DE1489172A1 - Elektronenvervielfachungselektrode und mit einer solchen Elektrode versehene Elektronenroehre - Google Patents

Description

• "Elektronenvervielfachungselektrode und mit einer solchen Elektrode versehene Elektronenrührei'

  Die Erfindung betrifft eine Elelitronenvervie3.fachLtr@selelrtrode

  für einen elektronischen Bildwandler und eine i-it einer solchen

  L@Fl@trode versebene elektronische Jildrölire.

  Eine Elektronenvervielfachurir-,seleictrode, die zur Verstärkung

  eines -#..l ektronenstronis von einer 2aektronenquelle, @;. B. einer

  photoelektrischen Kathode, nach einem Auffangschirm aus Leucht-

  stoff dient, besteht aus einer dlinnen Blatte aus Glas oder

  eineri anderen L-ihnlichen :tIaterial;mit hohem elek-trisclieni iii-

  dertand, die auf beiden Seiten i:iit leitenden Flächen über-

  zogen Lund mit einem Netzwerk aneinander iiahelieJender, enger

  i@an@@le versehen ist, die sich zwischen den beiden Seiten er-

  strechen. Die Elektronenvervielfachung erfolgt in den Kanälen

  uizä ::ird durch Zunahme der Elelltronengesch@:.rindigkeit und durch

  Sekundäremission an den Stellen, 2.n denen die Elektronen die

  '7axidfll,chen im Innern der Kanäle treffen, hervorgerufene Die

  Sekunt-i,_remigsion kann durch Anbringung eines sekundäremittie..

  renden Materials auf den Innenflächen gefördert werden.

  In einer Elektronenstrahlröhre für Bildwandlung oder Bildver-

  stiarkung wird eine solche Elektronenvervielfachungselektrode

  gemeinsam reit einer Elektronen emittierenden Kathode benutzt,

  die in einem kurzen Abstand parallel zu dieser Elektrode ange-

  ordnet ist, wobei die Elektronen emittierende Oberfläche auf

  der Röhrenwand oder auf einem getrennten Träger " angebracht

  ist. Bei der Herstellung der Röhre vrird diese Anordnung durch

  getrennte i=er,@-tellung der photoelektrischen ILathode, eile in

  der Röhre .auf der i'iDrzd angebracht werden soll, oder durch An-

  bringung der Kathode auf einem `lr@',,ger erhalten, der aachtri.g-

  lich in der Rülire untergebracht wird. Die Erfindung bezweckt,

  eine Verbesserung zu schaffen, die eine wesentliche Verein-

  fachung der ^.rbeitsvorgri@e mit sich bringt, die bei der I:er-

  stellung eines solcho-li Dildwandlers durchgeführt @rrerdeii missen.

  uemUß der Erfindung ist die Elektronenv,#rvi -:af a.cliun,,_;2el ektrode

  leichzeiti- der Trci-er der j:riotoel ektriscr.en i,athode.

  Die die photoele?Ltri:;crie Kathode tr;genden Oberfläcr._en können

  eine der Setenfl-'cticii uu:L' der der Strahlenquelle zugewandten

  Seite, die Inncnfläcrieli der l@Enö,le ode-@ sowohl eine Seiten-

  fläche und die Iiirie_zflcl chen der Llekt°oiLenvervic:lfacriungselek-

  trode sein. Es sind versch."leize Ausführunsformen ri;j@;lich,

  bei denen eine wirl.-same Urvriiidlun" Jer eiiL -#llenden Strahlung

  in Photoemission erzielt wird; die Einzelheiten werden in der

  nachfolgenden Beschreibung der Figuren ii':her erläutert.

