DE19827094A1 - Bildwandler- bzw. Bildverstärkerröhre und Photokathode dafür - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bildwandler- bzw. Bildverstärkerröhre mit einem Vakuumgehäuse mit einem Eingangsfenster und einem Ausgangsfenster und darin angeordneter Photokathode, einem oder mehreren Mikrokanalelektronenvervielfachern sowie einem Leuchtschirm, wobei als Tragstruktur oder Trägerstrukturen der Photokathode (1) und/oder des Leuchtschirmes (3) und/oder der Elektronenvervielfacher (2) Mikrokanalwafer/-chips (11, 21, 31) vorgesehen sind, die zur Ausbildung der jeweiligen Funktionalitäten behandelt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bildwandler- bzw. Bildverstärkerröhre mit einem Vakuumgehäuse, mit einem Eingangsfenster und einem Ausgangsfenster und darin angeordneter Photokathode, einem oder mehreren Mikrokanalelektronenvervielfachern sowie einem Leuchtschirm. Ferner betrifft die Erfindung eine Photokathode für Inverter- oder Nahfeldfokusröhren.

Eine derartige Röhre ist als Bildverstärker aus der WO 95/09432 bekannt. Ferner ist aus der DE 31 50 257 A1 eine Bildverstärkerröhre bekannt, bei der der Elektronenvervielfacher aus mehreren isolierend beschichteten Gittern, die unmittelbar aufeinander geschichtet sind, gebildet ist. Bevorzugt werden die Gitter als Lochbleche aus Kupfer-Beryllium gebildet, wobei das Einbringen der Löcher durch Ätzen erfolgt. Zwischen den Gittern ist Cäsiumjodid als elektrischer Isolator vorgesehen.

Ferner ist aus der DE 42 37 097 A1 ein Röntgenbild­ verstärker bekannt, bei dem die von einer Photokathode ausgelösten Elektronen mittels wenigstens einer Mikrokanalplatte als Elektronenvervielfacherstufe verstärkt werden und zur Registrierung auf ein flächenförmiges Halbleiter-Detektorarray gerichtet sind. Das Halbleiter-Detektorarray besteht aus armorphem, mit Wasserstoff dotiertem Silizium, so daß aus auf dem Detektor auftreffende Elektronen direkt ohne Umwandlung in sichtbares Licht ein elektrisches Signal erzeugt wird.

Ferner ist aus der DE 23 27 253 C3 eine Bildverstärker­ röhre bekannt, die zwischen Photokathode und Leucht­ schirm eine mit einem dielektrischen Film versehene Mikrokanalplatte aufweist.

Aus dem Stand der Technik sind somit Röhren bekannt, die zur Elektronenvervielfachung Mikrokanalplatten verwenden. Die bekannten Mikrokanalplatten sind aus mehreren Glassorten bestehenden Stäben gezogen, die in flächig nebeneinander verbundenen kleinsten Röhrchen die Mikrokanäle bilden. Die Herstellung derartiger Mikrokanalplatten ist folglich sehr aufwendig.

Da ferner in den bekannten Röhren die die einzelnen Funktionen tragenden Elemente als Nahfeldfokusstufe (Proximity-tube) separiert, nämlich im Vakuum isolierend beabstandet voneinander angeordnet sind, ist eine aufwendige Halterung der einzelnen Elemente erforderlich, die zusätzlich durch die unterschiedliche Ausbildung der Funktionsträger erschwert wird.

Es ist allgemein bekannt, siehe beispielsweise DE 31 50 257 A1, die Photokathode auf der Innenseite des Eingangsfensters und den Leuchtschirm auf der Innenseite des Ausgangsfensters anzubringen.

Demgegenüber ist in der DE 36 17 929 A1 ein Bildverstärker für das mittlere Infrarot angegeben, bei dem die eine thermionisch emittierende Membran mit ihrer zugeordneten Kathode nicht auf der Innenseite des Eingangsfensters, sondern auf der Vorderseite der den Elektronenverstärker bildenden Mikrokanalplatte angeordnet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bildwandler- bzw. Bildverstärkerröhre anzugeben, die in großen Stückzahlen kostengünstiger herstellbar ist.

Gelöst wird diese Aufgabe bei der eingangs genannten Bildwandler- bzw. Bildverstärkerröhre dadurch, daß als Tragstruktur oder Trägerstrukturen der Photokathode und/oder des Leuchtschirmes und/oder der Elektronenver­ vielfacher Mikrokanalwafer/-chips vorgesehen sind, die zur Ausbildung der jeweiligen Funktionalitäten behandelt sind.

