DE1539792A1 - Elektronisch-optisches System - Google Patents

Description

Uipl.-lng. utpt oec. pt'tn. · DIETRICH LEWINSKY « _{JuIi bfau}

PATfMrANVVALT München 42 - Gcit'icidstr. 81 -1CQQ7O9

Telefon 5617 02 I O O Z / U C.

4138

Compagnie Franeaise Thomson-Houston Paris VIIIe, Boulevard Haussmann 173 (Frankreich)

Elektronisch-optisches System.

Französ. Priorität vom 19· Juli 1965 aus der französ. Patentanmeldung Nr. 25 148

Die Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes elektronisch-optisches System von elektrostatischer Art und umfaßt als Hauptmerkmal eine verbesserte

Bauweise einer Elektronenlinse von optisch positivem, ™

d.h. konvergierendem Charakter zur Verwendung im Zusammenhang mit einer Emissionselektrode, wie etwa einer Photokathode.

Der Hauptnutzen der Erfindung liegt im Zusammenhang mit Bildwandlerröhren. Solch eine Röhre umfaßt im allgemeinen eine Emissionskathode, in der ein primäres Bild mit Hilfe sichtbareroder unsichtbarer Strahlung gebildet wird, so daß die Kathode Elektronen

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in einem Muster abstrahlt, das dem des primären Bildes entspricht. Die Röhre umfasst weiterhin ein elektronischfoptisches System, das dazu dient, die Elektronen zu beschleunigen und* sie als ein sekundäres Bild auf eine Zielelektrode oder Anode zusammenzufassen. Ein wichtiges Anwendungsgebiet von Bildwandlerröhren ist der sogenannte Helligkeits- oder Leuchtkraftverstärker. In diesem Falle ist das primäre Bild ein sichtbares Bild und das sekundäre Bild auf dem Ziel ist ein gleichartig sichtbares Bild von stark vergrösserter Helligkeit.

Es sollte jedoch klar sein, dass die Emissionselektrode nicht notwendigerweise eine Kathode ist, und demgemäss die geladenen von dem System gehandhabten Teilchen um das primäre Bild in das sekundäre Bild umzuwandeln, diese nicht notwendigerweise Elektronen oder negative Teilchen sind. Sie können Protonen sein, die positive Teilchen sind, wie das der Fall bei gewissen wichtigen Anwendungsgebieten ist, wie etwa dem Protonenmikroskop. Während die Erfindung unter dem Haupthinweis auf ihre Ausftihrungsformen in Systemen beschrieben wird, die Elektronen als die geladenen Teilchen verwenden, auf die einge-JfJ wirkt wird, ist sie vollständig auf Systeme anwend-

bar, die andere Arten von Teilchen verwenden, wie

** etwa Protonen, wie das für den Fachmann durchaus klar ist. In diesem Zusammenhang sollte darauf hingewiesen JJ _% werden, dass Ausdrücke wie etwa "elektronisch-optisches System", "Elektronenlinse" od. dgl« wie in der

Beschreibung und den Ansprüchen verwendet, in ihrem weiteren Sinne aufzufassen sind und daß die geladenen von den Systemen und Linsen wie beschrieben gehandhabten Teilchen nichtnotwendigerweise Elektronen sein müssen.

Die Erfindung basiert auf der Entdeckung, daß elektronisch-optische Systeme mit äußerst interessanten und praktisch vorteilhaften Merkmalen erzielt werden können, wenn die Ausgangslinse des Systems« d.h. die Linse die neben der Emissionselektrode wie etwa einer Kathode angeordnet ist als die Kombination einer flachen Maschenelektrode und einer rohrförmigen oder ringförmigen Elektrode {£>aut ist, die ein Ende hat, das nahe an einem peripheren Bereich der genannten Masohenelektrode liegt und sich axial davon weg erstreckt.

Maschenelektroden sind in der Technik seit vielen Jahren bekannt. Solch eine Elektrode umfaßt einen Schirm oder ein Gitter aus leitendem, sehr feinem Drahtgewebe, vorzugsweise feiner als dreissig Maschen Je^linearem Millimeter. Wenn solch eine Masche auf eine geägnete Spannung gebracht wird, und von geladenen Teilchen durchströmt wird, dann bildet sie eine Äquipotentialoberfläche dafür. Maschenelektroden wurden bereits für verschiedene Zwecke verwendet, wie etwa zum Schaffen eines positiven Endes des elektrischen Feldes am Eingang und/oder Ausgang eines elektronisch-optischen Systems; als ein Gatter zum

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Steuern des Flusses der Teilchen; als eine Nachbeschleunigungselektrode; als eine Abschirmung gegen Streu- und Fremdionen, Während die Erfindung in gewissen ihrer Aspekte eine Maschenelektrode für den , üblichen Zweck benutzen kann, um die Teilchen einzublenden, wie später beschrieben wird, benutzt die Erfindung in ihren Hauptaspekten die Maschenelektrode zu einem vollständig verschiedenen Zweck. Das heißt die Maschenelektrode dient im Zusammenhang mit der ringförmigen oder zylindrischen Elektrode, die dazu gehört, wie vorstehend beschrieben, als eine konvergierende oder positive Elektronenlinse, um die hindurchgeleiteten Teilchen zusammenzufassen. Es wird gezeigt, daß eine solche Linse gewisse einzigartige Eigenschaften hat, die sie in einem System der beschriebenen Art hochgradig wünschenswert machen.

Die Elektronenlinsen, wie sie in üblichen Bildwandlerröhren elektrostatischen Typs verwendet werden, waren ursprünglich in der Form eines Paares koaxialer rohrförmiger Elektroden, die durch einen kleinen axialen Abstand getrennt sind, und die auf verschiedene Spannungen gebracht werden. Im Vergleich zu solch einer Linse, die als bizylindrische Art bezeichnet werden kann, hat die verbesserte Linse, die eine flache Maschenelektrode und eine rohrförmige Elektrode benutzt, die auf einer Seite davon angeordnet ist, und um einen kleinen aAalen Abstand davon entfernt liegt, mit den beiden Elektroden auf verschiedene Spannungen gebracht, viele vorteilhafte ^Merkmale-g Q 9884/07 4 8

Ihre Konvergenz 1st beträchtlich höher ( Brennweite kleiner), für einen gegebenen Spannungsunterschied, der auf das Paar Elektroden angewendet wird, die die Linse darstellen. Ihre Hauptebenen liegen in einem engeren Abstand, d.h. die verbesserte Linse das 11t eine "dünne" Linse dar, im Gegensatz zu den dicken Linsen wie sie bisher in der Elektronenoptik zur Verfügung standen. Wegen ihrer inhärenten Geometrie gemäß deren die Linse eine wesentliche axiale Ausdehnung auf nur einer Seite der Spannungsdiskontinuität darstellt ( im Gegensatz zu den üblichen Linsen der bizylindrischen und ähnlichen Arten, bei d?nen die Linse notwendigerweise eine beträchtliche axiale Länge an beiden Seiten der Diskontinuität zeigt, kann sie in einer wirksamen axialen Entfernung angeordnet werden, die sehr kurz von der Emissionselektrode, wie etwa einer Photokathode ist. Da die Maschänelektrode auch eine Äquipotentialoberfläche darstellt, die sehr flach ist, kann sie im Zusammenhang mit einer flachen oder ebenen Emissionselektrode verwendet und sehr nahe daran angebracht werden. Dies hat eine Anzahl tbJaoretischer und praktischer Vorteile, die später im einzelnen beschrieben werden.

