DE1289587B - Electron discharge device for image amplifiers, image pickup tubes and photomultiplier - Google Patents

Electron discharge device for image amplifiers, image pickup tubes and photomultiplier

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DE1289587B DEE27519A DEE0027519A DE1289587B DE 1289587 B DE1289587 B DE 1289587B DE E27519 A DEE27519 A DE E27519A DE E0027519 A DEE0027519 A DE E0027519A DE 1289587 B DE1289587 B DE 1289587B
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Description

1 21 2

Die Erfindung betrifft eine Elektronenentladungs- für die Beschleunigungselektroden, die sich zwischenThe invention relates to an electron discharge for the acceleration electrodes, which are between

Vorrichtung für Bildverstärker, Bildaufnahmeröhren der Photokathode und dem Fangschirm befinden,Device for image intensifier, image pick-up tubes of the photocathode and the catch screen are located,

oder Photovervielfacher, mit einer Photoelektronen Eine oder mehrere dieser Beschleunigungselektrodenor photomultiplier, with a photoelectron One or more of these accelerating electrodes

emittierenden Kathode, die ein optisches Bild in ein können ebenfalls mit einer porösen Schicht bedeckt Elektronenbild wandelt, und einem Fangschirm für 5 sein.emitting cathode that can form an optical image into a can also be covered with a porous layer Electron image converts, and a screen for 5 be.

das Elektronenbild, der eine elektronenempfindliche Bei einigen der Photoelektronen-Entladungsvor-the electron image, which is an electron-sensitive image in some of the photoelectron discharge devices

Schicht und darauf an der Kathodenseite eine feste, richtungen des eingangs definierten Typs beruhen dieLayer and on it on the cathode side a fixed, directions of the type defined above are based

geschlossene Elektrodenschicht besitzt. entstehenden Störsignale auch noch auf einer anderenhas closed electrode layer. interfering signals generated on another one

Elektronenentladungsvorrichtungen dieser Art sind Ursache, nämlich auf der Rückwirkung von reflekbekannt. Bei ihnen dient die feste, geschlossene, als io tiertem Licht. Wenn beispielsweise die PhotokathodeElectron discharge devices of this type are known to be the cause, namely due to the reaction of reflek. With them, the solid, closed, serves as an io-oriented light. For example, if the photocathode

elektrisch leitende Elektrode wirkende Schicht auf der Vorrichtung semitransparent ist (wie dies beielectrically conductive electrode acting layer on the device is semitransparent (as in

dem Fangschirm zum Abfangen unkontrolliert ent- einer mit Caesium oder mit mehreren Alkalimetallenthe catching screen for interception in an uncontrolled manner, either with cesium or with several alkali metals

standener Ionen, die sich im Innenraum der Vorrich- sensibilisierten Antimon-Photokathode der Fall ist),standing ions, which is the case in the interior of the device-sensitized antimony photocathode),

tung befinden. Bekannterweise entstehen diese Ionen kann ein Anteil des einfallenden Lichtes, insbesonz. B. durch Ionisation von Gasmolekülen oder treten 15 dere am langwelligen Ende des sichtbaren Spektrums,are located. As is known, these ions can arise from a proportion of the incident light, in particular. B. by ionization of gas molecules or occur 15 more at the long-wave end of the visible spectrum,

aus der Kathode aus. durch die Photokathode hindurchtreten und dannfrom the cathode. pass through the photocathode and then

Der Erfindung liegt jedoch ein anderes Problem durch Reflexion an den in der Vorrichtung befind-However, the invention has a different problem due to reflection on the devices located in the device.

zugrunde. Es wurde nämlich gefunden, daß bei Elek- liehen anderen Elektroden oder beispielsweise auchunderlying. It has been found that in Elek- borrowed other electrodes or, for example

tronenentladungsvorrichtungen der genannten Art an den Glasoberflächen oder aluminisierten Oberdadurch Fehler auftreten können, daß bei Beschüß to flächen zur Photokathode zurückgeleitet werden. UmElectron discharge devices of the type mentioned on the glass surfaces or aluminized upper surface errors can occur that when bombarded to surfaces are returned to the photocathode. Around

mit Elektronen hoher Geschwindigkeit aus der leiten- dieser Erscheinung entgegenzuwirken, ist bei einerTo counteract this phenomenon with high-speed electrons from the guiding principle is at one

den Schicht des Fangschirmes positive Ionen austreten zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung diethe layer of the protective screen positive ions escape the expedient embodiment of the invention

können. poröse Schicht aus einem solchen Material gebildet,can. porous layer formed from such a material,

