DE1200968B - Mehrstufiger, elektronenoptischer Bildverstaerker - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

HOIj

Deutsche Kl.: 21g-29/40

Nummer: 1200 968

Aktenzeichen: F 3705

Anmeldetag: 13. Juni 1962

Auslegetag: 16. September 1965

Die Erfindung bezieht sich auf einen mehrstufigen elektronenoptischen Bildverstärker, bei dem ein auf einer Fotokathode projiziertes Bild durch fotoelektronische, elektronische bzw. fotoelektrische Mittel auf einen Bildschirm verstärkt wiedergegeben wird.

Bildverstärker sind praktisch von großer Bedeutung; als Beispiel sei lediglich auf die Verstärkung von Röntgenbildern hingewiesen. Aber auch die Bildverstärkung in anderen Spektralbereichen ist theoretisch als auch praktisch nicht minder interessant. So wurden spezielle Bildverstärker für verschiedene Verwendungszwecke entwickelt. Bekannt ist es, einen elektronenoptischen Bildwandler auch für die Licht- bzw. Bildverstärkung zu verwenden. Bei optimaler Quantenausbeute der Fotokathode kann durch Nachbeschleunigung der Fotoelektronen ein beachtlicher Wirkungsgrad erzielt werden. Die Grenzen dieser Nachbeschleunigung liegen in der Spannungsfestigkeit der Röhre. Da die Spannungsfestigkeit nicht beliebig erhöht werden kann, sind der Anwendung von elektronenoptischen Bildwandlern als Bildverstärker bald Grenzen gesetzt.

Es sind auch bereits verschiedene Möglichkeiten, die Eigenschaften von Bildverstärkern zu verbessern, bekannt. So wurde z. B. versucht, einer Photoemissionsschicht eine Halbleiterschicht vorzuschalten, deren elektrischer Widerstand durch einen Elektronenbeschuß beeinflußt wird. Verwendet man für den Elektronenbeschuß Photoelektronen einer anderen Photokathode, so kann eine Verstärkerwirkung erzielt werden. Auch durch Sekundärelektronenvervielfachung in Pendelvervielfachern ist eine Verstärkung eines primären Elektronenbildes und damit eines primären Bildes möglich. Eine diskontinuierliehe Lichtverstärkung wird immer dann erreicht, wenn man einen schwachen Photoelektronenstrom über eine längere Belichtungszeit hinweg speichert und kurzzeitig zur Bildverengung ausnutzt.

Eine andere Art Bildverstärker ist der sogenannte Festkörper-Bildverstärker, der sich aus einer Elektrolumineszenzschicht und einer ihr zugeordneten lichtempfindlichen Halbleiterschicht zusammensetzt. Mit dieser Art Bildverstärkern wurden bereits brauchbare Erfolge erzielt. Ihre Leistungsfähigkeit wird wesentlich von den Halbleitereigenschaften bestimmt. Obgleich die Entwicklung geeigneter Halbleiter noch im Fließen ist, sind der Leistungsfähigkeit auch dieser Bildverstärker theoretische und technologische Grenzen gesetzt. Ein wesentlicher Vorteil dieser Halbleiter-Bildverstärker besteht in dem großen Umfang ihres ausnutzbaren Spektralbereiches.

Mehrstufiger, elektronenoptischer Bildverstärker

Anmelder:

Forschungslaboratorium
Prof. Dr.-Ing. W. Heimann,
Wiesbaden-Dotzheim, Am Kohlheck

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Walter Heimann, Wiesbaden-Dotzheim

Bekannt ist es, daß Halbleiter nicht nur für Licht empfindlich sind, sondern auch bei Einstrahlung von Elektronen hoher Geschwindigkeit ihre Leitfähigkeit ändern. Diese Erscheinung ist z. B. bei speziellen speichernden Fernsehkameraröhren ausgenutzt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Bildverstärker anzugeben, der die Leistungsfähigkeit jeder einzelnen dieser Typen übertrifft.

Diese Erfindungsaufgabe wird dadurch gelöst, daß ein an sich bekannter elektronenoptischer Bildwandler mit einem gleichfalls an sich bekannten Festkörper-Bildverstärker, dessen Halbleiterschicht 5 aus einem elektronenempfindlichen Halbleitermaterial besteht, derart zu einer Baueinheit verbunden ist, daß zunächst durch die Elektronenlinsen 3 a, 3 b das Bild auf der Fotokathode 2 (des Bildwandlers) elektronenoptisch auf den Festkörper-Bildverstärker abgebildet und von diesem dann auf eine Lumineszenzschicht 7 in ein sichtbares Bild verstärkt transformiert wird. Je nach Auflösungsvermögen des Festkörper-Bildverstärkers wird hierbei im Bildwandler eine elektronenoptische Vergrößerung oder Verkleinerung vorgenommen. Für extrem hohe Bildverstärkungsgrade sind zwei oder mehrere solcher Bildverstärker nach der Erfindung hintereinandergeschaltet.