Durch die Verwendung von Mikrokanalwafern/-chips als Funktionsträger ist es möglich, eine standardisierte Fertigung vorzusehen. Insbesondere wenn alle drei gewünschten Funktionalitäten auf einem oder mehreren Mikrokanalwafern/-chips aufgebracht werden, ist die Fertigung der Röhre erheblich vereinfacht. Dabei sind die als Trägerstruktur ausgebildeten Mikrokanalwafer/- chips aus einem beliebigen, geeigneten Material hergestellt. Der Mikrokanalwafer/-chip zeichnet sich durch eine Vielzahl von im wesentlichen senkrecht zur Wafer-Chipebene verlaufenden Kanälen aus, wobei die Stärke der Mikrokanalwafer/-chips abhängig von der gewünschten Funktion, beispielsweise Verstärkungs­ faktor, ausgebildet wird. Bevorzugt sind die Mikrokanäle in übereinstimmenden Mustern in dem Wafer/Chip ausgebildet.

Für eine Massenfertigung ist insbesondere die Verwendung von Halbleitermaterial oder Keramikmaterial für die Mikrokanalwafer/-chips wirtschaftlich. Die Kanäle werden bevorzugt im Ätzverfahren hergestellt. Die bei üblichen Ätzverfahren ausgebildete in Ätzrichtung konisch sich verjüngende Form ist dabei durchaus erwünscht. Gegebenenfalls kann auch eine beidseitige Ätzung zur Herstellung von zum Innern der Platte verjüngenden Kanälen ausgeführt werden.

Senkrechte Strukturen werden z. B. mit Plasmaätzverfahren realisiert.

Damit hat die Röhre den Vorteil, daß einzelne Bauteile bereits vorproduziert zur Montage gelangen und dann der Montageaufwand auf den Vakuumzusammenbau begrenzt ist. Für die Bestückungsteile der Röhre stammen die Fertigungstechniken aus der Halbleiterherstellung, die preiswert und sicher zu handhaben ist.

Dadurch, daß in die Kanäle des als Mikrokanal- Schirmwafer/-chip ausgebildeten Leuchtschirms Leuchtphosphor eingebracht ist, wird der als Mikrokanalwafer/-chip ausgebildeten Trägerstruktur eine auf die Mikrokanalöffnungen beschränkte Leuchtschirmfunktionalität aufgeprägt. Zum Schutz dieses Mikrokanalleuchtschirmwafers/-chips sind die beiden Oberflächen versiegelt, beispielsweise mit einem Lack.

Wenn auf der zum Ausgangsfenster gerichteten Oberfläche und/oder auf Mikrokanalinnenseiten des Schirmwafers/- chips eine leitfähige Reflexionsschicht aufgebracht ist, wird der Wirkungsgrad des Leuchtschirms durch ggf. mehrfaches Reflektieren der erzeugten Photonen erhöht. Ferner werden die Elektronen abgeleitet, um den Elektronenfluß zu gewährleisten.

Dadurch, daß die Mikrokanalwafer/-chips als Elektronenvervielfacher an beiden Oberseiten mit Elektrodenschichten und auf den Kanalinnenseiten mit einer Diffusionsschicht oder bedampften oder chemisch aufgebrachten Schicht versehen ist, die Sekundärelektronenemission zuläßt, ist eine einfache Beschaltung des Elektronenvervielfachers durch Anlegen eines Potentials an den beiden Elektrodenschichten gegeben. Bevorzugt besteht die Elektrodenschicht aus aufgedampften Metall oder einer Metallegierung oder ist als Diffusionsschicht ausgebildet.

Wenn der Mikrokanalwafer/-chip als Kathode auf den Kanalinnenseiten, wenigstens im Kanaleingangsbereich mit einer Elektronen emittierenden Schicht versehen ist, wobei bei konisch ausgebildeten Kanälen die größere Öffnung zum Eingangsfenster zeigt, werden mehr Photonen ein Elektron auslösen, womit der Wirkungsgrad steigt. Ein durch die Elektronen emittierende Schicht hindurchgelangendes Photon kann reflektiert werden und erneut die aktive Schicht durchlaufen, womit die Wahrscheinlichkeit einer Elektronenauslösung und mithin der Wirkungsgrad steigt.

Wenn die Elektronen emittierende Schicht zusätzlich auf der zum Eingangsfenster gerichteten Oberfläche des Mikrokanalwafer/-chip aufgebracht ist, können auch auf den Steg zwischen zwei Mikrokanälen auftreffende Photonen Elektronen auslösen, die aufgrund des angelegten elektrischen Feldes ebenfalls in die Mikrokanäle gesogen werden.

