DE2054121A1 - Einrichtung in einem elektro optischen Bildabtastgerat - Google Patents

Description

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Dipl.-lng, W. Sdwcrmtan Or.lng. 8. RSg* 7» i (N**** **.9,t*

4. November 1970 PA 10 rüza

Hazeltine Corporation» 59-25 Little Neck Parkway» Little Neck» New York 11362, USA

Einrichtung in einem elektro-optischen Bildabtaetgträt

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung iur Minderung des Streulichteinflueses in einen elektro-optiachen Bildabtastgerät, in dem ein Bild durch eine "flying-spot¹¹ Abtaströhre in eines rorgegebenen Raster abgetastet wird und eine Photozelle ein elektrisches Videosignal erzeugt, das dem abgetasteten Bildinhalt weitgehend entspricht.

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Tritt Streulicht im optischen Teil des Gerätes auf, so hat _t, dies zur Folge, daß das an der Photozelle abgenommene Vi- . deö-Signal einem Bild' mif merklich geringerem Kontrast entspricht als die Vorlage tatsächlich aufweist. Das vom Videosignal schließlich abgeleitete Bild weicht daher in unerwünschtem Maß von der Vorlage ab.

Eine der Hauptquellen von Streulicht in dem Gerät ist der Leuchtschirm der Abtaströhre, der ganz allgemein aus einer dünnen, durchsichtigen Glaswand besteht, die auf der Innen-

' se|.te; mJLt einer Leuc^tpi^spiio/^ch'icht überzogen ist?; Sobald eiir das Raster erzeu&eniir Elektronenstrahl irgendeinen

■ Punkt der LeuchtphoSperrschicht trifft, verhält sioji, dieser ,,;-wi§/eine punktförmig^:.' Li^Q&tq^&lle., mit _ einem dem" Lamjrt¹ sehen '·;' Cresetl- entsprechendere ätra^u^igsdiagramm. Diejenigen' Licht-

/ §.tra^,ien," die. a.nf-ß.i^uQ^bßi^tiMQ^e zwischen Glas undi_o jiuft an

ä,; unter einem Vinkel auft^pffen,

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L- ::Vü^:er. größer,'als de^ (?rensminkel der Totaltefleki/iqn^ist, wer- *■ ^a— —■- Innenseite dej? ^a^w^d zurückgeworfen, wo jgie wei,-

sind, wiBk^i, wfl' ^ zr^^ätÄliche: Lichtquellenί die nach

|r83^z.i sä,e^ die ursprünglichen Lichtquellen' mit 8üHehmenaem· ibstaaÜ vom ■:.;

Mittelpunkt der ursp'rünglichen Lichtquelle exponentiell ab-. nimmt. Da sich jeder Ras;terpunkt in gleicher Weise verhält, entsteht schließlich ein Streulicht, das nicht gleichmäßig über den Rasterbereich- verteilt ist. Diesem ungleichmäßig verteiltem Streulicht überlagert sich ein gleichmäßig verteiltes Streulicht, das durch Reflexionen an anderen Überflächen im optischen" Teil' des Bildabtastgerätes hervorgerufen wird. Beide zusammen'erzeugen ein komplexes, ungleichmäßiges Streulichtmuster im Rasterbereich, daa nach dem bis

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heute "bekannten Stand der Technik nicht leicht kompensiert werden kann.

Ein Ziel der Erfindung "besteht daher darin, eine einfache Einrichtung zur Minderung des Streulichteinflusses in einem elektro-optischen Bildabtastgerät zu schaffen.

Gemäß der Erfindung ist die Einrichtung zur Minderung des Streulichteinflusses dadurch gekennzeichnet, daß die BiIdabtaströhre einen Leuchtschirm besitzt, dessen Mindeststärke

T = beträgt, wobei H gleich der kleinsten Ausdehnung des Rasters ist und O den Grenzwinkel der Totalreflexion beim Lichtaustritt am Glas in Luft bedeutet. Eine derartige Bemessung bewirkt ein im wesentlich gleichmäßiges Streulicht im Rasterbereich. Des weiteren ist erfindungsgemäß eine Schaltungsanordnung vorgesehen, die das Videosignal empfängt und ein Grundsignal daraus ableitet, dessen Amplitude dem gleichmäßigen Streulicht in dem Bildabtastgerät entspricht. Schließlich ist erfindungsgemäß ein Netzwerk vorhanden, welches das Grundsignal dem Videosignal überlagert, um den Anteil des Videosignals, welcher durch das gleichmäßige Streulicht hervorgerufen ist, auszugleichen und dadurch ein korrigiertes Video-Ausgangs-Signal weiterzuleiten.

