Zusatzpatent zum Hauptpatent Nr. 328244 Festkörper-Bildverstärker Die vorliegende Erfindung betrifft einen Festkör- per-Bildverstärker.
Im Hauptpatent ist ein Verfahren zur Herstellung eines Festkörper-Bildverstärkers und ein nach diesem Verfahren hergestellter Bildverstärker beschrieben, welcher imstande ist, ein Strahlungsbild wiederzu geben und zu verstärken. Dieser Verstärker besteht aus einem Gebilde, welches aus einer elektrolumines zierenden Leuchtphosphorschicht und einer photo empfindlichen Schicht besteht, welche Schichten zwi schen zwei plattenartigen Elektroden liegen.
Mit die sen beiden Elektroden ist eine Wechselspannungs- quelle verbunden, und die Impedanz der photoemp findlichen Schicht ist so bemessen, dass sie bei nicht vorhandener Strahlung so hoch ist, dass die an die Elektroden angelegte Spannung die Leuchtphosphor- schicht nicht zum Lumineszieren bringen kann. In Anwesenheit einer erregenden Strahlung wird jedoch die Impedanz der photoempfindlichen Schicht so weit herabgesetzt, dass ein grösserer Teil der Spannung an der Leuchtphosphorschicht liegt, wodurch diese zum Lumineszieren kommt.
Wie im Hauptpatent beschrieben, ist die photo empfindliche Schicht besonders ausgebildet, um die notwendige Impedanzsteuerung zur Regelung der an die Leuchtphosphorschicht angelegten Spannung zu vermitteln. In dieser Form besteht diese photoemp findliche Schicht aus einer Grundplatte aus Quarz oder Photoformglas, welche eine Anzahl unter sich einen Abstand aufweisende querverlaufende öffnun- gen aufweist, die mit einem aufgedampften photolei tenden Stoff, wie z. B. Kadmiumsulfid, überzogen sind.
Der die Öffnungen verkleidende photoleitende Stoff bildet den die variable Impedanz aufweisenden Teil der Vorrichtung und dient dazu, den Grad der Er regung des benachbarten Leuchtphosphors zu steuern.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesse- rung des Festkörper-Bildverstärkers gemäss Patentan spruch II des Hauptpatentes und bezweckt die Schaf fung einer Wiedergabevorrichtung, welche zwischen der Leuchtphosphorschicht und der photoempfind lichen Schicht eine Rückkopplung derart verwendet; dass eine getreue Wiedergabe eines vorgegebenen Bil des entsteht, welche Wiedergabe graue Schatten und ebenso extreme Pegel von starkem Licht und schwa chem Licht aufweist.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von bei spielsweisen Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigt: die Fig. 1 einen Querschnitt in schematischer Form durch einen Festkörper-Bildverstärker, die Fig. 2 verschiedene Kurven zur Erläuterung der Wirkungsweise desselben, die Fig. 3 einen vergrösserten Schnitt durch einen Teil eines Ausführungsbeispiels des Erfindungsgegen standes, die Fig. 4 einen vergrösserten Schnitt der photo empfindlichen Schicht der Fig. 3, die Fig. 5 einen Schnitt durch eine Kathoden strahlröhre, welche eine Zelle nach Fig. 3 verwendet, die Fig. 6 das Blockschema einer Schaltung,
wel ches die Röhre nach Fig. 5 verwendet, die Fig. 7 einige Wellenformen zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 6 und die Fig. 8 in schematischer Weise eine Schaltvor richtung, welche in Verbindung mit einer lamellierten Zelle verwendet wird, deren Konstruktion in geringem Ausmass von derjenigen der Fig. 3 abweicht.
In der Fig. 1 ist die aus einer lamellierten Zelle bestehende Wiedergabevorrichtung mit 1. bezeichnet. Die Zelle weist eine Tragplatte 2 auf, die beispiels weise aus Glas besteht, einen durchsichtigen Film aus leitendem Material 3, z. B. aufgedampftes Silber, oder eine Schicht, die durch die Reaktion von S.tano- chlorid mit der Glasplatte entsteht, welches auf eine Seite der Platte 2 aufgebracht worden ist, weiter eine Schicht aus photoleitendem Material 4, die z.
B. aus Kadmiumsulfid besteht und auf den Film 3 aufge bracht ist, ferner eine Schicht 5 aus elektrolumines zierendem Leuchtphosphor, welche auf die Schicht 4 aufgebracht ist, ferner einen weiteren Film 6 aus lei tendem Material auf der Leuchtphosphorschicht 5 und schliesslich eine weitere Glasplatte 7, die auf dem Film 6 aufliegt. Eine (in der Fig. 1 nicht gezeigte) lichtdämpfende Isolierschicht kann zwischen die Schichten 4 und 5 eingebracht sein, um die Rück kopplung zwischen diesen Schichten zu begrenzen. Eine Wechselstromquelle von 600 Volt Spannung und einer Frequenz von 400 Hz ist mit den Filmen 3 und 6 verbunden.
