DE2824102A1

DE2824102A1 - Direktsicht-kathodenstrahl-speicherroehre sowie verfahren zur anzeige von gespeicherten und ueberschriebenen speicherbildern auf einem speicherdielektrikum einer solchen roehre

Info

Publication number: DE2824102A1
Application number: DE19782824102
Authority: DE
Inventors: William Miller Mason
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 1977-06-02
Filing date: 1978-06-01
Publication date: 1978-12-07
Also published as: DE2824102C2; NL7806064A; FR2393371A1; FR2393371B1; JPS5717349B2; US4301388A; CA1111143A; JPS542058A; GB1587896A

Description

Patentanwälte Dipj..-Tng. H. Weiokm/nn, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. a.Weickmann, Dipl.-Chem. Dr. Ing. H. Liska

DXIIIPR - 8000 MÜNCHEN 86, DEN " f> jJUfli

POSTFACH 860820 MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 983921/22

Tektronix, Inc.

14150 S.W. Karl Braun Drive

Beaverton, Oregon 97077, V.St.A.

Direktsicht-Kathodenstrahl-Speicherröhre sowie Verfahren zur Anzeige von gespeicherten und überschriebenen Speicherbildern auf einem Speicherdielektrikum einer solchen Röhre

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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Direktsicht-Kathodenstrahl-Speicherröhre sowie ein Verfahren zur Anzeige von gespeicherten und überschriebenen Speicherbildern auf einem Speicherdielektrikum einer solchen Röhre.

In bestimmten Anwendungsfällen von Direktsicht-Kathodenstrahl-Speicherröhren ist es erwünscht, ein Ladungsbild gleichzeitig mit einem weiteren angezeigten gespeicherten Bild anzuzeigen, jedoch nicht zu speichern. Eine derartige Betriebsweise, welche gewöhnlich als "Überschreiben" bezeichnet wird, dient beispielsweise zur Erzeugung eines sich bewegenden Zeigers in speichernden Computer-Anzeigeendgeräten. Diese Betriebsweise wird auch in in Wechselwirkung stehenden grafischen Endgeräten ausgenutzt» um bestimmte Teile einer Anzeige su bewegen, zu ändern oder zu löschen, während der Rest der Anzeige fest bleibt. Damit sind die Vorteile einer Auffrischung und einer Speicherung von grafischen Darstellungen miteinander kombinierbar.

Beim Überschreiben werden gespeicherte und ungespeicherte Ladungsbilder auf einer Phosphor-Speicherplatte der Röhre in der gleichen Farbe (typischerweise grün) angezeigt. Damit wird eine Unterscheidung schwierig, speziell dann, wenn sich die gespeicherten und die überschriebenen Bilder teilweise überlappen. Da darüber hinaus die Überschriebenen Bilder oft eine kleinere Helligkeit als die gespeicherten Bilder besitzen, sind sie nur schwer zu sehen, wenn die Speicherröhre eine große Hintergrundhelligkeit in der gleichen Farbe hat.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine bistabil arbeitende Direktsicht-Kathodenstrahl-

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Speicherröhre anzugeben, in der übersehriebene Ladungsbilder in einer anderen Farbe als gespeicherte Ladungsbilder angezeigt werden.

Insbesondere soll sich dabei die Farbe, in der eine überschriebene Information angezeigt wird, von der Hintergrundfarbe des Anzeigeschirms der Röhre unterscheiden.

Speziell soll die Röhre Lichtbilder bei Ausleuchtung mit einem hochenergetischen Schreibstrahl in einer Farbe erzeugen, während gespeicherte Lichtbilder bei Ausleuchtung lediglich durch eine Flutkanone geringer Energie in einer anderen Farbe erzeugt werden.