Zum besseren Verständnis wird im folgenden die vorliegende Erfindung und deren Ziele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Pig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Mg. 2a und 2b Seiten- und Vorderansicht einer Bildabtaetröhre für das Ausführungsbeispiel nach Pig. 1,

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Pig. 3 eine Seitenansicht einer zweiten Bildabtaströhre¹ für das Ausführungsbeispiel in Fig. 1,

Pig. 4a eine Darstellung eines Leuchtschirmes einer üblichen Bildabtaströhre, aus welcher die Reflexion der lichtstrahlen zwischen der Außen- und Innenseite des Leuchtschirmes zu ersehen ist,

• Pig. 4b eine Darstellung eines Leuchtschirmes einer Bildabtaströhre, die im Ausführungsbeispiel nach. Pig.. 1 verwendet wird, aus der ebenfalls- die Licht-., reflexion im Schirm zu entnehmen ist.

Das in Pig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung besitzt eine Bildabtaströhre 5, ein Linsensystem 6,- eine Vorlage 7 (z.B. eine transparente Photographie)· eine^hjp/kpjielle^ 8 (z.B. einen Photomultiplier) und einen Videoyej?stjirkeir 9, der mit anderen nicht näher dargestellten elektrischen/und optischen Baugruppen zusammenarbeitet, die an sich als Teile eines Bildabtastgerätes bekannt sind.

In der Bildabtaströhre wird dadurch, daß ein gesteuerter, . Elektronenstrahl auf einen Leuchtphosphor-Überzug auf der Innenseite 10 des Leuchtschirmes 11 trifft, ein Raster von leuchtenden Linien erzeugt, die durch nicht leuchtende; Zwischenräume (Rücklaufζeilen) getrennt sind. Eine Bildabtastperiode ist definiert als die Zeit, in der das Raster ein Bild völlig beleuchtet hat. Der Umriß des Rasters ist üblicherweise ein Rechteck oder ein Kreis. Es kann jedoch- auch jeder andere/Umriß für das Raster gewählt werden entsprechend der Größe und des Umrisses des abzutastenden Bildes.

.p.er,_;,durch jdas_ Bild. 7 modulierte Lichtstrahl trifft auf_.die Phpio.zelle .8,· welche ihrerseits ein elektrisches Videosignal, t}/ das dem. auf treffenden Licht entspricht. Das Video-*

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signal wird über den Video-Verstärker 9 v/eitergeleitet zu dem Überlagerungs'-Netzwerk 20 und zu dem Grundsignal-Erzeuger 12. Das Videosignal, das während jeder Bildabtastperiode erzeugt wird, enthält an jedem Abtastpunkt einen Anteil, der nicht dem tatsächlichen Bildinhalt, sondern dem Streulicht entspricht, das durch Reflexionen an verschiedenen Teilen des Abtastsystems entstanden ist. Bas Streulicht, das normalerweise ungleichmäßig vom leuchtschirm der Abtaströhre ausgeht, ist durch eine Verstärkung der Glaswand des ieuchtschirmes um das weiter unten erläuterte Maß gleichmäßiger verteilt. Das gleichmäßigere Streulicht wird zusammen mit anderen gleichmäßigen Streulichteinflussen von anderen optischen Teilen des Gerätes zu einem festen Str.eulichtanteil im Videosignal führen. Die unterschiedliche Schwärzung der abgetasteten Bildpunkte bewirkt, daß dieser Anteil proportional zur mittleren Helligkeit des Bildes ist, eine Größe, der die mittlere Amplitude des Videosignals ent- · spricht.

Dem Block 12 wird das Videosignal zugeführt, um ein Grundsignal zu erzeugen, dessen Amplitude dem gleichmäßigen Streulicht im Abtastgerät entspricht. Der Block 12 enthält ein Mittelwert bildendes Netzwerk 13, dem das Videosignal vom Video-Verstärker 9 zugeführt ist, einen getasteten Schaltkreis 14 und einen Regelkreis 15, dessen Eingang sowohl mit dem Ausgang des Netzwerkes 13 als auch mit dem Ausgang des Schaltkreises H verbunden ist. Das Netzwerk 13 empfängt das Videosignal mit sich ändernder Amplitude und erzeugt ein Ausgangs-Signal, das proportional zur mittleren Amplitude des Videosignals während einer vorgegebenen Zeitdauer, z.B. während einer Abtastperiode, ist und damit der mittleren Helligkeit der Vorlage 7 entspricht. Jeder übliche RC-Transistor-Integrator oder jedes andere, einen Mittelwert bildende Netzwerk kann verwendet werden, sofern sein Empfindlichkeitsbe- reich die Amplitudenänderungen des Videosignals erfaßt. Der

