DE743482C - Anordnung zur speichernden Bildaufzeichnung in Kathodenstrahlroehren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur speichernden Bildauf zeichnung in Kathodenstrahl-, insbesondere OsziHographenröhren, bei denen ein Oszillogramm oder ein Bild mit Hilfe eines Elektrooensträhies z. B. auf einen Leuchtschirm aufgezeichnet wird. Mit Hilfe der Anordnung nach der Erfindung ist es möglich, eine einmal-beschriebene Kurve oder ein Bild dauernd aufrechtzuerhalten, und' zwar so lange, bis es endgültig gelöscht wird.

Es sind Braunsche Röhren bekannt, bei

denen ein aufzeichnender Strahl auf ein mit einem schlecht leitenden Überzug versehenes Netz fällt, dort ein Ladungsbild schreibt und damit einen auf dieses' Netz- treffenden homogenen Elektronenstrom punktweise steuert. Die -Wirkung einer solchen. Anordnung ist wie die von zahlreichen nebeneinanderliegieniden Trioden; die Steuer wirkung des Netzes, das Punkt für Punkt von dem aufzeichnenden¹ Strahl überstrichen wird,- hört in jedem Punkt nach einer gewissen Zeit, in der die ihm zugeführte Ladung abgeflossen ist, wieder auf. Die Erfindung sieht dagegen eine Anordnung vor, bei der die Steuerwirkung unabhängig von dem Abfließen der Ladungen aufrechterhalten wird;

Nach der Erfindung wird in einer Anordnung zur, speichernden Bdldaufzeichnung in Karhodenstrahl-, insbesondere Oszillographenröhren, - bei der zwischen einer konstanten Elektronenquelle, die einen homogenen Strahl großen' Querschnitts liefert, und einem vorzugsweise als- Leuchtschirm ausgebildeten Elektronenauffänger ein von dieser Elektronenquelle bestrahltes sekundäremissionsfähiges Steuernetz angeordnet- ist, auf dem ein von -'einer zweiten Elektronenquelle ausgesandter Elektronenstrahl ein- Ladungsbild aufzeichnet, das den von der konstanten ■ Quelle herrührenden Strom steuert, das Steiuernetz über einen so hohen Widerstand

mit der ersten Elektronenquelle verbunden und diese so stark positiv gegenüber der zweiten das Bild aufzeichnenden Elektronenquelle vorgespannt, daß es an den vom Strom dieser zweiten Elektronenquelle getroffenen Stellen auf ein hohes positives Potential kippt, so daß der Strom der ersten Quelle es durchdringen kann, und daß letztere Quelle einen derartigen Strom erzeugt, daß der gekippte ίο Zustand aufrechterhalten wird. Die Erfindung beruht darauf, daß es möglich ist, ein Netz oder einen ähnlichen Körper mit Hilfe eines Elektronenstrahles für einen anderen Elektronenstrahl durchlässig zu machen. Das Netz, welches von beliebiger Struktur, lediglich mit Durchtrittsöffnungen versehen ist, wird im folgenden auch als Tor bezeichnet werden. Ist das Tor einmal geöffnet, so bleibt es offen. Die Erfindung sowie weitere Ausführungsformen des Erfindungsgedankens seien näher erläutert an Hand der Abbildungen.

Abb. ι erläutert das Prinzip der Erfindung·. Hier bedeuten 1 und 2 zwei Glühkathoden, von denen 2 ein niedrigeres Potential als 1 hat. Das zur Beschleunigung dienende Gitter 3 ist gegenüber 1 und 2 positiv. Als Tor wirkt das Gitter 4, welches über einen hohen Widerstand 5 mit der Kathode 1 verbunden ist. Zum Auffangen der Elektronen dient die Anode 6, die wiederum gegenüber dem Gitter 3 auf positivem Potential liegt.

