DE2319769C3 - Elektronische Speicheranordnung mit einer Umschaltvorrichtung für die Vorspannung der Fokuselektrode - Google Patents

Description

In der US-Patentanmeldung 2 57 412 vom 26. Mai ist ein System beschrieben, welches in der Lage ist, noch Fernsehbilder dreidimensionaler Objekte über Übertragungskanäle wie umkompensierte Telefonsprechkanale zu übermitteln. Dabei wird eine Fernsehkamera verwendet, weiche kontinuierlich ein Videosignal an eine Speicherröhre liefert, in welcher die Information irgendeines Videobildes gespeichert werden kjnn. Das einzelne gespeicherte Bild, weiches übertra gen werden soll, wird dann zur Übertragung durch FernsprcL'hkjnäle /u einem entfernten Empfangsort in

ίο ein tonfrequenies Signal umgewandelt, wobei eine zweite Speicherröhre zur Speicherung der übertragenen tonfrequenten Information benutzt wird. Nach Beendigung der Übertragung wird die am Empfangsort gespeicherte Tonfrequen/information wieder in ein Videosignal zurückgcwandelt. welches mit einem Monitor betrachtet werden kann. Das übertragene Signal ist grundsätzlich frequenzmoduliert, und seine Momentanfrequen/ ist direkt proportional dem Hclligkeitswcrt des gespeicherten Bildelemcnles, welches übertragen wird.

Ein solches Übertragungssystem wird als »Simplex«- System bezeichnet, da die Übertragungen immer in derselben Richtung entlang der Fernsprechleitung erfolgt, in einem Halbduplexsystem kann andererseits die Übertragung in beiden Richtungen erfolgen, jedoch nicht gleichzeitig.

Aus der FR-PS 13 33 094 ist eine elektronische Speicheranordnung mit einer Mehrzahl von auf einem Substrat angeordneten Isolatoren bestehenden Target.

mit einer Eingangs-, Ausgangs-, Steuer und Fokuselektrode, mit einem Eleklronenstrahlerzcugungssystem, mit dessen Elektronenstrahl beim Einspeichern dem Target informationssignale zur Ausbildung eines entsprechenden Ladungsmusters zuführbar sind und beim Auslesen das Ladungsmuster zur Rückgewinnung der Informationssignale abtastbar ist. und mit einer Umschaltvorrichtung für die Vorspannung der Fokuselektrode, welcher beim Einspeichern eine erste Vorspan nung zugeführt wird, bekannt. Bei dieser Speicherröhre werden mit Hilfe eines Dreifachschalters zum Einspeichern und Auslesen der Kathode, dem Stcuergitter und der Fokuselektrode bestimmte Vorspannungen zugeführt. Zum Löschen werden die Vorspannungen dieser drei Elektroden umgeschaltet. Wenn die Speicherröhre

,I5 zur Aufzeichnung einer Fernsehinfortna'ion benutzt wird, entweder indem ein Fernsehbild zur Übertragung gespeichert wird oder indem das über eine Telefonleitung übertragene Bild wiedergewonnen wird, ist das der Targetclekirode der Speicherröhre zugeführte Potential genügend hoch, um die Emission von Sekundärelektronen aus den isolierenden flächen der Oberfläche der Targetelektrode zu verursachen. Da die Fokussierknoten der Spiralbahn, entlang welcher der Abtaststrahl auf seinem Wege vom Strahlsystcm der Speicherröhre zur Targetoberfläche verläuft, durch das Zusammenwirken der Spannungen der Targetelektrode und der Fokuselektrode bestimmt ist, können durch Veränderungen einer dieser Spannungen ohne eine zugehörige Veränderung der anderen Spannung diese

(10 Knoten verlagert werden, so daß der Elektronenstrahl bei der Ausbildung des Bildladungsmusters auf der Targetoberfläche keine genaue Abbildung mehr ergibt. Verwendet man nun zum Einspeichern und Auslesen dieselbe Fokuselektrodenspannung — wie bei der er-

