DE1489172B2 - Bildwandler oder bildverstaerker mit einer der elektronenvervielfachung dienenden platte - Google Patents

Description

gegenüber den bekannten Anordnungen die axiale

Ausdehnung wesentlich verringert werden kann. 35 Auch kann das Herstellungsverfahren wesentlich ver-

Die Erfindung bezieht sich auf einen Bildwandler einfacht werden, weil nämlich für die Fotokathode oder Bildverstärker mit einer eine größere Anzahl keine besonderen Anschlüsse und insbesondere auch eng benachbarter und regelmäßig angeordneter, der keine besondere mechanische Halterung mehr er-Elektronenvervielfachung dienender Kanäle aufwei- forderlich ist. Dadurch, daß die Fotokathode nunsenden dünnen Platte aus Glas oder einem anderen 40 mehr unmittelbar auf der Lichteintrittsseite der Ka-Werkstoff mit hohem elektrischen Widerstand, auf näle aufgebracht ist, erreichen auch mehr Fotoelekderen beiden Stirnflächen elektrisch leitende Metall- tronen ohne Schwierigkeiten die Kanäle und verbeläge angeordnet sind. bessern somit den Wirkungsgrad der bekannten

Die Elektronenvervielfachung in einer derartigen Anordnung in fotoelektrischer Hinsicht. Platte erfolgt in den Kanälen und wird bei größerer 45 Um die Ausbeute an Fotoelektronen noch weiter Elektronengeschwindigkeit und durch Sekundär- zu vergrößern, kann in einer Weiterbildung der Eremission an den Innenflächen der Kanäle erhöht. Die findung die Fotokathode die Innenflächen der Kanäle Sekundärelektrodenemission kann durch Anbringung mindestens teilweise abdecken. Auch kann der Meeines sekundäremittierenden Werkstoffes auf den tallbelag auf der Lichteintrittsseite eine lichtreflektie-Innenflächen der Kanäle weiter erhöht werden. 50 rende Schicht sein.

Aus der schweizerischen Patentschrift 227 257 ist Durch diese Maßnahmen der Erfindung ist also

eine Ausführung einer Doppelschichtfotokathode be- eine noch größere Ausbeute möglich, denn die Ankannt. In der einen Schicht werden durch Neutronen zahl primärer Fotoelektronen bedingt eine größere oder Röntgenstrahlen geladene Teilchen oder Gam- Anzahl von Sekundärelektronen und schafft damit mastrahlen erzeugt, jedoch keine Elektronen ausge- 55 die Voraussetzung für eine erhebliche Steigerung der löst. Erst durch die auf diese Weise erhaltene Strah- Elektronenvervielfachung.

lung werden in der zweiten anliegenden Schicht Se- In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die

kundärelektronen ausgelöst. In bekannter Weise wird dünne Platte aus einem für Licht durchlässigen also die auffallende, von der abbildenden Strahlen- Werkstoff bestehen. Auch kann die dünne Platte aus quelle herrührende Strahlung in einer Doppelschicht 60 Glasröhrchen bestehen und ein Werkstoff zwischen in Elektronen umgewandelt, ohne daß dabei jedoch diesen einen niedrigeren Brechungsindex aufweisen, eine Elektronenvervielfachung stattfindet. Die An- Die Vorteile dieser Anordnungen werden in der

zahl der ausgelösten Elektronen ist schließlich ab- Figurenbeschreibung näher auseinandergesetzt, hängig von der Energie der primären Strahlung. Ausführungsbeispiele nach der Erfindung sind in

Aus der französischen Patentschrift 1 295 026 ist 65 den Zeichnungen dargestellt und werden im folgeneine Anordnung bekannt, die der Elektronenverviel- den näher beschrieben. Es zeigt fachung dient. Wie insbesondere F i g. 4 dieser Pa- F i g. 1 einen Bildwandler in schematischer Dar-

tentschrift zeigt, besteht die Vervielfachungsanord- stellung,

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F i g. 2 einen Schnitt in vergrößerter Darstellung in den Kanälen 18 ist durch die heraustretenden durch die der Elektronenvervielfachung dienende Pfeilbündel 19 angedeutet.

