DE825562C - Image pickup tubes for television broadcasting purposes - Google Patents
Image pickup tubes for television broadcasting purposesInfo
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Description
S. 175)P. 175)
AUSGEGEBEN AM 20. DEZEMBER 1951ISSUED DECEMBER 20, 1951
Ei2?7VIIIa/2ia1 Ei2? 7VIIIa / 2ia 1
ist in Anspruch genommenis used
Die Erfindung bezieht sich auf Bildaufnahmeröhren für die Zwecke der Fernsehübertragung o. dgl.The invention relates to image pick-up tubes for television broadcasting purposes or the like
Bei Fernsehaufnahmeröhren kann ein bemerkenswerter Vorteil erzielt werden, wenn das optische Bild des zu übertragenden Gegenstandes nicht unmittelbar auf den vom Elektronenstrahl abgetasteten Schirm, sondern auf eine photoempfindliche Elektrode projiziert und das dort erzeugte Elektronenbild danach auf den Schirm projiziert wird. Bei einer Fernsehaufnahmeröhre dieses Typs, die zum Elektronenbildtyp gerechnet werden kann, ist anzustreben, daß die Achse des elektronenoptischen Systems senkrecht zur Achse des Schirmes ist, so daß konstruktive und Bündelungsschwierigkeiten auf ein geringstes Maß herab gesetzt werden können. Bei Röhfenkonstruktionen mit Kathodenpotentialstabilisation derart, daß im Betrieb der Elektronenstrahl, der den Schirm abtastet, darauf mit der Geschwindigkeit Null trifft, ao ist anzustreben, daß der Strahl sich dem Schirm mit senkrechtem Einfall nähert, da die Aufrechterhaltung des Strahles mit genauer Bündelung wichtig ist. Da ferner üblicherweise die Bündelung mit Hilfe einer Bündelungsspule erfolgt, die die Röhre umschließt und sich über den Schirm hinaus erstreckt, so würden konstruktive Schwierigkeiten entstehen, wenn der Abtaststrahl schräg auf den Schirm projiziert würde, wie bei einigen Ausführungsformen von Aufnahmeröhren des Elektronenbildtyps*, die mit Anodenpotentialstabilieation arbeiten, d. h. mit Abtastung mit hoher Geschwin-In the case of television pick-up tubes, a remarkable advantage can be obtained if the optical Image of the object to be transferred not directly on that scanned by the electron beam Screen, but is projected onto a photosensitive electrode and what is generated there Electron image is then projected onto the screen. With a television pickup tube of this type, which can be counted as electron image type, the aim should be that the axis of the electron-optical System is perpendicular to the axis of the screen, so that structural and bundling difficulties are reduced to a minimum can be set. In tube structures with cathode potential stabilization such that im Operation of the electron beam that scans the screen, hits it at zero velocity, ao it is desirable that the ray approaches the screen with normal incidence, since the maintenance of the beam with precise focus is important. Since also usually the bundling with the help of a bundling coil that surrounds the tube and extends beyond the screen extends, so constructive difficulties would arise if the scanning beam obliquely on the Screen would be projected, as in some embodiments of electron image-type pick-up tubes *, who work with anode potential stabilization, d. H. with high-speed scanning
' digkeit. Deshalb ist in letzter Zeit vorgeschlagen bei Röhren des Elektronenbildtyps, die mit Kathodenpotentialstabilisation arbeiten, einen sog. doppel seitigen Schirm zu verwenden, wobei der im folgenden Kanone genannte Elektronenstrahlerzeuger und die photoempfindliche Elektrode an verschiedenen Seiten davon angeordnet sind. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß doppelseitige Schirme eine Anzahl von Nachteilen mit sich bringen. ίο Der Gegenstand vorliegender Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Bildaufnahmeröhre für die Zwecke der Fernsehübertragung o. dgl., und zwar einer Elektronenbildröhre ohne Verwendung eines doppelseitigen Schirmes, in der von einem Ende4 zum anderen aufeinanderfolgend eine photoelektrische Kathode zur Umwandlung eines optischen Bildes in ein Elektronenbild, eine Elektronenkanone und ein Schirm, welcher von einem von der Elektronenkanone erzeugten Elektronenstrahl abao getastet wird, angeordnet sind. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind Mittel vorgesehen, um zwischen photoelektrischer Kathode und Kanone und zwischen Kanone und Schirm entgegengesetzt gerichtete Ablenkfelder zu erzeugen, so daß zwar der von der Elektronenkanone erzeugte Abtaststrahl über den Schirm geführt wird, die Einwirkung der Ablenkspannungen auf das von der photoelektrischen Kathode auf den Schirm projizierte Elektronenbild jedoch aufgehoben wird. Die Erfindung wird nun als Beispiel an Hand der Zeichnungen erläutert.'diness. Therefore, it has recently been proposed to use a so-called double-sided screen in tubes of the electron image type which operate with cathode potential stabilization, the electron gun and the photosensitive electrode being arranged on different sides thereof. However, it has been found that double-sided screens have a number of disadvantages. The object of the present invention is to provide an improved image pickup tube for the purposes of television broadcasting or the like, namely an electron picture tube without using a double-sided screen, in which from one end 4 to the other successively a photoelectric cathode for converting an optical image into a Electron image, an electron gun and a screen which is scanned by an electron beam generated by the electron gun abao are arranged. According to the present invention, means are provided to generate oppositely directed deflection fields between the photoelectric cathode and the gun and between the gun and the screen, so that although the scanning beam generated by the electron gun is guided over the screen, the effect of the deflection voltages on that of the photoelectric cathode however, the electron image projected on the screen is canceled. The invention will now be explained as an example with reference to the drawings.