<>s wähnten Patentschrift — und zwar üblicherweise entsprechend einem Targetpolential, wie es tür das Auslesen (zur Speisung von FernsprecKleitungen für die Übertragung zu einem entfernten Empfangsort oder

zur Übertragung zu einem Monitor, auf welchem das empfangene Bild dargestellt werden soll) eines Bildes aus der Speicherröhre vorliegt, dann treten Fokussierungsunterschiede zwischen Einspeichern und Auslesen auf. die zu Auflösungsverlusten, und damit zu Bandbreitenbegrenzungen des Speichersystem*, führen. Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Vermeidung dieses Nachteils durch eine bessere Ausnutzung der mn einem derartigen System erreichbaren Auflösung, also in einer Vergrößerung des für die Speicherung ausnut/-baren Frequenzbereiches. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Gemäß der Erfindung wird nun eine Vorrichtung verwendet, mit Hufe deren sich die Vorspannung der Fokuselektrode der Speicherröhre auf denjenigen Wert einstellen läßt, der ein Lesen von der Oberfläche dec Targets mit hoher Auflösung gestattet, wenn die Röhre im Lesebetrieb arbeitet. Ferner sor~t die Vorrichtung für eine automalische Verringerung der Vorspannung, wenn die Speicherröhre in ihren Schreibbetrieb umgeschaltet wird. Es wird ein Widerstandsspannungsteiler zusammen mit einem Transistor verwendet, der während des Schreibbetriebes in seinen Leitungszustand vorgespannt wird, um den Widerstandswert im Spannungsteiler herabzusetzen und demgemäß die erzeugte Vorspannung zu verändern. Wird die Speicherröhre wieder in den Lesebetrieb umgeschaltet, dann wird der Transistor gesperrt, und das ursprüngliche Teilerverhältnis wird wiederhergestellt.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Darstellung eines in der Figur veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die Speicherröhre 10 hat einen Kolben 12. ein Steuergitter 14, eine Kathode 16, eine Beschleunigeranode 18, eine Wand- oder Fokusanode 20 und ein Target 22, welches aus einem Substrat 24, einer Mosaikschicht 26, einem Ausgangsanschluß 28 und einem Maschengitter 30 besteht. Das Target der Speicherröhre 22 kann gemäß einem Konstruktionsbeispiel aus einer koplanaren Anordnung von Siliziumdioxidisolatoren 26 auf einem etwa quadratischen p-leitenden Siliziumplättchen 24 bestehen, auf welchem unter Anwendung üblicher photolithographischer Techniken etwa 600 000 dieser Elemente pro Quadratzentimeier geätzt werden können. Jedes Element kann durch Steuerung des von der Kathode 16 auf es gerichteten Elektronenstrahls selektiv aufgeladen werden.

Wenn erst einmal ein bestimmtes Ladungsmuster auf den Isolatorelemenien ausgebildet ist, dann verschwindet die Ladung praktisch nicht mehr und kann zur Modulierung eines weiteren fest vorgespannten Elektronenstrahls verwendet werden, der von der Kathode 16 auf den Substrat gerichtet wird. Für diesen Lesebetrieb muß die Targetoberfläche vorbereitet werden, müssen ferner die Isolatoren 26 durch entsprechende Steuerung des Strahles beim Schreibbetrieb aufgeladen werden und muß schließlich der Substrat 24 auf ein Potential umgeschaltet werden, welches eine Auirechterhaltung der Ladung erlaubt.

Wenn das Target 22 durch einen Elektronenstrahl im Lesebetrieb abgetastet wird, dann sind die Siliziumdioxidisolatoren 26 gegenüber der Kathode der Speicherröhre 16 negativ. Die Ladungsverteilung auf der Isolieroberfläche hängt dann von dem während des Schreibbetriebes ausgebildeten gespeicherten Bild und von der Substratvorspannung ab. Wenn der Strahl das Target 22 abtastet, ist die Gesamtzahl der Elektronen, welche den Substrat 24 erreichen, umgekehrt proportioniert der negativen Ladung auf den Isolatoren 26. Beispielsweise kann bei einer typischen Speicherröhre, für die das Lesepotential des Substrates 24 auf +8V eingestellt ist, ein isolatorpotentiai von —4 V verhindem, daß irgendwelche Elektronen den Substrat erreichen. Diejenigen Elektronen, die von der Isolatoroberfläche 26 reflektiert werden, werden danr» von den getrennten Maschengitter 30 angezogen, während diejenigen Elektronen, welche die Targetoberlläche 26 erreichen, den Signalstrom der Speicherröhre bilden, der am Ausgangsanschluß 28 zur Verfügung steht.