Unter diesen letzteren Vorteilen befindet sich die Tatsache, daß die Intensität des elektrischen Feldes neben der Emissionselektrode gleiohraässig und hoch gemacht werden kann. Das schaltet sphärische Abweichungen und andere Gründe von Bildverzerrungen aus.

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Die hohe Konvergenz der verbesserten Maschenlinse, wie oben erwähnt, macht es möglich, die Gesamtlänge des elektronisch-optischen Systems stark zu verringern, indem eine solche Linse als die Anfangslinse des Systems eingebaut wird. In gewissen Anwendungsgebieten von Bildwandlerröhren ist es wünschenswert, Mittel vorzusehen, um schnell und vorzugsweise kontinuierlich die Vergrößerung durch das elektronisch-optische System der Röhre zu verändern, d.h. die Größte des sekundären Bildes zu verändern ohne die Scharfeinstellung des sekundären Bildes auf dem Zielschirm zu zerstören. Diese Art der Wirkung ist gelegentlich als "elektronischer Zoom" bezeichnet worden. Bisher hat dies erfordert, gleichzeitig und in einer zusammenhängenden Art und Weise auf die Spannungen von zwei oder mehr Elektroden des Systems einwirken, um ihre Brennweiten in richtiger Art und Weise zu verändern, um die gewünschte Veränderung in der Gesamtvergrößerung ohne Verlust an Schärfe zu erreichen.

Die sich ergebenen Anordnungen waren kompliziert und unzuverlässig und es bestand die Neigung zu einem Verlust an Schärfe des sekundären Bildes für gewisse Vergrößerungen mit dem Älterwerden des Gerätes'. Es ist nach der Erfindung festgestellt worden, daß die Eigenschaften der Maschenartigen Elektronen linse, wie sie hierin verwendet wird, so sind, daß wenn die Spannung, die einer ihrer Elektroden zugeführt

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wird, verändert wird, um die Brennweite der Linse zu verändern, eine grosse Veränderung in der Grosse des sekundären Bildes erzeugt werden kann mit nur einer ganz geringen axialen Verschiebung des genannten Bildes, so dass seine Schärfe nicht zerstört wird. Die Erfindung schafft daher einen sehr einfachen und zufriedenstellenden Weg zum Erreichen des elektronischen "Zoom".

Oemäss einem wichtigen Merkmal der Erfindung sind Einrichtungen vorgesehen, um elektrisch die Eingangsmaschenlinse des Systems von der weiteren Elektronenlinse des Systems abzukuppeln, die zwischen der ringförmigen oder rohrförmigen Elektrode gebildet wird, die zu der Maschenelektrode gehört und einer weiteren Elektrode. Dieses Abkuppeln kann durchgeführt werden, in dem die Länge der genannten ersten ringförmigen Elektrode genügend lang im Verhältnis zu ihrem Durchmesser gemacht wird.

Ziele der Erfindung sind demgemäss das Schaffen verbesserter elektronisch-optischer Systeme und Bildwandlerröhren, die solche Systeme umfassen, die einen Teil oder alle der folgenden vorteilhaften Merkmale aufweisen:

Stark verringerter axialer Abstand zwischen dem primären Bild auf der Emissionselektrode und der Eingangselektronenlinse;

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Intensives und gleichmässiges Feld neben der Emissionselektrode;

Verwendung einer flachen Emissionselektrodengruppe;

Verringerte Abweichungen;

Verringerte Länge des optischen Systems;

Fähigkeit eine weite kontinuierliche Veränderung in der Vergrösserung (Zoom) zu erhalten, ohne einen Verlust an Bildschärfe durch Einwirken auf nur eine einzige Spannung in dem elektronisch-optischen System.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung mehrerer in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele .

Flg. 1 ist eine schematische Ansicht im axialen Querschnitt einer Helligkeitsverstärkungs-Bildwandlerröhre, die in Übereinstimmung mit der Erfindung gebaut ist, einschliesslich einer Einrichtung zur Veränderung der Vergrösserung,

Fig. 2 ist eine getrennte schematische Ansicht einer verbesserten konvergierenden Linsenelektrode, wie sie gemäss der Erfindung verwendet wird;

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Pig. 2A ist eine Tabelle, die die ungefähren Veränderungen gewisser Merkmale der Linse nach Fig. 2 mit zur Anwendung gebrachtem Spannungsverhältnis zeigt;

Fig. 3 ist ein licht-optisches Systemschaubild äquivalent dem elektronische-optischen System, wie es gemäss Fig. 1 verwendet wird,

Fig. 4 zeigt eine typische Kurve von Veränderungen der Vergrösserung, wobei die Spannung der Maschenelektrode zugeführt wird, wenn die Röhre nach Fig. 1 für elektronischen "Zoom" verwendet wird,

Fig. 5 ist ähnlich der Fig. 1 und zeigt eine Abwandlung, und

Fig. 6 ist eine sehr schematisch dargestellte Schnittansicht einer anderen Bildwandlerröhre nach der Erfindung, worin der Hauptzweck ist, die Gesamtlänge der Röhre zu verringern.

Fig. 1 zeigt eine Helligkeitsverstärkerröhre nach der Erfindung mit einer im allgemeinen zylindrischen abgedichteten Umhüllung 5 aus Glas oder anderem geeigneten Material, worin ein geeigneter Grad an Vakuum in üblicher Weise aufrecht erhalten wird. Die Umhüllung 5 hat ein Eingangsfenster

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13 in einer Endwandung und ein Ausgangsfenster 14 in der anderen Endwandung, wobei die genannten Fenster für das verwendete Strahlungsspektmm durchlässig sind, in diesem Falle das sichtbare Spektrum. Innerhalb der Umhüllung 5 ist durch geeignete übliche, nicht gezeigte Mittel eine Serie von Elementen oder Elektroden ange-ordnet, die wie folgt in der Richtung der Strahlungsfortpflanzung vom Eingangs- zum Ausgangsfenster angeordnet sind: eine Fotokathode 6, eine Maschenelektrode 7* vier Beschleunigungs- und Brennweiteneinstelleketröden 8, 9, 10 und 11 und eine Anode 12, die einen Leuchtschirm darstellt, auf dem in dieser Ausführungsform das verstärkte Bild direkt beobachtet werden kann.

Die Fotokathode 6 ist von üblicher Art und kann in der üblichen Art und Weise hergestellt werden durch Ablagern einer Schicht geeigneter Licht-abstrahlender Substanz über die innere Oberfläche der Röhrenendwandung 13. Es ist darauf hinzuweisen, dass abhängig von der gewünschten Anwendung diese Bauart verändert werden kann. Wenn so die Helligkeitsverstärkerröhre für Röntgenstrahlenarbeit verwendet werden soll, kann eine auf Röntgenstrahlen empfindliche fluoreszierende Lage und eine isolierende Lage vor der Fotokathode 6 vorgeschaltet werden.

Die Maschenelektrode ¹J, die ein bedeutsames Merkmal

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dieser Erfindung ist, umfasst einen peripher leitenden Ring oder eine Membran I5 und einen Drahtgewebeschirm leitender Art 16 mit feinen Maschen, der über die Membranöffnung angeordnet ist. Die Bauweise solch eines Schirmes oder von Maschenelektroden ist in der Technik der elektronischen Optik bekannt und der Schirm 16 kann mit jeder beliebigen geeigneten Einheit gebaut werden, vorzugsweise 200 oder 300 Maschen je Linearzentimeter oder höher, durch jede beliebige geeignete Technik, z.B. Elektroverformung.

