DE2533453C3 - Anordnung zum elektrischen Ablesen eines Bildes - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum elektrischen Ablesen eines Bildes mit einer Bildaufnahmeröhre mit einem Vakuumkolben, einem am einen Ende des Vakuumkolbens angeordneten Elektronenstrahlerzeugungssystem, einer am anderen Ende des Vakuumkolbens angeordneten Ladungsspeicherplatte, die an ein Vorspannungspotential gelegt ist und auf die ein Bild projiziert wird, wodurch die Potentialvertisilung auf der Ladungsspeicherplatte geändert wird, Eluktronenstrahl-Ablenkeinriehtungen zur Abtastung der Ladungsspeicherplatte durch den Elektronenstrahl zur Erzeugung eines von der Potentialverteilung abhängigen Lesesignals an einer Ausgangselektrode der Bildaufnahmeröhre, ohne daß durch den abtastenden Elektronenstrahl das dem optischen Bild entsprechende Ladungsbild der Ladungsspeicherplatte vollständig zerstört würde, und mit einer von der Potentialverteilung der Ladungsspeicherplatte abhängigen Elektronenstrahlmodulation zur Verringerung der vom Elektronenstrahl auf die Ladungsspeicherplatte gebrachten Elektrizitätsmenge um einen vom Lesesignal abhängigen Betrag.

Bei den üblichen elektronischen Bildaufnahmeröhren, beispielsweise vom Typ Vidikon, tastet der vom Elektronenstrahlerzeugungssystem gelieferte und fokussierte Elektronenstrahl punktweise die Ladungsspeicherplatte ab, die beispielsweise aus einer Photoleiterschicht besteht, die auf einen lichtdurchlässigen Leiter aufgebracht ist; er bringt somit an jedem Punkt der Photoleiterschicht negative Ladungen auf, während die Leiterschicht auf einem positiven Potential gehalten wird, so daß sich eine Potentialdifferenz zwischen den beiden Flächen der Ladungsspeicherplatte ausbildet Wenn die Photoleterschicht ein Leuchtbild empfängt sucht sich das Potential der beiden Flächen an den beleuchteten Punkten auszugleichen. Bei dem nächsten Überstreichen bringt der Elektronenstrahl auf die betreffenden Punkte die Menge an negativen Ladungen auf, die notwendig ist um sie auf das Potential der Kathode zurückzubringen, wodurch ein Strom über einen Widerstand fließt, der mit der Ladungsspeicherplatte verbunden ist. Man erhält somit an den Klemmen des Widerstands ein elektrisches Lesesignal, das der Lichtmenge proportional ist die zwischen zwei aufeinanderfolgenden Durchgängen des Elektronenstrahls empfangen worden ist. Da die Ladungsspeicherplatte nach dem Durchgang des Elektronenstrahls an jedem Punkt gleichmäßig auf das Potential der Kathode gebracht worden ist, ist das gespeicherte Bild vollkommen gelöscht.

Es gibt jedoch Anwendungsfälle, bei denen es erwünscht wäre, ein einmal gespeichertes Bild wiederholt abtasten zu können; dies setzt voraus, daß das Ablesen so erfolgt daß das gespeicherte Ladungsbild durch den abtastenden Elektronenstrahl nicht gelöscht wird. In der Zeitschrift »British Communications and Electronics«, April 1958, Seiten 250 bis 255, ist eine Strahlmodulationsröhre beschrieben, bei der das Ladungsbild auf den Stäben eines mit einem Isolator überzogenen Metallgitters gespeichert ist und die Potentiale auf dem Gitter zur Modulation eines Elektronenstrahls benutzt werden; dadurch wird eine sehr große Leistungsverstärkung erzielt, und die gespeicherte Ladung wird nur sehr langsam gelöscht. Der praktischen Realisierung einer solchen Röhre stehen jedoch große Schwierigkeiten entgegen; außerdem erfordert diese Lösung eine besondere Konstruktion der Bildaufnahmeröhre und kann nicht bei den üblichen Bildaufnahmeröhren angewendet werden.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung, die das zerstörungsfreie elektrische Ablesen des gespeicherten Ladungsbildes unter Verwendung einer herkömmlichen Bildaufnahmeröhre ermöglicht.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch

gelöst, daß die Elektronenstrahlmodulation durch - ;ie Rückkopplung des Lesesignals mittels eines Verstärkers (7; 71) bewirkt wird, der zwischen der Ausgangselektrode (4t j 11) und dem Elektronenstrahlerzeugungssystem (2) der Bildaufnahmeröhre angeschlossen ist.