Unter der Annahme, dass keine Strahlung auf die photoempfindliche Schicht 4 fällt, ist die Impedanz dieser Schicht so hoch, dass ein un genügender. Teil der angelegten Spannung an der Leuchtphosphorschicht 5 liegt, um diese zu erregen. Wenn jedoch eine Strahlung auf die Schicht 4 fällt, wird die Impedanz dieser Schicht genügend herabge setzt, dass die nun an der Leuchtphosphorschicht 5 liegende Spannung so weit ansteigt, dass diese zum Lumineszieren kommt. Durch richtige Bemessung der Impedanzen der beiden Schichten 4 und 5 kann da für gesorgt werden, dass die Schicht 5 mit einer Hel ligkeit luminesziert, die der einfallenden Strahlung entspricht, die auf die photoempfindliche Schicht 4 gelangt.
Die Grundlagen der Arbeitsweise einer der artigen Wiedergabevorrichtung sind im Hauptpatent beschrieben.
Wenn die Leuchtphosphorschicht 5 luminesziert, wird ein gewisser Teil der Lumineszenz an die photo leitende Schicht 4 zurückgeworfen. Dieses zurück geworfene oder rückgekoppelte Licht bewirkt eine weitere Änderung der Impedanz der Schicht 4 und damit eine weitere Erregung der Leuchtphosphor- schicht 5. Falls man diesem Vorgang nicht Einhalt gebietet, stellt sich ein Sättigungszustand ein, bei wel chem der Leuchtphosphor weiter luminesziert und das auf die photoleitende Schicht fallende Rück kopplungslicht dazu dient, diesen Sättigungszustand aufrechtzuerhalten.
Die vorerwähnte Rückkopplungs- oder Mitkopp- lungswirkung wird leicht anhand der Fig. 2 verständ lich. Diese zeigt den Verlauf der erzeugten Helligkeit einer Wiedergabevorrichtung, wobei der von einer Flächeneinheit des Leuchtphosphors ausgesandte Lichtfluss als Funktion der Beleuchtung des photo leitenden Stoffes dargestellt ist.
Die Kurven sind be stimmt unter der Annahme, dass 1. die Helligkeit der elektrolumineszierenden Schicht mit der dritten Po tenz der angelegten Wechselspannung zunimmt; 2. die photoleitende Schicht in linearer Weise auf die Be leuchtung anspricht; 3. die Kapazität der photoleiten den Schicht ungefähr 201/o der Kapazität einer gleich grossen Fläche der benachbarten elektrolumineszieren den Schicht beträgt; und 4. der Leistungsfaktor der elektrolumineszierenden Schicht vernachlässigbar klein ist (beispielsweise kleiner als 0,15).
Auf der Abszisse ist die einfallende Beleuchtung auf der photoleitenden Schicht in Millilumen/cm2 auf getragen. Die Ordinate stellt die Leuchtphosphor- helligkeit ebenfalls in Millilumen/cm2 dar.
Die S- förmige Kurve 8 zeigt den Verlauf der erzeugten Helligkeit des Wiedergabeschirmes beim Fehlen von Lichtrückkopplung, während die gerade Linie 9 die Beleuchtung der photoleitenden Schicht 4 darstellt, die durch die Strahlung der Leuchtphosphorschicht bewirkt wird, wobei angenommen wird, dass ungefähr 10% des Lichtes der Leuchtphosphorschicht 5 an die Schicht 4 rückgekoppelt wird.
Es ist klar, dass sobald der Leuchtphosphor 5 auf ungefähr 8,5 Helligkeitseinheiten (Punkt 10) erregt worden ist, wofür eine Beleuchtung der photoleiten den Schicht von ungefähr 0,75 Einheiten erforderlich ist, diese Beleuchtung durch Rückkopplung zwischen der Leuchtphosphorschicht und dem photoleitenden Stoff erzeugt werden kann, worauf der Leuchtphos- phor diese Helligkeit aufrechterhält, ohne dass wei tere äussere Strahlung auf die photoleitende Schicht auffällt. Durch diese Mitkopplung wird die Zelle hin sichtlich der Helligkeit in einen Gleichgewichtszu stand gebracht, welcher stabil ist.