dünne Platte, Das Feld an den Eingängen der Kanäle 18 hat

F i g. 3 eine teilweise Schnittdarstellung ähnlich keine Wirkung, wenn nach F i g. 5 die Fotokathode 8 F i g. 2 mit der Fotokathode auf dem Metallbelag, 5 die Innenflächen der Kanäle 18 ganz abdeckt. Auch Fig. 4 eine Darstellung wie nach Fig. 3, jedoch dann können die leitende Schicht 5 und die Spanmit einer Fotokathode, die in die Kanalanfänge hin- nungsquelle 13 weggelassen werden, weil das Feld einreicht, nicht benötigt wird.

F i g. 5 eine Darstellung ähnlich F i g. 3 mit einer Eine Fotokathode 8, die sowohl den Metallbelag

Fotokathode, die die Innenflächen der Kanäle ganz io 11 als auch die Innenflächen der Kanäle 18 mindebedeckt, . stens teilweise abdeckt (s. Fig. 4), wird nachstehend

Fig. 6 einen Schnitt durch die dünne Platte, be- näher erläutert.

stehend aus nebeneinander angeordneten Glasrohr- Einige Einzelheiten können den Erscheinungen der

chen, Fotoemission entnommen werden, die wichtig sind

F i g. 7 einen Schnitt ähnlich F i g. 2 mit einer An- 15 für die Weise, in der ein möglichst großer Teil der zahl von Lichtstrahlen und deren Verlauf bei Re- einfallenden Lichtstrahlen in Fotoelektronen umgeflexion in und zwischen den Kanälen. wandelt wird. Die Umwandlung von Licht in Fotoin der stark vereinfacht dargestellten Ausführungs- emission bringt mit sich, daß aus der fotoelektrischen form eines elektrischen Bildwandlers nach Fig. 1 ist Schicht, also z. B. aus der Fotokathode 8, Fotoelekmit 1 eine aus Glas hergestellte Hülle bezeichnet, die 20 tronen beim Eindringen der Lichtstrahlen in die zwei ebene Stirnwände 2 und 3 aufweist. Die Hülle 1 Schicht ausgelöst werden. Am meisten üblich sind umfaßt einen entlüfteten Raum, in dem die der Elek- Fotokathoden, die auf der Austrittsseite des Lichtes tronenvervielfachung dienende dünne Platte 4 ange- emittieren und auf einem durchsichtigen Glasträger ordnet ist. Die Stirnwand 2 der Hülle 1 ist mit einer aufgebracht sind. Sie weisen eine Dicke von einigen leitenden Schicht 5 überzogen, die für eine Strahlung 25 Hundert A auf. Eine derartige Fotokathode hat eine durchlässig ist, d. h. für sichtbares oder unsichtbares Quantenausbeute von etwa 10%, so daß viele Licht-Licht oder für eine andere bilderzeugende Strahlung. strahlen ungenutzt die Fotokathode verlassen. Eine Die Strahlung des Gegenstandes 6 wird durch die Zunahme der Lichtabsorption durch Vergrößerung Linse 7 gebündelt und auf eine Fotokathode 8 der der Schichtdicke bietet wenig Vorteil, da weniger Platte 4 geworfen. 30 Fotoelektronen mit einer zum Austreten ausreichen-

Die andere Stirnwand 3 der Hülle 1 ist mit einem den Energie die Oberfläche erreichen.
Leuchtschirm 9 überzogen, in dem Elektronenenergie Eine höhere Quantenausbeute ergibt sich jedoch

in lumineszierendes Licht umgewandelt wird, das dann, wenn die in die Fotokathode 8 eindringende von der Außenseite her beobachtet werden kann, wie Strahlung reflektiert und wieder durch die Eintrittsmit dem Pfeil 10 angedeutet. 35 fläche geführt wird. Die Strahlen 20 und 21 in F i g. 3

