DE2407919A1

DE2407919A1 - Ablenkschaltung fuer eine kathodenstrahlroehre zur darstellung von vektoren und anzeigesystem mit einer derartigen kathodenstrahlroehre

Info

Publication number: DE2407919A1
Application number: DE19742407919
Authority: DE
Inventors: Philippe Giraud; Jacques Marien
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1973-02-20
Filing date: 1974-02-19
Publication date: 1974-08-22
Also published as: GB1442272A; DE2407919B2; DE2407919C3; JPS5435740B2; US3921163A; FR2218646B1; FR2218646A1; JPS49115433A

Description

PATENTANWÄLTE

DIETRICH LEWINSKY

HEINZ-JOACHIMHUBER 19. Februar 1974

REINER PRIETSCH 7813-IV/K

j Thomson-CSF, Paris, BId. Haussmann 173 (Frankreich

"Ablenkschaltung für eine Kathodenstrahlröhre zur Darstellung von Vektoren und Anzeigesystem mit einer derartigen Kathodenstrahlröhre"

Priorität vom 20. Februar 1973 aus der französischen Patentanmeldung 73 05938

Die Erfindung betrifft eine Ablenkschaltung für eine Kathoden- , strahlröhre zur Darstellung von Vektoren, bestehend aus Sägezahngeneratoren, die das Sägezahnsignal durch Integration einer Bezugsspannung erzeugen und zwei Ablenksignale bilden, die an den X- und Y-Ablenkorganen der Röhre anliegen und die Ablenkung ei- ' nes betrachteten Vektors zwischen den beiden Endpunkten erzeugen,1 wobei die Amplitudenänderung der beiden Signale proportional zu den längs den Bezugsrichtungen X und Y gemessenen jeweiligen Komponenten ist; desweiteren betrifft die Erfindung ein Anzeigesystem, das eine mit einer derartigen Ablenkschaltung ausgerüstete Kathodenstrahlröhre enthält. Hierbei handelt es sich meist um Datendarstellungs- oder Datenanzeigesysteme, insbesondere um < elektronische Flugleitsysteme, bei denen die anzuzeigenden Daten verschiedenen Flugparametern entsprechen.

Diese Daten umfassen Vektoren, Kurven, Symbole oder alphanumerische Zeichen, wobei komplexe Darstellungen in Form aneinandergereihter Vektoren realisiert werden. Die Ablenkung der Röhre erfolgt "springend" oder "regellos", was einem direkten Schreiben j der gerade laufenden Größe durch den Kathodenstrahl entspricht,

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wobei die verschiedenen Daten (bzw. Größen) einzeln- nacheinander im Verlauf jeder Sequenz der betrachteten Bildablenkung sichtbar gemacht werden.

Bei derartigen Anzeigesystemen mit hoher Informationsdichte ist die Zahl der Daten erheblich und ihre gleichzeitige Beobachtung wird für den Beobachter schwierig. Eine merkliche Verbesserung der Beobachtung wird durch Verwendung der sogenannten polychromen oder multichromen Kathodenstrahlröhre und durch Verteilung i der verschiedenen sichtbar zu machenden Daten auf die verschie- ■ denen vorgesehenen Farben oder Farbtöne erreicht. Die polychromen Röhren ermöglichen ohne weiteres drei verschiedene Farben: rot, gelb und grün. Die Auswahl der Farbe geschieht durch Speisung der Röhre mit einer umschaltbaren Hochspannung, die drei verschiedene Spannungsstufen besitzt. Hieraus· ergeben sich unterschiedliche Geschwindigkeiten der sich in Richtung der Achse der

Röhre fortbewegenden Elektronen, die den Kathodenstrahl bilden; diese Geschwindigkeitsänderungen beeinflussen auch die Ablenkgeschwindigkeit, also die Schreibgeschwindigkeit. Die Helligkeit ^: oder Leuchtdichte der sichtbar gemachten Parameter ist somit eine Funktion der gewählten Farbe. ,

Das Problem der Helligkeit oder Leuchtdichte stellt sich aber auch' innerhalb ein und derselben Farbe. Ideale Bedingungen für die Auswertung erfordern insbesondere, daß die Helligkeit längs jedes sichtbar gemachten Vektors konstant bleibt und daß für ^; die verschiedenen sichtbar gemachten Vektoren eine gleiche Helligkeit erzielt wird.

Die lineare Verschiebung des Lichtpunktes oder Leuchtfleckes zwischen den Extrempunkten der Schreibspur eines Vektors wird mit X- und Y-Ablenksignalen erzielt, die sich sägezahnförmig ändern. Die Ablenkschaltung enthält hierzu in bekannter Weise ; Integrationsmittel, die im allgemeinen in einer Integrierschal- j tung in jedem der X- und Y-Ablenkkanäle bestehen. Jede Inte- J

A09834/0909 _ , _

I grierschaltung wird mit einer Bezugsspannung versorgt, deren

: Wert der X- oder Y-Komponente des Vektors in dem jeweiligen

s Kanal entspricht. Wenn die Integration mit konstanter Integra-

■■ tionsdauer stattfindet, ist die Schreibgeschwindigkeit umgekehrt

¹ proportional zur Länge des Vektors und die Helligkeit ändert

sich in Abhängigkeit von diesem Parameter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ablenkschaltung der einleitend angegebenen Gattung zu schaffen, die folgende Eigenschaften aufweist:

