DE3880362T2 - Verfahren zur digitalisierung des verlaufs eines zielpunktes eines sich bewegenden strahles. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Digitalisierung des Verlaufs des geplanten Zielpunktes eines sich bewegenden Strahles, worin der Strahl eine verteilte Intensität auf einer Oberfläche hat, auf die er gerichtet ist.
• Ein typisches analoges Oszilloskop erzeugt eine Wellenform, die das zeitveränderliche Verhalten eines Eingangssignals darstellt, indem das Eingangssignal dazu verwendet wird, die vertikale Position eines Elektronenstrahles bei dessen horizontaler Ablenkung über einen Leuchtschirm zu steuern. Nachdem der Strahl auf Leuchtstoffteilchen auf dem Bildschirm aufgetroffen ist, leuchten die Leuchtstoffteilchen für eine Weile nach, und wenn die Nachleuchtdauer der Leuchtstoffteilchen bezüglich der Ablenkgeschwindigkeit des Strahls lang genug ist, dann zeigen die nachleuchtenden Leuchtstoffteilchen den Verlauf ("spur") des Strahles über dem Bildschirm, wodurch sich eine Wellenformanzeige ergibt, die das Verhalten des Eingangssignals darstellt. Da jedoch die Leuchtstoffteilchen in vielen Oszilloskopen nur für eine kurze Zeitspanne nach ihrer Erregung durch den Strahl leuchten, muß die Wellenformanzeige durch wiederholte Ablenkungen des Strahles über den Bildschirm aufgefrischt werden, damit die Wellenform betrachtet werden kann. Derartige Oszilloskope werden typischerweise dazu verwendet, periodische Eingangssignale zu überwachen, welche die vertikale Position des Strahles während jeder Ablenkung auf dieselbe Art und Weise steuern können, so daß eine gleiche Wellenform als Reaktion auf jede Ablenkung angezeigt wird.
• Einige analoge "Speicher"-Oszilloskope verwenden Leuchtstoffteilchen, welche starke Nachleuchtfähigkeit haben, so daß eine, als Reaktion auf eine einzige Ablenkung des Strahles erzeugte Wellenform für eine relativ lange Zeit angezeigt wird.
• Speicheroszilloskope werden häufig dazu verwendet, nichtrepetitive Signal-Bursts zu erfassen und anzuzeigen, die von einem solchen Oszilloskop erzeugte Anzeige wird jedoch schließlich schwächer. Speicheroszilloskope sind mit photographischen Kameras ausgestattet, welche die Wellenformanzeige ständig aufzeichnen; photographische Filme sind jedoch teuer und können eine ungebührliche Zeitdauer für ihre Entwicklung und Abzüge erfordern.
• Es ist häufig erwünscht, eine Wellenform zu digitalisieren, so daß ihre Charakteristika von einem digitalen Rechner analysiert und Informationen über die Wellenform kompakt und kostensparend auf digitalen Datenspeichermedien gespeichert werden können. Das Digitalisier-Kamerasystem Modell DCS01 von Tektronix verwendet eine Videokamera, die auf einen Oszilloskopbildschirm gerichtet sein kann, wobei das Kamerasystem ein ladungsgekoppeltes Bauelement (CCD) dazu verwendet, eine Anordnung digitaler Daten zu erzeugen, welche die Lichtintensitätsverteilung über der Oberfläche des Oszilloskopbildschirmes darstellt. Das CCD umfaßt eine eng beabstandete Anordnung von MOS -Kondensatoren. Unter gesteuerten Vorspannungsbedingungen nimmt jeder Kondensator Ladung in Proportion zu der Lichtmenge auf, die während einer Abtastperiode auf den Kondensator auftrifft, und die von jedem beliebigen Kondensator der Anordnung erzeugte Spannung ist somit proportional zu der zeitgemittelten Lichtintensität eines entsprechenden Teiles des Oszilloskopbildschirmes während der Abtastperiode. Die in den Kondensatoren während der Abtastperiode aufgebauten Ladungen werden anschließend von über Reihen der Kondensatoranordnung von Kondensator zu Kondensator verschoben, um Spannungssignale an den Ausgangsanschlüssen der Vorrichtung bereitzustellen. Diese Spannungssignale werden multiplexiert, um ein RS170 Standard- Videosignal zu erzeugen. Das Videosignal wird dann von einem acht Bit Analog/Digital-Wandler in eine digitale Datenmatrix mit 490x480 Elementen digitalisiert, welche die Lichtintensitätsverteilung der Wellenformanzeige darstellt.
• Zu jedem Moment während seiner Ablenkung über den Oszilloskopbildschirm ist der Strahl nominal an horizontalen und vertikalen Positionen, die die aktuellen Größen der Ablenkbzw. Eingangssignale darstellen, auf einen Zielpunkt auf dem Bildschirm gerichtet. Der Elektronenstrahl hat jedoch eine nicht-gleichförmige, zweidimensionale Intensitätsverteilung in der Ebene, die von der Bildschirmoberfläche definiert wird, und typischerweise wird auch ein Bereich des Bildschirmes, der den Zielpunkt umgibt, beleuchtet, nicht nur der Zielpunkt selbst. Die Intensitätsverteilung des Strahles, welche im wesentlichen die Form einer Gaußschen Verteilung haben kann oder auch nicht, hat nichtdestotrotz typischerweise einen relativ intensiveren Mittelabschnitt und einen weniger intensiven Umgebungsabschnitt, und bei Ablenkung des Strahles über den Bildschirm erzeugt er eine "ausgefranste" Spur, bei der Leuchtstoffteilchen in der Nähe der Mitte der Spur heller leuchten als Leuchtstoffteilchen in der Nähe des Randes der Spur. Wird die Spur anschließend in Form einer Ladungsverteilung innerhalb des CCDs des Kamerasystems "erfaßt" und dann in die Datenmatrix mit 490x480 Elementen umgewandelt, dann stellt die sich ergebende Datenmatrix die zweidimensionale Lichtintensitätsverteilung auf dem Bildschirm dar.
• Die aus 490x480 Elementen bestehende Intensitätsdatenmatrix könnte gespeichert und direkt zur Steuerung einer rechnererzeugten Anzeige aus 490x480 Pixeln verwendet werden, in der der Wert eines jeden Datenwortes die Intensität eines entsprechenden Pixels bestimmt. In einem solchen Fall hätte eine rechnererzeugte Wellenformanzeige auf der Grundlage dieser Intensitätsdaten ein Aussehen, welches im wesentlichen mit der ursprünglichen Wellenform identisch wäre, die auf dem Oszilloskopbildschirm angezeigt wird, und würde die "ausgefranste" Intensitätsverteilung der Spur nachahmen, welche die ursprüngliche Wellenformanzeige auf dem Oszilloskop bildet.
• Es ist jedoch unpraktisch und kostenintensiv, genug Speicherplatz bereitzustellen, um 490x480 acht Bit-Datenwörter für jede zu speichernde Wellenform zu speichern. Überdies ist es nicht besonders wünschenswert, eine Wellenform mit einer ausgefransten Leuchtspur anzuzeigen, da eine Bedienungsperson typischerweise eine Wellenform als feine, klare Linie sehen möchte, welche den Verlauf des geplanten Zielpunktes des Strahles bei Ablenkung des Strahles über den Bildschirm darstellt. Wenn die Daten von einem digitalen Rechner analysiert werden sollen, um Charakteristika der Wellenform wie Spitzenwert, Periode, Anstiegszeit und dergleichen zu bestimmen, ist es außerdem für den Rechner schwierig, solche Charakteristika aus Wellenformdaten zu ermitteln, welche in Form einer Intensitätsverteilungs-Datenmatrix vorliegen.
