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Elektrische Entladungsröhre für die Übertragung von Bildern.
Die Erfindung bezieht sich auf die Übertragung von Bildern auf elektrischem Wege. Es ist bereits bekannt, dass man zu diesem Zweck eine elektrische Entladungsröhre mit gerichtetem Elektronenbündel (Braunsche Röhre) verwenden kann, die mit einer Projektionselektrode mit"körniger" Oberfläche ausgestattet ist. Eine solche Projektionselektrode besteht aus einer grossen Anzahl von kleinen, gegeneinander isolierten Körnern aus leitendem Stoff, die jeden Belag eines kleinen Kondensators (Elementarkondensators) bilden, auf die das zu übertragende Bild projiziert wird, und einem diesen Kondensatoren gemeinsamen Belag. Diese Oberfläche hat die Eigenschaft, unter dem Einfluss von Lichtstrahlen Elektronen zu emittieren. Wenn Licht auf die Projektionselektrode fällt, erhalten also die isolierten Oberfläehenelemente eine positive Ladung.
Auf diese Weise entsteht auf der Projektionselektrode eine Abstufung oder Schattierung elektrischer Potentiale, welche dem auf diese Elektrode geworfenen optischen Bilde als elektrisches Bild genau entspricht.
Wird nun ein von einem geeigneten Elektrodensystem in der Röhre erzeugtes Elektronenbündel auf die Projektionselektrode gerichtet und mittels elektrischer oder magnetischer Felder schnell derart hin und her bewegt, dass es die ganze Bildfläche auf der Projektionselektrode abtastet, so werden die elektrischen Ladungen derselben eine nach der andern ausgeglichen. In einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem gemeinsamen Belag der Elementarkondensatoren und der Kathode der das gerichtete Elektronenbündel aussendenden Röhre entstehen infolge dieses Ausgleiches der Ladungen Stromstösse, deren Intensität jeweils von der Grösse der betreffenden Ladung abhängig ist, also von der Intensität und der Wellenlänge im optischen Bild in jenem Punkt, der in dem gleichen Augenblick von dem Kathodenstrahlenbündel getroffen wird.
Die Erfindung besteht nun im wesentlichen darin, dass das optische Bild von dem elektrischen Bilde getrennt wird. Nach der Erfindung verfährt man wie folgt : Das zu übertragende Bild wird auf einen photoelektrischen Bildschirm projiziert. Die von diesem Bildschirm ausgesandten Elektronen werden auf eine besondere Projektionselektrode gerichtet, um auf dieser durch Sekundäremission ein durch elektrische Ladungen entsprechend verschiedener Grösse gebildetes Abbild zu erzeugen, das dem optischen Bilde genau entspricht.
Eine elektrische Entladungsröhre nach der Erfindung enthält ausser einer Projektionselektrode mit körniger Oberfläche (d. h. eine Elektrode mit einer grossen Anzahl von gegen die benutzten Strahlen empfindlichen Elementen) einen besonderen photoelektrischen Bildschirm, von dem aus die körnige Oberfläche der Projektionselektrode elektrisch, d. h. mit Elektronen, bestrahlt werden kann.
Dies hat den Vorteil, dass man die von dem photoelektrischen Bildschirm ausgesandten Elektronen mit einer solchen Geschwindigkeit auf die Projektionselektrode auftreffen lassen kann, dass die durch die Sekundäremission auf den Elementarkondensatoren gebildeten Ladungen erheblich grösser als jene sind, welche bloss durch die photoelektrische Wirkung erhalten werden können. Es tritt also eine Verstärkung ein, welche noch gefördert werden kann, wenn man der körnigen Oberfläche der Projektionselektrode dadurch eine grössere Empfindlichkeit gibt, dass sie mit einem Stoff überzogen wird, der unter dem Einfluss von Kathodenstrahlen in hohem Masse Sekundärelektronen emittiert.
Bekanntlich kann man zu diesem Zweck bestimmte chemische Verbindungen verwenden, z. B. eine Caesiumoxydscl1Ìcht.