Wird nun der Schalter 7 zur Kathode 1 geschlossen und werden dem Tor 4 verschiedene Potentiale V_g erteilt, so verläuft der Elektronenstrom I₈ in der in Abb. 2 dargestellten Weise. Ist V_s = 0, so ist der Strom ebenfalls Null, da alle Elektronen von dem Gitter 4 abgebremst und von dem Beschleunigungsgitter 3 gesammelt werden. Mit steigender Spannung nimmt der Strom zunächst zu, geht durch ein Maximum und nimmt alsdann infolge der aus 4 ausgelösten Sekundärelektronen, die von 3 aufgenommen werden, ab. Bei einer bestimmten Spannung überschreitet die Zahl der Sekundärelektronen die der auffallenden primären Elektronen; die Charakteristik schneidet die Abszissenachse. Bei noch höherem Potential wird der Strom wieder Null, da das Potential von 4 sich dem von 3 nähert, und das zwischen ihnen herrschende Feld vermag die Sekundärelektronen nicht mehr abzuziehen. Die in Abb. 2 dargestellte Kurv.e ist die bekannte Dynatroncharakteristik. Ist das Tor 4 wie in der Anordnung nach Abb. ι mit der Kathode 1 über einen hohen Widerstand 5 der Größe R verbunden, so gibt es drei Gleichgewichtszustände, deren Konstruktion aus Abb. 2 ersichtlich ist. Sie stellen So die Schnittpunkte der Dynatroncharakteristik mit der Widerstandsgeraden I_g = V_g/R dar und sind mit O, A und B bezeichnet. Von diesen drei Punkten sind O und B stabil, A dagegen instabil. An und für sich befindet sich das Tor im Zustand O und treibt alle Elektronen zurück. Ist es aber einmal über den Punkt .4 hinaus gelangt, so nimmt es von selbst den zweiten stabilen Zustand/? an, so lange, bis ihm ein genügend starker negativer Impuls erteilt wird, so daß es nach O zurückgeht. :

Wenn nun das Tor geöffnet werden soll, so wird der zur Kathode 2 führende Schalter 8 geschlossen. Diese Kathode liegt dann auf negativem Potential gegenüber 1, und die von ihr ausgehenden Elektronen treffen auf das Tor auf. Ist das zwischen 1 und 2 liegende Potential genügend klein, so geschieht zunächst nichts, und zwar so lange, wie die auf 4 "auftreffenden Elektronen weniger als ein Sekundärelektron auslösen. Vergrößert man die negative Spannung von 2 weiterhin, so nimmt das Potential des Gitters 4 zu, und es bewegt sich, falls auch noch der Strom von 2 genügend stark ist, über den Punkte, hinaus. Das Tor geht dann in den stabilen Zustand B über und bleibt darin selbst dann, wenn der Schalter 8 wieder geöffnet wird, da nun die von 1 kommenden Elektronen das Gleichgewicht aufrechterhalten. Ein Teil dieser Elektronen geht durch das Tor 4 zur Anode 6, während ein kleinerer Teil zur Aufrechterhaltung des Potentials von 4 dient. Durch kurzzeitiges Einschalten der Kathode 2 ist also unter diesen Bedingungen das Tor für den von 1 kommenden Elektronenstrom dauernd geöffnet. Das Tor kann wieder geschlossen werden, indem z. B. der Schalter 7 kurzzeitig geöffnet wird.

Die im vorstehenden ' beschriebene Erschemung· wird gemäß der Erfindung zur Aufrechterhaltung· des in einer Braunschen Röhre geschriebenen Bildes benutzt. Dazu wird das Gitter beispielsweise in der folgenden Art ausgeführt. Der metallische Kern eines Netzes oder Gewebes ist mit einer dünnen Schicht aus isolierendem oder halbleitendem Stoff bedeckt. Der Kern kann aus Metallen, wie Aluminium, Zirkon oder Tantal, und die isolierende Schicht darauf durch Oxydation bzw. durch oberflächliche elektrolytische Behandlung hergestellt werden. Auf dieser Isolierschicht ist eine unzusammenhängende Schicht von Metallen mit guter Sekundäremission aufgebracht. Es ist möglich, diese kleinen Metaliteilchen aufzuspritzen oder aus einem Kolloid auszufällen, wobei darauf geachtet werden muß, indem z. B. ein Schutzkolloid hinzugefügt wird, daß die Körnchen keine zusammenhängende leitende Schicht bilden. Das entstandene System kann als eine große Zahl unabhängiger Gitter aufgefaßt

werden, von denen jedes so -wirkt wie ~ das Tor 4 in Abb. i. Herstellungsverfahren ähnlicher Art sind bekannt.

