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Bildzerlegerröhre mit Sekundärelektronenvervielfacher.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Bildzerlegerröhre, bei der ein von einer Photokathode aus- gehendes in seiner Dichteverteilung den Helligkeitswerten des Bildes entsprechendes Elektronenbündel durch \blenkfelder über eine Zerlegeröffnung hinweggezogen wird. Es ist bekannt, hinter dieser Zerleget- öffnung im gleichen Vakuumraum eine Anordnung zur mehrmaligen Vervielfachung durch Auslösung von Sekundärelektronen vorzusehen. Bei der bekannten Ausführung erforderte diese Anordnung verhältnismässig viel Raum, so dass es nicht möglich war, die Photokathode von derselben Seite her zu belichten, nach der die Elektronen abgesaugt wurden.
Es musste vielmehr eine durchsichtige oder durchscheinend Photokathode verwendet werden, die von der einen Seite belichtet wurde, während die Elektronen auf der andern Seite austraten. Eine solche Photokathode besitzt eine wesentlich geringere Ergiebigkeit als eine undurchsichtige, die von derselben Seite belichtet wird, auf der die Elektronen austreten.
Gemäss der Erfindung werden diese Nachteile dadurch behoben, dass der Vervielfaeher in einem quer zur Röhrenachse liegenden finger-oder rohrförmigen Anodensystem untergebracht wird. Dieses Anodensystem kann unbedenklich im Lichtweg angeordnet werden, da es wegen seiner Kleinheit nur wenig Licht verschluckt und wegen seines grossen Abstandes von der Bildebene keinen scharfen Schatten auf dieser erzeugt. Es wird also möglich, eine undurchsichtige Kathode zu verwenden und diese von der Anodenseite der Röhre her zu belichten.
Die Zeichnung zeigt zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung. Fig. 1 ist ein Teilsehnitt durch eine Bildzerlegerröhre, Fig. 2 zeigt ein Sehaltungsschema für die Röhre nach Fig. 1.
Die Bildzerlegerröhre der Fig. 1 und 2 besteht aus einer zylindrischen Glashülle 1 mit einem Ansatz 2, in dem ein Fuss 4 eingeschmolzen ist, der eine photoelektrische Kathode 5 trägt. Die Kathode hat konkave Form, um Verzerrungen bei der Bildzerlegung zu vermeiden, sie kann jedoch auch eben ausgebildet sein. Die Kathode selbst besteht zweckmässig aus Silber und ist in bekannter Weise mit einem Cäsiumüberzug versehen. Das andere Ende der Röhre ist durch eine ebene Glasplatte 6 abgeschlossen, durch die ein Bild mit Hilfe der Linse 7 auf die Kathode 5 geworfen werden kann.
Dicht vor der Endwandung 6 befindet sieh im Innern der Röhre ein Vervielfaeher, der in Fig. 1 in grösserem Massstab dargestellt ist. Der Vervielfacher enthält eine Glasröhre 9, deren eines Ende in einen Ansatz 10 der Röhre eingesetzt ist, das andere Ende der Röhre 9 ist geschlossen und hat eine Durchführung für eine Anode 11, die in der Achse der Röhre liegt. Die Anode ist nach aussen durch einen Fuss 12 auf der andern Seite der Röhre 1 geführt, so dass die Röhre 9 quer durch die Röhre 1 hindurchgeht. Das zugeschmolzene Ende der Röhre 9 sitzt in einer Hülse 13, die auf den Fuss 12 aufgesetzt ist. Der Vervielfach er wird daher von beiden Seiten in seiner Lage festgehalten. Die Hülse 13 erstreckt sich über die Röhre 9 und enthält eine Öffnung 14, die auf die Photokathode zu gerichtet ist.
Die Hülse 13 ist mit einer Durchführung 15 verbunden, die bei 16 nach aussen geführt ist.
Das Innere der Röhre 1 trägt zweckmässig einen dünnen metallischen Überzug, der durch Verdampfung eines geeigneten Metalls im Innern der Röhre erzeugt ist oder auch durch Versilberung vor der Evakuierung. Eine leitende Verbindung 17 ist zwischen der Hülse 13 und dem Waudbelag vorgesehen.