  In der Zeichnung zeigen

  Fig. 1 einen elektronischen Bildwandler mit einer Llektronen-

  vervi elf achun Esel ekt ro de nach der Erfindung,

  Fig. 2 einen Schnitt dieser Elektrode,

  Fig. 3 die photoelektrische Kathode als Überzug einer Außen-

  fläche,

  Fib. 4 die photoelektrische Kathode auf der Innenfläche der

  Kanäle,

  Fig. 5 die photoelektrische Kathode als Überzug einer Seite und eines Teiles der Innenflächen der Kanäle, Fig. 6 schematisch die 'Ü'usammeiisetzuizg eines Elektrodenkörpers :aus Glasröhrchen, Fig. 7 eine Anzahl von Lichtstrahlen und deren Verlauf bei Reflexion.
• Die stark vereinfachte Ausführungsform eines elektrischen Bild-Wandlers nach Fig. 1 hat eine gewöhnlich aus Glas hergestellte Hülle 1, die zwei ebene Stirnwände 2 und 3 besitzt. Die Iüille umfaßt einen entlüfteten Rau.,n, in dem die Elektronenvervielfac'=ungselektrode 4 untergebracht ist. Die Stirnwand 2 der Hülle ist mit einer leitenden Schicht 5 überzogen, die für Strahlung durchlässig ist, d. h. für sichtbares oder unsichtbares Licht oder :'ür aridere bilderzeugende Strahlung. Die Strahlung des Gegenstandes 6 wird mittels der Linse 7 gebündelt und auf eine Seitenflüche 8 der Elektrode 4 geworfen.
• Die andere Stirnwand 3 der Hülle L ist mit einem Leuchtschirm 9 überzogen, in dem Bleä@tronenenereie in lumineszierendes Zi-ht umgewaxidelt wird, das von der Außenseite her beobach tot ;erden kanni dies ist durch den t?feil 10 angedeutet.
• Der mittlere Teil der Röhre wird von der Elektronenvervielfachungselektrode 4 eingenommen, die auf beiden Seiten mit :letallbelägen 11 und 12 überzogen ist.
• Eine S,@annungsc.uelle 13 erteilt dem Belag 11 ein höheres Potential als das der leitenden Schicht 5 auf der Yland 2 der hülle 1, und die Spannungsquelle 14 führt dem Belag 12 ein höheres Potential zu. Z-;iischen dem Belag 12 und einer durch.-

  sicli,igen leitenden *Unt(z-;rl@";e des l@cuchtsc-iiriiies 9 lieft

  eine15.

  In de--.i Ausf;lirungsbeis#,)iel nach I'1.-.. ` ist die leitende 1'1ä-

  c@le 11 ?#it einer r@@otoelel@ tri scl en t@Jtliode 8 überzogen. Die

  .hoto'_lathode 6 ist eine lioinoge_e Schicht, welche die Oberfl-,che

  11 Mit AusnaLT,-,e C!er Üffnungen in dem Belag 11 überdeckt, die

  ihrerseits zu den il-anä,len in.cia liöry@er der Elehtrode führen.

  Die beim l.ro jizieren eines Lichtbildes auf die Photokathode

  an c:er 1d t1lodenoberfläche ausgelösten rllotoeleltr onerl treten

  in ei-"12r c'_-tiulg her@.us, die von den 1%a11,len abgewandt ist.

  Auf dieser. Seite ist auf üie --'liotoh:3.tiode #3 ein elektrisches

  Felderic':.tet, das die Elelztrciien in Richtung r.uf die Xar?@le

  ablenkt. Der Feldverlauf an den Eingän;@en der Kanäle infolge

  der elektrischen Spannung zwischen den Belägen 11 und 12 1Lann

  mehr oder weniger ausreichend sein, um "ie Elel:tronenb,a-nen

  abzulenken; in diesem falle können nötigenfalls die leitende

  Schicht 5 auf der VTwld 2 und die S7oaianungsquelle 13 wegge-

  lassen vierden. Für einige der unter der Wirkung der einfallen-

  den Strahlung 16 ausgelösten Elei,-tronen sind die Bahnen 17

  dargestellt. Die Elektronenvervielfachung in den Kanälen 18

  wird durch üie heraustretenden Pfeilbündel 19 angedeutete

  Das Richtfeld an den Eingängen der Kanäle hat keine Wirkung,

  wenn gemäß Fig. 5 die Innenflächen der Kanäle mit photoemittie-

  rendem r"Lathoden.material überzogen sind. Ein solches Feld und

  der leitende Belag 5 mit der Spannungsquelle 13 können dann.

  weggelassen werden.

  Eine photoelektrische Kathode, die sowohl die Seitenfläche 11

  als auch die Innenflächen der Kanäle wenigstens teilweise ab-*

  deckt, (siehe Fig. 4) wird nachstehend weiter erläutert.

