DE2315784B2

DE2315784B2 - Bildwandlereinrichtung

Info

Publication number: DE2315784B2
Application number: DE19732315784
Authority: DE
Inventors: Hideo Yokosuka Abe; Tsutomu Mobara Fujita; Kyohei Fukuda; Hiroshi Mobara Nihei; Katsumi Watanabe
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1972-03-31
Filing date: 1973-03-29
Publication date: 1974-06-06
Also published as: DE2315784A1; FR2178951A1; JPS48101019A

Description

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

Bei Farbbildwandlern ist es übliche Praxis, mit Hilfe einer Bildwandlerröhre Fa«osignale für die Primärfarben zu erzeugen und d"se 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 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 A.blenkgebiet der Bildwandlerröhre ab. so daß das Ausmaß der Bildverzeichnung durch das Betriebssystem für die Bildwandlerröhre bestimmt wird. Die Fokussierungssysteme Tür 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 letzteren 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 so Bildverzeichnung gekennzeichnet. Die Verzeichnung der Primärfarbbilder tritt typisch bei einer Farbfernsehkamera auf, bei der für den Helligkeitskanal, der eine hohe Auflösung 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 Bildwandlereinricbtung 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 Farbbildverscbiebung eliminiert wird, ohne die Auflösung zu beeinträchtigen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Intensität des Fokussierungsmagnetfeldes an der Steiie 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.

Die erfindungsgemäße Ausbildung dt: Ei'J r-.andlereinrichtung führt zu einer wesentlichen Verringerung der auf die magnetischen Fokussierungsmittel für die Bildwandlerröhre zurückgehenden Bildverzeichnung.

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

Fig. la einen schematisch gehaltenen Schnitt durch die wesentlichen Bauteile einer erfindungsgemäß ausgebildeten Bildwandlercinrichtung.

Fig. 1 b ein Diagramm zur Veranschaulichung der Intensitätsverteilung der von den in Fig. la dargestellten Fokussierungs- und Ablcnkspulen erzeugten Magnetfelder.

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

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

Die in F 1 g. 1 dargestellte Bildwandlereinrichtung weist eine Bildwandlerröhre ! auf. die zur Bauart mn Fotoleitung gJiört und beispielsweise als Vid.:,onrvhre ausgebildet sein kann, so daß sie im folgenden kurz alä Vidikon bezeichnet werden soll. Das in Y 1 g. 1 dargestellte Vidikon 1 enthalt eine Aperturscheibe 2. die zur Definition des von der im Hals des Vidikons 1 angeordneten Kathode ausgehenden Elektronenstrahls dient und einen Objektpunkt für das fclektronenlinsensystem bildet, und eine fotoleitende Schicht 3. die auf der Lichteinfallsseite des Vidikons 1 angeordnet ist und eine Bildfläche für das E¹. ironenlinsensystcm bildet. Für die Entnahme eines Bildsignalstromes au? der fotoleitenden Schicht 3 im Vidikon 1 ist ein Zielring 4 vorgesehen, und am Außenumfang des Vidikons 1 sind eine Ablenkspule 5 und eine Fokussic rungsspule 6 angeordnet. Die Intensitätsverteiluni für die von der Ablenkspule 5 bzw. der Fokussierungs spule 6 erzeugten Magnetfelder ist in Y i g. 1 b durcl eine gestrichelte Linie 7 bzw. eine ausgezogene Linie 1 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 Ablenkmagneifeld der Ablenkspule 5 andererseits abgelenkt. Die auf diese Weise abgelenkten Elektronenstrahlen tasten die gesamte Oberfläche der fotoleitenden Schicht 3 ab, und als Ergebnis dieser Abtastung läßt sich an dem mit ι ο

.(Z₁) 4

)= J

- w

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 Aberrationsgleichung berechnen, durch die der Elektronenweg nach einer Methode der Elektronenoptik bestimmt wird, die nur das Fokussierungssystem in Rechnung stellt

(D (2)