In der Zeichnung ist ein Bildverstärker nach der Erfindung schematisch dargestellt.

Im wesentlichen besteht er aus einem elektronischen Bildwandler üblicher Bauart, dessen Fluoreszenzschirm durch einen Festkörper-Bildverstärker mit elektronenempfindlicher Halbleiterschicht ersetzt ist. Auf der inneren Stirnfläche eines evakuierten Kolbens 1 ist die Fotokathode 2 aufgebaut. Entsprechend der Helligkeitsverteilung des auf ihr abgebildeten Bildes treten aus der Schicht Elektronen aus, die durch eine angelegte Spannung auf den Festkörper-Bildverstärker hin beschleunigt werden.

509 687/348

Zwischen Fotokathode! und Festkörper-Bildverstärker liegende Elektronenlinsen 3 α, 3 b erhalten dabei die Bildstruktur. Der Festkörper-Bildverstärker besteht bekanntlich aus mehreren Schichten. Die ankommenden Elektronen treffen zunächst auf eine leitende, für Elektronen durchlässige Schicht 4 auf, hinter der die Halbleiterschicht 5 liegt. Diese Halbleiterschicht 5 ist aus einem elektronenempfindlichen Halbleitermaterial aufgebaut, also aus einem Halbleiter, dessen Leitfähigkeit durch Einstrahlung von Elektronen geändert wird. Hinter der Halbleiterschicht 5, durch einen Isolator 6 getrennt von ihr, befindet sich die Lumineszenzschicht 7, die schließlich durch eine optisch transparente und leitende Schichte nach außen hin abgeschlossen ist. Zwisehen den beiden leitenden Schichten, der elektronendurchlässigen Schicht 4 und der optisch transparenten Schichte, liegt eine Wechselspannung von einigen 100 Volt.

Gegenüber den bekannten Festkörper-Bildverstärkern für den sichtbaren Spektralbereich bzw. dem ultravioletten und infraroten, liegt die Leistungsfähigkeit des Bildverstärkers nach der Erfindung höher, da bei genügend hoher Beschleunigungsspannung im Bildwandlerteil der Wirkungsgrad der Halbleiterschicht bezüglich der Erzeugung von Ladungsträgern gegenüber der Lichteinstrahlung erheblich gesteigert werden kann.

Ein gewisser Nachteil der Festkörper-Bildverstärker liegt zur Zeit noch in einer bestimmten Grobstruktur bzw. relativ geringer Auflösung. Um diese Nachteile auszuschalten, wird im Bildwandlerteil eine elektronenoptische Vergrößerung bzw. eine 1:1-Abbildung vorgenommen. Mit zunehmender Verfeinerung der Festkörper-Bildwandler kann dann allerdings auch eine elektronenoptische Verkleinerung vorgenommen werden.

In manchen Fällen kommt es darauf an, geringste Lichtintensitäten sichtbar zu machen, ohne daß dabei auf die Wiedergabe der Bildfeinstruktur ein besonderer Wert gelegt wird. Die Hintereinanderschaltung von zwei oder mehreren Bildverstärkern nach der Erfindung ergibt dann für solche Anwendungen äußerst empfindliche Nachweisgeräte.

Für all die Spektralbereiche, für die es empfindliche Fotoelektroden gibt, ist durch die Erfindung ein Bildverstärker geschaffen, der den Wirkungsgrad aller bekannten Bildverstärker wesentlich übertrifft.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Mehrstufiger elektronenoptischer Bildverstärker, bei dem ein auf einer Fotokathode projiziertes Bild durch fotoelektronische bzw. -elektrische Mittel auf einem Bildschirm verstärkt wiedergegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein an sich bekannter elektronenoptischer Bildwandler mit einem gleichfalls an sich bekannten Festkörper-Bildverstärker, dessen halbleitende Schicht (5) aus einem elektronenempfindlichen Halbleitermaterial besteht, derart zu einer Baueinheit verbunden ist, daß zunächst durch die Elektronenlinsen (3 a, 36) das Bild der Fotokathode (2) elektronenoptisch auf den Festkörper-Bildverstärker abgebildet und von diesem dann auf einer Lumineszenzschicht (7) in ein sichtbares Bild verstärkt transformiert wird.

2. Bildverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im elektronenoptischen Bildwandler je nach Auflösung des Festkörper-Bildverstärkers eine elektronenoptische Vergrößerung, 1:1-Abbildung oder Verkleinerung vorgenommen wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 689 001;
deutsche Auslegeschriften Nr. 1030 939,
091247.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

509 687S48 9.65 © Bundesdruckerei Berlin