• Die aus 490x480 Elementen bestehende Intensitätsdatenmatrix kann man sich als 490 Sequenzen von 480 Wörtern vorstellen, wobei jede Sequenz die Intensitätsverteilung auf einer separaten vertikalen Achse des Oszilloskopbildschirmes darstellt. Um Wellenformdaten in kompakterer und brauchbarerer Form anzugeben, kann jede einzelne der Datensequenzen, die die Intensitätsverteilung auf einer entsprechenden senkrechten Achse auf dem Oszilloskopbildschirm angibt, von einem digitalen Rechner in ein einzelnes Datenelement umgewandelt werden, welches eine einzelne vertikale Position auf dieser Achse angibt. Im Idealfall sollte diese vertikale Position bei Bewegung des Strahles über die Achse den geplanten Zielpunkt des Strahles auf dieser Achse darstellen, wobei der "geplante Zielpunkt" derjenige Punkt auf dem Oszilloskopbildschirm ist, welcher die eigentliche Größe des Eingangssignals zu der Zeit (oder Ablenksignalgröße), wie sie von der vertikalen Achse dargestellt wird, darstellt. Da es 490 Intensitätsdatensecuenzen gibt, würde eine einzige Wellenformgrößen-Datensequenz mit 490 Datenelementen erzeugt. Der Rechner kann dann eine Wellenformanzeige erzeugen, indem er eine Zeile mit 490 Pixel auf einem Kathodenstrahlröhrenbildschirm beleuchtet, wobei die vertikale Bildschirmposition eines jeden aufeinanderfolgenden Pixels der Zeile durch die Größe eines aufeinanderfolgenden der Elemente der Wellenformgrößen-Datensequenz bestimmt wird, und die Intensität der beleuchteten Pixel einheitlich ist. Somit ist die Zeile ("Spur"), die die vom Rechner erzeugte Wellenform bildet, nicht mehrere Pixel breit, wobei jedes Pixel eine unterschiedliche Intensität hat (wie es der Fall wäre, wenn die Intensitätsdatenmatrix zur direkten Steuerung der Wellenformanzeige verwendet würde), sondern ist nur ein Pixel breit und die Pixel in der Spur werden einheitlich beleuchtet.
• Fig. 1 zeigt eine idealisierte Darstellung der Lichtintensitätsverteilung einer typischen Spur, wie sie auf einem analogen Oszilloskopbildschirm als Reaktion auf ein Rechteckwelleneingangssignal erzeugt werden könnte, wobei die Spur vergrößert ist, um die Lichtintensitätsverteilung deutlicher wiederzugeben. Die dunkelsten Abschnitte der Spur stellen Bereiche der höchsten Lichtintensität dar und die hellsten Abschnitte der Spur stellen Bereich der geringsten Lichtintensität dar. Da der Strahl eine nicht-einheitliche Intensitätsverteilung hat und sich mit nicht-einheitlichen Geschwindigkeiten über den Bildschirm bewegt, hat die Spur eine nicht-einheitliche Intensität. Bei Wellenformspitzen 10, wo der Strahl den Bildschirm mit relativ niedriger Geschwindigkeit horizontal überquert, ist die Lichtintensität der Spur insbesondere in den inneren Abschnitten 12 der Spur, wie sie durch innere Abschnitte des Strahles mit hoher Intensität erzeugt werden, am höchsten. Die Spurintensität ist nahe ihrer Peripherie 14, die als Reaktion auf periphere Abschnitte des Strahles mit niedriger Intensität erzeugt wird, geringer. Auf den Vorder- und Hinterflanken 16 der Wellenform ist die Lichtintensität der Spur sehr gering, da in diesen Bereichen der Strahl sich schnell bewegt und nicht genügend Energie zuführt, um die Leuchtstoffteilchen auf dem Bildschirm wesentlich zu erregen.
• Fig. 2 ist ein Diagramm einer Lichtintensitätsverteilung entlang der senkrechten Achse 2-2 der Anzeige aus Fig. 1. Die vertikalen gestrichelten Linien aus Fig. 2 stellen Positionen auf der Achse 2-2 dar, die den Mitten von Bildschirmbereichen entsprechen, die von separaten Kondensatoren des CCDs auf einer, der Achse 2-2 entsprechenden Kondensatormatrixachse erfaßt werden. Jeder CCD-Kondensator mißt eine Lichtintensität, welche im wesentlichen gleich der Intensität ist, die auf dem Graph von Fig. 2 gezeigt ist, wo eine entsprechende gestrichelte Linie die Intensitätskurve kreuzt. In dem Beispiel aus Fig. 2 ist die Intensitätsverteilung der Spur auf der Achse 2-2 in etwa glockenförmig, wenn sie auch nicht die Gaußsche Form hat, da in diesem Beispiel die Intensitätsverteilung des Strahles einfach nicht die Gaußsche Verteilung ist. Die CCD-Vorrichtung stellt diese Verteilung als einen Satz von Spannungspegeln dar, die in eine Sequenz von 490 digitalen Datenwerten umgewandelt werden. Für die Intensitätsverteilung auf der Achse- 2-2 von Fig. 2 sind nur 11 der 490 digitalen Datenwerten ungleich Null.
• Wie oben bereits erläutert, ist es wünschenswert, diese Sequenz in einen einzelnen Datenwert umzuwandeln, welcher den geplanten Zielpunkt des Strahles angibt, zu dem dieser die Achse 2-2 schneidet. Um jedoch einen geplanten Zielpunkt der Spur auf der Achse auf der Grundlage der Intensitätsverteilung bestimmen zu können, muß eine Annahme dahingehend gemacht werden, in welchem Verhältnis der geplante Zielpunkt zu der Intensitätsverteilung steht. In der Annahme, daß zu jeder gegebenen Zeit der intensivste Abschnitt des Strahles auf den Zielpunkt gerichtet ist, kann man die Position des hellsten Punktes auf der Achse 2-2 als Zielpunkt des Strahles wählen, wenn dieser die Achse 2-2 kreuzt. Dementsprechend könnte man einfach die 480 Datenwerte abtasten, um zu bestimmen, welcher der größte ist, und annehmen, daß der Punkt auf der Achse 2-2, der dem größten Intensitätsdatenwert entspricht, der Punkt maximaler Intensität auf der Achse ist. In dem Beispiel aus Fig. 2 befindet sich der Datenwert, welcher der auf der vertikalen Achse abgetragenen "Spitze" entspricht, in der Nähe der eigentlichen Spitze der Wellenformverteilung. Wenn jedoch aufgrund von Rauschen eine Zacke auf der Intensitätsverteilung des Strahles entsteht, kann diese Zacke das offensichtliche Intensitätsmaximum stark beeinflussen. Auch der Wert der Spitze, wie er durch dieses Verfahren bestimmt wird, hängt von den relativen Positionen der Kondensatoren in dem CCD bezüglich der Wellenformanzeige ab, so daß Spitzen repetitiver Zyklen einer periodischen Wellenform keine gleichbleibenden Werte zu haben scheinen. Schließlich ist die Annahme, daß der geplante Zielpunkt des Strahles am Punkt maximaler Intensität auf jeder vertikalen Achse des Bildschirmes auftritt, üblicherweise ungenau. Bei einem analogen Oszilloskop erfolgt die Kalibrierung der vertikalen und horizontalen Position einer Spur häufig manuell, und eine Bedienungsperson, die die Einstellung vornimmt, stellt vielleicht nicht den hellsten Abschnitt des Strahles auf den Zielpunkt auf dem Bildschirm. Tatsächlich trifft bei einem schlecht kalibrierten Oszilloskop eventuell sogar kein Teil des Strahles wirklich den geplanten Zielpunkt.
• Andere Verfahren zum Digitalisieren des Verlaufes des Zielpunktes des Strahls über den Bildschirm gehen davon aus, daß der Strahl auf Punkte gerichtet ist, die dem Median oder dem Schwerpunkt der Lichtintensitätsverteilung auf jeder vertikalen Achse auf dem Bildschirm entsprechen. Der "Median" der Lichtintensitätsverteilung aus Fig. 2 ist der Punkt, an dem die Bereiche unter der Kurve auf jeder Seite des Punktes gleich sind. Der "Schwerpunkt", der Verteilung ist ihr "Massezentrum". Der Schwerpunkt und der Median der Verteilung aus Fig. 2 sind wie gezeigt, und Algorithmen zum Auffinden des Medians oder des Schwerpunktes einer Kurve sind wohlbekannt. Wenn eine Intensitätsverteilung auf einer einzigen vertikalen Achse eine Gaußsche Verteilung ist, d.h. symmetrisch glockenförmig, dann treten sowohl der Schwerpunkt als auch der Nedian an ihrer Spitze auf. Ist die Verteilung jedoch asymmetrisch, wie in Fig. 2 gezeigt, dann treten der Schwerpunkt und der Median anderenortes als an der Spitze auf. Im Beispiel aus Fig. 2 ist der maximale Datenwert näher an der eigentlichen Spitze als der Median oder der Schwerpunkt, wenn aber die Verteilung mehr "Gaußsche" Form annimmt, dann bewegen sich der Schwerpunkt und der Median in Richtung auf die Verteilungs spitze. Die Verwendung des Schwerpunkts- oder Medianverfahrens ist üblicherweise gegenüber dem Spitzenintensitätsverfahren vorteilhaft, da der Zielpunkt der Wellenform, wie er durch das Schwerpunkt- oder das Medianverfahren bestimmt wird, nicht so stark durch Rauschen beeinträchtigt wird wie die Position, die von der Spitzenintensität bestimmt wird, und durch die Position von Kondensatoren des CCDs bezüglich der Wellenformanzeige nicht so stark beeinträchtigt wird.