Eine Kathodenstrahlröhre nach der Erfindung zeigt Abb. 3. Diese Röhre kann für Oszillographen- und Eernsehzwecke Verwendung finden. Das Tor 16 besteht aus sehr feinmaschigem Geflecht und ist in der oben beschriebenen Weise hergestellt. Es wird ständig von einem Elektronenstrom bestrahlt, der von der Kathode 17 ausgeht. Weiterhin wird es bestrichen von einem feinen Elektronenstrahl, der von der Aufzeichnungskathode 18 kommt. Das Gitter möge sich zunächst im Zustand O befinden. Diesen Zustand nimmt es im Ruhezustand infolge der geringen Leitfähigkeit seines= Überzuges von selbst an. Wenn jetzt der Aufzeichniongs,-strahl über das Gitter geführt wird und z. B. eine Kurve darauf schreibt, öffnet er die Maschen, die 'er getroffen hat. Mit Hilfe einer magnetischen Linse, die durch die Spule 19 dargestellt ist, wird auf dem Leuchtschirm 20, der-auf hohem Potential gegenüber 17 liegt, in bekannter Weise ein Elektronenbild des Tores 16 hergestellt. Dieses Bild bleibt nach der Aufzeichnung durch den von 18 kommenden Strahl so- lange bestehen, wie das Tor von dem von der Kathode 17 auisgehenden Strahl getroffen wird. Die Anordnung eignet sich 'daher sehr gut als Kathodenstrahloezül'Ograph für einmalige Vongänge, die auf dem Schirm beliebig lange beobachtet oder photographiert werden können. ■35 Ebenso kann die Röhre nach der Erfindung für Fernsehzwecke benutzt werden. Sie eignet sich besonders" für Großprojektion, ohne daß der Leuchtschirm zerstört wird. Bei den bekannten Röhren mit hoher Auflösung bedeckt nämlich der Elektronenfleck einen Punkt des Scnirmes nur für V60000 ^oder sogar V₁₀₀₀₀O der Bildzeit, so daß der LeuchtfLeck sehr heu sein muß, um ednien bleibenden Bildeindruek zu erzeugen'. Unter Benutzung· der Röhre nach der Erfindung kann dagqgen die Zeit, in der der Leuchtschirm erregt wird, einen beliebigen Bruchteil, selbst'bis zu 100O/0, der Gesamtzeit betragen. Infolgedessen, wird die Temperatur, auf die der Schirm gebracht wird, außerordentlich, erniedrigt bzw¹, kann die von dem Schirm zu erhaltende Lichtmenge um das Mehrtausendfache erhöht werden. Es ist ferner möglich, auch bei der Röhre nach der Erfindung zur Verlängerung der Lebensdauer des Schirmes diesen ■ in an sich bekannter Weise intensiv zu kühlen, z. B. mit Wasser. Diese Maßnahme wird hier mit noch größerem Erfolg angewendet als bei den üblichen Kathodenstrahlröhren, da die Wärmeleitfähigfio keit des Schirmstoffes nicht groß genug ist, um bei diesen' Röhren eine beträchtliche Menge der Wärme, die von dem Elektronenstrahl in io-⁶ Sekunden oder weniger erzeugt wird, abfließen zu lassen. Ein weiterer Vorteil der Röhre nach der Erfindung besteht darin, daß die Größe der Kathode, deren Elektronen den Leuchtschirm erregen, beliebig sein kann, .da ja ihr- Strahl nicht auf einen kleinen Punkt fokussiert zu werden braucht, sondern zur gleichmäßigen Bestrahlung des Tones dient. Diese Kathode kann daher so groß gemacht werden, daß sie einen Strom von etwa 100 m/A. liefert und z.B.bei 5000 Volt Anodenspannung· ■einige-i 00 Watt und mehrere 1000 Lumen auf dem Schirm erzeugt, der nun natürlich wassergekühlt sein muß.

Weitere Einzelheiten zur Durchführung des Erfindungsgedankens sind der Abb. 3 zu entnehmen. Es ist zweckmäßig, die Strahlenquellen so anzuordnen, daß beide Strahlen ungefähr dieselbe Richtung haben und beide etwa senkrecht auf das Gitter 16 auffallen;. In der Anordnung nach Abb. 3 wird das dadurch erreicht, daß die den Nutzstrahl liefernde Kathode 17 in Form einer Scheibe ausgebildet ist, die durch den Draht 21 geheizt wird und in der Mitte eine Öffnung 22 besitzt, durch die der aufzeichnende Strahl durchtritt.

Das Ablenksystem für den aufzeichnenden Strahl ist so gewählt, daß dieser stets durch die Öffnung 22 geht, aber unter verschiedenen Winkeln. Es sind nämlich doppelte Ablenksysteme vorgesehen, von denen jedes aus zwei Plattenpaaren besteht, die so· miteinander verbunden sind, daß sie Ablenkungen in entgegengesetzten Richtungen, aber das zweite in größerem Betrage als das erste, bewirken. Die vertikale Ablenkeinrichtung besteht aus den Plattenpaaren 23, 24 und 25, 26, wobei 23 mit 26 und 24 mit 25 verbunden ist.