Die freigesetzten Ionen werden durch das elek- daß sie eine dichte schwarze, nichtreflektierende irische Feld, das auf die Elektronen einwirkt, be- 25 Oberfläche besitzt, die die störende LichtreflexionThe released ions are due to the elec- tricity that they are a dense black, non-reflective Irish field, which acts on the electrons, has a surface that causes the disturbing light reflection

schleunigt. Die Beschleunigung ist dabei entgegen- stark herabsetzt.accelerates. In the opposite direction, the acceleration is reduced.

gesetzt zur Beschleunigung der Elektronen gerichtet, Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nach-set directed to accelerate the electrons, further details of the invention are

so daß die Ionen mit einer Energie, die zum Auslösen folgend in einem Ausführungsbeispiel an Hand derso that the ions with an energy that is necessary for triggering in an embodiment based on the

von Sekundärelektronen ausreicht, auf die Photoelek- Zeichnung näher erläutert. Dabei stellt dar
tronen emittierende Kathode prallen. Die dort ausge- 3° F i g. 1 einen Bildverstärker als Ausführungsformof secondary electrons is sufficient, explained in more detail on the Photoelek drawing. It represents
tron-emitting cathode. The 3 ° F i g. 1 shows an image intensifier as an embodiment

lösten Sekundärelektronen laufen ihrerseits zum einer Photoelektronen-Entladungsvorrichtung nachreleased secondary electrons in turn follow a photoelectron discharge device

Fangschirm zurück und veranlassen dort die Ent- der Erfindung undCatch screen back and initiate the discovery there and

stehung von Störsignalen. Beispielsweise können in F i g. 2 einen Schnitt durch den Leuchtschirm desstanding of interfering signals. For example, in FIG. 2 shows a section through the fluorescent screen of

einem Bildverstärker mit einem Leuchtschirm zur Bildverstärkers nach F i g. 1 in vergrößertem Maß-Erzeugung des verstärkten optischen Bildes die von 35 stab.an image intensifier with a fluorescent screen for the image intensifier according to FIG. 1 in enlarged dimension production of the enhanced optical image that of 35 stab.

der Oberfläche des Leuchtschirmes freigesetzten posi- Das zeichnerisch dargestellte Ausführungsbeispiel tiven Ionen mit einer Energie von 10 keV oder mehr der Erfindung ist ein einstufiger Bildverstärker, desauf die Photokathode gelangen. Dabei kann jedes sen Elektroden in einer im wesentlichen zylindrischen dieser Ionen mehrere Sekundärelektronen auslösen. Hülle 1 angeordnet sind. Auf der einen Endwandungthe surface of the luminescent screen released posi- The embodiment shown in the drawing tive ions with an energy of 10 keV or more of the invention is a single-stage image intensifier based on get the photocathode. Each sen electrode can be in a substantially cylindrical these ions trigger several secondary electrons. Sheath 1 are arranged. On one end wall

Es ist deshalb Ziel der Erfindung, von vornherein 40 der Hülle 1 befindet sich eine Photoelektronen emit-It is therefore the aim of the invention, from the outset 40 of the shell 1 is a photoelectron emitting-

zu verhindern, daß Ionen in störendem Ausmaß aus tierende Kathode 2, die beispielsweise aus Antimon,to prevent ions to a disruptive extent from animal cathode 2, for example made of antimony,

der Elektrodenschicht des Fangschirmes in den das mit Caesium oder mehreren Alkalimetallen sen-the electrode layer of the catch screen in which the cesium or several alkali metals

Innenraum der Vorrichtung austreten können. sibilisiert ist, bestehen kann. Auf der anderen End-Can escape interior of the device. is sensitized, can exist. On the other end

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch er- wand der Hülle 1 ist ein Leuchtschirm 3 gebildet, reicht, daß die Elektrodenschicht ihrerseits an der 45 Zwischen der Photokathode 2 und dem Leucht-Kathodenseite zur Verhinderung der Freigabe von schirm 3 ist eine ringförmige Beschleunigungselek-Ionen aus dem Fangschirm durch Elektronen hoher trode 4 angeordnet. Im übrigen ist die Hülle 1 von Geschwindigkeit, die durch die Elektrodenschicht hin- einer nicht weiter dargestellten Fokussierspule umdurchtreten und die elektronenempfindliche Schicht geben. Während des Betriebs der Vorrichtung wererregen, mit einer porösen, metallischen Schicht be- 50 den die Elektrode 4 und der Leuchtschirm 3 auf deckt ist. hohen positiven Potentialen gegenüber der Foto-According to the invention, this aim is achieved by forming a luminescent screen 3, the cover 1 is formed, is sufficient that the electrode layer in turn on the 45 between the photocathode 2 and the luminous cathode side to prevent the release of screen 3 is a ring-shaped accelerating electons Arranged from the catch screen by electrons high trode 4. In addition, the shell 1 is from Speed that passes through the electrode layer to a focusing coil (not shown) and give the electron sensitive layer. Energize while the device is in operation, The electrode 4 and the luminescent screen 3 are coated with a porous, metallic layer is covered. high positive potentials compared to the photo