• Obwohl das Median- und Schwerpunktsverfahren ziemlich gleichbleibende Ergebnisse für eine Verteilung auf der Achse 2-2 aus Fig. 1 ergeben, erzielen diese Verfahren jedoch unerwünschte Ergebnisse für eine Verteilung wie die auf der Achse 3-3 aus Fig. 1, wobei diese Verteilung graphisch in Fig. 3 dargestellt ist. Die Verteilung von Fig. 3 weist linke und rechte glockenförmige Bereiche 18 und 20 auf, die den oberen und unteren Spitzen der Wellenform aus Fig. 1 entsprechen, wo sie von der Achse 3-3 geschnitten wird, und einen Mittelbereich, der der Hinterflanke der Wellenform entspricht, in der die Intensität der Spur vernachlässigbar gering ist. In diesen Fall befindet sich der Schwerpunkt in dem Bereich geringer Intensität zwischen den Spitzen, und der Median befindet sich auf einem Punkt geringer Intensität in der Nähe der am weitesten rechts liegenden Seite von Bereich 18. Es wäre zu bevorzugen, den Zielpunkt der Wellenform näher dem Punkt zuzuordnen, der dem Zentrum des größeren Bereiches 18 entspricht, so daß eine anschließend vom Rechner erzeugte Wellenform abruptere Flanken hat. Schließlich ist die Annahme, daß zu jedem Zeitpunkt der Strahl auf einen Zielpunkt auf dem Bildschirm "gerichtetet" war, der dem Median oder dem Schwerpunkt der Lichtintensitätsverteilungen auf einer vertikalen Achse auf dem Bildschirm entspricht, die die aktuelle Zeit darstellt, üblicherweise falsch. Somit sind das Median- und Schwerpunktverfahren, obwohl sie beständiger als das Verfahren maximaler Intensität sind, ebenfalls ungenau.
• Bekannte Vorrichtungen zum Verarbeiten eines digitalen Signals, das ein ursprüngliches Bild darstellt, welches durch Abtastzeilen definiert ist, unter Verwendung eines Moduls zur Verarbeitung eines jeden Bildelementes (Pixels) unter Verwendung eines mathematischen oder sogenannten Faltungsverfahrens, schließen diejenige ein, die in EP-A-0206892 (Chabert) beschrieben sind, welche ein variables Faltungsverarbeitungsmodul zum Verändern der Größe eines Faltungsfensters als Funktion des ursprünglichen Bildes offenbart.
Zusammenfassung der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strahlintensitätserfassungsvorrichtung, welche den Verlauf des geplanten Zielpunktes eines sich bewegenden Strahles, der auf eine Oberfläche gerichtet ist, digitalisiert, und insbesondere den Fall, in dem der Strahl zu jedem Zeitpunkt eine nicht-gleichförmige Intensitätsverteilung auf der Oberfläche hat. Die Erfassungsvorrichtung ist von der Gattung, welche eine Matrix digitaler Daten erzeugt, wobei jedes Datenelement der Matrix die durchschnittliche Intensität des Strahles bei dessen Auftreffen auf einen separaten Abschnitt der Oberfläche während einer Abtastperiode darstellt, so daß die Intensitätsdatenmatrix eine zeitgemittelte Strahlintensitätsverteilung über die Oberfläche während der Abtastperiode angibt.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Verlauf des Zielpunktes über die Oberfläche der Erfassungsvorrichtung digitalisiert, indem ein Punkt auf jeder einer Vielzahl paralleler Achsen der Oberfläche gefunden wird, an dem ein zweidimensionales Faltungsintegral zweier Funktionen ein Maximum ist. Eine erste der beiden Funktionen ist die momentane Intensitätsverteilung des Strahles auf der Oberfläche bezüglich der Position des Zielpunktes auf der Oberfläche, und die zweite Funktion stellt die zeitgemittelte Strahlintensitätsverteilung auf der Oberfläche dar, wie sie durch die Intensitätsdatenmatrix oder -anordnung dargestellt wird. Eine digitale Datensequenz wird erzeugt, in der jedes Element die Position auf der Oberfläche eines separaten der auf diese Weise bestimmten Zielpunkte darstellt, und diese Sequenz stellt den Verlauf des geplanten Zielpunktes des Strahles bei dessen Ablenkung über die Oberfläche dar.
• In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Strahl ein Elektronenstrahl in einer Kathodenstrahlröhre, und die Oberfläche der Erfassungsvorrichtung umfaßt den Bildschirm der Kathodenstrahlröhre. Die Erfassungsvorrichtung umfaßt weiterhin eine auf die Kathodenstrahlröhre gerichtete Videokamera, wobei die Kamera ein ladungsgekoppeltes Bauelement aufweist, welches dazu ausgelegt ist, eine Sequenz von Ausgangsspannungssignalen zu erzeugen, die die Intensitätsverteilung von Licht darstellen, welche auf dem Bildschirm als Reaktion auf die Bewegung des Strahles über den Bildschirm erzeugt wird. Ein Analog/Digital-Wandler wandelt die Ausgangsspannungssignale in die Intensitätsdatenmatrix um. Die Intensitätsdatenmatrix wird als Eingang an einen digitalen Rechner geführt, welcher Faltungsintegrale auswertet, um den Verlauf des Zielpunktes wie oben beschrieben zu bestimmen, und die Positionsdatensequenz entsprechend erzeugt.
• Das Verfahren der vorliegenden Erfindung bestimmt typischerweise den Verlauf des geplanten Zielpunktes des Strahles bei dessen Bewegung über den Oszilloskopbildschirm genauer und mit höherer Auflösung als die Verfahren aus dem Stand der Technik, welche eine Auffindung der Spitze, des Medians oder des Schwerpunktes der Lichtintensitätsverteilung auf vertikalen Achsen des Bildschirmes umfassen, insbesondere, wenn die Funktion, die die Intensitätsverteilung des Strahles bezüglich der Position des geplanten Zielpunktes nachbildet, aus genauen Messungen der Strahlverteilung als Funktion der Zielpunktposition abgeleitet ist.
• Dementsprechend ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen zum Bestimmen des Verlaufes eines Zielpunktes eines sich bewegenden Strahles, der auf eine Oberfläche gerichtet ist, wenn der Strahl von der Art ist, die eine verteilte Intensität auf der Oberfläche hat.
• Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist in den unabhängigen Ansprüchen 1 und 4 ausgeführt. Sowohl die Organisation als auch das Betriebsverfahren der vorliegenden Erfindung, zusammen mit ihren weiteren Vorteilen und Aufgaben sind jedoch am besten anhand der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verständlich, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente kennzeichnen.
Zeichnungen
• Fig. 1 ist eine Darstellung der Intensitätsverteilung einer Wellenform, die von einem Elektronenstrahl erzeugt wird, der sich über die Oberfläche eines Bildschirmes einer Kathodenstrahlröhre bewegt;
• Fig. 2 ist ein Graph einer Lichtintensitätsverteilung auf der Achse 2-2 von Fig. 1;
• Fig. 3 ist ein Graph einer Lichtintensitätsverteilung auf der Achse 3-3 von Fig. 1;
• Fig. 4 ist ein Blockschaltbild eines Wellenformdigitalisiersystems, welches zur Implementierung der vorliegenden Erfindung geeignet ist; und
• Fig. 5 ist ein Flußdiagraxnm zur Prograzornierung des Mikroprozessors des Systems aus Fig. 4 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strahlintensitätserfassungsvorrichtung, die den Verlauf des geplanten Zielpunktes eines Strahles über eine im wesentlichen ebene Oberfläche der Erfassungsvorrichtung digitalisiert, wenn der Strahl eine nicht-einheitliche, momentane Intensitätsverteilung hat, wo er auf die Oberfläche auftrifft. In Fig. 4 kann der Strahl ein Elektronenstrahl innerhalb einer Kathodenstrahlröhre (CRT) 22 eines analogen Oszilloskops sein, und die Oberfläche der Erfassungsvorrichtung kann den Bildschirm 24 von CRT 22 umfassen, auf den der Strahl gerichtet ist. Die Erfassungsvorrichtung weist weiterhin ein digitalisierendes Kamerasystem 26 auf, welches geeigneterweise ein digitalisierendes Kamerasystem Modell DCS01 von Tektronix umfaßt, das auf die Kathodenstrahlröhre gerichtet ist, um die darauf erzeugten Wellenformanzeigen zu überwachen.