Fig. ι stellt ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Bildaufnahmeröhre dar;Fig. Ι shows an example of an inventive Image pickup tube;
Fig. 2 ist eine abgeänderte Aus.führungsform der in Fig. ι dargestellten Vorrichtung.FIG. 2 is a modified embodiment of the device shown in FIG.
Die in Fig. 1 dargestellte Röhre besteht aus einem luftleeren Glaskolben 1, welcher an einem Ende mit einem Fenster 2 versehen ist, an welchem sich eine photoelektrische Kathode 3 befindet. Am anderen Ende der Röhre 1 befindet sich ein Schirm, welcher aus einer dünnen Schicht dielektrischen Materials 4 und einer leitenden Signalelektrode 5 besteht. Die Schicht 4 liegt der Photokathode 3 gegenüber und die Elektrode 5 dahinter an der von der Photokathode 3 abgelegenen Seite. Zwischen der Photokathode 3 und der Schicht 4 ist eine Elektronenkanone 6 angeordnet, welche aus Glühkathode 7, Modulationselektrode 8 und Anode 9 besteht. Diese erwähnten Elektroden liegen koaxial, und ihre gemeinsame Achse verläuft quer zur Achse des Kolbens 1. Die in der Zeichnung dargestellte Lage in der Mitte zwischen der Elektronenkanone 6, zwischen der Elektrode 3 und der Schicht 4 ist zwar wünschenswert, jedoch nicht unbedingt erforderlich. Elektrode 3, Elektronenkanone 6 und Schicht 4 liegen hintereinander, und die Elektrode 3 und Schicht 4 stehen senkrecht zur Achse des Kolbens 1. Die Anode der Elektronenkanone erstreckt sich fast ganz über den Kolben 1, und der Durchmesser der Kanone 6 ist so klein wie möglich gewählt, um den Schattenwurf auf der dielektrischen Schicht 4 minimal zu machen. In der Zeichnung ist der Durchmesser der Elektronenkanone zwecks besserer Deutlichkeit vergrößert dargestellt. Gegenüber der Schicht 4 sind im Bereich der Mittelachse des Kolbens 1, wie dargestellt, kleine kreisförmige Öffnungen in der Modulationselektrode 8 und Anode 9 vorgesehen, und auf der Glühkathode 7 ist unterhalb dieser Öffnungen elektronenemittierendes Material aufgebracht. Die Kathode der Elektronenkanone 6 ist geerdet, die Anode 9 ist mit dem positiven Pol 10 einer Spannungsquelle von etwa + 300 Volt und die Modulationselektrode 8 mit einer eine geeignete Vorspannung liefernden Quelle 11 verbunden. Zwisehen der Elektronenkanone 6 und der dielektrischen Schicht 4 ist an der Innenfläche des Kolbens 1 eine Wandelektrode 12 aus Widerstandsmaterial vorgesehen. Die Wandelektrode 12 ist an ihrem neben der Kanone liegenden Ende mit der erwähnten Spannungsquelle 10 und am anderen nahe der Schicht 4 liegenden Ende mit Erde verbunden, so daß entlang der Wandelektrode von links nach rechts (in der Zeichnung) ein gleichförmiger Spannungsfall auftritt, welcher dazu dient, effektiv ebene senkrecht zur Mittelachse des Kolbens 1 stehende Äquipotentialflächen zwischen der Kanone 6 und der dielektrischen Schicht 4 aufzurichten. Diese Äquipotentialflächen bremsen den aus der Elektronenkanone austretenden Elektronenstrahl ab, so daß er sich dem Schirm mit einer geringen Geschwindigkeit nähert. Zwischen der Kanone 6 und der Elektrode 3 ist eine ähnliche Widerstands-Wandelektrode 13 an der Innenfläche des Kolbens vorgesehen. Die Wandelektrode 13 ist an ihrem neben der Elektronenkanone liegenden Ende mit der Spannungsquelle 10 und an ihrem anderenEnde mit dem negativen Pol einer Spannungsquelle von z. B. — 500 Volt verbunden, so daß die hierdurch von der Wandelektrode hervorgerufenen Äquipotentialflächen das an der Photoelektrode 3 frei werdende Elektronenbild