Der Wandbelag wird so ausgebildet, dass er die Abschlussplatte 6 nicht bedeckt, um den Lichtdurchtritt nicht zu verhindern, jedoch bis zur Kathode 5 reicht. Der Wandbelag soll zwischen der Kathode und der andern Seite der Röhre nicht zusammenhängend sein und es wird zweckmässig-eine
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ringförmige Zone während des Aufdampfen abgedeckt oder der Überzug an einer Stelle nachträglich entfernt, so dass eine isolierende Stelle 19'entsteht, durch die der Wandbelag in zwei Teile 18 und 19 getrennt ist.
Die Glasröhre 9 enthält einen vollständigen Vervielfacher. Dieser besteht aus zwei einander gegenüberliegenden Auslöseelelitroden 91 und 22. Diese Elektroden sind zweckmässig als Abschnitte eines Zylinders ausgebildet, die durch einen Zwischenraum 24 getrennt sind. Die Elektrode 21 besitzt eine Stirnfläche 25 mit einer Öffnung 26, durch die ein Glasansatz 27 hindurchgeht, in dessen Kern die Anode 11 liegt. Der Ansatz 27 dient zur Zentrierung der Elektrode 21. Die gegenüberliegenden Enden der Elektroden 21 und 22 schliessen die Anordnung auch auf der andern Seite ab, so dass die beiden Auslöseelektroden eine geschlossene zylindrisehe Kammer bilden.
Der Zwischenraum zwischen den Elektroden liegt zweckmässig rechtwinklig zur Längsachse der Röhre 1, so dass die Elektrode 21 nach der Photokathode 5. zu gerichtet ist und die Elektrode 22 ihr gegenüberliegt.
Eine Sondenöffnung 29 befindet sich in dem Glasröhrchen unmittelbar hinter der Öffnung 14, die nach der Photokathode 5 zu liegt. Die Auslöseelektrode 21 enthält eine kleine Öffnung 30, die als Zerlegeröffnung dient. Die Innenflächen der beiden Elektroden 21 und 22 sind so behandelt, dass die Sekundärelektronen in grosser Zahl emittieren, wenn Elektronen auf sie auftreffen. Das Eindampfen von Cäsium z. B. kann durch einen Glasansatz erfolgen, dessen Absehmelzung 31 an dem Ansatz 10 liegt. Die Elektroden bestehen zweckmässig aus Silber.
Die Anodenh ülse 13 umgibt vollkommen die zylindrischen Elektroden 21 und 22. Diese Elektroden werden mit Hochfrequenz erregt und die Hülse würde, falls sie die Elektroden ganz einschliesst, als kapazitiver Kurzschluss wirken. Es wird daher die Hülse so aufgeschnitten, dass sie nur einer Elektrode, zweckmässig der von der Platte 6 abgewandten, benachbart ist. Die Kapazität zwischen der Hülse 13 und der Elektrode 21 wird für einen später erläuterten Zweck ausgenutzt.
Die beiden Elektroden sind über eine Resonanzspule 32, die zweckmässig aus Silberdraht besteht, im Innern der Glasröhre 9 verbunden. Das eine Ende der Spule ist mit der Elektrode 21 durch einen Leiter. 33, der durch den Stift 34 gehaltert ist, verbunden, und eine axiale Verbindung 35 ist an die Elektrode 22 angeschlossen. Diese Verbindung ist durch einen Stift 36 gehaltert. Der Draht 35 liegt im Innern der Resonanzspule 32 und ist bei 37 mit ihr verschweisst. Der axiale Draht ist bei 39 durch die Röhrenwand geführt. Es ist zweckmässig, nicht nur die beiden Elektroden 21 und 22 aus kompaktem Silber herzustellen, sondern auch die Resonanzspule 32 und die Verbindungsleitung 35.
Ein optisches Bild eines Gegenstandes wird mit Hilfe der Linse 7 auf die Photokathode 5 geworfen. Diese Kathode emittiert von jeder Stelle Photoelektronen, deren Zahl der Helligkeit des betreffenden Flächenelementes entspricht. Die Elektronen werden in Richtung auf den Vervielfacher mit Hilfe eines positiven Anodenpotentials beschleunigt. Das Anodenpotential wird von einer Spannungsquelle 40 geliefert, die zwischen die Kathode 5 und den Wandbelag 19 geschaltet ist.
