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Das Plumbicon von Philips hat die professionellen Farkameras erst möglich gemacht.

Philips Plumbicon - Made in USA

Alle Versuche vorher waren teils in der Öfentlichkeit kläglich, teils im stillen Labor unerkannt gescheitert. Mit Iconscopen und Super-Orticons ging es einfach nicht zu machen, auch wenn immer wieder Gegenteiliges aus Darmstadt zu hören war.

Alle Ableger wie Saticon usw. kamen nach dem Plumbicon.
- Philips hatte die Entwicklung (oder "Produktpflege") der Superorticons bereits 1960 !!!! eingestellt, wie uns der pensionierte Entwickler aus Breda in 2010 verraten hatte. Also die Ingenieure in den Philips Laboratorien wußten bereits 1960 um die Schwächen dieser riesigen Aufnahmeröhren bezüglich des Mikorfonie-Effektes bei den großen Röhren-Boliden.

Das Plumbicon war der Nachfolger. Darum hier ein Prospekt-Blatt, also eine Werbung von VALVO/Philips, was das Plumbicon alles könne.

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VALVO Elektronik 1987 - Wir bauen die Elemente.

Informationen aus 1987

Unser Arbeitsgebiet - besonders die Mikroelektronik - entwickelt sich immer rascher zum Motor für eine Vielzahl von Innovationen. Mit gründlicher Information und sorgfältiger Beratung möchten wir Ihnen helfen, diese Entwicklung zu nutzen, um im Wettbewerb vorn zu sein.

Zugegeben, wir sind dabei in einer besonders günstigen Lage: Als Unternehmensbereich Bauelemente des Hauses Philips verbindet Valvo die Erfahrung und Beweglichkeit des deutschen Spezialisten mit der Stärke des weltweit größten Anbieters von elektronischen Bauelementen.
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Fortschritte bei Kameraröhren

bearbeitet von G. Euler - nach Berichten von A. Franken und W. Lohuis
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1. Kameraröhren für größere Formate und
Halbleiterbildaufnehmer für 1/2"-Format

Während für kleine Formate von 1/2" zur Zeit Halbleiterbildaufnehmer im Vordergrund des allgemeinen Fachinteresses stehen, sind für Anwendungen, in denen Bauelemente mit größeren Formaten von 2/3", 1" und 30mm benötigt werden, insbesondere PLUMBICON ® Röhren, für sehr gute Übertragungseigenschaften ohne Alternative.
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Bild 1b. Schnittbild PLUMBICON Kameraröhre XQ 4187 im Spulensatz

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Bild 1a. PLUMBICON Kameraröhren im 1/2"-Format

Darüber hinaus zeigt sich, daß bewährte Bauprinzipien über erhebliches Innovationspotential verfügen und noch lange nicht am Ende ihrer Entwicklungsmöglichkeiten angelangt sind.

Diese erstrecken sich auf alle wesentlichen Baueinheiten einer Kameraröhre, auf das Elektronenstrahlsystem, die Speicherschicht-Signalplattenkonfiguration und den Glaskolben.

Im Gegensatz zu den Entwicklungen auf dem Gebiet der Halbleiterbildaufnehmer erscheinen die Änderungen bei Kameraröhren weniger spektakulär, was aber nichts über die Bedeutung dieser Änderungen aussagt.

So behandelt diese Technische Information neue Entwicklungsaspekte auf dem Gebiet der Kameraröhren und als Ergänzung einen Vergleich zwischen einer 1/2" PLUMBICON Röhre und einem modernen Halbleiterbildaufnehmer in Frame-Transfer-Technik.
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  • Rechts: Das in diesem Heft ausführlich besprochene PLUMBICON XQ4187 sowie seine Außenabmessungen. -
    Merkmale: HS-LOC-Ausführung mit Diodensystem; getrenntes Feldnetz, elektrostatische Fokussierung und Antireflexions-platte -
  • Mitte: PLUMBICON XO 3457 -
    Merkmale: MS*)-LOC-Ausführung mit Diodensystem; getrenntes Feldnetz, elektrostatische Ablenkung und Antireflexions-platte -
  • Links: PLUMBICON XQ 3467 -
    Merkmale: getrenntes Feld netz, Rotempfindlichkeit 650 bzw. 850 nm, elektrostatische Fokussierung und Antireflexionsplatte