Die vorstehend angegebene Aufgabe wird bei einer Direktsicht-Kathodenstrahl-Speicherröhre erfindungsgemäß durch folgende Merkmale gelöst:

ein evakuiertes Gefäß mit einer lichtdurchlässigen Frcntplatte, eine ein Speicherdielektrikum aus Phosphormaterial aufweisende Speicherplatte im Gefäß, eine Elektronenkanone zum Beschießen des Speicherdielektrikums mit einem Strahl schneller Elektronen zwecks Erzeugung eines Ladungsbildes auf dem Speicherdielektrikum, wenigstens eine Elektronenkanone zum Beschießen des Speicherdielektrikums mit langsamen Elektronen zwecks bistabiler Speicherung von Ladungsbildern mit einem Potential, das wenigstens gleich einer für eine derartige Speicherung notwendigen kritischen Minimalspannung ist, sowie zwecks Vermeidung einer Speicherung von Ladungsbildern mit einem Potential unterhalb der kritischen Minimalspannung, und ein Phosphormaterial des Speicherdielektrikums in Form einer gleichförmigen Mischung, welche einen ersten, eine bistabile Speicherung von Ladungsbildern ermöglichenden Phosphor und einen zweiten Phosphor enthält, dessen

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Farberaission sich von der des ersten Phosphors unterscheidet und dessen Lichtaustrittswirkungsgrad bei Beschüß mit den langsamen Elektronen kleiner als der des ersten Phosphors ist, so daß der Beschüß der Mischung durch die schnellen Elektronen die Aussendung eines Lichtbildes einer bestimmten wahrnehmbaren Farbe bewirkt und der Beschüß der Mischung mit den langsamen Elektronen die Emission eines Lichtbildes entsprechend einem gespeicherten Ladungsbild mit einer anderen wahrnehmbaren Farbe bewirkt.

Die erfindungsgemäße Direktsicht-Kathodenstrahl-Speicherröhre besitzt also ein Speicherdielektrikum aus einer Phosphormischung. Das gemischte Material enthält dabei wenigstens zwei Phosphorkomponenten mit unterschiedlichen Farbemissionseigenschaften. Die Mischung enthält einen Speicher-Phosphor sowie einen v/eiteren Phosphor, der Licht mit einer vom Licht des Speicher-Phosphors verschiedenen, vorzugsweise deutlich unterschiedlichen Farbe aussendet und der bei Ausleuchtung durch Flutkanonen mit geringerer Energie im Vergleich zum Speicher-Phosphor einen relativ kleineren Lichtaustrittswirkungsgrad besitzt.

Wenn ein im Phosphordielektrikum gespeichertes Ladungsbild lediglich mit langsamen Elektronen von den Flutkanonen der Speicherröhre beschossen wird, so wird das sichtbare Lichtbild ebenso wie jede Hintergrundshelligkeit primär durch den Speicher-Phosphor erzeugt. Bereiche der Speicherplatte, welche beim Überschreiben mit schnellen Elektronen von der Schreibkanone beschossen werden, emittieren jedoch Licht, das eine Mischung der charakteristischen Farben der beiden Phosphore ist. Eine überschriebene Information wird daher im Vergleich zu

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einer gespeicherten Information in einer anderen Farbe angezeigt, welche sich auch von der Hintergrundshelligkeit unterscheidet, so daß der sichtbare Kontrast zwischen diesen Farben wesentlich erhöht wird.

In Weiterbildung der Erfindung ist bei einem Verfahren zur Anzeige von gespeicherten und überschriebenen Speicherbildern auf dem gleichen Speicherdielektrikum einer Direktsicht-Kathodenstrahl-Speicherröhre der vorstehend definierten Art vorgesehen, daß das Speicherdielektrikum zur Bildung eines ersten speicherbaren Ladungsbildes ausreichend lange mit einem Strahl schneller Elektronen ausreichend hohen Stroms pro Flächeneinheit beschossen wird, daß das Speicherdielektrikum zur bistabilen Speicherung des ersten Ladungsbildes sowie zur Emission einer Lichtbildanzeige in einer ersten Farbe mit langsamen Elektronen beschossen wird und daß das Speicherdielektrikum zur Bildung eines zweiten Ladungsbildes, das während des Beschüsses des Speicherdielektrikums mit langsamen Elektronen nicht speicherbar ist, mit einem weiteren Strahl schneller Elektronen beschossen wird, der jedoch eine dem zweiten Ladungsbild entsprechende Lichtbildanzeige in einer von der ersten verschiedenen zweiten Farbe zu erzeugen vermag.

Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in weiteren Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Direktsicht-Kathodenstrahl-Speicherröhre gemäß der Erfindung sowie

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deren zugehörige Beschaltung; und

Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung in einer Ebene 2-2 in Fig. 1 in vergrößertem Maßstab einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten Speicherplatte.

Gemäß Fig. 1 besitzt eine Direktsicht-Kathodenstrahl-Speicherröhre 10 ein evakuiertes Gefäß 12 mit einer lichtdurchlässigen Frontplatte 14 an einem Ende. Auf dieser Frontplatte 14 ist eine Speicherplatte 16 vorgesehen, welche durch eine Speicherelektrode 18 und eine Speicherdielektrikumsschicht 20 gebildet wird. Am anderen Ende der Röhre ist eine Schreibkanone 22 mit einer Kathode 24, einem Steuergitter 26 sowie einer Fokussierungs- und Beschleunigungsanodenanordnung 28 zur Erzeugung eines Strahls 30 schneller Elektronen vorgesehen, v/elcher euf die Speicherplatte 16 gerichtet ist. Der Strahl wird durch Signale abgelenkt, welche von konventionellen Ablenkkreisen 36 in Horizontalablenkplatten 32 und Vertikalablenkplatten 34 eingespeist werden. Die Speicherröhre besitzt weiterhin eine oder mehrere Flutkanonen 38, aus denen das Speicherdielektrikum gleichförmig mit langsamen Elektronen beschossen wird. Die Kathoden der Flutkanonen liegen an einer kleinen Spannung, zweckmäßigerweise an Erdpotential (0 Volt).

An der Innenfläche des Gefäßes 12 sind zwischen den Flutkanonen 38 und der Speicherplatte 16 mehrere Elektroden vorgesehen. Diese Elektroden werden vorzugsweise durch voneinander beabstandete Beschichtungen oder Bänder aus leitendem Material, wie beispielsweise Silber oder Graphit gebildet. Eine erste bandförmige Wandelektrode 40 arbeitet primär als Fokussierungselektrode für die

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von den Flutkanonen 38 ausgesendeten Elektronen. Diese Elektrode liegt an einer positiven Spannung von beispielsweise etwa +250 Volt. Eine zweite von der Elektrode 40 beabstandete bandförmige Wandelektrode 42 liegt an einer kleineren positiven Spannung von beispielsweise etwa +150 Volt und arbeitet als Fokussierungs- und Kollimatorelektrode. Eine dritte von der Elektrode 42 beabstandete bandförmige Wandelektrode 44 liegt an einer noch kleineren positiven Spannung von etwa +125 Volt und arbeitet ebenfalls als Fokussierungs- und Kollimatorelektrode. Eine zwischen der Elektrode 44 und der Speicherplatte 16 befindliche vierte bandförmige Wandelektrode 44 liegt an einer noch geringeren positiven Spannung von etwa +75 Volt und arbeitet ebenfalls als Fokussierungs- und Kollimatorelektrode. Sie kann jedoch auch als Hilfskollektor für von der Speicherplatte emittierte Sekundärelektronen wirken. Aufgrund der Wirkung der bandförmigen Kollimator-Wandelektroden werden die Elektronen von den Flutkanonen im wesentlichen gleichförmig über die Fläche der Speicherplatte 16 verteilt.