Man erkennt, dass ein gleichartiger stabiler Zustand oder Gleichge wichtszustand hinsichtlich Helligkeit am Punkt 11 vorliegt, in welchem sich die beiden Kurven 8 und 9 schneiden. Wie ersichtlich, ist ein dritter Gleichge wichtspunkt 12 vorhanden, in welchem sich die bei den Kurven 8 und 9 schneiden. Dieser Punkt 12 ist jedoch unstabil. Seine Bedeutung liegt in der Tat sache, dass eine anfängliche Erregung auf einem Punkt, welcher etwas unterhalb 0,3 Einheiten liegt, zur Folge hat, dass die Phosphorhelligkeit in Rich tung auf den tiefer gelegenen Helligkeitspunkt ab nimmt. Eine Erregung oberhalb des Punktes 12 hat eine sich steigernde Helligkeit zur Folge, bis der obere Punkt 10 des stabilen Gleichgewichtes erreicht ist.
Die Sättigungshelligkeit, welche dem Punkt 10 entspricht, wird unbegrenzt aufrechterhalten, solange die Erregerspannung an den Schirm angelegt wird. Um den Schirm selbst zu löschen, ist es nötig, die Erregerspannung kurzzeitig herabzusetzen oder zu unterbrechen, und zwar derart, dass die Verstärkung des Schirmes so stark abnimmt, dass die obern Gleich gewichtspunkte 12 und 10 verschwinden (gestrichelte Kurve der Fig. 2).
Die durch die Kurven der Fig. 2 gekennzeichnete Wirkungsweise kann auf verschiedene Arten verwen det werden, um Bilder zu erzeugen, welche entweder keine Halbtöne (Schatten der Farbe Grau) aufweisen oder Bilder, welche getreue Wiedergaben in der Grau skala eines gegebenen Bildes darstellen.
Die Fig. 3, 4 und 5 zeigen eine Form eines Wie dergabeschirmes, welcher eine optische Rückkopp lung zur Verstärkung eines Bildes verwendet. Der Schirm besteht aus einer Glasplatte 13, welche einen durchsichtigen leitenden Film 14 aus irgendeinem ge- eigneten Material, z. B. aus Stannooxyd, trägt. Auf diesem Film 14 ist eine Schicht 15 aus elektrolumi neszierendem Leuchtphosphor vorhanden, welche mit einer Platte 16 aus perforiertem Glas in Berührung steht. Dieses Glas besteht vorzugsweise aus üblichem Photoformglas, welches photographisch in genau um schriebenen Mustern geätzt werden kann, um eine Anzahl Öffnungen 18 zu erzeugen, die unter sich einen Abstand aufweisen.
Die obere Oberfläche der perforierten Glasplatte trägt einen metallischen über zug 19, der beispielsweise durch Aufdampfen aufge bracht werden kann. Während dieses Aufdampfens muss dafür gesorgt werden, dass sich kein Metall an den Innenwänden der Öffnungen 18 niederschlägt. Zu diesem Zweck füllt man die Öffnungen mit einem feinen Pulver aus Glas, Kalk oder Magnesiumoxyd oder einem gleichartigen fein zerteilten Pulver un mittelbar vor der Aufdampfung des Metalls. Nach der Aufdampfung wird das genannte Pulver aus den Öffnungen entweder herausgeschüttelt oder ausge blasen.
Das photoleitende Material, also z. B. Kadmium sulfid, wird von der Unterseite der Glasplatte 16 auf die Wände der Öffnungen 18 aufgedampft. Das auf der Unterseite der Glasplatte niedergeschlagene Kad- miumsulfid wird dann durch Abschleifen oder der gleichen entfernt. Somit ist jede Öffnung 18 mit einer photoleitenden Auskleidung versehen, welche an ihrem obern Ende mit dem metallischen Überzug 19 und an ihrem untern Ende mit der Leuchtphosphor- schicht 15 in Berührung steht.
In einer Ausführungsform des Erfindungsgegen standes ist die Glasplatte 16 undurchlässig für das Licht, welches von der Leuchtphosphorschicht 15 ausgeht. Durch diese Massnahme ist der Rückkopp lungsweg für das Licht zwischen dem Leuchtphosphor und der photoleitenden Schicht so begrenzt, dass das von einem elementaren Flächenteil der Leuchtphos- phorschicht ausgestrahlte Licht nur das zugeordnete Element, nicht aber die seitlich angrenzenden Ele mente der photoleitenden Schicht erreichen kann.
