DE2024629C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bildverstärkung mit mindestens zwei in Kaskade hintereinander angeordneten Bildverstärkerröhren, von denen jede ein Ausgangsbild liefert, das heller ist als ihr Eingangsbild, und einem zur Speisung der Bildverstärkerröhren dienenden Netzgerät.

Bekannten Vorrichtungen zur Bildverstärkung, die von in Kaskade geschalteten Bildverstärkerröhren Gebrauch machen, mangelt es entweder an einer ausreichenden Lichtverstärkungssteuerung oder einem angemessenen Schutz für die Bildverstärkerröhren oder sogar an beidem. Ohne richtige Lichtverstärkungssteuerung nimmt die Intensität des Ausgangsbildes ab, oder es verschwindet das Bild vollständig, wenn die Intensität des Eingangsbildes über einen gewissen Helligkeitswert zunimmt und/oder die Lichtverstärkung über einen gewissen Helligkeitswert erhöht wird. Ohne angemessenen Schutz für die Bildverstärkerröhren kann wenigstens eine dieser Röhren zerstört werden, wenn die Intensität des Eingangsbildes über einen gewissen Wert anwächst oder die Einstellung der Lichtverstärkung über einen gewissen Wert erhöht wird.

Gegenwärtig gibt es keine bekannte Vorrichtung zur Bildverstärkung, die mehrere in Kaskade geschaltete Bildverstärkerröhren aufweist, die nicht nur die Lichtverstärkung so steuert, daß die Helligkeit des Ausgangsbildes stets zunimmt, wenn entweder die Intensität des Eingangsbildes zunimmt oder die Einstellung der Lichtverstärkung erhöht wird, sondern auch die Röhren gegen eine Überlastung schützt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Vorrichtungen zur Bildverstärkung zu vermeiden, die in der ungenügenden Steuerung der Bildhelligkeit und der Gefahr einer Überlastung der Bildverstärkerröhren bestehen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß jede der Bildverstärkerröhren einen Sperrschwellenwert aufweist, der höher ist als derjenige der in der Kaskadenanordnung nachfolgenden Bildverstärkerröhre, und mit dem Netzgerät eine Fühlanordnung gekoppelt ist, die auf die Stärke des Fotostromes der in der Kaskadenanordnung letzten Bildverstärkerröhre anspricht und die den Bildverstärkerröhren von dem Netzgerät zugeführten Speisespannungen und damit die Verstärkungsfaktoren der einzelnen Bildverstärkerröhren und die Helligkeit des Ausgangsbildes als Funktion der Amplitude dieses Fotostromes steuert. Durch eine solche Steuerung der Speisespannungen in Abhängigkeit von dem Fotostrom der Bildverstärkerröhren ist es möglich, die Eigenschaften einer solchen Vorrichtung hinsichtlich ihrer Lichtverstärkung und eines Schutzes ihrer Bildverstärkerröhren gegen Überlastung zu verbessern.

Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Diagramm der Abhängigkeit der Ausgangshelligkeit eines Bildes entweder von der Helligkeitseinstellung oder der Eingangshelligkeit,

Fig. 2 eine schematische Darstellung mit einem Blockschaltbild,

Fig. 3 einen anderen Aufbau der Ausführungsform nach F i g. 2 und

Fig. 4 eine schematische Darstellung und ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform.

hohen Brechungsindex, der von einer Glasschicht mit einem geringen Brechungsindex umgeben ist, damit die Faser in der Lage ist, einen Teil des Lichtes von dem Bild an einem Ende aufzunehmen und durch sein Inneres zum anderen Ende weiterzuleiten. Weiterhin soll jede Glasfaser wie oder kleiner als das kleinste Element sein, das aufzulösen ist, damit Auflösungsverluste des Bildes vermieden werden.

Jede der Eingangs-Faserplatten 15, 23 und 25 wird

Bei jeder Vorrichtung zur Bildverstärkung ändert io bei der Umwandlung von Lichtenergie in elektrische sich die Ausgangshelligkeit als Funktion entweder Energie benutzt. Zu diesem Zweck kann die Vorderfläche zum Empfang des Lichtes von dem Bild eben

der den Bildverstärkerröhren zugeführten Spannungen oder der Intensität des Eingangslichtes. Fig. 1 veranschaulicht diesen funktionellen Zusammenhang an Hand der Kurven 11 und 13. Fig. 1 zeigt, wie bei den bisher bekannten Vorrichtungen die Ausgangshelligkeit abnimmt, wenn entweder die Eingangshelligkeit über einen bestimmten Wert hinaus zunimmt oder die Helligkeitseinstellung über einen bestimmten Wert hinaus erhöht wird. Die Ausgangshelligkeit kann sogar abnehmen, bis eine unerwünschte Sperrbedingung in der Vorrichtung erfüllt wird. Weiterhin war es bei den bekannten Systemen leicht möglich, daß Bildverstärkerröhren bei einer Zunahme entweder der Eingangshelligkeit oder der angelegten Spannung zerstört wurden. Andererseits veranschaulicht die Kurve 13 die Verstärkungscharakteristik einer Vorrichtung nach der Erfindung, bei der eine Zunahme der Eingangshelligkeit oder der Helligkeitseinstellung keine Abnahme der Ausgangshelligkeit zur Folge hat.