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*) magnetisch-statisch

Inhalt

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  • 1. Kameraröhren für größere Formate — Halbleiterbildaufnehmer für 1/2"-Format
  • 2. 2/3" PLUMBICON Kameraröhre XQ 4187 als Beispiel für moderne Kameraröhrentechnik
  • 2.1. Diodensystem zur Trägheitsverminderung, Verbesserung der Modulationstiefe und zur Spitzlichtunterdrückung
  • 2.2. Glashülle als integraler Bestandteil des Elektrodensystems, HS-Ausführung
  • 2.3. LOC-Ausführung mit hohem Signal-zu-Rauschverhältnis
  • 3. Vergleich zwischen einer 1/2" PLUMBICON Kameraröhre und einem FT-Halbleiterbildaufnehmer
  • 3.1. Allgemeine Anwendungsgesichtspunkte
  • 3.2. Vergleich der Einzelparameter — 1/2"-Röhre XQ 4087 und FT-Bildaufnehmer NXA1011
  • 3.3. Spezielle Vergleichsgesichtspunkte XQ 4087 und NXA 1011 hinsichtlich der Anwendungsfelder

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2. 2/3" PLUMBICON Kameraröhre XQ 4187 als Beispiel für moderne Kameraröhrentechnik

Bild 2a. Verlauf der spektralen Empfindlichkeit der Röhre XQ4187
Bild 2b. Verlauf der Modulationstiefe der Röhre XQ 4187

Die neue Kameraröhre XQ 4187 (Bild 1) mit magnetischer Ablenkung und elektrostatischer Fokussierung ist für Anwendungen in kompakten Kameras für die elektronische Berichterstattung (EB) und industrielle Anwendungen bei besonders hohen Ansprüchen an die Bildübertragung entwickelt worden.

Die wichtigsten Merkmale der neuen Röhren sind:
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  • • Dioden-Elektrodenstrahlsystem, geeignet für DBC-Betrieb (gibt besseres Spitzlichtverhalten bis zu ca. 8fachem Bildweiß und ermöglicht Trägheitverringerung);
  • • HS-Ausführung: Hohe Stabilität in mechanischer und elektrischer Hinsicht durch neue Metall-Glas-Konfiguration;
  • • sehr niedrige Ausgangskapazität (LOC**)-Ausführung) für optimales Signal/Rausch-Verhältnis;
  • • getrenntes Feldnetz mit seitlichem Anschluß für geringe Störeinstrahlung;
  • • niedrige Bedämpfung des Ablenkfeldes durch Wandelektroden (neue Metall-Glas-Konfiguration);
  • • dünne fotoleitende Schicht mit geringer Trägheit und sehr gutem Kontrastübertragungsverhalten.

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Entsprechend den Anwendungsbereichen, vor allem für die elektronische Berichterstattung, gelten folgende Anforderungen an die Kameraröhre:
• hohe dynamische Auflösung bei ungünstigen Lichtverhältnissen,
• hohe Empfindlichkeit.
(Bei Studioanwendungen kommt es dagegen auf hohe statische Auflösung an.)