Es wird angenommen, daß die auf den Fangschirm kathode 2 gehalten.It is assumed that the cathode 2 held on the protective screen.

aufgebrachte poröse Schicht dadurch wirksam ist, daß Der Leuchtschirm 3 ist, wie aus F i g. 2 ersichtlich,applied porous layer is effective in that the luminescent screen 3 is as shown in FIG. 2 can be seen,

die freigesetzten Ionen für eine Zeitdauer, die zum dreischichtig aufgebaut. Er enthält eine Leucht-the released ions for a period leading to three layers. It contains a luminous

Neutralisieren dieser Ionen ausreicht, abgefangen 55 schicht 5, die durch Sedimentation oder durch Elek-Neutralizing these ions is sufficient to intercept 55 layer 5, which is caused by sedimentation or by elec-

bleiben. Damit gelangen diese Ionen gar nicht erst trophorese auf die Endwandung der Hülle 1 aufge-stay. This means that these ions do not even get trophoresis to the end wall of the shell 1.

in den Innenraum der Vorrichtung, so daß die bis- bracht sein kann. Die Leuchtschicht 5 ist mit einerinto the interior of the device so that it can be brought up. The luminescent layer 5 is with a

her verursachten Störsignale verhindert oder zumin- Schicht 6 aus Aluminium bedeckt, die in einem hohenInterfering signals caused ago prevented or covered at a layer 6 made of aluminum, which in a high

dest wesentlich vermindert werden. Vakuum, beispielsweise bei einem Druck vonat least be significantly reduced. Vacuum, for example at a pressure of

Die poröse Schicht kann gebildet werden durch 60 2 · 10~5 Torr aufgedampft ist. Die Schichtstärke derThe porous layer may be formed by 60 2 x 10 -5 Torr is evaporated. The layer thickness of the

Verdampfen eines geeigneten Metalls (z.B. Alumi- Schicht6 beträgt zwischen 250A und 1000A. DieEvaporation of a suitable metal (e.g. aluminum layer6 is between 250A and 1000A. The

nium) in einem nicht zu hohen Vakuum. Schicht 6 ist ihrerseits durch eine poröse Schicht 7nium) in a vacuum that is not too high. Layer 6 is in turn covered by a porous layer 7

Außer dem Fangschirm wird zweckmäßig auch bedeckt, die ebenfalls aus aufgedampftem Aluminium noch jede andere Elektrode, auf die während des bestehen kann. Das Aufdampfen der Schicht 7 erBetriebes der Entladungsvorrichtung die Photoelek- 65 folgt jedoch in einer Atmosphäre von Inertgas wie tronen mit einer zum Freisetzen von positiven Ionen z. B. Argon bei einem Druck zwischen 0,2 und ausreichenden Geschwindigkeit auftreffen, mit einem 2 Torr, so daß sich die Schicht 7 nicht in dichter, sonporösen Überzug versehen. Dies gilt beispielsweise dem in lose gepackter Form niederschlägt. Beispiels-In addition to the protective screen, it is also useful to cover it, which is also made of vapor-deposited aluminum nor any other electrode that can be insisted on during the. The evaporation of the layer 7 he operation however, the discharge device is followed by the photoelectronic 65 in an atmosphere of inert gas such as trons with a to release positive ions z. B. argon at a pressure between 0.2 and hit sufficient speed, with a 2 Torr, so that the layer 7 is not in dense, sonorous Cover provided. This applies, for example, to the loosely packed form. Example

weise läßt sich eine Schicht 7 von geeigneter Schichtstärke dadurch bilden, daß 10 mg Aluminium in einem Abstand von etwa 9 cm von der Oberfläche, auf der es niedergeschlagen werden soll, verdampft wird, wobei die Größe dieser Oberfläche etwa 20 cm2 beträgt.a layer 7 of suitable thickness can be formed by evaporating 10 mg of aluminum at a distance of about 9 cm from the surface on which it is to be deposited, the size of this surface being about 20 cm 2 .

Die poröse Aluminiumschicht 7 bildet eine schwarze, nichtreflektierende Oberfläche. Eine entsprechende Beschichtung kann im Bedarfsfall auch auf der Elektrode 4 aufgebracht sein.The porous aluminum layer 7 forms a black, non-reflective surface. A corresponding If necessary, the coating can also be applied to the electrode 4.