Eine Verwirklichung einer Vorrichtung zur Bildverstärkung, deren Verstärkungscharakteristik der Kurve 13 in dem Diagramm nach Fig. 1 entspricht, ist in Fi g. 2 veranschaulicht. Das Bild eines Objektes kann mit Hilfe eines nicht näher dargestellten, geeigneten Linsensystems auf einer Faserplatte 15 einer ersten Bildverstärkerröhre 17 fokussiert werden, um die Helligkeit des Bildes dieses Objektes zu verstärken. Die Bildverstärkerröhre 17 ist mit zwei in Kaskade angeordneten Bildverstärkerröhren 19 und 21 gekoppelt, um eine weitere Verstärkung des Bildes zu erreichen. Bei der Verwendung von drei in Kaskade geschalteten Bildverstärkerröhren 17, 19 und 21 verläßt das Licht, das in das eine Ende der Vorrichtung einfällt, das andere Ende dieser Vorrichtung mit sehr viel größerer Helligkeit, und es kann infolgedessen diese Vorrichtung die Helligkeit eines Bildes bedeutend verstärken. Die dargestellten Bildverstärkerröhren 17, 19 und 21 machen jeweils von Eingangs-Faserplatten 15, 23 und 25 sowie von Ausgangs-Faserplatten 27, 29 und 31 Gebrauch. Die Ausgangs-Faserplatte einer Bildverstärkerröhre kann mit der Eingangs-Faserplatte der folgenden Bildverstärkerröhre zusammengespannt sein, um Verluste zwischen benachbarten Röhren auf ein Minimum zu beschränken. Faserplatten, die auf dem Gebiet der Faseroptiken gut bekannt sind, können an jedem sein, wogegen die Rückfläche konkav sein kann. Auf die konkave Fläche einer jeden Eingangs-Faserplatte 15 bzw. 23 oder 25 ist eine dünne Schicht eines lichtempfindlichen Stoffes aufgebracht, um eine Fotokathode 33 bzw. 34 bzw. 35 zu bilden. Jede der Fotokathoden 33,34 und 35 hat die Eigenschaft, Elektronen zu emittieren, wenn sie Licht ausgesetzt ist, die in einem direkten Verhältnis der Intensität des einfallenden Lichtes stehen.

Jede der Ausgangs-Faserplatten 27,29 und 31 wird zur Umwandlung elektrischer Energie zurück in Lichtenergie verwandelt. Zu diesem Zweck können sowohl die Vorder- wie auch die Rückflächen jeder der Ausgangs-Faserplatten 27, 29 und 31 eben sein. Die Vorderflächen der Ausgangs-Faserplatten 27, 29 und 31 sind mit dünnen, aufgebrachten Phosphorschichten 37 bzw. 38 bzw. 39 versehen.

Jede der Phosphorschichten 37, 38 und 39 hat die Eigenschaft, bei einem Auftreffen von Elektronen mit einer Intensität zu leuchten oder Licht zu emittieren, die der kinetischen Energie der auftreffenden Elektronen direkt proportional ist. Auf die Phosphorschichten 37, 38 und 39 sind als Anoden dünne Aluminiumschichten 41 bzw. 42 bzw. 43 aufgebracht, die die Arbeitsweise der Phosphorschichten verbessern sollen. Diese Aluminiumschichten oder -anöden 41, 42 und 43 ziehen die von den entsprechenden Fotokathoden 33 bzw. 34 bzw. 35 emittierten Elektroden an und bilden einen direkten Stromweg für die Rückkehr der Elektronen. Außerdem ist die Oberfläche jeder der Aluminiumanoden, die der zugeordneten, benachbarten Phosphorschicht zugewandt ist, als Spiegel ausgebildet, der jegliches Licht, das von der Phosporschicht in Richtung auf die Aluminiumanode emittiert wird, auf die Phosphorschicht reflektiert, so daß die Helligkeit der Phosphorschicht erhöht wird.

Diese beschichteten Eingangs- und Ausgangs-Faserplatten sind dann ihrer Bestimmung gemäß mit den entgegegengesetzten Enden der Glaskolben 45 bzw. 46 bzw. 47 der Bildverstärkerröhren 17, 19 und 21 unter Verwendung eines geeigneten Dichtmaterials dicht verbunden, wie beispielsweise einer Metalllegierung, die gewöhnlich für Glas-Metall-Einschmelzungen verwendet wird. Dann wird aus jedem der dicht abgeschlossenen Glaskolben 45, 46 und 47 in üblicher Weise die Luft evakuiert, wie es in der ein-

Ende jeder Röhre anstatt von Linsen oder einer

direkten Verbindung benutzt werden, um Lichtver- 60 schlägigen Technik bekannt ist.
luste zu vermeiden und eine bessere Bildauflösung Bei der Ausführungsform nach Fig. 2

zu erzielen, wenn das Licht von der einen Röhre auf die nächste übertritt. Jede Faserplatte besteht aus einer großen Anzahl von Glasfasern, die parallel zueinander angeordnet sind und längs ihres Umfanges sowie auf ihrer gesamten Länge zusammengeschmolzen sind, um die Faserplatte vakuumdicht zu machen. Jede Faser besteht aus einem Glaskern mit einem wird das

Objektbild auf die ebene Oberfläche der Faserplatte 15 der Bildverstärkerröhre 17 projiziert. Teile des Lichtes dieses Bildes durchdringen entsprechende Fasern in der Fasernplatte 15 und treffen entsprechende Abschnitte der Fotokathode 33, so daß die Fotokathode Elektronen emittiert. Die Fotokathode 33 ist mit Hilfe eines Anschlußkontaktes mit einer