• Das Kamerasystem 26 enthält eine digitalisierende Kamera 27, welche auf dem Oszilloskopbildschirm befestigt ist. Die Kamera 27 weist ein ladungsgekoppeltes Bauelement (CCD) 28 auf, welches dazu ausgelegt ist, Sequenzen von Ausgangsspannungen zu erzeugen, welche die Intensitätsverteilung von Licht darstellen, wie sie von Bildschirm 24 erzeugt wird. Das CCD 28 umfaßt eine eng beabstandete Anordnung oder Matrix von MOS-Kondensatoren. Unter gesteuerten Vorspannungsbedingungen nimmt jeder Kondensator Ladung in Proportion zu der Intensität und Dauer des Lichts auf, das während einer Abtastperiode auf den Kondensator auftrifft, und die von jedem beliebigen Kondensator der Matrix erzeugte Spannung stellt die durchschnittliche Lichtintensität dar, wie sie von einem entsprechenden Abschnitt des Oszilloskopbildschirmes 24 während der Abtastperiode erzeugt wird. Die in den Kondensatoren während der Abtastperiode aufgebauten Ladungen werden anschließend entlang Reihen der Matrix von Kondensator zu Kondensator verschoben, um eine Sequenz von Spannungssignalen an Ausgangsanschlüssen des CCDs zu erstellen. Diese Spannungssignale werden als ein RS170 Standard-Videosignal von einem Multiplexer 30 an einen acht Bit Analog/Digital-Wandler (A/D-Wandler) 32 innerhalb einer Videobildspeicherkarte ("Video Frame Store Board") 31 des digitalisierenden Kamerasystems 26 übertragen, welche als Reaktion darauf digitale Datensequenzen erzeugt, wobei jede Sequenz die Intensitätsverteilung der Wellenformanzeige auf einer separaten einer Vielzahl paralleler Achsen darstellt, die vertikal über den Oszilloskopbildschirm 24 verlaufen. Somit bilden die vom A/D-Wandler 32 erzeugten Datensequenzen eine Anordnung oder Matrix digitaler Intensitätsdaten, wobei jedes Datenelement der Matrix die durchschnittliche Intensität des Strahles bei dessen Auftreffen auf einen separaten Abschnitt des Bildschirmes während einer Abtastperiode darstellt, so daß die Intensitätsdatenmatrix eine zweidimensionale, zeitgemittelte Strahlintensitätsverteilung über den Bildschirm während einer Abtastperiode angibt. Die vom A/D- Wandler 32 erzeugte Intensitätsdatenmatrix wird in einem Video-RAM 33 innerhalb der Bildspeicherkarte 31 gespeichert.
• Das Abtasten und Verschieben von CCD 28 und die Schaltposition von Nultiplexer 30 werden von einer Zeitgeberschaltung 35 innerhalb der Kamera 27 gesteuert. Der Betrieb von A/D-Wandler 32 und Video-RAM 33 wird von Schnittstellenschaltungen 34 innerhalb der Bildspeicherkarte 31 als Reaktion auf Befehle hin gesteuert, die auf einem Bus 36 innerhalb eines Rechners 38 geführt werden. Der Rechner 38 umfaßt geeigneterweise einen IBM-Rechner Modell XT mit einem Mikroprozessor 40, einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) 42, einen Anzeigespeicher 44 und eine Anzeigesteuerung 46. Die Schnittstellenschaltungen 34 übertragen die Intensitätsdatenmatrix, die im Video-RAM 33 abgespeichert ist, an den Bus 36. Der Mikroprozessor 40, welcher unser Programmanweisungen arbeitet, die in RAM 42 gespeichert sind, wandelt die im Video-RAM 33 gespeicherte Intensitätsdatenmatrix in eine Sequenz von Wellenformdatenelementen um, welche die Größe der auf dem Bildschirm 24 angezeigten Wellenform in Abhängigkeit von der Zeit darstellen. Diese rechnererzeugte Wellenformdatensequenz wird dann im RAM 42 gespeichert, welcher geeigneterweise groß genug ist, um Wellenformdatensequenzen zu speichern, die mehrere Wellenformen darstellen, welche vorher auf dem Oszilloskopbildschirm 24 dargestellt waren.
• Anschließend, wenn eine Bedienungsperson eine rechnererzeugte Anzeige einer Wellenform, welche von einer Wellenformdatensequenz dargestellt wird, die im RAM 42 gespeichert ist, auf einem Anzeigemonitor 48 betrachten möchte, welcher von einer Anzeigesteuerung 46 gesteuert wird, gibt die Bedienungsperson über eine Tastatur (nicht dargestellt) einen Befehl an den Rechner 38 ein, wobei der Befehl die bestimmte anzuzeigende Wellenform identifiziert. Der Mikroprozessor 40 greift dann auf die bestimmte, im RAM 42 gespeicherte Wellenform-Datensequenz zu und erzeugt und speichert unter zusätzlichen, im RAM 42 gespeicherten Anweisungen bitadressierte Anzeigedaten im Anzeigespeicher 44, wobei diese Daten der Anzeigesteuerung 46 mitteilen, wie die Wellenform auf dem Anzeigemonitor 48 erzeugt werden soll. Die Anzeigesteuerung 46 liest periodisch die bitadressierten Daten im Anzeigespeicher 44 und aktualisiert die Anzeige auf dem Monitor 48 entsprechend.
• Die vorliegende Erfindung betrifft die Art und Weise, in der der Nikroprozessor 40 die Intensitätsdatenmatrix, die vom Kamerasystem 26 erzeugt wird, in eine Sequenz von Wellenformdaten umwandelt, welche die Größe der auf dem Bildschirm 24 angezeigten Wellenform in Abhängigkeit von der Zeit darstellt. Bei einem typischen analogen Oszilloskop hat der Elektronenstrahl eine nicht-einheitliche, zweidimensionale Intensitätsverteilung in der Ebene, welche von der im wesentlichen ebenen Oberfläche des Bildschirmes 24 definiert wird. Die Intensitätsverteilung, welche Gaußsche Form haben kann oder auch nicht, hat nichtsdestotrotz typischerweise einen relativ intensiveren Mittelbereich und einen weniger intensiven Randbereich, und bei Ablenkung des Strahles über den Bildschirm erzeugt er eine Leuchtspur, in der die Leuchtstoffteilchen in der Nähe der Mitte der Spur heller leuchten als die Leuchtstoffteilchen in der Nähe des Randes der Spur. Bei anschliessender "Erfassung" der von der Leuchtspur erzeugten Wellenform in Form einer Ladungsverteilung innerhalb des CCD 28 des Kamerasystems 26 kann eine Ladung ungleich Null in mehr als einem Kondensator auf einer Achse einer Matrix von CCD 28, welche einer vertikalen Achse auf dem Bildschirm 24 entspricht, erzeugt werden.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wandelt der Rechner 38 die Intensitätsdatenmatrix im Video-RAm 33 in eine Wellenform- Datensequenz um, in der jedes aufeinanderfolgende Datenelement die vertikale Position eines aufeinanderfolgenden "geplanten Zielpunktes" des Strahles auf dem Bildschirm darstellt. Die Wellenformdatensequenz gibt somit bei Ablenkung des Strahles über den Bildschirm den Verlauf des geplanten Zielpunktes des Strahles an. Der "geplante Zielpunkt" des Strahles zu jedem Zeitpunkt ist definiert als der einzelne Punkt auf dem Bildschirm, der die Größe des Oszilloskop-Eingangssignals, welches die vertikale Ablenkung des Strahles zu diesem Zeitpunkt steuert, und die Größe eines Ablenksignals, welches die horizontale Position des Strahles zu diesem Zeitpunkt steuert, darstellt. Da der Strahl eine verteilte Intensität hat, trifft der Strahl zu jedwedem, gegebenen Zeitpunkt auf mehr als nur einen Punkt auf dem Bildschirm auf, und bei einem schlecht kalibrierten Oszilloskop trifft der Strahl vielleicht nicht einmal auf den geplanten Zielpunkt. Nichtsdestotrotz wird der Verlauf des Zielpunktes über den Bildschirm gemäß der vorliegenden Erfindung durch Analyse der Intensitätsverteilung der Wellenformanzeige wie nachstehend beschrieben genau bestimmt.