Da der Isolator 26 im Lesebetrieb gegenüber der Kathode negativ ist, landen keine der von der Kathode 16 auf das Target 22 gerichteten Elektronen auf den Isolatoroberflächen. Während des Lesebetriebes entlädt sich daher die Isolatoroberfläche nicht, und das dort gebildete Ladungsmuster wird praktisch nicht zerstört. Jedoch ist das Vakuum in der Speicherröhre nicht vollkommen, und innerhalb der Röhre befindliche restliche Gasmoleküle, insbesondere zwischen dem Maschengitter 30 und dem Target 22, werden durch Kollision mit Elektronen ionisiert. Infolge dieser Kollisionen entstehen wiederum positive Ionen, welche von der isolierenden Oberfläche angezogen werden und das gespeicherte Bild auch während des Lesebetriebes allmählich entladen. Infolge der Konstruktion der Speicherröhre, und besonders in Abhängigkeit von der Dicke des Isolators, der Substratvorspannung, der Gleichförmigkeit des Targets, des Vakuums in der Röhre und der Art der gespeicherten Videoinformation — kann das Target kontinuierlich etwa bis zu 15 Minuten abgetastet werden, ohne daß ein bemerkenswerter Verlust der gespeicherten Information aufträte.
Weiterhin ist festzustellen, daß die Lesezeit und die Speicherzeit nicht genau gleich sind. Die Speicherzeit entspricht demjenigen Zeitraum, über welchen die Röhre ein gespeichertes Bild festhält, wenn es nicht kontinuierlich abgetastet wird. Da die dielektrische Relaxationszeit des Siliziumdioxids in der Größenordnung von 5 · 10^b Sekunden liegt, können in der isolierenden Oberfläche gespeicherte Bilder wochenlang gespeichert bleiben, wenn der Strahl durch eine geeignete Vorspannung ausgeblendet ist.
Während des Löschbetriebes wird die Isolatorspannung der Speicherröhre erhöht, so daß jede zusätzliche Dielektrikumsfläche positiv gegenüber der Kathode wird. Da der Isolator 26 am Substrat 24 angebracht ist, wird durch eine Erhöhung der Subslralvorspannung von dem Lesepotenlial von +8 V auf eine relativ höhere positive Spannung (beispielsweise +20 V) sichergestellt, daß der Isolator 26 positiv gegenüber der Kathode 16 ist. Die Targeloberfläche wird dann bei geerdetem Gitter 14 abgetastet, bis die Isolatoroberfläche auf etwa das Kathodenpotential entladen ist.

Wenn das Target im Löschbetrieb wiederholt abgetastet wird, dann entlädt sich der Isolator 26 weiter auf ein Gleichgewichtspotential, wo alle die Speicherelemente die gleiche Spannung haben. Generell beträgt der Zeitraum, innerhalb dessen der Isolator dieses Gleichgewicht erreicht, etwa die Dauer von fünf Fernsehbildern. Da das Speichertarget nur gelöscht wird, wenn der Elektronenstrahl mit einer geeigneten Elektrodcworspannung auftrifft, lassen sich durch eine selektive Steuerung der Größe und des Zentrums des Elektronenstrahlrasters diejenigen Teile des Targets, die gelöscht werden sollen, bestimmen.

Nach dem Löschen des Isolators 26 ist das Target für die Speicherung eines Ladungsmusters vorbereitet.

Verwendet man die Speicherröhre gemäß der Erfindung, wird das Verfahren als Schreibprozeß bezeichnet und durch Sekundärmission bewirkt. Während des Schreibbetriebes treffen Elektronen auf die Siliziumdioxidisolatoren mit hoher Energie auf, so daß das Vcrhältnis der Sekundärelektronen zu den Primärelcktronen größer als 1 wird. Das bedeutet, daß per Saldo ein Elektronenstrom vom Isolator wegfließt, so daß dieser positiv aufgeladen wird. Damit die hohe Aufparallcnergie, welche für diese Sekundäreleklronenemission erforderlich ist, erreicht wird, wird die Spannung des Targetsubstrats 24 vom Löschpotential (20 V) auf das Schreibpotential von etwa 200 V erhöht. Dadurch erhöht sich das Isolatorpotential auf etwa H- 180 V und damit erheblich über den zur Auslosung einer Sekundärelektronenemission erforderlichen Wert.

Wenn ein volles Fernsehbild auf dem Targetisolator gespeichert werden soll, dann muß der Substrat 24 während der gesamten Bilddauer auf + 200 V gehalten werden. Zur gleichen Zeil wird das Steuergitter 14 der Röhre auf einen negativen Wert von etwa - 60 V vorgespannt, und der Elektronenstrahl wird mit dem Videosignal eines Bildes moduliert. Während das Gitter den Strahl moduliert, steuert es die Aufladung des Isolators 26, und die dem Gitter 14 zugeführte Momentanspannung ist umgekehrt proportional der sich auf dem Isolaioi ;β ; nsbildenden Ladung. Da beim Auftreffen des modulie/ten Strahles auf das Target der Schreibvorgang erfolgt, wobei die Videoinformation selektiv aufgezeichnet wird, muß der Strahl zuerst eine geeignete Größe erhalten und zentriert werden, und erst dann darf der Schreibzyklus eingeleitet werden.