Der mittlere Teil des Bildwandlers wird von der lösen Fotoelektronen auf der Eintrittsfläche aus, der dünnen Platte 4 eingenommen, die auf ihren beiden Lichtstrahl 22 hat die gleiche Folge, aber hat dann inStirnseiten mit Metallbelägen 11 und 12 überzo- folge der Reflexion an der Oberfläche des leitenden gen ist. Metallbelages 11, auf der die Fotokathode 8 aufge-

Von einer Spannungsquelle 13 her erhält der Me- 40 bracht ist, die Fotokathode 8 bereits zweimal durchtallbelag 11 ein höheres Potential als die leitende quert.

Schicht 5 auf der Stirnwand 2 der Hülle 1. Die Span- Eine weitere Erhöhung der Ausbeute ergibt sich

nungsquelle 14 führt dem Metallbelag 12 ein gegen- dann, wenn sich die Fotokathode 8 bis in die Kanalj über dem an dem Metallbelag 11 stehenden Poten- öffnungen 18 (s. Fig. 4) hinein erstreckt. Von dem tial höheres Potential zu. Zwischen dem Metallbelag 45 einfallenden Licht geht ein Teil in den Kanälen 18 ; 12 und einer durchsichtigen leitenden Unterlage des verloren, und deren Innenwände werden auch von ! Leuchtschirmes 9 liegt eine Spannungsquelle 15. einer Vielzahl von Strahlen getroffen, die schräg ein-

j In dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 ist der fallen, was bei nahezu allen Strahlen zutrifft, die

leitende Metallbelag 11 mit einer Fotokathode 8 durch eine Linse fokussiert werden. Eine teilweise überzogen. Die Fotokathode 8 ist eine homogene 50 Abdeckung der Innenflächen der Kanäle 18 mit einer Schicht, die den Metallbelag 11 mit Ausnahme der Fotokathode 8 erhöhtt die Fotoemission erheblich. j durch die Kanäle 18 gebildeten Öffnungen abdeckt. Ein wesentlicher Beitrag zur Erhöhung der foto-

Die beim Projizieren eines Lichtbildes auf die Foto- elektrischen Ausbeute kann durch Erhöhung der Ankathode8 an der Kathodenoberfläche ausgelösten zahl der Reflexionen erzielt werden. Lichtstrahlen, Fotoelektronen treten in einer Richtung hinaus, die 55 die nach Reflexion an der Trägerfläche der Fotovon den Kanälen 18 abgewandt ist. Auf dieser Seite kathode 8, also an der Fläche des leitenden Metallist aber auf die Fotokathode 8 ein elektrisches Feld belages 11 die Fotokathode 8 noch verlassen, gehen gerichtet, das die Fotoelektronen in Richtung auf die verloren. Zur Herabsetzung dieses Lichtverlustes Kanäle 18 ablenkt. können bestimmte Vorkehrungen getroffen werden.

Wenn der durch die elektrische Spannung zwischen 60 Dies wird an Hand der F i g. 5 näher erläutert,
den Metallbelägen 11 und 12 erzeugte Feldverlauf an In diesem Ausführungsbeispiel pflanzt sich das auf

den Eingängen der Kanäle 18 ausreicht, um die der Vorderseite einfallende Licht in der dünnen Fotoelektronen abzulenken, können die leitende Platte 4 fort. Um das Innere der Platte 4 erreichen zu Schicht 5 auf der Stirnwand 2 und die Spannungs- können, muß der leitende Metallbelag 11 auf der quelle 13 weggelassen werden. 65 Eintrittsseite durchsichtig sein. Die Wirkung einer