  Einige Einzelheiten. können den Erscheinungen der Photoemission

  elltnoliimen werden, die wichtige sind .für die `;eise, in der ein

  l;lilichst grot@er Teil der einfallenden Lichtstrahlen in Pho-

  toelektronen =gewandelt wird. Die Umwandlung von Licht in

  M_zotoemission bringt init sich, daß aus der photoelektriscj'len

  Schient Photoelektronen beim Eindringen der Lichtstrahlen in

  die Schicht G.us@elöst werden. Ain meisten LIblicl-: sind Photo-

  k,-,,thoden, ciiie der Austrittseite des Lichtes emittieren

  und @:uf einem durchsicIlti@en Glasträger anJebracht sind. Sie

  'Laben eine Dicke von einigen Iundert @. Eine solche Photo-

  kathode hat eine Quantenausbeute von etwa 10 %, so daß viele

  Lichtstrahlen ungenutzt die Ehotokathoeie ve.--lassen. Eine Zu-

  nahme der Lichtabsorption durch Vergrößerurls: der Schichtdicke

  bietet =wenig Vorteil, da weniger Ele'ttronen llit einer zum

  Austreten ausreiclhenden Energie die Oberf15che erreichen. Eine

  höhere Quantenausbeute ergibt sich, wenn die in die Photo-

  katiiode eindringende Stra'ilung reflektiert und -Nieder durch

  äie #Oirltrittsflä ehe geführt wird. Die Strl-""lilen 20 und 21 in

  lösen Photoelektronen aus der E#intrittsf-L;3che aus, der

  Lichtstrahl 22 hat die öleiche Folge, aber hat dann infolge

  der Reflexion an der Oberfläche der leitenden Schicht 11, auf

  der c.>," Photokathodenmwterial Lerngebracht ist, die photoeleli-

  trische Schicht 8 bereits zweimal durchquert.

  Eine Erhöhung der Ausbeute ergibt sich weiter, wenn die Photo-

  ka.tr_odenfl=.che bis in die 1ianalöffnungen (siehe Fig. 4) ausge-

  dehnt wird. Von dem einfallenden Licht geht ein Teil in den

  @,anälen verloren und deren Wände werden auch von einer Viel-

  zahl @4n Strahlen getroffen, die sehr-g einfallen, ixia,s bei

  nahezu allen Strahlen zutrifft, die aurcl= eine Zinse fokus-

  siert werden. Eine partielle Abdeckung der Innenflächen der

  Lande mit einer 1-)hotokathode 23 erhöht die Photoemission er-

  heblich,

  Ein wesentlicher Beitrag zur Erhöhung der photoelektrischen

  Au-.beute kann dusch Erhöhung der Anzahl der Reflexionen er-

  zie?t werden. Lichtstrai?len, die nach Reflexion an der Trä-

  öerfläcr?e der i'hotokathode, also an der FMche der leitenden

  Scrlicht 11 die 1"vlotokathode noch verlassen, gehen verloren;

  zur Herabsetzung @_ieses Lichtverlustes können bestimmte Vor-

  kehrungen getro O=fen werden. Dies wird an -2Li"and der Fit,- 5

  rr.äher erläutert.

  In dieseln Ausf'-ihrungsbeispiel pflanzt sich das auf der Vorder-

  seite ein-_1^llenäe Licht in dem Trägerkörper der Vervielfa-

  chungselektrode fort. Um diesen Körper erreichen zu können,

  muß die leitende Sc=icht 11 auf der Eintrittsseite durchsich-

  tig sein. Die Vlirkung einer Photokathode a iLf dieser Seite,

  die durch Reflexion an der leitenden Schicht verst@:rkt wird,

  rieht somit verloren. Der_Igegenüber können alle durchgehenden

  Lichtstrahlen zur hirotoemission beitragen. Zu diesem Zwech

  besteht der Trägerkörper 4 aus durchsichtigem 'aterial und

  sind die -`fände der Kanäle 18 über die ganze Länge mit einer

  photoelektrischen Schicht 23 überzogen, An allen Stellen, an

  denen diese Sc_'_-icht von Lichtstrahlen getroffen :vird, kann

  Photoemission auftreten. Die Bahnen 24 der in den Figuren

  dargestellten Lichtstrahler, weisen eine oder mehrere Re-

  flexionen auf.