in Richtung auf die Elektronenkanone 6 beschleunigen. Die Photo- , kathode 3 liegt an der Spannungsquelie 15. Bei 14 ist ein optisches System schematisch dargestellt, welches die Aufgabe hat, den zu übertragenden Gegenstand auf der Elektrode 3 abzubilden.The tube shown in Fig. 1 consists of an evacuated glass bulb 1, which is attached to a The end is provided with a window 2 on which a photoelectric cathode 3 is located. At the other end of the tube 1 is a screen, which consists of a thin layer of dielectric Material 4 and a conductive signal electrode 5 consists. The layer 4 lies on the photocathode 3 opposite and the electrode 5 behind it on the side remote from the photocathode 3. Between the photocathode 3 and the layer 4, an electron gun 6 is arranged, which consists of a hot cathode 7, modulation electrode 8 and anode 9. These electrodes are coaxial, and their common axis is transverse to the axis of the piston 1. The one shown in the drawing Location in the middle between the electron gun 6, between the electrode 3 and the Layer 4 is desirable, but not essential. Electrode 3, electron gun 6 and layer 4 are one behind the other, and the electrode 3 and layer 4 are perpendicular to Axis of the piston 1. The anode of the electron gun extends almost completely over the piston 1, and the diameter of the cannon 6 is chosen as small as possible in order to avoid the casting of shadows on the to make dielectric layer 4 minimal. In the drawing is the diameter of the electron gun shown enlarged for the sake of clarity. Opposite the layer 4 are im Area of the central axis of the piston 1, as shown, small circular openings in the modulation electrode 8 and anode 9 are provided, and on the hot cathode 7 is below these openings electron-emitting material applied. The cathode of the electron gun 6 is grounded, the anode 9 is connected to the positive pole 10 of a voltage source of about + 300 volts and the modulation electrode 8 is connected to a source 11 providing a suitable bias voltage. Between the electron gun 6 and the dielectric layer 4 is on the inner surface of the piston 1 a wall electrode 12 made of resistance material is provided. The wall electrode 12 is on her next to the cannon lying end with the mentioned voltage source 10 and close to the other of the layer 4 lying end connected to earth, so that along the wall electrode from left to on the right (in the drawing) a uniform voltage drop occurs, which serves to effectively flat equipotential surfaces perpendicular to the center axis of the piston 1 between the Gun 6 and the dielectric layer 4 to be erected. These equipotential areas slow down the from the electron beam emerging from the electron gun, so that it hits the screen with a approaching low speed. Between the cannon 6 and the electrode 3 there is a similar one Resistance wall electrode 13 on the inner surface of the piston provided. The wall electrode 13 is located next to the electron gun End to the voltage source 10 and at its other end to the negative pole of a voltage source of e.g. B. - 500 volts connected so that the Equipotential surfaces caused by the wall electrode as a result, the on the photoelectrode 3 Accelerate the electron image that is released in the direction of the electron gun 6. The photo, Cathode 3 is at the voltage source 15. At 14 an optical system is shown schematically, which has the task of the to be transmitted To image the object on the electrode 3.