Eine Sammelspule 41 umgibt die Röhre und wird von dem Gleichstrom einer Spannungsquelle 42 durchflossen. Der Strom kann durch einen Widerstand 44 geregelt werden. Die Spule dient dazu, die Elektronen, die von der Kathode ausgehen, in der Ebene der Zerlegeröffnung 30 scharf abzubilden.
Das auf diese Art erzeugte Bild wird in zwei Richtungen mit Hilfe von magnetischen Feldern, die durch Ablenkspulen 45 und 46 erzeugt werden, über die Öffnung hinweggezogen. Die'Spulen sind an Sehwingungserzeuger 47 bzw. 48 angeschlossen, welche zweckmässig einen Strom von Sägezahnwellenform liefern. Sämtliche Flächenteilchen des Elektronenbildes werden auf diese Weise nacheinander über die Zerlegeröffnung hinweggeführt.
Da die Elektronen, die durch die Öffnung 30 hindurchgehen, in jedem Augenblick nur von einem verhältnismässig kleinen Flächenelement der Kathode 5 kommen, ist ihre tatsächliche Zahl verhältnismässig niedrig und der Strom infolgedessen sehr klein. Würden diese Elektronen direkt aufgefangen, so würde der auf diese Weise erzeugte Fernsehimpuls nur sehr geringe Amplitude besitzen.
Der durchschnittliche Wert der Bildströme ohne Vervielfachung liegt in der Grössenordnung von 10-9 L oder darunter bis zu einem Minimum von einem Elektron. Derartige kleine Ströme erfordern eine ausserordentlich grosse Verstärkung, bevor sie praktisch weiter verwendet werden können.
Einer der Hauptnachteil bei einer Verstärkung durch äussere Schaltmittel ist, dass der Störpegel ausserordentlich hoch wird. Gemäss der Erfindung werden jedoch die Signale vervielfacht, ohne dass Störungen auftreten, so dass das Verhältnis von Signalamplitude zu Störamplitude einen günstigen Wert besitzt.
Um das Licht, das auf die Photokathode 5 fällt, so wenig wie möglich abzudecken, ist es erwünscht, den gesamten Vervielfacher möglichst klein auszuführen. Der Raum zwischen den Silberelektroden 21 und 22 hat einen Durchmesser von etwa 8 mm. Die Anode 11 ist ein Wolframdraht von 0-25 25 mm Stärke und die Resonanzspule 32 hat eine solche Grösse, dass sie die Elektroden bei ungefähr 200 Megahertz zur Resonanz bringt. Die Resonanzspule 32 wird von einem Oszillator 49 erregt, der auf eine Resonanzfrequenz von etwa 200 Megahertz abgestimmt ist. Infolge der Kapazität zwischen der Elektrode 21 und der geerdeten Hülse 13 ist nur ein einzelner Draht notwendig, um den Hochfrequenzkreis anzuschliessen. Der Oszillator kann z.
B. ein Vakuumröhrengenerator oder auch eine Abwandlungsform des Vervielfaehers selbst sein, der konstante Schwingungen erzeugt.
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Wird ein Glühkathodenoszillator benutzt, so wird er'zweckmässig mit einem Drittel oder der Hälfte der Anodenspannung über eine Induktivität 50 gespeist, die mit einem Niederfrequenzunterbrecher 51 gekoppelt ist, der eine Frequenz bis zu 30 Megahertz oder bis herab zu 60 Hertz je nach dem Verwendungszweck haben kann.
Die Einstellung der Vervielfachung zwischen den Elektroden 21 und 22 kann bequem durch Änderung der Anodenspannung 52, die den Niederfrequenzunterbreeher 51 speist, vorgenommen werden. Die Spannung für den Hochfrequenzoszillator 49 wird von einer Spannungsquelle 54 geliefert.
Wenn die Hoch-und Niederfrequenzgeräte arbeiten, werden die Elektroden 21 und 22 abwechselnd zeitweise erregt. Die Anodenspannung für den Vervielfaeher wird einer Spannungsquelle 55 entnommen. Der Niederfrequenzunterbrecher lässt nur eine periodische Erregung der Elektroden 21 und 22 zu.
Die durch die Öffnung')'0 eintretenden Elektronen leiten die Vervielfachung ein und diese ist, wenn alle andern Faktoren unverändert bleiben, von der Zahl der eintretenden Elektronen abhängig.