: a) Gleichförmige Helligkeit innerhalb jeder Farbe durch Verschiebung des Leuchtfleckes auf dem Bildschirm mit konstanter Geschwindigkeit, unabhängig von der Länge und der Richtung des Vektors, so daß die sichtbar gemachten Daten weder untereinander noch längs ihrer Schreibspur unterschiedliche Helligkeit besitzen;

b) etwa gleichbleibende Helligkeit für das Auge des Beobachters unabhängig von der gewählten Farbe, wobei diese HeI-ί ligkeit insbesondere so bestimmt ist, daß eine befriedi- ! gende Beobachtung auch bei erheblichen Änderungen der j Umgebungshelligkeit oder Raumhelligkeit möglich ist;

j c) in Bezug auf die Lage auf dem Bildschirm identische Dar-

j i

stellung eines beliebigen Vektors unabhängig von der ge- J i . wählten Farbe. j

i Gleichzeitig soll die Erfindung des im Zusammenhang mit einem i Anzeigesystem der eingangs genannten Art eine beliebige Darstellung oder Auswertung der in digitaler Form erhaltenen Daten in kartesischen Koordinaten oder Polarkoordinaten, sowie eine Optimierung der Bildablenkdauer durch erhebliche Verminderung der Totzeiten, d.h. der Schaltzeiten zwischen aufeinanderfolgenden Daten und eine rasche Umschaltung der Ablenkgeschwindigkeit bei einer Änderung der Farbe ermöglichen.

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— 2} —

j - 4 -

Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Patentansprüchen angegeben. In der Zeichnung sind eine Ablenkschaltung sowie ein Anzeige-

system nach der Erfindung anhand erläuternder Diagramme und

■ Vereinfachter Blockschaltbilder beispielsweise gewählter Ausführungsformen schematisch veranschaulicht. Es zeigen:

Figur 1: die Komponenten eines Vektors und die entsprechenden Ablenksignale,

Figur 2: ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Ablenkschaltung nach der Erfindung,

Figur 3: einen Ausschnitt aus der Schaltung nach Figur 2 zur Veranschaulichung der für den Betrieb mit einer polychromen Kathodenstrahlröhre verwendeten besonderen Schaltungen,

Figur 4: ein Übersichtsblockschaltbild eines elektronischen Flugleit-Anzeigsystemes, das mit Ablenkschaltungen j nach den Figuren 2 und 3 arbeitet,

! Figur 5: ein vereinfachtes Schaltbild einer Wandler-Multi-

■ plizierschaltung,

Figur 6: ein Blockschaltbild einer Addier- und Verstärkungsschaltung mit veränderlicher Verstärkung,

Figur 7: ein Ausführungsbeispie]. einer Rechnerschaltung der Figur 4,

Figur 8: die schematische Darstellung eines Bildschirmes, Figur 9: eine grafische Darstellung zur Erläuterung des in

der Rechnerschaltung der Figur 7 verwendeten Verfah-' rens in Verbindung mit Figur 8.

I Gleiche Teile sind in allen Figuren mit gleichen Bezugsziffern I versehen.

i Figur 1 zeigt lediglich zur nochmaligen Verdeutlichung die Komponenten eines Vektors und die entsprechenden Ablenksignale. <

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_mm ρ- _mm

Ein Vektor PQ ist durch zwei Komponenten Cl und C2 definiert, die der Differenz der Koordinaten der Endpunkte entsprechen. Im kartesischen Koordinatensystem entsprechen die Achsen OX, OY der horizontalen bzw. der vertikalen Ablenkrichtung, wobei der Punkt P die Koordinaten XP, YP und der Punkt Q die Koordinaten XQ, YQ besitzt, so daß die zugehörigen Komponenten definiert sind durch Cl = XQ - XP und C2 = YQ - YP. In Polarkoordinaten gilt: Cl = LcosR und C2 = LsinR, worin L die Länge des Vektors PQ und R den Winkel zwischen der Richtung OX und diesem Vektor bedeuten. Im dargestellten' Fall ist der Winkel R positiv, j

Die entsprechenden Ablenkspannungen UX (t) und UY (t), die.an | den entsprechenden X- und. Y-Ablenkorganen der Röhre anliegen, ' \ sind unten bzw. links in Figur 1 dargestellt. Die Anfangswerte ' UXP und UYP dienen der augenblicklichen Einstellung der Ausgangs-j lage des Strahles auf den Anfangspunkt P der Schreibspur, wobei 0 als Ruhepunkt, für den die Ablenkspannungen gleich Null sind, | angenommen ist. Der Anfangsaugenblick der Schreibspur PQ ist to, der Endaugenblick ist to + T. Die Schreibspur von P nach Q '■ wird durch Sägezahnspannungen ABC in der X-Richtung und DEF in j der Y-Richtung mit der Dauer T erzielt. Deren Amplitude ändert sich linear von 0 im Augenblick to auf die entsprechenden Werte UXQ-UXP proportional zu Cl und UYQ-UYP proportional zu C2. Der- ■ Proportionalitätsfaktor kann der gleiche sein; es können aber auch zwei verschiedene Faktoren Kl, K2 vorgesehen sein, je nach-, dem, ob die gewünschte Fmpfindlichkeit in der X-Richtung und ' der Y-Richtung die gleiche oder verschieden ist. Die Rückkehr der Spannungen auf Null im Zeitpunkt to + T bringt den Strahl wieder in den Ursprung 0 zurück.

Es wird nun zunächst ein monochromer, d.h. einfarbiger Betrieb [ betrachtet, was gleichbedeutend entweder mit der Verwendung einer monochromen Kathodenstrahlröhre oder mit dem Betrieb in ein und derselben Farbe im Fall einer polychromen Röhre ist. ^!

• ■ I

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Um eine gleichbleibende Helligkeit der.Schreibspur der verschiedenen sichtbar zu machenden Vektoren zu erzielen, ist es notwendig, daß die Ablenkgeschwindigkeit längs jeden Vektors die gleiche ist. Diese Schreibgeschwindigkeit ist konstant, wenn sie

' unabhängig von dem Parameter der Länge -L ist, d.h. wenn die Be-

T
dingung γ = To = konstant, erfüllt ist, worin To die Schreibdauer

eines Einheitselementes, d.h.des Einheitsvektors mit der Länge ; Lo = 1, bedeutet.