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Eine besonders geeignete Einrichtung, durch die verhindert wird, dass sich die verschiedenen in der Röhre herrschenden elektrischen Felder störend beeinflussen, wird erhalten, wenn der photoelektrische'Bildschirm auf der einen und das zur Erzeugung eines gerichteten Elektronenbündels dienende Elektrodensystem auf der andern Seite der Projektionselektrode angeordnet ist.
Dies gestattet auch, in der Röhre ein Gitter vorzusehen, das die von der Projektionselektrode unter dem Einfluss der Photoelektronen ausgesandten Sekundärelektronen auffangen kann.
Es hat sich vorteilhaft erwiesen, den Abstand zwischen diesem Gitter und der Projektionselektrode verhältnismässig klein, zumindest kleiner als den Abstand zwischen dem Gitter und dem Bildschirm, zu halten.
Die Projektionselektrode kann entsprechend denen der bekannten Röhren ausgebildet sein.
Bei diesen Röhren wurde aber die Elektrode auf der gleichen Seite vom Licht und vom Elektronenbündel getroffen. Eine Ausführungsform der Elektrode, welche sich besser für den Zutritt der bildformenden und der ausgleichenden Ele1. -tronen von den beiden Seiten her eignet, enthält einen Träger, der aus einem mit einem Isolierstoff überzogenen Metallsieb besteht, dessen Öffnungen durch gegeneinander isolierte Körner aus leitendem Stoff verstopft sind. Auf der Seite, von der die bildformenden Elektronen kommen, kann auf den Metallkörnern ein Stoff angeordnet sein, dessen Elektronenemissionsfähigkeit grösser als die des Stoffes ist, aus dem die Metallkörner selbst bestehen. Auf der andern Seite kann eine von den Körnern isolierte Äquipotentialoberfläche vorhanden sein.
Wenn man diese mit Öffnungen entsprechend den Maschen des Siebes versieht, so wird vermieden, dass sie dem Zutritt der ausgleichenden Elektronen im Wege steht. Das Vorhandensein dieser besonderen Oberfläche ist nicht unbedingt erforderlich, da man auch das Metallsieb als den gemeinsamen Belag der Elementarkondensatoren verwenden kann.
Dem photoelektrischen Bildschirm wird ein niedrigeres Potential als der Projektionselektrode erteilt. Weiters kann gemäss der Erfindung eine elektrische Vorrichtung zur Übertragung von Bildern, in der eine Röhre nach der Erfindung verwendet wird, mit einer Einrichtung zum Richten der Kathodenstrahlen versehen sein. Diese Einrichtung dient dazu, die von dem photoelektrischen Bildschirm ausgehenden Elektronen entsprechend dem zu übertragenden Bilde auf der Projektionselektrode zu sammeln. Wenn die Röhre ein Gitter zum Auffangen der Sekundärelektronen enthält, so wird ihm ein Potential erteilt, das höher als das der Projektionselektrode selbst ist.
Eine die Schärfe des Bündels fördernde Beschleunigungsanode für die neutralisierenden Elektronen, die bisher in Braunschen Röhren häufig zur Verwendung kam, kann auch in dieser Vorrichtung vorhanden sein. Ihr Potential soll zweckmässig etwas höher als das der Projektionselektrode gewählt werden.
In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise schematisch veranschaulicht. In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Entladungsröhre nach der Erfindung dargestellt. Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines Längsschnittes dieser Röhre, und sie zeigt ferner eine Schaltanordnung einer solchen Röhre. Fig. 3 und 4 zeigen Einzelheiten der Bauart der Projektionselektrode.
Von dem Glaskolben 1 der Röhre ist in Fig. 1 ein Teil weggelassen, um das zur Bildformung dienende Elektrodensystem deutlicher zu zeigen. Dieses Elektrodensystem besteht aus einem photoelektrischen Bildschirm 2, einer Projektionsele1. -trode 3 und einem Gitter 4, wobei diese Teile durch Stützstäbe mechanisch miteinander verbunden, aber elektrisch gegeneinander isoliert angeordnet sind. Der Abstand zwischen dem Gitter 4 und der Elektrode 3 ist beträchtlich geringer als der zwischen dem Gitter und dem Schirm 2 ; im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der erstere Abstand etwa ein Achtel des letzteren.