Man erkennt nun, dass jede Öffnung 18 zusam men mit dem benachbarten elementaren Flächenteil des Leuchtphosphors 15 ein Element des Wieder gabeschirmes bildet, welches unter der Voraussetzung genügend hoher Empfindlichkeit des photoleitenden Stoffes und des Leuchtphosphors eine Verstärkung erzeugen kann, welche grösser ist als die Lichtrück kopplung zwischen dem Leuchtphosphor und dem photoleitenden Stoff. Wenn diese Verhältnisse vor liegen, reproduziert der Schirm ein gegebenes Bild mit einer Helligkeit, welches dem Sättigungspunkt 10 der Fig. 2 entspricht.
Der Schirm der Fig. 3 ist auf der Vorderseite der Kathodenstrahlröhre 21 der Fig. 5 montiert, welche in jeder Beziehung eine übliche Fernsehbildröhre ist. Die Öffnungen 18 öffnen sich nach innen, so dass der Elektronenstrahl 22 auf die photoleitende Ver kleidung 20 auftreffen kann. Der Strahl 22 wird in üblicher Weise gemäss den Fernsehnormen über den Schirm geführt, und zwar mit Hilfe der rein schema tisch dargestellten Ablenkspulen 23.
Wenn der Elek tronenstrahl beispielsweise die photoleitende Verklei dung 20 einer Öffnung 18 trifft, wird die Impedanz dieser Verkleidung durch die durch das Auftreffen des Elektronenstahls erzeugte Leitfähigkeit vermin dert, wodurch über dem benachbarten Leuchtphos- phorelement 15 eine höhere Erregerspannung zur Wirkung kommt. Somit bewirkt ein Strahl von gleich förmiger Intensität, welcher mit den üblichen Fre quenzen über den Bildschirm geführt wird, das Lumi neszieren des ganzen Schirmes. Durch Verwendung der Rückkopplung vom Leuchtphosphor aus leuchtet der ganze Schirm mit Sättigungshelligkeit auf.
Man erkennt, dass der Verstärkerschirm der Fig. 3 und 5 keine Tragplatte auf der Oberseite der perfo rierten Glasplatte 16 aufweist. Indem man den Schirm in dieser Weise konstruiert, kann er im evakuierten Kolben einer Kathodenstrahlröhre montiert werden, wie dies die Fig. 5 zeigt, wobei die einzelnen photo leitenden Verkleidungen 20 direkt dem abtastenden Strahl 22 ausgesetzt sind.
Wenn man vorderhand annimmt, dass die Zeit konstante des Photoleiters 20 verglichen mit der Rasterdauer des herzustellenden Fernsehbildes sehr kurz ist, stellt sich die Helligkeit jedes Elementes von selbst auf den obern oder untern Gleichgewichtsheilig keitspegel 10 bzw. 11 in einem kleinen Bruchteil der Rasterdauer ein. Daher wäre die während eines Rasters beobachtete durchschnittliche Helligkeit prak tisch gleich derjenigen des obern oder untern Gleich gewichtspegels 10 oder 11, und Zwischentönungen (Schatten von Grau) würden vollständig fehlen. Die sem Mangel in der Wiedergabe der Grauskala kann abgeholfen werden, wenn der verwendete Photoleiter auf Beleuchtungsänderungen mit einer Zeitkonstanten antwortet, welche mit der Rasterdauer vergleichbar ist.
Dieser Zustand lässt sich erreichen, indem ent weder die chemische Zusammensetzung des photo leitenden Stoffes 20 geändert wird, um die richtige Zeitkonstante zu erhalten oder indem man die Ab tast- oder Rasterdauer ändert, um die Zeitkonstante des Photoleiters entweder gleich oder grösser als die Rasterdauer zu machen. Wenn die Zeitkonstante auf diese Art eingestellt ist, wird die Geschwindigkeit, mit welcher irgendein elementarer Flächenteil des Wiedergabeschirmes sich dem Gleichgewichtswert nähert, so langsam, dass die Gleichgewichtshelligkeit während der Periode eines Rasters nie ganz erreicht wird.
Der Helligkeitsdurchschnitt über die Periode eines Rasters hängt daher vom Pegel der anfänglichen Erregung ab oder, mit andern Worten ausgedrückt, enthält das durch den Leuchtphosphor wiederge gebene Bild graue Schatten, welche den grauen Schat ten im erregenden Bild entsprechen. Wie man er kennt, ist es also möglich, Bilder einerseits ohne Grauskala oder Grauabtönungen und anderseits Bil der zu reproduzieren, welche Grautönungen enthal ten. Nun soll das Problem der Beendigung der Rück kopplung unmittelbar vor dem Erreichen der Sätti gungshelligkeit betrachtet werden.
