DE2054121C3 - Einrichtung in einem elektro-optischen Bildabtastgerät - Google Patents

Description

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aufweist, worin H gleich der kleinsten Ausdehnung des Rasters ist und Θ den Grenzwinkel der Totalreflpktion für das Material des Leuchtschirmes bedeute?, so daß von dem Leuchtschirm ein im wesentlichen gleichmäßiges Streulicht ausgeht, daß eine elektrische Schaltungsanordnung (12) vorgesehen ist, die aus dem empfangenen Videosignal ein Grundsignal ableitet, dessen Amplitude dem gleichmäßigen Streulicht in dem Bildabtastgerät entjpricht und daß ferner ein Oberlagerungsnetzwerk (20) enthalten ist, in dem das Grundsignal dem Videosignal su überlagert wird, daß der vom Streulicht hervorgerufene Störanteil im Videosignal kompensiert ist.

2. Einrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennleichnet, daß die Schaltt, gsanordnung (12) zur Erzeugung des Grundsignals ein Netzwerk (13) zur Mittelwertbildung enthält, d.". ein zum Mittelwert der Videosignalamplitude während einer Bildabtastperiode proportionales Signal erzeugt, und einen Schaltkreis (14) aufweist, der das Mittelwertsignal während des Zeilenrücklaufs auf einem vorgegebenen festen Potential hält.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennleichnet, daß das der Mittelwertbildung dienende Netzwerk (13) ein Signal erzeugt, das eine zu eiern Videosignal entgegengesetzte Polarität besitzt, und daß das Überlagerungs-Netzwerk (20) aus einer Addierstufe besteht.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Regelkreis (15) in der Schaltungsanordnung (12), der eine Einstellung der Amplitude des Crundsignales gestattet.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennaeichnet, daß der Regelkreis (15) aus einem Transistorverstärker (16; 17, 18 und 19) mit einem Regelwiderstand (19) besteht.

6. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennleichnet, daß der Leuchtschirm aus einem Glasteil mit einer inneren und einer äußeren Oberfläche und ■us einem Teil (36) aus durchsichtigem Kunststoff besteht, der im wesentlichen dicker als der Glasteil ist und so mit der äußeren Oberfläche des Glasteiles verbunden ist, daß er mit ihr ein Ganzes bildet.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Minde-* rung des Streulichteinflusses in einem elektrooptischen Bildäbtästgerät, in dem ein Bild durch eine »Flyingspot«-Abtaströhre in einem vorgegebenen Raster beleuchtet wird und eine Fotozelle ein elektrisches Videosignal erzeugt, das dem abgetasteten Bildinhalt weitgehend entspricht und das von einem elektrischen Korrektursignal überlagert ist

Aus der DE-AS 10 35 193 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, mit deren Hilfe bei einem Bildabtastgerät der Einfluß von Helligkeitsschwankungen der Beleuchtungslampe kompensiert wird. Bei dem dort hischriebenen Faksimileübertragungsgerät ist die Bildvorlage von einer Lampe beleuchtet, deren Versorgungsspannung nicht stabilisiert ist. Infolge der mangelnden Stabilisierung der Speisespannung der Beleuchtungslampe treten unter Umständen in dem abgeleiteten Videosignal

it erhebliche Schwankungen auf, die auf der Empfangsseite zu einer fehlerhaften Bildwiedergabe führen. Um diese Einflüsse zu reduzieren, wird mit Hilfe eines nichtlinearen Spannungsteilers eine der Speisespannungschwankung proportionale Kompensationsspannung abgeleitet, die mit umgekehrter Polarität dem Videosignal so zugeführt wird, daß Helligkeitsschwankungen der Beleuchtungslampe zu keinen Abweichungen des Videosignals von einer Sollgröße führen.

Mit einer derartigen einfachen Schaltungsanordnung ist es jedoch nicht möglich, Störgrößen, wie sie gegebenenfalls aufgrund von Streulicht entstehen, zu kompensieren.

Streulicht, das zu einer Verfälschung des Videosignals führt, kann beispielsweise durch vagabundierendes

jo Licht innerhalb des Faksimileübertragungsgerätes entstehen oder ais Fremdlicht von außen in das Übertragungsgerät eindringen.