Für einige der unter der Wirkung der einfallenden Fotokathode 8 auf dieser Seite, die durch Reflexion Strahlung 16 ausgelösten Fotoelektronen sind die an dem leitenden Metallbelag 11 verstärkt wird, geht Bahnen 17 dargestellt. Die Elektronenvervielfachung somit verloren. Demgegenüber können alle durch-

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gehenden Lichtstrahlen zur Fotoemission beitragen. die Ausgänge beschleunigt. Sie durchlaufen Zick-

Zu diesem Zweck besteht die Platte 4 aus durchsich- zackbahnen, wodurch die Elektronen die Stellen 28

tigern Werkstoff, und die Innenflächen der Kanäle 18 auf den Innenflächen der Kanäle 18 treffen und Se-

sind über ihre ganze Länge mit der Fotokathode 8 kundärelektronen erzeugen. Wenn die Innenflächen

überzogen. An allen Stellen, an denen die Foto- 5 nur teilweise mit einer Fotokathode 8 überzogen sind,

kathode 8 von Lichtstrahlen getroffen wird, kann ist ihr übriger Teil mit Sekundärelektronen emittie-

Fotoemission auftreten. Die Bahnen 24 der in den rendem Werkstoff abgedeckt. Die Erhöhung des

Figuren dargestellten Lichtstrahlen weisen eine oder fotoelektrischen Wirkungsgrades wird aber überwie-

mehrere Reflexionen auf. gend durch den Überzugsteil der Innenfläche der Ka-

Eine Erhöhung der mittleren Anzahl von Re- io näle 18 auf der Eintrittsseite der Lichtstrahlen gelieflexionen pro Lichtstrahl bringt eine Streuung und fert, der sich über etwa 20 % der Kanallänge erstreckt, einen Lichtverlust durch Absorption in dem Träger- Die vorstehend geschilderte, der Elektronenvervielwerkstoff mit sich. Die Stirnfläche, in die die Kanäle fachung dienende Platte 4 kann dadurch hergestellt 18 münden, kann mit einem reflektierenden, leiten- werden, daß als Platte 4 mit den Kanälen 18 ein Glas den Metallbelag 12 versehen werden, so daß die die 15 mit einem verhältnismäßig großen Anteil an Blei, ganze Dicke der Platte 4 durchquerenden Licht- etwa 40 bis 50 Gewichtsprozent, benutzt wird. Der strahlen zurückgestrahlt werden, wodurch der Weg leitende Belag U auf der Eintrittsseite kann durch für die Auslösung von Fotoelektronen weiter ver- Aufdampfen von Zinnsulfid unter einem kleinen längert wird. In diesem Falle muß jedoch die Streu- Winkel zur Fläche erhalten werden, so daß kaum ung etwas beschränkt werden. Dies kann durch ein 20 Werkstoff in die Öffnungen der Kanäle 18 gelangt,
bestimmtes Herstellungsverfahren der die Kanäle 18 Auf der Austrittsseite kann auf der Oberfläche aufweisenden Platte4 erfolgen. Fig. 6 zeigt das Zu- Chrom niedergeschlagen werden. Das Aufdampfen sammenfügen einzelner Glasröhrchen 25, die je einen kann unter einem kleinen Winkel zur Fläche erfol-Kanal der Platte 4 bilden und durch ein niedrig- gen. Wird dieser Winkel hinreichend groß gewählt, schmelzendes Glas 26 zusammengeschmolzen sind. 25 so bildet sich in den Öffnungen an den Rändern ein F i g. 7 zeigt diese Schicht zwischen den Wänden der schmaler Kragen aufgedampften Metalls, der in Kanäle 18, und einige Linien 27 deuten den Verlauf einem umlaufenden Überzug endet, wenn die Quelle der Lichtstrahlen an, die das Material an verschie- des Metalldampfes um eine in der Mitte der Platte 4 denen Stellen und in verschiedenen Richtungen senkrechte Achse gedreht wird,
durchdringen. Der leitende Belag 11 auf der Seite 30 Das Zinnsulfid wird darauf durch Erwärmung in des einfallenden Lichtes ist durchsichtig und ist hier Luft bis zu der gerade unterhalb der Erweichungsdurch eine dicke gestrichelte Linie dargestellt. Die temperatur des Glases liegenden Temperatur in Zinndünne gestrichelte Linie 8 stellt den Überzug mit dem oxyd umgewandelt.