  Eine Erhöhung der mittleren Anzahl von Reflexionen pro Licht-

  strahl bringt eine Streutund und einen Lichtverlust durch

  Absorption in dem "L'rä,.`er_-raterial mit sich. Die Stirnwand, in

  die die Kanäle 18 münden, kann mit einer reflektierenden,

  leitenden Schicht 1 2 versehen werden, so daß die die ganze

  Dicke des TräVers durchquerenden lichtstra'_,-,1en zurückgestrahlt

  werden, wodurch der i@eg der Photoemission weiter verlängert

  wird. In diesem Falle muß jedoch die Streuung etwas beschrankt

  werden. Dies ",rird bei einem bestimmten Herstellungsverfahren

  des den mit den Kanälen 18 versehenen Trägers erhalten. Fig.

  veranschaulicht 6^.s Zusanmenfügen gesonderter Glasröhrchen 25,

  die je einen Kanal des Ti-L:gers bilden und rlittel, eines niedrig-

  schmelzenden Glases 26 zusar-mengeschmolzen sind. Fig. 7 zeigt

  diese Schicht z--!ischen den !!enden der Kanäle 18, und einige Li-

  nier. 27 deuten den Verlauf der lichtstral@:leri als, die das ;@ate-

  rial 711 ver chiederLen Stellen und in verec:-iederen Richtungen

  durchdringen. Der leitende Belag 11 zaif der Seite des einfallen-

  den Lichtes ist durchsichtig und rixf xiicr durch . eine dicke ge-

  strichelte Yjinie dargestellt. Die dünne gestrichelte Linie 8

  stellt den Überzug des photoelektrischen 1.athodenmaterials in

  d e 11 i'anö,len 18 und an der Eintrittsfläche 11 dar.

  Das dazwischenliegende Glws 26 kann undurcisichtig sein; dies

  ist Jedoch nicht günstig für die Erhöhung der Lichtausbeute

  des Photokathodenteiles durch Reflexion. Ist dieses Glas durch-

  sichtig, kann durch geeignete Wahl der Brechungsindizes beider

  Glassorten der ',iirkunüsgrad günstig beeinflußt werden.

  Wenn die Brechungszahl des Glases 26 höher ist als die des Rohr-

  glases 259 werden durch die Stirnflüche 11 eintretende Licht-

  strahlen'auf den Tre,ulflächen reflektiert, so daß sie das da-

  zwischenliegende Glas nicht verlassen und somit nicht zur

  Photoemission beitragen könnet'. Die Brechungsza:zzl des dazwi-

  schenliegenden Glases 26 muß somit vorzugsweise niedriger als

  die des Rohrglases 25 sein. Dies kann. insbesondere dann er-

  reicht werden, wenn die Fhotokathodenschicht über die ganze

  Kanallänge angebracht und außerdem als Widerstandschicht be-

  nutzt wird, so daß an den Widerstand des Rohrmaterials in Hin-

  sicht auf die gleichmäßige Spannungsverteilung längs der Wand

  keine besonderen Anforderungen gestellt werden.

  Im vorstehenden wurde die Erhöhung des photoelektrischen Wir-

  b i

  kungsgrades beschri eben,%eder außerdem die Llektronenverviel-

  fachung durch Sekundäre::.ission vergrößert wird. In jedem der Kanäle werden durch 1'llotoemission ausgelöste Elektronen unter der Wirkung des elektrischen Feldes zwischen den leitenden Be-: lägen ari beiden Stirnflächen des Trägers, dessen Feldlinien praktisch parallel zu den Kanalachsen verlaufen, in Richtung auf die Ausgänge beschleunigt; sie durchlaufen Zickzackbahnen,. wodurch die Elektronen die Stellen 28 auf den Innenflächen treffen und Sekundäremission erfolz;to Wenn die Innenflächen nur teilweise mit photoelektri schein Material überzogen sied, ist ihr übriger Teil mit sekundäremittierendem iääterial abgedeckt. Die Erhöhung des photoelektrischen Wirkungsgrades wird größtenteils durch den _L';berzugteil der Kanalwände auf der Eintrittsseite der Elektronen -eliefert, der sich über etwa 20 % der Kanallänge. erstreckt.
• Die vorstehend geschilderte Llektronenvervielfachungselektrode kann dadurch hergestellt werden, daß als Träger mit den Kanälen ein Glas mit einem verhältnismäßig großen Anteil an Blei (etwa 40 bis 50 Gewichtsprozent) benutzt wird. Die leitende Fläche auf der Eintrittsseite kann durch Aufdampfen von Zinnsulfid unter einem kleinen Winkel zur Fläche erhalten werden, so daß kaum Material in die Öffnungen gelangt.
• Auf der Austrittsseite kann auf der Oberfläche Chrom niedergeschlagen werden. Das Aufdampfen kann unter einem kleinen Winkel zur Fläche erfolgen; wird dieser Winkel hinreichend groß gewählt, so bildet sich in den Öffnungen längs der Ränder ein schmaler Kragen aufgedampften s'etalles, der in einem umlaufenden Überzug endet, wenn die Quelle des Metalldampfes um eine in der Mitte des Trägers senkrechte Acl,se gedreht wird. Das Zinnsulfid wird darauf durch Erwärmung in Luft bis zu der

  gerade unterhalb der Erweichungstemperatur des Glases lie-

  genden Temperatur in Zinnoxyd umgewandelt.

