seines Arbeitsbereiches betrieben. Das Steuersignal wird bei einer bekannten Anordnung von dem sehr kleinen Strom in der Photokathodenzuleitung der Bildaufnahmeröhre abgeleitet. Es kann jedoch auch eine von der Bildaufnahmeröhre getrennte Photozelle verwendet werden, die derselben Strahlung wie die Bildaufnahmeröhre ausgesetzt ist. Diese Photozelle gibt ein Signal ab, das dem beobachteten Lichtpegel entspricht und das die Amplitude der Spannung der Versorgungs einheit regelt.

Es ist Aufgäbe der Erfindung, ein Fernsehsystem mit einer Bildaufnahmeröhre so auszubilden, daß die Verstärkungsregelung der Röhre über eindeutige Steuersignale wirklich gleichzeitig mit den von der Bildaufnahmeröhre registrierten Lichtpegeländerungen einsetzt und schnell ausgeführt wird, ohne die Empfindlichkeit des Systems zu beeinträchtigen. Das Fernsehsystem mit einer Bildaufnahmeröhre, die eine erste Elektrode zur Erzeugung eines einem optischen Bild entsprechenden Fernsehsignals und eine zweite Elektrode zur Steuerung der Verstärkung aufweist, ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß aus dem erzeugten Fernsehsignal ein Steuersignal ableitbar ist, dessen Amplitude von der Amplitude des Fernsehsignais abhängig ist und das der zweiten Elektrode zur Einhaltung eines im wesentlichen konstanten Pegels des Fernsehsignals zuführbar ist, wobei die Verstärkung auf einen Wert einstellbar ist, der durch die Amplitude des Steuersignals gegeben ist. Bei diesem System wird die Verstärkung der Röhre automatisch an die Helligkeit der beobachteten Szene angepaßt. Das Steuersignal kann in eindeutiger Weise abgeleitet und direkt zur Verstärkungsregelung verwendet werden. Selbst kurzzeitig auftretende starke Helligkeitsschwankungen werden ausgeregelt und ein Übersteuern der· Röhre, insbesondere des

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Elektronen-Vervielfachers ist verhindert.

Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 im Blockschaltbild das. Ausführungsbeispiel des Fernsehsysterrsnach der Erfindung,

Fig. 2 das zusammengesetzte Fernsehsignal, das durch die Bildaufnahmeröhre und die Fernsehstromkreise nach Fig. 1 erzeugt wird,

Fig. 3 das Blockschaltbild nach Fig. 1 in Einzelheiten,

Fig. 4 den Stromlaufplan einer Steuereinrichtung für die automatische Verstärkungsregelung der Fig. 3 und

Fig. 5 den Stromlaufplan der Stromversorgungseinheit für die Kanalvervielfacherplatte der Bildaufnahmeröhre.

Wie die Fig. 1 und 3 zeigen, ist am Ausgang der Bildaufnahmeröhre ein Fernsehverstärker 2 angeschaltet. An der Bildaufnahmeröhre 1 sind außerdem die üblichen Aufnahmestromkreise 3 angeschaltet, die die Abtast- und Synchronisiersignale, die Betriebsspannungen usw. liefern. Der Fernsehverstärker 2 speist am Ausgang eine Steuereinrichtung für die automatische Verstärkungsregelung, die aus den gleichgerichteten Spitzen des zusammengesetzten Fernsehsignals am Ausgang