Figur 2 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Ablenkschaltung zur Erzeugung der Ablenksignale nach der Erfindung. Sie umfaßt Sägezahngeneratoren, die in bekannter V7eise nach dem Verfahren der Integration eines bestimmten Gleichspannungs^egels oder einer Bezugsspannung während einer bestimmten Dauer arbeiten. Diese Sägezahngeneratoren enthalten einen einzigen Integrator 1, der zum Zeitpunkt to eine Bezugsspannung U erhält ^! ' und an seinem Ausgang ein Sägezahnsignal der Form K3*U«t abgibt, wobei K3 eine durch die Schaltung 1 eingeführte Konstante bedeu- , ; tet. Dieses Signal ist für t = to gleich Null und wächst anschlie- ! ßend linear bis zum Zeitpunkt to + T.

Die Unterbrechung der Integration bei to + T wird mittels eines Schwellwertvergleichers 2 erreicht, indem das Signal K3^#U-t. mit ; einem Schwellwertpegel S verglichen wird; die Dauer T ist dem-

CJ

zufolge gleich _t

Es wurde vorstehend gezeigt, daß dieses Verhältnis proportional ι

S S '

zu L gehalten werden muß, d.h. τ7Τ7_π = LTo oder ^ = K3'To-L.

' In diesem Ausdruck ist Κ3·Το eine Konstante.

' Es sind verschiedene Schaltungen ir.ftF.3ich, die diese Bedingungen '

erfüllen, wobei zwei Schaltungen besonders vorteilhaft zufolge dessen sind, daß eines der Signale S oder U konstant gehalten wird, während das andere Signal in Abhängigkeit von dem Parameter L veränderlich ist.

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Wenn der Schwellwert S eine Gleichspannung So konstanten Wertes list, hat die Bezugsspannung U die Form j3, worin Uo eine Kon-' stante ist. Wenn dagegen die Spannung U eine konstante Gleich- ! spannung Uo ist,hat der Schwellwert S die Form S = SoL, worin So eine Konstante ist.

: Die Schaltungen 3 und 4 sind Multiplizierschaltungen, die gleioh- ^; zeitig über einen Eingang das Sägezahnsignal und getrennt über einen zweiten Eingang ein Multiplikatorsignal, nämlich MX bzw. MY₃ erhalten. Diese Schaltungen liefern die Signale K3*U«t . MX bzw. K3'U-t-MY. Die Koffizienten MX und MY sind derart gewählt, daß man für t = to + T die endgültigen Ablenkamplituden Kl·Cl und K2-C2 (Figur 1) der Sägezähne erhält.

Für den Betrieb mit S = So, TJ = ~ sind diese Signale bestimmt

Tf 1 K?

durch: MX = |·± . Cl und MY = ^ · C2 und sind proportional zu den betreffenden Komponenten Cl und C2.

Für den Betrieb mit S = So-L, U = Uo sind diese Signale bestimmt durch MX = §i· £i = ~ · cos R. und MY = p. « ~ =

■trp bO L· bO OO L

•jF— · sin R. Sie sind proportional dem Kosinus bzw. Sinus des Radiusvektors des Vektors. Dieser zweite Betrieb entspricht einer Auswertung in Polarkoordinaten, während die vorhergehende Betriebsart einer Auswertung in kartesischen Koordinaten entspricht . . ■

Die Anfangswerte der Lage in P werden durch Additionen der Vierte UXP bzw. UYP zu den von den Multiplizierschaltungen 3 bzw. 4 gelieferten Signalen erzielt, um die Ablenksignale UY und UX zu bilden (Figur 1). Eine erste Addierschaltung 5 liegt in Serie mit der Multiplizierschaltung 3 und erhält vom Augenblick to an über einen zweiten Eingang ein Signal SXP entsprechend UXP, wobei der Ausgang dieser Addierschaltung die horizontalen Ablenkorgane 6 einer Kathodenstrahlröhre 7 mit dem Signal UX speist.

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-B-

In gleicher Weise erhält eine in Serie mit der Multiplizierschaltung 4 liegende.Additionsschaltung 8 ein Signal SYP entsprechend UYP und speist die vertikalen Ablenkorgane 9 mit dem Signal UY.

Eine durch den Block Io versinnbildlichte weitere Schaltung er- j zeugt die verschiedenen Signale U, S,' MX₃ HY, SXP und SYP. Bei j Verwendung im Rahmen eines Flugdaten-Anzeigesystems umfaßt diese weitere Schaltung einen numerischen Rechner, der die verschiedenen Daten XP₃ YP und XQ₃YQ jedes Vektors in digitaler Form ■ liefert, wobei diese Daten an die Anzeigeeinrichtung übertragen werden. Diese kann beispie]sweise folgende Funktionsgruppen enthalten: einen Eingangszwischenspeicher oder Pufferspeicher mit sequenziellem oder wah]freiem Zugriff, der die Daten des Rechners erhält; eine Adressierschaltung für den Pufferspeicher um aus diesem die im Verlauf jeder Bildablenkung sichtbar zu machenden aufeinanderfolgenden Daten auszulesen; eine Dekodierschaltung für die ausgelesenen Daten; einen Digital/Analog-Wandler für die .dekodierten Daten; sowie weitere Schaltungen wie etwa Synchronisierschaltungen.