Die Elektrode 8 hat einen zylindrischen Querschnitt, der eine kurze Strecke von und im allgemeinen entgegengesetzt der Membran I5 der Gitterelektrode 7 endet und an dem anderen Ende, dem auf die Anode zu gerichteten, ist eine Membran 17 vorgesehen. Es ist klar, dass die Maschenelektrode 7 in Verbindung mit dem zylindrischen Elektrodenabschnitt eine erste elektrostatische Linse des elektronisch-optischen Systems der Erfindung darstellt.

Die nächste Elektrode 9 ist ein einfacher ringförmiger, zylindrischer Teil, der mit dem zylindrischen Teil der Elektrode 8 ausgerichtet ist und zusammen mit de» Membranabschnitt 17 der genannten Elektrode eine zweite elektrostatische Linse des Systems darstellt.

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Darauf folgt eine Elektrode 10, die einen Membranabschnitt 18 hat, der von dem benachbarten Ende der Elektrode 9 entfernt liegt und eine dritte elektrostatische Linse damit darstellt und einen zylindrischen, ringförmigen Abschnitt 10, der mit der Elektrode 9 ausgerichtet ist.

Die nächste Elektrode 11 ist ein einfacher zylindrischer Bauteil, der mit den vorangegangenen Elektroden ausgerichtet ist und mit seinen Enden vom Ende der Elektrode 10 auf einer Seite entfernt liegt und der Anode 12 auf der anderen.

Die Anode oder Fangelektrode 12 besteht bei dieser Ausführungsform aus einer geeigneten lichtempfindlichen fluoreszierenden Schicht, die auf der inneren Oberfläche der Fensterwandung 14- abgelagert ist.

Die verschiedenen vorstehend beschriebenen Elektroden erhalten geeignete Spannungen von einer Gleichstromquelle 20 über eine Potentiometergruppe 19 zugeführt. Wie hier gezeigt, weist diese Gruppe einen ersten Potentiometer 31 auf, dessen Widerstand mit der Stromquelle 20 verbunden ist, während die vesteilbare Abzapfung mit dem Membranabschnitt I5 der Gitterelektrode 7 verbunden ist, und eine Reihe von Potentiometern 52, 33, 34 und 35, deren Widerstände in Serie mit der Stromquelle 20 verbunden sind,

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während ihre verstellbaren Abzapfungen mit den Elektroden 8, 9, 10 bzw. 11 verbunden sind. Die negative Stromquellenklemme ist mit der Photokathode 6 verbunden und die positive Klemmenquelle mit der Anode 12. Bei einer praktischen Ausführungsform wurden die folgenden Spannungswerte den verschiedenen Elektroden zugeführt, wobei die Spannung der Kathode 6 als die Null- oder Bezugsspannung genommen wird:

Kathode 6 0

Maschenelektrode 7 verstellbar von 300 bis 3000 Volt

Elektrode 8 200 Volt

Elektrode 9 1000 "

Elektrode 10 5OOO "

Elektrode 11 10000 "

Anode 12 20000 ".

Es ist darauf hinzuweisen, dass die Spannung, die der Maschenelektrode 7 zugeführt wird, während sie veränderlich ist, zu allen Zeiten höher ist als die Spannung, die der rohrförmigen Elektrode 8 zugeführt wird, die dazugehört. Dieses Spannungsverhältnis ist insofern bedeutsam, als als Folge davon die sich daraus ergebende Elektronenlinse nach der Erfindung optisch "positiv" ist, d.h. konvergierend.

Im Betrieb der Leuchtkraftverstärkungsröhre wird ein zu

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intensivierendes Bild von jeder beliebigen geeigneten Quelle auf die Photokathode 6 projiziert, wodurch diese letztere veranlasst wird, Photoelektronen von jedem Punkt ihres Bereiches abzustrahlen, mit einer Geschwindigkeit, die proportional der Strahlungsmenge ist, die auf jeden Punkt auftrifft. Die Photokathode 6 erzeugt so ein primäres Elektronenbild der Originalszene oder des Originalgegent Standes und dieses primäre Elektronenbild stellt nun einen Gegenstand dar, der durch die Elektronenoptik der Röhre auf den Anodenfangschirm.12 projiziert wird, um dort ein sekundäres Bild zu erzeugen, das eine Leuchtkraft hat, die stark gegenüber der des ursprünglichen Bildes intensiviert ist, das auf der Photokathode 6 ausgebildet ist.

Insbesondere bildet die Anfangselektronenlinse des Systems, die von der Maschenelektrode 7 gebildet wird, die mit der benachbarten, ringförmigen Elektrode 8 zusammenarbeitet, ein vergrössertes tatsächliches Bild des Photokathodenbildes, das vor (links in Pig. I) der Photokathode 6 liegt. Diese Anfangslinse wirkt in der Tat als ein Vergrösserungsglas. Die Benutzung nach der Erfindung einer Maschenartigen elektrostatischen Linse als Anfangslinse des Elektronen-Optik-Systems in einer Leuchtkraftverstärkerröhre der beschriebenen Art hat gewisse einzigartige Merkmale, die später noch beschrieben werden.

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IS

Die weiteren elektrostatischen Linsen, wie sie von den Elektrodenabschnitten 17-9, 9-18 und 10-11 dargestellt werden, wirken so, dass sie die von der Eingangsmaschenlinse 7 durchgelassenen Elektronen abweisen und beschleunigen, um das wirkliche Bild, das von den Letzteren gebildet wird, auf den Anodenschirm 12 in Form eines tatsächlichen Bildes von beträchtlicher Leuchtkraft zu werfen. Diese allgemeine Arbeitsweise ist allgemein üblich und es genügt, daran zu erinnern, dass die radialen Komponenten der Spannungsgradienten, die von den Elektroden geschaffen werden, wirken, um die Flugwege der Elektronen quer abzuweisen, während die axialen Komponenten der genannten Gradienten so wirken, dass sie die Energie der Elektronen erhöhen und damit sie entlang ihrer Flugpfade beschleunigen. Die Bestimmung der richtigen Spannungen, die auf die Elektroden zur Einwirkung gebracht werden sollen, um die richtigen axialen und radialen Gradienten zu schaffen und die gewünschte Beschleunigung und die Ausrichtungswirkungen zu erreichen, kann durch Übliche Methoden erzielt werden, die denjenigen, die in der Elektronen_T0ptik bewandert sind, wohl bekannt sind. Der Satz beispielhafter Spannungswerte, wie oben angegeben, wurde erfolgreich in einer praktischen Ausführungsform der Erfindung verwendet.

Die Verwendung einer Maschenelektrode 7 als die anfängliche Elektronenlinse in dem System nach der Erfindung bewirkt

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eine Anzahl einzigartiger Vorteile. Eine grundlegende Eigenschaft einer Maschenelektrode im Gegensatz zu einer üblichen elektrostatischen Elektrode, beispielsweise von bizylindrischer Art ist, dass die Masche sozusagen eine Äquipotential-Oberfläche bildet, die eine Querebene senkrecht zur optischen Achse darstellt, wobei die sich ergebende Linse sich axial in nur einer Richtung erstreckt (nach rechts in Fig. 1) aus dieser Ebene heraus, aber nicht axial in irgend einem wesentlichen Ausmass in der entgegengesetzten (nach links gerichteten) Richtung von der genannten Ebene.

