DE2315784A1

DE2315784A1 - Bildwandlereinrichtung

Info

Publication number: DE2315784A1
Application number: DE19732315784
Authority: DE
Inventors: Hideo Abe; Tsutomu Fujita; Kyohei Fukuda; Hiroshi Nihei; Katsumi Watanabe
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1972-03-31
Filing date: 1973-03-29
Publication date: 1973-10-11
Also published as: JPS48101019A; DE2315784B2; FR2178951A1

Description

8i-2O.467P(2O.468h)

29. März 1973

HITACHI, LTD,, Tokio (Japan)

Bildwandlereinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bildwandlereinrichtung mit einer eine fotoleitende Schicht enthaltenden Bildwandlerröhre und entlang des Außenumfangs der Bildwandlerröhre angeordneten Ablenk- und Pokussierungsspulen zum Erzeugen eines Ablenkmagnetfeldes bzw. eines Pokussierungsmagnetfeldes in der Bildwandlerröhre.

Bei Farbbildwandlerη ist es übliche Praxis, mit Hilfe einer Bildwandlerröhre Farbsignale für die Primärfarben zu erzeugen und diese Farbsignale einander zu überlagern, um am Ausgang der Bildwandlereinrichtung ein Farbbild zu erhalten. Bei einer solchen Farbbilderzeugung führt eine unbefriedigende Überlagerung der Farbsignale zu einer Verschiebung der Primärfarbbilder, und dies ergibt wiederum eine

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schlechte Bildqualität. Diese Verschiebung der Primärfarbbilder rührt zum Teil von der Bildverzeichnung her, die in der aus der Bildwandlerröhre und den entlang deren Außenumfang angeordneten Spulen bestehenden Bildwandlereinrichtung entsteht. Diese Bildverzeichnung hängt in erster Linie von dem Ablenkgebiet der Bildwandlerröhre ab, so daß das Ausmaß der Bildverzeichnung durch das Betriebssystem für die Bildwandlerröhre bestimmt wird. Die Pokussierungssysteme für eine Vidikonröhre, wie sie als Bildwandlerröhre für Farbfernsehkameras üblich ist, lassen sich grob in einen Typ mit elektrostatischer Fokussierung, einen Typ.mit elektromagnetischer Fokussierung und einen Typ mit einer Kombination aus elektrostatischer und elektromagnetischer Fokussierung unterteilen, wobei im letzten Falle die elektrostatische Fokussierung der elektromagnetischen Fokussierung überlagert ist. Von diesen verschiedenen Typen sind der Typ mit elektromagnetischer Fokussierung und der Typ mit kombinierter Fokussierung durch eine für sie spezifische S-förmige Bildverzeichnung gekennzeichnet. Die Verzeichnung der Primärfarbbilder tritt typisch bei einer Farbfernsehkamera auf, bei der für den Helligkeitskanal, der eine hohe Auflosung verlangt, eine Vidikonröhre mit kombinierter Fokussierung verwendet wird, während für die Chrominanzkanäle Vidikonröhren mit elektrostatischer Fokussierung zum Einsatz kommen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bildwandlereinrichtung der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß die bei Bildwandlerröhren mit elektromagnetischer oder kombinierter elektrostatischer und elektromagnetischer Fokussierung auftretende S-förmige Bildverzeichnung geringer wird als bisher und die dadurch bedingte Par bbildver Schiebung eliminiert wird,, ohne die Auflösung zu beeinträchtigen.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Intensität des Pokussierungsmagnetfeldes an der Stelle auf der Achse der Bildwandlerröhre, an der die Intensität des Ablenkmagnetfeldes ihren Maximalwert aufweist, 80 % ihres eigenen Maximalwertes nicht übersteigt, während die Stelle auf der Achse der Bildwandlerröhre, an der die Intensität des Pokussierungsmagnetfeldes ihren Maximalwert aufweist, der fotoleitenden Schicht in der Bildwandlerröhre in Bezug auf die Stelle mit maximaler Intensität des Ablenkmagnetfeldes gegenüberliegt,

Die erfindungsgemäße Ausbildung der BildwandlereinriGhtung führt zu einer wesentlichen Verringerung der auf die magnetischen Fokussierungsmittel für die Bildwandlerröhre zurückgehenden BiIdVerzeichnung.

