DE1291840B

DE1291840B - Elektronenoptischer Bildverstaerker

Info

Publication number: DE1291840B
Application number: DEB67566A
Authority: DE
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1961-06-09
Filing date: 1962-06-06
Publication date: 1969-04-03
Also published as: NL279475A; US3231746A; GB978226A; FR1328599A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektronenoptischen Bildverstärker mit einem Sekundärelektronenvervielfacher und einem von dessen ausgesandten Sekundärelektronen getroffenen Leuchtschirm, wobei Vervielfacher und Leuchtschirm in einem luftdicht abgeschlossenen Gehäuse untergebracht sind.
Aus der deutschen Patentschrift 689 001 ist eine sogenannte Braunsche Röhre bekannt, die eine dem Leuchtschirm vorgelagerte sekundäremissionsfähige, elektronendurchlässige Schicht aufweist. Ferner ist ein Bildverstärker der eingangs genannten Art bekannt. Dieser Verstärker enthält außerdem noch eine Photokatode (vergleiche z. B. die deutsche Auslegeschrift 1089 895).
Die in solchen Verstärkern verwendeten Bauteile, also Sekundärelektronenvervielfacher und Leuchtschirm, aber auch die Photokatode, haben die nachteilige Eigenschaft, daß nicht alle Stellen ihrer wirksamen Oberflächen die gleichen Eigenschaften aufweisen. So führen z. B. Empfindlichkeitsunterschiede zu einem dem betrachteten Objekt nicht mehr äquivalenten Bild hinsichtlich der Helligkeitsverteilungen.
Diesem Mangel abzuhelfen, ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Diese besteht darin, daß das Gehäuse gegenüber einem Objekt einer zyklischen oder drehenden Bewegung mittels eines Antriebssystems unterworfen ist, das einen Zahnkranz enthält, der um das Gehäuse in einer zu den vom Objekt ausgehenden Lichtstrahlen im wesentlichen senkrechten Ebene gelegt ist, daß die Bewegung mit einer so hohen Geschwindigkeit erfolgt, daß infolge der Trägheit des menschlichen Auges sich eine die örtlichen Unterschiede des Vervielfachers und/oder des Leuchtschirmes ausgleichende Wirkung einstellt, und daß Schleifringe und Schleifkontakte am Gehäuse zur Zuführung der erforderlichen Spannungen vorgesehen sind.
Da auf die vorgeschlagene Weise nicht nur eine einzige, vielleicht gerade sehr empfindliche Stelle einer bestimmten, vielleicht gerade sehr dunklen Stelle des betrachteten Objektes zugeordnet ist, wodurch ein unerwünschter Kontrastausgleich stattfinden würde, sondern in schnellem Wechsel empfindliche und weniger empfindliche Stellen auf einen bestimmten Objektpunkt gerichtet werden, ergibt sich eine scheinbare Gleichmäßigkeit der Empfindlichkeiten der Bauelemente mit dem Erfolg einer den tatsächlichen Verhältnissen genau entsprechenden Helligkeitsverteilung. Ein weiterer Vorteil ist die auf diese Weise erreichte größere Bildauflösung.
An Hand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert. Ihre einzige Figur zeigt einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Bildverstärker und seine Hilfsaggregate in symbolischer Darstellung.
Die Figur zeigt ein luftleeres, zylindrisches Gehäuse 20, dessen Umfang fest mit einem Zahnkranz 22 verbunden ist, der über ein Ritzel 24 von einem Motor 26 angetrieben wird. Um den Zahnkranz 22 zu zentrieren und einen ruhigen Lauf sicherzustellen, sind ein oder zwei weitere Ritzel 28 vorgesehen.
Im Inneren des Gehäuses 20 ist auf die Innenfläche einer der parallelen Seitenwände des Gehäuses eine Photokatode 30 aufgebracht, die, wie bekannt, aus einer lichtempfindlichen Schicht besteht, der über noch zu beschreibende Mittel ein geeignetes Potential zugeführt wird, so daß sie in jedem Elementarbereich Elektronen, d. h. Photoelektronen, abgibt, deren Zahl der Beleuchtung des entsprechenden Elementarbereiches proportional ist.
Der Photokatode 30 unmittelbar benachbart ist ein Elektronenvervielfacher 32 bekannter Bauart angeordnet, der aus einer Vielzahl dünner paralleler Röhrchen 34 besteht, deren jedes in bezug auf seinen Durchmesser sehr lang ist und deren innere Fläche einen gleichförmigen Widerstand und Sekundäremissionseigenschaften aufweist. Die ebenen Anfangs-und Endflächen dieses Rohrbündels sind metallisiert und über noch zu beschreibende Mittel mit geeigneten Potentialen verbunden, so daß sich zwischen den Enden jedes Röhrchen 34 ein in Richtung der Rohrachse verlaufendes Beschleunigungsfeld ausbildet.
Die in diese Röhrchen eintretenden Photoelektronen weisen, statistisch gesehen, eine Anfangsgeschwindigkeit auf, deren axiale Komponente überwiegt. Es ist jedoch auch eine gewisse, durch Zufall bestimmte Querkomponente vorhanden. Aus diesem Grunde und wegen der großen Länge der Röhrchen in bezug auf ihren Durchmesser trifft ein großer Teil der in die Röhrchen eintretenden Photoelektronen auf deren Seitenwände, die daraufhin mehrere Sekundärelektronen abgeben, so daß sich die gewünschte Vervielfachung ergibt. Die Röhrchen des Vervielfacherbündels 32 münden auf einer Auffangscheibe 40, die hier aus einem Fluoreszenzschirm besteht, der durch eine Schicht geeigneten Materials auf der Innenfläche der zweiten ebenen Abschlußwand des Gehäuses 20 gebildet wird. Der über noch zu beschreibende Mittel an ein geeignetes Potential gelegte Leuchtschirm 40 gibt für jedes aus dem Vervielfacher 32 austretende, auf ihn auftreffende Sekundärelektron ein Quantum Lichtenergie ab.
