DE2628474C3

DE2628474C3 - Aufnahmeeinrichtrung mit Bildwandlertarget für eine Aufnahmeröhre

Info

Publication number: DE2628474C3
Application number: DE2628474A
Authority: DE
Inventors: Philippe Gamot; Serge St. Egreve Veron
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1975-06-27
Filing date: 1976-06-25
Publication date: 1981-04-30
Also published as: US4031394A; DE2628474A1; GB1529004A; JPS524736A; FR2315764A1; DE2628474B2; FR2315764B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Aufnahmeeinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Es ist eine Aufnahmeröhre bekannt (DE-OS 24 35 400), die auf ihrer Eingangsseite mit einem Bildwandlertarget aus einem pyroelektrischen Material versehen ist. Auf dem Bildwandlertarget wird durch die absorbierte Wärmestrahlung ein Temperaturrelief erzeugt, welchem ein Potentialrelief entspricht, das ein Bild des Objekts ist, von welchem diese Strahlung kommt. In jedem Punkt des Bildwandlertargets, das einen spezifischen Widerstand in der Größenordnung von 10¹²Hm hat, nimmt die spontane dielektrische Polarisation einen Wert an, der von der durch diesen Punkt absorbierten Wärmeenergie abhängig ist. Dieses Bild wird durch einen Elektronenstrahl gelesen, welcher das Bildwandlertarget auf der Seite, die von der der einfallenden Strahlung ausgesetzten Seite abgewandt ist, Punkt für Punkt abtastet und in jedem dieser Punkte die Menge an Elektronen aufbringt, die zum Neutralisieren der Potentialdifferenz erforderlich ist, welche zwischen dem abgetasteten Punkt und der Katode in dem Zeitpunkt des Durchgangs des Strahls durch diesen Punkt herrscht. Das Abfließen dieser Ladungen in einen Widerstand, der mit der Bildwandlerkatode verbunden ist, bildet den Signalstrom.

Bei dieser Leseweise ergibt sich eine Schwierigkeit, die von dem konstanten Vorzeichen der durch den Strahl bei seinen aufeinanderfolgenden Durchgängen auf denselben Punkt aufgebrachten Ladungen, nämlich dem negativen Vorzeichen der Elektronen dieses Strahls, herrührt. Nun kann sich aber zwischen einem Durchgang des Strahls durch einen Punkt und seinem nächsten Durchgang durch diesen Punkt das Potential dieses Punktes in bezug auf das, das ihm gegenüber auf der entgegengesetzten Seite des Bildwandlertargets

herrscht und als Bezugswert genommen wird, ebensogut in der einen wie in der anderen Richtung geändert haben, wobei diese Änderungen insbesondere so ausfallen können, daß das Potential dts abgetasteten Punktes unter das Katodenpotential sinkt Es ist klar, daß dann die negativen Ladungen des Strahls die Polarisationsänderungen nicht in beiden Richtungen neutralisieren können, sondern lediglich diejenigen, die den abgetasteten Punkt auf einem Potential lassen, das größer als das Katodenpotential ist

Aus der erwähnten DE-OS 24 35 400, S. 3, Abs. 1, ist es bekannt, daß sich diese Schwierigkeit dadurch überwinden läßt, daß auf die durch den Strahl abgetastete Seite des Bildwandlertargets eine Menge an positiven Ionen aufgebracht wird, die in jedem Punkt dem vorherigen Signalpotential ein festes positives Potential hinzufügt, das im Absolutwert größer ist als das Signalpotential, so daß die auszuführende Neutralisierung immer in derselben Richtung erfolgt und durch die negativen Ladungen der Elektronen des Strahls vorgenommen werden kann. Es ergibt sich in diesem Fall aber eine neue Schwierigkeit, die in der zeitlichen Konstanz der Menge an Ionen liegt, die durch jeden Punkt des Bildwandlertargets eingefangen wird, denn es ist erforderlich, daß diese Menge für jeden Punkt im Verlauf des Betriebes fest bleibt.

Eine weitere bekannte Aufnahmeeinrich'tung mit einem pyroelektrischen Bildwandlertarget für eine Aufnahmeröhre (DE-OS 22 23 270) arbeitet nach einem anderen Prinzip, denn die Abtastung verwendet einen Elektronenstrahl mit langsamen Elektronen, wenn die zu neutralisierenden Ladungen positive Ladungen sind, während sie einen Elektronenstrahl mit schnellen Elektronen verwendet, wenn die zu neutralisierenden Ladungen negative Ladungen sind, wobei im letzteren Fall der Elektronenstrahl mit schnellen Elektronen eine Sekundärelektronenemission an seinem Auftreffpunkt auf dem Bildwandlertarget bewirkt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Aufnahmeeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so weiterzubilden, daß die Ionenmenge, die durch jeden Punkt des Bildwandlertargets eingefangen wird, konstantgehalten wird.

Diese Aufgabe wird durch das im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebene Merkmal gelöst. Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß, da das weitere Gitter auf einem in bezug auf das Bildwandlertar/*et festen positiven Potential ist, der Ionenstrom zu dem Bildwandlertarget direkt proportional zu dem Gasdruck ist, weshalb zur Herstellung der verlangten zeitlichen Konstanz der Ionenmenge gemäß der Erfindung auf diesen Druck eingewirkt wird.

In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 wird somit der Druck des Gases in der Röhre dem Ionenstrom zu dem Bildwandlertarget nachgeregelt.

Da der lonenstrom außerdem, wenn sonst alles gleich ist, zu der Intensität des Elektronenstrahls proportional ist, ist der Gasdruck proportional zu dem lonenstrom und umgekehrt proportional zu der Intensität des Elektronenstrahls. In einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 4 wird somit der Gasdruck dem Verhältnis des Ionenstroms zu dem Elektronenstrahlstrom nachgeregelt, welch letzterer seinerseits geregelt wird.

Da bei verschlossenen Aufnahmeröhren, bei denen die Aufnahmeeinrichtuogen nach der Erfindung benutzt wird, die einzigen zugänglichen Parameter die Spannun-

gen und Ströme der verschiedenen Elektroden sowie der Signalstrom sind, wird angenommen, daß, wie die Erfahrung bestätigt hat, der Strahlstrom proportional zu dem Elektronenstrom in dem Stromkreis des weiteren Gitters ist

Darüber hinaus wird angenommen, daß der Strom des Bildwandlertargets proportional zu der Anzahl von Ionen ist, die durch das Bildwandlertarget während der Zeit eingefangen werden, bei welcher es sich beispielsweise um die der Zeilenabtastung oder der Halbbildabtastung handelt

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein Schema eines Teils der Aufnahmeeinrichtung,

F i g. 2 ein sich auf das Schema von F i g. 1 beziehendes Diagramm und die

F i g. 3 bis 5 Schaltbilder von Ausführungsformen der Aufnahmeeinrichtung.

Bei einem Bildwandlertarget 100 in der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist es möglich, den lonenstrom während des Betriebes zu messen. Das Bildwandlertarget 100 hat gemäß F i g. 1 die Form einer dünnen Schicht oder Platte aus einem pyroelektrischen Material, wie beispielsweise Glykolsulfat, die auf ihrer der einfallenden Strahlung (Pfeile von links) ausgesetzten Seite, die von der durch den Elektronenstrahl abgetasteten Seite abgewandt ist, mit einer elektrisch leitenden Schicht oder Signalplatte bedeckt ist. Diese Schicht ist durch einen ebenfalls leitenden Rand verlängert, der auf der abgetasteten Seite mündet, wie Fig. 1 zeigt, in welcher die dünne Platte aus pyroelektrischem Material mit 101, die leitende Schicht mit 102 und der vorgenannte Rand mit 104 bezeichnet ist. In F i g. 1 ist der Kolben der Röhre mit 103 und ihr Eintrittsfenster mit 106 bezeichnet.

Die Signalplatte 102 und der Rand 104 werden in bezug auf das Katodenpotential, das als Bezugswert genommen wird, auf ein leicht negatives Potential V₀ von beispielsweise - 5 V gebracht. Bei der Abtastung des Bildwandlertargets durch den Elektronenstrahl, der in F i g. 1 nicht dargestellt ist und von rechts her kommt, empfängt der Rand 104 angesichts seines Potentials nur Ionen, die durch das Gitter 4, das auf einem in bezug auf die Bildwandlerkatode positiven Potential in der Größenordnung von +250 V liegt, zu dem Bildwandlertarget beschleunigt werden. Lediglich der Teil des Bildwandlertargets, der zwischen den Punkten a und b liegt, fängt außerdem Elektronen ein. Im Verlauf der Abtastung einer Zeile des Bildwandlertargets erhält man das Signal, das aus dem Strom / von Ladungen beider Vorzeichen besteht, die durch das Bildwandlertarget eingefangen werden. Dieser Strom erscheint in dem Widerstand 105. Das Signal hat zeitlich den in dem Diagramm i(t) von Fig. 2 angegebenen Verlauf, wobei dieser Strom zwischen den Punkten a und b Null ist, denen die Punkte A und B von F i g. 2 entsprechen, weil dieser Teil des Bildwandlertargets Ladungen mit beiden Vorzeichen empfängt, und auf dem Rand den Wert - i_p hat.

Das Signal wird an dem Eingang des nicht dargestellten Videoverstärkers empfangen, mit dem der Widerstand 105 verbunden ist (Pfeil). Die Gesamtdauer des Zyklus zwischen den beiden vertikalen gestrichelten Linien von E i g. 2 ist die Dauer der Zeilenabtastung des Bildwandlertargets, also 64 MikroSekunden für die übliche Norm von 625 Zeilen mit 25 Bildern pro

Sekunde. Der Signalstrom ip, der als Sockelstrom bezeichnet wird, liegt gewöhnlich zwischen 30 und 10OnA.

In den hier beschriebenen Aufnahmeeinrichtungen, in denen der Sockelstrom ständig an dem Bildwandlertarget, das in der oben angegebenen Weise aufgebaut ist, im Verlauf der Abtastung desselben durch den Elektronenstrahl während des normalen Betriebes der Röhre entnommen wird, ist der Wert des benutzten Signals gleich dem Mittelwert des Bildwandlertarget-Stroms während der Dauer eines oder mehrerer Halbbilder und eventuell während einer großen Anzahl von Halbbildern.

F i g. 3 zeigt das Schaltbild einer ersten Ausführungsform der Aufnahmeeinrichtung. In dieser Figur tragen gleiche Teile die gleicher. Bezugszeichen wie in Fi g. 1. Die Aufnahmeröhre 110 der Aufnahmeeinrichtung enthält eine gewisse Anzahl von Elektroden, die zu unterschiedlichen Zwecken, die auf dem Gebiet der Technik der Elektronenröhren bekannt sind, auf dem Weg des nicht dargestellten Strahls zwischen der Katode 01 und dem Bildwandlertarget 100 vorgesehen sind. Diese Elektroden sind mit 1,2,3 und 4 bezeichnet. Die Elektrode 4 ist bereits bei der Beschreibung der F i g. 1 erwähnt worden. Mit den Bezugszahlen 02 und 03 sind zwei Heizfäden bezeichnet. Der Heizfaden 02 ist der Heizfaden der Katode 01. Der Heizfaden 03 dient zum Aufheizen des Gasreservoirs, das zur Vereinfachung der Figur nicht dargestellt worden ist.

In dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel 30 richtung eine Verzögerung wird die Heizung des Gasreservoirs dem Sockelstrom i_B vorgesehen werden, bevor

folgendermaßen nachgeregelt:

In einer ersten Operation wird eine Spannung erzeugt, die zu dem Strom i_p proportional ist. Diese Spannung erhält man aus dem Ausgangssignal eines Vorverstärkers 205. Sie wird in einem Verstärker 206 verstärkt und in einem Filter 207 gefiltert um daraus die Störkomponenten zu entfernen, die beispielsweise von den Zeilenrückläufen herrühren, und um nur die Hüllkurve dieses Signals zu behalten. Diese Spannung wird anschließend mit einer Bezugsspannung V^ verglichen und das sich ergebende Fehlersignal, das in dem Potentiometer 208 erzeugt wird, steuert den Heizkreis des Gasreservoirs (Gasquelle 210) über einen Verstärker 209, wie in F i g. 3 gezeigt.

Zur Vermeidung einer zu schnellen Reaktion der Regelschleife auf intensive einfallende Strahlen ist es erforderlich, daß im normalen Betrieb die elektrische Zeitkonstante des Folgeregelkreises groß ist, d.h. beispielsweise in der Größenordnung von 30 s liegt so Trotzdem hat eine solche Anordnung den Nachteil, daß sie die Stabilisierungszeit des Sockelstroms bei der Inbetriebsetzung der Röhre vergrößert Diese Schwierigkeit kann überwunden werden, indem bei der Inbetriebsetzung eine kleinere elektrische Zeitkonstante vorgesehen wird. Es kann zu diesem Zweck eine zusätzliche Einrichtung vorgesehen werden, die beiderseits des Sollwertes den Bereich der Werte der Versorgungsspannung des Heizfadens 03 im Fall einer Betriebsunregelmäßigkeit begrenzt die durch eine zu kräftige einfallende Strahlung oder durch einen zufälligen Ausfall des Strahlstroms verursacht wird.

In Fig.3 bezeichnet die Bezugszahl 202 die Spannungsquelle, mit der der Wehneltzylinder 1 verbunden ist Die Bezugszahlen 211, 212 und 213 bezeichnen die Versorgung des Heizfadens 02 der Katode 01 bzw. die für die Vorspannung der Elektroden bzw. 3 verwendeten Quellen. Die Bezugszahl 214 bezeichnet insgesamt die Elektronik der Sichtanzeigeschaltung, die der Aufnahmeröhre zugeordnet ist.

Eine zweite Ausführungsform der Aufnahmeeinrichtung ist in Fig.4 dargestellt. Diese Figur enthält sämtliche Elemente der Fig.3 mit den gleichen Bezugszahlen. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der vorhergehenden dahingehend, daß sie außerdem eine Schleife enthält, mittels welcher der Elektronenstrom dem oben angegebenen Gitterstrom k nachgeregelt wird.

Der Strom des Elektronenstrahls, der aus der Katode 01 austritt, wird einem bestimmten Sollwert des Stroms U folgendermaßen nachgeregelt: Die Spannung, die an den Klemmen des mit der Vorspannungsquelle 201 des Gitters 4 in Reihe geschalteten Widerstands 200 gemessen wird, wird mit einer Bezugsspannung \\ verglichen. Das Fehlersignal besteht aus der Differenz zwischen diesen' beiden Spannungen, die in dem Potentiometer 203 gebildet wird. Es wird in dem Verstärker 204 verstärkt und in den Stromversorgungskreis des Wehneltzylinder 1 (Quelle 202) eingegeben, der den von der Katode 01 ausgesandten Strom steuert, wie F i g. 4 zeigt.

Es sei angemerkt daß die elektrische Zeitkonstante des Folgeregelkreises ausreichend klein gewählt werden muß, damit die Stabilisierung des Strahlstroms innerhalb einiger Sekunden erfolgt Um jedoch eine zu starke Beanspruchung der Katode bei dem Inbetriebsetzen der Röhre zu vermeiden, kann in der Aufnahmeein-

von einigen Minuten das Folgeregelsystem

wirksam wird.

In einer dritten Ausführungsform der Aufnahmeeinrichlung die in Fig.5 dargestellt ist wird die Temperatur des Gasreservoirs nicht mehr dem Wert des Stroms ip, wie in den vorhergehenden Ausführungsformen, sondern dem Wert des Verhältnisses k- nachgebt

regelt wobei der Strahlstrom, wie in der zweitgenannten Ausführungsform, dem Strom U des Gitters 4 nachgeregelt wird. In Fig. 5 tragen gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Figuren.

Der Wert des Verhältnisses 4* wird in der Dividier-

'4

schaltung 315 erzeugt. Die Folgeregelvorgänge werden unter Bedingungen, die denen des Beispiels von F i g. 4 analog sind, mittels Elementen, die die Bezugszahlen 300 bis 310 tragen, aufgrund von zwei Bezugsspannungen V3 und V₄ ausgeführt

Der Strahlstrom wird durch den Wehneltzylinder 1 gesteuert der in der Nähe der Katode 01 der Röhre angeordnet ist Die Dichte des Gases in der Röhre wird durch das nicht dargestellte Gasreservoir gesteuert, welches aus einem Material besteht das für das benutzte Gas ein von seiner Temperatur abhängiges Absorptionsvermögen aufweist In den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen ist dieses Gas Wasserstoff und - das bewußte Material ist Titan. Da die Löslichkeit des Wasserstoffs in Titan beträchtlich abnimmt wenn die Temperatur des Titans über die Umgebungstemperatur ansteigt, folgt, daß der Gleichgewichtsdruck des Wasserstoffes in der Röhre über die Temperatur des Gasreservoirs leicht regulierbar ist Dieses hat gewöhnlich die Form einer dünnen Titanfolie mit einer Dicke in der Größenordnung von 50 um, die zu einem Zylinder gebogen ist und einen Heizfaden umgibt Die Erfahrung zeigt daß es bei Konzentrationen von

8% bis 10% Wasserstoffatomen in dem Titan durch Aufheizen des Gasreservoirs auf eine zwischen 350° C und 45O⁰C liegende Temperatur leicht ist, einen Gleichgewichtsdruck des Wasserstoffes in der Röhre von ungefähr 6,7-10-⁴mbar für mehrere hundert Stunden aufrechtzuerhalten.

Die hier für den Fall von pyroelektrischen Bildwandlertargets beschriebene Aufnahmeeinrichtung ist allgemein in Verbindung mit allen Widerstandsbildwandlertargets anwendbar, die die Eigenschaft haben, in jedem ihrer Punkte eine dielektrische Polarisation aufzuwei-

sen, die von der Energie abhängig ist, welche von dem Objekt kommt und durch diesen Punkt absorbiert worden ist, und insbesondere in dem Fall von piezoelektrischen Bildwandlertargets, die für die Bildung von Ultraschallbildern benutzt werden.

In dem Fall von pyroelektrischen Bildwandlertargets besteht eine Anwendungsmöglichkeil in der Erstellung von Isothermenkarten von festen Objekten, von menschlichen Organen, insbesondere auf dem Gebiet der Medizin, wo eine große Stabilität des Signalstroms jedes Punktes verlangt wird.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

25 30 Patentansprüche:

1. Aufnahmeeinrichtung mit einem Bildwandlertarget für eine Aufnahmeröhre, welches auf einer seiner Seiten die von einem Objekt kommende Strahlungsenergie empfängt und die Eigenschaft besitzt, in jedem Punkt zwischen seinen beiden Seiten eine von der in diesem Punkt absorbierten Energie abhängige dielektrische Polarisation aufzuweisen, mit Vorrichtungen, welche innerhalb des Röhrenkolbens einen aus einer Katode kommenden Elektronenstrahl erzeugen und die punktweise Abtastung der anderen Seite des Bildwandlertargets durch den Elektronenstrahl bewirken, so daß die Punkte des Bildwandlertargets auf das Potential der Katode gebracht werden, und mit zugeordneten Vorrichtungen zum Ablesen des Signalstroms, der in jedem Punkt des Bildwandlertargets durch den Elektronenstrahl aufgebracht wird, wobei innerhalb des Röhrenkolbens ein erstes Gitter in der Nähe der Katode angeordnet ist, das die Intensität des Elektronenstrahls steuert, ferner ein beheizbares Gasreservoir mit einem ionisierbaren Gas vorgesehen ist, das aus einem Material besteht, dessen Absorptionsvermögen für das Gas von seiner Temperatur abhängig ist, wobei Ionen im Röhrenkolben durch Zusammenstöße zwischen den Strahlelektronen und den Molekülen des Gases erzeugt werden, und wobei die Röhre ein weiteres Gitter enthält, das in der Nähe des Bildwandlertargets angeordnet ist und sich auf einem gegenüber dem Potential des Bildwandlertargets festem, positiven Potential befindet, gekennzeichnet durch Einrichtungen, mittels welchen der Ionenstrom in 3^ der Röhre ständig dem über eine bestimmte Zeit gebildeten Mittelwert des Signalslroms des Bildwandlertargets (100) nachgeregelt wird.

2. Aufnahmeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen Teileinrichtungen (205, 206, 207, 208, 209) umfassen, die die Temperatur des Gasreservoirs (210) nachregeln (F ig. 3).

3. Aufnahmeeinrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch weitere Teileinrichtungen (200, 201, 202, 203, 204), mittels welchen das Potential des ersten Gitters (1) in bezug auf das der Katode (01) dem Strom U von Elektronen nachgeregelt wird, die durch das weitere Gitter (4) eingefangen werden

(F ig. 4).

4. Aufnahmeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen Teileinrichtungen (305,306,307,308,309,315) umfassen, die die Temperatur des Gasreservoirs (310) dem Wert des Verhältnisses des Mittelwerts der Signalströme des Bildwandlertargets (100) zu dem Elektronenstrom /₄, der durch das weitere Gitter (4) aufgefangen wird, nachregeln, und außerdem weitere Teileinrichtungen (300, 301, 302, 303, 304) enthalten, welche das Potential des ersten Gitters (1) in bezug auf das der eo Katode (01) dem durch das weitere Gitter (4) aufgefangenen Elektronenstrom /₄ nachregeln

(F ig. 5).

5. Aufnahmeeinricljtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Teileinrichtungen (200, 201,202, 203, 204), die das Potential des ersten Gitters (1) nachregeln, aus Teileinrichtungen (200, 201) bestehen, welche eine Spannung erzeugen, die zu dem Elektronenstrom U proportional ist, und aus Teileinrichtungen (202, 203, 204), weiche ein Fehlersignal erzeugen, das gleich der Differenz zwischen der letztgenannten Spannung und einer festen Spannung (V\) ist, und daß die Teileinrichtungen (205,206,207,208,209), weiche die Temperatur des Gasreservoirs (210) nachregeln, Teileinrichtungen (205,206, 207) enthalten, welche eine Spannung erzeugen, die zu dem Mittelwert der Signalströme des Bildwandlertargets (100) proportional ist, und Teileinrichtungen (208,209), welche ein Fehlersignal erzeugen, das gleich der Differenz zwischen der letztgenannten Spannung und einer zweiten festen Spannung (V₂) ist (F i g. 4).

6. Aufnahmeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas Wasserstoff ist ucd daß das Material, aus dem das Gasreservoir (210,310) besteht, Titan ist

7. Aufnahmeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bildwandlertarget (100) ein pyroelektrisches Bildwandlertarget ist.

8. Aufnahmeeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bildwandlertarget (100) auf seiner abgetasteten Seite einen elektrisch leitenden Rand (104) hat und daß der Signalstrom des Bildwandlertargets die Differenz zwischen dem Strom des innerhalb des Randes liegenden Bildwandlertargetteils und dem Strom auf dem Rand ist.