Im Falle des Lumineszenzschirmes ist es wünschenswert, daß die poröse Schicht 7 die Energie der eindringenden Elektronen nicht wesentlich vermindert. Aus diesem Grunde ist ein Material von geringer Dichte, wie beispielsweise das erwähnte Aluminium, für die poröse Schicht besonders geeignet. In solchen Fällen, bei denen die Dichte des Materials nicht so wichtig ist (beispielsweise auch bei der Elektrode 4), können jedoch auch andere Materialien zum Bilden der porösen Schicht verwendet werden. Beispiele solcher anderen Materialien sind Gold oder Silber.In the case of the luminescent screen, it is desirable that the porous layer 7 the energy of penetrating electrons are not significantly reduced. For this reason, a material is inferior Density, such as the aluminum mentioned, is particularly suitable for the porous layer. In those cases in which the density of the material is not so important (for example also with the electrode 4), however, other materials can also be used to form the porous layer. Examples such other materials are gold or silver.

Im Betriebszustand des in den F i g. 1 und 2 dargestellten Bildverstärkers wird an die Beschleunigungselektrode 4 ein positives Potential von 5 kV gegenüber der Photokathode 2 und an die Aluminiumschicht 6 des Lumineszenzschirmes 3 ein positives Potential von 10 kV (ebenfalls in bezug auf die Photokathode 2) angelegt. Der Bildverstärker ist darüber hinaus innerhalb einer Fokussierspule angeordnet, die ein parallel zu seiner Achse verlaufendes Magnetfeld erzeugt.In the operating state of the FIG. 1 and 2, the image intensifier shown is attached to the accelerating electrode 4 a positive potential of 5 kV with respect to the photocathode 2 and to the aluminum layer 6 of the luminescent screen 3 has a positive potential of 10 kV (also with respect to the Photocathode 2) applied. The image intensifier is also arranged inside a focusing coil, which generates a magnetic field running parallel to its axis.

Bei dem beschriebenen und dargestellten Bildverstärker ist nur eine Beschleunigungselektrode vorgesehen. Es können natürlich aber auch zwei oder mehr solcher Beschleunigungselektroden voihanden sein, wobei einige oder alle dieser Elektroden mit einer porösen Schicht bedeckt sein können. Darüber hinaus ist die Erfindung aber auch ebensogut anwendbar bei Bildverstärkern mit einer Mehrzahl von Stufen, von denen jede mit einer Photokathode versehen ist. In einem solchen Fall können einer oder mehrere der Leuchtschirme mit einer porösen Schicht versehen sein. Im übrigen läßt sich die Erfindung aber auch ohne weiteres bei anderen Photoelektronen-Entladungsvorrichtungen anwenden, wie beispielsweise bei Bild-Orthikonröhren oder anderen Fernseh- oder Bildaufnahmeröhren oder Photovervielfachern.In the described and illustrated image intensifier, only one acceleration electrode is provided. Of course, two or more such acceleration electrodes can also be present, some or all of these electrodes may be covered with a porous layer. Furthermore However, the invention can also be applied just as well to image intensifiers with a plurality of stages, each of which is provided with a photocathode. In such a case, one or more of the Luminescent screens can be provided with a porous layer. Otherwise, the invention can also readily apply to other photoelectron discharge devices such as in the case of picture orthicon tubes or other television or picture pick-up tubes or photomultipliers.

Ein Typ einer Fernseh- oder Bildaufnahmeröhre, bei dem die Erfindung besonders vorteilhaft eingesetzt werden kann, ist eine Röhre, bei der der Fangschirm eine Schicht aus isolierendem Material enthält, das beim Bombardieren mit Elektronen die Eigenschaft der sogenannten induzierten Leitfähigkeit zeigt. Bei einer Röhre dieses Typs treffen die an der Photokathode ausgelösten Photoelektronen mit einer sehr hohen Energie (in der Größenordnung von 10 keV) auf den Fangschirm auf. Die Bildelektronen sind daher besonders stark in der Lage, beim Auftreffen auf den Fangschirm positive Ionen von der Fangschirmoberfläche freizusetzen. Erwähnt sei noch, daß in Röhren dieses Typs die durch die Bildelektronen induzierte Leitfähigkeit Ladungen verursacht, die sich auf einzelnen Elementargebieten des Fangschirmes entsprechend der Ladungsverteilung im Elektronenbild ansammeln. Diese Ladungen werden periodisch durch Abtasten des Fangschirmes mit z. B. einem Elektronenstrahl von niedriger Geschwindigkeit entladen. Falls eine Elektronenstrahlabtastung verwendet wird, besitzt der Abtastteil der Röhre generell die gleiche Konstruktion wie der Abtastteil eines Bildorthikons.One type of television or picture pick-up tube with which the invention is particularly advantageously employed is a tube in which the catch screen contains a layer of insulating material, that when bombarded with electrons the property of the so-called induced conductivity shows. In a tube of this type, the photoelectrons released at the photocathode hit with a very high energy (in the order of 10 keV) on the catch screen. The image electrons are therefore particularly capable of catching positive ions from to release the catch screen surface. It should also be mentioned that in tubes of this type those caused by the image electrons Induced conductivity causes charges that are concentrated on individual elementary regions of the Collect the catch screen according to the charge distribution in the electron image. These charges will be periodically by scanning the catch screen with z. B. a low speed electron beam unload. If electron beam scanning is used, the scanning portion of the tube generally has the same construction as the scanning part of an image orthicon.

Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß die Erfindung auch bei Bildverstärkern anwendbar ist, ίο die mit Fernsehaufnahmeröhren zu einer einzigen Baueinheit zusammengefaßt sind.Finally it should be pointed out that the invention can also be used with image intensifiers, ίο which are combined with television tubes to form a single unit.

Claims (8)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Elektronenentladungsvorrichtung für Bildverstärker, Bildaufnahmeröhren oder Photovervielfacher, mit einer Photoelektronen emittierenden Kathode, die ein optisches Bild in ein Elektronenbild wandelt, und einem Fangschirm für1. Electron discharge device for image intensifiers, image pick-up tubes or photomultiplier units, with a photoelectron emitting cathode that converts an optical image into an electron image converts, and an umbrella for ao das Elektronenbild, der eine elektronenempfindliche Schicht und darauf an der Kathodenseite eine feste, geschlossene Elektrodenschicht besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenschicht (6) ihrerseits an der Kathodenseite zur Verhinderung der Freigabe von Ionen aus dem Fangschirm durch Elektronen hoher Geschwindigkeit, die durch die Elektrodenschicht (6) hindurchtreten und die elektronenempfindliche Schicht (5) erregen, mit einer porösen, metallischen Schicht (7) bedeckt ist.ao the electron image, which is an electron-sensitive one Layer and has a solid, closed electrode layer on it on the cathode side, characterized in that the electrode layer (6) in turn on the cathode side to prevent the release of ions from the protective screen by high-speed electrons, which pass through the electrode layer (6) and which are electron-sensitive Excite layer (5), covered with a porous, metallic layer (7). 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei zwischen der Photokathode und dem Fangschirm mindestens eine Beschleunigungselektrode angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungselektrode ebenfalls mit einer porösen Schicht zum Abfangen von freigesetzten Ionen bedeckt ist.2. Device according to claim 1, wherein between the photocathode and the protective screen at least one acceleration electrode is arranged, characterized in that the acceleration electrode is also covered with a porous layer to trap released ions. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, zur Verwendung als Bildverstärker, dadurch gekennzeichnet, daß der Fangschirm eine Lumineszenzschicht enthält, auf deren der Photokathode zugewandten Seite eine leitende Schicht niedergeschlagen ist, wobei die poröse Schicht auf der leitenden Schicht gebildet ist.3. Device according to claim 1 or 2, for use as an image intensifier, characterized in that that the protective screen contains a luminescent layer on which the photocathode facing Side a conductive layer is deposited, with the porous layer on top of the conductive Layer is formed. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, zur Verwendung als Bildaufnahmeröhre, dadurch gekennzeichnet, daß der Fangschirm eine isolierende Schicht enthält, die auf der Seite, auf der die Bildelektronen auftreffen, die poröse Schicht4. Apparatus according to claim 1 or 2, for use as an image pickup tube, characterized in that that the catch screen contains an insulating layer on the side on which the Image electrons strike the porous layer so trägt.so wears. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Schicht beim Auftreffen der Bildelektronen die Eigenschaft der induzierten Leitfähigkeit zeigt.5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the insulating layer when Impingement of the image electrons shows the property of induced conductivity. 6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Schicht Aluminium enthält.6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the porous layer contains aluminum. 7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Schicht schwarz ist.7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the porous layer is black. 8. Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Schicht durch Verdampfen von Aluminium in einer Inertgasatmosphäre bei einem Druck zwischen 0,2 und 2 Torr gebildet wird.8. A method for manufacturing a device according to claim 6, characterized in that the porous layer by evaporating aluminum in an inert gas atmosphere at a Pressure between 0.2 and 2 torr is established. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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