Auf der Innenseite des trichterförmigen Teils des Gefäßes 12 ist eine konventionelle Widerstandsbeschichtung 48, beispielsweise aus Aquadag vorgesehen, welche elektrisch mit einem (nicht dargestellten) Isolationsschirm in der Schreibkanone 22 verbunden ist. Die Beschichtung 48 stellt daher eine Verlängerung einer (nicht dargestellten) zweiten Anode der Schreibkanone dar. Die an die bandförmigen Wandelektroden 40, 42, 44 und 46 angelegten Spannungen sind so zu wählen, daß sich eine optimale Fokussierungs- und Kollimatorwirkung für die Elektronen von den Flutkanonen ergibt, wofür die oben angegebenen Werte lediglich ein Beispiel darstellen.

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Die Speicherelektrode 18 liegt am Abgriff eines aus Widerständen 50 und 52 gebildeten Spannungsteilers. Der regelbar ausgebildete Widerstand 50 ist dabei so eingestellt, daß an der Speicherelektrode ein Potential von etwa +150 Volt liegt.

Die Kathode der Schreibkanone 22 liegt an einem hohen negativen Gleichspannungspotential von zweckmäßigerweise etwa -3000 Volt. Das Steuergitter 26 liegt am beweglichen Kontakt eines zweipoligen Umschalters 53. In einer Speicherstellung dieses Schalters ist das Gitter 26 an ein negatives Gleichpotential -VG1 angelegt, wodurch sich eine Gitter-Kathoden-Sperrspannung ergibt, um die Speicherplatte 16 mit schnellen Elektronen des Schreibstrahls 30 zu beschießen. Beim Auftreffen des Schreibstrahls emittiert die dielektrische Schicht 20 Sekundärelektronen, welche durch die Elektrode 18 (und bis zu einem gewissen Grade durch die Elektrode 46) gesammelt werden. Der beschriebene Bereich der Schicht wird durch die Sekundäremission positiv und auf einem relativ positiven Potential gehalten, nachdem der Strahl 30 an von den Flutkanonen 38 emittierten langsamen Elektronen vorbeigelaufen ist. Dadurch wird in an sich bekannter Weise ein gespeichertes Ladungsbild auf der dielektrischen Schicht erzeugt. In einer Überschreibstellung des Schalters 53 wird das Steuergitter an den Ausgang eines Rechteckimpulse liefernden Generators 54 gelegt, welcher Impulse 56 mit positivem Flankenverlauf in das Gitter einspeist. Diese Impulse 56 besitzen einen maximalen Spannungswert von -VG1 und einen minimalen (negativeren) Spannungswert, welcher zur Abschaltung der Schreibkanone ausreicht. Die Abschaltung des Schreibstrahls für einen Teil der Zeit, in der er einen speziellen Bereich der Speicherplatte beschießt, ermöglicht die Entladung

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des im Speicherdielektrikum gebildeten Ladungsbildes durch die Flutelektronen. Damit wird eine Speicherung des überschriebenen Bildes verhindert. Eine genauere Darstellung eines impulsförmigen Uberschreibvorgangs findet sich in der US-PS 3 430 093.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt einer in der Speicherröhre 10 befindlichen Speicherplatte. Diese Speicherplatte 16 besitzt einen lichtdurchlässigen Substratkörper in Form der Frontplatte 14, der mit einem dünnen leitenden Zinnoxidfilm 60 versehen ist. Auf der freiliegenden Oberfläche dieses Filmes 60 ist eine Vielzahl von erhabenen "Flecken" 62 aus leitendem Material, wie beispielsweise Kobalti in einem regelmäßigen Muster verteilt. Diese Flecken, welche zweckmäßigerweise eine generell zylindrische Form besitzen, sind elektrisch mit dem Zinnoxidfilm verbunden. Der leitende Film 60 sowie die Kobaltflecken 62 bilden somit zusammen die Kollektor- bzw. Speicherelektrode 18. Auf der Elektrode 18 befindet sich die wenigstens semi-kontinuierliche Speicherdielektrikumsschicht 20. Erfindungsgemäß enthält diese Schicht 20 eine Mischung aus Phosphorpartikeln mit Partikeln 64 aus einem Phosphor, welcher eine bistabile Speicherung von Ladungsbildern ermöglicht, sowie Partikeln 66 aus einem anderen Phosphor. Der Phosphor 66 ist so gewählt, daß seine Farbemission bei Beschüß mit hochenergetischen Elektronen von der des Phosphors 64 unterschiedlich, vorzugsweise deutlich unterschiedlich ist, und daß sein Lichtaustrittswirkungsgrad bei Beschüß mit Elektronen kleiner Energie von den Flutkanonen ebenfalls wesentlich kleiner ist. Geeignete Phosphore, welche diese Bedingungen erfüllen, sind beispielsweise rot-emittierende P-22R-Phosphore, wie beispielsweise Y₂O₂SrEu, Y₂O^tEu,