  Tlach dem Anbringen der leitenden Überzüge wird die ?Lnbringung

  der rihotoelektrischen Xathodenschicht angefangen. :gis wird An-

  timon aus einer Da@;ipfnuelle verdamr;ft, die einen Winkel finit

  der zur Oberfläche senkrechten Achse in der ,`iitte des Trge ra

  auf der Eintrittsseite einschließt. Dieser @linkel wird derart

  gewählt, daß der Darpf strahl nicht nur die Oberfl^ che be-

  streicht, sondern auch bis zu einer gewissen Tiefe in die

  Kan..le eindringtp z. B. über 20 ;ö der -anallänge.

  Die erforderliche Aktivierunä des Antimons mit Cäsium erfolgt

  i@ü V@:@uum. Zu diesem Zweck wird der Trüfer in eine Hülle einge-

  bracht. Im Innern der Hülle wird Cäsium verfr_ipft, wodurch

  nicht nur das Antimon zum Erzielen einer effektiven photo-

  elektrischen Kathode aktiviert wird, sondern auch die dann

  noch nicht bedeckten Teile der Kanalwände durch Cäsium abge-

  deckt werden, wobei einberzug hohen elektrischen Widerstan-

  des und hinreichender Leitfähigkeit entsteht, wodurch eine

  --lcichmäßige rotentialverteilung längs den Oberflächen beim

  Anlegen elektrischer Sp-axinung an die leitenden Überzüge auf

  der Ein- und der Austrittsseite des Trägers erzielt wird. Der

  Cäsiumniederschlag auf dem. Glas der Wand hat einen hinreichend

  hohen Sekundäremissionskoeffizienten.

  Solche 1älektronenvervielfachun-selektroden dienen für Bild-

  wandler und Bildverstärker oder Für den Bildwandlungsteil in

  Fernsehaufnahmeröhren. Andere Anwendungsmöglichkeiten liegen

  vor, bei denen die Anforderungen in Bezug auf Bildpunktschir-

  fe weniger hoch oder weniger Kanäle erforderlich sindp z. B.

  bei :Lichtverstärkern und Elektronenröhren, bei denen nur ein

  einziger Kanal ausreicht, z. B. Bhot o z ell en, 2hotovervi e1 fa-

  chungsröhren und dergleichen.

Claims (1)

1. Patentansprüche: 1. Elektronenvervielfachungselektrode für elektrische Bild- wandler, Licrltverstärker und dergleichen, die aus einer dünnen Platte aus Glas oder einem anderen --hnlichen Haterial mit einem hohen elektrischen @diderstand bestellt, die auf beiden Seiten eine elektrisch leitende Plz-iche besitzt und mit eiziem @etzvaerk nahe aneinander liegender enger Kanäle zwischen den beiden Außenflächen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Flektronenvervielfachungselektrode den Träger einer 1)hotoele'-,- trischen :atliode bildet, welche die durch einfallendes Licht getroffenen Oberflächen ganz oder größtenteils abdeckt. 20 Llehtrode nac1-i Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die photoelektrische II.athode die der @uel_le des einfallenden 1,ich- tes zugewandte Oberfläche abdeckt. 3. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die photoelektrische Kathode die Innenflächen (!er Kanäle, von äer Eintrittsseite des einfallenden Lichtes her gesehen, wenigstens über einen Teil der Kanallänge abdeckt. 4. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die photoelektrische Kathode eine Seitenfläche und die Innenfläche der Kanäle über einen Teil ihrer h=öe abdeckt. 5. Elektrode nach Anspruch 1, 2 oder 4., dadurch gekennzeich- net, daß die leitende Schicht auf c_er mit der photoelektri-- sehen Kathode abgedeckten Seite eine lichtreflektierende Ober- fläche besitzt. 6. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial für Licht durchlässig istc 7. Elektrode nach hnsrruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper aus Glasröhrchen zusammengesetzt ist und ein dazwischenliegendes Material mit einem niedrigeren Brechungsindex die Röhrchen miteinander verbindet. B. Elektronischer Dildwandler mit einer Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 70