Die Spannungsversorgung der einzelnen soeben beschriebenen Elemente besorgt über koaxiale Schleifringe 31 a, 36a, 38 a, 42 a auf dem Umfang des Gehäuses 20 ein Speisegerät 44. Die genannten Schleifringe, auf denen Kontakte 31b, 36b, 38b, 42b schleifen, sind über in das Glas des Gehäuses 20 eingeschmolzene Verbindungsleiter 31, 36, 38, 42 mit der Photokatode 30, der Metallschicht auf der vorderen Fläche des Vervielfacherbündels 32, der Metallschicht auf der hinteren Fläche dieses Bündels und dem Fluoreszenzschirm 40 verbunden.
Den genannten Elementen werden über die Schleifringe z. B. folgende Spannungen zugeführt: der Photokatode 30 . . . . . . . . . . . . . . -1700 V, der vorderen Fläche des Vervielfacherbündels . . . . . . . . -1500 V, der hinteren Fläche des Vervielfacherbündels . . . . . . . . -I-1500 V, der Scheibe 40 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . -I-1700 V. Während des Betriebes der soeben beschriebenen Vorrichtung trifft auf ihre linke Wand, d. h. die Wand, die innen die Photokatode 30 trägt, über ein geeignetes optisches System ein in Richtung des Pfeils 29 verlaufender Lichtstrahl, der von einem Objekt abgegeben oder reflektiert wird.
Zunächst sei angenommen, daß die Vorrichtung unbewegt ist. Die durch die transparente Wand des Gehäuses 20 auf die Photokatode 30 auftreffenden Photonen bewirken die Emission von Photoelektronen, deren Dichte in jedem Elementarabschnitt der Photokatode der Dichte der auf diesen Abschnitt auftreffenden Photonen und damit der Helligkeit des entsprechenden Abschnittes des Objekts proportional ist. Diese Photoelektronen treten in die Leitungen des Vervielfachers 32 ein, der, wie oben beschrieben, an seiner Endfläche eine erhöhte, jedoch der Objekthelligkeit proportionale Zahl von Elektronen abgibt. Diese vervielfachten Elektronen treffen auf den Schirm 40 auf und erzeugen dort ein Leuchten entsprechender Intensität. Ein rechts der in F i g. 1 gezeigten Vorrichtung stehender Beobachter sieht also ein in seiner Helligkeit verstärktes Abbild des Objekts.
Wegen unvermeidbarer Unvollkommenheiten während der Fabrikation der Vorrichtung, insbesondere wegen physikalisch-chemischer Homogenitätsfehler in der Photokatode 30 und im Schirm 40, wegen Geometrieabweichungen im Leitungsbündel des Vervielfachers 32 und wegen Ungleichmäßigkeiten im Widerstand und im Sekundäremissionsvermögen der Wände der rohrförmigen Elemente 34 ist die Lichtverstärkung nicht in jedem elementaren Abschnitt der Vorrichtung die gleiche. Daraus folgt eine gewisse Untreue der Wiedergabe durch die Vorrichtung. Darüber hinaus ist wegen der Flächen zwischen den Öffnungen in den rohrförmigen Elementen 34, welche die von der Photokatode kommenden Photoelektronen abweisen, die Auflösung der Vorrichtung verringert. In diesem Zusammenhang sei jedoch darauf hingewiesen, daß dieser zuletzt genannte Fehler keinesfalls nur bei den Elektronenvervielfachern der hier beschriebenen Bauart auftritt, sondern auch bei den üblichen, z. B. beim Fernsehen verwendeten Vervielfachern, die alle mindestens ein Gitter verwenden, das zu denselben Nachteilen wie hier die Flächen zwischen den Öffnungen führt.
Gemäß der Erfindung wird nun dem Gehäuse 20 und damit allen in ihm angeordneten Elementen eine Drehung in bezug auf seine Achse erteilt, wodurch die obengenannten Fehler sehr wesentlich verringert werden. Die verschiedenen, von dem Objekt ausgehenden Lichtstrahlen durchlaufen so statt jeweils feste Bahnen verschiedene Bahnen, auf denen sie entsprechend den Eigenschaften der verschiedenen Abschnitte der Vorrichtung verstärkt werden. Die Verschiebung der Vorrichtung geschieht dabei so schnell, daß durch die Trägheit des Auges ein zeitlicher Mittelwert gebildet wird und die Gleichförmigkeit und die Genauigkeit des verstärkten Bildes verbessert werden. Entsprechend werden dadurch, daß die Flächen zwischen den öffnungen des Vervielfachers 32 sich gegenüber dem Bild bewegen und nicht bestimmten gleichbleibenden Teilen des Bildes dauernd gegenüberliegen, ohne merkliche Erhöhung der Gesamthelligkeit des Bildes doch die Gleichförmigkeit und die Auflösung erhöht.
Ist die Relativbewegung eine Rotation um die ; optische Achse, so hat die lineare Geschwindigkeit und damit der Ausgleichseffekt das Maximum am Umfang der Vorrichtung. Darin ist ein Vorteil zu sehen, da sich in den am Umfang liegenden Zonen des Bildes die Homogenitäts- und Auflösungsfehler am stärksten bemerkbar machen.
Aus den bereits genannten Gründen wird für die Leuchtsubstanz des Schirms 40 eine solche mit relativ kurzer Nachleuchtdauer verwendet.
Die verschiedenen Elemente der Vorrichtung können mit verschiedenen Geschwindigkeiten bewegt werden. Dies gilt insbesondere für den Leuchtschirm 40, der vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit bewegt wird, die kleiner ist als die des Vervielfachers.
Die den einzelnen Elementen der Vorrichtung erteilte Bewegung braucht nicht unbedingt eine Rotationsbewegung zu sein, sondern kann auch eine auf beliebigem Wege erzeugte Wechselbewegung sein.