Die Röhren gibt es in den üblichen Versionen

XQ4187 für SW-Betrieb,
XQ4187 (R für Rotkanal, G für Grünkanal, B für Blaukanal)

Sie unterscheiden sich hinsichtlich der Empfindlichkeit und der Modulationstiefe, so daß sich für die üblicherweise angegebene Bezugsquelle (Wolframlampe mit einer Farbtemperatur von 2856 K) folgende typische Werte ergeben:

Röhre Empfindlichkeit SL (uA/lm) Modulationstiefe für5MHz(%)
XQ4187 320 47
Rot 90 37
Grün 130 47
Blau 38 55

Die Modulationstiefewerte sind für 400 Zeilen (etwa 5MHz) eines Meßrasters mit Sinusverteilung bei 30 Lp/mm, Objektiv: Leitz, Summicron: 50mm Brennweite, Blendenzahl F=5,6 und entsprechenden Farbfiltern für R, G, B gemessen worden.

In Bild 2a ist der spektrale Empfindlichkeitsverlauf dargestellt. Im roten Bereich — ca. 650nm — liegt beim PLUMBICON XQ 8187 R noch eine Empfindlichkeit von ca. 40 mA/W vor.

Bild 2b zeigt die Verläufe der relativen Modulationstiefe als Funktion der Frequenz f oder der Raumfrequenz (in Lp/mm) für die PLUMBICON Röhren XQ 4187 R/G/B.

2.1. Diodensystem zur Trägheitsverminderung, Verbesserung der Modulationstiefe und zur Spitzlichtunterdrückung

Beispiel für die Fertigung von Kameraröhren: Abschnitt aus der PLUMBICON Herstellung
Messung der Katodenemission bei fertigen PLUMBICON Röhren
Aktivieren der Katoden bei gleichzeitigem Evakuieren, links Kühlfallen

Ein Beispiel für eine eingangs erwähnte „unauffällige" Innovation mit großer Wirksamkeit bedeutet die Einführung eines Dioden-Elektronenstrahlsystems.

Bild 3a zeigt den Aufbau eines konventionellen Triodensystems: Zwischen der Katode und der Elektrode G2 befindet sich eine negative Elektrode G1, die einen Strahlknoten bewirkt, in dem die Stromdichte am höchsten ist. Die Elektronen sind dort auf eine enge Zone zusammengedrängt, in der die Wahrscheinlichkeit einer gegenseitigen Beeinflussung am größten ist.

Durch Abstoßung werden einige Elektronen beschleunigt, andere gebremst, so daß es zu Streuungen der Geschwindigkeiten im Strahl kommt. Diese Streuung erhöht den sog. Strahlwiderstand und damit letztlich die Trägheit und verringert die Modulationstiefe bei der Umladung der Speicherschicht.

Wird dieses Triodensystem durch ein Diodensystem (Bild 3b) ersetzt mit niedrigem positivem Potential, tritt kein Knoten auf; es entsteht eine annähernd laminare Elektronenströmung mit geringer gegenseitiger Beeinflussung, so daß der Strahlwiderstand weitaus niedriger bleiben kann. Das System nach Bild 3b wird beispielsweise im 1" PLUMBICON XQ 2070/75 verwendet.

Das nach Bild 3c dimensionierte System arbeitet in dieser Hinsicht noch günstiger: Gegenseitige Geschwindigkeitsbeeinflussungen der Elektronen sind noch weiter verringert, mit diesem System sind auch die Röhren XQ 4187 ausgerüstet. Damit kann eine verringerte Speicherschichtdicke und somit ein Anwachsen der Modulationstiefe um z. B. 50% gegenüber konventionellen PLUMBICON Röhren erreicht werden, ohne daß das Trägheitsverhalten der Röhre verschlechtert wird.

Die Diodensysteme können ebenfalls zur Spitzlichtunterdrückung genutzt werden. Sie verfügen über eine hohe Reserve an Strahlstrom, die zur Spitzlichtverarbeitung verwendet werden kann (DBC-Verfahren, Dynamic Beam Control). Im Bereich des Spitzlichtes verhindert ein schlagartig erhöhter Strahlstrom Überstrahlungseffekte bis zum ca. 8fachen Bildweiß. Das Steuersignal wird vom Videosignal abgeleitet, sobald ein vorgegebener Schwellenwert überschritten ist, und im DBC-Verstärker verarbeitet. DBC-Schaltungen (vgl. Bild 4) haben nur einen geringen Raum- und Leistungsbedarf und eignen sich besonders für kleine, tragbare Kameras. Bild 4 zeigt das Prinzip des DBC-Verfahrens.