Tritt Streulicht im optischen Teil des Gerätes auf, so hat dies zur Folge, daß das an der Fotozelle

J5 abgenommene Video-Signal einem Bild mit 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 Hauptquelle von Streulicht in dem Gerät ist der Leuchtschirm der Abtaströhre, der ganz allgemein aus einer dünnen, durchsichtigen Glaswand besteht, die auf der Innenseite mit einer Leuchtphosphorschicht überzogen ist. Sobald ein das Raster erzeugender

4j Elektronenstrahl irgendeinen Punkt der Leuchtphosphorschicht tntii, verhält sich dieser wie eine punktförmige Lichtquelle mit einem dem Lambert'schen Gesetz entsprechenden Strahlungsdiagramm. Diejenigen Lichtstrahlen, die auf dl; Grenzfläche zwischen Glas und Luft

ίο an der Außenseite der Glaswand unter einem Winkel auftreffen, der größer als der Grenzwinkel der Totalreflexion ist, werden zur Innenseite der Glaswand zurückgeworfen, wo sie weitere Punkte des Leuchtphosphor-Überzugs beleuchten. Diese weiteren Punkte.

Vi die durch die reflektierten Strahlen beleuchtet sind, wirken wie zusätzliche Lichtquellen, die nach dem Lambert'schen Gesetz strahlen, aber eine geringere Intensität haben als die ursprüngliche Lichtquelle. Das Ergebnis ist eine Haloerscheinung, die die ursprüngliche

M) Lichtquelle umgibt und deren Intensität mit ausnehmendem Abstand vom Mittelpunkt der ursprünglichen Lichtquelle exponentiell abnimmt; Da sich jeder Rasterpunkt in gleicher Weise Verhält, entsteht schließlich ein Streulicht, das nicht gleichmäßig über den Rasterbefeich verteilt ist. Diesem ungleichmäßig ver* teiltem Streulicht überlagert sich ein gleichmäßig Verteiltes Streulicht, das durch Reflexionen an anderen Oberflächen im optischen Teil des Bildabtastgerätes

hervorgerufen wird. Beide zusammen erzeugen ein komplexes, ungleichmäßiges Streulichtmuster im Rasterbereich, das bisher nicht leicht kompensiert werden konnte.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine einfache Einrichtung zur Minderung des Streulichteinflusses in einem elektro-optischen Bildabtastgerät zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemäße Einrichtung zur Minderung des Streulichteinflusses dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtschirm der Abtaströhre eine Mindestdicke von

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aufweist, worin //gleich der kleinsten Ausdehnung des Rasters ist und θ den Grenzwinkel der Totalreflexion für das Material des Leuchtschirmes bedeutet, so daß von dem Leuchtschirm ein im wesentlichen gleichmäßiges Streulicht ausgeht, daß eine elektrische Schaltungsanoidnung vorgesehen ist, die aus dem empfangenen Videosignal ein Grundsignal ableitet, dessin Amplitude dem gleichmäßigen Streulicht in dem Büdabtastgerät entspricht und daß ferner ein Überlagerungsnetzwerk enthalten ist, in dem das Grundsignal dem Videosignal so überlagert wird, daß der vom Streulicht hervorgerufene Störanteil im Videosignal kompensiert ist.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Durch die neue Einrichtung wird erreicht, daß der kontrastmindernde Einfluß von Streulicht, das durch Totalreflexion im Leuchtschirm der Abtaströhre entsteht, fast vollständig beseitigt wird und daß Bildaufhellüngen durch vagabundierendes Fremdlicht ausgeschaltet sind.

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

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbei-piels der Erfindung,

Fig. 2a und 2b Seiten- und Vorderansicht einer Bildabtaströhre für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1,

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

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

Fig.4b eine Darstellung eines Leuchtschirmes einer Bildabtaströhre, die im Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 verwendet wird, aus de. ebenfalls die Lichtreflexion im Schirm zu entnehmen ist.

