KR970007170B1 - 가동 영상 기록면 상에 기억된 전자 신호 패턴을 해독하기 위한 장치 - Google Patents

가동 영상 기록면 상에 기억된 전자 신호 패턴을 해독하기 위한 장치 Download PDF

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Abstract

내용없음

Description

가동 영상 기록면 상에 기억된 전자 신호 패턴을 해독하기 위한 장치
제1도는 본 발명에 따라 제조된 가동 기록 부재를 갖고 있는 전자 비임 주사 시스템을 도시한 도면.
제2도는 제1도 시스템의 소정 부품을 상세하게 도시한 확대 해상 등각도.
제3도는 제2도의 선 3-3을 따라 절취하여 도시한 단면도.
제4도는 제1도 시스템내의 기록 부재의 노출을 도시한 도면.
제5도는 기록 부재의 노출을 제어하는 모드를 도시한 그래프.
제6도는 판독 동작중의 제1도 시스템의 동작을 설명하기 위한 그래프.
제7도는 본 시스템의 동작을 도시한, 제4도와 유사한 도면.
제8도는 본 시스템에 의한 판독 동작중의 전자 비임 전류 변화를 도시한 그래프.
제9도는 다른 판독 시스템 실시예를 도시한 도면.
제10도는 제9도 시스템의 동작을 도시한 확대도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 하우징 10a : 수직 격벽
12 : 광전자 테이프 12a : 프레임
14,16 : 스풀 18,22 : 구동 모터
26 : 기입 스테이션 28 : 해독 스테이션
32 : 투명 플래튼 34 : 투사기
42 : 제어기 44,46 : 검출기
48 : 전원 공급기 52,106 : 전자 소오스
52a : 방전 지점 56 : 기부(또는, 기판)
58 : 변조층 62 : 이중-물질 기억층
62a : 기억영역 64 : 스트립
66 : 와이퍼 접점 72 : 스위치
76 : 전기 절연 컬러 휠터 스트라이프 87 : 도전성 로울러
92 : 테이프 프레임 위치 마크(전자 기표)
94 : 광선 유니트 94a : 광원
94b : 불투명 마스크 96a : 좁은 슬릿
96b : 십자-슬릿 102 : 전자총
110a : 수평 편항판 110b : 수직 편향판
112 : 비임 편향 제어 회로 114 : 전자 수집기
116 : 판독 회로 125 : 자외선 램프
132 : 니들 132a : 니들팁
134 : 니들 위치 설정기 136 : 스위프 메카니즘
138 : 궤환 회로
본 발명은 기록면상에 전자적으로 기록된 영상(image)을 해독하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게 말하자면, 본 발명은 가동 전자 기억 매체상에 기억된 전자 패턴을 나타내는 신호를 발생시키기 위한 판독(red-out) 시스템에 관한 것이다.
현재, 기록면 상의 광학 또는 전자 신호 패턴의 존재를 검출하기 위해 전자 비임(electron beam)을 사용하는 비디콘(vidicon)과 같은 전자 장치가 있다. 특정한 응용에 따라, 이 장치들은 전자 비임을 집속 및 편향시킬 뿐만 아니라 기록면상에 기록된 전자 패턴을 나타내는 신호 전류를 수집(collect)하기 위해 여러가지 장치를 사용한다. 이 모든 장치들은 공통적으로 (1) 전자 비임을 방출시키는 캐소드, (2) 광학적으로 유도된 전자 저항 패턴을 감지할 수 있는 기록면 및 (3) 비임에 의한 광학 유도 패턴의 주사로부터 발생되는 신호 전류를 수집하기 위한 수집 장치를 갖는다.
전형적인 비디콘 내에서, 기록면은 한 면이 얇은 광전도 물질층으로 피막되는 비디콘 튜브의 면상의 투명 금속판이다. 광학 영상은 광전도 물질층상에 집속되고, 광학 영상이 지속되는 동안 튜브면으로부터 떨어져 있는 캐소드에서 발생되는 전자 비임으로 주사된다. 주사 비임은 각 주사점(scan spot)상에 전자들을 피착시키므로, 크기가 상기 주사점상의 조도에 비례하는 광전도체의 저항 변화에 대응하는 접지 전류를 발생시키게 된다. 그러므로, 비디콘의 출력을 구성하는 플레이트에 접속된 부하 저항기를 통하는 전류는 비디콘면상에 투사된 광학 영상의 연속부의 광도변화를 재생시킨다.
정전 토너(electostatic toner)에 의해 눈으로 볼 수 있게 하지는 않지만, 그 대신 주사 전자 비임을 사용하여 전자 기록면으로부터 영상을 해독하기 위한 이것과 같은 종래 장치는 단점이 많은데, 그 이유는 전자 비임 소오스의 위치와 기록면 위치가 고정되기 때문이다. 따라서, 영상이 한번에 1개씩만 기록면 상에 기억될 수 있다. 다시 말하면, 이 기록면으로부터 영상을 해독하기 위해서는, 기록면이 소거될 수 있도록 이 기록면상에 기록된 모든 이전 영상들을 다른 곳에 기억시켜야 한다. 그러므로, 비디콘과 같은 전자 장치는 전자적으로 기억된 영상을 해독하기 위한 장치로서는 응용이 제한된다.
과거에도, 주사 전자 비임을 사용하여 나중에 즉시 판독하기 위해 다수의 전자 영상들을 기억시킬 수 있는 기록 매체 또는 포토테이프를 개발하기 위한 노력이 행해겨 왔다. 이러한 시스템은 Journal of the S.M.P.T.E., 제69권(1990년 1월), 32-35페이지에 이.씨. 허터(E.C. Hutter) 등이 쓴 Electrostatic Imaging and Recording이란 명칭의 논문 내에 기술되어 있다. 이 기록 매체 또는 포토테이프에 대해서는 무어(Moore)에게 허여된 미합중국 특허 제3,124,456호에도 기술되어 있다. 이 매체는 얇은 유전 물질층으로 피막된 광전도 물질층으로 한 면이 피막된 투명 폴리에스테르 기부(base)를 포함한다. 이 매체 상에 영상을 기록하기 위해, 유전층은 이 층 양단에 인가된 전압에 의해 미리 충전(precharge)되고, 그 다음에 전계가 유전층 양단에 인가되는 동안 광전도층은 광영상(light image)에 노출된다. 유전층 내의 전하는 0을 향해 감쇠하는데, 이 감쇠는, 광학 영상이 가장 밝아서 광전도 저항이 가장 낮은 곳에서 가장 빠르다. 매체의 밝은 영역과 어두운 영역내의 최대 전위차에 대응하는 시간 후에, 전계가 턴 오프되고 방전 프로세스가 중지되므로, 매체상에 입사되는 광학 영상에 대응하는 정전하 분포가 유전층상에 남게 된다. 기억된 영상은 이 기억된 영상에 대응하는 전기 신호를 발생시키도록 집속 전자 비임을 유전층에 주사시킴으로써 매체로부터 해독될 수 있다.
히터 등의 시스템은 몇가지 단점을 갖는다. 이 시스템은 제한된 기간, 예를들어 수주일 동안만 획득 데이타를 기록 매체 내에 기억시킬 수 있는데, 그 이유는 이 매체의 유전층내의 전하가 누설되기 때문이다. 또한, 매체는 빈약한 감광도를 갖는다. 따라서, 매체 상에 기록된 영상물의 화질은 그다치 높지 않다. 가장 중요하게, 주사 전자 비임에 의한 매체 상에 기억된 영상의 판독은 매체로부터의 용량적으로 변조된 전류 신호를 검출함으로써 달성되는데, 이는 매체내의 많은 전하 캐리어들의 동시 이동을 수반한다. 결과적으로, 검출된 화상 신호의 해상도(resolution)는 방금 기술한 바과 같이 원래 빈약한 기억된 전자 영상의 해상도보다 낮다.
또한, 히터 등의 시스템은 주사 전자 비임을 사용하여 기록 매체 상에 기억된 영상을 해독하는 프로세스시에, 비임 전자들이 매체 내에서 전자 도통을 야기시키므로 이 영상들이 전자 비임 주사 프로세스 자체에 의해 신속히 열화되기(degraded) 때문에 양호하지 못하다. 다시 말하면, 이 시스템은 해독 작용을 수행할 때, 매체 내에 기억된 영상을 소거하는 경향도 있다. 물론, 이것은 기억 기간중에 수회 검색되어야 하는 영상을 기억시키는 경우를 고려할 때에는 전혀 허용불가능하다. 또한, 영상 감지 동작중에, 히터 등에 의해 제안된 광전도 매체에서는 신호 검출 임계값을 급격하게 감소시키는 과도 암전류(dark current)가 문제시된다.
가동 기억 매체상의 영상들을 해독하기 위해 주사 전자 비임을 사용하는 다른 시스템은 쿠에늘(Kuehnle)에게 허여된 미합중국 특허 제3,880,514호 및 쿠에늘 등에게 허여된 미합중국 특허 제4,242,433호 내에 기술되어 있다. 이 시스템들은 기록 매체를 미리 충전시킬 필요가 없다는 점에서는 히터 등의 기록 시스템보다는 우수하다. 그렇치 않으면 동일 관점에서 양호하지 못한 것이다. 실제로, 이 모든 종래 시스템들은 고해상도 영상 패턴을 장기간 기억시키고 매우 낮은 광선 레벨의 신호를 감지하기 위해서는 모두 쓸모가 없다.
따라서, 본 발명의 목적은 가동 전자 기억 매체 상에 기억된 진자 신호 패턴들을 나타내는 신호들을 발생시키기 위한 개량된 판독 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 다수의 영상들이 기록 매체 상에 동시에 기억될 수 있고 비임에 의해 선택적으로 주사될 수 있도록 이동가능한 기록면을 갖고 있는 전자 비임 주사 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 가동 기록 매체가 전자 비임에 의한 주사를 위해 정확히 배치될 수 있는 다수의 영상 프레임(frame)을 갖는 형태의 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 비임이 기록 매체의 각 프레임 상에 기억된 전자 패턴에 대하여 주사를 개시하기전에 비임 위치와 주사 방향의 정확한 정렬을 달성할 수 있는 자동 배치 능력을 갖는 전자 비임 주사 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 전자 비임 주사 프로세스 중에 발생된 영상-표시 출력이 몹시 높은 신호 대 잡음비를 갖는 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 기억된 패턴을 열화시키지 않는 방식으로 주사 전자 비임을 사용하여 기록 매체상의 영상-표시 전자 패턴을 해독할 수 있는 전자 비임 주사 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 기록 매체 상에 기억된 전자 패턴의 해독 동작중에 전자 비임 주사 경로의 정밀한 제어를 달성하는 상술한 형태의 시스템을 제공하기 의한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 다른 영상 감지, 기억 및 주사 장치에 비해 최소 전력으로 동작할 수 있는, 기록 매체 상에 전자적으로 기억된 영상을 해독하기 위한 전자 비임 주사 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 현미경, 카메라 또는 디지탈 신호 기억 메모리 유니트의 기초(basis)를 형성할 수 있는 가동 기록 부재를 갖고 있는 전자 비임 주사 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 중요한 목적은 전압이 매체와 각 감지 니들(sensing needle)사이에 인가될때 터널링(tunneling) 전자를 검출할 수 있는 1개 이상의 감지 니들로 기억 매체를 주사하는 해독 프로세스를 제공하기 위한 것인데, 전자의 갯수는 이 위치에서 매체상의 영상방향 전계(imagewise field) 패턴에 의해 변조된다.
본 발명의 또 다른 목적은 한가지 이상의 상술한 장점을 갖는 가동 기록 매체 상에 기억된 전자 영상을 검색 또는 해독하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
그외의 다른 목적들은 후술한 설명으로부터 부분적으로 명백해질 것이다.
따라서, 본 발명은 1개 이상의 단계가 각각의 다른 스텝들에 관하여 관련된 몇개의 스텝 및 스텝의 순차와 이러한 단계를 실행하기에 적합한 구조, 구성 요소들의 조합 및 부품 배열을 실시하는 장치로 구성되는데, 이 모든 것들은 다음의 상세한 설명내에 예시화되어 있고, 본 발명의 범위는 특허청구의 범위내에 기술되어 있다.
간단하게 설명하면, 본 발명의 전자 비임 주사 시스템은 전자 비임 소오스 또는 전류 검출 니들의 어레이, 전자 패턴을 기억시키기 위한 다수의 영상 프레임을 갖고 있는 광전기 기록 부재 및 정보 신호들을 나타내는 전자 방출용 수집 장치를 포함한다. 기록 부재는 프레임 상에 기억된 영상을 해독하기 위해서 전자 비임에 의한 주사를 위해 영상 프레임들을 선택적으로 배치시키도록 이 소오스에 관련하여 이동될 수 있다. 양호하게도, 기록 부재는 본 명세서 내에 참조한 본 출원인의 계류중인 미합중국 특허 출원 제872,891호(1986.6.11에 출원, 현재 미합중국 특허 제4,862,414가 허여됨) 내에 기술된 다층, 고상, 순 무기물, 순 결정체, 광전자 기록 매체를 사용한다. 이 매체는 투명한 무기물 기부, 이 기부상의 광전도 변조층 및 이 변조층 상의 이중-물질 유전 기억층을 포함한다. 이것은 매체가 매체 상에 투사된 영상에 대응하는 전하 패턴을 획득하여 기억층 내에 기억시키도록 제어가능하고 동시에 전자적으로 충전되어 노출된다. 또한, 기록 부재는 테이프 형태로 되어 있지만, 각각 영상-표시 전자 패턴을 획득하여 기억시킬 수 있는 최소한 다수의 별도 기록 영역 또는 프레임을 수용하기에 충분한 표면적을 갖고 있는 디스크, 드럼(drum) 또는 판 형태로 되어도 좋다. 기억 부재는 비워진 하우징 내에 배치된 기입 스테이션 또는 해독 스테이션에 소정의 선택된 프레임을 배치시키기 위해 시프트될 수 있도록 비워진 하우징 내에 이동가능하게 배치된다.
기입 스테이션에서, 테이프 상의 선택된 프레임은 촛점면에 배치되고, 하우징 벽에 장착된 투사 광학 장치에 의해 이 프레임 상에 투사된 광학 영상 또는 신호에 노출된다. 테이프 프레임이 인입 광학 신호에 노출되고 있는 동안, 기입 스테이션에서의 전자 소오스는 전자군을 테이프의 유전 기억층 표면상에 피착시키므로, 가상 순간 전극을 형성하게 된다. 동시에, 테이프의 활성층(active layer)은 유전 기억층 표면상의 전자 피착에 의해 야기된 매우 강한 전계 및 변조층을 포함하는 광변조 광전도층 밑의 전극층에서의 역-전위(Counter-potential)의 영항을 받는데, 이 전극층은 테이프의 기부 또는 지지 기판상에 직접 배치된다. 테이프 프레임 상에 집속된 광영상 내의 에너지는 광전도층 또는 영역 내에서 흡수되므로, 이 광전도체내에 전자-홀(hole) 쌍을 형성하게 된다. 2개의 전극간에 설정되는 전계의 영향하에서, 광선에 의해 발생된 정(+) 캐리어 또는 홀은 이중-물질 기억층의 한 부분을 포함하는 경계 영역(interface) 또는 장벽 영역(전계 효과)을 통해 터널링하게(tunnel)되고, 다른 기억층 부분, 즉 유전 기억 영역의 하부를 관통하여 소위 전하 중심(Charge centroid)을 형성하게 되고, 부(-) 전하 또는 전자들은 광전도 영역으로부터 전극을 통해 외부 바테리로 통하게 된다. 정(+) 전하는 유전 기억 영역의 하부에 트랩(trap) 또는 핀(pin)되고, 전계가 턴오프 되자마자 경계 영역은 열-발생 또는 영상-무관 광발생 전하가 경계 영역을 통해 터널링하여 유전 기억 영역의 하부에서 전하 중심으로서 핀되는 정(+) 영상-관련 전하를 중성화시키는 것을 방지하기 위한 장벽으로서 작용한다. 정(+) 전하가 전극에서 발생되어 광전도체 내로 주입되는 것을 방지하기 위해, 전극은 전형적으로 n-형 구조로 형성된다.
기입 스테이션에서 테이프 프레임 상에 투사된 영상은 흑백 영상으로 될 수 있지만, 양호하게는 촛점면내의 플래톤(platen) 또는 테이프 자체 상에 존재하는 얇은 교호 수평 적색(red), 녹색(green) 및 청색(blue) 휠터 스트라이프(또는 회절 휠터)의 어레이를 통해 영상광을 통과시킴으로써 발생된 컬러 영상이다. 그러므로, 테이프 프레임에 인가된 전하 패턴은 프레임 상에 투사된 영상의 비월 적색, 녹색 및 청색 성분으로 이루어진다. 다시 말하면, 화상의 각 색 성분에 대한 화상 정보는 테이프 프레임 상의 3개의 라인마다 기억된다.
테이프 프레임 상에 화상을 기록하는 것과 동시에, 정확한 전자 기표(fiducial mark)가 테이프의 영상 영역 외부의 이 프레임내에 기록된다. 이 기표는, 각 판독 동작전에, 영상이 프레임 상에 기록된때 기입 스테이션 내의 촛점면에서의 위치에 대하여 전자 영상이 주사 전자 비임에 의해 프레임으로부터 해독되고 있을때 해독 스테이션내의 테이프 프레임의 위치에서의 소정의 약간의 오배치를 보상하기 위해 시스템이 전자비임 소오스 또는 니들 어레이 감지기로부터의 주사 전자 빔의 초기 또는 홈(home)위치 및 스큐(skew)를 셋트시킬 수 있게 한다.
또한, 본 발명의 시스템은 기입 스테이션에서 프레임 상에 투사된 영상을 자동적으로 접속시키고, 프레임노출을 자동적으로 제어하기 위해서 인입 광선의 세기에 따라 테이프의 전극층에 인가된 충전 전류를 자동적으로 설정하기 위한 수단을 포함할 수도 있다. 실제로, 본 시스템의 테이프 및 나머지 구성 요소들은 테이프 프레임 상에 기록된 영상이 고해상도 상태에 있고 많은 그레이(gray)(동적 범위) 스텝 및 큰 콘트라스트(contrast)를 갖도록, 기입 스테이션에서의 우세 광선 상태하에서 테이프의 노출을 최적화시키기 위해 광학적 및 전자적으로 상호 작용하고 협력한다. 테이프 프레임 상에 기록된 전자 패턴은 정교하게 집속되는 광학 영상에 대응하고, 테이프 프레임 상의 상이한 위치에 기억된 영상-표시 전하들은 20개 전자/해상 소자에서 20,000개 전자/해상 소자로 변할 수 있다. 이 전하 차이는 1,1000 : 1의 기억 영상내의 동적 범위를 발생시켜, 테이프 프레임 상에 기록된 영상내의 32개 이상의 상이한 그레이 레벨의 검색을 용이하게 한다.
본 발명의 시스템 내에서, 테이프는 한쌍의 모터-구동식 스풀에 의해 기입 스테이션과 해독 스테이션 사이에서 이동되는데, 이 테이프는 기입 스테이션에서 촛점면을 따라 안내되고, 해독 스테이션에서 주사면을 따라 안내된다. 모터들은 테이프 상의 각 영상 프레임의 위치를 나타내는 위치 마크를 감지하는 기입 및 해독 스테이션에서의 한쌍의 프레임 위치 검출기로부터의 신호에 응답하여 시스템 제어기에 의해 제어된다. 이 검출기들로부터의 위치 신호를 계수함으로써, 시스템 제어기는 소정의 선택된 프레임이 기입 스테이션에 배치될 때와 이 프레임이 해독 스테이션에 배치될 때를 알고, 프레임 번호의 계수를 유지할 수도 있다.
기입 스테이션에서 테이프의 특정한 영상 프레임 상에 이미 기록된 영상을 검색할 필요가 있을때, 제어기는 이 선택된 프레임을 해독 스테이션에서의 주사면 내에 배치시키도록 테이프 구동 모터를 작동시킨다. 위치 검출기가 이 프레임에 대응하는 위치 마크를 검출한 후, 이것은 제어 신호를 시스템 제어기에 발생시키므로, 프레임이 허용가능한 기계적 공차 내에서 가능한 한 정확하게 주사면내에 중심이 맞추어지도록 테이프 구동 모터를 정지시킨다.
해독 스테이션에서의 전자 비임 소오스는 비임이 스위프(sweep) 제어 전자 장치들을 O-셋팅 주사 위치 내에 록크시킴으로써 해독 동작을 초기화시킬 수 있도록 전자 위치/기표를 찾기 위해 전자 비임을 주사면에 존재하는 테이프 프레임의 유전층에 보낸다. 이때, 전자 소오스는 전자 비임이 이 프레임의 유전면 상의 병렬 래스터(raster)를 스위프 아웃시키도록 제어된다. 프레임 상의 전자 패턴이 컬러 영상을 나타내면, 래스터 라인들은 기입 스테이션에서 병렬 수평 휠터 스트라이프들의 어레이를 통해 노출된 프레임 상의 라인들에 대응해애 한다. 또한, 바람직하게는 비임 소오스 캐소드는 열이온(thermoionic) 소오스가 아닌 냉(cold) 전계 방출 소오스로 구성되는데, 그 이유는 냉전계 방출 소오스가 적은 전력을 필요로 하고, 적외선 방출을 발생시키지 않아서, 해독 스테이션에 존재하는 테이프 프레임이 인지가능한 광 방사선에 노출되지 않기 때문이다. 이러한 방사선은 테이프가 적외 방사선에 민감하기 때문에 판독중에 테이프 상에 기억된 전자 영상을 열화시키게 된다.
판독중에, 해독 스테이션에서의 테이프 프레임 상에 포함된 정보는 서두에 기술한 종래의 전자 비임 주사장치의 방식으로 테이프로부터 용량적으로 변조된 전류 신호를 검출함으로써 검색되지 않는다. 오히려, 판독중에, 본 시스템내의 주사 전자 비임은 정교하게 집속된때, 절연체 표면 밑으로부터 이차 전자 방출을 발생시키기에 충분한 에너지로 테이프의 절연 기억층을 관통시킬 수 있다. 전자 영상 또는 신호 패턴은 절연체두께를 가로지로는 휠드 도메인(field domain)에 의해 표시되므로, 정(+) 전하는 전자 비임의 관통 깊이 밑에 양호하게 안착되어, 주사 비임에 의한 영향을 계속 받지 않는다. 따라서, 비임에 의한 테이프의 주사는 기억된 신호 패턴 또는 영상을 소거시키지 않는다. 일차 비임에 의한 매체의 반복된 주사는 매체면의 영상이 맺혀지지 않은 영역이 점차적으로 정(+)상태로 되게 한다. 이 불균형은 제거될 수 있고, 표면은 매체가 영상 데이타를 판독하기 위해 주사되기 전이나 후에 비교적 낮은 에너지 전자 비임에 매체면을 노출시킴으로서 부(-) 전하로 채워진다.
주사된 각 해상 소자로부터의 이차 플럭스(flux)내의 전자들의 수는 측정되어 일차 전자의 수와 비교되는데, 플럭스내의 차이는 중성 매체면으로부터 방출 계수로 인한 플럭스를 뺀 후의 신호의 표시 및 측정값이다. 따라서, 테이프로부터의 이차 플럭스내의 전자들은 이 프레임 상에 기억된 전체 전자 영상을 나타내는 픽셀(pixel) 또는 영역 소자(해상 소자)에 의한 수치 분포를 갖는다. 이 방출된 이차 전자들은 복귀 플럭스전자들을 실제로 계수한 다음 이들을 최소 전기 잡음으로 적당히 증폭시킬 수 있는 해독 스테이션에 배치된 전자 수집기에 의해 수집되므로, 시스템은 이 테이프 프레임 상에 기억된 전자 패턴의 전기적 유사체(analog)인 출력 신호를 발생시킨다. 일차 전자들의 수를 더 많은 이차 전자들의 수와 비교하면, 고정된 수치값이 발생된다. 즉, 위에 표시된 값보다 적은 수집기 내의 전자 계수는 영상 신호를 나타낸다. 다시 말하면, 주사 영역내의 강전계는 방출된 이차 전자들의 수를 심하게 제한하므로, 이전의 강한 광선 노출의 존재를 표시하게 된다.
전형적으로, 테이프로부터 전자 영상을 해독하는 동안, 비임 전위는 제2교차 전위 근처에 고정되므로, 이차 전자들의 수는 1.0보다 큰 이차 방출 계수로 인해 일차 비임 전자들의 수를 초과한다. 영상은 테이프면상의 균일한 전자 블랭킷(blanket)의 피착에 의해 야기된 바이어스 전계의 존재시에 테이프 상에 통상적으로 기록되므로, 블랭킷 전하는 테이프가 판독을 위해 배치될때 테이프면상에 여전히 존재할 수 있다. 본 시스템내에서, 적합한 에너지 레벨로 동작된 주사 비임은 테이프 면상에 존재하는 대응 등가 전자 패턴과 함께 테이프의 유전 기억 영역 내에 깊이 기억된 정(+) 전하의 영상-표시 패턴만을 남기고, 테이프상의 전자 영상으로부터 균일한 블랭킷 바이어스 전하를 자동적으로 제거하는데, 이 부(-) 표면 전하는 상술한 바와 같이 표면 전하의 패턴이 매체 내에서 핀된 정(+) 전하의 패턴을 반영하도록 채워진다.
이 시스템은, 비디콘 장치와는 달리, 시간과 기간 면에서 기입 스테이션에서의 신호 기록 사상(event)과 무관하고 비동기적으로 주사 전자 비임을 동작시킨다. 따라서, 노출 스텝중에 영상을 테이프 프레임 상에 기록하는데 소요된 시간보다 현저하게 많은 시간이 테이프 프레임으로부터 영상을 판독하는데 소요될 수 있다. 영상 검색용으로 유용한 이 연장된 기간으로 인해, 본 시스템의 신호 대 잡음비는 영상이 노출 기간(exposure deviation)과 동시에 및 동기적으로 이 장치들의 기록 부재 상에 기록되고, 이 기록 부재로부터 해독되는 비디콘 장치의 신호 대 잡음 비보다 현저하게 양호하게 될 수 있다. 또한, 이것은 자체가 우수하고 탁월한 신호 대 잡음비를 갖는 채널트론(channeltron) 또는 다이노드(dynode) 전자 중배관 형태인 수집기를 사용하게 한다.
실제로, 다음에 더욱 상세하게 기술한 바와 같이, 해독 동작중에 테이프 프레임을 주사하는데 소요된 총시간량은 해상 소자상의 매우 넓은 범위의 신호 전하를 커버하기 위해서 체재(dwell) 시간 동안에 일차 전자 비임 전류의 증가를 허용하도록 테이프 프레임 상의 전자 영상의 각 해상 소자에서의 비임의 충분한 체재 시간을 허용하기 위해 선택된다. 다시 말하면, 전자 비임의 비임 전류는 최소 20에서 최대 20,000 또는 그 이상까지의 광범위한 신호 전자를 검출하도록 각 해상 소자 또는 주사 시간 지점에서 변화된다. 실제로, 각 프레임에 대한 노출값은 화상이 취해짐과 동시에(기표와 함께) 프레임 상에 기록될 수 있다. 판독중에, 이 값은 주사 장치에 의해 해독될 수 있고, 검색된 영상의 정보 용량을 최대화시키도록 이 특정 프레임을 주사하는데 최적인 일차 비임 전류를 선택하기 위해 사용될 수 있다. 비임 전류를 변화시키기 위한 이 수단들은 시스템의 영상기억 및 검색 용량이 1000 : 1 이상의 넓은 동적 범위를 갖게 한다. 사진 필름과 같은 광선을 감지할 수 있는 다른 기록 매체는 어느것도 1000 : 1의 동적 범위를 커버할 수 없다는 것이 강조되어야 한다. 통상적으로, 100 : 1의 한계이다. 컬러 화상인 경우에, 수집기는 테이프 프레임 상에 전기적으로 기억된 적색, 녹색 및 청색 정보를 나타내는 한 셋트의 3가지 아날로그 신호를 발생시킨다. 일렬 형태인 이 신호들은 컬러 표시기 또는 컬러 프린터를 제어하기 위한 화상 신호들을 발생시키기 위해 컬러 그래픽 기술내에 공지된 방식으로 증폭, 숫자화, 컬러 보정 및 처리된다. 거의 잡음이 없는 완벽한 광전자 기록 테이프와 결합된 전자 수집기-증폭기의 감도는 매우 높은 감도 및 ASA 3000정도의 할로겐화은 컬러 필름 속도(speed)와 등가인 신속한 응답을 본 시스템에 제공한다.
본 시스템에 의한 각 판독 동작의 개시시의 상술한 초기치 설정 루틴중에, 시스템 제어기는 전자 비임 제어 회로가 기입 스테이션에서 이 프레임 상에 이미 기록된 전자 패턴으로 비임 주사를 정렬시키게 한다. 이 루틴에 따르면, 전자 비임 소오스는 작동되고, 비임은, 이 프레임 상에 기록된 전자 영상과 나란히 동시에 이 프레임 상에 기록된 전자 위치/기표의 위치 및 스큐를 결정하기 위해서 편향된다. 더욱 상세하게 말하자면, 비임은 기표를 포함하는 프레임 여유부(margin) 상에서 스위프된다. 비임이 기표 상에 충돌하면, 이차 전자의 정(+) 또는 부(-) 버스트가 방출되어, 수집기로부터 대응 출력 신호를 발생시키게 된다. 후술하는 방식으로 기표의 형태에 관련하여 비임 스위프를 적당히 제어함으로써, 결과인 출력 신호는 비임의 트랙이 기입 스테이션에서 프레임 상에 노출된 영상 정보 라인들을 정확히 따르게 되고 주사 프로세스 중에 이 라인들을 따라 정확히 유도되도록 비임 제어 회로에 대한 초기 또는 홈위치를 설정하기 위해 사용될 수 있다. 이 방식내에서, 기입 스테이션으로부터 해독 스테이션까지의 이동시의 테이프의 약간의 오배치 또는 스큐잉은 판독 프로세스에 영향을 미치지 않게 된다.
광학 영상과 동시에 테이프 프레임 상에 기록된 기표를 사용하여 비임 편향 전자 장치의 홈 위치를 초기화 또는 설정할 수 있는 본 시스템의 능력은 이 프레임 상의 신호 패턴이 컬러 화상에 대응할때 특히 중요하다. 이것은 프레임 영역이 매우 좁은 교호 적색, 녹색 및 청색 휠터 스트라이프들의 병렬 어레이 또는 회절 십자선(diffraction reticle)을 통해 영상화되기 때문이다. 실제로, 비임 직경(2.0㎛)은 이 휠터 스트라이프들의 폭(예를들어, 2.5㎛)보다 약간 좁으므로, 기입 스테이션으로부터 해독 스테이션까지의 이동시의 미세 오배치 또는 스큐잉은 전자 비임 소오스에 관하여 시프트된 위치에서 테이프 프레임 상에 기록된 컬러라인 정보를 오배치 시키게 된다. 이것은 테이프상의 래스터를 스위프 아웃시킬때 주사 전자 비임이 2개의 휠터 라인에 걸쳐 있게 하여 원하는 대로 단색이 아닌 2가지 색의 혼색을 나타내는 출력 신호를 발생시키게 한다. 본 시스템내에서, 프레임 영역이 기록이 행해지고 휠터 스트라이프의 어레이에 관련된 테이프의 소정이동 전에 기입 스테이션에 기하학적으로 고정되는 동안 이 프레임 영역 상에 기표와 신호 패턴을 동시에 기록하는 것은 영상이 검색되고 있을때 이 프레임의 스위프내의 전자 비임을 유도하는 주사 좌표 및 편향전자 장치에 이 필터 스트라이프을 확실히 링크시킨다.
본 시스템 내에 사용된 테이프의 각 프레임은 이 프레임 상에 전자적으로 기록된 정보를 파괴시키거나 물질을 열화시키지(degrade) 않고서 수회 주사될 수 있다. 실제로, 각 프레임 상에 기억된 전자 패턴은, 초기 분포된 전하 전위, 즉 기억된 영상의 콘트라스트를 회복시키기 위해, 기입 스테이션에서 전자 소오스의 도움을 받아 리프레쉬(refresh)된다. 그러나, 특정 프레임 상에 다른 광학 영상을 기록하고자 하면, 이 프레임 상에 이미 기억된 전자 영상들은 이 테이프 프레임들을 간단히 자외 광선에 노출시킴으로써 용이하게 소거될 수 있다. 단파장 에너지는 테이프의 유전 기억층을 유전 기억층의 반대면에 기억된 전하들을 중성화시키기에 충분하게 도전성으로 만든다.
그러므로, 고정되지 않고 이동가능한 기록 부재를 포함하는 본 전자 비임 주사 시스템은 동일 부재 상에 다수의 상이한 영상들을 기록 및 기억시킬 수 있고, 필요시에 표시 또는 재생하기 위해 이 영상들을 검색할 수 있다. 각 부재 프레임내에 전하 패턴으로서 기록된 영상은 독립적으로 존재하고, 인접 프레임내에 기록된 영상들에 영향을 미치지 않고서 영상 콘트라스트를 향상시키기 위해 소거되거나 리프레쉬 될 수 있다. 또한, 방출된 이차 전자들을 검출함으로써 부재로부터의 영상들을 검색하는 매우 높은 감도의 시스템의 판독부와 결합된 본 시스템내의 기록 부재의 거의 잡음이 없는 완벽성은 전체 시스템에 매우 높은 감도, 신속한 응답 및 매우 넓은 동적 범위를 제공한다. 그러므로, 이 시스템은 시각적 정보 또는 감((electromagnetic) 신호패턴의 획득, 장기간 기억 및 후속 검색이 요구되는 어떠한 곳에도 응용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 전자 비임 주사에 의해 테이프 프레임 상에 기억된 영상을 검색하는 대신에, 테이프는 테이프 면을 가로질러 매우 짧은 거리를 이동하도록 되는 1개 이상의 전류 검출 감지 니들 형태인 주사 감지기를 사용하여 소위 터널 전자를 검출함으로써 해독될 수 있다. 각 니들이 이 표면을 가로질러 스위프 할때, 전자군은 기억된 전자의 파상(wave-like) 특성의 결과로서 표면과 니들팁간의 갭내에 존재한다. 기억된 전하를 표시하는 전계 강도에 따라 테이프 상에 한 지점으로부터 다른 지점까지 변하는 전자군을 통한 전압-유도 전자 흐름이 발생된다. 후술하는 바와 같이, 이 기술을 사용하면, 전자들은 테이프 상에 기록된 영상에 대응하는 화상 신호들을 발생시키도록 프레임 상의 각 지점에서 테이프면에 픽 오프될 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 대해서 상세하게 기술하겠다.
제1도를 참조하면, 본 시스템의 부품들은 10-8Torr정도의 고 진공하에서 유지되는 기밀 밀폐된 하우징(10)내부에 장착된다. 하우징 내부에는 이 하우징(10)내에 회전 가능하게 장착된 한쌍의 스풀(14와16)사이에 연장되는 기다란 광전자 테이프(12)의 형태인 기록 부재가 적합하게 배치되어 있다. 이 스풀들은 한쌍의 구동 모터(18 및 22)에 의해 어느 한 방향으로 회전되므로, 테이프를 따라 선택된 프레임 영역 또는 프레임(12a,제2도)은 전자 영상들이 프레임 상에 기입 또는 기록될 수 있는 기입 스테이션(26), 또는 기억된 영상들이 보여지거나 재생될 수 있도록 전자 표시기 또는 프린터를 제어하기에 적합한 대응 화상 신호들을 발생시키기 위해 프레임 상에 이미 기록된 전자 영상들이 테이프로부터 해독되거나 검색될 수 있는 수직 격벽(10a)에 의해 스테이션(26)으로부터 분리된 해독 스테이션(28)에 배치될 수 있다.
제1도에 상세하게 도시된 시스템(10)내에서, 광학 영상들은 테이프 프레임(12a)상에 기록된다. 따라서,이 시스템은 하우징(10)벽내에 기밀(gas-tight)방식으로 장착된 투명 플래튼(32)을 포함한다. 이 플래튼은 테이프(12)의 프레임(12a)을 테이프의 노출 위치를 구성하는 촛점면(P)에 배치시키는 내부면(32a)을 갖는다. 투사기(34)는 시야내의 광학 영상(O)이 촛점면(P), 즉 해독 스테이션(26)내의 테이프 프레임(12a)에 집속될 수 있도록 플래튼(32)의 반대쪽에 하우징 내에 조정가능하게 장착된다. 또한, 플래튼(32)은 촛점면 상의 휠드를 평탄하게 하고, 인입 광을 일차색 성분 등으로 분리시키며, 전압 인가시에 플래튼(32)에 대항하여 테이프를 잡아당겨 유지시키기 위해 광학 경로내의 광학 소자를 구성할 수도 있다.
양호하게도, 플래튼은 각 노출 전에 자동적으로 투사기(34)의 촛점을 맞추고, 영상이 스테이션(26)에서 테이프 상에 기록되고 있는 노출 기간을 설정하기 위해 사용될 수 있는 감광 능력을 갖는 상술한 출원서 내에 기술된 형태로 되어 있다. 적합한 크기 및 극성의 전류를 모터(18 및 22)에 인가시킴으로써, 테이프(12)는 촛점면(P)에 플래튼(32)에 대향하여 선택된 프레임(12a)을 배치시키기 위해 팽팽하게 유지되어 어느 한 방향으로 이동될 수 있다. 테이프(12)를 이송시키기 위한 메카니즘은 촛점면(P)내에서 플래튼(32)에서의 노출위치에 테이프의 각 증분(increment) 또는 테이프를 정확히 배치시키기 위해 테이프 연부 안내부 및 테이프 게이트와 같은 다른 구성 요소들을 포함할 수 있다.
해독 스테이션(28)에서의 다른 플래튼(38)은 주사면(R)을 정하는 스풀(16)로부터의 테이프의 신장부에 인접한 평면(38a)을 갖는다. 특정 프레임상의 전자 영상이 테이프로부터 검색될때, 스풀(14 및 16)은 프레임이 후술하는 방식으로 처리될 수 있도록 주사면(R)에 이 프레임을 배치시키기 위해 모터(18 및 22)에 의해 회전된다.
스풀(14 및 16)을 회전시키는 서보 모터(18 및 22)는 하우징(10)내의 제어기(42)로부터 구동 신호들을 수신한다. 제어기는 플래튼 면(32a 및 38a)에 대향 장착된 한쌍의 광학 검출기(44 및 46)로부터의 테이프 위치 신호들을 계수함으로써 촛점면(P) 또는 주사면(R)에 선택된 테이프 프레임(12a)을 배치시키기 위해 모터(18 및 22)를 제어한다. 이 검출기들은 제2도에 도시한 바와 같이 테이프(12)의 연부 여유부 상에 프린트된 테이프 프레임 위치 마크(92)에 응답한다. 검출기(44)는 테이프 프레임이 촛점면(P)에 영상화하기에 적합하게 배치될때 제어기(42)에 소정 신호를 방출시킨다. 검출기(46)로부터 제어기로의 유사 신호는 프레임이 주사면(R)에 판독하기에 적합하게 배치된 것을 나타낸다. 모터(18 및 22)와 제어기(42) 및 시스템의 그외의 다른 전기 기계 부품들용 전력은 하우징(10)내부에 장착된 적합한 전원 공급기(48)로부터 유도된다.
여전히 제1도를 참조하면, 기입 스테이션(26)에는 촛점면(P)에 존재하는 테이프 프레임 위에 놓여지도록 플래튼(32)애 대향 배치되는 전계 방출 장치 또는 전자 소오스(52)가 배치된다 영상이 테이프 상에 기입되는 노출 프로세스 중에, 소오스(52)는 촛점면(P)에 존재하는 테이프 프레임의 하부면에 대향하여 방전 지점(52a)으로부터 전자군을 보내도록 제어기(42)에 의해 작동된다. 알 수 있는 바와 같이, 촛점면(P)에서의 테이프 프레임의 하부면은 이 부(-) 캐리어들로 충전되어, 이 프레임이 투사기(34)에 의해 이 프레임 상에 투사된 광학 영상에 대응하는 전자 영상을 획득하여 기억시킬 수 있게 한다. 전하량은 기록될 영상 내에 포함된 정보의 최대량의 포착을 보장하도록 시간과 크기 면에서 제어된다. 또한, 프레임으로부터 초과 전하 캐리어를 제거함으로써 이 프레임의 노출 후에 각 테이프 프레임으로부터 바이어스 전계(존재하는 경우)를 제거하기 위해 전자 소오스(52)가 사용될 수 있다.
제2도 및 제3도를 참조하면, 광전자 테이프(12)가 더욱 상세하게 도시되어 있다. 양호하게도, 이 테이프는 본 명세서에 참조된 상기 출원서 내에 상세하게 기술된 형태로 되어 있다. 그러므로, 이 테이프에 대한 설명은 어느 정도 생략한다. 테이프는 가요성이고 광학적으로 투명하며 리본 형태인 단 결정성 사파이어(Al2O3) 기부 또는 기판(56)을 포함한다. 이 기부에는 실리콘(Si) 또는 갈륨 비소(GaAs)와 같은 광전도 물질로 조성된 얇은 변조층(58) 및 매우 얇은, 즉 1000Å의 이중-물질 기억층(62)가 추가된다. 변조층(58)의 매우 얇은 붕소 또는 인-도우프된 영역(58a)(즉, 고정 정(+) 전하로 n-도우프된)은 전극으로서 작용하도록 기부(56)에 인접하여 존재한다. 변조층(58)의 나머지 영역(58b)은 첨가제가 없다.
이중-물질 기억층(62)은 질화실리콘(Si3N4)과 같은 적합한 유전 물질로 조성된 매우 얇은(약 1000Å) 기억 영역 또는 층(62a) 및 영역(62a)의 하측에서 이산화실리콘(SiO2)와 같은 비등방성 작용 유전 물질의 극도로 얇은(즉, 약 30Å) 경계 영역(62b)으로 구성된다. 영역(62b)은 변조층(58)내에서 열적 발생되거나 광 발생된 전하 캐리어들이 기억 영역(62a)의 하부면으로 관통하는 것을 방지하는 전기 절연 특성을 나타내고, 영역(62b)은 테이프 영역(58a와 58b, 62b와 62a)을 통하는 적합한 중첩 강 직교 전계의 영향하에서 광발생 전하 캐리어의 기억 영역(62a)으로의 터널링을 허용한다. 다시 말하면, 인가 전계의 영향하에서 영역(62b)을 통해 터널된 변조층(58)으로부터의 전하 캐리어들은 소위 전하 무게 중심으로 기억 영역(62a)의 하측(62c)에 핀된다. 이 전계의 부재시에, 영역(62b)은 부수적 전하 캐리어들이 기억 영역에 도달못하게 하고 적합하게 누산된 전하 계수를 방해하지 못하게 한다. 그러므로, 영역(62b)은 노출 스텝중에 발생된 모든 광발생 정(+) 전하 캐리어들을 기억 영역(62a)내에 트랩시키므로, 이 테이프 영역 내에 공간적으로 전하 신호 패턴을 기억시키고, 특별한 해상도를 갖고 있는 영상이 테이프(12)상에 유지될 수 있도록 영역(62a)내의 전하 캐리어의 소정의 측방향 이동을 방지하게 된다.
테이프(12)는 예를들어 본 명세서 내에 참조된 1986.6.11자 출원 계류중인 특허 출원 제872,893호 내에 기술된 프로세스에 의해 제조될 수 있다. 이 테이프는 매우 높은 감도 또는 광속도(photospeed)를 갖고, 투사기(34)에 이해 기입 스테이션(26)에서 투사된 광학 영상에 대응하는 매우 좋은 화질의 전자 영상을 획득할 수 있는 능력을 갖는다. 테이프의 독특한 이중-물질 기억층(62)의 장벽(barrier) 및 트랩핑 기능으로 인해, 영상은 소정의 영상 감쇠없이 수년동안 테이프 상에 기억될 수 있다.
기입 동작중에, 촛점면(P)에 배치된 프레임 영역은 투사기(34)에 의해 영상화됨과 동시에 전자 소오스(52)에 의해 충전된다. 적합한 테이프 노출이 되려면, 전원 공급기(48)로부터의 전압이 테이프의 도전 영역(58a)에 인가되어야 한다. 따라서, 테이프 연부 여유부 내에서, 물질 영역(62a,62b 및 58b)은 도전 스트립(64)이 도전 영역(58a)상에 놓여질 수 있도록 에칭된다. 양호하게도, 각 프레임(12a)에 인접한 스트립(64)은 전기 접속부들이 각 프레임에 형성될 수 있도록 테이프(12)의 다른 프레임에 관련된 유사 스트립으로부터 전기적으로 절연될 수 있다. 제2도 및 제3도에 도시한 바와 같이, 특정 프레임(12a)이 촛점면(P)에 존재하면, 소오스(52)에 장착된 와이퍼(wiper) 접점(66)은 스트립(64)과 접촉한다. 제3도에 도시한 바와 같이, 접점(66)은 시스템의 제어기(42)내의 스위치(72)에 접속된다. 선택적으로, 스트립과의 전기 접속부들은스풀(14 또는 16)을 통해 형성될 수 있다.
제2도를 참조하면, 본 시스템이 컬러 영상을 기록할 수 있게 하기 위해, 투사기(34)로부터의 광선은 촛점면(P)에 테이프(12)를 지지하는 플래튼 표면(32a)에 인가된 다수의 얇고 평행하며 투명하고 인접하며 대역폭 제한된 전기 절연 컬러 휠터 스트라이프(76)의 어레이를 통과한다. 몇가지 응용시에, 휠터 스트라이프들은 테이프 자체의 앞면에 있을 수 있다. 일반적으로, 도시한 바와 같이 휠터 스트라이프(76)를 직선형 대신에 파상형을 만드는게 바람직하다. 이것은 투사기(34)에 의해 집속되고 있는 물체가 직선 스트라이프(76)[예를들어 피켓 펜스(picket fence)]에 평행하게 연장되는 교호 명암 밴드(band)로 구성되는 경우에 발생할 수 있는 주기성 문제점을 제거한다. 도면에는 스트라이프(76)들이 비교적 넓고 몇개만 있는 것처럼 도시되어 있지만, 실제로는 플래튼(32)상의 어레이 내에는 수천개의 스트라이프들이 있을 수 있는데, 각 스트라이프의 폭은 단지 수(예를들어, 2.5)미크론 정도로 되어 있다. 플래튼(32)상의 휠터 스트라이프(76)는, 회절휠터로 될 수 있지만, 실제로는 인입 및 광 영상을 컬러 성분들로 분리시키는 매우 미세한 인접 병렬 적색(R), 녹색(C) 및 청색(B) 필름으로 구성된다. 따라서, 테이프 프레임(12a)가 촛점면(P)에 노출될때, 프레임의 영상 영역(I)에 인가된 영상은 프레임 상에 투사된 화상의 적색, 녹색 및 청색 성분으로 구성되는데, 이성분들은 프레임 상에 비월된다. 다시 말하면, 화상의 각 색 성분에 대한 화상 성분은 촛점면(P)에서의 테이프 프레임의 3번째 라인마다 기억된다.알 수 있는 바와 같이, 컬러 휠터 스트라이프들은 프레임이 해독 스테이션(28)에 배치될때 영상을 판독하기 위해서 프레임을 주사하는 전자 비임의 래스터 경로와 일치한다.
또한, 이 시스템은 영상을 테이프 상에 기입하기 전에 투사기(34)의 촛점을 자동적으로 맞추고 노출 프로세스 중에 전자 소오스(52)에 의한 테이프의 충전을 제어하기 위한 수단을 포함할 수도 있다. 이 수단들은 처음에 언급한 출원서 내에 기술되어 있고 본 발명의 주요부가 아니기 때문에 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
제4도에는 노출중의 테이프 프레임(12a)의 전기적 주위 환경이 도시되어 있고, 제5도에는 노출되고 있는 테이프 프레임에 대한 전형적인 특성 곡선(C)이 도시되어 있다. 실제로, 제어기(42)는 프레임(12a)상에 투사되고 있는 광영상의 가장 어두운 부분이 10-3ergs/㎠에 대응하는 선택된 최소 노출, 즉 최소한 109광자/㎠을 수신하도록 전자 소오스(52), 5-100V 탭 전원 공급기(48), 스위치(72) 및 영역(58a)에서의 테이므 프레임(12a)과 직렬로 접속된 가변 저항기(82)를 제어한다. 전형적인 경우에, 제4도 회로내의 충전 전류는 1A 미만이고, 테이프 상에 입사하는 광량에 따라 1㎲ 내지 1sec(또는, 그 이상)로 지속된다. 각 입사광자는 제4도에 도시한 바와 같이 변조층(58)내에 1개의 전자-홀 쌍을 발생시킨다. 광 영상이 가장 어두운 변조층(58)의 부분 내에서, 희미한 영상으로부터 발생되는 입사광은 전형적으로 30×108전자/㎠정도로 발생한다. 변조층의 가장 밝은 부분의 경우에는 30×1011광발생 전자/㎠정도될 수 있다. 그러므로, 테이프층(62)상의 상이한 지점에 기억된 전하들은 20전자/해상 소자에서 20,000전자/해상 소자로 변할 수 있으므로, 제5도에 도시한 바와 같이 테이프(12a)상에 기록되고 있는 영상내의 요구된 32가지 상이한 그레이 레벨 스텝(G)보다 더 많은 검색을 가능하게 된다.
테이프 양단의 전계는 광 발생된 전자들이 접점(66)을 통해 접지로 통하는 도전 영역(58a)을 향해 이동하게 한다. 광 발생 정(+) 캐리어 또는 홀들은 테이프 기억층(62)을 향해 이동한다. 전극 영역(58a)과 층(62)의 표면(62d)상의 전자 피착에 의해 형성된 가상 전극 사이에서 연장되는 강한 중첩 외부 바이어스 전계 및 이 표면 상의 부(-) 전하와 홀의 고유 정(+) 전위 사이에 형성된 부수적 내부 전계의 영향 하에서, 이 정(+) 전하들은 경계 영역(62b)을 통해 터널하고, 프레임(12a)의 영상 영역(I)의 상이한 부분내의 영상휘도에 정비례하는 100Å정도의 깊이로 유전 영역(62a)의 하부면(62c)내에 트랩된다. 이 정(+) 전하들은 제4도에 도시한 바와 같이 층(62)의 표면(62d)상에 놓여 있는 소오스(52)로부터의 동일 수의 전자들에 의해 평형화 된다. 테이프 표면(62d)상의 인접 해상 소자에 기억된 전자들의 전하 도메인 또는 수는 기억된 전자 영상들 내의 콘트라스트 또는 그레이 레벨을 설정하기 위해 변할 수 있지만, 전기 접지, 즉 영역(58a)은 프레임 전체에 걸쳐 등가화된다. 그러므로, 노출중에, 제어부(42)는 우세 조명 상태하에서 제5도에 도시한 테이프의 특성 곡선(C)의 최적 세그먼트 상에서 동작하도록 프레임(12a)을 소정 전압으로 잠시 충전시킨다.
그러므로, 노출 프로세스 중에, 전자 소오스(52)는, 제어기(42)의 제어하에서, 테이프 영역(62b)을 통해 터널된 광발생 전하들의 최대수와 동일하도록 노출 기간중에 특정량의 부(-) 전하들을 테이프면(62d)에 분산시킴으로써, 기억 영역(62a)내에 전하 평형을 설정하게 된다. 따라서, 촛점면(P)상에 투사된 광 영상에 대응하는 완전 노출 전자 등가 영상이 테이프 프레임(12a)에 의해 획득되어 기억층(62)내에 기억된다. 제4도에 도시한 바와 같이, 전자 영상들은 테이프 프레임(12a)의 영상 영역(I)에 걸친 상이한 전하 쿨롱 도메인의 지형적 분포로서 층(62)상에 존재한다. 이 분포는 2개의 부분, 즉 층(62)의 표면(62d)과 전극 영역(58a)사이에 초기 내부 바이어스 전계를 설정하기 위해 노출 스텝 개시시에 층(62)상에 피착된 전하와, 테이프 프레임의 노출에 의해 발생된 광발생 등가 전하로 구성된다.
그러므로, 표면(62d)상의 각 지점에서의 전자수는 초기에 피착된 수(제4도에서 원으로 둘러싸여 있음)에다 노출 스텝중에 영역(62b)을 통해 터널된 광 발생 정(+) 전하 캐리어 수에 대응하는 전자수(제4도에 원으로 둘러싸여 있지 않음)를 더한 것과 동일하다. 정상 동작 모드내에서, 초기 전하(제4도에 원으로 둘러싸여 있음)는 노출 단계가 완료된 후, 즉 전자 소오스(52)가 차단되고 스위치(72)가 개방된 후에 테이프 프레임(12a)상에 남는다. 영상화된 프레임(12a)상에서, 영역(62a)상의 전하들은 초기에 열 평형 상태로 존재하는 고르게 분포된 캐리어들의 블랭킷 상에 중첩되는 광 발생 캐리어수에 의해 공간적으로 변화된다. 그러므로, 전형적인 사진 장면(scene)의 경우에, 정(+) 및 부(-) 전하들의 수는 상기 해상 소자 내에서의 거의 동일하지만, 다른 해상 소자에 관해서는 상이하다.
노출 스텝 후, 소오스(52)가 턴 오프되고 스위치(72)가 개방됨으로써, 전자군 전류 밀도 및 기간을 제어하기 위해 설정된 부(-) 바이어스를 제거하면, 테이프 영역(62b)을 통해 터널된 정(+) 전하는 영역(62a)내의 제위치에 계속 핀된다. 소정의 자유 열적 발생되거나 고르게 광발생된 정(+) 캐리어들은 영역(62b)을 통해 터널하고 영역(62a)의 하측(62c)에 기억된 전하 계수를 업셋트(upset)하기에 불충분한 에너지를 갖는다는 것을 알아야 한다.
낮은 광선 레벨 노출과 같은 특수한 경우에, 프레임 상에 초기에 피착된 전하들을 제거함으로써 테이프 프레임(12a)에 인가된 바이어스 전계를 제거하는 것이 바람직하게 될 수 있다. 이 표면 안정화(passivation) 단계는, 사용된 경우에, 소오스(52)로부터의 각 일차 전자가 테이프 층(62)의 표면(62d)으로부터 1개 이상의 이차 전자를 발생시키도록 테이프와의 회로내의 전자 소오스(52)의 동작을 포함한다. 이 방출은 전극층(58a)에 관하여 이 표면에 전기적으로 중성 또는 정(+)으로 되게 한다. 제3도 및 제4도를 참조하면, 프레임(12a)의 바이어스 제거는 노출 스텝 바로 다음에 제어기(42)에 의해 자동적으로 개시되지만, 프레임(12a)은 여전히 구획실(compartment)의 어두움 내에서 기입 스테이션(26)에 있게 된다. 제어기(42)는 전원 공급기(48)로부터의 500V정도의 부(-) 전압이 소오스(52)상의 접점(66)에 의해 이 프레임의 스트립(64) 및 전극층(58a)에 인가되도록 순간적으로(예를들어, 1/10㎲동안) 스위치(86)를 폐쇄시킨다. 동시에, 제어기는 이 프레임에 아직 놓여 있는 전자 소오스(52)를 턴 온시키므로. 다량의 에너지 전자를 기억영역(62a)의 표면(62d)에 보내어, 이 표면으로부터 이차 전자를 발생시키게 하는데, 이 전자들의 수는 소오스(52)로부터의 도달 일차 전자들의 수를 초과한다. 전자(즉, 제4도에 원으로 둘러싸인, 노출 스텝 개시시에 초기 피착된 전자)들이 영상 영역의 가장 어두운 부분으로부터 제거될때, 영역(62a)의 하측에 핀된 정(+) 전하들을 역평형화(counterbalance)시키는 원으로 둘러싸여 있지 않은 전자들만이 남는다. 그러므로, 영상에 대응하는 전하들만이 프레임 상에 남게 된다. 6×108광자/㎠에서 6×1011광자/㎠으로 변하는 입사광에 응답하여, 전형적인 전자 영상은 기억 영역(62a) 내부의 70V/㎝ 내지 70×103V/㎝의 전계 강도에 대응하는 20전자/픽셀에서 20,000전자/픽셀로 변한다. 전체 영역에 걸친 표면(62d)으로부터의 블랭킷 표면 전하의 제거는 기억된 영상이 이 블랭킷 바이어스 전하가 전혀 없는 상태로 되게 한다. 프레임의 노출부내의 표면 전하는 영상 정보만을 반영한다.
방금 기술한 표면 안정화 스텝의 경우에 소오스(52)를 사용하는 대신에, 몇가지 용융시에, 기입 스테이션과 해독 스테이션 사이의 하우징(10)내에 이 목적을 위한 별도의 전자 소오스(도시하지 않음)를 배치시키는 것이 양호하게 될 수 있다. 테이프 프레임이 나중 스테이션으로 이동되면, 이 소오스의 방출기 니들을 방금 기술한 바와 같이 바이어스 전하를 제거하기 위해 테이프의 하부면(62d)를 조사한다.
이 바이어스 전하를 제거하기 위한 또 다른 방법은 제1도에 도시한 바와 같이 2개의 스테이션들 사이에 전기적으로 접지된 도전성 로울러(87)를 제공하여, 테이프가 스테이션(28)으로 진행할때 이 로울러가 테이프면(62d)에 접촉하게 하는 것이다. 영역(62a)내의 하부 정(+) 전하에 결속(bind)되고 기억된 영상을 나타내는 이 전자들은 로울러(87)가 테이프 프레임(12a)상에저 회전할때 영항을 받지 않은 상태를 유지한다.
노출 및 바이어스 제거중의 광변조층(58)내의 암 전류의 크기는 온도 의존성이고, 노출중에 발생된 전하에 의해 비교적 작다. 그러나, 온도 보상이 요구되면, 온도 감지기(도시하지 않음)가 하우징(10)내에 장착될 수 있고, 노출 및 바이어스 제거 스텝 기간이 이 온도 변화를 보상하기 위해 변화될 수 있도록 제어기(42)에 결합될 수 있다.
제2도 및 제3도를 참조하면, 방금 기술한 바와 같이 각 테이프 프레임(12a)상에 영상을 기록함과 동시에, 전자 기표(92)는 제2도에 도시한 바와 같이 영상 영역(I) 외부의 이 프레임 영역의 일부 여유부내에 기록된다. 후술하는 바와 같이, 영상과 동시에 기록된 이 기표(92)들은 각 판독 동작전에 시스템이 동일 영상이 이 프레임 상에 기록된때 촛점면(P)에서의 위치에 대하여 영상이 프레임으로부터 해독될때 주사면(R)에서의 위치에서의 각 테이프 프레임(12a)의 소정의 약간의 오배치를 보상하기 위해 스테이션(28)에서의 해독 동작중에 테이프를 주사하는 전자 비임의 초기 또는 홈 위치 및 스큐를 설정할 수 있게 한다.
본 시스템은 촛점면(P)에서의 상부 우축 모서리에서 플래튼(32)내에 배치된 광선 유니트(94)에 의해 이 기표(92)들을 테이프 상에 기록한다 제2도에 도시한 바와 같이, 광선 유니트(94)는 테이프(12)에 평행하게 연장되고 녹색(예를들어, 500㎚광)을 방출시키는 LED 또는 레이저 다이오드와 같은 기다란 광원(94a)을 포함한다. 광선 유니트(94)의 다른 구성 요소는 촛점면(P)에서 프레임(12a)과 긴밀한 접촉관계로 되도록 플래튼 면(32a)에 배치된 불투명 마스크(94b)이다. 이 마스크는 테이프에 평행하게 연장되는 정확한 좁은 슬릿(96a)(즉, x축)을 갖는데, (Y축) 십자-슬릿(96b)은 플래튼(32)의 전방연부에 인접하여 배치된다. 광학영상이 테이프 프레임(12a)의 영상 영역(I)상에 기록될 때마다, 제어기(42)는 슬릿(96a 및 96b)에 대향한 테이프 프레임(12a)의 여유부 영역이 포화 광량을 수신하도록 광원(94a)을 활성화시킨다. 그 결과, 교차암(92a 및 92b)을 갖고 있는 용이하게 검출가능한 전자 기표(92)가 테이프(12)상에 기록된다. 제4도에 도시한 바와 같이, 기표는 실제로 영상 영역(I) 외부의 프레임(12a)의 표면(62d)상에 피착된 다수의 부(-) 전하로 구성된다[동일수의 하부 정(+) 전하는 테이프 영역(62a)내에 있다].
전자 영상이 방금 기술한 바와 같이 테이프 프레임(12a)상에 기록된 후, 이 영상은 제어기(42)를 통해 스풀 모터(18 및 22)를 적당히 구동시킴으로써 해독 스테이션(28)에서 주사면(R)내에 테이프 프레임을 배치시킴으로써 테이프로부터 판독 또는 검색될 수 있다. 상술한 바와 같이, 제어기(42)는 테이프를 따르는 특정 프레임(프레임 수는 3개)이 판독을 위해 주사면(R)에 적합하게 배치된 때를 알도록 테이프 위치 검출기(46)로부터의 펄스들을 계수한다.
제1도에 도시한 바와 같이, 전자총(102)이 본 시스템의 해독 스테이션(28)에 대향하여 배치된다. 이 전자총은 전자(e)열을 발생시키는 전자 방출기 또는 캐소드(106)을 포함한다. 가속 애노드(108)는 테이프 상에 충돌하는 비임이 휠터 스트라이프(76, 제2도)의 폭보다 약간 작은 직경으로 미세 집속되도록 주사면(R)에서의 프레임(12a)의 표면(62d)을 향해 전자를 가속시킨다. 전자총(102)는 또한 통상적인 수평 및 수직 편향판(110a 및 110b)을 포함한다. 이 판들 사이에서 발생된 전계들은 전자 비임이 주사면(R)에서의 프레임(12a)의 표면(62d)상의 래스터를 스위프 아웃시키도록 하우징(10)내의 비임 편향 제어 회로(112)에 의해 제어된다. 제2도에 관련하여 상술한 바와 같이, 래스터 라인(L)은 휠터 스트라이프(76)의 어레이를 통해 기록된 프레임 영역(12a)상의 라인에 대응해야 한다. 라인(L)이 상술한 피켓 펜스 영향을 제거하기 위해 정현파형 또는 파상형이면, 회로(112)는 프레임 면을 가로질러 스위프할때 대응 파상 경로를 따라 비임을 구동시키도록 배열된다.
제2도에 도시되어 있고 지금부터 더욱 상세하게 기술하게 되는 바와 같이, 테이프 프레임(12a)상으로의 비임 전자(e)의 충돌은 주사내의 픽셀 또는 해상 소자에 의한 수치 분포가 프레임 상에 기억된 전자 영상을 나타내는 테이프로부터의 이차 전자(e')가 방출되게 한다. 이차 전자(e')는 전자 방출기(106)를 둘러싸는 전자 수집기(114)에 의해 수집되고, 기억된 영상의 전기적 유사체인 화상 신호가 발생된다. 이 신호는 하우징(10)내에 포함된 판독 회로(116)에 인가되는데, 여기에서 이 신호는 검색된 영상이 보여지거나 재생될 수 있는 비디오 표시기 또는 프린터(도시하지 않음)에 결합될 수 있는 출력 단자(116a)에 인가되기 전에 중폭, 숫자화 및 조절된다.
시스템(10)이 주사면(R)에 존재하는 프레임(12a)상의 영상을 해독할때, 제어기(42)는 스위치(118)를 폐쇄시켜, 제1도 내지 제3도에 도시한 바와 같이 와이퍼 접점 또는 등가물을 접속시킴으로써(-2KV로 유지된) 방출기(106)를 갖고 있는 고전압(즉, 300V) DC 회로 내에 스테이션(28)에서의 테이프 스트립(64), 즉 테이프 영역(58a)을 결합시키게 된다. 그러므로, 방출기는 주사면(R)에서의 선택된 테이프 프레임(12a)에 충돌하는 소직경(전형적으로, 2㎛) 전자 비임을 방출시킨다. 테이프(12)가 적외선에 민감하기 때문에, 전자비임 소오스(106)는 열이온 장치가 아닌 냉전계 방출 장치로 되어야 함으로써, 해독되고 있는 동안에 테이프가 적외 방사선에 노출되는 것을 방지하게 된다. 이 형태의 냉음극 방출 소오스는 이러한 주사기 응용시에 사용되어 오지 않았는데, 이들은 매우 적은 전력(약 1㎁)으로 동작될 수 있다.
비임(e)이 프레임(12a)에 충돌하는 경우에, 이차 전자(e')들이 이 지점에서 테이프 영역(62a)으로부터 방출된다. 상술하고 제4도에 도시한 바와 같이, 영역(62a)상의 전하들은 영역(62a)의 하측에 핀된 광발생 정(+) 전하 및 영역 표면(62d)상에 존재하는 동일 수의 부(-) 신호 전하 또는 전자들로 구성되고(이 전자들은 제4도내에서 원으로 들러싸여 있지 않다), 상술한 바와 같이 제거되지 않은 경우에, 바이어스 전자(제4도내에서 원으로 둘러싸여 있음)들은 상술한 노출 프로세스중에 테이프에 인가된 초기 바이어스 전계의 결과로서 존재한다. 영역(62a)상의 표면 전자들은 동일 수의 정(+) 전하와 결속되는데, 초기 바이어스 전계로부터 발생되는 초과 전자들은 테이프 전극층과의 쇼트 회로를 통해 용이하게 제거될 수 있도록 표면에 덜 강하게 결속된다. 영역(62a)의 하부에서의 하부 정(+) 전하 캐리어들은 그들의 위치에 핀된 상태로 유지되고, 표면(62d)상의 대응 부(-) 전하들도 마찬가지이다.
제6도의 파형(S)은 일차 전자 에너지와 이차 전자 방출비(R), 즉 전자총(102)로부터의 비임이 테이프(12)에 충돌할때 일차 비임 전압에 대한 일차 전자수/이차 전자수의 변화를 도시한 것이다. 이 비(R)는 파형(S)상의 두 지점, 즉 제1전압(Vc1)과 제2진압(Vc2)에서 1이다. 이 2개의 교차 전위에서, 각 픽셀에서 테이프 영역(62a)으로부터 취출된 이차 전자들의 수는 이 픽셀에 충돌하는 소오스(106)로부터의 비임 내의 일차 전자(e)의 수와 동일하다. 본 시스템은 통상적으로 일차 전자들이 층(62)을 부분적으로 관통하기에 충분한 에너지를 갖지만 이 영역의 하부에 핀된 정(+) 전하에 도달하기에 충분히 깊지 않도록 제1과 제2교차점(Vc2)사이와 제2교차점 근처에서 동작한다. 그 결과, 영상을 해독하기 위해서 테이프 프레임을 주사하는 전자 비임은 표면(62d)상의 부(-) 전하 도메인의 보전성이 유지되도록, 프레임(62a)의 하부에서의 영상-표시 정(+) 전하 패턴에 영향을 미치지 않는다.
테이프 프레임(12a)상의 일차 전자(e)의 충돌은 층(62)의 표면(62d) 바로 밑의 벌크(bulk)내에서 이차 전자를 방출시키는데, 상기 이차 전자들은 층(62)의 벌크 내에서의 전자 충돌에 의해 발생된다. 이 새로 발생된 부(-) 전하들은 세기가 이차 방출 계수(비)와 영상-방향 전하 도메인을 형성하는 내부 전계의 영향에 의해 결정되는 전자 플럭스(e')를 형성하는데, 후자는 방출되는 이차 전자들의 수를 제한할 수 있다. 이차 전자 플럭스(e')내의 모든 전자들은 전자 계수를 반영하는 출력 신호를 발생시키는 수집기(114)에 의해 수집된다. 그러므로, 일차 비임 주사내의 각 화상 소자 점에서 검출된 전자(즉, 증폭된 수집기 출력 신호), 즉 플럭스(e')의 수는 실제로 방출된 이차 전자들의 수를 변화시키는 픽셀에 존재하는 전계 강도에 따라 변하게 된다. 더욱 상세하게 말하자면, 영역(62a)상에 기억된 전하의 수가 적은 경우, 영상 영역(I) 외부의 지점 또는 영역(I)내부의 비교적 어둡거나 노출되지 않은 지점에 대응하여, 이차 플럭스(e')내의 전자들의 수는 많아진다. 최대 복귀 플럭스는 전계가 전혀 존재하지 않는 영역내에서 발생된다. 이와 같이, 영역(62a)상에 기억된 전하들의 수가 많은 스위프된 프레임 영역 상의 한 지점으로부터의 이차 플럭스 전자들의 수가 감소하게 된다. 기표(92)에서, 이차 플럭스는 최소로 되는데, 그 이유는 내부 전계가 최대이기 때문이다. 그러므로, 수집기(114)에 의해 검출된 전자 계수로부터 이차 전자 방출로 인한 전자 기여도(contribution) 및 블랭킷 전하 전자(존재시)를 감산함으로써, 플럭스 전자 계수는 기입 스테이션(26)에서 테이프 프레임(12a)상에 기록된 광학 영상에 정확히 대응하는 테이프 프레임(12a)상의 전하 분포를 나타내는 수집기/증폭기로부터 출력 신호를 발생시킨다.
이 방식의 이차 전자 방출 검출에 의한 판독은 수집기가 채널트론 또는 다이노드형 증폭기와 통합되는 것을 가능하게 한다. 이들은 공지된 전자 장치로서, 저전력을 요구하고, 복귀 플럭스(e')에 의해 표시된 입력보다 1,000,000배 만큼 더 강한 전류 출력을 발생시키며, 전기 잡음 유입을 최소화한다. 결과적으로, 해독 스테이션(28)에서의 테이프 프레임(12a)의 각 주사마다, 본 시스템은 먼저 주사 비임 전자 장치를 O-셋트시키기 위해 프레임의 여유부내에 기록된 전자 기표(92)를 나타내고 그 다음에 테이프 프레임의 영상 영역(I)내에 기억된 전자 영상을 나타내는 고도로 증폭된 신호를 제공하게 된다. 그러므로, 프레임(12)로부터 방출된 이차 전자들의 전계 변조 계수를 포함하는 시스템에 의해 실행된 판독 프로세스는 해독 비임이 전하 평행상태를 설정하고 신호를 파괴할때 기록 매체로부터 용량적으로 변조된 전계 비관련 접지 전류 신호를 검출하는 서두에 기술한 종래의 주사 방법과는 완전히 다르다. 프레임을 통하는 전류 흐름을 검출하는 것이 아니라 테이프면(62d)상의 지형적 전계 강도 분포에 의해 변조된 이차 플럭스(e')내의 각 전자들을 검출하여 간단히 계수함으로써, 이 시스템은 최소 잡음을 포함하고 특별한 그레이 스케일(exceptional greyscale)로 조합된 매우 높은 해상도를 갖는 화상 신호를 발생시키기에 유리한 테이프(12)의 고감도, 무결함 특성을 취할 수 있다. 또한, 종래 시스템 보다 낮은 판독 또는 주사 전압에서 이것을 달성할 수 있으므로 전력을 절약하게 된다. 부수적으로, 판독은 층(62)내의 휠드 도메인에 관련하여 비-파괴적이고, 이 이유만으로도 다른 기술보다 우수하다.
전자총(102)으로부터의 비임은 전형적으로 프레임(12a)상의 각 래스터 해상 소자 또는 픽셀에서의 약 0.6μsec의 체재 시간에 대응하여, 16,000,000개의 R,G,B 해상 소자를 9sec내에, 또는 5,300,000개의 단색 해상소자를 3sec내에 주사한다. 각 해상 소자(즉, 1 : 1000 동적 범위)에서의 체재 시간 동안에 20 내지 20,000개의 전자를 검출하도록 설계되는 전형적인 제1도 시스템은 전자총(102)으로부터 5×10-9A 또는 5㎁의 비임 내의 최소 비임 전류를 요구하게 된다. 저-잡음 전자 증배관(채널트론/다이노드)의 제1단과 같은 수집기를 사용하면, 신호 전류(is), 잡음 전류(in) 및 출력 신호 전류(isn)가 결정될 수 있다. 그러므로, 최소 광신호가 픽셀당 20개 전자로 표시되고 최대 광신호가 픽셀당 400개 전하로 표시되는 낮은 광선 레벨의 경우에, 비임 전류는 픽셀당 최대 전하수 이상이 되어야 하는데, 이 제한으로 인해, 픽셀당 0.6×10-6sec의 선택된 주사 시간 내의 400개의 일차 전자들의 플럭스에 관련된 잡음은 다음과 같다.
픽셀당 주사 시간=0.6×10-6sec
최대비임전류(ib)=(400×1.6×10-19)/(0.6×10-6)
=10-10A/픽셀
증폭후, 전류 isn=10-10×106
=10-4A/픽셀
비임 전류에 관련된 잡음 전류는 다음과 같다.
in=(2eibf)1/2
여기서, e=1.6×10-19C
f=1/(2×0.6×10-6)sec
=5.4×10-12A
그러므로, 신호 대 잡음비는 다음과 같다.
ib/in=(400)1/2=(10.7×10-11)/(5.4×10-12)=20 : 1
이 비가 5 : 1의 최소 가용 레벨로 감소된 경우, 대응 전자수(x)는 다음과 같이 된다.
5/1=Xe/주사시간=(X)1/2
(X)1/2e/주사시간
X =25
그러므로, 동적 범위는 타게트 전자의 400/25=16 : 1이 된다.
(전자 증배관에 인가되기 전의) 타게트로부터의 출력 신호 전류의 범위는
최소, isn=(25개 전자/픽셀)×(16×10-19C/전자)×1/{0.6×10-6(sec픽셀)}
isn=(6.67×10-12A)으로부터
최대, isn=400×(1.6×10-19)/(0.6×10-6)
=10.7×10-11A이다.
본 시스템의 양호한 실시예 내에서는, 시야 내에서 영상 프레암에 보여진 최대 노출에 상응하는 일차 비임 전류를 변화 또는 선택하기 위한 장치가 제공된다. 이 목적을 위해, 특정 프레임(테이프상의 각 프레임과 같이)은, 노출계가 노출 제어 신호를 전자군 발생기(52)에 보낼 때 노출계가 상기 프레임에 대해 노출 전에 해독하는 광량을 나타내는 값의 전자 코드로 마그크된다.
그러므로, 예를들어 노출이 10-1erg/㎠이면, 픽셀당 광 플럭스는 20,000개의 전자-홀 쌍을 발생시켰는데, 이것은 일차 비임이 픽셀 주사 시간중에 20,000개 전자 최소값으로 셋트되어야 한다는 것을 의미한다. 노출이 10-3erg/㎠이면, 비임은 20개 전자-홀 쌍이 노출중에 발생시킨 완전 등가 신호를 검출하기 위해서 주사 시간중에 20개 전자/픽셀로 설정된다.
최대 검출가능한 노출의 경우,
잡음 전류=3.77×10-11A
신호 대 잡음비=141 : 1
신호 대 자음비가 5 : 1인 경우에, 대응 전자수는 25개이다.
동적 범위는 타게트 전자의 약 800 : 1이다.
출력 신호 전류(isn)는 최소 6.67×10-12A이고, 최대 5.33×10-9A이다.
또한, 이 시스템은 주사 래스터의 각 픽셀 또는 해상 소자내의 비임의 체재 시간중에 몇개의 전류 단계를 갖도록 배열될 수 있다. 예를들어, 비임 전류는 160,000 내지 256×108개 전자의 다른 동적 범위를 제공하기 위해 10-4A로 스텝 업될 수 있다. 그러나, 통상적으로, 이 큰 범위는 요구되지 않는데, 그 이유는 전형적인 장면이 밝은 영역과 어두운 영역 사이에 약 100 : 1 콘트라스트만을 포함하기 때문이다.
몇가지 응용시에, 주사 제어 회로(112)는 2개의 상이한 래스터를 주사하도록 전자총(102)으로부터의 비임(e)을 제어하도록 배열될 수 있다. 정확한 영상이 검색되고 있는지를 알기 위해 본 시스템이 접속될 수 있는 비디오 표시기 상에 미리 보여지기에 적합한 화상 신호를 제공하기 위해 2개의 라인(L)마다 또는 3개의 라인마다의 조악한 주사기(각각의 색에 대해) 실행될 수 있다. 이때, 영상이 정확하면, 단자(116a)에서 시스템에 접속된 프린터로 이 영상의 하드 카피를 재생하기 위해 규칙적 주사가 최종 해상도로 수행될 수 있다.
또한, 전자 영상들이 테이프면(62d)상의 균일한 전자 블랭킷 중의 피착에 의해 야기된 바이어스 전계의 존재시에 테이프(12)상에 기록되었으면, 이 바이어스 전자(제4도에서 원으로 둘러싸여 있음)들은 상술한 바와 같이 노출 스텝 후에 제거되지 않는 한 기록 스테이션(28)에서의 테이프면(62d)상에 여전히 존재한다. 상술한 바와 같은 본 시스템내에서, 전자 소오스(106)는 제6도에 도시한 제2와 제3교차점 사이에서 양호하게 동작되므로, 상술한 바와 같이 테이프의 비-영상화 영역내의 지점들로부터의 이차 전자 플럭스(e')내의 전자들의 수는, 취출된 이차 전자들의 수에서 내부 전계로 인해 물질을 떠나지 못하게 된 영상-방향 전자들의 수를 감산한 수와 동일하다. 상술한 바와 같이, 주사 프로세스중에는, 테이프 상의 이 지점에 존재하는 부(-) 바이어스 전하를 오프셋시키기에 충분히 정(+) 전기를 띄도록 테이프면 상의 각 지점을 구동시키기에 충분한 테이프로부터 취출된 이차 전자가 있다. 이 경우에, 제7도에 도시한 바와 같이, 영역(62a)의 하부에 핀된 하부 영상-표시 정(+) 전하에 더욱 강하게 결속되는 부(-) 신호 전하만이 표면(62d)에 남게된다.
본 시스템이 판독중에 프레임(12a)을 주사할때, 서두에 기술한 종래의 시스템과는 달리, 이 프레임 상에 기억된 전자 영상을 파괴시키지 않는다. 오히려, 이 시스템은 몇번이고 되풀이하여 다시 해독될 수 있는 이 영상을 리프레쉬한다. 이것은 하우징(10)의 어두움 내에서 일어나는 주사중에 광-유도 전자-홀 쌍이 테이프의 변조층(58)내에서 전혀 발생되지 않기 때문이다. 그리고, 테이프의 기억층(62)상에 전하가 축적되지 않는데, 그 이유는 상술한 바와 같이 영역(62a)의 하부에 핀된 정(+) 전하 캐리어의 위치가 비임에 의해 방해받지 않은 상태를 유지하고, 표면(62d)에서의 부(-)영상-방향 전하들이 보충되기 때문이다. 이것은 판독전에 소오스(52)로부터의 전자들에 테이프를 노출시키거나 전자들이 이차 전자 방출을 발생시키지 않고서 테이프에 충돌하도록 저 에너지 레벨에서 전자총(102)을 동작시켜 판독 전에 프레임을 주사함으로써 달성될수 있다. 그러므로, 제7도에 도시한 바와 같이 각 지점에서의 층(62) 양단에 전하 평형이 유지된다. 그 결과, 각 프레임(12a)의 층(62)상에 분포된 전하 도메인의 전계 강도는 유지되어, 이 프레임의 이론적으로 무한 반복된 판독을 가능하게 된다.
실제로, 테이프(12)의 고도의 완전성으로 인해, 테이프(12)상에 기록된 전자 영상들은 고의적으로 소거되지 않는 한 수년 동안 남게 된다. 본 시스템 내에서, 이러한 소거는 기입 스테이션(26)[또는 하우징(10)내의 어느곳]에서 소거되도록 영상을 포함하는 프레임(12a)를 배치시키고, 소오스(52)에 장착된 U.V. 램프(125)를 활성화시킴으로써 간단히 달성된다. 이 램프로부터의 단파장 방사선은 테이프층(62)을 도전성을 띠게 하므로, 이 프레임으로부터 영상-표시 전하 패턴을 제거하게 된다.
상술한 바와 같이, 각 프레임(12a)상에 기록된 강한 전자 기표(92)는 이 프레임 상에 기억된 영상을 해독하기 전에 비임 주사를 개시시키기 위해 사용된다. 더욱 상세하게 말하자면, 각 판독 동작 개시시에, 제어기(42)는 비임 제어 회로(112)가 기표(92)를 발견하도록 탐색 루틴을 실행하게 한다. 이 루틴에 따라, 회로(112)는 기표(92)가 배치되는 테이프의 상부 여유부, 즉 프레임(12a)의 연부와 영상 영역(I)의 연부 사이의 영역을 따라 진행하면서 나선형 또는 원형 운동(또는 그외의 다른 적합한 기하학적 스위프 패턴)을 스위프 아웃하도록 일차 비임(e)을 편향시킨다. 회전 운동을 하는 비임이 기표의 암(92a 또는 92b)을 통과할때, 복귀 플럭스(e')내의 전자들이 갑작스럽게 감소된다. 신호내의 전자수가 적은 것은 기표 영역내의 강 전계로 인한 이차 전자 방출이 지연되기 때문이다. 이 적은 수의 기표 전자[공극(void)]들은 수집기(114)에 의해 수집되고, 제어 신호를 제어 회로(112)에 발생시키는 판독 회로(116)내의 임계치 검출과 같은 수단에 의해 검출된다. 이 신호에 응답하여, 회로(112)는 비임(e)이 2개의 기표 교차-암(92a 및 92b)을 가로질러 스위프하고 있다는 것을 의미하는 4개의 전자 공극을 수집기가 검출할 때까지, 일차 비임 원형 스위프가 테이프 여유부를 따른 전송을 중지하고 근처 영역 내에서 주사하게 한다. 수집기(114)의 출력에서의 이 4개의 신호들의 존재는 비임(e)이 기표(92)상에 어느 정도 중심을 두고 있다는 것을 나타낸다. 이 신호들은, 신호들이 시간적으로 동일한 간격을 두고 배치될 때까지[비임(e)의 축이 기표축과 정렬되고 비임의 X 및 Y 편향축이 기표 암(92a 및 92b)에 평행하다는 것을 의미함] 회로(112)가 비임을 한 방향 또는 다른 방향으로 약간 시프트시키게 하도록 회로(112)에 인가한다.
필요시에, 회로(112) 초기치 설정 루틴은, 여유부를 제공하므로 비임 홈위치 셋팅의 정확성을 보장하기 위해 비임(e)이 기표(92)에 대한 몇가지 원형 주사를 실행하게 하도록 배열될 수 있다. 초기치 설정 루틴 종료시에, X 및 Y 주식 좌표상의 기표(92)의 확인된 위치는 회로(112)내의 메모리 내에 기억되고, 실제 판독 주사는 이 지점으로부터의 고정 오프셋, 예를들어 영상 영역(I)의 모서리에서 개시된다.
테이프로부터 영상을 해독하기 전에 전자 비임을 초기치 설정하는 것의 중요성은 각 프레임(12a)상에 기억된 매우 미세한 신호 패턴이 이 프레임상의 전자 기표(92)와 동시에 기록되었으므로, 폭이 2.5미크론인 컬러 스트라이프(76)를 판독중에 직경이 2.0미크론인 비임(e)을 안내해야 하는 회로(112)내의 주사 좌표 및 편향 전자 장치에 링크시키게 된다는 사실에 관한 것이다. 프레임(12a)상에 기표(92)와 영상을 동시에 기록함으로써, 테이프, 즉, 이 프레임이 노출 스테이션(26)에 기하학적으로 고정 및 동결되었지만, 무엇보다도 우선적으로, 휠터 스트라이프(76)로부터의 테이프의 미세 이동은 비임(e)이 이 휠터 스트라이프를 통해 노출된 프레임(12a)상의 라인들에 정확히 대응하는 래스터 라인(L)을 따라 스위프하게 한다. 프레임(12a)상의 컬러 정보의 라인들이 전기 신호(즉, 전하)의 형태로 되어 있다는 것을 명심하면, 이들은 광학 색체 식별기능을 갖고 있지 않다. 따라서, 기표(92)의 제공과 상술한 초기치 설정 루틴은 해독 동작중에 전자 소오스(106)에 관련하여 시프트된 위치내에 등가 컬러 스트라이프 정보를 배치시키도록 프레임이 소정 크기로 시프트되거나 스큐되었더라도 비임(e)이 프레임(12a)상의 정확한 래스터 경로를 따르거나 스위프 아웃하게 한다.
비임이 영상 주사 준비를 위해 O-셋트된 후, 우선 노출계는 상술한 바와 같이 프레임 상에 영상을 나타내는 전자 전하 밀도 값에 상응하는 비임 전류를 셋트시키기 위해 사용될 수 있는 기록된 노출 값을 남겨놓은 노출 코드 영역을 찾게 된다.
제9도 및 제10도를 참조하면, 전자 비임 주사에 의해 테이프 프레임(12a)상에 기억된 전자 영상을 해독하는 대신에, 테이프는 소위 터널 전자 방출을 검출함으로써 해독될 수 있다. 이 목적을 위해, 제9도에 도시한 바와 같이 같이-형 방식으로 테이프면(62d)을 가로질러 이동하는 매우 날카로운 텅스텐 감지 니들(132)의 선형 어레이를 사용한다. 이 판독 기술은 예를들어 Scientific American 간행물(1985년 8월판), 50 내지 56페이지에 기술된 터널링 전자 현상을 사용한다. 이 간행물에 기술된 바와 같이, 파상 특성으로 인해, 표면상의 전자들은 누출되어, 이 표면상에 전자군을 형성한다. 그러므로, 제10도에 가장 양호하게 도시한 바와 같이, 니들팁(132a)이 충전된 테이프면(62d)에 충분히 가깝게 배치되면, 전자군(C1및 C2)은 이 표면상에 존재한다. 전압이 팁(132a)과 테이프의 전극층(58a) 사이에 인가되면, 소위 터널 전자들이 이 중첩 전자군을 통하는 좁은 채널(T)을 따라 테이프면으로부터 니들팁으로 흐르게 되어, 터널링 전류(it)를 발생시키게 된다.
전자군(C1또는 C2)의 밀도가 거리에 따라 지수적으로 낮아지기 때문에, 터널링 전류(it)는 각 니들팁(132a)과 테이프면(62d)간의 거리에 매우 민감하다. 1개의 원자 직경만큼 작은 이 거리의 변화는 1000배 만큼 터널링 전류를 변화시킨다. 제9도 시스템 내에서, 선형 어레이내의 각 니들(132)은 적합한 니들 위치 설정기(134)에 의해 지지되고, 상기 문헌 내에 기술된 것과 같은 적합한 스위프 메카니즘(136)에 의해 테이프면(62d) 양단의 래스터 내에서 스위프된다. 실제로, 각 니들은 주사내의 각 지점에서 테이프면으로부터 전자들을 픽 오프시켜, 니들(132)내의 터널링 전류(it)를 상승시키게 된다. 이 전류 신호는 표면(62d) 원자상의 일정한 높이로 니들팁(132a)을 유지시키기 위해 니들 위치 설정기를 제어하는 궤환 회로(138)에 인가된다. 이 방식으로, 주사 니들팁(132a)은 제10도에 도시한 바와 같이 표면(62d)의 외형을 따른다. 이 거리가 일정하게 유지되면, 니들 주사시의 각 지점 또는 해상 소자에서의 터널링 전류(it)는 테이프 표면(62d)의 전자 구조 및 이 위치에서의 이 표면상에 존재하는 전자수에 따라 변한다. 또한, 이 전류 신호는 테이프면 구조로 인한 신호 기여도(즉, 테이프의 비-영상화 영역 내에 존재하는 신호)를 감산하는 임계 회로(142)에 의해 증폭기(140)에 인가된다. 그 결과, 증폭기 출력은 니들에 의해 주사된 라인을 따라 테이프 프레임(12a)상에 기억된 전자 신호 패턴을 정확히 나타내는 화상 신호이다. 믈론, 이 신호는 전하가 상술한 바와 같이 노출에 의해 제거되지 않는 한 초기 바이어스 전하를 포함하게 된다.
그러므로, 상기 설명내에 기술한 목적들이 효율적으로 달성된다. 또한, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고서, 상술한 방법 및 도시한 구조를 소정 형태로 변경시킬 수도 있다. 그러므로, 상기 설명내에 포함되고 첨부 도면내에 도시한 모든 것들은 단지 설명하기 위한 것으로, 제한적이 아니다.
다음의 특허청구의 범위는 본 명세서 내에 기술한 본 발명의 모든 일반적 특성과 우수한 특성을 커버한다.

Claims (3)

  1. 이동가능한 전자 신호-감지 기록 매체로부터 전자 데이타를 해독하기 위한 장치에 있어서, 하우징(housing) ; 광변조층을 포함하고 상기 하우징 내에 이동가능하게 위치하며 상기 광변조층 상에 투사된 영상을 나타내는 전자 신호 패턴을 가지고 있는 다층 광전자 신호-감지 기록 매체 ; 상기 매체를 상기 하우징 내의 해독 위치에 위치시키기 위한, 상기 하우징내의 수단 ; 및 상기 신호 패턴에서 전기적 전하의 공간적 분포를 검출하기 위한, 상기 해독 스테이션에 있는 판독 수단을 포함하고, 상기 판독수단은, 날카로운 팁(tip)을 갖는 복수의 전기적으로 도전성인 니들(needle) ; 각 니들팁과 상기 매체의 대향면들 사이에 전자군이 존재하도록 각 니들팁이 상기 매체의 표면으로부터 매우 작은 간격으로 떨어져 있도록 상기 니들을 배치시키기 위한 수단 ; 및 상기 매체 상의 신호 패턴을 포함하는 전자들이 상기 전자군을 통하여 각각의 니들팁으로 터널링하도록 하되, 상기 매체로부터 각각의 니들팁으로 방출되는 전자의 갯수는 상기 신호 패턴의 존재 여부 및 각각의 팁에 대향하는 상기 신호 패턴의 크기에 직접 관련되게 하도록, 각각의 니들과 상기 매체 사이에 전위차를 설정하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 판독 수단은, 각각의 니들팁을 상기 매체 표면으로부터 거의 일정한 간격으로 유지하기 위한 수단 ; 및 각각의 니들팁과 상기 매체면 사이의 터널링 전류(tunneling current)를 검출하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 복수의 니들을 상기 매체 표면에 대하여 주사하기(scanning) 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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