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Schaltkreis 14 empfängt ein Auf tastsignal während Jedes .Zeilenrücklaufs und klemmt das Ausgangssignal des Netzwerkes 13 auf ein festes Bezügspotential, welches auf der gleichen Hohe liegen kann wie,das Videosignal während des Zeilenrücklaufs. Hierdurch wir,d. ©in Zvischen-Grundsignal erzeugt, .welches dem Regelkreis^. 1.5 zugeführt wird. Die Polarität des Zwischen-Grundsignals ist so festgelegt, daß sie der Polarität des Videosignals entgegengerichtet ist, wenn das Überlagerungsnetzwerk 20; äiis ■ einer Addierstufe besteht. Dib Ampli-* tude des Zwischen-|riinö-.signals v/ird in dem Regelkreis 15 so eingestellt, daß eiü -Grundsignal entsteht und dem Überlagerungs-lfetzwerk.2Q-;f:U.geführt wird,, welches annähernd-gleich dem Anteil des Vidäö|ignals ist, der dem. gleichmäßigen- .Streulicht entspricht.. ¹^/-

Im Ausführungsbeis|ie:L. na.ch Fig. 1 ist der Regelkreis 15 als Transistor-Verstärire^ausgebildet und besteht aus .einem. Tran-' sistor 16, welchfr^Äb^r finen Widerstand 17 am negativen Pol und über einen, f g^e-ai'·- Wi.der.stand 18 und einen veränderlichen Widerstand- ^S a^:pħ^Jiy5§ⁿ,P,pl der Spannungsquelle l^egt. Mit dem Widerstand" ,^9,' ^φ- di...e Amplitude des Grundsignal^ eingestellt -werdeih^, E^^'^T d.eii Kollektor de.s Transistors. ,16 angeschlossene Au^an^i^iltuiig. versorgt das Überlagerung^netz.-werk 20

In dem. tJberla^g^^i^^^feziierk 20, wird das Videosignal dem,,. _t Grund signal Üb e.ria^#t, um' den Anteil £m Videosignal zu kompensieren, der d.ui?.^ii. gleichmäßiges Streulicht verursacht ist Obwohl das Netzwerk vorstehend als aus einer Addierstufe bestehend bezeichnefc ywca&., ist es allgemein bekannt, daß es auch als SubtraMe^stJofa ausgebildet, -sein kann, wßiu signal und VideDsi^ial als ,gleiche Polarität habön. dem Fall steht am Ausgang des Hetzwerkes 20 da^. ^l^ioh^e. k,orrigierte Signal. Bei dear Zusammenführung des Videosignals ,

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mit dem Grundsignal_r dessen Amplitude annähernd gleich dem . Anteil vom Streulicht""herrührenden Anteil im Videosignal ist, wird die Amplitude des Videosignals um die Amplitude des Grundsignals aufgrund der entgegengesetzten Polarität verringert. Die dem Zeilenrücklauf entsprechenden Pausen, sowohl des Videosignals als auch des Grundsignals bleiben, da beide währenddessen auf das gleiche Bezugspotential festgelegt sind, unverändert. Dies gleicht das Streulicht in dem Gerät aus und sorgt für ein korrigiertes Ausgangs-Videosignal, das im wesentlichen frei von Streulichteinflüssen ist.

Der Leuchtschirm 11 der Abtaströhre 5 in Pig. 1 ist wesentlich dicker ausgeführt als üblicherweise, um eine gleichmäßige Streulichtabstrahlung über den Rasterbereich zu erhalten. Die Pig. 4a zeigt einen Querschnitt durch einen üblichen Leuchtschirm 21, auf dem ein Elektronenstrahl 22 einen Phosphorpunkt 23 auf der mit einem Überzug versehenen Innenseite 24 des Schirmes erregt und zur Lichtabstrahlung veranlaßt, das entsprechend dem Lamert¹sehen Gesetz verteilt ist. Die Lichtstrahlen 26, die die Grenzfläche Glas/Luft an der Außenseite 27 des Schirmes unter dem Grenzwinkel θ der Totalreflexion treffen, (ein Winkel, der zwischen der Oberflächen-Normalen unddem einfallenden Strahl gemesen wird und von dem Material des Leuchtschirmes und dem umgebenden Medium in bekannter Weise abhängt) werden zur Innenseite des Leuchtschirmes reflektiert, wo sie weitere Phosphorpunkte beleuchten und das zuvor beschriebene ungleichmäßige Streulicht verursachen.