Weil das Gitter eine flache Äquipotentialoberfläche des Systems in der Form einer Querebene senkrecht zur optischen Achse darstellt, wird es möglich, eine Photokathode 6 zu schaffen, die selbst flach oder im wesentlichen flach ist, anstatt dass die Photokathode konvex gemacht werden muss, wie das im allgemeinen in konventionellen Systemen notwendig war. Ein bedeutsamer Vorteil einer flachen Photokathode ist, dass es möglich wird, eine direkte optische Kupplung der Photokathode mit einem optischen Objektivlinsensystem von Weit-Winkel-Merkmalen zu schaffen, ein hochgradig nützliches Ergebnis in vielen Anwendungsgebieten.

Gleichzeitig, und wegen der Eigenschaft, dass die Eingangs-

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linse, die eine Masohenelektrode verwendet, keine oder nur eine sehr geringe axiale Ausdehnung hat, wird von der Ebene der Masche zur Photokathode hin gemessen, wobei die sich ergebende Linse äusserst nahe an der Photokathode angeordnet werden kann (und angeordnet wird). In Übereinstimmung mit der Erfindung wird die Maschenelektrode 7 in einem axialen Abstand von der Photokathode β angeordnet, der geringer ist als ungefähr l/lo und vorzugsweise geringer als ungefähr l/2o des Nutzdurchmessers des Gitters, d.h. Durchmessers der in* Fig. als d gezeigt ist, der gegenüberliegenden Flächen der Kathode und Maschen. Es ist offensichtlich, dass die sich ergebende Baugruppe, einsehliesslich der flachen Photokathode 6 und der nahe daran liegenden Masohenelektrode 7 in einem gleiohmässigen und sehr kurzen axialen Abstand von der Photokathode ein wesentlich stärkeres gleichmässiges elektrisches Feld neben der Photokathode hat als das anderenfalls erzielt werden (

könnte unter Verwendung gleicher Spannungswerte. Dies macht es möglich, die Spannungen für eine bestimmte Gesamtauflösung des elektronisch-optischen Systems zu verringern oder wahlweise die Spannung zu erhöhen und damit die Auflösung, ohne eine zusätzliche Abweichung oder andere Schwierigkeiten einzuführen.

Das hohe gleichmässige elektrische Feld, das in dem

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Zwischenraum zwischen der Photokathode und der Eingangslinse vorhanden ist und das möglich gemacht wird, wenn die Anfangslinse eine Maschenelektrode in Übereinstimmung mit der Erfindung ist, schaltet fast vollständige eine sphärische Abweichung aus und macht es möglich, die Konvergenz zu erhöhen ( und dadurch die Länge der Röhre zu verringern ), ohne das Verhältnis des perlpheren Feldes zum Mittelfeld zu erhöhen, wie das notwendigerweise der Fall ist, wenn eine konventionelle Form einer Elektronenlinse als Anfangslinse verwendet wird. Die Feldwölbung und Verzerrung wird so stark verringert. Die Abweichung wird weiter verringert, weil die hohe Feldintensität wesentlich die winkelmässige Streuung oder Dispersion der Photoelektronen verringert, die von der Kathode abgegeben werden.

Die einzigartigen Eigenschaften der gitterartigen Elektrode, wenn sie als Eingangslinse in einem System der beschriebenen Art verwendet wird, bringen unerwartete und sehr vorteilhafte Merkmale bezüglich der sogenannten "Zoom"-Wirkung mit sich.

In üblichen elektronischen Bildwandlerröhren kann der Zoom, d.h. die Fähigkeit eine grosse Veränderung in der Vergrösserung des Endbildes ohne Verlust an Schärfe zu erreichen nur erzielt werden, indem gleichzeitig in einer damit zusammenhängenden Art und Weise die Brenn-

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weiten aller Elektronenlinsen in dem optischen System verändert werden, oder in anderen Worten gleichzeitig die Spannungen um entsprechende Werte verändert werden, die allen Elektroden zugeführt werden. Es ist daher nicht möglich gewesen, nur eine einzige Spannung zu verändern, um die Gesamtvergrösserung zu verändern, ohne das Endbild auf dem festen Ausgangsschirm der Röhre unseharf zu machen. Demgemäss hat "Zoom" in üblichen Bildwandlerröhren erfordert, komplizierte Vorrichtungen vorzusehen, wie etwa Schalter, um die notwendigen zusammenhängenden Spannungsveränderungen in Widerstandsspannungsteilern od. dgl. zu erzeugen. In solchen Anordnungen hat das unglelchmässige Altern der Widerstände zu einem ünscharfwerden des Endbildes im Laufe der Zeit geführt; in Fällen, in denen kontinuierliche Veränderungen in der Vergrösserung (wirklicher Zoom) erwünscht war, anstatt die diskontinuierlichen Veränderungen, die durch Schalten erzielbar waren, waren zusätzliche Komplikationen in Form von quadratischen Spiralelektroden, Quadrat-Gesetz und anderen Konturenpotent iometern, Nockenmechanismen usw. notwendig. Ausserdem hat das erzielen schneller Veränderungen in der Vergrösserung die Verwendung von besonders gebauten Wellenformgeneratoren erfordert, um auf die Elektrodenspannungen einzuwirken.

Es hat sich gezeigt, dass in einer Bildwandlerröhre, die

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eine Maschenelektrode als anfängliche Elektrodenlinse darin nach der Erfindung verwendet, eine erfolgreiche Zoom-Wirkung erzielt werden kann durch die einfache Massnahme, nur eine einzige Spannung zu verändern, nämlich die der Maschenelektrode zugeführte Spannung (oder ihrer dazugehörigen rohrförmigen Elektrode 8). Es zeigt sich, dass, unter der Voraussetzung, dass gewisse bauliche Massnahmen ergriffen werden, die nachstehend erläutert werden, das Verändern der Einzelspannung, die ™ der Maschenelektrode 7 zugeführt wird, nicht zum Unsoharfwerden des endgültigen Bildes führt, das auf dem Anodenschirm 12 der Röhre gebildet wird, wie das notwendigerweise der Fall wäre, wenn versucht würde, nur eine einzige Elektrodenspannung in einer üblichen Röhre vergleichbarer Art zu verändern.

Dieses unerwartete und offenbar paradoxe Merkmal kann wie folgt erläutert werden. Eine Elektronenlinse, die k von einer Maschenelektrode, wie etwa 7 und einer ringförmigen Elektrode 8 gebildet wird, die nach*r Erfindung nahe daran liegt, ist getrennt in Fig. 2 gezeigt, wobei ihre Bestandteile durch die gleichen Bezugszeichen gezeigt sind, wie in Fig. 1. Die Hauptebenen der sich ergebenden Elektronenlinse sind bei Ha und Hb gezeigt» und die entsprechenden Brennpunkte sind bei Fa und Fb gezeigt, wobei Fa der Gegenstandbrennpunkt und Fb der

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Bildbrennpunkt ist. Es 1st darauf hinzuweisen, dass, wenn die Spannung (Ul), die der Maschenelektrode 7 zugeführt wird, höher ist als die Spannung (U2), die der ringförmigen Elektrode 8 zugeführt wird, wie das bei der Röhre nach der Erfindung der Fall ist, die Stellungen der Hauptebenen im Verhältnis zu den Stellungen der entsprechend damit zusammenhängenden Brennpunkte gekreuzt sind, wie gezeigt. In der Figur bezeichnen Z^ und Z^ die axialen Abstände der Hauptebenen Ha und Hb vom Ursprung 0, wie er durch die Ebene der Maschenelektrode definiert ist, ™

während fa und fb die Brennweiten bezeichnen, gemessen von den entsprechenden Hauptebenen. Der Durchmesser D ist der Nutzdurchmesser, der bereits früher in dieser Beschreibung erwähnt wurde.