Die Vorrichtung enthält zwischen der Kanone 6 und der dielektrischen Schicht 4 Ablenkspulen (schematisch bei 16 dargestellt), welche mit Säge- n0 zahnströmen von Zeilen- und Bildfrequenz gespeist werden, um den Elektronenstrahl aus der Kanone 6 in senkrecht aufeinander stehenden Richtungen abzulenken, so daß der Strahl in bekannter Weise die dielektrische Schicht 4 abtastet. Der rechts von der u5 Kanone 6 liegende Teil des Kolbens 1 ist von einer koaxial zum Kolben 1 liegenden Fokussierspule 17 umgeben. Die Signalelektrode 5 liegt über eine Belastungsimpedanz 18, von welcher über die Leitung die Signale abgenommen werden, an Erde. ί20 Zwischen der Kanone 6 und der Elektrode 3 sind weitere Ablenkspulen 20 vorgesehen, die den Spulen 16 ähnlich, jedoch in entgegengesetztem Sinn angeschlossen sind. Die Spulen 20 werden mit Sägezahnströmen gespeist, welche identisch mit denen an die Spulen 16 angelegten sind. Der linksThe apparatus includes between the gun 6 and the dielectric layer 4 deflection coils (shown schematically at 16) n with sawing 0 dental flow from line and frame frequency are energized to deflect the electron beam from the gun 6 in mutually perpendicular directions, so that the beam scans the dielectric layer 4 in a known manner. The part of the piston 1 lying to the right of the u 5 cannon 6 is surrounded by a focusing coil 17 lying coaxially to the piston 1. The signal electrode 5 is connected to earth via a load impedance 18, from which the signals are picked up via the line. ί20 between the gun 6 and the electrode 3 other deflection coils 20 are provided which are the coils 16 similar, but connected in the opposite sense. The coils 20 are fed with sawtooth currents which are identical to those applied to the coils 16. The one on the left
der Kanone 6 liegende Teil der Röhre ist, wie dargestellt, von einer Fokussierspule 21 umgeben. Hierdurch wird, wenn ein optisches Bild auf die Elektrode 3 projiziert wird, das an der letzteren frei werdende Elektronenbild von der Wandelektrode 13 beschleunigt und, während es von den Spulen 21 und 17 fokussiert wird, an der Kanone 6 vorbei auf die dielektrische Schicht 4 geschleudert und dort mit einer Geschwindigkeit entsprechend etwa 500 Elektronen-Volt im wesentlichen mit normaler Heftigkeit einfallen. Hierdurch wird an der dielektrischen Schicht 4 eine reichliche Sekundärelektronenemission hervorgerufen und in bekannter Weise auf dem Schirm ein dem optischen Bild entsprechendes Ladungsbild erzeugt durch positives Aufladen der Elenientarkapazitäteu des Schirmes. Die den Bildelektronen zuteil werdende Ablenkung durch die Spulen 20 ist derjenigen durch die Spulen 16 bewirkten Ablenkung entgegengesetzt gerichtet, ίο wodurch die ersterwähnten Spulen dazu dienen, effektiv die von den zweiten bewirkten Ablenkungen aufzuheben, so daß das Elektronenbild effektiv ohne eine resultierende Ablenkung auf die dielektrische Schicht 4 projiziert wird. In Fig. 1 sind punktiert bzw. strichpunktiert zwei extreme Ablenkungen des Elektronenbildes in vertikaler Richtung dargestellt. Da jedoch der Elektronenstrahl aus der Kanone 6 nur die von den Spulen 16 erzeugten Ablenkfelder durchquert, tastet er die j dielektrische Schicht 4 ab und stabilisiert sie in üblicher Weise periodisch auf Kathodenpotential, wodurch an der Impedanz 18 dem Ladungsbild entsprechende Signale auftreten. Die Fokussierspule 17 dient zum Sammeln des Abtaststrahles. .i5 Dadurch, daß die Teile der Wandelektroden 12 und 13 in der Nähe der Kanone und der Anode 9 der Kanone 6 auf gleichem Potential gehalten werden, wird eine Verzerrung des Elektronenbildes infolge eines Einwirkens der Anode 9 auf die Elektronen im wesentlichen verhindert. Trotz allem werden jedoch einige Elektronen des Elektronenbildes von der Anode 9 abgefangen, so daß effektiv j ein Schatten der Kanone über die dielektrische , Schicht 4 streicht, weshalb es wünschenswert ist, daß die Kanone in bezug auf die Achse des KoI- ! bens ι symmetrisch angeordnet sein sollte. Weiterhin ist es bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung erforderlich, daß der Durchmesser des Glas- j kolbetis mindestens zweimal so groß ist wie die Länge der Diagonalen der l'hotokathodenrläche 3, auf welche das optische Bild des zu übertragenden Gegenstandes projiziert wird.The part of the tube that lies next to the cannon 6 is, as shown, surrounded by a focusing coil 21 . As a result, when an optical image is projected onto the electrode 3, the electron image released at the latter is accelerated by the wall electrode 13 and, while it is focused by the coils 21 and 17, thrown past the gun 6 onto the dielectric layer 4 and fall there at a rate corresponding to about 500 electron volts, essentially with normal violence. As a result, abundant secondary electron emission is produced at the dielectric layer 4 and, in a known manner, a charge image corresponding to the optical image is generated on the screen by positive charging of the electrical capacitance of the screen. The deflection imparted to the image electrons by the coils 20 is opposite to the deflection caused by the coils 16, ίο whereby the first-mentioned coils serve to effectively cancel the deflections caused by the second, so that the electron image effectively without a resulting deflection on the dielectric Layer 4 is projected. In Fig. 1 two extreme deflections of the electron image in the vertical direction are shown in dotted or dash-dotted lines. However, since the electron beam from the cannon 6 only traverses the deflection fields generated by the coils 16, it scans the dielectric layer 4 and periodically stabilizes it at cathode potential in the usual manner, as a result of which signals corresponding to the charge pattern appear at the impedance 18. The focusing coil 17 serves to collect the scanning beam. .i5 Because the parts of the wall electrodes 12 and 13 in the vicinity of the gun and the anode 9 of the gun 6 are kept at the same potential, a distortion of the electron image due to the action of the anode 9 on the electrons is essentially prevented. In spite of everything, however, some electrons of the electron image are intercepted by the anode 9, so that effectively j a shadow of the gun sweeps over the dielectric layer 4, which is why it is desirable that the gun with respect to the axis of the KoI-! bens ι should be arranged symmetrically. Furthermore, in the arrangement shown in FIG. 1, it is necessary that the diameter of the glass bulb is at least twice as large as the length of the diagonal of the photocathode surface 3 onto which the optical image of the object to be transferred is projected.