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YVO^:Eu sowie Mischungen dieser Stoffe. Für die Partikel 64 wird vorzugsweise ein grün-emittierender Speicherphosphor, wie beispielsweise ein P-1-Phosphor (Zn₂SiO^Mn) verwendet.

Die beiden Arten von Phosphorpartikeln werden entweder trocken oder in schlammiger Form gleichförmig gemischt und in an sich bekannter Weise auf die Speicherelektrode 18 aufgebracht. Ein Beispiel für ein derartiges Verfahren ist in der US-PS 3 956 662 beschrieben. Das Verhältnis der beiden Phosphorarten in der Mischung kann bei etwa 10 bis 90 Gew.-# für die Phosphorteilchen 64 mit dem Rest an Phosphorteilchen 66 liegen. Eine bevorzugte Zusammensetzung wird durch 30 bis 40 Gew.-96 P-1-Phosphor und dem Rest an P-22R-Phosphor (oder einer Mischung von P-22R-Phosphoren) der oben genannten seltenen Erden gebildet. Eine mit einer dielektrischen Schicht dieser bevorzugten Zusammensetzung versehene Speicherplatte liefert eine grüne Anzeige von gespeicherten Ladungsbildern und eine orange Anzeige von überschriebenen Ladungsbildern. Es kann dabei angenommen werden, daß P-1-Phosphor und P-22R-Phosphor bei Beschüß mit Elektronen relativ hoher Spannung (d.h. hochenergetische Elektronen), wie sie durch die Schreibkanone 22 in der Speicherröhre 10 ausgesendet werden, etwa gleiche Wirkungsgrade haben. Die durch die Speicherschicht in überschriebenen Bildbereichen ausgesendete sichtbare Farbe ist eine Mischung des grünen und des roten Lichtes, das durch die beiden Arten von Phosphor ausgesendet wird. Der höhere Prozentsatz an rotemittierendem Phosphor führt zu einer orangen Anzeige. In gespeicherten Bildbereichen, welche lediglich durch die Elektronen von den Niederspannungs-Flutkanonen ausgeleuchtet werden, haben die Phosphorteilchen 66 einen geringeren Wirkungsgrad als der Speicher-Phosphor in der

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Mischung und tragen daher wenig zur sichtbaren Farbe bei. Gespeicherte Bilder erscheinen daher ebenso wie die Hintergrundhelligkeit der Speicherplatte grün.

Es ist abschließend festzustellen, daß die Farbcodierung der übersehr!ebenen Information nicht auf die Anwendung auf die vorstehend erläuterten Speicherröhren-Speicherstrukturen beschränkt ist. Andere geeignete Speicherstrukturen sind beispielsweise auch in den US-PS 3 293 473, 3 293 474, 3 401 293, 3 531 675, 3 614 820 und 3 978 366 beschrieben.