Soweit bisher beschrieben, entspricht die Speicherröhre derjenigen nach der US-Patentanmeldung Ser. No. 1 52 746, vom 14. Juni 1971. Im Betrieb mit derartigen Speicherröhren hat sich jedoch herausgestellt, daß die Auflösung, mit welcher ein Bild auf den Isolatoren 26 während des Schreibbetriebes ausgebildet wird, von der Beziehung abhängig ist, welche zwischen der Spannung des Substrats 24 und der Spannung der Fokuselektrode 20 besteht. Wenn die Speicherröhre 10 anfänglich für den Lesebetrieb vorgespannt ist, dann ergibt sich ein meßbarer Verlust der Auflösung, wenn nicht die Fokuselektrodenvorspannung beim Umschalten der Röhre in den Schreibbetrieb geändert wird. Es hat sich gezeigt, daß diese Erscheinung auf die schrau- ' benförmige Bahn zurückzuführen ist, entlang welcher der Elektronenstrahl längs der Röhre wandert, wenn er bei der Abtastung sein Ladungsmuster auf den Isolatoren des Targets abbildet. Wenn die Fokusknoten im Lesebetrieb bei einer Substratspannung von + 8 V und einer Fokuselektrodenspannung von etwa +330 V auf die Targetoberfläche fallen, dann verschieben sich die Fokusknoten nach vorn vom Target, wenn der Substrat 24 im Schreibbetrieb auf + 200 V umgeschaltet wird.

Die Rejustierung der Fokusknoten zur Sicherstellung einer richtigen Abbildung im Sekundäremissionsbetrieb beim Schreiben läßt sich aber dennoch durch eine automatische Rejustierung der Fokuselektronenspannung erreichen, wenn die Speicherröhre in Schreibbetrieb arbeiten soll. Zusätzlich zu denjenigen Ergänzungsteilen der Speicherröhre, wie sie in der US-Anmeldung Ser. No. 1 52 746 erwähnt sind, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein als npn-Transistor dargestellter Transistor 50 und ein Widerslandsspannungsteiler 52 vorgesehen. Die Basiselektrode des Transistors 50 ist einmal über einen Widerstand 54 an einen Steueranschluß 56 angeschlossen und zum anderen über einen Widerstand 58 an ein Bezugspotential (Masse) angeschlossen, mit welchem ebenfalls der Emitter des Transistors 50 verbunden ist. Der Widerstandsspannungstciler 52 besteht aus der Reihenschaltung eines ersten Widerstandes 60 mit einem ersten Potentiometer 62, einem zweiten Widerstand 64 und einem zweiten Potentiometer 66, wobei diese Elemente in der genannten Reihenfolge zwischen eine positive Betriebsspannung + Vi und Masse geschaltet sind. Der Kollektor des Transistors 50 ist an den Abgriff des Potentiometers 66 angeschlossen, der Abgriff des Potentiometers 62 liegt an der I okuselcktiode 20, und die automatische Umschaltung der Vorspannung für die Fokuselektrode erfolgt bei Anlegen eines positiv gerichteten Impulses an den Anschluß 56. wenn der Schreibbetrieb erfolgen soll.

Im Betrieb wird das Potentiometer 62 bei fehlendem Impuls am Anschluß 56 in Übereinstimmung mit den Werten der Widerstände 60 und 64 und des Potentiometers 66 so eingestellt, daß der Fokuselektrode diejenige Spannung (beispielsweise +330 V) zugeführt wird, welche im Lesebetrieb bei geeignet vorgespanntem Substrat 24 eine hohe Auflösung bei der Speicherung des Bildes auf der Isolatoroberfläche 26 ergibt. Durch Einstellung des Schleifers des Potentiometers 62 läßt sich eine Feinregulierung von Änderungen der Bildauflösung infolge Allerungserscheinungen von Bauelementen und/oder Temperaturänderungen erreichen. Der Transistor 50 ist bei dem bisher beschriebenen Zustand gesperrt.