Solch ein Linsensystem ist durch die Tatsache gekennzeichnet, dass die Hauptebenen Ha und Hb nahe aneinander und verhältnismäßig nahe an der Äquipotentialebene liegen, die von der Masche 16 definiert wird, so ^ dass die Linse in der Tat "dünn" im Vergleich zu den "dicken" Linsen ist, die von den üblichen ringförmigen Elektrodenvorrichtungen geschaffen werden. Weiterhin ist gezeigt, dass, wenn das Spannungsverhältnis U2/U1 verändert wird, wie etwa durch Verändern der Spannung U2 der ringförmigen Elektrode 8, dann die Stellungen der Hauptebenen, wie durch ihre Abszissen Z^, Z^ proportional wesentlich weniger verändert werden als die

_{to 21 β} 909884/0748

oU

Brennwelten f_A, f_ß. Dies ergibt sich sofort aus der folgenden Tabelle, in der die vier Werte Z^, Z^, f_a, f_b wie für zwei verschiedene Werte des U₂Zu₁ Verhältnis gemessen angegeben werden:

U₂ZU₁ Z_Ha/D Z_Hb/D f_a/D f_b/D

1/5 O.587 0,4^6 1.46 D. 646 2/3 0.430 0.392 4.12 3.36

Die wird sogar noch offensichtlicher aus einer Betrachtung der Tabelle nach Fig. 2A, worin klar ist, dass die geradlinigen Kurven reine Interpolationen sind und nicht tatsächlich die wirklichen Veränderungen der vier Mengen zwischen den Messpunkten darstellen. Die Tabelle zeigt jedoch klar, dass die Stellungen der Hauptebenen nur wenig für eine grosse Veränderung der Brennweiten schwanken.

Um zu beweisen, dass durch Veränderung der Brennweite der Maschen-Elektroden-Linse 7-8 der Röhre nach der Erfindung die Möglichkeit besteht eine grosse Veränderung in der Bildvergrosserung zu erzeugen, ohne die Schärfe des endgültigen Bildes auf dem Anodenschirm 12 zu zerstören, d.h. zu zeigen, dass die verbesserte Wandlerröhre nach der Erfindung in der Lage ist, elektronischen Zoom durch eine Veränderung von nur einem einzigen Spannungsparameter darin zu schaffen, ist es angebracht, in Ausdrücken der Lichtoptik zu denken. Unter Hinweis auf Pig. 3 wird ein

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Licht-optisches Äquivalent des elektronen-optischen Systems nach Fig. 1 gezeigt. Es besteht aus zwei Linsen Ll (Brennweite f) und L2 (Brennweite g). Die Linse Ll stellt die anfängliche Maschen-Elektrodenlinse 7-7 des Fig.l Systems dar, während die Linse L2 die optische Gruppe darstellt,^ die von den verbleibenden Elektronen-Linsen nach Fig. 1 dargestellt wird. Die Trennung der Linsen Ll und L2 wird als D angegeben. AB stellt das "Objekt" dar, d.h., das Kathodönbild auf der Foto-Kathode 6, gezeigt in einer Entfernung ρ von der Linse Ll. AlBl ist das buchstäbliche Bild von -AB bis Ll und liegt ä in einer Entfernung pl von Ll. Das endgültige Bild A2B2 ist das tatsächliche Bild von AlBl durch die Linse L2 und befindet sich in einer Entfernung q von L2, Es ist erwünscht, dass A2B2 auf dem Anodenschirm 12 gebildet wird, der in seiner Stellung fest ist.

Mit der gezeigten Aufzeichnung können die G eichungen für die Linsen Ll und L2 wie folgt geschrieben werden:

pl

D + Pl '' q g (2)

Die Vergrösserung M, die das Verhältnis der Grosse des Endbildes A₂B₂ zur Grosse des Gegenstandes AB ist, kann wie folgt geschrieben werden.

₁j^ g ρ

Wenn die Gleichung J> mit den Gleichungen (l) und (2) kombiniert wird, ergibt sich:

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- f g

M= (4)

(D - f + g) ρ - Df - fg

Die grb'sste Vergrösserung wird erzielt, wenn die Brennweite f der Anfangslinse L, so eingestellt wird, dass der Objektbrennpunkt F. der Linse in der Objektebene liegt, d.h. f = p. Die Gleichling (4) zeigt, dass diese Hochstvergrösserung folgende ist.

M =
max ρ

Aus dieser letzten Gleichung ist offensichtlich, dass " um die Höchstvergrösserung zu vergrössern, die mit dem System erreichbar ist, die Notwendigkeit besteht, soweit als möglich den Abstand ρ zwischen dem Objekt (Foto-Kathode 6) und der ersten Linse des Systems zu verringern. ' Da die Maschenlinse nach der Erfindung beträchtlich näher an die Fotokathode 6 herangebracht werden kann als irgend eine ander· Art elektronischer Linse aus den früher angegebenen Gründen, ist es klar, dass die verbesserte Bildwandlerröhre grössere Vergrösserungen erreicht als eine übliche. Dieses Zwischenergebnis der Analyse zeigt einen zusätzlichen und wichtigen Vorteil der Erfindung.

Wenn auf den Hauptpunkt der vorstehenden Analyse zurückgegriffen wird, dann ist klar, dass, wenn die Brennweite f der Linse LI geändert wird, d,h, wenn die Spannung geändert wird, die der ringförmigen Elektrode 8 in Fig. 1 zugeführt wird, die Veränderung der Vergrösserung M für • . eine gegebene Veränderung von f von der Ableitung dM/df gegeben wird. Wenn der Ausdruck (4) differenziert und

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zur Vereinfachimg S = dem Nenner des zweiten Gliedes in der Gleichung (4) gesetzt wird, dann ergibt sich die folgende Gleichung:

(6)

df" _S2

und in ähnlicher Weise wird die Verschiebung des Endbildes ApB₂ entlang der optischen Achse durch folgende Gleichung gegeben:

da = P2g² (7)

df _S2

Indem der Quotient der Ausdrücke (6) und (7) gebildet wird, | ergibt sich:

da = ρ (8)

Was die Veränderung in der Stellung des Endbildes für eine gegebene Veränderung in der Vergrösserungergibt.

Es ist aus der Gleichung (8) klar, dass um so wenig axiale Verschiebung als möglich in der Stellung des endgültigen Bildes mit einer Veränderung in der Vergrösserung zu veranlassen, d.h. damit dq, dM so klein als möglich sein sollte, sollte ρ so klein als möglich sein. Da die Verwendung der Maschenlinse als Eingangslinse Ll nach der Erfindung es möglich macht, die Linse in einer äusserst kleinen wirksamen Entfernung von der Fotokathode 6 anzuordnen, wie früher erläutert, ergibt sich, dass es hiermit möglich ist, die axiale Verschiebung des Endbildes auf einen äusserst kleinen Wert zu verringern, kleiner in der Tat als die "Feldtiefe" des elektronen-optischen

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Systems, das durch die Linse L2 dargestellt wird, so dass ein offensichtliches Unscharfwerden des Endbildes vorhanden ist, wie es auf dem Anodenschirm 12 beobachtet wird. Das bedeutet, dass der gewünschte "elektronische Zoom" mit dem System nach der Erfindung erreichbar ist, indem nur eine einzige Spannung in dem System verändert wird.