2.2. Glashülle als integraler Bestandteil des Elektrodensystems, HS-Ausführung

Bild 3. a) Konventionelles Triodensystem - b) Diodensystem - c) Neues Diodensystem
Bild 4a. Prinzipschaltung zum DBC-System
Bild 4b. Blockschaltung mit Signalverlauf für ein DBC-System - T:Schwellenwert-, L:Begrenzerschaltung
Bild 5a. Herstellungsgang des Glaskolbens
Bild 5b. Elektrodenanordnung, Strahlverlauf und Ablenkspulen

Die Konstruktion der Röhre XQ 4187 weicht grundsätzlich von der der übrigen 2/2"-Röhren ab. Bei diesen dient der Glaskolben vor allem als vakuumdichte Umhüllung für die Elektroden, die über separate Isolierstäbe mechanisch miteinander verbunden sind. Zur Zentrierung dienen ferner noch Federn und eine innere Manschette.

Bei der Röhre XQ 4187 erfüllt der Glaskolben teilweise selbst Elektrodenfunktion mit dem Resultat einer starken Verminderung der Mikrofonie und Erhöhung der Stabilität.

So sind neben der Speicherschicht mit Signalelektrode (die bisher schon an der Kolbenwand angebracht war) die Fokussierelektrode (elektrostatische Fokussierung), der Kollektor und die Netzelektrode mit der Glasumhüllung verbunden.

Mit Hilfe spezieller Fertigungstechniken ist es möglich, kritische Toleranzen der Umhüllung und der Elektroden innerhalb von etwa zwei Mikrometern zu halten.

Es handelt sich wieder um eine Innovation mit großer Auswirkung auf die Leistungsfähigkeit der Kameraröhre.

Bild 5a zeigt die wichtigsten Schritte der Glaskolbenherstellung: In der ersten Phase wird ein Glaskolben über einen Profilbolzen aus Metall geschoben. Danach wird der Glaskolben evakuiert und bis zur Erweichung des Glases (auf ca. 300°C) erhitzt.

Durch den Luftdruck wird das Glas fest gegen die Oberfläche des Domes gedrückt, wodurch sich die Glasoberfläche an der Innenseite mit großer Exaktheit an das Profil der Bolzenoberfläche anpaßt und geformt wird.

Beim Erkalten auf Raumtemperatur kann der Profilbolzen problemlos vom Glas getrennt werden, da er eher abkühlt und schrumpft als Glas. Anschließend wird der Kolben gekürzt.

Die Fokussierelektrode und die Kollektorelektrode entstehen durch Aufbringen eines dünnen Metallfilms auf die Glaskolbeninnenwand. Die ringförmige Kollektoranode (mit Lochblende) ist unmittelbar am Glaskolben befestigt und mit Hilfe der Stufe im Kolbeninneren genau positioniert.

Entsprechendes gilt für die Netzelektrode, die an einem Ring befestigt ist.

Zur Komplettierung wird das Fenster mit der Signalplatte über eine spezielle Metalldichtung an der Röhrenfrontseite eingepreßt und von der anderen Seite das vormontierte Strahlerzeugungssystem in den Röhrenkolben geschoben und befestigt (Bild 5b zeigt Schnittdarstellungen der Kameraröhre).

Bei dieser Konstruktion ergeben sich Vorteile hinsichtlich erhöhter Stabilität gegen Mikrofonie des Röhrensystems und des Feldnetzes, ferner wird das Langzeitverhalten der technischen Eigenschaften verbessert.