Es wurde nun gefunden, daß eine gleichmäßige Abstrahlung des Streulichtes von dem Leuchtschirm zu erreichen ist durch eine Vergrößerung der Dicke des Leuchtschirmes auf ein Maß, das wesentlich von der Größe des Rasters bestimmt ist, derart, daß die zusätzlichen unerwünschten Reflexionen außerhalb des Rasterbereiches auf dem Leuchtschirm auftreten. In Pig. 4b -y^B^m .imiimc _{Ί 0 9 8 2} 7 /1 7.2 0 ·

ist ein Leuchtschirm 29 «large at eilt» der dem Leuchtschirm! in Mg. 4a hinsichtlich Material und Umriß gleicht» dessen Dicke jedoch entsprechend der Erfindung bemessen ist.. Me Pfeile 26 stellen Lichtstrahlen. dar> äie auf die Außensⁱe:i- te 27 des Leuchtschirmes unter einem Winkel auf treffen,, der größer als der Grenzwinkel de'r Sataireflexion ist. Es ist der Eigur 4b zu entnehmen,, daß hei einem Leuchtschirm der Dicke T ein im Mittelpunkt des Leuchtschirmes von einem den ■.. Phosphor treffenden Elektronenstrahl ausgelöster Lichtstrahl nach der ersten Reflektion an der Außenseite des Leucht- ' schirmes die Innenseite des Leuchtschirmes erst an der Kante 30 wieder trifft.

Wenn man dafür sorgt, daß von reflektierten Lichtstrahlen ausgelöstes Streulicht außerhalb des Rasterhereich.es aus dem Leuchtschirm austritt, dann verliert das resultierende Streulicht seine exponentiell abnehmende Charakteristik und ist,- ■ ■ so wie es gefordert ist,, im wesentlichen gleichmäßig im ganzen Rasterbereich.

•Ein Mindestmaß für die Dicke ist durch theoretische Berech-¹ nung und durch Messungen bestimmt worden. Grundsätzlich ist es erforderlich, daß Lichtstrahlen von einem, durch einen Elektronenstrahl erregten- Lichtpunkt im Mittelpunkt des Rasters, welche nach der ers.ten Reflexion das erste Mal wieder auf der Innenseite des Leuchtschirmes auftreffen, in Richtung der kürzesten Abmessung des Rasters außerhalb dieses Rasters auf treff en.. Leucht schirme, die etwas dünner sind,, rufen zuviele Reflektionen hervor (wie aus Mg. 4a zu ersehen ist) und verursachen dadurch da's ungleichmäßige Streulieht . innerhalb des Rasterbereiches, Das Mindestmaß ist mathematisch durch dj.e Beziehung S -ΞΞ: ausgedrückt,, in.der T.

die Leuchtschirmstärke., H die kleinste Abmessung des Rasters und θ den Grenzwinkel der Totalreflexion bedeutet. Wie be- ■ ■ reits erwähnt, gibt diese Beziehung ein Mindestmaß für einen

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angemessenen Ausgleich, wieder. Abhängig von der geforderten Gleichmäßigkeit des Streulichtes und der Genauigkeit des Ausgleiches kann ein größeres Käß für die Stärke des Leuchtschirmes gewählt werden als sie durch die obige Beziehung ■bestimmt ist. In bestimmten Fällen kann die Dicke größer sein, als der Wert, der sich beim Einsetzen der größten Abmessung des Rasters in die obige Beziehung ergibt, oder größer sein, als die größte Abmessung des Rasters.

Die Pig, 2a zeigt eine Abtaströhre 31, die gemäß der Erfindung aufgebaut ist. Der Leuchtschirm 32 ist hier Teil des gesamten Glaskörpers des Röhrenkolbens, seine Dicke (T) jedoch ist groß genug, daß sie der obigen Gleichung genügt im Hinblick auf das erzeugte Raster 33, das in Eig. 2b, einer Vorderansicht des Leuchtschirmes 32, dargestellt ist.