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Claims

Patentans-prüche

Direktsicht-Kathodenstrahl-Speicherröhre, gekennzeichnet durch ein evakuiertes Gefäß (12) mit einer lichtdurchlässigen Frontplatte (14), eine ein Speicherdielektrikum (20) aus Phosphormaterial aufweisende Speicherplatte (16) im Gefäß (12), eine Elektronenkanone (22) zum Beschießen des Speicherdielektrikums (20) mit einem Strahl (30) schneller Elektronen zwecks Erzeugung eines Ladungsbildes auf dem Speicherdielektrikum (20), wenigstens eine Elektronenkanone (38) zum Beschießen des Speicherdielektrikums (20) mit langsamen Elektronen zwecks bistabiler Speicherung von Ladungsbildern mit einem Potential, das wenigstens gleich einer für eine derartige Speicherung notwendigen kritischen Minimalspannung ist, sowie zwecks Vermeidung einer Speicherung von Ladungsbildern mit einem Potential unterhalb der kritischen Minimalspannung, und durch ein Phosphormaterial des Speicherdielektrikums (20) in Form einer gleichförmigen Mischung, welche einen ersten, eine bistabile Speicherung von Ladungsbildern ermöglichenden Phosphor und einen zweiten Phosphor enthält, dessen Farbemission sich von der des ersten Phosphors unterscheidet und dessen Lichtaustrittswirkungsgrad bei Beschüß mit den langsamen Elektronen kleiner als der des ersten Phosphors ist, so daß der Beschüß der Mischung durch die schnellen Elektronen die Aussendung eines Lichtbildes einer bestimmten wahrnehmbaren Farbe bewirkt und der Beschüß der Mischung mit den langsamen Elektronen die Emission eines Lichtbildes entsprechend einem gespeicherten Ladungsbild mit einer anderen wahrnehmbaren Farbe bewirkt.
2. Direktsicht-Kathodenstrahl-Speicherröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Speicherdielektrikum (20)

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durch eine Mischung von P-1-Phosphor und P-22R-Phosphor gebildet ist.
3. Direktsicht-Kathodenstrahl-Speicherröhre nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als P-22R-Phosphor ein Material aus der Gruppe Y₂O₂S:Eu; Y₂O,:Eu; YVO^iEu sowie Mischungen dieser Stoffe Verwendung findet.
4. Direktsicht-Kathodenstrahl-Speicherröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung etwa 30 bis 40 Gew.-9o P-1-Phosphor und als Rest P-22R-Phosphor enthält.
5. Direktsicht-Kathodenstrahl-Speicherröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherplatte (16)

durch ein lichtdurchlässiges Substrat (14) aus elektrisch isolierendem Material, durch eine eine Kollektorelektrode bildende, vom Substrat (14) getragene Einrichtung (60, 62) und durch das auf einer Seite des Substrats (14) befindliche Speicherdielektrikum (20) aus Phosphormaterial in Form einer Mischung aus Phosphorpartikeln (64, 66) gebildet ist.
6. Verfahren zur Anzeige von gespeicherten und überschriebenen Speicherbildern auf dem gleichen Speicherdielektrikum einer Direktsicht-Kathodenstrahl-Speicherröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Speicherdielektrikum (20) zur Bildung eines ersten speicherbaren Ladungsbildes ausreichend lange mit einem Strahl schneller Elektronen ausreichend hohen Stroms pro Flächeneinheit beschossen wird, daß das Speicherdielektrikum

(20) zur bistabilen Speicherung des ersten Ladungsbildes sowie zur Emission einer Lichtbildanzeige in einer

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ersten Farbe mit langsamen Elektronen beschossen wird und daß das Speicherdielektrikum (20) zur Bildung eines zweiten Ladungsbildes, das während des Beschüsses des Speicherdielektrikums (20) mit langsamen Elektronen nicht speicherbar ist, mit einem weiteren Strahl schneller Elektronen beschossen wird, der Jedoch eine dem zweiten Ladungsbild entsprechende Lichtbildanzeige in einer von der ersten verschiedenen zweiten Farbe zu erzeugen vermag.

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