Während die vorstehende Analyse nur ungefähr wahr ist, insofern, als sie zur Vereinfachung in Ausdrücken der Lichtoptik-Äquivalent zum Elektronen-Optik-System durchgeführt wurde, sind ihre allgemeinen Schlussfolgerungen miteinander verbunden und werden durch Experiment vollständig nachgewiesen. Es zeigt sich, dass das erwünschte Ergebnis in der Praxis erzielt wird, wenn der axiale Abstand zwischen der Kathode 6 und der Maschenelektrode nicht grosser ist als ungefähr .!__ (vorzugsweise nicht

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grosser als ungefähr j__ ) des Nutzdurchmessers der

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Kathode. Sogar kleinere Abstände wie etwa JL oder 1

^O 40 des Nutzdurchmessers werden bevorzugt; der Verlust an Schärfe des sekundären Bildes auf dem Fangschirm 12 ergibt sich dann als vernachlassigenswert. Damit dies jedoch der Pail ist, sollte eine zusätzliche Bedingung, die besonders für die Elektronen-Optik-Analyse gilt, wie sie oben durchgeführt wurde, erfüllt werden. Diese Bedingung ist, dass die Elektronenlinsen, die den Linsen Ll und L2 in Fig. j5 äquivalent sind, elektrisch voneinander abgekuppelt sind. Insbesondere ist es notwendig, dass das elektrische Feld, das an der Oberfläche der Maschenelektrode 7 durch einen Spannungsunterschied geschaffen wird, der zwischen den ringförmigen Elektroden

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und 9 zur Einwirkung gebracht wird ( die zusammen die zweite Linse des Systems bilden) verhältnismässig klein oder vernachlassigenswert sein soll, .wenn ein Vergleich mit dem Feld erfolgt, das an der genannten Maschenelektrode durch den gleichen Spannungsunterschied geschaffen wird, wenn die Anwendung zwischen der Elektrode 7 und 8 erfolgt, die zusammen die Elektronenlinse des Systems bilden. Unter dem Ausdruck "verhältnismässig klein oder vernachlassigenswert" wird hier gemeint, dass das Verhältnis des ersten zum zweiten Feld ungefähr 1/20 oder 1, hO sein muss, wenn eine besonders gute Auflösung er- "

wünscht ist. Diese Bedingung wird erfüllt, wenn die axiale Länge (als 1 in Fig. 1 angegeben) der ringförmigen Elektrode 8, gemessen von der Ebene der Maschenelektrode lang genug im Verhältnis zum Durchmesser gemacht wird (als d- angegeben). Der Durchmesser d. sollte, wenn er nicht gleichmässig ist, am Ende der ringförmigen Elektrode 8 gemessen werden, die der Masche am nächsten liegt. In der Praxis zeigt es sich, dass das Verhältnis 1/d. der axialen Länge dann zum Durchmesser der ringförmigen Elektrode 8 grosser sein sollte als ungefähr 0,7, wenn die gewünschte Ableupplungswirkung in einer zufriedenstellenden Art und Weise für die Zwecke der Erfindung erreicht werden soll.

Es kann in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen werden, dass bei der oben gegebenen Lichtoptik-Analyse das Äquivalent der Erhöhung des 1, d.-Verhältnisses die Erhöhung des

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Zwischen/Linsen-Abstandes D 1st. Die Gleichung (8) zeigt, dass eine Erhöhung von D weiterhin die axiale Verschiebung des endgültigen Bildes für eine gegebene Veränderung in der Vergrösserung verringert, so dass die gerade angegebene Bedingung den zusätzlichen Vorteil erbringt, dass die elektronische Zoom-Wirkung verbessert wird, wo das erwünscht ist. In der Ausführungsform nach Fig. 1 ist das 1, d--Verhältnis ungefähr eine Einheit. Zur hohen Auflösung können höhere 1/d--Verhältnisse verwendet werden, wie etwa 2,5 oder mehr.

Bezüglich des axialen Abstandes zwischen der Membran 15 der Elektrode 7 und dem benachbarten Ende der ringförmigen Elektrode 8, sollte dieser Abstand (als "e " angegeben) entsprechend klein sein, z.B.kleiner als 1/5 und vorzugsweise kleiner als 1/10, dem Durchmesser d- sein.

Wie bereits erläutert, sollte der axiale Abstand zwischen der Maschenelektrode und der Fotokathode (als "e" angegeben) ebenfalls klein sein und wie aus den früheren Erläuterungen klar_s ist es einer der besonderen Vorteile der Erfindung, dass der Maschen-Elektroden-Gedanke es gestattet, dass der

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Die graphische Darstellung nach FIg. 4 illustriert die Veränderungen in der Grosse des Abgabebildes, das auf dem Anodenschirm 12 gebildet wird, wenn die der Maschenelektrode 7 zugeführte Spannung von ungefähr 0,5 bis nahezu 7 Kilowatt verändert wird und es zeigt sich, dass die Grosse des Bildes über diesen Bereich um ungefähr dreimal vergrössert wird. Im gesamten Bereich bleibt das Bild in ausgezeichneter Schärfe auf dem Anodenschirm. Wenn der Bereich der Veränderung der Gitterspannung auf den Bereich von 0,3 bis j5 Kilovolt beschränkt wird, wie bei der praktischen Ausführungsform, wie sie früher unter Hinweis auf Fig. 1 beschrieben wurde, dann ist die Vergrösserung doppelt gegenüber dem Ausmass dieses verhältnismassig engen Bereiches der Maschenspannungseinstellung. Da diese Verstellungen durchgeführt werden durch Einwirken auf einen einzigen Potentiometer (j51, Fig. l)ist es offensichtlich, dass eine kontinuierliche Zoom-Wirkung sehr einfach und genau erzielt werden kann, ohne die Komplikation, dass verschiedene Spannungsverteilungen durch komplizierte mechanische oder elektrische Hilfsmittel miteinander in Verbindung gebracht werden müssen und ohne, dass ungleichmassige Veränderungen in den Widerstandscharakteristiken mit der Zeit ausgeglichen werden müssten.

Es ist darauf hinzuweisen, dass wegen dem umgekehrten Spannungsunterschied, der zwischen den Elektroden 7 und der Eingangslinse des Systems zur Einwirkung gebracht wird, wobei die Spannung auf der Elektrode 7 höher ist als die Spannung auf der Elektrode 8, jegliche unerwünschte sekundäre

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Abstrahlung von den Gewebedrähten der Elektrode J ausgeschaltet wird.

Die verhältnisraässig hohe Spannung, die vorzugsweise auf die letzte Fokussier-Elektrode 11- zur Einwirkung gebracht wird, ist vorteilhaft, v/eil sie die Peldtiefe des Systems weiter vergrössert und eine erhöhte Toleranz für die Stellung des Endbildes schafft. Das zeigt sich, indem die Lagrange-Helmholz-Gleichungen

U = a konstant

geschrieben werden, worin y die Grosse des Bildes ist, das durch irgend eine der Linsen des Systems gebildet wird, <#w der Konvergent-Winkel der Elektronenpfade vom Bild zum Mittelpunkt der Linse und U die Spannung, die der Linse zugeführt wird. Das Verhältnis zeigt, dass wenn die Spannung gross U auf der letzten Pokussier-Linse gross ist, der entsprechende.Konvergenswinkel du entsprechend klein ist. Das bedeutet, dass die Elektronenpfade die optische Achse in einem kleinen Winkel schneiden und eine gute Peldtiefe ergeben.