Für die weitere Erläuterung der Erfindung, ihrer Ziele und Vorteile wird nunmehr auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäß ausgebildete Bildwandlereinrichtung veranschaulicht ist? dabei zeigen in der Zeichnung:

Pig. la einen schematisch gehaltenen Schnitt durch die

wesentlichen Bauteile einer erfindungsgemäß ausgebildeten Bildwandlereinrichtung,

Fig. Ib ein Diagramm zur Veranschaulichung der Intensitätsverteilung der von den in Fig. la dargestellten Fokussierungs- und Ablenkspulen erzeugten Magnetfelder,

Pig. 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Intensitätsverteilung für mit Hilfe unterschiedlicher Typen von im Rahmen der Erfindung erprobten Fokussierungsspulen erzeugte Magnetfelder und

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Pig. 3 ^eiⁿ Diagramm zur Veranschaulichung des Zusammenhanges zwischen der S-förmigen Bildverzeichnung einerseits und dem Intensitätsverhältnis zwischen dem Pokussierungsmagnetfeld an einer Stelle mit maximaler Intensität des Ablenkmagnetfeldes und dem Maximalwert für die Intensität des Fokussierungsmagnetfeldes andererseits.

Die in Fig. 1 dargestellte Bildwandlereinrichtung weist eine Bildwandlerröhre 1 auf, die zur Bauart mit Fotoleitung gehört und beispielsweise als Vidikonröhre ausgebildet sein kann, so daß sie im folgenden kurz als Vidikon bezeichnet werden soll. Das in Fig. 1 dargestellte Vidikon 1 enthält eine Aperturscheibe 2, die zur Definition des von der im Hals des Vidikons 1 angeordneten Kathode ausgehenden Elektronenstrahls dient und etoen Objektpunkt für das Elektronenlinsensystem bildet, und eine fotoleitende Schicht ~5, die auf der Lichteinfallsseite des Vidikons 1 angeordnet ist und eine Bildfläche für das Elektronenlinsensystem bildet. Für die Entnahme eines Bildsignalstromes aus der fotoleitenden Schicht j5 im Vidikon 1 ist ein Zielring 4 vorgesehen, und am Außenumfang des Vidikons 1 sind eine Ablenkspule 5 und eine Fokussierungsspule 6 angeordnet. Die Intensitätsverteilung für die von der Ablenkspule 5 bzw. der Fokussierungsspule 6 erzeugten Magnetfelder ist in Fig. Ib durch eine gestrichelte Linie 7 bzw. eine ausgezogene Linie 8 veranschaulicht.

In der oben beschriebenen und in der Zeichnung veranschaulichten Bildwandlereinrichtung werden die von der Kathode emittierten und durch die Aperturscheibe 2 definierten Elektronenstrahlen durch das Fokussierungsmagnetfeld der Fokussierungsspule 6 einerseits fokussiert und durch das Ablenkmagnetfeld der Ablenkspule 5 andererseits abgelenkt. Die auf"diese Weise abgelenkten Elektronenstrahlen tasten die gesamte Oberfläche

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der fotoleitenden Schicht 3 ab, und als Ergebnis dieser Abtastung läßt sich an denj mit der fotoleitenden Schicht 3 verbundenen Zielring 4 ein Bildsignalstrom abnehmen, der die Helligkeit des aufgenommenen Objekts wiedergibt. Die in einem solchen Falle auftretende S-förmige Aberration und sphärische Aberration lassen sich durch die nachstehenden Gleichungen auf der Basis einer dritten Aberr/ationsgleiehung berechnen, durch die der Elektronenweg nach einer Methode der Elektronenoptik bestimmt wird, die nur das Fokussierungssystem in Rechnung stellt.

^Zl_{

„ (Pu², + Qu².) dz (1)

Z₂ 1 1

=J

B(Z₁) J

In diesen Gleichungen bezeichnen e(Z,) den Koeffizienten der S-förmigen Aberration, B(Z₁) den Koeffizienten der sphärischen Aberration, Z die Achse der Bildwandlerröhre oder die Zentralachse der Elektronenlinse des Vidikons 1, Z den Koordinatenwert der Aperturscheibe 2 oder des Objektpunktes auf der Z-Achse, Z₁ den Koordinatenwert der fotoleitenden Schicht 3 oder der Bildfläche auf der Z-Achse, Z₂ den Koordinatenwert für einen Punkt auf der Z-Achse auf der anderen Seite der fotoleitenden Schicht 3, wo die Intensität des von der Ablenkspule 5 am Außenumfang des Vidikons 1 erzeugten Ablenkmagnetfeldes hinreichend klein ist, und u! und uL die Ableitungen erster Ordnung nach Z. Da die Bildverzeichnung innerhalb des Ablenkbereichs bestimmt wird, erstreckt sich die Integration für den Koeffizienten der S-förmigen Aberration in Gleichung (1) von Zp bis Z₁. Ebenso lassen sieh OL , P, Q, L, M und N nach den folgenden Gleichungen erhalten:

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ρ - 1 CEL f 0"^H α. e „5 H" ^ ~1Έ J2nT0 I clT ⁺ 2m c? " c~

/«jtt . e „2^2 /" __2e

in denen H und 0 die Intensität des Fokussierungsmagnetfeldes bzw. das elektrische Potential auf der Z=Achse, 0" und H" die Ableitungen zweiter Ordnung nach Z, e die Ladung eines Elektrons, m den Restmod eines Elektrons, 0"" die Ableitung vierter Ordnung nach Z, c die Lichtgeschwindigkeit und u\ und uA unabhängige harmonische Lösungen auf einem paraxialen Kreis mit den beiden untenstehenden Bedingungen bezeichnen:

u₂(Zo) = O

wobei Zx₁ der Koordinatenwert der Irisfläche des Elektronenlinsensystem^ der Bildwandlerröhre und u.(Z) und u (Z) eine gerade Linie bzw. eine Parabel bezeichnen, wobei u, und U₂ die Gleichung {J>) in etwa erfüllen, obwohl ihre exakten Werte durch die Auflösung einer den paraxialen Kreis betreffenden Gleichung erhalten werden.

Der Punkt auf der Z-Achse, in dem die Intensität des von der Ablenkspule 5 erzeugten Ablenkmagnetfeldes ihren

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Maximalwert hat, ist in Pig. Ib durch einen Koordinatenwert Z, bezeichnet. Weiter ist angenommen, daß der Maximalwert für die Intensität des Fokussierungsmagnetfeldes Hmax und der Intensitätswert für das Pokussierungsmagnetfeld an der Koordinate Z, auf der Z-Achse, wo die Intensität des Ablenkmagnetfeldes ihren Maximalwert hat, H^ ist. In Fig. 2 sind fünf hypothetische Typen von Bildwandlereinrichtungen angenommen: ein Typ A mit einem Verhältnis zwischen H^ und Hmax von etwa 100 %\ ein Typ B mit einem Verhältnis von H. zu Hmax von etwa 90 % wie bei den üblichen Bildwandlereinrichtungen; Typen C und D mit einem Verhältnis zwischen H, und Hmax von etwa 80 % oder weniger wie bei der vorliegenden Erfindung, wobei die Typen A bis D Bildwandlereinrichtungen mit kombinierter Fokussierung sind; und ein Typ E, der eine Bildwandlerröhre mit elektrostatischer Fokussierung und einem Fokussierungsmagnetfeld der Größe Null darstellt. Die Koeffizienten e(Z,) für die S-förmige Aberration bei diesen verschiedenen Bildwandlereinrichtungen sind nach Gleichung (1) berechnet.

In einer Testreihe werden Fokussierungspulen mit den Eigenschaften hinsichtlich der Verteilung des Fokussierungsmagnetfeldes entsprechend den oben geschilderten Bautypen A bis D gemäß Fig. 2 hergestellt und Jeweils in Kombination mit der gleichen Ablenkspule rund um ein Vidikon 1 montiert, für das dann die Bildverzeichnung gemessen wird. Die theoretischen Werte für die Koeffizienten e(z.) für die S-förmige Aberration und die Messungen der Bildverzeichnung bei diesen Vidikontypen sind unten in der Tabelle 1 zusammengestellt:

	TABELLE	; Wer- 7 \ J Λ J	1	gemessene Gesamtver zeichnung	Bildverzeichnung S-förmige Ver zeichnung
Fokussierungs- magnetfeldtype	berechnete te für e(2			3,17	1,92
A	0,103			2,38	1,13
B	0,088	30		41 /0924
		98

Fokussierungs- magnet f eldtjrpe	berechnete Wer te für e(Z.)	gemessene Bxldverzeichnung Gesamtver- S-förmige Ver zeichnung zeichnung	0,25
C	0,024	.1,50	0
D	0,005	1,25	0
E	0	1,25