Dadurch, daß die Elektronen emittierende Schicht als Auflicht-Kathode ausgebildet ist, wird die Wahrscheinlichkeit Elektronen auslösender Ereignisse erhöht, da keine Transmissionsverluste auftreten können. Reflektierte Photonen werden dabei aufgrund der Geometrie in dem betreffenden Mikrokanal nochmals auf die Elektronen emittierende Schicht auftreffen und dort dann eine Elektronenauslösung verursachen.

Bei einer Verwendung der Bildwandler- bzw. Bildverstärkerröhre für Infrarotstrahlung ist es vorteilhaft, wenn in die Kanäle des Kathodenmikrokanal­ wafer/-chip ein thermionisch emittierendes Material eingebracht oder aufgebracht wird.

Dadurch, daß die Mikrokanalwafer/-chips des Elektronenvervielfachers und des Leuchtschirms mit übereinstimmend ausgerichteten Kanälen unmittelbar übereinanderliegen, wird der bei herkömmlichen Röhren (Nahfeldfokus/Proximity) vorgesehene Abstand zwischen den Bauelementen vermieden und insbesondere damit sichergestellt, daß Elektronen, die in einem Mikrokanal des Elektronenvervielfachers ausgelöst werden, auch nur den zugeordneten Mikrokanal des Leuchtschirms anregen können. Eine Übersprechung von Mikrokanal zu Mikrokanal wird somit zwischen diesen beiden Elementen vermieden.

Ebenso wird ein Übersprechen von Mikrokanal zu Mikrokanal dadurch vermieden, daß die Mikrokanalwafer/-chips der Kathode und des Elektronenvervielfachers mit übereinstimmend ausgerichteten Kanälen unmittelbar übereinanderliegen.

Neben den bisher genannten drei Funktionalitäten in der erfindungsgemäßen Bildwandler- bzw. Bildverstärkerröhre können noch weitere Funktionalitäten aufgeprägt werden.

Wenn zwischen Photokathodenwafer/-chip und Elektronenvervielfacherwafer/-chip ein Mikrokanal­ beschleunigungswafer/-chip vorgesehen ist, kann die Energie der Elektronen vergrößert werden. Dabei ist der Mikrokanalbeschleunigungswafer/-chip ähnlich eines Elektronenvervielfacherwafers/-chip aufgebaut.

Ferner ist es für bestimmte Meß- bzw. Erkennungsaufgaben vorteilhaft, wenn ein Mikrokanalwafer/-chip als Verschlußbauteil ausgebildet ist. Dabei wird das sogenannte "Gaten" durch schnelles Umpolen eines an einem Mikrokanalwafer/-chip, beispielsweise über Elektrodenschichten, angelegten Potentials erreicht, wodurch der betreffende Mikrokanalwafer/-chip für Elektronen undurchlässig wird. Derartige Gatewafer erlauben ultraschnelle Verschlüsse. Für besondere Anwendungen ist auch eine Modulation des angelegten Potentials von < 100% möglich.

Für eine direkte, der Ortsauflösung auf der Photokathode entsprechende Abbildung zu gewährleisten, ist es insbesondere bevorzugt, eine durchgehende, ununterbrochene Mikrokanalstruktur von Photokathode bis zum Leuchtschirm zu schaffen. Dies wird alternativ dadurch erreicht, daß alle Mikrokanalwafer/-chips unmittelbar übereinanderliegend mit übereinstimmend ausgerichteten Kanälen ein Paket bilden oder daß die Funktionalitäten der Photokathode, des Elektronenvervielfachers und des Leuchtschirms auf einem Mikrokanalwafer/-chip ausgebildet sind. Nach der ersten Alternative ist der Zusammenstellungsaufwand bei der Herstellung der Röhre etwas größer, wobei eine sehr große Zahl von verschiedenen Funktionalitäten verwirklicht werden können. Bei der paketartigen Stapelung mehrerer Mikrokanalwafer/-chips ist eine Kaskadierung verschiedenster Funktionalitäten möglich. Nach der zweiten Alternative ist der Fertigungsaufwand geringer, wobei Restriktionen bezüglich geeigneter, d. h. ausreichende Stärke aufweisender Mikrokanalwafer/-chip besteht. Ferner kann nur eine begrenzte Anzahl von Funktionalitäten an den beiden Oberflächen des Mikrokanalwafer/-chip und den jeweiligen Eingangsbereichen der Mikrokanäle aufgebracht werden.