2.3. LOC-Ausführung mit hohem Signal-zu-Rausch-Verhältnis

Für den Speicherschicht-Signalelektrodenaufbau wurde das verhältnismäßig neue Prinzip mit verringerter Ausgangskapazität gewählt (LOC: Low Output Capacitance). Bei diesen Röhren ist die Signalelektrode nur geringfügig größer als die abgetastete Fläche (bei konventionellen Röhren ist die gesamte Stirnfläche bedeckt). Der Kontakt zum Signalelektrodenanschluß wird mit Hilfe einer Durchführung und einer metallisierten Kontaktfläche gebildet. Der FET-Vorverstärker kann direkt an dem Kameraröhrenfenster angebaut werden, so daß die Leitungskapazität minimiert ist. Bei dieser Anordnung ist die Ausgangskapazität, die das Signal-zu-Rauschverhältnis (S/N) im wesentlichen mitbestimmt, minimal.

Nach allem ist verständlich, daß innovative Technik auch bei etablierten und bewährten Bauelementen, wie z. B. dem PLUMBICON, stattfindet und zu erheblicher Steigerung der Leistungsfähigkeit führen kann. Dennoch werden auf dem Gebiet der kleinen Formate, also dem 1/2"-Format, von den Halbleiterbildaufnehmern neue Akzente gesetzt. Vorteile und Nachteile liegen auf verschiedenen Gebieten, die die Anwendung betreffen, so daß ein Vergleich zwischen der Röhre und dem Bildaufnehmer von großem Interesse sein dürfte.

3. Vergleich zwischen einer 1/2" PLUMBICON Kameraröhre und einem FT-(FRame-Transfer) Halbleiterbildaufnehmer

Bild 6. PLUMBICON Röhre XQ 4087 mit Ablenkgehäuse, angebautem FET- Vorverstärker und Entkoppelkondensator für die Netzelektrode
Bildaufnehmer NXA 1011
Bild 7. FT-Halbleiterbildaufnehmer, das Auge einer kompakten Kamera (Teil 1)
FT-Bildaufnehmer NXA 1011 und NXA 1021 mit den dazugehörigen Ansteuer-ICs (Teil 2)

Für kleine Video-Kameras können 1/2" PLUMBICON Kameraröhren und 1/2"-Halbleiterbildaufnehmer verwendet werden. Ein Vergleich ist sinnvoll für gleiche Formate. Erst in Zukunft werden Halbleiterbildaufnehmer mit 2/3"-Format zur Verfügung stehen; dann ist ein Vergleich mit einem entsprechenden 2/3" PLUMBICON angebracht.

3.1. Allgemeine Anwendungsgesichtspunkte

Für beide Systemarten kommt der Einsatz in professionellen FS-Kameras (Broadcast-Kameras, Überwachungskameras und Industriekameras) in Frage.

Auf bestimmten Gebieten sind jedoch Anwendungen ausschließlich für Halbleiterbildaufnehmer möglich:
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• Geräte zur berührungslosen Vermessung (Muster etc.),
• Anwendungen mit hoher Überstrahlung und Vibration (Ofenüberwachung oder Automobiltechnik),
• Anwendungen bei engen Abmessungen und Stoßgefahr (Rohrkameras, Schachtüberwachung, Maschinenkameras),
• Mikrokameras mit niedrigem Gewicht (Robotik, Türspion).
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Für die Elektronische Berichterstattung (EB) und EAP-Anwendungen (Elektronische Außen-Produktion) werden überwiegend Röhrenkameras meist mit größerem Format eingesetzt. Es ist zu erwarten, daß Halbleiterbildaufnehmer zunehmend auch in derartigen EB- und EAP-Kameras eingesetzt werden.

3.2. Vergleich der Einzelparameter — 1/2"-Röhre XQ 4087 und FT-Bildaufnehmer NXA1011

Bei dem Vergleich von Einzelparametern muß auf einen bestimmten Röhrentyp und einen bestimmten Bildaufnehmertyp Bezug genommen werden. Aus unserer Sicht bieten sich dazu die PLUMBICON Röhre XQ 4087 (1/2"-Format) und die Halbleiterbildaufnehmerfamilie NXA1011 .. .1041 an.