Es wird nun angenommen, daß die Anzeigeröhre eine polychrome Kathodenstrahlröhre ist. Die Anlegung einer in Stufen veränderlichen Hochspannung an eine Elektrode der Röhre ermöglicht die Auswahl der Farbe. Beispielsweise können die Farben rot₃ gelb, grün einzeln bei einer Röhre mit polychromem Bildschirm durch Anlegung von drei verschiedenen Kochspannungsstufen erzeugt werden. Die ι Kochspannung ändert die Longitudinalgeschwindigkeit der den Strahl bildenden Elektronen, betrachtet längs der Achse der Elektronen- :Strahlkanone. Es ergibt sich hieraus eine Änderung der Ablenkgeschwindigkeit oder Schreibgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der gewählten Farbe.

i
Wenn die Ablenksignale mit wachsender Longitudinalgeschwindigkeit

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—. O —

nicht geändert werden, wächst auch die Schreibgeschwindigkeit.

Um eine gleichmäßige Helligkeit innerhalb jeder Farbe (konstante Schreibgeschwindigkeit) und eine etwa übereinstimmende Helligkeit für jede Farbe (durch jede Farbe bestimmte, unterschiedliche ; Schreibgeschwindigkeit) erzielt werden soll, ist es notwendig, ■ für jede Farbe eine bestimmte Steigung des Sägezahns der Inte-

gration zu erzeugen (unterschiedlicher Koeffizient K3 je nach gewählter Farbe).

Für eine bestimmte Steigung eines Sägezahns bei der Farbe grün muß dieser Wert beispielsweise annähernd für die Farbe gelb verdoppelt und für die Farbe rot verdreifacht bis vervierfacht wer- ' den.

Ergänzend muß sichergestellt werden, daß eine identische Darstellung unabhängig von der Farbe erzielt wird. Ein Vektor PQ mit der Länge L, der durch seine Komponenten Cl und C2 definiert ist, muß also unabhängig von der Farbe in stets der gleichen Weise auf dem Bildschirm dargestellt werden. Es ist demzufolge notwendig, auch auf die Amplitude der Ablenksignale UX und UY bei einer Änderung der Farbe einzuwirken, um eine identische Lage beizubehalten.

Die Einwirkungen auf die Steigung und auf die Amplitude müssen gleichzeitig erfolgen. Figur 3 stellt im Blockschaltbild einen Teil der Schaltung nach Figur 2 dar und veranschaulicht die zur ; Erzielung dieser gleichzeitigen Wirkungen vorgenommenen Ergänzungen.

: Der Integrator 1 enthält einen Integrierverstärker in Form eines j ¹ Operationsverstärkers, bestehend aus einem Verstärker 15, einem Widerstand Rl zxvischen der Spannungsquelle U und dem Eingang des Verstärkers 15 und einem Kondensator ClO, der als Gegenkopplung zwischen dem.Ausgang und dem Eingang des Verstärkers

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- Io -

15 liegt. · I

! Das Ausgangssignal K3-U«t kann in die Form •U'T gebracht !

Kl · O J. U j

werden, worin R1«C10 die Integrationszeitkonstante der Elemente j j Rl und ClO bedeutet. Diese Zeitkonstante wird durch Änderung ; des Wertes eines der Bauteile Rl, ClO veränderlich. Im vorliegen-I den Fall wird der Widerstand Rl geändert durch einen Schaltvor- ^: gang bei Änderung der Farbe. Ein Signal Sl "Farbänderungsbefehl" steuert einerseits eine schaltbare Hoehspannungsquelle 16, ande- ; ¹ rerseits die Parallelschaltung der Widerstände R2 und R3 zu dem Widerstand Rl über entsprechende Schalter 17 und 18. Für eine erste Farbe sind die Schalter offen und der Integrationswiderstand hat den Viert Rl* für eine zweite Farbe ist der Schalter 17 geschlossen und der Widerstand besteht aus der Parallelschaltung von Rl und R2; schließlich sind für eine dritte Farbe die Schalter 17 und 18 geschlossen und der Widerstand besteht aus der Parallelschaltung von Rl₃ R2 und R3. Die Steuerung der Schalter 17 und 18 erfolgt über eine Zwischenschaltung IQ, die den Befehl Sl erhält j und ausgehend von diesem Signal den zu steuernden Schalter identifiziert. Das Signal Sl kann demzufolge ein digitales Signal sein und die Schaltung 19 kann aus einfachen Logikgliedern bestehen.

Dieselbe Schaltung 19 wird zur gleichzeitigen Steuerung einer Änderung der Verstärkung von 2 Regelverstärkern verwendet. Die Addierer 5 und 8 der Figur 2 sind durch die Schaltungen 2o und 21 ersetzt, die aus einem Addierer, gefolgt von einem Verstärker veränderlicher Verstärkung, also einem Regelverstärker, bestehen. , Derartige Schaltungen sind in Form von Operationsschaltungen bekannt. Die Verstärkungssteuersignale sind im Vorhinein derart .eingestellt, daß das gewünschte Ergebnis erzielt wird, d.h., daß ' ,für einen beliebigen Vektor unabhängig von der gewählten Farbe ; ^:stets dieselbe Lage auf dem Bildschirm erzielt wird. Im Falle ivon drei Farben sind somit drei Verstärkungskoeffizienten fest-'gelegt.