Jeder der in der Tabelle 1 enthaltenen Werte für die Bildverzerrung ist nach der Anzahl der' Abtastzeilen für das Fernsehbild gemessen und stellt einen Durchschnitt für eine Mehrzahl von Vidikons dar, bei denen die größten Bildverzeichnungen auftraten. Die für die Bildwandlereinrichtungen der Typen A bis D mit kombinierter Fokussierung gemessenen Bildverzeichnungen in Tabelle 1 enthalten auch andere als die S-förmigen Bildverzeichnungen. Da die S-förmige Bildverzeichnung spezifisch ist für Bildwandlereinrichtungen mit elektromagnetischer oder kombinierter Fokussierung, zeigen Bildwandlereinricht-ungen wie der Typ E mit rein elektrostatischer Fokussierung keine solche S-förmige Bildverzeichnung. Daher kann der Wert für die für die Bautjrpen A bis D jeweils typischen S-förmigen Bildverzeichnungen durch die Differenzen aus den gemessenen Werten für die Bildverzeichnungen für diese Typen A bis D einerseits und dem Wert für die Bildverzeichnung bei der Bildwandlereinriehtung des Typs E andererseits bestimmt werden.

Die Testergebnisse zeigen, daß es einen Zusammenhang zwischen der S-förmigen Bildverzeichnung und dem theoretischen Wert für den Koeffizienten e(Z.) für die S-förmige Aberration in der Weise gibt, daß die S-förmige Bildverzeichnung geringer ausfällt, wenn der Koeffizient e(Z.) für die S-förmige Aberration abnimmt.

Für die Untersuchung des Einflusses der S-förmigen BiId-

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Verzeichnung auf den Zusammenhang zwischen dem Ablenkmagnetfeld und dem Pokussierungsmagnetfeld für jede der Bildwandlereinrichtungen der Typen A bis E wird nunmehr auf Fig. 3 Bezug genommen, in der längs der Abszisse das Verhältnis zwischen der Intensität des Fokussierungsmagnetfeldes H, an der Stelle Z_d einerseits und dem Maximalwert Hmax für die intensität des Fokussierungsmagnetfeldes andererseits aufgetragen ist, während die Ordinate die Werte für die S-förmige Bildverzeichnung anhand der Anzahl der Abtastzeilen wiedergibt. Die Darstellung in Fig. 3 zeigt, daß eine in bekannter Weise praktisch vernachlässigbare S-förmige Bildverzeichnung von 0,5 Abtastzeilen oder weniger erreicht wird, wenn das Verhältnis zwischen tL· und Hmax einen Wert von 80 % nicht übersteigt. Daraus ergibt sich der Schluß, daß die mit den Bildwandlereinrichtungen der Typen C, D und E erzielbaren Verteilungen für das Fokussierungsmagnetfeld für einen praktischen Einsatz geeignet sind. Eine erneute Betrachtung der Darstellung in Fig. 2 zeigt, daß die Bildwandlereinrichtungen der Typen C und D eine scharf ausgeprägte Form für die Verteilung des Fokussierungsmagnetfeldes zeigen und dadurch gekennzeichnet sind, daß die Stelle,, wo die Intensität des Fokussierungsmagnetfeldes ihr Maximum hat, bei Betrachtung von der Koordinate Z. auf der Röhrenachse aus, beider die Intensität des Ablenkmagnetfeldes ihren Maximalwert hat, auf der anderen Seite als fbtoleitenden Schicht j5 in der Bildwandlerröhre liegt.

Die bei Vidikonröhren der Typen A bis E mit entsprechender Verteilung des Fokussierungsmagnetfeldes erzielbare Auflösung wurde anhand von tatsächlichen Messungen und Berechnung des Grades des Amplitudenganges bestimmt. Das Ausmaß des Amplitudenganges in Verbindung mit 400 Abtastzeilen wurde berechnet, indem zunächst der Koeffizient B(Z.) für die sphärische Aberration gemäß der Gleichung (2) bestimmt und sodann

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der Durchmesserbereich für einen Elektronenstrahl in geringem Abstand vom paraxialen Weg mit Hilfe dieses Koeffizienten B(Z.) für die sphärische Aberration ermittelt wurde. Auf der anderen Seite wurde das Ausmaß des Amplitudenganges im Zentrum des Bildmusters für eine Anzahl von Vidikons jeder Bauart tatsächlich gemessen, um einen Durchschnittswert dafür zu gewinnen. Das so für jeden Typ von Vidikon erhaltene Ausmaß des Ämplitudenganges ist unten in der Tabelle 2 zusammengestellt.