Quelle eines hohen negativen Potentials verbunden, das beispielsweise —15 kV betragen kann. Die von der Fotokathode 33 emittierten Elektronen werden von der Aluminiumanode 41 angezogen, die ihrerseits über einen Anschlußkontakt an ein Bezugspfotential, wie beispielsweise Masse, angeschlossen ist. Wegen der hohen Spannung, die zwischen der Fotokathode 33 und der Anode 41 existiert, erreichen die von der Fotokathode 33 emittierten Elektronen eine hohe Energie, bevor sie die Anode 41 treffen. Die die Aluminiumanode 41 treffenden Elektronen gelangen durch die Anode 41 hindurch zu entsprechenden Flächeninkrementen der benachbarten Phosphorschicht 37 und veranlassen diese Phosphorschicht mit einer Helligkeit zu leuchten, die der Energie und der Intensität der Elektronenladung proportional ist, die die entsprechenden Flächeninkremente der Phosphorschicht 37 treffen. Nach dem Aufprall auf die Phosphorschicht driften die Elektronen zu der geerdeten Aluminiumanode 41 und kehren dann zu der Quelle des Potentials von —15 kV zurück. Insgesamt ist die Energie, die auf die Phosphorschicht 37 zur Anregung des Phosphors übertragen wird, gleich der von den Elektronen abgegebenen Energie abzüglich derjenigen Energie, die beim Durchdringen der Aluminiumanode 41 verlorengeht. Die Verstärkung der Bildverstärkerröhre 17 ist ebenso wie diejenige der Bildverstärkerröhren 19 und 21 eine Funktion der Dichte des von der Fotokathode 33 ausgehenden Elektronenstromes, der Größe der Anziehung, die auf diesen Elektronenstrom von dem Potential der Anode 41 ausgeübt ist, dem Verlust an Energie, den die Elektronen beim Passieren der Aluminiumanode 41 erleiden und der Charakteristik des ausgewählten Phosphors der Schicht 37. Demnach wird die die Anode 41 treffende elektrische Energie mit Hilfe der Phosphorschicht 37 in Lichtenergie umgewandelt. Diese von der Phosphorschicht 37 ausgehende Lichtenergie wird dann durch die Fiberplatte 27 der benachbarten Bildverstärkerröhre 19 zugeführt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel enthält die Bildverstärkerröhre 17 eine Fokussierelektrode 49 und eine Vario-Elektrode 50. Die Fokussierelektrode 49 ist mit Hilfe eines Anschlußkontaktes mit einer Spannungsquelle verbunden, deren Spannung gegenüber Masse positiv oder negativ sein und beispielsweise zwischen + 600 V und — 900 V variiert werden kann. Diese veränderbare Spannung wird dazu benutzt, den Elektronenstrom zu fokussieren, der von der Fotokathode 33 ausgeht, um die beste Auflösung im Ausgangsbild der Röhre 17 zu erzielen. Die Vario-Elektrode 50 ist mit Hilfe eines Anschlußkontaktes mit einer Spannungsquelle verbunden, deren Spannung zwischen 1,5 und 15 kV variiert werden kann, um die Helligkeit des Ausgangsbildes der Bildverstärkerröhre 17 zwischen dem lOOfachen und lOOOfachen die Helligkeit des Eingangsbildes variieren zu können, das auf die ebene Fläche der Faserplatte 15 projiziert wird. Der Helligkeitsbereich vom lOOfachen bis zum lOOOfachen hängt von der Vergrößerung der Röhre 17 ab, die ihrerseits von der Spannung an der Vario-Elektrode 50 abhängt. Die Vergrößerung, die als das Verhältnis von Durchmesser des Eingangsbildes definiert werden kann, kann in einem Bereich von ¹U bis 1 liegen. Wenn die Vergrößerung Ve beträgt, ist der Durchmesser der Fotokathode 33 effektiv dreimal so groß wie der Durchmesser der Phosphorschicht 37, und es werden infolgedessen die Elektronen auf der Phosphorschicht 37 konzentriert, so daß sich eine Helligkeitsverstärkung von 1000 ergibt. Wenn die Vergrößerung 1 beträgt, sind die entsprechenden Durchmesser effektiv gleich, und es beträgt die Helligkeitsverstärkung 100. Wenn die der Vario-Elektrode 50 zugeführte Spannung auf ihrem höchsten Potential ist, also 15 kV beträgt, beträgt die Helligkeitsverstärkung etwa 1000. Ist dagegen die Spannung an der Vario-Elektrode 50

ίο auf ihrem niedrigsten Potential von 1,5 kV, so beträgt die Helligkeitsverstärkung etwa 100.

Das verstärkte Ausgangsbild an der Ausgangs-Faserplatte 27 wird der Bildverstärkerröhre 19 zugeführt. Das Licht passiert die Fasern in der Fasernplatte 23 und trifft auf die Fotokathode 34, die ebenfalls Elektronen in einem direkten Verhältnis zur Intensität des auf die Fotokathode 34 auffallenden Lichtes emittiert. Die Fotoelektronen werden von einer als Anode dienenden Aluminiumschicht 41 angezogen. Die zwischen der Aluminiumschicht 42 und der Faserplatte 29 liegende Phosphorschicht 38 spricht auf die Ladung und die Intensität der Elektronen an, die die Aluminiumschicht 42 treffen, und wandelt die Elektronenenergie in Lichtenergie um, die ihrerseits durch die Ausgangs-Faserplatte 29 in die Eingangs-Faserplatte 25 der Bildverstärkerröhre 21 in je eine weitere Bildverstärkung weitergegeben wird. Die Fokussierelektroden 51 und 52 sind jeweils mit der Anode 42 bzw. 43 der Bildverstärkerröhren 19 und 21 verbunden. Obwohl die Bildwandlerdioden 19 und 21 beide die Bildhelligkeit verstärken, kann keine der Röhren ihre Vergrößerung von 1 ändern. Der Aufbau und die Arbeitsweise der Bildverstärkerröhre 21 sind mit denjenigen der Bildverstärkerröhre 19 identisch. Die Fotokathoden 34 und 35 der Bilverstärkerröhren 19 und 21 sind jeweils mit Hilfe eines Anschlußkontaktes an ein Bezugspotential, insbesondere an Masse, angeschlossen. Die Anoden 42 und 32 der Bildverstärkerröhren 19 und 21 sind dagegen miteinander und über einen Widerstand 53 mit einer Ausgangsklemme 55 eines Hochspannungs-Vervielfachers 57 verbunden, der an die Ausgangsklemme 55 eine geregelte Gleichspannung liefert. Die Ausgangs-Faserplatte 31 der Bildverstärkerröhre 21 kann unmittelbar betrachtet werden, beispielsweise mit Hilfe einer nicht näher dargestellten, unmittelbar angeklemmten Augenmuschel oder eines ebenfalls nicht näher dargestellten Faserbündels, das zur Übertragung des Bildes an einen anderen Ort angeklemmt ist, oder aber in jeder geeigneten Weise zur Betrachtung oder Abtastung des Bildes verwendet werden kann. Ein Faserbündel ist den oben behandelten Faserplatten sehr ähnlich und in der Technik wohlbekannt. Das Faserbündel hat jedoch an seinen beiden Enden keine Beschichtung, und es nimmt jede Faser des Bündels das Licht an einem Ende auf und überträgt es auf das entfernte Ende. Das Faserbündel kann an beiden Enden durch Einbetten in Epoxydharz zusammengehalten sein.