Die Röhrenfamilie XQ 4087 (R/G/B) ist nach den gleichen modernen Bauprinzipien wie die ausführlich beschriebene Röhre XQ 4187 aufgebaut; sie stellt einen Vorläufertyp mit kleinerem Format dar. Die Ausführung XQ 4087 G ist für den Grünkanal oder für S/W-Kameras vorgesehen, die anderen für den Rot- und Blaukanal von Farbkameras.

Bei den Frame-Transfer-Bildaufnehmern bildet NXA 1011 den Grundtyp für SW-Anwendungen oder Farbkameras mit 3 Bildaufnehmern und höherer Auflösung; der Grundtyp für Farbanwendungen NXA 1021 ist mit einem Streifenfilter versehen.

Inzwischen gibt es außerdem noch die Typen NXA1031 und 1041, die auch den nichteuropäischen FS-Normen (EIA, NTSC) genügen. Die Bilder 6 und 7 zeigen die Vergleichsbauelemente, die Röhre XQ 4087 und FT-Bildaufnehmer NXA1011....

3.2.1. Empfindlichkeit

Bild 8. Empfindlichkeitsverläufe von Kameraröhre, Auge und Bildaufnehmer

Bild 8 gibt einen Überblick über die Empfindlichkeitsverläufe des Bildaufnehmers, der Kameraröhre und des menschlichen Auges.

Die Kameraröhre erweist sich im blauen Spektralbereich als besonders empfindlich.

Das Maximum beträgt beim sXG etwa 230mA/W bei lambda = 490nm gegenüber sNX etwa 90mA/W bei 600nm. Das Empfindlichkeitsmaximum des Bildaufnehmers liegt näher an dem des Auges, und am „roten Ende" ist er empfindlicher.

3.2.2. Rauschen

Bei Halbleiterbildaufnehmern wird das Rauschen aus folgenden Anteilen gebildet

• dynamische Anteile, das kTC- oder Reset-Rauschen und das 1/f-Rauschen, die zu zeitlichen Schwankungen des Ausgangssignals führen;

• statischer Anteil, das Dunkelstromrauschen, durch das ortsfeste Störungen auf dem Schirm entstehen (Fixed-Pattern-Noise).

Das Reset-Rauschen spielt lediglich bei sehr kleinen Signalen eine Rolle, das 1/f-Rauschen hängt von der Auslegung (den Abmessungen) des ersten Transistors ab; es ist um so höher, je kleiner die Abmessungen sind. Da eine hohe Empfindlichkeit kleine Eingangstransistoren erfordert, stellt das 1/f-Rauschen für die Bildaufnehmer eine empfindlichkeitbegrenzende Größe dar.

Durch die Signalverarbeitung darf das 1/f-Rauschen nicht noch weiter gesteigert werden.

Daneben spielen das statische Rauschen in Form von Fehlstellen im Halbleiterkristall auch an Übergangsbereichen zu anderen Kristallbereichen sowie Dotierungs-Inhomogenitäten eine Rolle.

Von Pixel-Fehlern und Fleckenbildung

Bei den FT-Bildaufnehmern werden die Ladungspakete, die die aufgenommene Information darstellen, in senkrechter Richtung vom Bildbereich in den Speicherbereich und schließlich in die Ausleseregister transportiert, die sich am unteren Rand des Bildaufnehmerkristalls befinden.

Ist nun ein Element (Pixel) des Bild- oder Speicherbereichs geschädigt, ohne daß der Transport gefährdet wird, so spricht man von Pixel-Fehlern, die sowohl als helle als auch als dunkle Punkte auftreten können. Sind Elemente so stark geschädigt, daß der Ladungstransport unterbrochen wird, kann eine ganze Spalte hell oder dunkel auf dem Monitor erscheinen.