Wenn nun der Schreibbetrieb folgt, wobei das Substratpotential entsprechend angehoben wird, macht ein dem Anschluß 56 zugeführter positiv gerichteter Impuls den Transistor 50 leitend, so daß er einen Teil des Potentiometers 66 kurzschließt. Als Folge davon verringert sich die Größe der der Fokuselektrode 20 zugeführten Spannung während dieses Schreibbetriebes, wobei diese Spannungsverringerung zeitlich mit der Erhöhung des Substralpotentials (beispielsweise von + 20 auf +200 V) zusammenfällt. Mit den in der Zeichnung eingetragenen Werten hat sich eine Verringerung der Fokusspannung von etwa +33OV auf etwa + 315 V als ausreichend erwiesen, um die Verschiebung der Fokusknoten der schraubenförmigen Bahn auszugleichen, welche andererseits aufgetreten wäre, wenn die Substratspannung in dieser Weise erhöht worden wäre. Da sich die Werte der Bauelemente mit der Zeit ändern können und diese automatisch Refokussierung beeinträchtigen können, läßt sich der Abgriff des Potentiometers 66 verstellen, so daß die Strahllandepunkte wieder eingestellt werden können und jede eventuell auftretende Verschlechterung der Bildauflösung wieder beseitigt werden kann. Durch die Zuführung des Impuses 56 von einer ohnehin vorhandenen Steuerschaltung der Bildröhre wird die Fokuselektrodenvorspannung automatisch verändert, um in jedem Falle eine hohe Bildauflösung zu erhalten.

Vorstehend ist ein bevorzugtes Verfahren zur Refokussierung eines Speicherröhrenstrahles während des Schreibbetriebes erläutert worden, aber es versteht sich, daß die Fokuselektrodenspannung im Rahmen der Erfindung auch auf andere Weise eingestellt werden kann. Solange die Fokuselektrodenspannung vermindert wird, wenn man dem Lesebetrieb der Speicherröhre zum Schreibbetrieb übergeht, und wenn umgekehrt die Fokuselektrodenspannung erhöht wird, wenn man vom Schreibbetrieb zum Lesebetrieb übergeht, steht am Ausgang der Speicherröhre ein Signal hoher Auflösung zur Verfugung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Elektronische Speicheranordnung mit einem aus einer Mehrzahl von auf einem Substrat angeordneten Isolatoren bestehenden Target, mit einer Eingangs , Ausgangs-, Steuer- und Fokuselek trode, mit einem Eicktronenstrahlcr/eugungssystern, mit dessen Elektronenstrahl beim Einspei ehern dem Target Informationssignale /ur Ausbildung eines entsprechenden Ladungsmusters zufuhr bar sind und beim Auslesen das Ladungsmuster /ur Rückgewinnung der Informationssignale ablastbar ist, und mit einer Umschaltvorrichtung für die Vorspannung der Fokuselektrode, welcher beim Einspeichern eine erste Vorspannung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe der Umschaltvorrichlung ( + V',, 62, 64. 66) der Fokuselektrode (20) beim Auslesen eine die Fokussierung des Elektronenstrahls auf das Target (22) aufrechterhaltende zweite Vorspannung zuführbar ist.

2. Speicheranordnung nach Anspruch 1, bei welcher der Fokuselektrodc beim Einspeichern eine positive Fokussierspannung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Vorspannung beim Auslesen eine stärker positive Fokussierspannung ist.

3. Speicheranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Substrat (24) des Targets (22) eine erste Betriebsspannung zugeführt wird, wenn der Elektronenstrahl zum Einschreiben der Informalionssignale in den Speicher erzeugt wird, dem Substrat dagegen eine zweite, weniger positive Betriebsspannung zuführt, wenn der Elektronenstrahl zum Auslesen der Informationen aus dem Speicher erzeugt wird, und daß die Differenz zwischen den der Fokuselektrode in Schreib- und im Lesebetrieb zugcführlen positiven Vorspannungen kleiner als die Differenz der der Substraielektrode in diesen beiden Betriebsarten zugeführten Potentiale ist.

4. Speicheranordnung nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung ( -t- VS, 64, 66, 50), welche der Fokuselektrode (20) ein erstes positives Potential zuführt, einen Spannungsteiler enthält, der zwischen eine erste Betriebsspannungsquclle ( + Vi) Bezugspotentialpunkt geschaltet ist, während für die Zuführung der zweiten stärker positiven Vorspannung zur Fokusclektrode an den Spannungsteiler ein Schaltelement zur Erhöhung der Impedanz des Spannungsteilers angeschlossen ist, wenn der Elektronenstrahl zum Auslesen der Informationssignale aus dem Speicher erzeugt wird.

5. Speicheranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler eine Mehrzahl in drei geschalteter Widerstände (60, 62, 64, 66) enthält, und daß das Schaltungselement zur Erhöhung der Impedanz des Spannungsteilers einen Transistor (50) umfaßt, der über einen der Widerstände (66) geschaltet ist und während des Schreibbetriebes des Speichers leitend ist, während des Lesebetriebes des Speichers dagegen gesperrt ist.