Die veränderte Ausführungsform der Erfindung, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist, ist weitgehend ähnlich der nach Fig. 1 und wird daher nicht vollständig beschrieben. Sie weicht von der ersten Ausführungsform insofern ab, als eine zusätzliche Maschenelektrode zwischen die Fotokathode und die Maschenelektrode 16 eingebracht wird, wie sie zuerst erwähnt wurde. Die Hilfsmaschenelektrode 21 ist über einen Kondensator 2,5 mit dem Ausgang eines üblichen

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Impulsgenerators 22 verbunden, der negative Impulse erzeugt. Die Maschenelektrode 21 ist auch durch einen Widerstand 2Ά mit einer verstellbaren Abzapfung des. Potentiometer-Widerstandes }1 verbunden, um normalerweise der Maschenelektrode 21 eine Spannung zuzuführen, die zwischen der der ersten Masche 7 und der der- Kathode 6 liegt. So ist in Abwesenheit eines Impulses vom Impulsgenerator 22 die Hilfsmaschenelektrode 21 nicht vrLrksam, während die Anwendung negativer Impulse vom Generator den Strahl der Fotoelektronen von der Kathode 6 abschneidet und die Wirkung der Bildröhre blockiert. ' ™

Die abgewandelte Bildwandlerröhre nach Fig. h ist in solchen Fällen vorteilhaft, in denen es erwünscht ist, den Elektrodenstrahl durch die Röhre zu steuern, s.B.

in der Fernseharbeit und bei anderen Anwendungsgebieten, da sie es möglich macht, diese Funktion zu erreichen,ohne dass die Spannungen verändert werden müssen, die an den Beschleunigungs-und Fang-Elektroden vorhanden sind, tvie das für eine ähnliche Kontrollfunktion bei üblichen Röhren ₍ üblicherweise notwendig war.

Fig. 6 illustriert eine weitere Ay.s-führungsi':-rr; einer verbesserten Bildwandlerröhre r.it einer Masebsnelektrode in ihrer anfänglichen elektrostatischen Linseneinh-eIt-. Bei dieser Abwandlung werden die Eigenschaften der Maschenelektrode verwendet, um eine zufriedenstellende Bildwandlerröhre von wesentlich kürzerer Län~e zu bauen, als das bisher möglieh war. Wie früher angegeben, hat die Linseneinheit der hier beschriebenen Art- eine beträchtlich höhere

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Konvergenz, d.h. eine kürzere Brennweite als übliche Arten elektronischer Linsen für einen gegebenen Spannungsabfall. Dies, zusammen mit der flachen "Dünnlinsen" Bauweise der verbesserten Linse macht die gerade erwähnte Verringerung in der Länge möglich. Weiterhin führt die Verringerung der Länge nicht zu irgend einer unerwünschten Vergrösserung der Bildverzerrungen oder der Abweichungen, wegen, unter anderem des intensiven gleichmässigen Feldes, das durch die Maschenelektrode neben der Fotokathode gebildet wird.

Die Bildwandlerröhre, die sehr'schematisch in Fig. 6 gezeigt ist, umfasst im allgemeinen die gleichen Bestandteile, die mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, wie die Röhre nach Fig. 1 einschliesslich der Umhüllung §, der flachen Fotokathode 6, der flachen Masehenelektrode 16, die in einem kurzen Abstand von der Kathode liegt, z.B. einem Abstand, der geringer ist als d/10, worin d der Nutzdurchmesser der Fotokathode ist. Weiterhin wird eine zylindrische ringförmige Elektrode 8 mit ihrem Ende in die Nahe der Maschenelektrode gebracht und davon in eine axiale Entfernung, die vorzugsweise weniger ist als ungefähr 1/10 des Durchmessers von d. der ringförmigen Elektrode und sie bildet eine Eingangselektrodenlinse mit der Maschenelektrode 16. .Diese ringförmige Elektrode 8 liegt mit ihrem Ende entfernt von der Fotokathode, die in einer Querwandung 17 endet, die eine Membranöffnung k~5 vom Durchmesser d₂ bildet. Eine weitere ringförmige Elektrode 9, die hier als von kleinerem Durchmesser gezeigt ist als die Elektrode8 liegt in einem Abstand von der Membranwand 17» um damit die

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zweite Elektronenlinse des Systems zu bilden. Die ringförmige Elektrode 9 ist an ihrem Ende in der Nähe der Anode mit einer Quermembranwandung 4l versehen, die die öffnung 44 darstellt. Eine Endbeschleunigungs-Elektrode 42 umfasst eine Membran 45, die in einem Abstand von der Wandung 4l liegt und worauf ein ringförmiger Wandteil folgt, der um die Fangelektrode oder Anode 12 herum endet.

Im Betrieb wird die Maschenelektrode 16 auf eine positive Spannung im Verhältnis zur Fotokathode 6 gebracht und die ringförmige Elektrode 8 wird auf eine positive Spannung ä

gebracht, die etwas niedriger ist als die der Maschenelektrode. Die darauffolgenden Elektroden 9, 42 und 12 werden auf wesentlich höhere positive Spannungen gebracht.

Indem die Spannung, die der ringförmigen Elektrode 8 zugeführt wird, in einem Wert gewählt wird, der verhältnismässig nahe am Spannungswert liegt, der der Maschenelektrode 16 zugeführt wird, kann die sich ergebende Elektronenlinse so gemacht.werden, dass sie eine sehr kurze Brennweite hat.

ι D.h., die Pfade der Elektronen laufen auf der optischen Achse an einem Punkt zusammen, der ziemlich nahe an der Fotokathode liegt. Das gestattet es, die Gesamtlänge des optischen Systems und der Röhre beträchtlich zu verringern, ohne eine vergrösserte BiIdverzerrung.

Ein zufriedenstellender Satz relativer Abmessungen für eine kurze Bildwandlerröhre der in Fig. 6 gezeigten Art ist folgender. Der Durchmesser d- der ringförmigen Elektrode

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liegt im Bereich von ungefähr l,ld bis ungefähr 1,2 d (wobei d der Eingangs- oder Nutz-Durchmesser der Fotokathode ist). Die Länge 1 der ringförmigen Elektrode 8 kann von ungefähr 0,4 d bis ungefähr 0,6 d liegen, obwohl, falls erwünscht, die genannte Länge 1 grosser als 0,6 d gewählt werden kann, um die Abkupplung zwischen der ersten und zweiten Linse zu verbessern, wie unter Hinweis auf Fig. 1 beschrieben. Der Durchmesser dp der Membran liegt im Bereich von ungefähr 0,2 d bis ungefähr 0, ;> d. Der Zweck der Membran 4j5 ist im wesentlichen, das Feld zu verringern, das von der Anode an der Maschenelektrode 16 geschaffen wird.

Es ist klar, dass die tatsachlichen Abmessungen im Verhältnis zu den Merkmalen der Elektroden, der angexrendeten Spannungen und der allgemeinen technischen Merkmale der in Betracht gezogenen Röhre gewählt v/erden sollten. Solch eine Bestimmung ist in der Technik wohl bekannt und kann die üblichen Berechnungen und Analog-Tests erforderlich machen, z.B. mit Hilfe einer elektrolytischen Tankanlage.