Das Netzgerät für die Vorrichtung umfaßt einen Gleichspannungsregler 59, einen Helligkeitsregler oder ein Potentiometer 61, einen Zerhacker 65, einen Transformator 67 und den Hochspannungs-Vervielfacher 57. Die geregelte Ausgangs-Gleichspannung des Netzgerätes wird auf die folgende Weise erzeugt: Dem Gleichspannungsregler 59 wird eine Eingangs-Gleichspannung zugeführt, dessen Ausgangspegel durch Einstellen des die Helligkeitsregelung dienen-

den Potentiometers 61 einstellbar ist, das seinerseits zwischen eine positive Gleichspannung und Masse eingeschaltet ist.

Die geregelte Ausgangsspannung des Gleichspannungsreglers 59 wird einem Zerhacker 65 zugeführt, der die reine Gleichspannung in eine bipolare Rechteckspannung umwandelt, die der ihm zugeführten Gleichspannung proportional ist und eine Amplitude von Spitze zu Spitze von beispielsweise 40 V aufweist. Diese Rechteck-Ausgangsspannung wird der Primärwicklung des Transformators 67 zugeführt, der beispielsweise ein Übersetzungsverhältnis 50: 1 aufweisen kann, so daß an der Sekundärwicklung des Transformators 67 ein Ausgangssignal mit einer Spannung von 2000 V von Spitze zu Spitze zur Verfügung steht, die dem Hochspannungs-Vervielfacher 57 zugeführt wird. Die Ausgangsspannung des Hochspannungs-Vervielfachers 57 kann einer nicht näher dargestellten Filterschaltung zur zusätzlichen Glättung zugeführt werden, bevor sie über den Widerstand 53 an die Anoden 42 und 43 der Bildverstärkerröhren 19 bzw. 21 angelegt wird. Der Gleichspannungsregler 59, der Zerhacker 65 und der Transformator 67 sind in der einschlägigen Technik bekannte, übliche Bauteile. Der Hochspannungs-Vervielfacher 57 wird an Hand F i g. 4 noch näher erläutert werden.

Für eine angemessene Lebensdauer der Bildverstärkerröhren beträgt die maximal zulässige Anodenspannung an jedem der beiden Bildwandler-Dioden 19 und 21 gegenüber ihren Fotokathoden etwa 15 kV. Mit einer Abnahme dieser Anodenspannung ist ein geringer Verlust an Bildauflösung und eine Abnahme der Helligkeitsverstärkung verbunden. Es ist daher offensichtlich, daß durch ein Verstellen des als Helligkeitsregler dienenden Potentiometers 61 die Ausgangsspannung des Hochspannungs-Vervielfachers 57 und infolgedessen die Anodenspannungen der Bildverstärkerröhren 19 und 21 verändert werden können, wodurch die Gesamtverstärkung der Vorrichtung geändert wird.

Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 2

und 4 wird erreicht, daß die letzte Bildwandlerröhre

k die Spannung für die beiden Röhren 19 und 21 ' steuert und die Bildwandlerröhre 19 so eingerichtet ist, daß sie vor der Bildwandlerröhre 21 sperrt.

Für eine gute Regelung der Helligkeitsverstärkung der Vorrichtung ist es erwünscht, die Speisespannung sowohl der Röhre 21, als auch der Röhre 19 zu erhöhen oder abzusenken. Wenn diese den Anoden zugeführten Spannungen vermindert werden, werden die Verstärkungen der Bildverstärkerröhren 19 und 21 reduziert. Mit der Anordnung nach F i g. 2 wird der Verstärkungsfaktor beider Röhren beeinflußt. Wie oben angegeben, sind die beiden Bildwandlerröhren 19 und 21 über den Widerstand 53 parallel an die Ausgangsklemme 55 angeschlossen, damit sie das gleiche Anodenpotential behalten. Da die Fotoströme beider Bildverstärkerröhren 19 und 21 durch den gemeinsamen Widerstand 53 fließen, der die den Röhren zugeführte Leistung begrenzt, wird die an die Anoden angelegte Spannung bei einer Zunahme des Fotostromes vermindert, und umgekehrt. Als Ergebnis wird die Verstärkung der beiden Röhren 19 und 21 durch eine Änderung ihrer Anodenspannungen beeinflußt, was dazu führt, daß die Vorrichtung e^:nen sehr großen Verstärkungsbereich hat. Da die hintere Bildverstärkerröhre 21 einen sehr viel größeren Fotostrom führt als die Röhre 19 und die Fotoströme beider Röhren den gemeinsamen Widerstand 53 durchfließen, ist es vornehmlich die Stärke des Fotostromes der Röhre 21, die die Amplitude der den beiden Röhren 19 und 21 zugeführten Anodenspannung und dadurch die Helligkeitsverstärkung der Vorrichrichtung steuert und die beiden Bildverstärkerröhren 19 und 21 gegen Beschädigung schützt. Die Vorrichtung nach F i g. 2 kann niemals die Charakteristik der

ίο Ausgangshelligkeit aufweisen, wie sie durch die Kurve 11 der Fig. 1 wiedergegeben ist, sondern wird statt dessen die Charakteristik der Ausgangshelligkeit haben, die durch die Kurve 13 in Fi g. 1 veranschaulicht ist, weil, wie unten erläutert, die Bildverstärkerröhre 19 in der Lage ist, vor der Röhre 21 zu sperren.

Die Fähigkeit der Bildverstärkerröhre 19 vor der

Röhre 21 zu sperren, kann beispielsweise durch eine solche Auswahl der Bildverstärkerröhre 19 erreicht werden, daß sie einen höheren Sperrschwellenwert

ao aufweist als die Röhre 21. Die Sperrschwellenwerte solcher 25/25-Bildverstärkerröhren 19 und 21 liegt nominell zwischen 2,5 und 4,5 kV.