Claims

Patentansprüche: 1. Elektronenoptischer Bildverstärker mit einem Sekundärelektronenvervielfacher und einem von dessen ausgesandten Sekundärelektronen getroffenen Leuchtschirm, wobei Vervielfacher und Leuchtschirm in einem luftdicht abgeschlossenen Gehäuse untergebracht sind, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß das Gehäuse (20) gegenüber einem Objekt einer zyklischen oder drehenden Bewegung mittels eines Antriebssystems (22, 24, 26) unterworfen ist, das einen Zahnkranz (22) enthält, der um das Gehäuse (20) in einer zu den vom Objekt ausgehenden Lichtstrahlen im wesentlichen senkrechten Ebene gelegt ist, daß die Bewegung mit einer so hohen Geschwindigkeit erfolgt, daß infolge der Trägheit des menschlichen Auges sich eine die örtlichen Unterschiede des Vervielfachers und/oder des Leuchtschirmes ausgleichende Wirkung einstellt, und daß Schleifringe (31 a, 36 a, 38 a, 42 a) und Schleifkontakte (31 b, 36 b, 38 b, 42 b) am Gehäuse (20) zur Zuführung der erforderlichen Spannungen vorgesehen sind. z. Bildverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung eine Drehbewegung um eine optische Achse ist, die im wesentlichen parallel zu den vom Objekt ausgehenden Lichtstrahlen verläuft. 3. Bildverstärker nach Anspruch 1 oder 2, enthaltend eine vor dem Elektronenvervielfacher angeordnete Photokatode, dadurch gekennzeichnet, daß die Photokatode (30) mit dem Elektronenvervielfacher gedreht wird. 4. Bildverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenvervielfacher (32) aus einer Vielzahl paralleler Röhrchen (34) besteht, deren Länge groß im Verhältnis zum Durchmesser ist, deren seitliche Flächen einen gleichförmigen Widerstand aufweisen und Sekundäremissionseigenschaften besitzen, und daß zwischen ihren Enden eine Spannungsdifferenz zur Erzeugung eines axial verlaufenden elektrischenBeschleunigungsfeldes liegt.