Bei einer zufriedenstellenden praktischen Ausführungsform der in Fig. 6 gezeigten kurzen Röhre haben die absoluten Abmessungen,die oben erwähnt sind, die folgenden Werte: d = l6 cm, d. = 18 cm; 1=9 cm; dp = 4 cm.

Der Gesamtdurchmesser der Röhre betrug dann 19,6 cm und die Gesamtlänge L = 23 era. Übliche Bildwandlerröhren vergleichbarer Merkmale und Leistung sind üblicherweise mit einer Gesamtlänge von ungefähr 30 bis 35 cm oder mehr gebaut. Die Verringerung in der Länge von ungefähr 25$,

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wie sie durch die Erfindung erzielt wird, ist eine direkte Folge der Verwendung verbesserter Elektronenlinsen einschliesslich einer Maschenelektrode als Eingangslinse in das elektronisch-optische System.

Die Erfindung kann selbstverständlich zusätzlich zu den hierin gezeigten Abwandlungen weiter abgewandelt werden. In Fällen, in denen die von der abstrahlenden Elektrode abgegebenen Teilchen positiv anstatt negativ geladen sind, beispielsweise Protonen sind,mit einem Protonenmikroskop, würden die Polaritäten der den Elektroden zugeführten μ

Spannungen umgekehrt, obwohl ihre Verhältnisse im wesentlichen unverändert bleiben würden.

Der Ausdruck Maschenelektrode, wie in der technischen Beschreibung und in den Ansprüchen verwendet, sollte im allgemeinen so verstanden werden, dass er sich auf Jede beliebige Elektrode bezieht, die eine leitende Oberfläche hat, die für die geladenen Teilchen durchlässig ist und die eine Äquipotential-Oberflache erstellt. So kann die Maschenelektrode anstatt die Form eines feinen Drahtgewebes, wie vorstehend beschrieben, in Form eines kontinuierlichen leitenden Filmes ausgebildet werden, der dünn genug ist, um eine wesentliche Durchlässigkeit für die Elektronen oder andere in Frage kommende Teilchen zu zeigen. Derartige dünne Filmelektroden wurden in der Form von Membranen oder Filmen von Berrylium oder anderen geeigneten

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Metallen hergestellt, die eine Stärke in der Grössenordnung von wenigen Millimikron haben. Die Verwendung solcher Filmelektroden soll als im Rahmen der Erfindung liegend angesehen werden, als ein Ersatz für die Drahtgewebe-Elektroden, die vorstehend ausdrücklich hierin genannt sind. . .

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Claims (10)

1. Patentansprüche :

   1» Elektronisch-optisches System mit konvergierender elektrostatischer Linse zum Herstellen eines wirklichen Bildes einer abstrahlenden Elektrode, insbesondere der abstrahlenden Kathode einer Bildwandlerröhre, dadurch gekennzeichnet, dass das System ein Elektrodengitter (7,16) aufweist, das im wesentlichen eben ist und parallel und in geringem Abstand von der Abstrahlungselektrode (6), die selbst im wesentlichen flaah ist und eine ringförmige Elektrode (8), deren Ende in geringem Abstand von der Gitterelektrode angeordnet ist und eine axiale Ausdehnung aufweist, die in einer dieser entgegengesetzten Richtung beträchtlich ist, wobei die Gitterelektrode und die ringförmige Elektrode mit Spannungen gespeist werden, die beiden die gleiche Polarität im Verhältnis zur Abstrahlungselektrode haben, entgegengesetzt der Polarität der von dieser abgegebenen Teilchen, und wobei der absolute Wert der Spannung, der die Gitterelektrode speist, grosser ist als der Wert der Spannung, die die ringförmige Elektrode speist,-so dass diese beiden Elektroden zusammen eine dünne elektrostatische und stark konvergierende Linse für die Teilchen bilden, die von der abstrahlenden Elektrode abgegeben werden.

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2. 2. Elektronisch-optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Abstand der Maschenelektrode (7, 16) zur Abstrahlungselektrode (6) nicht über ein Zwanzigstel und vorzugsweise ein Vierzigstel des Nutzdurchmessers der Abstrahlungselektrode hinausgeht.
3. 3. Elektronisch-optisches System nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es eine zusätzliche Maschenelektrode (21) aufweist, die zwischen der Abstrahlungselektrode (6) und der ersten Maschenelektrode (7) dazwischengeschaltet ist und durch Anwendung geeigneter Spannungen die Steuerung des Übergangs der Teilchen durch die genannte Linse gestattet,
4. 4. Bildwandlerröhre mit einem elektronisch-optischen System nach einem der Ansprüche 1-3 und mit einer Fangelektrode, die dazu bestimmt ist, das Bild von der Abstrahlungselektrode über das elektronisch-optische System zu empfangen, dadurch gekennzeichnet, dass dieses System ausserdem zusätzliche Elektroden (9, 10, 11 oder 42) umfasst, die zwischen der ringförmigen Elektrode (8) und der Fangelektrode (12) angeordnet sind, wobei diese zusätzlichen Elektroden die Beschleunigung der Teilchen sicherstellen, die die genannte konvergierende Linse durchlaufen haben und ausserdem mindestens eine zweite konvergierende Linse bilden, die das Projizieren des tatsächlichen Bildes sicherstellt, das von der ersten

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   konvergierenden Linse gebildet wird und zwar unter der Form eines wirklichen Bildes auf der Fangelektrode.
5. 5. Röhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten zusätzlichen Elektroden eine zweite ringförmige Elektrode (9) umfassen, die ein Ende hat, das in einer geringen Entfernung vom Ende der ersten ringförmigen Elektrode angeordnet ist, die der Maschenelektrode gegenüberliegt, wobei einer der beiden ringförmigen Elektroden (8,9) vorzugsweise eine Querwand (17) aufweist, die durch eine Membran"an ihrem Ende durchbrochen ist, das zu der anderen ringförmigen Elektrode gedreht ist und dass diese beiden Elektroden untereinander eine zweite konvergierende Linse bilden.
6. 6. Röhre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten zusätzlichen Elektroden mindestens eine dritte konvergierende Linse hinter der zweiten bilden.
7. 7· Röhre nach einem beliebigen der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschenelektrode (7) ihre Spannung auf einem breiten Band höherer Werte geregelt haben kann als dem der Spannung, die die ringförmige dazugehörige Elektrode (8) speist, um die Vergrösserung der Röhre durch Einwirkung auf einen einzigen Parameter zu verändern.

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8. 8. Röhre nach einem beliebigen der Ansprüche 4 bis 7> dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung so ist, dass das elektrische Feld, das in der Nähe der Maschenelektrode_<

   (7) durch die zusätzlichen Elektroden des Systems ge-

   schaffen wird, nicht über 1/10 und vorzugsweise 1/20 des Feldes hinausgeht, das in der Nähe der Maschenelektrode durch die erste ringförmige Elektrode (8) gebildet wird, die zu der Gitterelektrode gehört.
9. 9· Röhre nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der ringförmigen Elektrode (8), die zu der Maschenelektrode gehört, nicht geringer ist als 0,7 mal ihr Durchmesser.
10. 10. Röhre nach einem beliebigen der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lloige der ringförmigen Elektrode (8), die zu der Maschenelektrode (16) gehört, ungefähr die Hälfte ihres Durchmessers beträgt, um so eine Röhre geringer LLjige zu schaffen.

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