•ι· _u.^w„ ^. _o ,_,, Koeffizienten der S-förmigen Aberration, B(Z₁) den Koeffizienten der sphärischen Aberration, Z die Achse der Bildwandlerröhre oder die Zentralachse der Elektror°nlinse des Vidikons 1, Z₀ den Koordinaten wert 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

des Vidikons 1 erzeugten \blenkmagnetfel reichend klein ist und u[ und .J₁ 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 Z₂ bis Z₁. Ebenso lassen sich «, P_v Q, L, M und N nach den folgenden Gleichungen erhalten:

- = I/ r/)(_Ulu,' -U₁H₂). a

2Hi_nC*

ΙΙ/^Γ+

16 t ΙηίοΦ L c0 2Hi_nC

\'Φ

₌ __L- Γ1 (,„■■+ <η²}-φ""

γ L 2

; 11

in denen H und Φ die Intensität des Fokussierungsmagnetfeldes bzw. das elektrische Potential auf der Z-Achse, Φ" und H" die Ableitungen zweiter Ordnung nach Z, e die Ladung eines Elektrons, Di₀ den Restmod eines Elektrons, </>"" die Ableitung vierter Ordnung nach Z. c die Lichtgeschwindigkeit und t<j und ιι'₂ unabhängige harmonische Lösungen auf einem paraxialen Kreis mit den beiden untenstehenden Bedingungen bezeichnen:

Jh₁(Z₀) = 1 Jh₂(Z₀) = 0

₍₃₎

= 0

wobei Z_n der Koordinatenwert der Irisfläche des Elektronenlinsensy*tetns der Bildwandlerröhre und Hi(Z) und U₁(Z) eine gerade Linie bzw. eine Parabel bezeichnen, wobei u, und u₂ die Gleichung 3 in etwa erfüllen, obwohl ihre exakten W;rte durch die Auflö-

55 sung einer den paraxialen Kreis betreffenden Gleichung erhalten werden.

Der Punkt auf der Z-Achsc, in dem die Intensitäi des von der Ablenkspule 5 erzeugten Ablenkmagnet feldes ihren Maximalwert hat, ist in Fig, Ib durcl

60 einen Köordinatcnwert Z₁, bezeichnet. Weiter is angenommen, daß der Maximalwert für die Intensitä des Fokussierungsmagnetfeldes Hmax und der Inten sitätswert air das Fokussterungsmagnetfeld an de Koordinate Z_d auf der Z-Achsc, wo die Intensität de

65 Ablenkmagnetfeldes ihren Maximalwert hat, H_d ist In Fig. 2 sind fünf hypothetische Typen von Bild wandlcrcinrichtungen angenommen: ein Typ A mi einem Verhältnis zwischen H_d und Hmax von ctw

100%; ein Typ B mit einem Verhältnis von H_d zu Hmax von etwa 90% wie bei den üblichen Bildwandlereinrichtungen ; Typen C und D mit einem Verhältnis zwischen H_d 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 E₁ der eine Bildwandlerröhre mit elektrostatischer Fokussierung und einem Fokussierungsmagnetfeld der Größe Null darstellt. Die Koeffizienten e(Z,) Tür die S-förmige Aberration bei diesen verschiedenen Bildwandlerein richtungen sind nach Gleichung 1 berechnet.

In einer Testreihe werden Fokussierungsspulen 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 I	Gemessene	Bildverzeichn ung
Fokussie-	Berechnete	Gcsamtver
rungsmngnet- fcldtyp	Werte Tür F(Z₁)	zeichnung
		3,17
A	0,103	2,38
B	0,088	1,50
C	0,024	1.25
D	0,005	1.25
E	0		S-fiinnige
	Verzeichnung
1,92
1.13
0.25
0
0

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 Bildwandlereinrichtungcn 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 Bildwandlereinrichtungen wie der Typ £ mit rein elektrostatischer Fokussierung keine solche S-förmige Bildverzeichnung. Daher kann der Wert für die für die Bautypen 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 Bildwandlereinrichtung des Typs E andererseits bestimmt werden.