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des Fernsehverstärkers 2 ein Gleichspannungspotential ableitet. Die Stromversorgungseinheit 5 liefert die Betriebsspannungen '■ für die Bildaufnahmeröhre 1. Ein Teil dieser Einheit ist eine veränderbare Spannungsquelle, die durch das Ausgangssignal des Fernsehverstärkers 2 gesteuert wird^^: In Fig. 3 sind die Stromkreise zur Versorgung mit 5a, 5b und 5c bezeichnet. Die zwei Teilbereiche 5a und 5c erzeugen konstante Speisespannungen und der Teilbereich 5b eine veränderbare Speisespannung, In der Bildaufnahmeröhre 1 sind die üblichen Teile, eine großflächige photoelektrische Kathode 6, eine Kanalvervielfacherplatte 7, eine großflächige Scheibe 8 und ein Auslesestrahl-Erzeugungssystem 9 enthalten. Die Elektroden 6, 7 und 8 sind unmittelbar nebeneinander angeordnet, um die die Zwischenräume durchlaufenden Elektronen zu fokussieren. Bei anderem Röhrenaufbau kann die Fokussierung über elektrostatische oder magnetische Linsen erreicht werden. '

Die Kanalvervielfacherplatte 7 besteht aus einem Bündel von außerordentlich kleinen hohlen Fiberstäben. Die Innenseite jedes Stabes ist mit einem Material bedeckt, das Sekundäreleketronen emittiert in einem Verhältnis größer als eins. An den einander gegenüberliegenden Oberflächen der Platte 7 sind leitende Beläge 10 und 11, die als Anschlüsse für alle Fiberstäbe dienen. An diese Anschlüsse ist eine Gleichspannung angeschaltet. Diese Gleichspannung erzeugt entlang der Fiberstäbe ein elektrisches Feld, wodurch die Elektronen vom Eingang zum Ausgang beschleunigt werden. Der Eingang liegt am Anschluß 10 und der Ausgang am Anschluß 11. Das von der Bildaufnahmeröhre 1 beobachtete Bild ist auf der Photokathode 6 festgehalten. Die von der Kathode 6 ausgesandten Elektronen werden auf der Oberfläche 10 der Kanalvervielfacherplatte 7 abgebildet,. Diese Platte 7; verstärkt das Elektronen-Bild in Abhängigkeit von^: der Versorgungsspannung um ein Vielfaches (im Bereich von Tausenden bis

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zu Millionen). Das Plattenausgangssignal wird auf der benachbarten Speicherscheibe 8 festgehalten, deren Rückseite durch ein Auslesestrahl-Erzeugungssystem 9 abgetastet wird. Der Elektronenstrahl dieses Systems wird vorzugsweise nach dem Fernsehraster abgetastet, wobei das in Fig. 2 gezeigte zusammengesetzte Fernsehsignal entsteht. Dieses zusammengesetzte Signal enthält die normalen Fernseh- und Synchronisierungsanteile. Bei dem Ausführungsbeispiel sind die Fernsehanteile des Signals nach Fig. 2 in die positive Richtung gerichtet und entsprechen dem Weißwert des erzeugten Fernsehbildes. Das Synchronisiersignal ist in die negative Richtung (Erde) gerichtet. Die Steuereinrichtung 4 für die automatische Verstärkungsregelung trennt die Fernsehanteile vom zusammengesetzten Signal, verstärkt diese und führt eine Spitzengleichrichtung aus. Das daraus gewonnene Gleichstromsignal wird verstärkt und invertiert einer Treiberstufe mit Emitterausgang zugeführt, die die Eingangs spannung für die Versorgungseinheit 5b der Vervielfacherplatte liefert. Da sich die Beleuchtung der Photokathode ändert, ändert sich auch der Spitzenpegel des Fernsehsignals. Dieser Spitzenpegel kann daher zur Änderung der Verstärkung über die Vervielfacherplatte verwendet werden. Diese Pegeländerung des Fernsehsignals wird durch die Steuereinrichtung 4 für die automatische Verstärkungsregelung festgestellt und eine entsprechende Fehlerspannung der Versorgungseinheit der Vervielfacherplatte zugeführt, um die Verstärkung der Kanalvervielfacherplatte so einzustellen, daß das Fernsehsignal seinen ursprünglichen Pegel wieder erreicht.

Die Steuereinrichtung 4 für die automatische Verstärkungsregelung ist schematisch in Fig. 4 gezeigt. Die Eingangsklemmen 12 dieser Steuereinrichtung 4 sind mit dem Ausgang des Fernsehverstärkers 2 und die Ausgangsklemmen 13 mit der Versorgungseinheit 5b verbunden.