fotoelektrischen Kathodenwerkstoff, also die Foto- Nach dem Anbringen der leitenden Beläge 11 und

kathode 8, in den Kanälen 18 und auf dem leitenden 35 12 wird die Anbringung der Fotokathode 8 ange-

Metallbelag 11 dar. fangen. Es wird Antimon aus einer Dampfquelle ver-

Das dazwischenliegende Glas 26 kann undurch- dampft, die einen Winkel mit der zur Oberfläche sichtig sein. Dies ist jedoch nicht günstig für die Er- senkrechten Achse in der Mitte der Trägers auf der höhung der Fotoelektronenemission in der Foto- Eintrittsseite einschließt. Dieser Winkel wird derart kathode 8 durch Reflexion. Ist dieses Glas 26 durch- 40 gewählt, daß der Dampfstrahl nicht nur die Obersichtig, kann durch geeignete Wahl der Brechungs- fläche bestreicht, sondern auch bis zu einer gewissen indizes beider Glassorten (25, 26) der Wirkungsgrad Tiefe in die Kanäle 18 eindringt, z. B. über 20% der günstig beeinflußt werden. Kanallänge.

Wenn die Brechungszahl des Glases 26 höher ist Die erforderliche Aktivierung des Antimons mit als die der Glasröhrchen 25, werden die durch den 45 Cäsium erfolgt im Vakuum. Zu diesem Zweck wird Metallbelag 11 eintretenden Lichtstrahlen auf den die Platte 4 in eine Hülle eingebracht. Im Innern der Trennflächen reflektiert, so daß sie das dazwischen- Hülle wird Cäsium verdampft, wodurch nicht nur liegende Glas nicht verlassen und somit nicht zur das Antimon zum Erzielen einer effektiven Foto-Fotoemission beitragen können. Die Brechungszahl kathode 8 aktiviert wird, sondern auch die dann noch des dazwischenliegenden Glases 26 muß somit vor- 50 nicht bedeckten Teile der Innenflächen der Kanäle 18 zugsweise niedriger als die der Glasröhrchen 25 sein. durch Cäsium abgedeckt werden, wobei ein Überzug Dies kann insbesondere dann erreicht werden, wenn hohen elektrischen Widerstandes und hinreichender sich die Fotokathode 8 über die ganze Länge der Leitfähigkeit entsteht, wodurch auch eine gleich-Kanäle 18 erstreckt und außerdem als Widerstands- mäßige Potentialverteilung an den Innenflächen beim schicht benutzt wird, so daß an den Widerstand des 55 Anlegen einer elektrischen Spannung an die leitenden Röhrchenwerkstoffes in Hinsicht auf eine gleich- Beläge 11 und 12 auf der Ein- und der Austrittsseite mäßige Spannungsverteilung an den Innenflächen der der Platte 4 erzielt wird. Der Cäsiumniederschlag auf Kanäle 18 entlang keine besonderen Anforderungen den Innenflächen weist einen hohen Sekundärelektrogestellt zu werden brauchen. nen-Emissions-Koeffizienten auf.