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

Für die Untersuchung des Einflusses der S-förmigen Bildverzeichnung auf den Zusammenhang zwischen dem Ablenkmagnetfeld und dem Fokussierungsmagnetfeld für jede der Bildwandlcreinrichtungcn der Typen A bis E wird nunmehr auf F i g. 3 Bezug genommen, in der längs der Abszisse das Verhältnis zwischen der Intensität des Fokussicrungsmagnctfeldes H_d an der Stelle Z₀ einerseits und dem Maximalwert Hmax für die Intensität des Fokussierungsmagnetfeldes andererseits aufgetragen ist, während die Ordinate die Werte für die S-förmige Bildverzeichnung an Hand der Anzahl der Abtastzeilen wiedergibt. Die Darstellung in Fig. 3 zeigt, daß eine in bekannter Weise praktisch vernachlässigbarc S-förmigc BiIdver7eichnung von 0,5 Abtastzeilen oder weniger erreicht wird, wenn das Verhältnis zwischen H₁₁ und Hmax einen Wert von 80% nicht übersteigt. Daraus ergibt sich der Schluß, daß die mit den Bildwandlcreinrichtungen der Typen C. D und E crziclbarcn Verteilungen für das Fokussierungsmagnetfeld für einen praktischen Einsatz geeignet sind. Eine erneute Betrachtung der Darstellung in F i g. 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_d auf der Röhrenachse aus, bei der die Intensität des Ablenkmagnetfeldes ihren Maximalwert hat, auf der anderen Seite als die fotoleitende Schicht 3 in der Bildwandlerröhre liegt.

Die bei Vidikonröhren der Typen A bis E mit entsprechender Verteilung des Fokussierungsmagnetfeldes erzielbarc Auflösung wurde an Hand von tatsächlichen Messungen und Berechnung des Grades des Amplitudenganges bestimmt. Das Ausmaß des Amplitudenganges in Verbindung mit 400 Abtastzeilcn wurde berechnet, indem zunächst der Koeffizient B(Z₁) für die sphärische Aberration gemäß der Gleichung 2 bestimmt und sodann der Durchmesserbereich für einen Elektronenstrahl in geringem Abstand vom paraxialen Weg mit Hilfe dieses Koeffizienten B(Z_x ) 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 Amplitudenganges ist unten in der Tabelle 2 zusammengestellt

Tabelle 2

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 der Bautyp G den Bautyp B in den gemessenen Werten für das Ausmaß des Amplitudenganges

Fckussierungs-	Ausmaß des Amplitudenganges	berechnete Werte	■1	gemessene Werte
magnetfekftyp	*{"/*	34,5	34,0
	37,5	34,5
A	37,5	37,5
B	35,2	32,0
C	3U	30,0
D
E

übertrifft. Es ist möglich, die Auflösung eines Vidikons des Typs C dadurch zu verbessern, daß an Stelle der bei einem solchen Vidikon üblicherweise verwendeten Fokussierungsspule eine Fokussicrungsspule des Typs C eingesetzt wird.

In de? vorstehenden Beschreibung ist die erfindungsgemäß ausgebildete Bildwandlereinrichtung zwar mit einer Vidikonröhre als Bildwandlerröhre erläutert, es liegt jedoch auf der Hand, daß die Erfindung nicht auf diese Art von Bildwandlerröhren be- ι ο schränkt 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 die fotoleitende Schicht liegt. Aus diesem Grunde weist eine erfindungsgemäß ausgebildete Bildwandlereinrichtung 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 erfindungsgemäß ausgebildeten Bildwandlereinrichtung gegenüber einer üblichen Bildwandlcreinrichtung 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 füi den Helligkeits- bzw. die Chrominanzkanäle eingesetzt werden, d. h. die Verschiebung der Farbbilder, di( aus dem Einsatz von Bildwandlerröhren unterschied licher Fokussierungsart in einer Farbfernsehkamen entsteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Bildwandlereinrichtung mit einer eine fotoleitende Schicht enthaltenden Bildwandlerröhre und entlang des Außenumfangs der Bildwandlerröhre angeordneten Ablenk- und Fokussierungsspulen zum Erzeugen eines AblenkmagnetfeWes 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.