• Die Größe v(t) eines Oszilloskopeingangssignals ist eine eindeutige Funktion der Zeit t. Die Intensitätsverteilung w(x,y) eines Wellenformbildes, das auf dem Oszilloskopbildschirm 24 erzeugt wird, entspricht der zweidimensionalen Faltung zweier Funktionen g(x,y) und f(x,y), worin x und y horizontale und vertikale Koordinaten eines Punktes auf dem Oszilloskopbildschirm sind. Die Funktion g(x,y) beschreibt die zweidimensionale Intensitätsverteilung des Strahles auf dem Bildschirm bezüglich seines geplanten Zielpunktes. Die Funktion f(x,y) beschreibt den Verlauf des geplanten Zielpunktes des Strahles auf dem Bildschirm als Reaktion auf das Eingangssignal v(t) und das Ablenksignal, welche jeweils die vertikale bzw. die horizontale Ablenkung des Strahl steuern. Die x-Koordinate des Bildschirmes ist so skaliert, daß x = t ist und die Y-Koordinate des Bildschirmes ist so skaliert, daß:
• f(x,y) = 1 für y = v(x) = v(t)
• = 0 für y # v(x) = v(t).
• Wenn die Funktion f(x,y) einen Wert von 1 hat, dann befindet sich der Punkt (x,y) auf dem Verlauf des geplanten Zielpunktes des Strahles.
• Es ist wünschenswert, daß die Wellenformanzeige, welche von dem Rechner 38 auf dem Anzeigemonitor 48 erzeugt wird, v(t) so genau wie möglich darstellt, um das Verhalten des Oszilloskopeingangssignals v(t) so genau wie möglich wiederzugeben. Eine Wellenformanzeige auf dem Bildschirm 48 wird erzeugt, indem bestimmte Pixel einer Matrix aus Pixelreihen und -spalten beleuchtet werden. Um das Eingangssignal am genauesten darzustellen, sollte die auf dem Monitor 48 erzeugte Anzeige ein beleuchtetes Pixel in jeder Pixelspalte umfassen und die bestimmten, zu beleuchtenden Pixel sollten Punkten auf dem Anzeigemonitorbildschirm am nächsten sein, die Punkten (x,y) auf dem Oszilloskopbildschirm entsprechen, bei denen f(x,y) = 1 ist, d.h., denjenigen Punkten am nächsten sein, welche die geplanten Zielpunkte des Strahles darstellen.
• Die von dem Kamerasystem 26 erzeugten Daten stellen jedoch f(x,y) nicht direkt dar, sondern stellen stattdessen die Intensitätsverteilung w(x,y) = f(x,y) * g(x,y) der Wellenformanzeige dar. (Das Symbol * stellt die Faltung von f(x,y) und g(x,y) dar). Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Verlauf des geplanten Zielpunktes des Strahles über den Bildschirm durch Auffinden der Punkte auf jeder einer Vielzahl vertikaler Achsen des Bildschirmes 24 bestimmt, bei denen die Faltung von w(x,y) und g(x,y) ein Maximum ist. Das Faltungsintegral von w(x,y) und g(x,y) ist wie folgt definiert:
• Das Faltungsintegral [1] kann durch seine diskrete Form approximiert werden, wenn w und g als Matrizen oder Anordnungen diskreter Werte und nicht als stetige Funktionen von x,y gegeben sind:
• In den obenstehenden Gleichungen [1] und [2] ist V(x,y) der Wert des Faltungsintegrals bezüglich eines Punktes (x,y) auf dem Bildschirm, g ist die Funktion, die die momentane Intensitätsverteilung des Strahls auf der Oberfläche des Bildschirmes für einen gegebenen Zielpunkt (x,y) nachbildet, und w ist die Funktion, die die zeitgemittelte Intensitätsverteilung darstellt, welche von der Intensitätsdatenmatrix angezeigt wird, welche von dem digitalisierenden Kamerasystem 26 erzeugt wird. Der Zielpunkt (x,y) des Strahles auf jeder von mehreren vertikalen Achsen x des Bildschirmes wird so bestimmt, daß sie auf der Position y auf jeder vertikalen Achse x liegt, bei der der Wert V(x,y) des Faltungsintegrals [1] ein Maximum ist. Die auf diese Weise bestimmte Folge von Zielpunkten auf dem Bildschirm 24 nähert sich dicht dem eigentlichen Verlauf des geplanten Zielpunktes des Strahls an. Dementsprechend stellt bei einheitlicher Distanz zwischen aufeinanderfolgenden vertikalen Achsen eine Wellenformdatensequenz, welche nur die vertikalen Koordinaten y der bestimmten Folge von Zielpunkten (x,y) des Strahles umfaßt, das zeitveränderliche Verhalten v(t) des Eingangssignals genau dar. Aus einer solchen Wellenform-Datensequenz kann der Mikroprozessor 40 bitadressierte Daten erzeugen, die ausreichen, um einer herkömmlichen Anzeigesteuerung 46 zu ermöglichen, die gewünschte Wellenformanzeige zu erzeugen. Das Verfahren der Erzeugung einer Wellenformanzeige gemäß einer Datensequenz, die aufeinanderfolgende Größen einer Wellenform darstellen, ist im Stand der Technik wohlbekannt und hierin nicht weiter ausgeführt.
• Das Verfahren der Bestimmung des Verlaufs eines Strahlzielpunktes durch Auswertung des Faltungsintegrals einer Funktion, die die momentane Strahlintensitätsverteilung hinsichtlich des geplanten Zielpunktes nachbildet, und einer Funktion, die die Bildschirmlichtintensitätsverteilung nachbildet, wie voranstehend beschrieben, erzielt genauere Ergebnisse als Verfahren aus dem Stand der Technik, bei denen die Spitze, der Median oder der Schwerpunkt der Wellenformintensitätsverteilung aufzufinden sind, da das "Faltungs"-Verfahren der vorliegenden Erfindung nicht von der trügerischen Annahme ausgeht, daß der Zielpunkt des Strahles notwendigerweise der Spitze, dem Median oder dem Schwerpunkt der Intensitätsverteilung entspricht, sondern vielmehr den Zielpunktverlauf des Strahles auf der Grundlage eines Modells g(x,y) der eigentlichen Strahlintensitätsverteilung bezüglich eines jeden Zielpunktes auf dem Bildschirm identifiziert.
• Die Funktion g(x,y) kann experimentell dadurch erhalten werden, daß das Eingangssignal und die Ablenksignale auf verschiedene bekannte Werte gesetzt werden, die einer Anordnung oder Matrix von Zielpunkten entsprechen, welche den Bildschirm 24 abdeckt, und unter Verwendung des Kamerasystems 26 zum Messen der Intensitätsverteilung der Anzeige für jeden solchen Zielpunkt. Die so erhaltenen Daten können in Form einer Nachschlagetabelle verwendet werden, um den Wert von g(x,y) für jeden Punkt (x,y) auf dem Bildschirm bezüglich eines jedweden geplanten Zielpunktes anzugeben. Alternativ können mathematische Ausdrücke von g(x,y) bezüglich eines jedweden Zielpunktes entwickelt werden, welche die experimentell erhaltenen Verteilungsdaten eng annähern. Kurvenanpassungstechniken, welche eine Entwicklung von Gleichungen ermöglichen, die zweidimensionale Intensitätsverteilungen darstellen, sind im Stand der Technik wohlbekannt und hierin nicht weiter erläutert.
• Fig. 5 ist ein Flußdiagramm zum Programmieren des Rechners 38 gemäß der vorliegenden Erfindung, um eine Datensequenz v zu erzeugen, in der jedes Element v(x) die vertikale Position y eines geplanten Zielpunktes des Strahles auf einer vertikalen Achse ("x-Achse") angibt, die durch einen separaten Punkt x auf der horizontalen Achse des Oszilloskopbildschirms verläuft. Beginnend in Block 50 wird der Wert von x auf 1 gestellt, um eine erste vertikale Achse nahe dem linken Rand der Wellenform zu bezeichnen. Als nächstes (Block 52) werden die Werte YMED(x) und YCENT(x) des Medians und des Schwerpunktes der Bildschirmintensitätsverteilung auf x-Achse berechnet und miteinander verglichen. Diese Werte werden aus der Intensitäts-Datenmatrix berechnet, die von der digitalisierenden Kamera 26 aus Fig. 4 erzeugt werden. Für typische Intensitätsverteilungen eines Elektronenstrahls in einem gut kalibrierten Oszilloskop ist der Zielpunkt auf der x-Achse üblicherweise, wenn auch nicht immer, in der Nähe der Spitze der Lichtintensität auf dieser Achse. Ist der Median auf geringerer Höhe als der Schwerpunkt (d.h. wenn YMED(x) < YCENT(x) ist), dann ist der Punkt der Spitzenintensität unter dem Median. Folglich sucht (Block 54) das Programm bei YMED(x) kleiner YCENT(x) (Block 52) anfänglich einen Punkt y auf der vertikalen x-Achse auf einer Höhe y von größer oder gleich 0 und kleiner oder gleich YMED(x), bei welchem Punkt die Größe V(x,y) des Faltungsintegrals gemäß obenstehender Gleichung [1] oder [2) ein Maximum ist. (Algorithmen zur zuverlässigen Bestimmung des Maximumwertes einer Funktion bezüglich einer unabhängigen Variablen sind im Stand der Technik wohlbekannt und hierin nicht weiter erläutert).