Um den zwischen dem Schirm 2 und dem Gitter 4 liegenden Raum herum ist eine Spule 5 angeordnet, mittels welcher in diesem Raum ein magnetisches Feld erzeugt werden kann, das bewirkt, dass die infolge des in diesem Raum herrschenden elektrischen Feldes zu der Proje1. -tionselektrode wandernden Elektronen keine ungewünschten seitlichen Abweichungen erhalten, sondern vollkommen entsprechend dem auf den Bildschirm 2 zu projizierenden Lichtbild auf der Projektionselektrode gesammelt werden.
Auf der andern Seite der Projektionselektrode hat der Kolben einen engeren Teil 6, in dem das zur Erzeugung eines gerichteten Kathodenstrahlenbündels dienende Elektrodensystem 7 angeordnet ist. Dieses Elektrodensystem besteht im dargestellten Beispiel aus einer indirekt heizbaren Kathode 8, dessen Heizorgan mit 9 bezeichnet ist, einer Steuerelektrode 10 und einer Anode 11. Es hat keine mit der Erfindung zusammenhängenden besonderen Einzelheiten, und seine Wirkung entspricht jener der bekannten Röhren. Dies trifft auch für das Spulensystem 12, 13 (Fig. 2) zu, das zur Hin-und Herbewegung des Kathodenstrahlenbündels in zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen dient, um die ganze Projektionselektrode Punkt für Punkt abzutasten.
Eine zweite Anode (Beschleunigungsanode) 14 in Form eines Metallbelages auf dem trichterförmigen Teil der Röhrenwand ist ebenfalls von früheren Bauarten Braunscher Röhren bekannt ; sie bewirkt eine wohl auf die Aufhebung von Raumladungen zurückzuführende stärkere Zusammendrängung der Kathodenstrahlen.
Ein Teil der Elektrode 3 ist in stark vergrössertem Massstabe in Fig. 4 dargestellt. Diese Elektrode besteht aus einem Sieb oder Netz aus geflochtenem Metalldraht j ! J, der mit einer Isolierstoffschicht 16,
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z. B. Email, überzogen ist. Die Öffnungen 17 des Siebes sind durch in der Isolierschicht befestigte Metallkörner 18 verstopft. Auf der gegenüberliegenden Seite ist über dem Sieb ein zweites Metallsieb 19 angeordnet, dessen Öffnungen gerade über denen des erstgenannten Siebes liegen. Das Sieb 19 bildet eine gemeinsame Elektrode bzw. einen gemeinsamen Belag einer sehr grossen Anzahl von Elementarkondensatoren, von denen die gegeneinander isolierten Körner 18 die andern Beläge bilden.
Gegebenenfalls kann das Sieb 19 fortfallen und das Sieb 15 als gemeinsame Elektrode verwendet werden.
Die erforderliche Anzahl Öffnungen, also die Anzahl von Elementarkondensatoren je Oberflächeneinheit, ist von der Feinheit abhängig, mit der das Bild wiederzugeben ist.
Die siebförmige Projektionselektrode ist, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, an ihrem Rande zwischen zwei Glimmerscheiben 20 und 21 geklemmt. Ein auf der Scheibe 21 aufruhender Metallring 22 ist durch kleine Bügel 23 geführt und hält die Glimmerringe zusammen, wie aus der Zeichnung klar ersichtlich ist.
Die Metallteile 15 und 19 können in manchen Fällen miteinander verbunden sein, wie auch in Fig. 4 angedeutet ist. Es kann aber auch vorteilhaft sein, sie je mit einer besonderen Zuführungs-
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Entsprechend den Körnern 18 wird der Schirm 2 zweckmässig aus Silber hergestellt, wenigstens mit einer Silberoberfläche versehen. Bei der Herstellung der Röhre führt man eine gewisse Menge
Sauerstoff in den Kolben ein und bewirkt durch Erhitzung, dass die Körner 18 und der Schirm 2 leicht oxydiert werden. Durch die Wahl geeigneter Metalle kann Oxydation der übrigen Teile, bei denen diese nicht erwünscht ist, vermieden werden. Nachdem die Oxydation in hinreichendem Masse stattgefunden hat und der Sauerstoff entfernt worden ist, wird z. B. durch Destillierung ein wenig Caesium in die Röhre eingeführt. Dies hat zur Folge, dass sowohl auf den Körnern 18 als auch auf dem Schirm 2 eine Verbindung des Caesiums mit dem an diesen Stellen vorhandenen Silberoxyd entsteht, welche die Elektronenemission infolge der Licht-oder Kathodenstrahlenwirkung ganz beträchtlich steigert.