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Ein Ausführungsbeispiel der Versorgungseinheit 5b ist in Fig. 5 gezeigt.

Der Stromkreis nach Fig. 4 ist so aufgebaut, daß er nur die Fernsehanteile aus dem zusammengesetzten Signal der Fig. 2 ableitet, dieses Signal verstärkt und einer Spitzengleichrichtung unterzieht. Es werden daher nur die Spitzenanteile des Fernsehsignals ausgenützt und in eine Gleichspannung umgewandelt, die der Versorgungseinheit 5b nach Fig. 5 zugeführt wird. Diese Versoirgungseinheit enthält einen Oszillator 14, dessen Eingangsklemmen 15 mit den Ausgangsklemmen 13 der Steuereinrichtung 4 für die automatische Verstärkungsregelung nach Fig. 4 verbunden sind. Der Oszillator 14 ist mit der Primärwicklung des Hochspannungstransformators 16 gekoppelt, dessen Sekundärwicklung mit einer Gleichrichterbrücke 17 und einem Siebglied 18 belastet ist. Die Ausgangsklemmen 19 dieser Versorgungseinheit sind mit der Kanal vervielfacherplatte 7 mit der in Fig. 3 gezeigten Polarität verbunden. ■ . ■

Wenn beim Betrieb die Amplitude des Fernsehsignals, das von der Bildaufnahmeröhre 1 erzeugt und vom Verstärker 2 verstärkt wird, ansteigt, dann muß auch die Beleuchtung der Photokathode 6 zugenommen haben. Die Steuereinrichtung 4 erzeugt eine Spannung, die den Oszillator 14 so vorspannt, daß er mit niedrigerer Spannung arbeitet. Dies führt dazu, daß die Versorgungseinheit 5b der Vervielfacherplatte 7 eine kleinere Ausgangsspannung zuführt. Die Verstärkung dieser Vervielfacherplatte wird dadurch reduziert. Die Amplitude des Fernsehsignals sinkt auf einen normalen Betriebs pegel, bei dem die Steuereinrichtung 4 eine Spannung abgibt, die den Spannungspegel der Versorgungseinheit konstant hält. Die Bauelemente der Stromkreise nach Fig. 4 und 5 sind so gewählt, daß eine nach oben oder unten ge-

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richtete Amplitudenänderung des Fernsehsignals von einem vorgegebenen Pegel aus zu einem entsprechenden Rückkoppelungssignal führt, das die Verstärkung der Kanalvervielfacherplatte 7 so einregelt, daß das Fernsehsignal wieder den vorgegebenen Pegel einnimmt.

Die Bildaufnahmeröhre 1 ist daher vor Überlastungen geschützt. Die Empfindlichkeit der Röhre wird jedoch stets auf dem optimalen Pegel gehalten. Dies gilt auch, wenn in der beobachteten Szene vorübergehend helle Blitzlichter auftreten. Dieses Verfahren zur Ver-Stärkungsregelung einer Bildaufnahmeröhre ist allen anderen bekannten Verfahren überlegen, da das von der Röhre erzeugte Signal selbst die der Vervielfacherplatte rückgeführte Steuerspannung bestimmt. Die Größe des erzeugten Fernsehsignals ist ausreichend, um ein wirksames Steuersignal zu erhalten, im Gegensatz zu den bekannten Verfahren, die den Photokathodenstrom verwenden. Dieser Strom ist so klein, daß es große Schwierigkeiten bereitet, ein ausreichendes Steuersignal zu erhalten. Wird eine getrennte Photozelle zur Beobachtung derselben Szene eingesetzt, um ein Steuersignal für die Verstärkungsregelung der Bildaufnahmeröhre zu erhalten, dann kann das getrennte System nicht zeitgleich wie die Röhre ansprechen, um die nötige Steuerung zu veranlassen.