Beispielsweise können die Röhren so gewählt werden, daß die Röhre 19 sperrt, wenn ihr Anodenpotential unter 4 kV abfällt, während die Röhre 21 sperrt, wenn ihr Anodenpotential unter 3 kV abfällt. Da der Fotostrom der Röhre 21 dazu benutzt wird, die Anodenspannung für die beiden Röhren 19 und 21 zu steuern und die Röhre 19 so gewählt ist, daß sie vor der Röhre 21 sperrt, wird keine der beiden Röhren sperren. Diese Folgerung beruht auf der Tatsache, daß die Anodenspannung der Röhre 19 im wesentlichen durch den Fotostrom in der Röhre 21 gesteuert wird und daher die Röhre 21 nicht einSperren der Röhre 19 veranlassen kann, wenn in der Röhre 21 kein Fotostrom vorhanden ist.

F i g. 3 veranschaulicht eine Abwandlung der Ausführungsform nach F i g. 2, Bildwandlerdiode 69, die mit den Röhren 19 und 21 nach Fig. 2 identisch ist, die Bildwandlertetrode 17 nach F i g. 1 ersetzt.

Wie ersichtlich, sind die Röhren 19 und 21 zueinander und auch zu der neuen Bildwandlerdiode 69 in Kaskade geschaltet. Die Anoden 70, 42 und 43 der Röhren 69 bzw. 19 bzw. 21 sind zusammen an einen gemeinsamen Verbindungspunkt 71 angeschlossen und über den Widerstand 53 mit der Ausgangsklemme 55 des Hochspannungs-Vervielfachers 57 nach Fig. 2 verbunden. Diese drei Röhren 69, 19 und 21 sind nun so ausgewählt, daß die erste Röhre in der Folge, nämlich die Röhre 69, den höchsten Sperrschwellenwert und die letzte Röhre in der Folge, nämlich die Röhre 21, den niedrigsten Sperrschwellenwert aufweist. Bei dieser Anordnung führt auch diese Vorrichtung zu der Charakteristik der Ausgangshelligkeit, die in F i g. 1 durch die Kurve 13 wiedergegeben ist. Es ist offensichtlich, daß bei dieser Kaskadenanordnung zwei oder mehr Bildwandlerdioden eingesetzt werden können, um das gewünschte, verstärkte Ausgangsbild zu erhalten. Bei dieser Anordnung von drei Röhren 69, 19 und 21 steuert die Röhre 21 im wesentlichen die Anodenspannung aller drei Röhren 69, 19 und 21. Die Röhrenanordnung nach F i g. 3 gewährleistet ebenso wie diejenige nach F i g. 2 einen vollen Schutz für alle Röhren der Vorrichtungen, die ihre Anodenspannung über den Widerstand 53 erhalten und bewirkt, wie es die Kurve 13 im Diagramm nach Fig. 1 zeigt, daß die Ausgangshelligkeit nicht abnimmt, sondern stetig

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zunimmt, wenn die Eingangshelligkeit zunimmt oder den Halbweg-Gleichrichter und endlich einen Kop-

die Stellung des Helligkeitsreglers 61 im Sinn einer pelkondensator 86, der zwischen die Verbindungs-

Helligkeitserhöhung verändert wird, stelle der Dioden 81 und 82 und einen oberen Ab-

Es sei an dieser Stelle bemerkt, daß der parallele schnitt des Hochspannungs-Vervielfachers- 77 nahe

Anschluß der Röhren an das Netzgerät gemäß 5 dem 15-kV-Abgriff 73 eingeschaltet ist. Die gemein-

F i g. 2 und 3 zur Erzeugung von Nebenlichtern führt, same Verbindungsstelle zwischen dem Schleifer des

wenn immer eine Potentialdifferenz an der Grenz- Potentiometers 79, der Diode 81, den Widerständen

fläche zwischen der Anode einer Röhre und der Foto- 83 und 84 sowie den Kondensatoren 80 und 85 ist

kathode der benachbarten Röhre oder zwischen der mit dem unteren Ende der Sekundärwicklung des

Anode der Röhre21 und einem damit verbundenen, io Transformators 67 verbunden, wie es Fig. 4 zeigt,

nicht dargestellten Faserbündel besteht. Die an den Da die eine Belegung des Koppelkondensators 86

Grenzflächen erzeugten Nebenlichter brauchen nicht der Füllschaltung 78 sehr nahe dem 15-kV-Abgriff

hell genug zu sein, um den Betrieb der Vorrichtung 73 und die andere Belegung sehr nahe an Masse an-

zu stören, selbst wenn sie noch durch eine folgende geschlossen ist, muß der Koppelkondensator eine

Röhre verstärkt werden. Es können jedoch auch diese 15 Gleichspannungsfestigkeit von wenigstens 15 kV ha-

Nebenlichter reduziert und/oder eliminiert werden, ben. Die Wirkungsweise dieser Füllschaltung 78 wird

indem die in Fi g. 4 dargestellte, zweite Ausführungs- zu einem späteren Zeitpunkt erläutert,