Das in F i g. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung besitzt eine Bildabtaströhre 5, ein Linsensystem 6, eine Vorlage 7 (/.. B. eine transparente Photographie), eine Photozelle 8 (z. B. einen Photomultiplier) und einen Videoverstärker 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 Rasier von leuchtenden Linien erzeugt, die durch nicht leuchtende Zwischenräume (Rücklaufzeilen) getrennt sind. Eine Bi'dabtastperiode 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 Umri¹} für das Raster gewählt werden entsprechend der Größe und des Umrisses des abzutastenden Bildes.

Der durch das Bild 7 modulierte Lichtstrahl trifft auf die Photozelle 8, weiche ihrerseits ein elektrisches Videosignal erzeugt, das dem auftreffenden Licht entspricht Das Videosignal wird über den Video-Verstärker 9 weitergeleitet zu dem Überlagerungs-Netzwerk 20 und zu dem Grundsignal-Erzeuger 32. 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

is verschiedenen Teilen des Abtastsystems entstanden ist Das Streulicht das normalerweise ungleichmäßig vom Leuchtschirm der Abtaströhre ausgeht ist durch eine Verstärkung der Glaswand des Leuchtschirmes um das weiter unten erläuterte Maß gleichmäßiger verteilt. Das gleichmäßigere Streulicht wird ? ,ammen mit anderen gleichmäßiger! Streulichteinflüsse., von anderen upiischen Teilen des Gerätes zu einem festen Streu'ichtanteil im Videosignal führen. Die unterschiedliche Srhwärzung der abgetasteten Bildpunkte bewirkt, daß dieser Anteil proportional zur mittleren Helligkeit des Bildes ist, eine Größe, der die mittlere Amplitude des Videosignals entspricht.

Dem Block 12 wird das Videosignal zugeführt, um ein Grundsignal zu erzeugen, dessen Amplitude dem

so 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

J5 Netzwerkes 13 als auch mit dem Ausgang des Schaltkreises 14 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

mi vorgegebenen Zeitdauer, z. B. während einer Abtastpe-. :ode, 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 Empilndlichkeits-

4> bereich die Amplitudenänderungen des Videosignals erfaßt. Der Schaltkreis 14 empfängt ein Auftastsignal während jedes Zeilenrücklaufs und klemmt das Ausgangssignal des Netzwerkes 13 auf ein festes Bezugspotential, welches auf der gleichen Höhe liegen

5n kann wie das Videosignal während des Zeilenrücklaufs. Hierdurch wird ein Zwischen-Grundsignal erzeugt, welches dem Regelkreis 15 zugeführt wird. Die Polarität des Zwischen-Grundsignals ist so festgelegt, daß sie der Polarität des Videosignals entgegengerichtet ist. wenn

das Überlagerungsnetzwerk 20 aus ein;r Addierstufe besteht Die Amplitude des Zwischen-Grundsignals wird in dem Regelkreis 15 so eingestellt, daß ein Grundsignal entsteht und dem Überlagerungs-Netiwerk 20 zugefü' et wird, welches annähernd gleich dem M) Anteil des Videosignals ist. der dem gleichmäßigen Streulicht entspricht.

Im Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 is' der Regelkreis 15 als Transistor-Verstärker ausgebildet und besteht aus einem Transistor 16, Welcher über einen Widerstand 17 am negativen Pol und über einen festen Widerstand 18 und einen veränderlichen Widerstand 19 am positiven Pol der Spannungsquelle liegt Mit dem Widerstand 19 kann die Amplitude des Grundsignals eingestellt

werden. Eine an den Kollektor des Transistors 16 angeschlossene Ausgangsleitung versorgt das Überlagerungsnetzwerk 20 mit dem Grundsignal.