Beim PLUMBICON führen Fehler auf der Speicherplatte zu Fleckenbildung auf dem Bildschirm; die Flecken werden durch kleine Flächen mit ungleichmäßiger Modulationstiefe gebildet. Der Fehler-Kennwert wird SNV genannt ("Spot Nuisance Value" : Produkt aus mittlerem Fleckdurchmesser (in Prozent der Bildröhre) und der Störamplitude in Prozent (bezogen auf den Weißwert)).

In den technischen Daten der PLUMBICON Röhren werden die weiteren Kriterien für SNV-Werte (für weiße Flecke, schwarze Flecke etc.) angegeben.

Über das Rauschen

Bei Kameraröhren ist das Rauschen im wesentlichen durch die Gesamtausgangskapazität bestimmt, die die Anteile der FET-Eingangskapazität sowie die Kapazität der Röhre in der Spule enthält.

Wie bereits erläutert (Abschnitt 2.3), spielt dabei die "Dicke" und "Oberfläche" der Speicherschicht eine große Rolle. Weitere, das Rauschen bestimmende Größen sind neben der Temperatur der Signalstrom in der Röhre sowie Parameter des Vorverstärkers (Eingangssteilheit, Rückkopplungswiderstand, Bandbreite).

Obgleich die Rauschmechanismen beim PLUMBICON und dem FT-Sensor unterschiedliche Ursachen haben, lassen sich bei gut ausgelegter Signalverarbeitung und geeigneter Optik keine auffälligen Vorteile des einen Systems gegenüber dem anderen finden.

3.2.3. Schaltungstechnik/Ansteuerung, Auswertung

Beim FT-Bildaufnehmer müssen die in den drei Ausleseregistern seriell vorhandenen Daten ausgelesen und ineinander verschachtelt weiterverarbeitet werden. Dabei werden die Ausgänge nacheinander abgefragt und die vorliegenden Ausgangssignale von drei getasteten Eingangsstufen sortiert. Ein einfaches Zusammenschalten (bei SW-Betrieb) der Sensorausgänge bewirkt einen starken Abfall der Kontrastübertragung.
Zur Auswertung jedes einzelnen Bit ohne Kontrasteinbuße und Übersprechen ist größerer Schaltungsaufwand nötig.

Bei Kameraröhren stellt die Signalauswertung und -korrektur dagegen keine neuartigen Anforderungen.

3.2.4. Modulationsübertragung

Maßgeblich für den Verlauf der Modulationsübertragungsfunktion beim FT-Halbleiterbildaufnehmer ist die horizontale Bildpunktanzahl auf dem Bildaufnehmerkristall. Da es sich um diskrete Bildpunkte handelt, kann ein optischer Tiefpaß benutzt werden, um Moire zu unterdrücken (speziell bei der Farbversion).

Für die SW-Version spielt Moire kaum eine Rolle, da die Grenzfrequenz wegen der hohen Pixelzahl bereits bei ca. 5,8 MHz liegt. Man kann jedoch auch dort einen Tiefpaß verwenden. Unter Verwendung des optischen Tiefpasses sind die Verläufe der Modulationsübertragungsfunktion von Bildaufnehmer und PLUMBICON praktisch gleich, wie aus Bild 9 hervorgeht.

3.3. Spezielle Vergleichsgesichtspunkte XQ 4087 und NXA1011 hinsichtlich der Anwendungsfelder

Eigenschaft: Röhre: XQ-4087 Halbleiter: NXA1011 Bemerkungen
Trägheit/Einbrennen 0 +  
Smear-Effekt + 0  
Verzerrungen 0,5% 0% in Prozent der Bildhöhe
Aufnahmeeigenschaften + + v. Objektiv- u. Kameraauslegung best.
Stabilität + +  
Magnetfelder 0 +  
Moire-Effekt + 0 beeinflußt durch optischen Tiefpaß
Spannungsversorgung 0 +  
Masse 65 g 5g  
Bauelement-      
Leistungsaufnahme 0,5 W 0,1 W  
Zusatzschaltung      
Leistungsaufnahme 0,2 W 1,1 W  
Gesamt-      
Leistungsaufnahme 0,7 W 1,2 W  
Lebensdauer 0 +  