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Die Bezugsspannung U liegt an dem Integrator über einen Schalter ! 22. Dieser Schalter erhält ein sein Schließen auslösendes Steuersignal im Augenblick to des Beginnes der Schreibspur eines Vek- ; tors und ein sein öffnen auslösendes Steuersignal im Augenblick to+T des Endes der Schreibspur des betrachteten Vektors. Ein Steuersignal S2 wie etwa ein Impuls, liegt im Augenblick to an einem Eingang einer Schaltung 23 wie etwa einer bistabilen Kippstufe", deren einer Ausgang den Schalter 22 steuert. Der Ausgang • S3 des Schwellwertvergleichers 2 ist mit dem zweiten Eingang dieser Kippschaltung 23 verbunden. Letztere steuert über einen zweiten Ausgang einen Schalter 24, der parallel zu dem Integrations-, kondensator ClO liegt, wobei der Schalter 24 einen Öffnungsbefehl von dem Augenblick to bis zum Augenblick to+T durch Anlegen des ; Signales S2 im Augenblick to erhält und einen Befehl zum Schließer! vom Augenblick to+T bis zum Anfangsaugenblick des folgenden Vektors durch Anlegen des Signales S3 vom Augenblick to+T an erhält. Der Schalter 24 bewirkt ein Kurzschließen und die schlagartige Entladung des Kondensators ClO im Augenblick to+T. · ;

Eine Anwendung innerhalb eines Anzeigesystemes, das eine Katho- i denstrahlröhre mit polychromem Eindringbildschirm benutzt, ist ι in dem Blockschaltbild gemäß Figur 4 dargestellt. Es wird bei- ! spielsweise ein elektronisches Flugdaten- oder Flugführungsan- j zeigesystem betrachtet. Nicht dargestellte Meßgeräte wie etwa j Sonden, Meßwertaufriehmer, Trägheitsplattform usw. liefern in j elektrischer Form Meßsignale,die den verschiedenen Flugparametern J entsprechen. Nach digitaler Kodierung werden diese Daten einem j numerischen Rechner zugeleitet, sowie nachfolgend einer Anzeige- ;

,einrichtung, die eine Anordnung von Schaltungen ähnlich denjenigen, wie sie vorstehend für den Block 10 der Figur 2 angegeben !wurde, enthalten kann.

Der Erfindungsgedanke greift dort Platz, wo die digitalen Lageoder Positionierungssignale der aufeinanderfolgenden'Vektoren ^;und die Steuersignale für die elektronischen Schalter der Ablenk-

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schaltung ankommen. Diese Ebene befindet sich beispielsweise am Ausgang der Dekodierschaltungen. Der Block 3o symbolisiert die Gesamtheit der vor dieser (gedachten) Schaltungsebene liegenden Schaltungen, die in bekannter Weise ausgeführt sind und nicht Gegenstand der Erfindung sind. Es wird davon ausgegangen, daß . die Koordinaten entweder in kartesischer Darstellung (XP₅ YP XQ, YQ) oder in Polardarstellung (L, cos R, sin R) je nach Fall geliefert werden. Tatsächlich ist es nämlich für bestimmte Daten bequemer, ihre Auswertung in Polarkoordinaten vorzunehmen, wenn man die Natur der Meßsignale in Rechnung stellt und den Rechner nicht unnütz überlasten will. Für die anderen Daten erfolgt die Auswertung in kartesischen Koordinaten.

Die Steuersignale umfassen das Signal S2 für den Beginn der Schreibspur des betrachteten, gerade laufenden Vektors, das Signal Sl "Farbbefehl" und ein Signal S4 "Koordinatenbefehl".Das letztere ermöglicht eine Unterscheidung zwischen der Auswertung in kartesischen Koordinaten oder Polarkoordinaten des laufenden Vektors.

Zwei digitale Subtraktionsschaltungen 31 und 32 liefern die Komponenten Cl bzw. C2 ausgehend von den Signalen XP, XQ bzw. YP, YQ. Eine Digitalschaltung 33 ermittelt ausgehend von Cl und C2 ein Signal, dessen Wert gleich oder proportional zu γ = ist. Ein elektronischer Schalter 3^ erhält über einen

Eingang das Signal ψ- , über einen zweiten Eingang ein digitales

j Signal Uo und wird durch das Signal S4 gesteuert. Am Ausgang dieser Schaltung tritt ~ oder Uo auf, je nachdem, ob der Koordinatenbefehl S4 einer Auswertung in kartesischen Koordinaten oder Polarkoordinaten entspricht. Der Wert Uo kann durch eine Speicher* oder Registerschaltung 35 ständig erzeugt werden. Ein Digital/ Analog-Wandler 36 erhält das Ausgangssignal des elektronischen Schalters 3^ und liefert die entsprechende Bezugsspannung U an den Integrator 1 über den elektronischen Schalter 22. Die Schal- ^! tungen 1 bis ^ und 19 bis 22 entsprechen denjenigen der Figur 3·

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Die Umschaltung des Schwellwertes in Abhängigkeit von dem Koordinatenbefehl wird durch einen mittels des Signales S4 gesteuerten Schalter 37 erzeugt. Bei Polarkoordinaten liefern die Schaltungen 30 den Digitalwert L, der nach Umsetzung in einen Analogwert im Block 36 an einem ersten Eingang des elektronischen Schalters 37 anliegt. Ein zweiter Eingang dieses Schalters erhält eine Spannung So, die in derselben Weise wie Uo mittels der Schaltung 35 erzeugt sein kann.

Zwei weitere, durch S4 gesteuerte elektronische Schalter 38 und 39 werden zur Auswahl der Signale MX und MY entsprechend der gerade laufenden Auswertungsart verwendet. Der Schalter 38 liefert MX an die Multiplizierschaltung 3 und erhält über einen Eingang den Wert Cl, sowie über einen zweiten Eingang den Wert cos R. In gleicher Weise liefert der Schalter 39 MY an die Multiplikationsschaltung 4 und erhält die Werte C2 und sin R.

Die an den Addierschaltungen und Regelverstärkern 20 und 21 anliegenden Signale SYP und SXP sind aus den digitalen Signalen XP, YP nach Umsetzung in 36 hervorgegangen. Die entsprechenden Verbindungen sind der Einfachheit halber.in der Figur nicht dargestellt.

Die Signale Cl, C2 oder cos R, sin R, die an den Schaltern 38 und 39 anliegen, können ebenfalls nach Umwandlung in 36 in analoger Form vorliegen, während der Steuerbefehl S4 ungeachtet dessen in digitaler Form vorliegen kann. Bevorzugt sind diese Signale in digitaler Form angelegt, so daß MX und MY ebenfalls Digitalsignale sind und die verwendeten Schaltungen 3 und 4 Digital/Analog-Multiplizierer sind. Der D/A-Wandler 36 kann somit vereinfacht werden.