In dem Überlagerurigsnetzwerk 20 wird das Videosignal dem Gruridsigrial überlagert, um den Anteil im Videosignal zu kompensierender durch gleichmäßiges Streulicht verursacht ist. Obwohl das Netzwerk vorstehend als aus einer Addierstüfe bestehend bezeichnet wurde, ist es allgemein bekannt, daß es auch als Subtrahierstufe ausgebildet sein kann, wenn Grundsignal und Videosignal die gleiche Polarität haben. In jedem Fall steht am Ausgang des Netzwerkes 20 das gleiche korrigierte Signal. Bei der Zusammenführung des Videosignals mit dem Grundsignal, 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 üeiienrückiaui 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 Fig. 1 ist wesentlich dicker ausgeführt als üblicherweise, um eine gleichmäßige Streulichtabstrahlung über den Rasterbereich zu erhalten. Die Fig.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 Lamberl'schen 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 und dem einfallenden Strahl gemessen wird und von dem Material des Leuchtschirmes und dem umgebenden Medium in bekannter Weise abhängt), werden zur Innenseite des Leuchtschirmes reflektiert, wo sie wpitprp Phnsnhnrniinktp hplpurhtpn und das zuvor beschriebene ungleichmäßige Streulicht verursachen.

Es wurde nun gefunden, das 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 Rasterbereiche- auf dem Leuchtschirm auftreten. In Fig.4b ist ein Leuchtschirm 29 dargestellt, der dem Leuchtschirm in Fig.4a hinsichtlich Material und Umriß gleicht, dessen Dicke jedoch entsprechend der Erfindung bemessen ist. Die Pfeile 26 stellen Lichtstrahlen dar, die auf die Außenseite 27 des Leuchtschirmes unter einem Winkel auftreffen, der größer als der Grenzwinkel der Totalreflexion ist. Es ist der F i g. 4b zu entnehmen, daß bei einem Leuchtschirm der Dicke rein im Mittelpunkt des Leuchtschirmes von einem den Phosphor treffenden Elektronenstrahl ausgelöster Lichtstrahl nach der ersten Reflektion an der Außenseite des Leuchtschirmes die Innenseite des Leuchtschirmes erst an der Kante 30 wieder trifft.

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

Ein Mindestmaß für die Dicke ist durch theoretische Berechnung und durch Messungen bestimmt worden. Grundsätzlich ist es erforderlich, daß Lichtstrahlen von einem durch einen Eleklfönenslfähi erregten Licht-

punkt im Mittelpunkt des Rasters,: weiche nach der ersten Reflexion das erste Mal wieder auf der Innenseite des Leuchtschirmes auftreffen, in Richtung der kürzesten Abmessung des Rasters außerhalb dieses Rasters auftreffen. Leuchtschirme, die etwas dünner sind, rufen

t5 zu viele Reflektionen hervor (wie aus Fig.4a zu ersehen ist) und verursachen dadurch das ungleichmäßige Streulicht innerhalb des Rasterbereiches. Das Mindestmaß ist mathematisch durch die Beziehung

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ausgedrückt, in der T die Leuchtschirmstärke, H die kleinste Abmessung des Rasters und θ den Grenzwinkel der Totalreflexion bedeutet. Wie bereits erwähnt, gibt diese Beziehung ein Mindestmaß für einen angemessenen Ausgleich wieder. Abhängig von der geforderten Gleict^näßigkeit des Streulichtes und der Genauigkeii des Ausgleiches kann ein größeres Maß für die Stärke

jo des Leuchtschirmes gewählt werden als sie durch die obige Beziehung bestimmt isl. 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 F i g. 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 F i g. 2b, einer Vorderansicht des Leuchtschirmes 32. dargestellt ist.

Fig. 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 Rasterbereiches auftreffen. Der Leuchtschirm in F i g. 3 ist in der Weise 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 kaiin 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 3 cm dicke Platte aus dem unter dem Namen »Plexiglas« bekannten Kunststoff mit einem optischen Kleber auf eine Abtaströhre, Typ Thomas 1OM 28-M geklebt, auf der ein Rechteckraster mit den Abmessungen 10 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.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1, Einrichtung zur Minderung des Streulichteinflusses in einem elektrooptischen Bildabtastgerät, in dem ein Bild durch eine »FIying-spot«-Abtaströhre in einem vorgegebenen Raster beleuchtet wird und eine Fotozelle ein elektrisches Videosignal erzeugt, das dem abgetasteten Bildinhalt weitgehend entspricht und das von einem elektrischen Korrektursignal überlagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtschirm der Abtaströhre (5) eine Mindestdicke von