LJm das Risiko eines nicht definierten Elektronenbildes infolge ungleicher Ablenkungen an den gegenüberliegenden Seiten der Kanone 6 zu vermeiden, kann es wünschenswert erscheinen, die Abtastung des Elektronenbildes in einem elektrisch 'feldfreien Raum vorzunehmen. Dies läßt sich entsprechend der Fig. 2 dadurch erreichen, daß man j die Widerstandswandelektroden 12 und 13 durch Wandelektroden 22 und 23, weiche effektiv keinen j Widerstand besitzen, ersetzt, sie, wie in Fig. 2 dargestellt, in einiger Entfernung von der Elektrode 3 und der dielektrischen Schicht 4 enden läßt und an den Außenenden der Wandelektroden 22 und 23 hochgeradig durchlässige Maschenelektroden 24 und 25 leitend anschließt, deren Maschen senkrecht zur Mittelachse des Kolbens 1 liegen. Im übrigen ist die in Fig. 2 dargestellte Ausführung der Röhre ähnlich der der Fig. 1, und die sich entsprechenden Teile sind mit gleichen Bezugsnummern versehen.In order to avoid the risk of an undefined electron image as a result of unequal deflections on the opposite sides of the gun 6, it may appear desirable to carry out the scanning of the electron image in an electrically field-free space. According to FIG. 2, this can be achieved by replacing j the resistance wall electrodes 12 and 13 with wall electrodes 22 and 23, which effectively have no j resistance, at a certain distance from the electrode 3, as shown in FIG and ends the dielectric layer 4 and conductively connects highly straight, permeable mesh electrodes 24 and 25 to the outer ends of the wall electrodes 22 and 23, the meshes of which are perpendicular to the central axis of the piston 1. Otherwise, the embodiment of the tube shown in FIG. 2 is similar to that of FIG. 1, and the corresponding parts are provided with the same reference numbers.
Um die Amplitude der Abtastbewegungen für das Elektronenbild zu vermindern, kann eine weitere Fokussierspule koaxial zum Kolben vorgesehen sein, welche sich über den Bereich der Kanone 6 erstreckt. Diese weitere Spule hat die Aufgabe, ein axiales magnetisches Feld zu erzeugen, das zweimal so stark ist wie das von den Spulen 17 und 21 an der dielektrischen Schicht 4 und an der Elektrode 3 erzeugte. Hierdurch würde es ebenfalls möglich sein, den Durchmesser des Röhrenkolbens ι zu vermindern.In order to reduce the amplitude of the scanning movements for the electron image, a further Focusing coil may be provided coaxially to the piston, which extends over the area of the cannon 6 extends. This further coil has the task of generating an axial magnetic field that is twice is as strong as that of the coils 17 and 21 on the dielectric layer 4 and on the electrode 3 generated. This would also make it possible to determine the diameter of the tubular piston ι to decrease.
Die hier im Hinblick auf Vorrichtungen mit Aufnahmeröhren, welche mit Kathodenpotentialstabilisation arbeiten, erläuterte Erfindung läßt sich ebenfalls für Vorrichtungen mit anderen Arten von Aufnahmeröhren verwenden.The one here with regard to devices with pick-up tubes, those with cathode potential stabilization work, explained invention can also be used for devices with other types use of pickup tubes.
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