Die von der Anode 11 aufgefangenen Elektronen sind der Zahl der an der Öffnung 30 eintretenden Elektronen proportional, bis eine Sättigung eintritt. Da jedoch der Niederfrequenzunterbrecher den Hochfrequenzschwingungserzeuger periodisch unterbricht, kann eine Sättigung nicht eintreten, und die Vervielfachung kann voll ausgenutzt werden. Die Ausgangsspannung wird an einem Widerstand 56 abgegriffen und durch eine Leitung 57 ihrem Verwendungszweck zugeführt.
Es wurde erwähnt, dass die sekundäremittierende Oberfläche zweckmässig einen Cäsiumbelag aufweist. Durch die Gegenwart von Cäsiumionen wird jedoch die Wirkungsweise beeinträchtigt.
Die Cäsiumionen werden von der negativen Elektrode angezogen, und wenn sie auf diese auftreffen, lösen sie auch Sekundärelektronen aus. Wenn diese Sekundärelektronen mit den schwingenden Elektronen in Phase sind, ist dies unbedenklich. Sie sind jedoch gewöhnlich nicht in Phase, da die positiven Ionen eine Beweglichkeit haben, die ungefähr ein Fünfhundertstel von der der Elektronen ist.
Dadurch, dass man das Ende des Vervielfach ers abschliesst, kann kein Cäsiumion weiter wandern, als es dem halben Durchmesser der zylindrischen Elektrode entspricht. Irgendwelche Cäsiumionen, die sich in der Nähe der Anode befinden, liegen in einem verhältnismässig kräftigen Feld und werden daher ihren Weg von der Anode zur Kathode in einer Zeit zurücklegen, die nicht länger als das 150fache der Zeit ist, die ein Elektron für seinen Weg zwischen den Elektroden braucht. Man kann daher annehmen, dass die Cäsiumionen aus der Röhre in einer Zeit entfernt sind, die dem 150faehen einer Halbperiode der Hochfrequenz von etwa 200 Megahertz entspricht.
Es wurde festgestellt, dass diese Zeit reichlich genügt, um jede störende Einwirkung durch die Cäsiumionen zu beseitigen.
Das zur Anregung benutzte Sehwinggerät kann auch eine niedrigere Frequenz als 200 Megahertz liefern. In diesem Fall wird man auch die Frequenz des Unterbrechers herabsetzen. In dem vorliegenden Fall wird es jedoch durch die Verwendung der Frequenz von 200 Megahertz möglich, den Vervielfaeher mit sehr kleinen Abmessungen zu bauen, so dass er als Ganzes in die Bildzerlegerröhre eingesetzt werden kann.
Ein magnetisches Sammelfeld ist in diesem Fall nicht notwendig, da die Form der Auslöseelektroden und die axiale Lage der Anode ein elektrisches Feld bedingen, das eine gute Vervielfachung ergibt.
Mit der hier beschriebenen Anordnung wurden Vervielfachungen auf das Hunderttausend-oder Millionenfache erreicht.
Der Vervielfaeher selbst führt einen kleinen Strom, u. zw. nicht mehr als 1 mA, wenn keine Anfangselektronen vorhanden sind. Die Resonanzspule liegt zweckmässig in unmittelbarer Nähe der Elektroden 21 und 22 mit Rücksicht auf die Hochfrequenz von 200 Megahertz.
Die Verwendung einer zusätzlichen Spannungsquelle für den Anodenkreis des 200-MegahertzGerätes ist nicht unbedingt nötig. Es wird jedoch hiedurch Energie für den Niederfrequenzoszillator gespart. Die ausserhalb der Zerlegerröhre noch notwendige Verstärkung braucht nur etwa den Faktor 100 zu liefern, was keine Schwierigkeiten mehr bereitet.
PATENT-ANSPRUCHE :
1. Bildzerlegerröhre, bei der ein von einer Photokathode ausgehendes in seiner Dichteverteilung den Helligkeitswerten des Bildes entsprechendes Elektronenbündel durch Ablenkfelder über eine Abtastöffnung hinweggezogen wird, an die sich eine Anordnung zur mehrmaligen Sekundärelektronenvervielfachung anschliesst, dadurch gekennzeichnet, dass der Vervielfacher in einem quer zur Röhrenachse liegenden finger-oder rohrförmigen Anodensystem angeordnet ist.