Die aus der Kathode 17 kommenden Elektronen werden durch die Blende 27 beschleunigt, die zusammen mit der Kathode ein Immersions system bildet, wtelches als Zer-Streuungslinse wirkt und eine gleichmäßige Bestrahlung- von 16 herbeiführt. Die Blende setzt sich im Zylinder 28 fort, der auch zur Sammlung der vom Gitter 16 ausgehenden Sekundärelektronen dient.

Um die Anordnung zur Herstellung getönter Bilder verwenden zu können, soll das Gewebe so fein sein, daß der aufzeichnende Strahl mehrere Maschen auf einmal bedecken kann. "Wird der Durchmesser des Strahles geändert, so· ändert sich die Breite der auf dem Schirm geschriebenen Linie und damit ihre scheinbare Helligkeit.

Soll die Anordnung für Fernsehzwecke verwendet werden, so müssen Mittel vorgesehen iao sein, um jedes Bild zu löschen, bevor das nächste erscheint. Das könnte z. B. dadurch

geschehen, daß die Kathode 17 am Ende jedes Bildes ausgeschaltet wird. Dann würden jedoch die zuletzt gezeichneten Punkte mit kleinerer Intensität erscheinen als die am Anfang des Bildes liegenden Punkte. Dieser Nachteil läßt sich nach einem weiteren Erfmdungsgedanken dadurch vermeiden, daß dem den Leuchtschirm treffenden Strahl ein solcher Querschnitt gegeben wird, daß er auf dem Leuchtschirm ein Band oder einen Streifen erzeugt und daß er dem aufzeichnenden Strahl nachgefühlt wird.

Eine derartige Einrichtung ist in Abb. 4 dargestellt. Hier ist 29 eine streifenförmige '5 Kathode. Durch elektronenoptische Abbildu'ngsmittel wird ihr vergrößertes Bild 31 auf das Tor 30 geworfen. Mit Hilfe der Ablenkplatten 32,33 wird dieses Bild in vertikaler Richtung bewegt. Der aufzeichnende Strahl | wird von der Kathode 34 geliefert und durch i die Plattenpaare 3 5,36 und 37,38 abgelenkt. Die vertikale Geschwindigkeit' des aufzeichnenden Strahles ist dabei die gleiche wie die des Streif ens 31 · zu diesem Zweck kann z.B. die Platte 32 mit der Platte 38 und ^3 ^m^ 2,7 verbunden sein. Jede Stelle' des Leuchtschirmes wird also so lange von Elektronen beaufschlagt, wie der Streifen 31 über die entsprechende Stelle des Tores 30 läuft. Danach wird das Bild gelöscht. Die Breite des Bandes 31 kann so gewählt werden, daß sie gleich der der dunklen Linien ist, die am Ende jedes Bildes übertragen werden. Wird noch eine stärkere Beleuchtung gewünscht, j so können zwei Streifen verwendet werden, die durch einen dünnen dunklen S-treifen getrennt sind, welcher dem aufzeichnenden Strahl vorhergeht und das Bild löscht. Auf diese Weise kann fast die ganze Zeit zur Büdaufzeichnung nutzbar gemacht werden.

Wie bereits oben erwähnt, kann die Modulierung der Fleckhelligkeit durch Veränderung des Durchmessers des Strahles erreicht werden. Dann entstehen Linien verschiedener Breite. Es erfolgt somit eine Änderung der Helligkeit nur proportional dem Fleckdurch- j messer. Es ist daher vorteilhaft, zur Er- | • zielung einer Helligkeitsänderung proportional ! der Fleckfläche den aufzeichnenden Fleck . sprunghaft von einem Bildpunkt zum anderen j zu bewegen, so daß man einen Raster erhält, | wie er beim Bilddruck üblich ist. Eine der- ; artige Bewegung kann dadurch erhalten werden, daß der horizontalen Bewegung des auf- ; zeichnenden Strahles eine Schwingung über- | lagert wird, deren Frequenz gleich der Bild- j punktfrequenz ist. Durch diesen Kunstgriff | wird das Bild in eine Zahl von Flecken verschiedenen Durchmessers aufgelöst, und der von jedem Punkt erzeugte Lichteindruck ist der Fläche des Fleckes, d.h. dem Quadrat seines Durchmessers, proportional. Enthält z. B. die Fläche eines Bildpunktes 5X5 Maschen des Netzes, so kann eine Gradation im Verhältnis 1:25 erfolgen, während sie im Falle linearer Beeinflussung nur 1: 5 beträgt. Tatsächlich erfolgt die Gradation in noch stärkerem Maße, als es die Verhältnisse der Flächen angeben. Ist nämlich nur eine Masche geöffnet, so wird sie zum Teil durch die umgebenden geschlossenen Maschen abgeschirmt, während bei maximaler Größe des Fleckes eine Abschirmung praktisch nicht auftritt.