form benutzt wird. Das von Spitze zu Spitze eine Spannung von

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 sind die 2000 V aufweisende Ausgangssignal der Sekundär-Anoden42 und 43 der Bildverstärkerröhren 19 und zo wicklung des Transformators j67 wird einer Anzahl 21 jeweils mit einem Abgriff 73 bzw. 75 eines Hoch- von in Kaskade geschalteten Kreisen 87, 89, 91 und spannungs-Vervielfacher 77 verbunden. Die Ausfüh- 93 zugeführt, die dieses Ausgangssignal von 1000 V rungsform nach F i g. 4 erlaubt es noch immer der Spitzenspannung vervielfachen und dadurch eine erste Röhre 21, die Spannungen an den Röhren 19 und 21 Ausgangsspanung von 15 kV am Abgriff 73 erzeugen, zu steuern, gewährleistet einen Schutz für die Röhren 25 Ein später noch zu beschreibender Kreis 95 ist in 19 und 21 und bietet die Möglichkeit, daß sich die Serie zwischen dem Kreis 93 und einer Folge von Ausgangsspannungen an den Abgriffen 73 und 75 weiteren neun in Kaskade geschalteten Kreisen 97 des Hochspannungs-Vervielfachers 77 mitziehen. Bei und 99 geschaltet, die die zweite Ausgangsspannung vielen von auf die Eingangs-Faserplatte 23 der Bild- von 3OkV am Abgriff 75_: erzeugen,
verstärkerröhre 19 einfallenden Eingangslichter haben 30 Jeder der Kreise 87, 89, 91, 93, 97 und 99 besteht die Fotoströme der Röhren 19 und 21 eine minimale aus Kondensatoren 101 und 102 sowie Dioden 103 Stärke, und es haben die Spannungen an den Abgrif- und 104, die eine übliche Spannungsverdopplungsfen73 und 75 einen Wert von etwa 15 bzw. 30 kV.. schaltung in dem Hochspannungs-Vervielf acher 77 Die Anode 42 der Röhre 19 ist mit der Fotokathode bilden. Jeder Kreis spricht auf seine jeweilige Ein-35 der Röhre 21 verbunden, so daß an der Grenz- 35 gangsspannung an und erzeugt eine höhere Ausfläche zwischen den Röhren 19 und 21 keine Poten- gangsspannung an seinem Kondensator 102, die etwa tialdifferenz existiert und infolgedessen an dieser 2000 V beträgt und durch die Serienschaltung der Grenzfläche kein Nebenlicht erzeugt wird. Die Foto- Kondensatoren zu der Ausgangsspannung des vorkathode 34 der Röhre 19 ist mit Masse verbunden. hergehenden Kreises und/oder der Ausgangsspannung Die Art und die Arbeitsweise des Gleichspannungs- 40 des folgenden Kreises addiert wird, so daß sich eine reglers 59, des Zerhackers 65 und des Transformators effektive Spannungsvervielfachung der Ausgangs-67 sind die gleichen wie bei der Ausführungsform Spitzenspannung von 1000 V des Transformators 67 nach F i g. 2. Auch der Hochspannungs-Vervielfacher eigibt. Jeder der Kondensatoren 101 und 102 kann 77 ist dem Hochspannungs-Vervielf acher 57 nach eine Kapazität von etwa 1500 pF haben und für eine Fig. 2 ähnlich, hat jedoch zwei Abgriffe73 und 75 45 Arbeits-Gleichspannung von 2000 V ausgelegt sein, zur Abnahme der Ausgangsspannung an Stelle der Die Dioden 103 und 104 sind so ausgewählt, daß sie einen Ausgangsklemme 55 des Hochspannungs-Ver- eine nur minimale Kapazität aufweisen. Es sei an vielfachers nach.Fig. 2. dieser Stelle bemerkt, daß der Kreis 95 mit den Krei-

Wie aus Fig. 4 ersichtlich, wird die Steuerspan- sen 87, 89, 91, 93, 97 und 99 identisch ist, abgesehen nung, die die Ausgangsspannung des Gleichspan- 50 davon, daß der Kondensator 102 fehlt. In dem Kreis nungsreglers 59 bestimmt, von einer anderen Schal- 95 ist die Anode der Diode 103 mit dem Abgriff 73 tungsanordnung abgeleitet als bei der Vorrichtung verbunden, wogegen die Kathode der Diode 104 mit nach F i g. 2, denn es wird die Steuerspannung von dem Koppelkondensator 86 der Füllschaltung 78 vereiner Füllschaltung 78 erzeugt und nicht unmittelbar bunden ist. Die Arbeitsweise des Kreises 95 wird in von der Spannung am Schleifer des zur Helligkeits- 55 Verbindung mit der Arbeitsweise der Füllschaltung regelung dienenden Potentiometers gebildet. Die 78 erläutert.

Füllschaltung 78 ist zwischen das untere Ende der Zwischen den 15-kV-Abgriff 73 und den 30-kV-

Sekundärwicklung des Transformators 67 und einen Abgriff 75 ist ein erster Abgleitwiderstand 107 einge-

oberen Teil des Hochspannungs-Vervielf achers 77 an- schaltet, und es ist ein zweiter Abgleitwiderstand 109

geschlossen, um den gelieferten Ladestrom zu erfas- 60 zwischen dem 15-kV-Abgriff 73 und dem unteren

sen. Diese Füllschaltung 78 umfaßt ein Helligkeits- Ende der Sekundärwicklung des Transformators 67

Potentiometer 79, das zwischen einer positiven Span- vorgesehen. Diese Widerstände 107 und 109 bilden

nungsquelle und Masse eingeschaltet ist, einen Sieb- einen Ableitzweig für den Hochspannungs-Verviel-

kondensator 80, der zwischen den Schleifer des Po- fächer 77 und haben relativ hohe Widerstandswerte, tentiometers 79 und Masse geschaltet ist, um Stör- 65 um die Belastung des Hochspannungs-Vervielfachers

spannungen gegen Masse abzuleiten, einen aus 77 klein zu halten. Diese Ableitwiderstände 107 und

Dioden 81 und 82, einem Füllwiderstand 83, einem 109 werden benötigt, um die Kondensatoren 101 und

Widerstand 84 und einem Kondensator 85 bestehen- 102 in den in Kaskade geschalteten Kreisen zu ent-

laden und dadurch die Anodenspannungen der Bildverstärkerröhren 19 und 21 zu vermindern, wenn die Einstellung des Potentiometers 79 im Sinne einer Helligkeitsverminderung verändert oder die Vorrichtung abgeschaltet wird.