• Wenn y nicht gleich YMED(x) ist (Block 56), was angibt, daß eine Spitze für V(x,y) in dem Intervall 0 &le; y < YMED(x) gefunden wurde, dann wird der Wert des Wellenformsequenzelementes v(x) gleich y gesetzt (Block 60) und der Wert von x wird inkrementiert (Block 62). Wenn x nicht größer als XMAX ist (Block 64), wobei XMAX die Referenzzahl ist, welche mit der am weitesten rechts liegenden vertikalen Achse des Bildschirmes verbunden ist, die durch die Wellenform verläuft, für die ein Wert von y gefunden werden soll, dann kehrt das Programm auf Block 52 zurück, wo der Prozeß der Bestimmung des nächsten Wellenformsequenzelementes v(x) für den neuen Wert von x beginnt.
• Wenn in Block 56 bestimmt wird, daß der in Block 54 berechnete Wert von y gleich YMED(x) ist, dann kann der Wert von y, für den V(x,y) ein Maximum ist, größer als YMED(x) sein. Daher sucht in Block 58 das Programm nach dem Punkt y auf der x- Achse auf einer Höhe zwischen YMED(x) und YMAX (dem maximalen Wert, den y haben kann), bei welchem Punkt die Größe V(x,y) des Faltungsintegrals gemäß obenstehender Gleichung [1] oder [2] ein Maximum ist. Dieser Wert von y wird dann v(x) zugeordnet (Block 60). Bei YMED(x) größer als YCENT(x) (Block 52) sucht (Block 66) das Programm anfänglich nach einem Punkt y auf der vertikalen x-Achse auf einer Höhe zwischen YMED(x) und YMAX, bei dem die Größe von V(x,y) ein Maximum ist. Ist y nicht gleich YMED(x) (Block 68), was angibt, daß eine Spitze für V(x,y) über YMED(x) gefunden wurde, dann wird der Wert des Wellenformsequenzelementes v(x) gleich y gesetzt (Block 60). Wenn in Block 68 bestimmt wird, daß der in Block 66 berechnete Wert von y, für den V(x,y) ein Maximum ist, weniger als YMED(x) sein kann, dann sucht das Programm in Block 70 nach dem Punkt y auf der x-Achse auf einer Höhe zwischen 0 und YMED(x), bei dem V(x,y) ein Maximum ist. Dieser Wert von y wird dann v(x) zugeordnet (Block 62).
• Das Programm durchläuft in einer Schleife weiter die Blöcke 52-64, bis ein Wellenformdatensequenzelement v(x) für jeden Wert von x erzeugt ist, der kleiner oder gleich XMAX ist, wobei das Programm an diesem Punkt (Block 64) endet. Für die meisten Strahlintensitätsverteilungen werden die Suchroutinen in den Blöcken 58 und 70 nicht durchgeführt, da ein Maximumpunkt V(x,y) in den Blöcken 54 und 66 gefunden wird. Daher verringert der Entscheidungsschritt 52 normalerweise den Bereich von y-Werten, in dem die Suche nach einem Maximum V(x,y) durchgeführt werden muß, wodurch Verarbeitungszeit gespart wird. Eine zusätzliche Verringerung der Verarbeitungs zeit kann in den Blöcken 54, 58, 66 und 70 erzielt werden, indem die Suche anfangs auf einen Bereich zwischen YMED(x) und YMED(x)+/-(YMED(x)-YCENT(x)] eingeschränkt wird, da in typischen Strahlverteilungen für ein gut kalibriertes Oszilloskop der Maximumwert von V(x,y) in ein Intervall um YMED(x) fallen wird, welches gleich der Differenz zwischen YMED(x) und YCENT(x) ist.
• Es ist ebenfalls zu bemerken, daß die vertikalen Achsen des Bildschirmes, auf denen die Größe des Faltungsintegrals ausgewertet wird, um den Verlauf des Zielpunktes zu bestimmen, nicht direkt den vertikalen Achsen der CCD-Kondensator-Anordnung oder -Matrix entsprechen müssen. Dementsprechend kann die Auflösung, mit der der Verlauf des Zielpunktes bestimmt wird, durch Erhöhen oder Verringern der Anzahl vertikaler Achsen, auf denen das Faltungsintegral ausgewertet wird, um einen Zielpunkt zu finden, gesteigert oder verringert werden, wodurch die Anzahl von Elementen in der Datensequenz, welche den Verlauf des Zielpunktes darstellt, erhöht oder verringert wird. Außerdem ist ebenfalls zu bemerken, daß die Position eines Zielpunktes auf einer bestimmten vertikalen Achse, wie sie gemäß der vorliegenden Erfindung bestimmt wird, nicht der relativen Position eines beliebigen Kondensators in dem CCD entsprechen muß, sondern irgendwo auf der Achse auftreten kann. Die Auflösung, mit der der Zielpunkt des Maximums V(x,y) auf jedweder vertikalen Achse bestimmt wird, ist vorwiegend eine Funktion der Auflösung des bestimmten Suchalgorithmus, der in den Blöcken 54, 58, 66 und 70 aus Fig. 5 verwendet wird. Somit kann eine rechnererzeugte Wellenformanzeige, welche gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt wurde, im Grunde genommen das Verhalten eines Eingangssignals an ein analoges Oszilloskop deutlicher und genauer darstellen als eine auf dem Oszilloskopbildschirm erzeugte Wellenformanzeige, aus der die Wellenformdatensequenz abgeleitet wurde.
• In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Faltungsintegral, welches zur Bestimmung der Position eines Zielpunktes des Strahls auf jedweder bestimmten vertikalen Achse auf dem Oszilloskopbildschirm ausgewertet wird, ein zweidimensionales Oberflächenintegral, wie es in den obenstehenden Gleichungen [l] und [2] angegeben ist. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist das Faltungsintegral eindimensional, wobei die Integration nur auf der vertikalen Achse durchgeführt wird. In diesem Fall werden nur die Lichtintensitätsverteilung und die momentane Strahlverteilung bezüglich eines Zielpunkts auf der vertikalen Achse gefaltet. Bei dem alternativen Verfahren, das ein eindimensionales Faltungsintegral verwendet, wird typischerweise der Verlauf des geplanten Zielpunktes des Strahls nicht so genau aufgefunden wie bei dem bevorzugten zweidimensionalen Faltungsintegral-Verfahren, jedoch immer noch genauer als bei den Intensitätsverteilungsverfahren anhand von Spitze, Median oder Schwerpunkt aus dem Stand der Technik, und es sind weniger Berechnungen erforderlich als beim bevorzugten Verfahren.
• Es wurde ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, durch die der Verlauf des geplanten Zielpunktes eines auf eine Oberfläche gerichteten Strahls auf dieser Oberfläche digitalisiert werden. Der digitalisierte Strahlverlauf umfaßt eine Datensequenz, von der jedes Element die Position eines Punktes auf einer separaten parallelen Achse der Oberfläche angibt, für den der Wert eines Faltungsintegrals ein Maximum ist, wobei das Integral eine Funktion faltet, die die momentane Intensitätsverteilung des Strahles auf der Oberfläche beschreibt, bezüglich des Zielpunktes des Strahles, mit einer Funktion, die die zeitgemittelte Strahlintensitätsverteilung auf der Oberfläche beschreibt.
• Obwohl bevorzugte und alternative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung aufgezeigt und beschrieben wurden, ist es für den Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich, daß viele Veränderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne hierbei von der Erfindung in ihren breiteren Aspekten abzugehen.