Das Fernsehsignal*am Ausgang des Fernsehverstärkers 2 kann so gleichgerichtet werden, daß es dem Spitz en weißwert oder dem Durchschnittsweißwert einer Abtastzeile oder einem Durchschnittsweißwert eines Bildrasters entspricht. Die Wahl des Verfahrens der Gleichrichtung des Fernsehsignals hängt von der besonderen Anwendung des Aufnahmesystems ab. Die Arbeitskennlinien der Stromkreise nach Fig. 4 und 5 müssen dann natürlich auf das gewählte Gleich-

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richtungsverfahren angepaßt werden.

Das Verfahren nach der Erfindung bringt, was Arbeitsgeschwindigkeit und Wirksamkeit betrifft, die erforderliche Zuverlässigkeit. Die Aufnahmebildröhre bleibt dabei für die gesamte Beobachtungszeit einer Szene auf optimaler Empfindlichkeit.

6 Patentansprüche

2 Bl. Zeichnungen, 5 Fig.

Claims (6)

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   Patentansprüche

   /1/ Fernsehsystem mit einer Bildaufnahmeröhre, die eine erste Elektrode zur Erzeugung eines einem optischen Bild entsprechenden Fernsehsignals und eine zweite Elektrode zur Steuerung der Verstärkung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem erzeugten Fernsehsignal ein Steuersignal ableitbar ist, dessen Amplitude von der Amplitude des Fernsehsignals abhängig ist und das der zweiten Elektrode zur Einhaltung eines im wesentlichen konstanten Pegels des Fernsehsignals zuführbar ist, wobei die Verstärkung auf einen Wert einstellbar ist, der durch die Amplitude des Steuersignals gegeben ist.
2. 2. Fernsehsystem mit einer Bildaufnahmeröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildaufnahmeröhre (1) eine dritte Elektrode (6) zur Erzeugung eines dem optischen Bild entsprechenden Elektronen-Bild es enthält, daß die zweite Elektrode (7) dieses Elektronen-Bild verstärkt und die Verstärkung der Bildaufnahmeröhre (1) steuert und daß die erste Elektrode (8) das verstärkte Elektronen-Bild aufnimmt, um das Fernsehsignal abgeben zu können.
3. 3. Fernsehsystem mit einer Bildaufnahmeröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode (7) als Elektronen-Vervielfacher ausgebildet ist, dessen Vervielfachungsfaktor mit der angelegten Gleichspannung ansteigt.
4. 4. Fernsehsystem mit einer Bildaufnahmeröhre nach Anspruch 2,

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   dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode (7) als Kanalvervielfacherplatte ausgebildet ist, die einander gegenüberliegende Anschlußteile aufweist, an die das Steuersignal angeschaltet ist.
5. 5. Fernsehsystem mit einer Bildaufnahmeröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung zur Ableitung des Steuersignals aus einem Fernsehverstärker (2), der an der ersten Elektrode (8) angeschaltet ist, einem Stromkreis (Fig. 4) zur Spitzengleichrichtung der Fernsehanteile des zusammengesetzten Fernsehsignals und einer veränderbaren Gleichspannungs-Versorgungseinheit (Fig. 5) besteht, die mit der Kanalvervielfacherplatte (7) gekoppelt ist und die eine der Größe des Steuersignals entsprechende Gleichspannung liefert.
6. 6. Fernsehsystem mit einer Bildaufnahmeröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Elektrode (6) eine großflächige photoelektrische Kathode und die erste Elektrode (8) eine Speicher-Scheibe ist und daß eine erste konstante Versorgungsspannung (5a) zwischen diese Kathode (6) und den zugekehrten Anschluß (10) der Vervielfacherplatte (7)^ eine zweite konstante Versorgungsspannung (5c) zwischen den zweiten Anschluß (11) der Vervielfacherplatte (7) und die Speicher-Scheibe (8) sowie eine veränderbare Versorgungsspannung (5b) zwischen die beideirAnschlüsse (10, 11) der Vervielfacherplatte (7) geschaltet sind.

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