Beim Betrieb des Hochspannungs-Vervielfachers wird eine Halbperiode einer Polarität des Rechteck-Eingangssignals dem ersten Kreis 87 zugeführt, die bewirkt, daß die in Serie geschalteten Kondensatoren 101 im oberen Abschnitt eines jeden Kreises längs der ganzen Leitung über ihre entsprechenden, in Vorwärtsrichtung beaufschlagten Dioden 103 aufgeladen werden. Bei der nächsten Halbwelle entgegengesetzter Polarität ist die Ladung auf den Kondensatoren 101 der Kreise in Serie zu der Eingangsspannung zu dem jeweiligen Kreis und unterstützt dadurch die Eingangsspannung. Unter dieser Bedingung wird die Diode 103 gesperrt und die Diode 104 dieses Kreises geöffnet, wodurch der Weg zur Entladung des Kondensators 101 frei wird. Die Entladung des Kondensators 101 führt in Verbindung mit der dem Kreis zugeführten Eingangsspannung zu einer Aufladung des Kondensators 102 des gleichen Kreises auf eine höhere Spannung als auf die Eingangsspannung dieses Kreises. Nach mehreren Perioden des Rechteck-Eingangssignals sind die Kondensatoren 102 aufgeladen, und es hat auf diese Weise eine Spannungsvervielfachung stattgefunden.

Die Füllschaltung 78 stellt den Ladestrom im oberen Teil des Hochspannungs-Vervielfachers 77 fest, der durch den Fotostrom in der Bildverstärkerröhre 21 bedingt ist, und benutzt diese Feststellung zur Steuerung der Amplitude der Ausgangsspannung des Gleichspannungsreglers 59, der seinerseits die Amplitude der Spannung in der Sekundärwicklung des Transformators 67 bestimmt. Wegen der absichtlichen Fortlassung des Kondensators 102 zwischen der Anode der Diode 103 und der Kathode der Diode 104 im Kreis 95 ist der dem oberen Teil des Hochspannungs-Vervielfachers 77 zufließende Ladestrom gezwungen, die Füllschaltung 78 zu durchlaufen und über den Koppelkondensator 86 der Verbindung zwischen den Gleichrichtern 81 und 82 zuzufließen. Bevor dieser Ladestrom zu den in Kaskade geschalteten Kreisen 97 und 99 zurückkehrt, um den Rückleitungs-Stromkreis zur Sekundärwicklung des Transformators 67 zu vervollständigen, wird er einer Halbwellen-Gleichrichtung unterworfen. Positive Anteile dieses Ladestromes werden mit Hilfe der Diode 81 unter Umgehung des Widerstandes 84 zu dem unteren Teil der Sekundärwicklung 67 abgeleitet. Negative Anteile des Ladestromes werden von der Diode 82 kurzgeschlossen und gelangen über den Widerstand 83 zum unteren Teil der Sekundärwicklung des Transformators 67. Der Kondensator 85 ist dem Widerstand 83 parallel geschaltet, um Schwankungen des die Diode 82 durchfließenden Stromes zu glätten und an dem Widerstand 83 eine im wesentlichen gleichförmige Gleichspannung zu erzeugen. Der Widerstand 84 verbessert die Wirkungsweise des Halbwellen-Gleichrichters, indem er das Potential an der Verbindung der Gleichrichter 81 und 82 stabilisiert.

Die Füllschaltung 78 kompensiert den Ableitstrom in der folgenden Weise. Der Gleichspannungsabfall am Füllwiderstand 83 ist dem den Widerstand 107 durchfließenden Ableitstrom sowie dem Fotostrom der Bildverstärkerröhre 21 proportional. Die Komponente des Spannungsabfalles am Füllwiderstand 83, die dem Strom durch den Ableitwiderstand 107 proportional ist, ist auch der am Abgriff 75 entwickelten Hochspannung proportional, die ihrerseits der Steuerspannung proportional ist, die von der Füllschaltung 78 dem Gleichspannungsregler 59 zugeführt wird. Die Steuerspannung ist gleich der durch Einstellen des Helligkeits-Steuerpotentiometers 79 gewählten Spannung abzüglich der am Füllwiderstand 83 abfallenden Spannung. Auf diese Weise ist eine Rückkopplungsschleife geschlossen. Die Hauptwirkung der Komponente des Spannungsabfalles am Füllwiderstand 83, der durch den Stromfluß durch den Ableitwiderstand 107 bedingt ist, besteht in einer Vergrößerung des Bereiches des Steuerpotentiometers 79, der zur Steuerung der Vorrichtung benötigt wird: Daher kompensiert dieses System effektiv den Ableitstrom, indem von der Spannung, die durch den von der Füllschaltung 78 erfaßten Strom erzeugt wird; derjenige Teil abgezogen wird, der das Ergebnis des

ao Ableitstromes ist. Die Differenz zwischen den beiden Strömen ist allein auf den Fotostrom in der Bildverstärkerröhre 21 zurückzuführen.

Nimmt nur der Fotostrom in der Bildverstärkerröhre 21 zu, nimmt die Amplitude der Steuerspannung, die dem Gleichspannungsregler 59 zugeführt wird, ab, wodurch bewirkt wird, daß auch die Ausgangsspannung des Gleichspannungsreglers 59 vermindert wird. Der effektive Widerstand oder die Belastung, die. der Bildverstärkerröhre 21 angeboten

wird, wird durch den Wert des Füllwiderstandes 83 bestimmt; Der Fotostrom in der Röhre 19 beeinflußt nicht die Wirkungsweise der Füllschaltung 78.

Bekannte Vorrichtungen zur Bildverstärkung arbeiten grundsätzlich mit übereinandergesetzten Speisespannungen, ähnlich wie bei der Ausführungsform nach Fig. 4, um Nebenlichter zu vermeiden. Der Aufbau der bekannten Vorrichtungen führt jedoch, wie oben ausgeführt, zu einer unzureichenden Ver-. Stärkungsregelung und einem ungenügenden Schutz der Röhren. Übliche Anordnungen, die in Kaskade geschaltete BjldverstärkerrÖhren aufweisen, haben zur Folge, daß die Spannung am oberen Ende der Kaskade, also beispielsweise an der letzten Röhre 21, auf niedere Werte abfallen, was zu der in Fig. 1 durch die Kurve 11 wiedergegebenen Charakteristik führt. Die Verwendung von Serien-Lastwiderständen bei in Kaskade angeordneten Spannungsanschlüssen führt ebenfalls zu der in Fig. 1 durch die Kurve 11 veranschaulichten Charakteristik, bei der das Ausgangssignal vollständig unterdrückt und die erste Bildverstärkerröhre sowohl spannungs- als auch leistungsmäßig überlastet wird.

