DE1764033C3

DE1764033C3 -

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Publication number: DE1764033C3
Application number: DE19681764033
Authority: DE
Priority date: 1967-03-29
Filing date: 1968-03-23
Publication date: 1977-08-04

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Bildwandler- oder Bildverstärkerröhre mit einer Photokathode, einer auf Sekundäremission beruhenden Verstärkervorrichtung und einem elektronenopitischen System, das Rotationssymmei rie aufweist und eine elektronenoptische Achse hat, die mit der Rotationssymmetrieachse zusammenfällt und senkrecht auf der Oberfläche der Photokathode steht, während die Hauptstrahlen der Photokathode zu einem gemeinsamen Kreuzungspunkt hin gerichtet sind und die Verstärkervorrichtung, die im Schnittpunkt mit der optischen Achse auf dieser Achse senkrecht steht, jenseits dieses Kreuzungspunktes angebracht ist.

Eine solche Röhre ist aus der DT-PS 912726 bekannt.

Als sogenannte Kanalplatte ausgebildete, auf Sekundäremission beruhende Verstärkervorrichtungen sind z.B. aus den GB-PS 1064073, 1064074 und 064076 und Verfahren zu ihrer Herstellung aus den GB-PS 1064072 und 1064075 bekannt.

Bei der Verwendung solcher Kanalplatten - wenn sie einen Teil e|ner elektronischen Bildröhre bilden - wird eine elektrische,Spannung zwischen die beiden Elektrodenschichteh der MatriK gelegt, wodurch sich ein elektrisches Feld ergibt, das die Elektronen beschleunigt, und ein Spannungsgradient vom Strom erzeugt wiird, der durch innerhalb der Kanäle gebildete Flächen mit öhmschen Widerstand oder - wenn es keine derartigen Kanalflächen gibt- durch das Material der ,Matrix fließt, Die Elektronenvervielfachung

ίο erfolgt durch Sekundäremission in den Kanälen, und die Ausgangselektronen können durch ein zweites Beschleunigungsfeld beeinflußt werden, das zwischen der ÄÜsgarigselektrode und einer geeigneten Prallplatte, z.B. einem Leuchtschirm, erzeugt wird.

Diese Kanalplatten mit durch Sekundäremission herbeigeführter Elektronenvervielfachung enthalten eine Matrix, die als ohmscher Widerstand betrachtet werden kann und die Form einer Platte hat, bei der eine der großen Flächen die Eingangsfläche und die

*o andere die Ausgangsfläche der Matrix bildet. Beide Flächen sind mit einer leitenden Schicht versehen, wobei die Schicht auf der Eingangsfläche der Matrix als Eingangselektrode und die gesonderte, leitende Schicht auf der Ausgangsfläche der Matrix als Aus-

»5 gangselektrode dient. In der Matrix sind langgestreckte Kanäle vorgesehen, die von der Eingangsfläche zur Ausgangsfläche führen, wobei die Verteilung und der Querschnitt der Kanäle und der spezifische Widerstand der Matrix derart sind, daß das Auflösungsvermögen und die Elektronenvervielfachungscharakteristik jeder beliebigen Flächeneinheit der Vorrichtung und jeder anderen Flächeneinheit einander genügend entsprechen, um Bilder zu erzeugen. Eine Kanalplatte, die ebene Vorder- und Rücksei-

ten aufweist, und deren Kanäle zueinander parallel und im gleichen Winkel zur Vorder- bzw. Rückseite verlaufen, ist aus der GB-PS 999180 bekannt. Diese bekannte Kanalplatte ist ein Teil eines Bildwandlers, der keine Strahlfokussierung aufweist.

♦o Kanalplatten der genannten Art können nun in einer elektronischen Bildwandler- oder Bildverstärkerröhre verwendet werden, die mit einem elektronenoptischen System versehen ist, insbesondere in einer sogenannten elektronenoptischen Diode, in der Elek-

tronen auf divergierenden Bahnen zur Kanalplatte geleitet werden.

Das elektronenoptische System hat dabei die Aufgabe, alle aus einem bestimmten Punkt der Photokathode emittierten Elektronen auf der Bild- oder Brennfläche des Systems in einem Punkt zu bündeln. Aus einem derartigen Dingpunkt auf der Photokathode emittierte Elektronen verlassen diese innerhalb eines breiten Kegels unter den verschiedensten Winkeln. Die Bahn der Elektronen, die aus dem betreffenden Dingpunkt in einer Richtung senkrecht zui Oberfläche der Photokathode emittiert werden, wird als Hauptstrahl bezeichnet. Alle Hauptstrahlen treffen eine Kanalplatte in einer solchen Röhre unter verschiedenen Winkeln.

Wenn nun sämtliche Kanäle der Kanalplatte paral IeI zur elektronenoptischen Achse verlaufen, zeig sich, daß nahezu in der Mitte des Bildes, wo die Zah der Elektronenbahnen, die nahezu parallel zu dei Achsen der Kanäle verlaufen, am größten ist, eil dunkler Fleck auftreten kann. Viele dieser Elektronei können auf geradem Weg durch einen Kanal hin durchgehen, ohne auf die Oberfläche des Kanals auf zutreffen und somit ohne eine Sekundäremission her

beizwfuhren, oder nur eine ungenügende Sekundäremission zu erzeugen.

In einer anderen Patentanmeldung (P 1764034) wird vorgeschlagen, bei einer elektronischen Bildröhre mit einem elektronenoptischen System eine Kanalplatte anzubringen, deren Kanäle schräg gerichtet sind. Infolge des schrägen Verlaufs der Kanälti wird unter anderem erreicht, daß ein etwa auftretender »dunkler Fleck« zum Rand des Bildfeldes hin in ein Gebiet verschoben wird, in dem diese Störung weniger lästig ist, als wenn sie sich in der Mitte des Bildes zeigt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, bei einer elektronischen Bildwandler, oder Bildverstärkerröhre der eingangs genannten Art diesen dunklen Fleck zu beseitigen und eine bessere Fokussierung zu erreichen, als es mit einer ebenen Kanalplatte in einer solchen Röhre möglich ist. ,.,,..'

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäßdadurch gelöst, daß die Verstärkervorrichtung eine Kanalplatte ist, deren Kanäle parallel zueinander verlaufen, und daß die Kanalplatte entsprechend der Krümmung der Bildebene des elektronenoptischen !Systems gekrümmt und, von der Photokathode her betrachtet, kokav ist..

Durch die Verwendung einer gekrümmten Kanalplatte wird erreicht, daß die Bildschärfe über die gesamte Bildfläche gleichmäßiger ist, oder daß die optimale Bildschärfe nicht nur in der Mitte dieser Fläche, sondern auch auf dem gesamten übrigen Teil, oder wenigstens einem großen weiteren Teil erhalten wird.

Wie aus der folgenden Beschreibung deutlicher hervorgehen wird, ist dies die Folge der Tatsache, daß die Krümmung der Kanalplatte es ermöglicht, daß die Eingangsfläche nahe bei der gekrümmten Bildebene des elektronenoptischen Systems liegt und nahezu mit ihr zusammenfällt, oder wenigstens weniger weit von dieser Ebene entfernt ist als bei Verwendung einer flachen Kanalplatte.

Mit Rücksicht auf die folgende ausführliche Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung werden zwei axiale Hauptebenen näher definiert. Bei einer Röhre mit einer Kanalplatte, bei der alle Kanäle parallel zueinander und schräg in bezug auf eine elektronenoptische Achse durch den Mittelpunkt der Matrix verlaufen, enthält eine der axialen Ebenen (d.h. der Ebenen, in denen diese Achse Hegt) auch die Achsen derjenigen Kanäle, die sie schneidet Diese Ebene wird als »erste Hauptebene« bezeichnet, während die senkrecht auf ihr stehende axiale Ebene als «zweite Hauptebene« bezeichnet wird.

Das verwendete elektronenoptische System kann von dem Typ sein, der bei einer sogenannten elektronenoptischen Diode benutzt wird, wie sie in »Philips Research Reports«, Band 7 (1952), Seiten 119 bis 130, beschrieben ist. Ein System dieser Art findet bei dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel Verwendung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine elektronische Bildwandler- oder Bildverstärkerröhre gemäß der Erfindung,

Fig. 2 im vergrößerten Maßstab einen Schnitt durch einen Teil der Kanalplatte in der Röhre nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Bedingungen, die in der ersten axialen Hauptebene der Röhre nach Fig. I herrschen,

Fig. 4 A und 4 B Diagramme zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung gekrümmter Matrizen,

Fig. 5 mögliche Verwendyngen laseroptischer Systeme.

In Fig. 1 ist eine äußere Strahlung von einem Objekt her mittels einer Linse O auf eine Photokathode P gerichtet, wodurch auf dieser ein Bild erzeugt

ίο wird. Aus allen Teilen der Photokathode werden gleichzeitig Photoelektronen mit örtlich in Abhängigkeit vom erzeugten Bild verschiedenen Intensitäten ausgelöst.

Die Photokathode P bildet zusammen mit einer konischen oder nahezu konischen Anode A eine elektronenoptische Diode mit einem derartigen elektronenoptischen System, daß die emittierten Photoelektronen zu einem Strahlenbündel R konzentriert werden, wobei dieses Bündel unter der Einwirkung

»ο der sphärischen Äquipotentialflächen zwischen der Photokathode P und der konischen Anode A konvergiert wird. Wenn das Bündel durch.die öffnung in der konischen Anode A hindurchgeht, wird es durch die negative Linsenwirkung bei der Konusöff-

»5 nung weniger konvergierend gemacht. Das Strahlenbündel R wird schließlich in der gestrichelt angegebenen Bildebene F zu einem Brennpunkt konvergiert. In dieser Ebene, die eine erhebliche Krümmung aufweist, liegen sämtliche Bildpunkte.

Die Anode A hat einen zylindrischen Teil, der an die Eingangselektrode El einer Kanalplatte /, die weiter eine Ausgangselektrode El aufweist, angeschlossen ist. Das elektronenoptische System P-A weist Rotationssymmetrie um eine elektronenoptische Achse Z-Z auf, die senkrecht auf der Oberfläche der Photokathode P und auf den Eingangs- und Ausgangsflächen der Kanalplatte / steht an den Stellen, wo sie diese schneidet.
Die Kanäle der Kanalplatte / können parallel zur Achse Z-Z verlaufen. Vorzugsweise jedoch verlaufen sie unter einem bestimmten Winkel, wie dies in der erwähnten Patentanmeldung beschrieben worden ist, und nachstehend wird angenommen, daß dies tatsächlich der Fall ist, sofern nicht ausdrücklich ein anderer

+5 Verlauf erwähnt wird. Es gehen somit, wie Fig. 2 zeigt, gemäß einem regelmäßigen Muster Kanäle C durch die Kanalplatte / hindurch, wobei die Achse X-X jedes Kanals einen Winkel 0 mit der zweiten axialen Hauptebene macht (die senkrecht auf der die Achse Z-Z enthaltenden Zeichenebene steht).

Fig. 2 zeigt, wie Photoelektronen b aus der Photokathode P die Kanalplatte / erreichen. In jedem der Kanäle, in den in einem bestimmten Augenblick Photoelektronen eintreten, erfolgt durch Sekundäremission eine Elektronenvervielfachung, z.B. wie dies schematisch in der Zeichnung angegeben ist, unter der Einwirkung des elektrischen Beschleunigungsfeldes, das dadurch erzeugt wird, daß die Elektroden £1 und El -nit einer schematisch durch Bl (Fig. 1) dargcstellten Spannungsquelle verbunden werden. Eine Quelle Bl erzeugt eins zweites Beschleunigungsfeld zwischen der Elektrode El und einer leitenden Schicht, z.B. aus Aluminium, die einen Teil eines gekrümmten Leuchtschirmes S (Fig. 1) bildet, der sich auf der Ausgangsseite der Vorrichtung befindet.

In Fi g. 2 wird der Einfachheit halber angenommen, daß alle Photoelektronen b sich auf parallelen Bahnen senkrecht zur Matrixoberfläche bewegen und sich so-

mit ti η Kanälen unter einem konstanten Winkel 0 mit den Kanalachsen nähern. In Wirklichkeit ist dies, außer in erster Näherung in der Mitte der Vorrichtung /, nicht der Fall.

In Wirklichkeit treffen die Hauptstrahlcn, z.B. der in Fig. 1 durch R_p dargestellte Hauptstrahl, die Kanalplatte / unter sich ändernden Winkeln, so daß sie mit den betreffenden Kanälen Winkel wie /31, /32 und /33 machen, die in Fig. 3 schematisch angegeben sind. F i g. 3 bezieht sich auf das, was sich in der ersten axialen Hauptebene abspielt, d.h. in der Axialebcnc, in der die Achse Z-Z liegt und in der auch die Achsen X-X derjenigen Kanäle liegen, die durch die Ebene geschnitten werden. Es ist deutlich, daß

/33 = 0 + y3

wobei y3 der Nennwinkel ist, unter dem der Hauptstrahl Rp_i von einem imaginären Kreuzungspunkt Zo des clektronenoptischen Systems P-A her divergiert. Die Hauptstrahlen, wie z.B. der Strahl Rp in Fig. 1 und die Strahlen Rp₁ bis Rp₃ in Fig. 3, sind in der Praxis keine genauen Geraden, aber sie werden dennoch durch die anfangs senkrechte Elektronenbahn im Emissionspunkt auf der Photokathode P identifiziert. Ähnlich ist

/31 = 0 - yl

wobei yl der Divergenzwinkcl des Hauptstrahls Rp₁ ist.

In der Mitte (auf der Achse Z-Z) ist die Divergenz des Hauptstrahls Rp₂ Null und ist

/32 = 0

Sofern der kleinste Winkel /31 groß genug ist, um zu verhindern, daß Elektronen gerade oder mit unzureichender Vervielfachung durch den jeweiligen Kanal hindurchgehen, kann die ganze in Fig. 3 dargestellte Matrix wirkungsvoll ohne »dunklen Fleck« arbeiten, weil die übrigen Winkel (02, /33 usw.) alle größer sind. Es ist jedoch gewünscht, die Höchstwerte der Winkel β in der vorerwähnten Weise zu begrenzen, weil sich der Astigmatismus um so stärker auswirkt, je größer 0 ist.

Bei einem praktischen Beispiel, das sich zur Anwendung auf die in Fig. I dargestellte Weise eignet, können die Abmessungen der Röhre etwa wie folgt sein:

= 5 cm

- 30 μ a» 2 mm

=» etwu 4 mm

- 12°

- 15° » 3°

- 27°

«■ 40 mm

Durchmesser der Matrix
Durchmesser der Kanüle Länge der Kanüle Abstund zwischen El und S Maximaler Divcrgcnzwinkcl Kanalncigungswlnkcl 0 Mindestwert des Winkels |3 Höchstwert dos Winkels β Krümmungshalbmesser von El

In der Zeichnung ist der Deutlichkeit hulber von diesen Abmessungen und von den gegenseitigen Verhältnissen abgewichen.

Bei einer Kunulplutte nueh den Fig. 1 bis 3, bei der sowohl eine gekrümmte Matrix uls auch schrüg verlaufende Knnllle Verwendung finden, können die Vorteile beider Systeme gleichzeitig erhalten werden, d,li, das Auflösungsvermögen kann über das ganze Bild hoch sein, wlihrend auch die Schwierigkeiten hinsichtlich des dunklen Flecks überwunden werden können. Die geringe Diskrepanz zwischen der gekrümm ten Bildebene F und der Eingangsfläche der Kanalplatte / kann nahezu völlig behoben oder so klein gehalten werden, daß sich keine nennenswerten Verluste an Auflösungsvermögen am Rand des auf dem Schirm S dargestellten Bildes ergeben.

Bei der bevorzugten Ausführungsform machen bei der Matrix der Kanalplatte gemäß den Fig. 1,2 und 3 alle Kanäle den gleichen Winkel 0 mit der zweiten axialen Hauptebene. Dies ermöglicht es, die Matrix

ίο gemäß verhältnismäßig einfachen Verfahren herzusteilen, bei denen ein mit Kanälen versehener Block in Scheiben gesägt wird, die dann weiter bearbeitet werden, bei welchen Verfahren zunächst gemäß den schrägen Linien W quer zu den Kanälen C Einschnitte gemacht werden, wie dies schematisch in Fig. 4A angegeben ist.

Die weitere Verarbeitung der flachen Scheiben zu einer gekrümmten Form wird erleichtert, wenn die Eingangs- und Ausgangsflächen der fertigen Matrix

ao geometrisch sphärisch sind (zum Unterschied von anderen Rotationsflächen, die übrigens auch benutzt werden können). In einem bestimmten Fall kann eine derartige Bearbeitung zur Erhaltung einer sphärischen Form derart erfolgen, daß sich (wie erwünscht)

"5 in allen Teilen der Matrix eine konstante Kanallänge ergibt. Für den Fall schräg verlaufender Kanäle ist dies schematisch in Fig. 4B angegeben, in der El und El die gewünschte Eingangs- bzw. Ausgangsflächc darstellen (d. h. die Oberflächen, auf denen die bctreffcndcn Elektrodenschichten gebildet werden), während AfI und Ml die sphärischen Flächen darstellen, mit denen die Eingangs- und Ausgangsflächen übereinstimmen müssen. Die beiden Kugeln haben gleiche Halbmesser, während ihre Mittelpunkte ml und ml

(hinsichtlich ihres gegenseitigen Abstandes und ihrer Orientierung) im gleichen Verhältnis stehen wie die Enden eines in der Mitte liegenden Kanals C2, das unter dem gewünschten Winkel 0 zur Achse Z-Z verläuft. Wie die Kanäle Cl, Cl und C3 zeigen, haben sämtliche Kanäle die gleiche Länge, während die Dicke der Matrix nicht überall die gleiche ist.

Erforderlichenfalls können die unerwünschten Folgen der Krümmung der Photokathode P und des Bildschirmes S gemäß Fig. I auf bekannte Weise, d.h. mittels einer Faseroptik, zunichte gemacht oder verringert werden. Man kann z.B. eine aus einer Faseroptik FOl bestehende Eingangsplattc benutzen, die auf einer Seite eine geeignete konkave Krümmung aufweist, die der Krümmung der Photokathode P an-

so gepaßt ist, wlihrcnd sie auf der Seite der auffallenden Strahlung nahezu flach oder in cntgcgengcsctztci Richtung gekrümmt ist. Dies ermöglicht es auch, bc der Photokuthode eine größere Krümmung zu ver· wenden, wodurch die Krümmung der Bildebene /

SS verringert wird, so daß diese Ebene nahezu völlig ml der Eingangsfllichc der Kanalplatte / zusammenfallet kunn. Erforderlichenfalls kann eine zweite Faseroptil F02 als Fenster benutzt werden, auf dem de Schirm S angcbrucht wird, und das eine Ausgangsflü

ehe hat, die z.B. flach sein kann. In allen Fällen hu der Schirm S eine konkave Krümmung, die Vorzugs weise der Krümmung der Elektrode El in dem Sinn angepaßt Ist, daß sofern möglich, die Feldstärke zwl sehen El und S überall die gleiche 1st.

«s Obgleich bei den beschriebenen Ausführungsfoi men der Konus A und die Elektrode £1 miteinandc verbunden sind, kunn es manchmal gewünscht seit diese »Dlodene-Anordnung dadurch zu linden

daß A von £1 getrennt wird, so daß an diese beiden Elemente verschiedene Potentiale angelegt werden können, um für die Elektronen, die sich den Kanälen nähern, eine optimale Eintrittsenergie zu erzielen. Dies kann dadurch erfolgen, daß die Anode A auf

dem gleichen Potential gehalten wird, während das Potential von £1 erniedrigt wird. Eine derartige Abänderung ergibt gleichsam eine Triodenstruktur, und der imaginäre Kreuzungspunkt Zo (Fig. 3) kann ein virtueller Kreuzungspunkt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

708 B3I/73

Claims

Patentansprüche:

Γ\, I. Elektronische Bildwandler- oder Bildverstärkerröhre mit einer Photokathode, einer auf Sekundäremission beruhenden Verstärkervorrichtüng und einem elektronenoptischen System, das Rotationssymmetrie aufweist und eine elektronenoptische Achse hat, die mit der Rotationssymmetrieachse zusammenfällt und senkrecht auf der Oberfläche der Photokathode steht, während die Hauptstrahlen der Photokathode zu einem gemeinsamen Kreuzüngspunkt hin gerichtet sind und die Verstärkeirvörrichtung, die im Schnittpunkt mit der optischen Achse uuf dieser Achse senkrecht steht, jenseits dieses Kreuzungspunktes angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vers lagervorrichtung eine Kanalplatte ist, deren Kanäle parallel zueinander verlaufen, und daß die Kanalplatte, entsprechend der Krümmung der Bildebene des elektronenoptischen Systems gekrümmt und, von der Photokathode her betrachtet, konkav ist.
2. Bildwandler- oder Bildverstärkerröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronenoptische System vom Typ einer elektronenoptischen Diode ist und eine konische oder nahezu konische Anode aufweist, die elektrisch mit der Eingangselektrode der Kanalplatte verbunden ist. ^;
3. Bildwandler- oder Bildverstärkerröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangselektrode der Kanalplatte und die Bildebene des elektronenoptischer.' Systems nahezu zusammenfallen.
4. Bildwandler- oder Bildverstärkerröhre nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Kanäle einen bestimmten Winkel mit der optischen Achse bilden und nahezu gleich lang sind.