Eig. 3 zeigt eine zweite Abtaströhre, die gemäß der Erfindung aufgebaut ist. Hier sind zusätzlich Lichtstrahlen 34 und 35 eingezeichnet um darzustellen, daß Lichtstrahlen nach der erstmaligen Reflexion außerhalb des Rasterbereiche.s auftreffen. Der Leuchtschirm in Eig. 3 ist in der V/eise hergestellt, daß ein durchsichtiger Kunststoff-Teil 36 auf die Außenseite des Leuchtschirmes einer üblichen Abtaströhre mit einer dünnen Glaswand 37 aufgeklebt' ist. Auf diese Art kann die Dicke eines Leuchtschirmes auf ein Maß vergrößert werden, das der obigen Beziehung genügt.

Es muß dafür gesorgt werden, daß ein Kunststoff und ein Kleber benutzt werden, die an der Grenzfläche 38 vom Glas und Kunststoff keine Reflexionen verursachen. Bei der Herstellung eines Leuchtschirmes, der die erforderlichen Eigenschaften besitzt, wurde eine etwa 3cm dicke Platte^ aus dem unter dem Namen "Plexiglas" bekannten Kunststoff mit einem optischen Kleber auf eine Abtaströhre, Typ Thomas 10M28-M, geklebt, auf der ein Rechteckraster mit den Abmessungen 10

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auf 12.5 cm geschrieben wird. Es wurde-festgestellt, daß diese Anordnung ein im wesentlichen gleichmäßiges Streulicht hervorruft, das sehr genau durch das beschriebene System auszugleichen war.

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Claims (7)

1. «•!ΙΡΒ!»

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   Bat entanspräche

   Einrichtung zur Minderung des Streulichteinflusses in einem elektro-optischen Bildabtastgerät, in dem ein Bild durch eine "Plying-spof'-Abtastrohre in einem vorgegebenen Raster beleuchtet wird und eine Photozelle ein elektrisches Videosignal erzeugt, das dem abgetasteten Bildinhalt weitgehend entspricht, gekennzeichnet durch eine Mindeststärke des Leuchtschirmes der Abtaströhre von

   θ ' ^{worin H} gleich der kleinsten Ausdehnung des

   Rasters ist und θ den Grenzwinkel der lotalreflektion für das Material des Iieuchtschirmes bedeutet, so daß vom· ^; Leuchtschirm ein im wesentlichen gleichmäßiges Streulicht ausgeht, durch eine elektrische Schaltungsanordnung (12), die das Videosignal empfängt und ein Grundsignal daraus ableitet, dessen Amplitude dem gleichmäßigen Streulicht '. ' in dem Bildabtastgerät entspricht, und durch ein Überlagerungs-Netzwerk (20), in dem das Grundsignal dem Videosignal so überlagert wird, daß der vom Streulicht hervorgerufene Anteil im Videosignal vom Grundsignal kompensiert ist. ' '
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung (12) zur Erzeugung des Grundsignals ein Hetzwerk (15) zur Mittelwertbildung enthält, das ein zum Mittelwert der Videosignalamplitude während einer Bildabtastperiode proportionales Signal erzeugt, und einen Schaltkreis (14) aufweist, der das Mittelwertsignal während des Zeilenrücklaufs auf einem festen Potential hält.

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   05ATtI
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2.,, dadurch ,gekennzeichnet,, daß , das der Mittelwertbildung dienende iletizwerk (13) eis
   Signal erzeugt, das eine zu -ä®m Tideosignal entgegengtsetzte Polarität, besitzt^ Tmft_::'diaß das. ifterlagefungs? , ,; Netzwerk (20) aus einer Addierstufe besteht. ...;.'.;^: :,',;
4. 4· Einrichtung nach Anspruch 2, ,gekennzeichnet durch

   Regelkreis (15) in der Schaltuagsanordaiung (12), der _{: ri!}, :^: eine Einstellung der implitUde des Grundsignales ge.stattfti
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4> dadurch g;§kennzeichnet, daß; der Regelkreis (15) ,aus . einein ,liansisiorverstarker li^f,,,; 17» 18 und'19),mit -einem Regilwiderstand (19) besteht. ^: _;;;
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 1.,,- dadurch gekennzeichnet,^ d^
   der ganze Leuchtschira der Biiiäabtaströhre einea
   des gesamten Glaskörpers des Rohrenkoltens bildet.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch %, padurch gekennzeichnet,'
   der Leuchtschirm, aus einem .'$ las teil mit, einer ixmerep
   einer äußeren Oberfläche uoall aus einem Seil (36) aus _;; durchsichtigem Kunststoff Ifesteht, der im wesentlic&tn ,,, -dicker als der Glastqil· i#t";uiLd^v so mit'der äußeren Öbei*-, fläche des Glaste.lies· Ver^uädäii ist, daß er mit iha? ^:'
   Ganzes bildet. ' ·

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