TABELLE 2

Fokussierungs- Ausmaß des Amplitudenganges

magnetfeldtype (%)

' berechnete Werte gemessene Werte

A' 34,5 34,0

B 37,5 34,5

C 37,5 37,5

D 35,2 32,0

E 31,5 30,0

Die in Tabelle 2 zusammengestellten Ergebnisse zeigen, daß das Ausmaß des Amplitudenganges für die Bautypen B und C bei den berechneten Werten besser liegt als für die anderen Arten von Vidikons, während die Bautype C die Bautype B in den gemessenen Werten für das Ausmaß des Amplitudenganges übertrifft. Es ist möglich, die Auflösung eines Vidikons des Typs C dadurch zu verbessern, daß anstelle der bei einem solchen Vidikon üblicherweise verwendeten Fokussierungsspule eine Fokussierungsspule des Typs C eingesetzt wird.

In der vorstehenden Beschreibung ist die erfindungsgemäß ausgebildete Bildwandler einrichtung zwar mit einer-.Vidikon--

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röhre als Bildwandlerröhre erläutert, es liegt jedoch auf der Hand, daß die Erfindung nicht auf diese Art von BiIdwandlerrShren beschränkt ist, sondern sich ebenso auf andere Arten von Bildwandlerröhren einschließlich der Plumbikons erstreckt.

Weiterhin erstreckt sich die Erfindung nicht nur auf Farbbildwandlereinrichtungen der oben beschriebenen Art, sondern ebenso auf optische Zeichenleser oder ähnliche Einrichtungen, die eine Bildwandlereinrichtung mit geringer Bildverzeichnung verlangen.

Wie bereits erwähnt, ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität des Fokussierungsmagnetfeldes an einer Stelle auf der Röhrenachse, an der die Intensität des Ablenkmagnetfeldes der Ablenkspule ihren Maximalwert hat, 80 % ihres eigenen Maximalwertes nicht überschreitet und daß die Stelle auf der Röhrenachse, wo die Intensität des Fokussierungsmagnetfeldes ihren Maximalwert hat, von der Stelle mit maximaler Intensität des Ablenkmagnetfeldes aus gesehen auf der anderen Seite als T%toleitende Schicht liegt. Aus diesem Grunde weist eine erfindungsgemäß ausgebildete Bildwandlereinriehtung den Vorteil auf, daß die den Bildwandlereinrichtungen mit elektromagnetischer Fokussierung oder kombinierter elektrostatischer und elektromagnetischer Fokussierung eigene S-förmige Bildverzeichnung auf einen praktisch vernachlässigbaren Wert vermindert wird, ohne daß dadurch die Auflösung ungünstig beeinflußt würde. Ein weiterer Vorteil der erfindüngsgemäß ausgebildeten Bildwandlereinrichtung gegenüber einer üblichen Bildwandlereinrichtung liegt darin, daß es möglich ist, die Verschiebung der Farbbilder zu eliminieren, die sich häufig aus der Überlagerung der Farbbilder ergibt, wenn Vidikons mit kombinierter Fokussierung und elektrostatischer Fokussierung

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für den Helligkeits- bzw. die Chrominanzkanäle eingesetzt werden, das heißt, die Verschiebung der Farbbilder, die aus dem Einsatz von Bildwandlerröhren unterschiedlicher Fokussierungsart in einer Farbfernsehkamera entsteht.

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Claims

Patentanspruch

Bildwandlereinrichtung mit einer eine fotoleitende Schicht enthaltenden Bildwandlerröhre und entlang des Außenumfangs der Bildwandlerröhre angeordneten Ablenk- und Fokussierungsspulen zum Erzeugen eines Ablenkmagnetfeldes bzw. eines Fokussierungsmagnetfeldes in der Bildwandlerröhre, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität des Fokussierungsmagnetfeldes an der Stelle auf der Achse der Bildwandlerröhre, an der die Intensität des Ablenkmagnetfeldes ihren Maximalwert aufweist, 80 % ihres eigenen Maximalwertes nicht übersteigt, während die Stelle auf der Achse der Bildwandlerröhre, an der die Intensität des Fokussierungsmagnetfeldes ihren Maximalwert aufweist, der fotoleitenden Schicht in der Bildwandlerröhre in Bezug auf die Stelle mit maximaler Intensität des Ablenkmagnetfeldes gegenüberliegt.

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L e e r s e i t e