Claims (12)

1. Patentansprüche:

   i. Anordnung zur speichernden Bildaufzeichnung in Kathodenstrahl-, insbesondere Oszillographenröhren, bei der zwischen einer konstanten Elektronenquelle, die einen homogenen Strahl großen Querschnittes liefert, und einem vorzugsweise als Leuchtschirm ausgebildeten Elektronenauffänger ein von dieser Elektronenquelle bestrahltes aekundäremissionsfähiges Steuernetz angeordnet ist, auf dem ein von einer zweiten Elektronenquelle ausgesandter Elektronenstrahl ein Ladungsbild aufzeichnet, das den von der konstanten Quelle herrührenden Strom steuert, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuernetz über einen so hohen Widerstand mit der ersten Elektronenquelle verbunden und diese so stark positiv gegenüber der zweiten das Bild aufzeichnenden Elektronenquelle vorgespannt ist, daß es an den vom Strom dieser zweiten Elektronenquelle getroffenen Stellen auf ein hohes positives Potential kippt, so daß der Strom der ersten Quelle es durchdringen kann, und daß letztere Quelle- einen derartigen Strom erzeugt, daß der gekippte Zustand aufrechterhalten wird.
2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuernetz aus einem mit Isolierstoff überzogenen Metallgewebe besteht, auf dem eine unzusammenhängende Schicht eines gut sekundäremittierenden Metalls angebracht ist, und daß der isolierende Überzug des Metallgewebes z.B. durch oberflächliche elektrolyrische Behandlung des Gewebes hergestellt ist.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Netz und Schirm Elektronenlinsen zur Abbildung des Netzes auf den Schirm vorgesehen sind.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die konstante Elektronenquelle zwischen der zweiten Quelle und dem Netz angebracht und als ringförmige Fläche ausge-
5. bildet ist, deren im Mittelpunkt errichtete Flächennormale mit dem unabgelenkten Strahl der zweiten Quelle zusammenfällt. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ablenkung des aufzeichnenden Strahles der zweiten Quelle in jeder der beiden Richtungen zwischen der zweiten und der ersten Elektronenquelle je zwei gegenphasig gesteuerte Ablenkplattenpaare vorgesehen sind, deren Ablenkungen derart voneinander abhängen, daß der Strahl bei allen Ablenkwinkeln stets durch den Mittelpunkt der ersten Elektronenquelle verläuft.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, insbesondere für Femsehzweckie, mit 'einer Braunschen Röhre mit Intensitätssteuerung, gekennzeichnet durch eine veränderliche Größe des Querschnittes des aufzeichnenden Strahles der zweiten Quelle in der Netzebene und eine solche Maschenweite des Netzes, daß der Strahl je nach der 'erwünschten Helligkeit eine oder mehrere Maschen bedeckt.
7. 7. Anordnung zur Fernsehwiedergabe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um den aufzeichnenden Strahl sprunghaft von einem Bildpunkt zum anderen zu führen.
8. . 8. Braunsche Röhre nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der horizontalen Ablenkspannung eine Wechselspannung überlagert ist, deren Frequenz gleich der Zahl der Bild'punkte ist.
9. 9. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind,. um den von der ersten Elektronenquelle kommenden und auf das Netz auffallenden Elektronenstrom zu unterbrechen.
10. 10. Anordnung zur Wiedergabe von Fernsehbildern nach Anspruch 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Quelle einen bandförmigen Strahl erzeugt, indem z. B. diese Quelle bandförmig, Vorzugsweise als senkrecht zur Strahlachse liegender Draht, und die den ihr entstammenden Elektronenstrahl formenden Linsen als Zylinderlinsen ausgebildet sind und daß dieser Strahl dem aufzeichnenden Strahl der zweiten Quelle senkrecht zur Streifenbreite nachgeführt wird.
11. 11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Streifens derart gewählt ist, daß sie gleich der der dunklen Linien am Ende jedes Bildes isit.
12. 12. Anordnung zur Wiedergabe von Fernsehbildern nach Anspruch 6 bis 9, dadurch gekennzeichnetj daß der von der ersten Elektronenquelle ausgehende Elektronenstrahl in Form zweier Streifen auf das Netz auffällt, die durch eine dunkle Linie voneinander getrennt sind, und daß durch die Ablenkmittel die dunkle Linie ß₅ unmittelbar vor dem aufzeichnenden Strahl der zweiten Quelle geführt wird.

    Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden:

    französische Patentschrift ... Nr. 798 366, französische Zusatzpatentschrift Nr. 47 504.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen