DE1589579A1 - Elektronische Leuchtdichten-Verstaerker-Roehre - Google Patents

Description

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ΡΑΐΐ; λ; λ alt 10. März 1967

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Compagnie Francaise Thomson Houston-Hotchkiss Brandt

Elektronische Leuchtdichten-Verstärker-Röhre.

Französische Priorität vom 11. März 1966 aus der französischen Patentanmeldung No. 53055 (Seine)

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung an Leuchtdichten-Verstärker-Röhren. Diese Röhren weisen im Inneren eines luftdichten Gehäuses eine Kathode auf, die dazu bestimmt ist, ein sogenanntes Primärbild aufzunehmen, das durch eine wenig sichtbare oder unsichtbare strahlung, gegebenenfalls aus Röntgenstrahlen gebildet wird. Im nachstehenden wird sie als Photokathode bezeichnet. Eine fluoreszierende Schicht wird auf die lichtabstrahlende Schicht in dem Falle aufgebracht, in dem das primäre Bild aus Röntgenstrahlen gebildet wird, um die

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Röntgenstrahlung in eine sichtbare Strahlung zu .... verwandeln. Jedes Oberflächenelement der Photokathode , _<( gibt eine Anzahl von Photoelektronen ab, die im Mittel proportional der Beleuchtung sind, die von dem Teil des entsprechenden primären Bildes kommen. Die Photoelektronen werden beschleunigt und mit Hilfe eines Systems elektronischer Optik ausgerichtet, damit sie ein elektronisches Bild auf einem Leuchtschirm im Ansprechen auf das Auf treffen der Elektronen Jjilden. Sie lassen auf diesem Leuchtschirm ein sekundäres Bild erstehen, das eine große Leuchtdichte hat, dank der Energie, die die Elektronen bei ihrer Beschleunigung erhielten. Die Leuchtdichte kann noch durch die Verwendung einer elektronischen Optik verstärkt werden, die die Abmessungen des Bildes verringert. Gewisse Röhren weisen mehrere Stufen auf, d.h. eine Anordnung in Kaskadenform von mehreren elementaren Vorrichtungen, die nacheinander in der Verstärkung teilnehmen. Das elektronische optische System, das dazu dient, die Photoelektronen auszurichten, : kann elektrische Felder oder die Kombination von elektrischen und magnetischen Feldern benutzen, aber die Erfindung betrifft Röhren, die rein elektrostatische Optiken benutzen, die aus ringförmigen oder zylindrischen Elektroden bestehen.

Für zahlreiche Anwendungsgebiete und insbe- ..... j sondere bei der Rontgenologic muß eine Leuchtdichten ' verstärkerröhre häufig als Ausschuß erklärt werden, wenn, sei es in der Fertigungskontrolle oder bei 009815/1013 - 2 -

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ihrem Betrieb ihr sekundäres Bild systematische FIeckVn zeigt, 'die zu einer falschenAuslegung des Bildes führen körinen. Trotz allei?im Laufe der Fertigung ergriffenen Vorsichtsmaßnahmen ist es praktisch unmöglich, vollständig zu vermeiden, daß Stafcteilchen in die Röhre gelangen. Ausserdem können Staubteilchen " nach" der Fertigstellung der Röhre frei werden, beispielsweise durch ein Zerbröckeln oder eine Auflösung der Bestandteile während des Transports oder des Betriebes f -,·.■--■

Nach ihrer Art, ihrem Ursprung, ihrer Lage in der Röhre haben die Staub- oder anderen Teilchen nicht alle die gleiche schädliche Wirkung. Wenn der ungünstigste Fall angenommen wird, kann erwähnt werden, daß ein einziges Staubkorn, das sich auf dem Leuchtschirm einer Röhre festsetzt, die ein sekundäres Bild erzeugt, das kleiner ist als das primäre Bild, verantwortlich dafür verantwortlich sein kann, daß eine Leuchtdichtenverstärkerröhre zum Ausschuß geworfen werden muß, denn das Saubkorn bildet einen umso größeren dunklen Fleck, je kleiner das sekundäre Bild ist. Um die gleiche .Wirkung--zu erzeugen, muß ein auf der Photokathode festgesetztes Staiibicorn eine größere Oberfläche abdecken, aber auf der Photokathode können andere Erscheinungen auftreten: die Photokathode kann

infolge der Reibung verkratzt werden oder ihre photoelektrischen Eigenschaften können schlechter werden, beispielsweise unter der verunreinigenden Einwirkung eines Staubkornes aus fluoreszierendem Material.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die ungünstige Auswirkung von Staub- oder anderen Teilchen von Materie in Leuchtdichten-Verstärkerröhren auf ein Minimum zu beschränken.

Es ist eine Zielsetzung der Erfindung, eine elektronische Leuchtdichtenverstärkerröhre zu schaffen, die eine Kathode aufweist, die Elektronen unter der Einwirkung einer auftreffenden Strahlung abgibt und ein elektrisches Optiksystem, das diese Elektronen beschleunigt und sie auf einem Ausgangsbildschirm zusammenfaßt, wobei dieses System mindestens eine rohrförmige Elektrode aufweist, die vor dem genannten Bildschirm angeordnet und elektrisch mit diesem verbunden ist und eine ringförmige Elektrode, die zwischen der Kathode und der genannten rohrförmigen Elektrode angeordnet ist und mit der rohrförmigen Elektrode.eine elektrostatische Linse bildet, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern der rohrförmigen Elektrode und im elektrischen Kontakt mit dieser ein Metallgitter quer zu dem Verlauf der Elektronen angeordnet ist und in einer solchen Entfernung von

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der Eingangsöffnung der Elektronen dieser Elektrode daß die Anwesenheit nicht wesentlich die gleichpotentiellen Oberflächen der genannten elektrischen Linse stört.

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

Fig, 1 ist eine vereinfachte Ansicht einer LeuchtdichtenvQS.tärkerro'hre nach der Erfindung gemäß einer ersten Ausführungsform.

Fig. 2, j5 und 4 sind Schemen, die dazu dienen, die Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten Röhre darzulegen unter Hinweis auf die Form der gleichpotentiellen Oberflächen im Mittelbereich der Elektroden.

Fig. 5\ ist eine vereinfachte Ansicht einer Leuchtdichtenverstärkerröhre nach der Erfindung gemäß einer zweiten Ausführungsform.

Die Leuchtdichtenverstärkerröhre nach Fig. 1 weist einen luftdichten Glaskolben 5 auf, in dem eine Photokathode 4, eine erste Elektrode 1, eine zweite Elektrode 2 und ein Leuchtschirm j3 angeordnet sind. Die Bestandteile 4, 1, 2 und 2 weisen eine

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Umlaufsymmetrie gegenüber der Achse der Röhre auf und sind in der auf dieser Achse angegebenen Reihenfolge ausgerichtet. Eine Röhre nach der Erfindung kann eine oder mehrere andere zylindrische oder ringförmige Elektroden umfassen, die nicht in der Figur dargestellt sind und die insbesondere zwsichen der Photokathode und der ersten Elektrode 1 angeordnet sind. Die Photokathode 4 ist eine leicht gewölbte durchsichtige Fläche deren konkave zum Leuchtschirm ^ gedrehte Oberfläche eine photoemissive Schicht trägt, die aus Ablagerungen von Antimon, Zäsium und Kalium 'besteht. Die Leuchtröhre 5 ist eine durchsichtige flache Platte, deren der Photokathode zu gerichtete Oberfläche mit einer fluoreszierenden Schicht von Zinksulfat mit Aktivatoren bedeckt ist. Die erste Elektrode 1 ist von ringförmiger Gestalt. Die zweite Elektrode 2 ist zylindrisch. Ihr der ersten Elektrode naheliegendes Ende ist teilweise durch einen ringförmig umgelegten Rand geschlossen und ihr anderes Ende besitzt einen Boden 6, eine mittlere öffnung aufweisend, die zur Unterbringung des LeuchtSchirmes 3 dient. Ausserdem ist ein Metallgitter 7 mit seinem Rand an der inneren Oberfläche der zweiten Elektrode 2 befestigt. Die erste Elektrode ist mit der von der zweiten Elektrode un d den von ihr gehaltenen Teilen mit Hilfe von drei kleinen Keramikpfosten 8 verbinden. Die erste Elektrode ruht auf einem Rand eines Metallkranzes 9, dessen anderer Rand an dem Glaskolben

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der Röhre befestigt ist. Verbindungsleitungen, die den Glaskolben 5 durch abgedichtete Durchgänge lo, 11, 12 durchlaufen, gestatten es, die Arbeitsspannungen zur Photokathode bzw, der ersten und zweiten Elektrode zu leiten. Ein Kanal 13 bildet eine Stromzufuhr, um während der Herstellung der Photokathode die Verdampfer 14 zu erhitzen, die Antimon und Materialien enthalten, die die zur Bildung der photoemissiven Schicht notwendigen alkalischen Metalle erzeugen. Der Verdampfer, ein kleines Rohr aus gerollter Metallfolie, dessen Ränder punktgeschweißt sind, kann durch Joule-Effekt oder in Berührung mit einem Widerstand erhitzt werdenund sein Irihalt verdampft durch die Zwischenräume zwischen den Punktschweißstellen. Während der Verdampfung wird die mittlere öffnung der ersten Elektrode mit Hilfe eines zurückziehbaren Verschlusses 15 geschlossen, um zu vermeiden, daß die Antimondämpfe und die Dämpfe von alkalinen Metallen sich zur zweiten Elektrode 2 und zu dem Leuchtschirm 3 hin verbreiten. Gleichzeitig wird diese Verdampfung und das Leerpumpen der Röhre durchgeführt und am Ende der Arbeiten wird der Verschluß in eine Stellung gebracht, in der er blockiert ist und vollständig die Mittelöffnung der Elektrode freigibt.

Bei der Arbeit wird die erste Elektrode 1 auf eine Spannung Vl positiv im Verhältnis ZU der der Photokathode gebracht. Die elektrische Gesamtheit

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die von der zweiten Elektroden, dem Bildschirm j5 und dem Gitter 7 gebildet wird, wird auf eine Spannung V2 gebracht, die wesentlich höher ist als die Spannung Vl. Unter diesen Bedingungen bilden die erste und die zweite Elektrode eine konvergierende elektrostatische Linse für Elektronen, die sich auf der Seite der Photokathode befinden. Die von der Kathode abgegebenen Elektroden werden durch Felder beschleunigt, die sich aus den Spannungen, positiv im Verhältnis zurKathode, ergeben, die auf die folgenden Elektroden der Röhre zur Einwirkung gebracht werden. Bei den Röhren, auf die sich dieErfindung bezieht, läßt die Linsenwirkung, die von den Elektrodai erzeugt wird, ein Kreuzen der elektronischen Bahnen in einem Raum geschehen, der im wesentlichen in der Umgebung der öffnungen der ersten und zweiten Elektrode liegt. Mit einer genügenden Annäherung kann die Fiktion angewendet werden, die bestimmt, daß Bahnen, wie etwa die Linien l6 der Fig. 1 sich in einem Punkt 0 kreuzen, der auf der Achse X-X im Bereich der genannten beiden öffnungen liegt. Die Bahnen verlängern si oh über ihren Schnittpunkt 0 hinaus bis zum Leuchtschirm 3·

Bei der Leuchtdichtenverstärkerröhre nach der Erfindung, wie in Fig. 1 dargestellt, ist das Metallgitter 7 ein Abschlußorgan, das dazu bestimmt ist, den freien Umlauf der Staub- oder anderen Teilchen von Materie zu verhüten, die sich unvermeidlicherweise in dem Innenraum der Röhre nach ihrer Fertig-

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stellung befinden. Vorzugsweise weist das Gitter Mascherl auf, deren Größe unter 80 Mikron liegt und es hpt eine größere Transparenz als 50 $. Auf diese Art und V/eise wird der Verlauf des elektronischen Strahles nicht wesentlich verändert, aber Staubteilchen von einer merklichen Größe werden auf der einen oder anderen Seite des Metallgitters 7 gehalten. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit beträchtlich verringert, daß der Leuchtschirm durch ein genügend großes Staubteilchen verunreinigt wird, um als ein störender Fleck auf dem Bildschirm zu erscheinen« Es kann in der Tat angenommen werden, daß eine gewisse Staubmenge gleichmässig in dem gesamten Volumen der Röhre wahrend der Fabrikation verteilt ist. In einer fertiggestellten Röhre mit einem Verschlußmetallgitter nach der Erfindung sind die Staubteilchen, die sich auf den Leuchtschirm absetzen könnten, hauptsächlich diejenigen, die sich in dem Raum zwischen dem Bildschirm 3 und dem ^Metallgitter 7 befinden; d*h.in einem geringen Teil des Gesamtvolumens der Röhre während, wenn das Metallgitter 7 nicht vorhanden ist, der gesamte Staub, der in dem Inneren der Röhre vorhanden ist, sich auf dem Schirm absetzen könnte. Unter Berücksichtigung der Sorgfalt, die bei der Fertigung aufgewendet wird, sind grobe Staubteilchen sehr selten' und es ist demgemäß eine größere Chance vorhanden, solche Teilchen in dem größeren Raum zwischen dem Metallgitter 7 und der Photokathode 4 zu finden.

V/as .für den Staub zutrifft, der in dem Raum der Röhre während ihrer Montage enthalten ist, trifft auch für den 3aub oder die Materie-Teilchen zu, die durch Zerbröckeln, Versetzung usw. im Laufe des Transportes, der Handhabung oder der Benutzung der Rohre erzeugt werden und hauptsächlich für die gröberen Teilchen, die bei der Ablagerung der photoemissiven Schicht aus den Zwischenräumen der Verdampfer 14 auftreten könnten.

Die von dem Verschlußgitter gebotenen Vorteile wirken sogar in dqpelter Richtung,.denn das Gitter kann auch Teilchen von fluoreszierenden Materialien anhalten, die sich vom Bildschirm 3 lösen könnten und die ohne das Metallgitter sich auf der Photokathode absetzen könnten, wo sie schädlich wären. Es ist notwendig, darauf hinzuweisen, daß ein Staubkorn, das auf das Metallgitter 7 auftrifft, keinen entsprechenden Fleck auf dem Leuchtschirm j5 erzeugt, denn die elektronischen Bahnen sind nicht auf das Staubkorn gebündelt und das Bild dieses Staubkornes ist diffus und im allgemeinen nahezu unsichtbar.

Das Metallgitter 7 nimmt eine Ebene ein, die genügend ferne von der Eingangsöffnung der Elektrode 2 liegt, damit seine Anwesenheit nicht in beeinträchtigender Art und Weise die gleich-

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potentiellen Oberflächen der elektronischen Linse stört, die durch die Elektroden 1 und 2 gebildet wird, oder in anderen Worte ausgedrückt, damit keine Abweichungen des sekundären Bildes hervorgerufen werden. Diese letztere Anweisung genügt, damit ein Spezialist ohne Schwierigkeiten die richtige stelle finden kann, die das Gitter einnehmen muss, denn die Fertigung der elektronischen Röhren wird sehr häufig durch experimentelle Methoden entwickelt, die die Herstellung von Modellen umfassen. In dem Falle, in dem der Spezialist zu dem Urteil kommt, dass es nicht genügt, ein vollständiges Modell herzustellen, kann er ein sehr beliebtes Verfahren anwenden, das darin besteht, mit Hilfe eines elektrolytischen Troges die gleichpotentiellen Oberflächen festzustellen, die von der ersten und der zweiten Elektrode, 1 und 2, in Abwesenheit des Metallgitters 7 erzeugt werden. Eine geeignete Lage des Metallgitters 7 wäre dann in einer Ebene ungefähr senkrecht zur Achse, tangential zu einer gleichpotentiellen Oberfläche, die ungefähr einem Wert über 0,9 U entspricht oder noch besser höher als 0,95 U wenn die zweite Elektrode auf eine spannung U im Verhältnis zur ersten Elektrode gebracht wird. Innerhalb der erforderlichen Präzisionsgrenzen können die vorangegangenen Methoden im Laufe der Messungen auf die Spannung der ringförmigen Elektrode 1 gebracht werden. In die so festgestellte Ebene gebracht, beeinflusst das Metallgitter 7 den Verlauf der gleichpotentiellen Kurven im mittleren Bereich der Elektrodenöffnungen

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wo die Wirkung der Linse am stärksten ist, sehr wenig. Dies ist in Fig. 2 und 2 dargestellt, die vereinfachte Ansichten im vergrösserten Maßstab sind und die erste und die zweite Elektrode 1 und 2 darstellen, sowie den Verlauf der gleichpotentiellen Kurven in der Ebene der Figur. Die Ziffern, die diese Oberflächen festlegen, geben ihre spannung für einen Wert 100 an, der der spannung der zweiten Elektrode im Verhältnis zu der der ersten zugewiesen v^Lrd. Fig. 2 bezieht sich auf den Fall, in dem die Elektrode 2 ein Gitter T umfasst, während die Figur 3 sich auf den Fall bezieht, in dem das Gitter 7 nicht vorhanden ist. In Fig. 2 ist gezeigt, dass nur die Kurve gleichen Potentials 95* die dem Metallgitter am nächsten gelegene, eine gewisse Verformung sowie eine gewisse Verschiebung im Verhältnis zum Falle der Fig. ;> aufweist. Infolge der geringen Veränderung des öpannungsgradienten in der Nachbarschaft der gleichpotentiellen Kurve 95 hat diese geringe Verformung praktisch keinen Einfluß auf den Verlauf der elektronischen Bahnen. Wie in Fig. 4 gezeigt, die mit starker Übertreibung die gleichpotentiellen Kurven 19 in der Nähe des Metallgitters 7 zeigt, ist sehr wohl eine störung in der Nachbarschaft der Maschen des Gitters vorhanden, aber in einer sehr lokalisierten Form mit einer wenig merklichen Gesamuwirkung. Die Verschlechterung der Auflösung ist selbst schwach und entspricht einem leichten Astigmatismus.

Bei einer Röhre, die entsprechend dem beschriebenen Aus-00581 5/1013 - 12 -

füftrungsbeispiel hergestellt ist, war das Gitter 7 ein Viereckgitter, das durch das bekannte elektronische Ver-■ fahren hergestellt wurde. t>eineMaschengrösse betrug 70 Mikron in den beiden senkrecht zueinander liegenden Richtungen und die Breite der stangen zwischen den Maschen 20 Mikron, woraus sich eine Transparenz ergibt, die etwas höher ist als 5Q#. Ein solches Gitter lässt nur Teilchen von einer ötärke unter 50 Mikron hindurch, die als für die für die Röhre vorgesehenen Verwendungszwecke als annehmbar angesehen werden. Der Leuchtschirm 5.hatte einen Durchmesser von 20 mm und das Gitter 7 konnte auf eine Entfernung vom Bildschirm gebracht werden, die zwischen 10 und ^O mm liegt.

Fig. 5 stellt eine vereinfachte andere Ausführungsform der Leuchtdichten-Verstärkerröhre nach der Erfindung dar* In Fig* 1 und 5 bezeichnen die gleichen numerischen Marken Organe* die die gleichen Punktionen erfüllen. In der in Fig. 5 dargestellten Röhre ist eine ringförmige Metallmembrän 17 mit ihrem Rand an der Innenoberfläche der zweiten Elektrode 2 befestigt. Die öffnung der Membran 17 von einem Durchmesser unter dem des Leuchtschirmes 3 ist auf die Achse der Röhre ausgerichtet. Ein Gitter 18 ist gegen die Membran 17 so angeordnet, dass es deren Öffnung überdeckt. Das Gitter 18 ist ein Verschlußorgan, das die gleiche Rolle spielt und den gleichen Auf bau hat, wie das in Fig. 1 dargestellte Gitter 7» Gemäss einer Technik, die früher von der Anmelderin entwickelt

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wurde, ist es bekannt, eine Leuchtdichtenverstärkerröhre zu bauen, bei der eine der Membran 17 identische Membran in die zylindrische Elektrode neben dem Leuchtschirm eingesetzt wird, wobei diese Membran den Zweck hat, die Leuchtflecken auszuschalten, die auf dem Schirm von den Elektronen erzeugt werden, deren Ursprung nicht von der Emission der Fotokathode stammt. Es ergibt sich., dass die otellung, insbesondere die bessere stellung*. - die für diese Membran günstig ist, die gleiche ist, wie die, die für das Metallgitter 7 in der in Fig. 1 dargestellten Röhre günstig ist. Es ist demgemäss möglich, gleichzeitig eine Membran und ein Gitter in einer gleichen Röhre zu montieren, in der die beiden Organe ihre vorteilhaften Wirkungen erzeugen. Es ist vorzuziehen, das Gitter gegen die Membran zu montieren, wie in Fig. 5 dargestellt, obwohl das Gitter ohne grosse Nachteile in einen Abstand von der Membran vorzugsweise zwischen dieser letzteren und dem Bildschirm gebracht werden könnte.

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Claims (1)

1. Ο. März 1867 895¹ZS

   Patentansprüche

   1. - Elektronische LeuchtäLchtenverstärkerrÖhre mit einer Kathode, die unter der Einwirkung einer einfallenden Strahlung Elektronen abgibt und mit einem elektrischen Optiksystem, das diese Elektronen beschleunigt und sie auf einen Ausgangsbildschirm bündelt, wobei dieses system mindestens eine rohrförmige Elektrode aufweist, die vor dem genannten schirm angeordnet und elektrisch mit diesem verbunden ist und eine ringförmige Elektrode, die zwischen der Kathode und der genannten rohrförmigen Elektrode angeordnet ist und mit der rohrförmigen Elektrode eine elektrostatische Linse bildet, dadurch gekennzeichnet, dass im inneren der rohrförmigen Elektrode und la elektrischen Kontakt mit dieser ein Metallgitter quer zum Verlauf der Elektronen und in einer solchen Entfernung von der Eingangsöffnung der Elektronen dieser Elektrode angeordnet ist, dass seine Anwesenheit die glaicnpotentiellen Oberflächen der genannten elektronischen Linse nicht wesentlich stör-.

   2. - Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallgitter in einer Ebene angeordnet ist, die ungefähr senkrecht zur Achse des elektronischen optischen systems in einer Ebene liegt, die in Abwesenheit des Gitters tangential zu einer gleichpotentiellen Oberfläche liegt, die einer Spannung entspricht, die höher ist als 90,0 einer spannung, die an der rohrförmigen Elektrode

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   im Verhältnis zur vorhergehenden ringförmigen Elektrode angelegt wird.

   j. - Röhre nach den Ansprüchen 1 öder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallgitter eine Maschenoffnung besitzt, die unter 30 Mikron liegt und eine Transparenz
   über 50$. ■

   4. - Röhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren der rohrförmigen Elektrode eine Membran in der Nähe des Gitters montiert ist und im elektrischen Kontakt mit der rohrförmigen
   Elektrode.

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