Der bei den Aüsführungsformen nach den Fig. 2, 3 und 4 erzielte Röhrenschutz zieht die Maximalleistung in Betracht, die jeder der Röhren zugeführt wird. Im Fall eines konstanten Innenwiderstandes des Netzgerätes wird die maximale Leistung yom Netzgerät auf die Röhre dann übertragen, wenn die an die Röhre angelegte Spannung halb so groß ist wie die Speisespannung. Diese Maximalleistung wird demnach übertragen, wenn die der Röhre zugeführte Leistung einem Viertel des Quadrates der Spannung gleich ist, die dem Widerstand zugeführt wird, der zwischen die Spannung der Leistungsquelle und die Anode der Röhre geschaltet ist, geteilt durch den Wert dieses Widerstandes, Bei den Ausführungsformen nach den Fi g. 2, 3 und 4 sind die Schaltungsanordnungen so getroffen, daß bei dieser Spannung die

Maximalleistung nicht unzulässig ist. Auf diese Weise wird ein guter Schutz der Röhren gewährleistet, vorausgesetzt, daß die Punkte eine ausreichende Größe haben.

Es sei darauf hingewiesen, daß bei der Anordnung nach F i g. 4 keine Notwendigkeit besteht, die Röhren 19 und 21 hinsichtlich ihres Schwellenwertes auszuwählen, sondern daß das Netzgerät so ausgebildet werden kann, daß die Bildverstärkerröhre 19 vor der Bildverstärkerröhre 21 sperrt. Beispielsweise könnten die Spannungen an den Abgriffen 73 und 75 die Werte 13 kV und 28 kV haben, so daß die Bildverstärkerröhre 19 mit einer niederen Anoden-Kathoden-Spannung arbeitet als die Bildverstärkerröhre 21. Es versteht sich ferner, daß die Anordnung auch so getroffen werden könnte, daß die Anode der Röhre 19 nicht auf dem gleichen Potential wie die

Kathode der Röhre 21 liegt, sondern sich die Potentiale überlappen. Beispielsweise könnte der 15-kV-Abgriff nur mit der Anode der Rohre 19 verbunden sein, während die Fotokathode und die Anode der Röhre21 beispielsweise mit dem 10-kV- bzw. 25-kV-Abgriff des Netzgerätes verbunden sein könnten.

Auf diese Weise würde eine Überlappung der Spannungen stattfinden, so daß das Potential an jeder Grenzfläche so klein sein kann, daß unerwünschte

ίο Nebenlichter nicht mehr von Bedeutung sind.

Durch die Erfindung wird demnach eine Vorrich- · tung zur Bildverstärkung geschaffen, bei der die Bildverstärkerröhren gegen eine Beschädigung geschützt sind und die eine einwandfreie Einstellung der HeI-ligkeitsverstärkung ermöglichen, derart, daß die vom Netzgerät gelieferten Anodenspannungen für die Bildverstärkerröhren einander mitziehen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Bildverstärkung mit mindestens zwei in Kaskade hintereinander angeordneten Bildverstärkerröhren, von denen jede ein Ausgangsbild liefert, das heller ist als ihr Eingangsbild, und einem zur Speisung der Bildverstärkerröhren dienenden Netzgerät, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Bildverstärkerröhren (19) einen Sperrschwellenwert aufweist, der höher ist als derjenige der in der Kaskadenanordnung nachfolgenden Bildverstärkerröhre (21), und mit dem Netzgerät eine Fühlanordnung (53; 78) gekoppelt ist, die auf die Stärke des Fotostromes der in der Kaskadenanordnung letzten Bildverstärkerröhre (21) anspricht und die den Bildverstärkerröhren (19 und 21) von dem Netzgerät zugeführten Speisespannungen und damit die Verstärkungsfaktoren der einzelnen Bildverstärkerröhren und die Helligkeit des Ausgangsbildes als Funktion der Amplitude dieses Fotostromes steuert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Netzgerät allen in Kaskade geschalteten Bildverstärkerröhren (19 und 21) die gleichen Speisespannungen zugeführt werden und die Fühlanordnung (53) einen Widerstand umfaßt, der in eine vom Netzgerät zu den Bildverstärkerröhren (19 und 21) führende Leitung eingeschaltet ist und bei einer Änderung des Fotostromes in den Bildverstärkerröhren (19 und 21) eine umgekehrte Änderung der Größe der den Bildverstärkerröhren zugeführten Speisespannungen bewirkt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzgerät einen mit Abgriffen (73 und 75) versehenen Hochspannungsteil (77) aufweist, der jeder der in Kaskade geschalteten Bildverstärkerröhren (19 und 21) eine andere Speisespannung zuführt, und daß die Fühlanordnung (78) von einer an die Abgriffe (73 und 75) angeschlossenen Schaltungsanordnung gebildet wird, die bei einer Änderung des Fotostromes in den Bildverstärkerröhren (19 und 21) eine Änderung der Größe der den Bildverstärkerröhren zugeführten Speisespannungen bewirkt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzgerät einen Gleichspannungsregler (59) enthält, der auf einer Eingangsgleichspannung und ein von der Fühlanordnung (78) geliefertes Steuersignal anspricht und eine Ausgangsgleichspannung liefert, deren Größe eine Funktion des von der Fühlanordnung (78) überwachten Fotostromes ist, daß an den Gleichspannungsregler (59) ein Zerhacker (65) angeschlossen ist, der ein Rechtecksignal mit einer Amplitude liefert, die der Größe der Ausgangsgleichspannung des Gleichspannungsreglers (59) proportional ist, und daß der Zerhacker (65) mit Hilfe eines Transformators (67) an den Hochspannungsteil (77) angekoppelt ist, der aus dem zugeführten Rechtecksignal die verschiedenen Speisespannungen für die Bildverstärkerröhren (19 und 21) bildet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochspannungsteil (77) ein Hochspannungsvervielfacher mit einer Anzahl von in Kaskade geschalteten Kreisen (87, 89 usw.) zur Erzeugung verschiedener Potentiale längs der die Kaskade bildenden Folge von Kreisen ist.