In Tabelle 1 oben sind eine Vielzahl von Eigenschaften des FT-Sensors und der Kameraröhre XQ 4087 gegenübergestellt und bewertet. Die Vergleichsgesichtspunkte sind bezüglich der Anwendung von Interesse und auch bewertet. Das Zeichen „+" besagt sehr gute Eigenschaften, ggf. Überlegenheit gegenüber dem anderen System; „0" bedeutet Neutralität (befriedigende neutrale Eigenschaften).

Teilweise sind Größen angegeben, die im folgenden ergänzend kommentiert werden.

Vergleich und Gegenüberstellung

In diesem Zusammenhang werden auch eingangs behandelte Punkte erneut erwähnt.

  • • Hinsichtlich Trägheit und Einbrennen verhält sich die PLUMBICON Röhre nur durchschnittlich. Beim Halbleiterbildaufnehmer fehlen diese Effekte, so daß er in diesem Punkt überlegen, d. h. bei sehr hohen Beleuchtungsstärken nicht gefährdet ist sowie schnellen Bewegungen folgen kann (Ofenüberwachung, Überwachung bewegter Teile).

  • • Hinsichtlich des Smear-Effektes (vertikales Verschmieren) ist die Röhre überlegen. Beim vertikalen Verschmieren handelt es sich um eine unerwünschte Lichtempfindlichkeit während der Signalauslesung; diese wirkt sich bei hohen Beleuchtungsstärken aus.

  • • Bezüglich der Störeffekte (Verzerrungen) sind die Unterschiede gering. Beim Sensor tritt keine Verzerrung auf (Halbleiterbildaufnehmer: Anwendung als berührungsloser Meßfühler).

  • • Die Aufnahmeeigenschaften und die Stabilität sind bei beiden Systemen gut, sie hängen von der gewählten Optik und der Kameraauslegung ab. Der Sensor ist mikrofonie-frei; bei Röhren-Farbkameras lassen sich Bildgrößenunterschiede beim Rot-, Grün- und Blaukanal leichter korrigieren als bei Sensor-Kameras.

  • • Beim Sensor wird keine Abschirmung gegen Magnetfelder benötigt. Ähnliches gilt auch für die Röhre, die mit einer Spulenabschirmung für die gesamte Röhren- und Spulenanordnung versehen ist.

  • • Bei der Röhre tritt kein Moire-Störeffekt auf.

  • • Der beim Sensor auftretende Moire-Effekt läßt sich mit Hilfe eines Tiefpaßfilters vermeiden.

  • • Die Spannungsversorgung des Bildaufnehmers ist weitaus einfacher als bei einer Kameraröhre, da nur Niederspannungen vorhanden sind.

  • • Die geringe Masse des Bildaufnehmers bringt nur wenig Vorteile gegenüber der Röhre, da die Masse der gesamten Kamera mitberücksichtigt werden muß; die Bildaufnehmer-Masse kann vernachlässigt werden (z. B. für EB-Anwendungen).

  • • Auch hinsichtlich der Leistungsaufnahme gibt es keine Vorteile des einen Systems gegenüber dem anderen System. Es müssen nämlich periphere Schaltungen (z. B. Ansteuer-und Auswerteschaltungen) berücksichtigt werden.

  • • Der Lebensdaueraspekt ist bereits besprochen worden: Grundsätzlich gilt die Lebensdauer eines Halbleiterbildaufnehmers als länger als die der Kameraröhre. Die Lebensdauer einer Kamera ist jedoch meist durch Betriebsum-stände der Praxis begrenzt und nicht durch die der Kameraröhre.

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