Figur 5 veranschaulicht das· Schaltbild eines beispielsweise zur Realisierung der Schaltung 3 verwendeten Digital/Analog-Wandler-Multiplizierers. Betrachtet wird ein Signal MX mit

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vier Ziffern, um die Figur nicht zu überladen. Jede' der eine Ziffer von MX mit vorgegebenem Rang oder Stellenwert übertragen- ; den Leitungen steuert einen der zugehörigen elektronischen Schal-

ter 4l, 42, 43 und 44. Eine Bezugsspannung Ul wird von jedem ■ der Schalter 4l bis 44 übertragen, wenn die entsprechende Ziffer den Wert 1 hat. Für den Wert 0 ist der zugehörige Schalter im geöffneten Zustand. Ein Widerstandsnetzwerk 45 und ein Operationsverstärker 46 vervollständigen die Schaltung. Durch ; eine bestimmte Wahl der Widerstände des Netzwerkes wird das ^; Ausgangssignal gleich NUl, wobei N die dem Digitalsignal MX entsprechende Zahl darstellt. Im dargestellten Beispiel ist der Binärwert 0011 von MX gleich einer Zahl N = 3 und das Ausgangssignal hat den Wert 3*Ul. Eine zusätzliche Verbindung ermöglicht die Übertragung der Vorzeicheninformation von MX, vrobei angenommen ist, daß beispielsweise die Ziffer 0 dem Vorzeichen + entspricht und daß die Ziffer 1 dem Vorzeichen - entspricht. Das Vorzeichen ergibt sich aus den Cl oder cos R vorangehenden Digitalinformationen, je nachdem ob XQ kleiner als XP ist oder ob der Winkel R ein negatives Vorzeichen hat. Ein zusätzlicher elektronischer Schalter 47 wird durch das Vorzeichendatum bzw. die Vorzeichenziffer gesteuert und schaltet den Wert.mit +Ul oder -Ul je nach Fall durch, so daß das Aus gangs signal +Ul. Il oder -Ul-N wird.

Figur 6 zeigt das Blockschaltbild einer Additionsschaltung mit '. regelbarer Verstärkung wie etwa.die Schaltung 20 (Figur 3 oder 4), die an ihrem Eingang das Signal SXP und das Ausgangssignal der zugehörigen Multiplizierschaltung 3 erhält. Sie umfaßt einen Operationsverstärker 50, der in bekannter Weise dadurch als Addierer geschaltet ist, daß die Eingangssignale über zwei Widerstände 51 und 52 zugeführt werden, die einen Addierer 53 bilden. Die Umschaltung der Verstärkung in bestimmten, diskreten Werten bei Änderung der Farbe wird durch Änderung des Wertes des als Gegenkopplung zwischen dem Ausgang und dem Eingang des Ver-

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stärkers liegenden Widerstandes erreicht. Die entsprechende Schaltung umfaßt in derselben Weise wie für die Umschaltung der : Steigung, die im Zusammenhang mit Figur 3 beschrieben wurde, drei Widerstände 54, 55, 56 und zwei elektronische Schalter 57> 58, die über eine Schaltung 19 durch das Signal Sl gesteuert werden, wobei zugrunde gelegt wird, daß die beabsichtigte Anzeige in drei verschiedenen Farben erfolgen soll.

Figur 7 zeigt ein vereinfachtes Schaltbild einer Ausführungsform des Rechners 33 der Figur 4. Die in digitaler Form am Aus- ■ gang der Subtraktionsschaltungen 31 und 32 vorliegenden Komponenten Cl und C2 enthalten eine Vorzeicheninformation. Der , "Komplement auf zwei" oder "Ergänzung auf zwei" genannte Binärcode wird normalerweise in derartigen, einen Rechner enthaltenden Systemen verwendet und die Digitalschaltungen 6l und 62 gestatten die Ermittlung der absoluten Beträge I CIl und IC2I , die für ! , die Schaltung 33 verwendet werden. Die Schaltungen 6l und 62 ; ' können aus einem Umschalter oder "Multiplexer", einer Schaltung ! i zur Bildung des Komplementes und einer Addierschaltung bestehen. , Die Rechnerschaltung ist derart festgelegt, daß sie den Wert y- \ mit einer solchen Näherung errechnet, daß die Änderungen der 1 Helligkeit und der aufeinanderfolgenden Positionierungen gering J und für den Beobachter vernachlässigbar und nicht wahrnehmbar ! ι bleiben. Auf diese Weise kann die Rechnerschaltung 33 in kompakten) ! und relativ einfachem Aubau mit Hilfe integrierter Schaltungen J realisiert werden. Der Änderungsbereich jeder Komponente Cl, C2 ;ist festgelegt in Abhängigkeit der entsprechenden Abmessung des j Bildschirmes in der X- und der Y-Richtung und der Lage des NuIl-Ipunktes oder Ursprunges auf dem Bildschirm. Wenn angenommen wird, I daß sich der Punkt 0 im Mittelpunkt des Bildschirmes befindet, wie dies in Figur 8 dargestellt ist, entsprechen die Maximalwerte j Cl M und C2 M der Komponenten der Hälfte der entsprechenden Gesamtabmessung des Bildschirmes, wobei das Vorzeichen positiv oder negativ sein kann. Jeder der Bereiche von 0 bis ClM und von 0 bis

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- 16 -

C2M ist in eine endliche Zahl m von Strecken unterteilt, so daß ausschließlich m Werte von Cl und m Werte von C2, beispielsweise 1.6 Werte, ausgewählt werden. Diese Auswahl ist derart festgelegt, daß sie nur z-u einem geringen Fehler führt, der mit den vorerwähnten Betriebs- bzw. Arbeitskriterien vereinbar ist. In Figur 9 ist die Punktion dargestellt, die γ- für C2=A

X +A
als Konstaute entspricht, wobei eine gegebene Änderung DL in der Y-Richtung einer A'nderungsamplitude in der X-Richtung entspricht, die. in Richtung auf den Ursprung immer geringer wird und die um so größer wird, je weiter man sich vom Ur-

· ι

[ sprung entfernt. Die für Cl (sowie für C2) gewählten m-Werte sind demzufolge ungleichmäßig über den vorgesehenen Bereich ClM (und C2H) verteilt. Die Verteilung ist so vorgenommen, daß das Verhältnis zwischen zwei aufeinanderfolgenden, gewählten Werten

TM PP
der Funktion etwa konstant ^r = ψ^ usw. bleibt. Hieraus ergeben

2 1 ^

sich m bestimmte Werte für _r. nämlich 256 für m = 16. Die verwendeten Schaltungen gestatten für jeden der auftretenden Werte j von Cl und C2 zunächst die am nächsten liegenden, vorbestimmten j Werte Cl und C2 auszuwählen und dann den entsprechenden Wert v- zu bestimmen. Die verwendeten Schaltungen umfassen für den ι |C1| erhaltenden X-Kanal eine Adressierschaltung 63 für einen ! Speicher 65 und für den Ic2| erhaltenden Kanal Y in gleicher Weise die Schaltungen 64 und 66. Die Adressierschaltung 63 (oder 64) hat die Aufgabe, die Strecke, also den Feinbereich, dem das Ein- ; gangssignal entspricht, festzustellen und in dem Speicher den ; entsprechenden Mäherungswert von lci| oder |C2| auszuwählen. Jeder der Speicher 65 (oder 66) enthält hierzu ständig m Binärworte entsprechend diesen Strecken oder Feinbereichen, die die mdiskreten Werte der Komponente Cl (oder C2) bilden, die für die 'Rechnung gewählt werden. Wenn ClS und C2S die aus dem Speicher entnommenen Werte sind, so können diese für m =16 Binärworte zu

J je vier Stellen oder Ziffern sein. Sie werden anschließend in ^:derselben Art und Weise zur Adressierung eines dritten Speichers

über die Schaltungen 67 und 68 verwendet, wobei der dritte

2 1

Speicher 69 die m vorbestimmten Werte von ^ enthält, die sich

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aus den m-Werten in der X-Richtung und den m-Werten in der Y-Richtung ergeben. Die Schaltungen 63 bis 69 sind in bekannter Weise ausgeführt. Die Gesamtheit der Schaltungen 67, 68, 69 kann beispielsweise aus einem in integrierter Schaltungstechnik ausgeführten Speicher mit programmierbarem Zugriff oder programmierbarer Auslesung bestehen. Auch die Schaltungen 63, 65 bzw. 64, 66 können mittels eines Speichers mit programmbierbarem-Zugriff realisiert werden, indem die digitalen Eingangsverbindungen in zwei Gruppen unterteilt werden und der Speicher entsprechend programmiert wird; wenn beispielsweiseICl| eine Zahl mit acht Ziffern ist, kann man zwei Gruppen zu vier Ziffern auswählen, um den Speicher nach Dekodierung zu adressieren und aus ihm den gewünschten Wert unter den in ihm gespeicherten m-Werten auszulesen.

In gleicher Weise sind die verschiedenen, in dem beschriebenen System verwendeten und nicht im einzelnen dargestellten Digitalschaltungen in bekannter Weise mit Hilfe von logischen Elementarschaltungen im allgemeinen in Form integrierter Schaltungen realisiert. Beispielsweise kann ein elektronischer Schalter wie etwa der Schalter 22 in Figur 3 aus einem einfachen Feldeffekttransistor bestehen. Auch ist im einzelnen die Form der verschiedenen Signale Si, S2 und S4, die die verschiedenen Umschaltungen steuern, nicht angegeben, da sie in verschiedener Weise erzeugt werden können; diese Signale umfassen im allgemeinen einen oder mehrere Impulse, je nach Art der auszulösenden Steuerung.

Die Ablenkschaltung und das Anzeigesystem, wie sie aus den Figuren 2 und 7 hervorgehen, lassen zahlreiche Abwandlungen zu, wobei stets der wesentliche Vorteil bleibt, daß die Auswertung nach Belieben in Polarkoordinaten oder in kartesischen Koordinaten vorgenommen werden kann und daß eine vorherige digitale Signalverarbeitung möglich ist, woraus sich insgesamt ein wenig ' Raum beanspruchendes und geringes Gewicht besitzendes Gerät er- ι gibt, das demzufolge"besonders für den Einsatz in Luftfahrzeugen j

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geeignet ist.

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Claims

DIETRICH LEWINSKY *

HEINZ-JOACHiHHUBER 19. Februar 197¹*

REINER PRiETSCH 7813-IV/K

; Thomson-CSF, Paris_s BId. Hattssmann 173 (Frankreich)

Patentansprüche:

Ablenkschaltung für eine Kathodenstrahlröhre zur Darstellung von Vektoren, bestehend aus Sägezahngeneratoren, die das Sägezahnsignal durch Integration einer Bezugsspannung erzeugen und zwei Äblenksignale bilden, die an den X- und Y- Ablenkorganen der Röhre anliegen und die Ablenkung eines betrachteten Vektors zwischen den beiden Endpunkten erzeugen, wobei die Amplittidenänderung der beiden Signale proportional zu den längs den Bezogsriehtungen X und Y gemessenen jeweiligen .Komponenten ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sägezahngeneratoren einen Integrator (1) enthalten, der zum Zeitpunkt to des Beginns einer Spur des betrachteten Vektors die Bezugsspannung (U) erhält und dessen Ausgang mit einem ersten Eingang eines Vergleiehers (2), einem ersten Eingang einer ersten Multipliziersehaltting (3) wad einem ersten Eingang einer zweiten Multiplizierschaltung (H) verbunden ist, und daß der Vergleicher (2) über einen zweiten Eingang eine Schwellwertspannung (S) erhält und über sein Ausgangssignal das Stehenbleiben des Integrators (1) steuert, und daß jede Multiplizierschaltung (3, ^) über einen zweiten Eingang ein Multiplikatorsignal (MX, MY) erhält, wobei die Schwellwertspannung und die Bezugsspannung derart festgelegt sind, daß ihr Verhältnis proportional zur Länge (L) des sichtbar zu machenden Vektors bleibt.
2. Ablenkschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Schaltung (lo) eine konstante Bezugsspannung (Uo),j eine zur Länge der gerade geschriebenen Spur proportionale | Schwellwertspannung (SoL) und dem Sinus oder Kosinus der Radiusvektoren der Polarkoordinaten des gerade geschriebenen

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Vektors längs der Ablenkachsen proportionale l'fultiplikatorsignale, von denen ein erstes Signal dem Sinus, ein zweites Signal dem Kosinus entspricht, erzeugt.
3. Ablenkschaltung nach Anspruch I₅ dadurch gekennzeichnet_s daß

■ eine weitere Schaltung (lo) eine konstante Schwellwertspannung (So)₅ eine zur Länge der gerade geschriebenen Spur umgekehrt proportionale Bezugsspannung (r—) und den entsprechenden Kom-. ponenten (Cl₅ C2) des gerade geschriebenen Vektors in kartesischen Koordinaten längs den Ablenkachsen proportionale Multiplikatorsignale, von denen ein erstes Signal der Komponente (Cl) längs der Abszissenachse und das zweite der Komponente (C2) längs der Ordinatenachse entspricht, erzeugt.
4. Ablenkschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Multiplizierschaltungen (3_S 4) mit den X- und Y-Ablenkorganen (6, 9) jeweils über einen Addierer (5, 8) verbunden sind, der an einem zweiten Eingang von der weiteren Schaltung (lo) ein dem Ausgangspunkt (P) der Spur entsprechendes Signal₅ nämlich einerseits die Abszisse (SXP) und andererseits die Ordinate (SYP) des Ausgangspunktes (P) des gerade geschriebenen Vektors (PQ) erhält.
5. Ablenkschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4₅ für eine Kathodenstrahlröhre mit polychromem Schirm, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator (1) einen Widerstand (Rl) und einen Kondensator (Cl) enthält, die eine Integrationszeitkonstante bestimmen, sowie mindestens einen Schaltungsteil, der ein drittes Schaltungselement in Serie mit einem Schalter umfaßt und parallel entweder zu dem Widerstand oder zu dem Kondensator liegt₅ wobei das dritte Schaltungselement von der gleichen Art ist wie dasjenige, zu dem die Parallelschaltung besteht, und daß bei einem Wechsel der Farbe oder des Farbtones des Schirmes der Schalter ein Steuersignal erhält.

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6. Ablenkschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator einen .Operationsverstärker (Rl, 15, Cl) enthält, bei dem der Widerstand parallel mit dem Schaltungsteil verbunden ist, dessen drittes Schaltungselement ein Widerstand(R2) ist.
7. Ablenkschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgängen der Ablenkschaltung und den Ablenkorganen zwei Verstärker (2o, 21) mit veränderbarer Verstärkung liegen und daß gesteuerte Schalter zur Änderung der betreffenden Verstärkung in diskreten Werten bei Änderung der Farbe oder des Farbtones vorgesehen sind.
8. Anzeigesystem mit einer Ablenkschaltung.nach einem der Ansprüche 5,6 und 7 oder nach den Ansprüchen 6 und 7j sowie mit einer Kathodenstrahlanzeigeröhre mit polychromem Bildschirm i und einer Schaltungsanordnung, die einen numerischen Rechner ' zur Erzeugung digitaler Signale umfaßt,die einerseits den Lagekoordinaten des laufenden Vektors, andererseits Steuersignalen für die Umschaltung entsprechen, dadurch gekennzeich-, net, daß vier elektronische Schalter (34, 37, 38, 39) mit je- I weils zwei Eingängen vorgesehen sind, die die Auswahl des Be- : zugssignales, bzw. des Schwellwertsignales, bzw. des Multiplikatorsignales zwischen jeweils zwei Vierten gestatten, wo- "₍ bei der eine Wert jeweils im Falle von kartesischen Koordinaten, der andere Wert im Falle von Polarkoordinaten ausgewählt wird und ein Steuersignal (S4) gleichzeitig an diesen vier Schaltern anliegt.
9. Anzeigesystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Multiplikatorsignale,(MX, MY) an den Multiplikationsschaltungen in digitaler Form anliegen, die als D/A-Wandler-Multiplikationssohaltungen ausgeführt sind.

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10. Anzeigesystem nach Anspruch ο oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwei digitale Subtraktionsschaltungen (31_S 32) ausgehend von den kartesischen Lagekoordinaten die zugehörigen Komponenten (Cl, C2) des gerade geschriebenen Vektors liefern, und daß ein Digitalrechner (33) aus diesen Komponenten den Parameter des Kehrwertes der Länge des Vektors errechnet.
11. Anzeigesystem nach Anspruch Io, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner drei programmierbare auslesbare Speicher, die

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jeweils m, m und m Datenworte umfassen, enthält, und unter

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den m vorgegebenen Vierten des Parameters denjenigen, der dem wahren Viert am nächsten liegt, auswählt.

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