Im vorstehenden wurde die Erhöhung des foto- 60 Derartige Platten 4 werden in Bildwandlern, Bildelektrischen Wirkungsgrades beschrieben, bei der verstärkern oder für den Bildwandlungsteil in Femaußerdem die Elektronenvervielfachung durch Se- sehaufnahmeröhren verwendet. Andere Anwendungskundäremission vergrößert wird. In jedem Kanal 18 möglichkeiten liegen vor, bei denen die Anforderunwerden durch Fotoemission ausgelöste Elektronen gen in bezug auf Bildpunktschärfe weniger hoch und unter der Wirkung des elektrischen Feldes, dessen 65 damit dann weniger Kanäle erforderlich sind, z. B. Feldlinien praktisch parallel zu den Kanalachsen ver- bei Lichtverstärkern und Elektronenröhren, oder kufen, zwischen den leitenden Belägen 11 und 12 an z. B. für Fotozellen, Fotovervielfachungsröhren den beiden Stirnflächen der Platte 4 in Richtung auf u. dgl., bei denen nur ein einziger Kanal ausreicht.

Claims (5)

1 2 nung aus einem Bündel nahe aneinanderliegender Patentansprüche: enger und parallel zueinander verlaufender Kanäle, die auf ihrer Eingangs- und ihrer Ausgangsseite eine

1. Bildwandler oder Bildverstärker mit einer elektrisch leitende Fläche aufweisen. Im Abstand vor eine größere Anzahl eng benachbarter und regel- S diesem der Elektronenvervielfachung dienenden Bünmäßig angeordneter, der Elektronenvervielfachung del ist eine Fotokathode angeordnet und im Abstand dienender Kanäle aufweisenden dünnen Platte dahinter ein Leuchtschirm, die beide ebenfalls mit aus Glas oder einem anderen Werkstoff mit einer elektrischen Spannungsquelle verbunden sind, hohem elektrischen Widerstand, auf deren beiden Auf Seite 3, linke Spalte, Absatz 3, dieser französi-Stirnflächen elektrisch leitende Metallbeläge an- io sehen Patentschrift ist darauf hingewiesen, daß die geordnet sind, dadurch gekennzeichnet, Fotokathode völlig wegfallen kann und daß das abdaß eine Fotokathode (8) unmittelbar auf dem zubildende Objekt direkt auf den Eingang der Ka-Metallbelag (11) auf der Lichteintrittsseite der näle abgebildet werden kann. Die ausgelösten Pho-Kanäle (18) aufgebracht ist. tonen werden dann in dem Bündel verstärkt. Die

2. Bildwandler oder Bildverstärker nach An- 15 Anordnung wirkt dann aber als reiner Lichtverstärker Spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Foto- und nicht als Elektronenvervielfacher.

kathode (8) die Innenflächen der Kanäle (18) Wie insbesondere F i g. 6 der französischen Patent-

mindestens teilweise abdeckt. schrift 1 295 026 zeigt, kann das in F i g. 4 dieser

3. Bildwandler oder Bildverstärker nach An- Patentschrift sehr lang ausgebildete Bündel auch als Spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der 20 kurze Platte, und zwar kurz in der axialen Ausdeh-Metallbelag (11) auf der Lichteintrittsseite eine nung, ausgebildet werden.

lichtreflektierende Schicht ist. Die Aufgabe der Erfindung bestand darin, diese

4. Bildwandler oder Bildverstärker nach einem bekannte Anordnung derart auszubilden, daß eine der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, kompaktere Bauart und damit gleichzeitig eine Verdaß die dünne Platte (4) aus einem für Licht 25 einfachung des Herstellungsverfahrens erreicht wird, durchlässigen Werkstoff besteht. Dies wird bei einem Bildwandler oder Bildverstär-

5. Bildwandler oder Bildverstärker nach einem ker der eingangs genannten Art nach der Erfindung der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dadurch erreicht, daß eine Fotokathode unmittelbar daß die dünne Platte (4) aus Glasröhrchen (25) auf dem Metallbelag auf der Lichteintrittsseite der besteht und ein Werkstoff zwischen diesen einen 30 Kanäle aufgebracht ist.

niedrigeren Brechungsindex aufweist. Bei einem nach der Erfindung hergestellten Bild

wandler oder Bildverstärker besteht der Vorteil, daß