Die erfindungsgemäße Anordnung ergibt die Wirkung, daß die vom Elektronenstrahl pro Zeiteinheit auf die Ladungsspeicherplatte aufgebrachte Ladungsmenge durch einen Faktor dividisrt wird, der vom Verstärkungsfaktor des Verstärkers abhängt. Diese Ladungsmenge ist so gering, daß das gespeicherte Ladungsbild erst nach einer größeren Anzahl von Durchgängen des Elektronenstrahls verschwindet. Dadurch ist eine wiederholte Ablesung des gleichen gespeicherten Bildes möglich.

Die Lösung nach der Erfindung kann bei jeder herkömmlichen Bildaufnahmeröhre angewendet werden; sie erfordert keine besondere konstruktive Ausgestaltung oder Abänderung der Röhre, sondern besteht in einer leicht durchführbaren schaltungstechnischen Maßnahme.

AuSiührungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt In der Zeichnung zeig»

F i g. 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung und

F i g. 2 eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung.

Fig. 1 zeigt sehr schematisch eine Bildaufnahmeröhre mit einem Vakuumkolben 1, der ein Elektronenstrahlerzeugungssystem 2 enthält, das einen Elektronenstrahl 9 liefert und in Wirklichkeit aus mehreren Elektroden (Kathode, Gitter und Anode) besteht; ferner sind elektromagnetische Fokussierungs- und Ablenkeinrichtungen für den Elektronenstrahl 9 vorgesehen, die durch eine Magnetwicklung 3 dargestellt sind, und schließlich eine Ladungsspeicherplatte 4, die beispielsweise aus einer elektrisch leitenden Schicht 41 und einer Photoleiterschicht 42 besteht, wobei der Elektronenstrahl 9 auf die Photoleiterschicht 42 trifft, während das abzulesende Bild in Form einer Lichtstrahlung 43 auf die elektrisch 'eitende Schicht 41 projiziert wird. Das Elektronenstrahlerzeugungssystem 2 und die Ladungsspeicherplatte 4 sind über Widerstände 6 bzw. 5 mit Klemmen 62 bzw. 61 verbunden, welche die erforderlichen Verspannungen liefern, nämlich für die Ladungsspeicherplatte 4 ein Potential, das gegenüber dem Kathoder.potential des Elektronenjtrahlerzeugungssystems 2 positiv ist.

Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung enthält ferner einen Verstärker 7 mit dem Verstärkungsfaktor A, der zwischen der Ladunpspeicherplatte 4 und dem Elektronenstrahlerzeugungssystem 2, genauer gesagt der Kathcde des Elektronenstrahlerzeugungssystems 2 angeschlossen ist, und einen zweiten Verstärker 8 mit dem Verstärkungsfaktor B, der an den Ausgang des Verstärkers 7 angeschlossen ist und an seinem Ausgang ein Signal Sliefert.

Wenn keine Lichtinformation vorhanden ist, besteht eine Potentialdifferenz zwischen den beiden Flächen der Ladungsspeicherplatte 4, da die leitende Schicht 41 auf ein gegen das Potential der Kathode des Eiektronenstrahlerzeugungssystems 2 positives Potential gelegt ist und die Photoleiterschicht 42 durch die Abtastung mit Hilfe des Elektronenstrahls 9 auf dem Kathodenpotential gehalten wird. Durch die Projektion der Lichstrahlung 43 wird die Photoleiterschicht 42 örtlich leitend, so daß die Verteilung der Potentiale auf der Photoleiterschich' 42 verändert wird. Wenn angenommen wörde, daß die den Verstärker 7 enthaltende Schleife zwischen der Ladungsspeicherplatte 4 und dam Elektronenstrahlerseugungssystem 2 nicht vorhanden wäre, ergäbe eine spätere Abtastung «er Photoleiterschicht 42 durch den Elektronenstrahl 9 die Wirkung, daß die Photoleiterschicht 42 auf das Potential der Kathode gebracht würde, wodurch insbesondere ein Stromfluß im Widerstand 5 verursacht würde, so daß an den Klemmen des Widerstands S ein Lesesignal

to abgenommen werden könnte.

Infolge des Vorhandenseins der den Verstärker 7 enthaltenden Schleife ergibt sich die Wirkung, daß die pro Zeiteinheit durch den Elektronenstrahl 9 auf die Ladungsspeicherplatte 4 aufgebrachte Ladungsmenge

is durch einen Faktor π dividiert wird, der vom Verstärkungsfaktor A des Verstärkers 7 abhängt; die empfangene und in Form eines Potentialreliefs auf der Photoleiterschicht 42 aufgezeichnete Information ist also nach einem einzigen Durchgang des Elektronen-

Strahlsystems nicht gelöscht

Bei dieser Ausführungsform wirH das Lesesignal am Ausgang des Verstärkers 7 erhalten, und es ist zweckmäßig, dieses Lesesignal mit Hilfe des zweiten Verstärkers 8 nochmals zu verstärken, da der Pegel des

Signals ziemlich niedrig ist

Diese Anordnung ermöglicht somit eine Langzeit-Ablesung ohne Änderung der Struktur der Ladungsspeicherplatte 4. Es ist jedoch zu bemerken, daß der Elektronenstrahl die gesamte empfangene Information dennoch nach π Abtastrastern löscht.

Um zu vermeiden, daß sich die Ladungsspeicherplatte 4 im Verlauf der Abtastungen zu stark negativ auflädt, kann die Energie des auf die Ladungsspeicherplatte auftreffenden Elektronenstrahls 9 so groß gemacht werden, daß der Sekundärelektronenemissionsfaktor der Auftrefffläche größer als 1 ist. Eine andere Lösung zur Vermeidung einer zu starken negativen Aufladung der Ladungsspeicherplatte besteht im Aufbringen von Ionen, die beispielsweise durch eine Wechselwirkung der Elektronen des Elektronenstrahls mit restlichen Gasmolekülen im Innern der Röhre erzeugt werden.

Fig.2 zeigt eine andere Ausführungsform mit einer Bildaufnahmeröhre, bei welcher der rücklaufende Elektronenstrahl verwendet wird.

•»5 Bei dieser Ausführungsform enthält der Vakuumkolben 1 wiederum das Elektronenstrahlerzeugungssystem 2, das einen Elektronenstrahl 9 zur Ladungsspeicherplatte 4 schickt; die Kathode des Elektronenstrahlerzeugungssystems 2 ist wieder über den Widerstand 6 mit der Klemme 62 verbunden, und die Ladungsspeicherplatte 4 ist mit der Klemme 61 verbunden. Die Ladungsspeicherplatte ist an ein solches Vorspannungs-Potential gelegt, daß der Elektronenstrahl (nunmehr mit 10 bezeichnet) insgesamt zum anderen Ende der Röhre zurückkehrt, nachdem er durch das Potential der Ladungsspeicherplatte moduliert worden ist, d. h dort eine Ladungsmenge zurückgelassen hat, die der örtlichen Beleuchtung proportional ist. Im Weg des rücklaufenden Elektronenstrahls 10 ist ein Elektronen-

bo vervielfacher U angeordnet, der in irgendeiner an sich bekannten Weise ausgeführt ist; dieser empfängt den Elektronenstrahl 10 und ist über einen Widerstand 51 mit einer Stromversorgungsklemme 52 verbunden. Am Ausgang des Elektronenvervielfachers 11 ist ein

es Verstärker 71 angeschlossen, dessen Ausgang mit der Kathode des Elcktronenstrahlerzeugungssystems 2 verbunden ist, und an dem das Lesesignal verfügbar ist.
Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist derienisen

von F i g. I analog, wobei der Verstärker 71 von F i g. 2 die gleiche Funktion wie der Verstärker 7 von Fig. I ausübt: Er teilt die vom Elektronenstrahl 9 aufgebrachte Ladungsmenge durch einen Faktor n, der hier vom Verstärkungsfaktor des Verstärkers 71 und vom Vei vielfachungsfaktor des Elektronenvervielfachers 11 abhängig ist.

Diese Ausführungsform ergibt hauptsächlich den Vorteil einer Verringerung des durch die Verstärkung im Ausgangssignal hervorgerufenen Rauschens gegenüber dem bei der Anordnung von F i g. 1 verursachten Rauschen. Das das Lesesignal bildende modulierte Signal wird nämlich bereits ein erstes Mal dur'.h den Elektronenvervielfacher U verstärkt; es sei daran erinnert, daß es sich hierbei um eine Verstärkungsweise ι ■> handelt, die nur wenig Rauschen verursacht, so daß der Rauschabstand am Ausgang des Verstärkers 71 wesentlich besser als der Rauschabstand am Ausgang des Verstärkers 7 von F i g. 1 ist.

Die Anordnung ist beispielshalber in Verbindung ml· einer Elildaufnahmeröhre vom Typ Vidikon mii photoleitender Ladungsspeicherplatte beschrieber worden. Sie eignet sich jedoch natürlich ebensogut auch für andere Arten von Bildaufnahmeröhren, beispielsweise für Bildspeicherröhren mit dielektrischer Ladungs Speicherplatte, oder auch für Bilddetektorröhren, die Ladungsspeicherplatten anderer Art enthalten, aul denen unter der Einwirkung eines leuchtenden Bilde; positive oder negative elektrische Ladungen erscheiner können, wie piezoelektrische pyroelektrische odei photvoltaische Ladungsspeicherplatten;die Anordnung ist insbesondere bei allen derartigen Ladungsspeicherplatten von Nutzen, bei denen die Ansammlung νυη negativen Ladungen eine beträchtliche Schwierigkeil bildet.

Hirmi 1 Blatt Zeichnniipcn

Claims (6)

Patentansprüche;

1. Anordnung zum elektrischen Ablesen eines Bildes mit einer Bildaufnahmeröhre mit einem Vakuumkolben, einem am einen Ende des Vakuumkolbens angeordneten Elektronenstrablerzeugungssystem, einer am anderen Ende des Vakuumkolbens angeordneten Ladungsspeicherplatte, die an ein Vorspannungspotential gelegt ist und auf die ein Bild projiziert wird, wodurch die Potentialverteilung auf der Ladungsspeicherplatte geändert wird, Elektronenstrahl-Ablenkeinrichtungen zur Abtastung der Ladungsspeicherplatte durch den Elektronenstrahl zur Erzeugung eines von der Potentialverteilung abhängigen Lesesignals an einer Ausgangselektrode dar Bildaufnahmeröhre, ohne daß durch den abtastenden Elektronenstrahl das dem optischen Bild entsprechende Ladungsbild der Ladungsspeicherplatte vollständig zerstört würde, und mit einer von der Potentialverteilung der Ladungs-Speicherplatte abhängigen Elektronenstrahlmodulation zur Verringerung der vom Elektronenstrahl auf die Ladungsspeicherplatte gebrachten Elektrizitätsmenge um einen vom Lesesignal abhängigen Betrag, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenstrahlmodulation durch eine Rückkopplung des Lesesignals mittels eines Verstärkers (7,71) bewirkt wird, der zwischen der Ausgangselektrode (41; 11) und dem Elektronenstrahlerzeugungssystem (2) der Bildaufnahmeröhre angeschlossen ist

2. Anordnung nach Anspruch 1 mit einer Bildaufnahmeröhre, bei der das von der Potentialverteilung abhängige Lesesignal an einer Ausgangselektrode der Ladungsspeicherplatte erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß dei Verstärker (7) zwischen der Ausgangselektrode (41) der L dungsspeicherplatte (4) und dem Elektronenstrahlerzeugungssystem (2) angeordnet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 mit einer Bildaufnahmeröhre, bei der die Ladungsspeicherplatte auf ein solches Vorspannungspotential gelegt ist, daß der Elektronenstrahl zu einer Fangelektrode am ersten Ende des Vakuumkolbens zurückgeschickt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (71) zwischen der Fangelektrode (11) für den rücklaufenden Elektronenstrahl (10) und dem Elektronenstrahlerzeugungssystem (2) angeschlossen ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fangelektrode ein Elektronenvervielfacher (11) ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (7; 71) mit der Kathode des Elektronenstrahlerzeugungssystems (2) verbunden ist.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden « Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lesesignal am Ausgang des Verstärkers (7; 71) abgenommen wird.