Wenn die Glimmerscheiben 20 und 21 hinreichend gross bemessen werden, wird dem Eindringen von
Caesium in den auf der andern Seite der Projektionselektrode liegenden Röhrenteil vorgebeugt.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, wird mittels einer Stromquelle 34 ein Spannungsunterschied zwischen der Kathode 8 und der Anode 11 bewirkt, wodurch ein Bündel Kathodenstrahlen erzeugt wird. Zwischen der zweiten Anode 14 und der Kathode der Röhre wird ein noch grösserer Spannungsunterschied hervorgerufen, um die Elektronen zu beschleunigen und das Bündel scharf zu halten.
Diese Spannungen haben z. B. einen Wert von 300 bzw. 1000 Volt. Eine Stromquelle 28 erteilt dem
Gitter 4 ein noch höheres Potential, während durch eine Stromquelle 29 das Potential des Bildschirmes 2 wieder bedeutend niedriger gehalten wird. Die Projektionselektrode. 3 ist über eine Impedanz 30 und eine Stromquelle 31 mit der Verbindungsleitung der Pole der Stromquellen 28, 29 und 34 sowie mit Erde (bei 32) verbunden. Die Anordnung der Stromquelle 31, die nur eine Spannung von einigen Volt zu liefern braucht, ist überflüssig, wenn das Sieb 15 als gemeinsame Elektrode bzw. gemeinsamer Belag verwendet wird.
Die Wirkungsweise der Röhre ist folgende :
Ein optisches Bild wird auf den Bildschirm 2 projiziert. Dieser emittiert Photoelektronen, welche sich sofort in der Richtung des Gitters 4 bewegen, da der Schirm in bezug auf das Gitter 4 negativ geladen ist. Die Spule 5 bewirkt, dass eine dem optischen Bilde entsprechende Intensitätsverteilung im Kathodenstrahlenbündel beibehalten bleibt. Die Photoelektronen treten durch die Öffnungen des Gitters 4 und gelangen auf die Projektionselektrode 3, wo sie infolge der empfindlichen Schicht der Körner 18 eine starke Sekundäremission herbeiführen. Diese Körner erhalten infolgedessen (mit Bezug aufeinander) verschieden starke positive Ladungen, deren Stärke von der Intensität der Photoelektronen und also indirekt von der Intensität und der Wellenlänge des Lichtes an der betreffenden Stelle des optischen Bildes abhängt.
Auf der körnigen Oberfläche der Projektionselektrode 3 entsteht somit ein elektrisches Abbild des Bildes, das übertragen werden soll.
Das von dem Elektrodensystem 8, 11, 14 erzeugte Kathodenstrahlenbündel, das durch die von den Spulen 12 und 13 erzeugten magnetischen Felder hin und her bewegt wird, tastet hintereinander sämtliche Silberkörner 18 ab und gleicht die gegebenenfalls auf ihnen vorhandene positive Ladung aus. Dies verursacht Stromstösse in der Impedanz 30, die von einer Verstärkereinrichtung 33 verstärkt und entweder mittels elektrischer Leiter oder auf drahtlosem Wege in die Ferne gesendet werden können. Die von der Projektionselektrode herrührenden Sekundärelektronen fliessen über das Gitter 4 ab, während die schädlichen Folgen, welche durch den Stoss der ausgleichenden Elektronen entstehende Sekundäremission herbeiführen kann, durch die Elektrode 14 hintangehalten werden.
Das elektrische Bild auf der Elektrode 3 entspricht im Wesen jenem, das bei früheren Röhren durch die Lichtwirkung unmittelbar gebildet wurde. Die infolge des Auftreffens von Elektronen entstehenden Ladungen sind aber beträchtlich stärker als jene, welche bloss die Lichtschwingungen verursachen können, und infolgedessen lassen sich Röhren gemäss der Erfindung mit viel grösserer Empfindlichkeit herstellen, als bisher erzielt werden konnte.