Es wurde bereits erwähnt, dass man die Sättigungshelligkeit dadurch löschen kann, dass man die Erregerspannung kurz zeitig unterbricht oder auf einen genügend niederen Wert verringert, so dass die Spannung ungenügend wird, um den Leuchtphosphor zu erregen. Für die Wiedergabe eines Fernsehbildes muss jedoch der Schirm für jeden Raster einmal in seinen unerregten Zustand gebracht werden.
Wie man aus dem Dia gramm a der Fig. 7 ersieht, wird der Fernsehschirm während der aktiven Periode der Abtastung, welche mit 24 bezeichnet ist, in Richtung auf die Sättigungs helligkeit erregt und während der Rücklaufperiode 25 die Erregerspannung des Schirmes kurzzeitig stark vermindert oder vollständig unterbrochen, um den Schirm in seinen unerregten oder verdunkelten Zu stand zurückzuführen. Diese Steuerung des Schirmes kann mit Hilfe der Schaltung der Fig. 6 erreicht wer den.
Eine geeignete Abtastvorrichtung 26 von übli chem Aufbau liefert die Abtastsignale (Fig. 7a) an die Ablenkspulen 23. Diese gleichen Abtastsignale gelangen an eine übliche Löschschaltung 27, welche die geeigneten Löschimpulse 28 während jedes Rück laufes 25 erzeugt. Die Erregerspannung für den Wie dergabeschirm 1 wird durch einen Tonfrequenzgene- rator 29 geliefert, welcher durch die Löschimpulse 28 ein- und ausgeschaltet werden kann.
Eine zufrieden stellende Betriebsart besteht darin, die Impulse 28 zur Sperrung des Generators 29 zu verwenden, wo durch die Erregerspannung für den Schirm 1 abge schaltet wid.
Man erkennt somit, d-ass für jede aktive Periode der Abtastung 24, welche die Periode eines Rasters darstellt, die Erregerspannung an den Schirm 1 ange legt wird, und dass während der Rücklaufintervalle 25 die Erregerspannung für den Schirm 1 abgeschaltet ist. Während der aktiven Abtastperiode 24 kann der Schirm 1 sich infolge der Rückkopplungswirkung der Sättigungshelligkeit nähern, aber während der ver hältnismässig geringen Zeitkonstanten des Photoleiters wird diese Sättigungshelligkeit nie ganz erreicht.
Obwohl die Wiedergabe eines verstärkten Fern sehbildes mit der Verwendung der Schaltung nach Fig. 6 möglich ist, ergibt sich eine übertrieben starke vertikale Schattierung, da den untern Teilen des Schirmes wesentlich weniger Zeit zur Verfügung steht, um sich dem obern stabilen Helligkeitszustand zu nähern, und diese untern Teile des Schirmes zei gen sich dem Betrachter auch in einer bedeutend kürzeren Zeitdauer, wodurch die scheinbare Hellig keit in den unten gelegenen Teilen des Bildes ab nimmt. Daher sollte der Schirm nicht gleichzeitig über seine ganze Fläche, sondern nur in elementaren Flächenteilen aberregt werden, wie z. B. in einzelnen horizontalen Linien oder gleichzeitig in einer Gruppe von horizontalen Linien.
Die Fig. 8 zeigt einen Wiedergabeschirm, welcher praktisch gleich demjenigen der Fig.3 ist mit der Ausnahme, dass der leitende Film auf der Leucht- phosphorschicht 15 aus einer Anzahl horizontal ge geneinander isolierter und parallel verlaufender Strei fen 30 besteht, die einzeln mit einem mechanischen Drehschalter oder Verteiler 31 verbunden sind, so dass in irgendeinem Zeitpunkt nur einer der Streifen 30 von der Erregerspannungsquelle 32 abgeschaltet ist.
Der Schalter besteht aus einer Anzahl Statorkon- takte, die durch die Pfeile dargestellt sind, und aus einem Rotorkontakt 33, welcher einen vollständigen Zyklus in der Periode eines Fernsehbildrasters aus führt. Die Drehung des Rotors 33 ist mit dem Elek tronenstrahl derart synchronisiert, dass der abgeschal tete Streifen 38 genau einen Schritt vor dem Streifen liegt, der durch den Strahl abgetastet wird.
Durch das erwähnte Schaltmittel wird die Erre gerspannung an den elementaren Flächenteilen des Wiedergabeschirmes 1 der Reihe nach unterbrochen, wodurch der vorgängig erwähnte vertikale Schatten effekt verhindert wird.
Additional patent to main patent no. 328244 Solid-state image intensifier The present invention relates to a solid-state image intensifier.