Claims (6)

1. Ein Verfahren zur Digitalisierung des Verlaufs (f(x,y)) eines Zielpunktes eines sich bewegenden Strahles, welcher auf eine Oberfläche (24) gerichtet ist, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

Bestimmen eines gewissen Punktes (V(x,y) auf jeder einer Vielzahl paralleler Achsen der Oberfläche (24), für die ein zweidimensionales Faltungsintegral bezüglich des gewissen Punktes V(x,y) zweier Funktionen ein Maximum ist, wobei eine erste der zwei Funktionen (g(x,y)) eine sofortige Intensitätsverteilung des Strahles auf der Oberfläche (24) bezüglich der Position des Zielpunktes auf der Oberfläche umfaßt, und eine zweite der zwei Funktionen (w(x,y)) die die durchschnittliche Strahlintensitätsverteilung auf der Oberfläche (24) umfaßt, die erzeugt wird, wenn sich der Zielpunkt auf dem Strahl während einer endlichen Periode über die Oberfläche (24) bewegt; und

Erzeugen einer digitalen Datensequenz, in der jedes Datenelement der Sequenz die Position eines separaten der gewissen Punkte (V(x,y)) auf der Oberfläche darstellt.

2. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, worin der Schritt des Bestimmens weiterhin folgende Schritte umfaßt:

Auswerten der Größe des Faltungsintegrals, welches die Funktion (w(x,y)), welche die durchschnittliche Intensitätsverteilung des Strahles bezüglich der Position des Zielpunktes des Strahles auf der Oberfläche (24) darstellt, mit der Funktion (g(x,y)) faltet, welche die sofortige Intensitätsverteilung des Strahles in mindestens einer Dimension der Oberfläche (24) gemäß der Intensitätsdatenanordnung darstellt, wobei das Faltungsintegral bezüglich einer Vielzahl von Punkten auf jeder Achse einer Vielzahl paralleler Achsen auf der Oberfläche (24) ausgewertet wird; und

Auswählen, aus der Vielzahl von Punkten auf jeder der parallelen Achsen, eines gewissen Punktes (V(x,y)) auf jeder Achse, wobei die Auswahl durch Vergleichen der ausgewerteten Größe des Faltungsintegrals für jeden der Vielzahl von Punkten einer jeden Achse erfolgt.

3. Das Verfahren gemäß Anspruch 2, worin der gewisse Punkt (V(x,y)), der aus der Vielzahl von Punkten auf jeder Achse ausgewählt wurde, derjenige Punkt ist, für den die ausgewertete Größe des Faltungsintegrals ein Maximum ist.

4. Eine Vorrichtung zur Digitalisierung eines Verlaufs eines Zielpunktes eines Strahles, der auf eine Ebene (24) gerichtet ist, wobei der Strahl bezüglich des Zielpunktes eine sofortige Intensitätsverteilung in dieser Ebene (24) hat, wobei die Vorrichtung folgendes umfaßt:

eine Vorrichtung (26,27) zum Erzeugen einer Anordnung von Intensitätsdaten, wobei jedes Datenelement der Anordnung eine durchschnittliche Intensität von Abschnitten des Strahles darstellt, die während einer Periode auf einem separaten Abschnitt der Ebene (24) auftreffen, so daß die Intensitätsdatenanordnung eine zweidimensionale, durchschnittliche Strahlintensitätsverteilung über einen Bereich der Ebene (24) während dieser Periode darstellt; und gekennzeichnet durch

eine Datenverarbeitungsvorrichtung (38) zum Auswerten der Größe eines Faltungsintegrals, welches eine erste Funktion (g(x,y)), die die sofortige Intensitätsverteilung des Strahles bezüglich der Position des Zielpunktes des Strahles auf der Ebene (24) darstellt, mit einer zweiten Funktion (w(x,y)) faltet, welche die durchschnittliche Intensitätsverteilung des Strahles in der Ebene (24) darstellt, welche durch die Intensitätsdatenanordung dargestellt ist, wobei das Faltungsintegral bezüglich einer Vielzahl von Punkten auf jeder Achse einer Vielzahl parallel er Achsen auf der Ebene (24) ausgewertet wird, und zum Auswählen, aus der Vielzahl von Punkten auf jeder der parallelen Achsen, eines gewissen Punktes (V(x,y)) auf jeder Achse, für den das Faltungsintegral ein Maximum ist.

5. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 4, worin die Datenverarbeitungsvorrichtung 38 eine Datensequenz erzeugt, worin jedes Datenelement der Datensequenz Information trägt, die die Position auf der Ebene (24) eines separaten der gewissen Punkte (V(x,y)) auf den Achsen darstellt.

6. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 4, weiterhin gekennzeichnet durch:

eine Vorrichtung (22) zum Erzeugen eines Elektronenstrahles; und

eine Vorrichtung zum Positionieren des Schnittpunktes des Elektronenstrahles und der Oberfläche des Bildschirmes an einer Position auf einer ersten Achse der Ebene (24), die durch die Oberfläche des Bildschirmes gemäß der Größe des Eingangssignals (v(t)) definiert ist, und an einer Position auf einer zweiten Achse der Ebene (24) rechtwinklig zu der ersten Achse gemäß der Größe eines Ablenksignals, wobei der Strahl eine Intensitätsverteilung auf der Ebene (24) bezüglich des Zielpunktes in der Ebene (24) hat, wobei der Zielpunkt sich an einer Position auf der ersten Achse der Ebene (24) befindet, welche die Größe des zweiten Eingangssignals (v(t)) darstellt, und an einer Position auf der zweiten Achse der Ebene (24), welche die Größe des Ablenksignals darstellt.