The main patent describes a method for producing a solid-state image intensifier and an image intensifier manufactured according to this method which is capable of reproducing and intensifying a radiation image. This amplifier consists of a structure which consists of an electroluminescent luminous phosphor layer and a photosensitive layer, which layers are between two plate-like electrodes.
An alternating voltage source is connected to these two electrodes, and the impedance of the photosensitive layer is dimensioned so that, in the absence of radiation, it is so high that the voltage applied to the electrodes cannot cause the phosphor layer to luminesce. In the presence of exciting radiation, however, the impedance of the photosensitive layer is reduced to such an extent that a larger part of the voltage is applied to the luminous phosphor layer, which causes it to luminesce.
As described in the main patent, the photosensitive layer is specially designed to provide the necessary impedance control for regulating the voltage applied to the phosphor layer. In this form, this photoemp-sensitive layer consists of a base plate made of quartz or photo-molded glass, which has a number of transverse openings which are spaced apart and which are coated with a vapor-deposited photoconductive substance, such as. B. cadmium sulfide, are coated.
The photoconductive material covering the openings forms the part of the device having the variable impedance and is used to control the degree of excitation of the neighboring luminous phosphor.
The present invention relates to an improvement of the solid-state image intensifier according to patent claim II of the main patent and aims to create a display device which uses feedback in this way between the phosphor layer and the photosensitive layer; that a faithful reproduction of a given image is created, which reproduction has gray shadows and equally extreme levels of strong light and weak light.
The invention is explained in more detail with reference to exemplary embodiments with reference to the drawings.
In the drawing: FIG. 1 shows a cross section in schematic form through a solid-state image intensifier, FIG. 2 shows various curves for explaining the mode of operation of the same, FIG. 3 shows an enlarged section through part of an exemplary embodiment of the subject of the invention, FIG 4 shows an enlarged section of the photosensitive layer of FIG. 3, FIG. 5 shows a section through a cathode ray tube which uses a cell according to FIG. 3, FIG. 6 shows the block diagram of a circuit,
wel Ches uses the tube of Fig. 5, Fig. 7 shows some waveforms to explain the operation of the circuit of Fig. 6 and Fig. 8 schematically shows a Schaltvor direction, which is used in connection with a laminated cell, its construction differs slightly from that of FIG. 3.
In FIG. 1, the display device consisting of a laminated cell is denoted by 1. The cell has a support plate 2, the example consists of glass, a transparent film of conductive material 3, for. B. vapor-deposited silver, or a layer that is formed by the reaction of S.tano chloride with the glass plate, which has been applied to one side of the plate 2, further a layer of photoconductive material 4, the z.
B. consists of cadmium sulfide and is placed on the film 3, also a layer 5 of electroluminescent ornamental phosphor, which is applied to the layer 4, also a further film 6 made of conductive material on the phosphor layer 5 and finally another glass plate 7 that rests on the film 6. A light-damping insulating layer (not shown in FIG. 1) can be introduced between the layers 4 and 5 in order to limit the feedback between these layers. An AC power source of 600 volts and a frequency of 400 Hz is connected to the films 3 and 6.
Assuming that no radiation falls on the photosensitive layer 4, the impedance of this layer is so high that an insufficient. Part of the applied voltage is applied to the phosphor layer 5 in order to excite it. If, however, radiation falls on the layer 4, the impedance of this layer is sufficiently reduced that the voltage now applied to the phosphor layer 5 rises to such an extent that it comes to luminescence. By correctly dimensioning the impedances of the two layers 4 and 5, it can be ensured that the layer 5 luminesces with a brightness which corresponds to the incident radiation which reaches the photosensitive layer 4.
The basics of the operation of such a playback device are described in the main patent.
When the phosphor layer 5 luminesces, a certain part of the luminescence is reflected back to the photoconductive layer 4. This reflected or fed back light causes a further change in the impedance of the layer 4 and thus a further excitation of the luminous phosphor layer 5. If this process is not stopped, a saturation state is established at which the luminous phosphor continues to luminesce and that on Feedback light falling on the photoconductive layer serves to maintain this saturation state.
The aforementioned feedback or positive feedback effect can easily be understood with reference to FIG. This shows the course of the generated brightness of a display device, the luminous flux emitted by a surface unit of the luminous phosphor being shown as a function of the illumination of the photoconductive substance.
The curves are determined under the assumption that 1. the brightness of the electroluminescent layer increases with the third power of the applied alternating voltage; 2. the photoconductive layer responds in a linear manner to the lighting; 3. the capacitance of the photoconductive layer is approximately 201 / o the capacitance of an area of the same size of the adjacent electroluminescent layer; and 4. the power factor of the electroluminescent layer is negligibly small (for example less than 0.15).
The incident illumination on the photoconductive layer in millilumen / cm2 is plotted on the abscissa. The ordinate also shows the luminous phosphor brightness in millilumen / cm2.
The S-shaped curve 8 shows the course of the generated brightness of the display screen in the absence of light feedback, while the straight line 9 shows the illumination of the photoconductive layer 4, which is caused by the radiation of the phosphor layer, it being assumed that about 10% of the Light from the phosphor layer 5 is fed back to the layer 4.
It is clear that once the luminous phosphor 5 has been excited to about 8.5 brightness units (point 10), which requires an illumination of the photoconductive layer of about 0.75 units, this illumination is caused by feedback between the luminous phosphor layer and the photoconductive material can be generated, whereupon the luminescent phosphor maintains this brightness without further external radiation striking the photoconductive layer. Through this positive feedback, the cell is brought into a steady state in terms of brightness, which is stable.
It can be seen that there is a similar stable state or equilibrium state with regard to brightness at point 11, at which the two curves 8 and 9 intersect. As can be seen, there is a third equilibrium point 12 in which the curves 8 and 9 intersect. However, this point 12 is unstable. Its importance is in fact the fact that an initial excitation at a point which is slightly below 0.3 units has the consequence that the phosphor brightness decreases in the direction of the lower-lying brightness point. An excitation above the point 12 results in an increasing brightness until the upper point 10 of the stable equilibrium is reached.
The saturation brightness, which corresponds to point 10, is maintained indefinitely as long as the excitation voltage is applied to the screen. In order to delete the screen itself, it is necessary to briefly reduce or interrupt the excitation voltage in such a way that the gain of the screen decreases so much that the upper balance points 12 and 10 disappear (dashed curve in FIG. 2).
The mode of operation indicated by the curves of FIG. 2 can be used in various ways to produce images which either have no halftones (shadows of the color gray) or images which are faithful representations in the gray scale of a given image.
3, 4 and 5 show one form of a display screen that uses optical feedback to enhance an image. The screen consists of a glass plate 13 which is covered by a transparent conductive film 14 of any suitable material, e.g. B. from stannous oxide, carries. On this film 14 there is a layer 15 of electroluminescent luminous phosphor, which is in contact with a plate 16 of perforated glass. This glass is preferably made of conventional photoforming glass, which can be photographically etched in precisely described patterns in order to produce a number of openings 18 which are spaced apart from one another.
The upper surface of the perforated glass plate carries a metallic train 19, which can be brought up for example by vapor deposition. During this vapor deposition, it must be ensured that no metal is deposited on the inner walls of the openings 18. For this purpose, the openings are filled with a fine powder of glass, lime or magnesium oxide or a similar, finely divided powder immediately before the metal is vaporized. After the vapor deposition, said powder is either shaken out of the openings or blown out.
The photoconductive material, e.g. B. cadmium sulfide, is evaporated from the underside of the glass plate 16 onto the walls of the openings 18. The cadmium sulfide deposited on the underside of the glass plate is then removed by grinding or the like. Thus, each opening 18 is provided with a photoconductive lining which is in contact at its upper end with the metallic coating 19 and at its lower end with the luminous phosphor layer 15.
In one embodiment of the subject matter of the invention, the glass plate 16 is impermeable to the light which emanates from the luminous phosphor layer 15. This measure limits the feedback path for the light between the luminous phosphor and the photoconductive layer so that the light emitted by an elementary part of the surface of the luminous phosphor layer can only reach the associated element, but not the laterally adjacent elements of the photoconductive layer.
It can now be seen that each opening 18 together with the adjacent elementary surface part of the luminous phosphor 15 forms an element of the display screen, which, provided that the photoconductive substance and the luminous phosphor is sufficiently sensitive, can generate a gain that is greater than the light feedback between the luminous phosphor and the photoconductive material. If these relationships exist, the screen reproduces a given image with a brightness which corresponds to the saturation point 10 of FIG.
The screen of Fig. 3 is mounted on the face of the cathode ray tube 21 of Fig. 5, which is in all respects a conventional television picture tube. The openings 18 open inwards so that the electron beam 22 can impinge on the photoconductive clothing 20 Ver. The beam 22 is guided over the screen in the usual manner in accordance with the television standards, with the aid of the deflection coils 23 shown purely schematically.
If the electron beam hits, for example, the photoconductive cladding 20 of an opening 18, the impedance of this cladding is reduced by the conductivity generated by the impact of the electron beam, as a result of which a higher excitation voltage comes into effect across the neighboring luminous phosphor element 15. Thus, a beam of uniform intensity, which is guided across the screen at the usual frequencies, causes the entire screen to lumi- nesce. By using the feedback from the luminous phosphor, the whole screen lights up with saturation brightness.
It can be seen that the intensifying screen of FIGS. 3 and 5 has no support plate on the upper side of the perforated glass plate 16. By constructing the screen in this way, it can be mounted in the evacuated envelope of a cathode ray tube, as shown in FIG. 5, with the individual photoconductive linings 20 directly exposed to the scanning beam 22.
If one assumes for the moment that the time constant of the photoconductor 20 is very short compared to the raster duration of the television picture to be produced, the brightness of each element adjusts itself to the upper or lower equilibrium halftone level 10 or 11 in a small fraction of the raster duration. Therefore, the average brightness observed during a raster would be practically the same as that of the upper or lower equilibrium level 10 or 11, and intermediate tones (shades of gray) would be completely absent. This deficiency in the reproduction of the gray scale can be remedied if the photoconductor used responds to changes in lighting with a time constant which is comparable to the raster duration.
This condition can be achieved by either changing the chemical composition of the photoconductive substance 20 to obtain the correct time constant or by changing the scanning or raster duration to make the time constant of the photoconductor either equal to or greater than the raster duration do. If the time constant is set in this way, the speed at which any elementary surface part of the display screen approaches the equilibrium value becomes so slow that the equilibrium brightness is never quite reached during the period of a raster.
The average brightness over the period of a raster therefore depends on the level of the initial excitation or, in other words, the image reproduced by the phosphor contains gray shadows which correspond to the gray shadows in the exciting image. As you know, it is possible to reproduce images without a gray scale or gray tones on the one hand and images which contain gray tones on the other hand. The problem of ending the feedback immediately before reaching the saturation brightness will now be considered.
It has already been mentioned that the saturation brightness can be deleted by briefly interrupting the excitation voltage or reducing it to a sufficiently low value so that the voltage is insufficient to excite the luminous phosphor. For the reproduction of a television picture, however, the screen must be brought into its unexcited state once for each grid.
As can be seen from the diagram a of Fig. 7, the television screen is excited during the active period of the scan, which is denoted by 24, in the direction of the saturation brightness and during the flyback period 25, the excitation voltage of the screen is briefly greatly reduced or completely interrupted to return the screen to its unexcited or darkened state. This control of the screen can be achieved using the circuit of FIG. 6 who the.
A suitable scanning device 26 of usual construction supplies the scanning signals (FIG. 7a) to the deflection coils 23. These same scanning signals reach a conventional canceling circuit 27 which generates the suitable canceling pulses 28 during each return 25. The excitation voltage for the display screen 1 is supplied by an audio frequency generator 29, which can be switched on and off by the erasing pulses 28.
A satisfactory mode of operation is to use the pulses 28 to block the generator 29, where the excitation voltage for the screen 1 switches off wid.
It can thus be seen that the excitation voltage is applied to the screen 1 for each active period of the scanning 24, which represents the period of a raster, and that the excitation voltage for the screen 1 is switched off during the retrace intervals 25. During the active scanning period 24, the screen 1 can approach the saturation brightness as a result of the feedback effect, but this saturation brightness is never quite reached during the relatively small time constants of the photoconductor.
Although the display of an enhanced television picture is possible with the use of the circuit of FIG. 6, there is excessive vertical shading because the lower parts of the screen have much less time to approach the upper stable brightness state and these lower parts of the screen are also shown to the viewer in a significantly shorter period of time, as a result of which the apparent brightness in the lower parts of the picture decreases. Therefore, the screen should not be de-excited over its entire surface at the same time, but only in elementary parts of the surface, such as B. in single horizontal lines or simultaneously in a group of horizontal lines.
8 shows a display screen which is practically the same as that of FIG. 3 with the exception that the conductive film on the phosphor layer 15 consists of a number of horizontally mutually isolated and parallel strips 30 which are individually connected to a mechanical rotary switches or distributor 31 are connected, so that at any point in time only one of the strips 30 is disconnected from the excitation voltage source 32.
The switch consists of a number of stator contacts, which are represented by the arrows, and of a rotor contact 33 which carries out a complete cycle in the period of a television picture raster. The rotation of the rotor 33 is synchronized with the electron beam in such a way that the switched off strip 38 is exactly one step in front of the strip that is scanned by the beam.
By the aforementioned switching means, the excitation voltage is interrupted on the elementary surface parts of the display screen 1 in sequence, whereby the aforementioned vertical shadow effect is prevented.