Für die Verwendung in Verstärkerröhren mit Elektronenoptik oder in Nahfeldfokusröhren (Proximity- Röhren) kann die Funktionalität der Photokathode mit einer auf einem Träger aufgebrachten Elektronen emittierenden Schicht so gebildet werden, daß der Träger ein Mikrokanalwafer/-chip ist und die Elektronen emittierende Schicht als Auflichtkathode auf den Kanalinnenseiten wenigstens im Kanaleingangsbereich der Mikrokanäle des Mikrokanalwafer/-chip ausgebildet ist. Mit einer derartigen Ausgestaltung können auch herkömmliche Röhren mit der gemäß Anspruch 2, 9 und 11 definierten Auflichtkathode ausgebildet werden.

Bevorzugt ist auch dabei, daß der Kanaleingangsbereich trichterförmig oder konisch, mit seiner größeren Öffnung zur eintretenden Strahlung gerichtet, ausgebildet ist. Zur Verwendung für Infrarotstrahlung ist die Elektronen emittierende Schicht thermionisch emittierend ausgebildet.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.

Darin zeigt:

Fig. 1 schematisch im Ausschnitt den Aufbau einer aus vier Mikrokanalwafer/-chips gebildeten Bildwandler- bzw. Bildverstärkerröhre und

Fig. 2 schematisch im Ausschnitt einen Aufbau einer derartigen Röhre mit einem einstückigen Mikrokanalwafer/-chip.

In Fig. 1 ist der Aufbau einer erfindungsgemäßen Röhre im Ausschnitt skizziert. Zur Vereinfachung ist das Vakuumgehäuse der Röhre nicht vollständig dargestellt. Das Vakuumgehäuse kann beispielsweise als Flachbildröhre aus zwei einen evakuierbaren Raum umschließenden, tellerartigen Elementen bestehen, die im wesentlichen ein Eingangsfenster 6 und ein Ausgangsfenster 7 bilden, wobei die elektrischen Anschlüsse z. B. eingepreßt sind. Das Innenmaß der Röhre kann soweit verringert werden, daß die Innenseiten des Eingangsfensters 6 und des Ausgangsfensters 7 mit den Ober- und Unterseiten eines Schichtpaketes in Berührung gelangen.

In Fig. 1 ist oben mit dem Eingangsfenster 6 die Eingangsseite der zu wandelnden und ggf. zu verstärkenden Strahlung dargestellt. Innerhalb des Vakuumgehäuses trifft die zu detektierende Strahlung zunächst auf eine Photokathode 1, die aufgrund der Strahlung, beispielsweise Röntgenstrahlung, UV- Strahlung, sichtbares Licht oder Infrarotstrahlung durch ein entsprechendes, angepaßtes Elektronen emittierendes Material Elektronen auslöst. Diese Photokathode 1 ist als Mikrokanalkathodenwafer/-chip ausgebildet und besteht als Tragstruktur aus einem Mikrokanalwafer/-chip 11, der bevorzugt aus einem Halbleiterwafer, beispielsweise Silizium, hergestellt wird. Dieser Wafer/Chip wird dann mit einer Vielzahl von Mikrokanälen 12, bevorzugt mittels Ätzverfahren, versehen. Die Mikrokanäle 12 sind konisch und weisen eine Trichteröffnung auf, wobei die trichterförmige größere Öffnung zum Eingangsfenster 6, also zur eintretenden, zu wandelnden Strahlung ausgerichtet ist. Die etwa eine trichterförmige Oberfläche bildende Mikrokanalwandung 13 ist mit einer Elektronen emittierenden Schicht 14 belegt. Bevorzugt ist die Elektronen emittierende Schicht 14 über die zwischen den Mikrokanälen 12 befindlichen Stege der Mikrokanalwafer/-chips 11 auf der zur eintretenden Strahlung gerichteten Oberfläche aufgebracht.

An der zur eintretenden Strahlung abgewandten Oberfläche des Mikrokanalwafer/-chip 11 liegt ein Verschlußelement oder Gatewafer/-chip 4 in unmittelbarem Kontakt an. Das Verschlußelement 4 besteht als Tragstruktur ebenfalls aus einem Mikrokanalwafer/-chip 41, der beispielsweise ein Siliziumwafer/-chip ist. In diesem Mikrokanalwafer/-chip 41 sind in mit dem Mikrokanalwafer/-chip 11 übereinstimmendem Muster Mikrokanäle 42 vorgesehen. Die Mikrokanäle 42 weisen ähnliche Formen wie die Mikrokanäle 12 der Photokathode 1 auf, wobei beispielsweise eine trichterförmige Wandung 43 der Mikrokanäle 42 mit der kleineren Öffnung zur eintretenden Strahlung ausgerichtet ist. Zur Ausbildung der gewünschten Funktionalität als Verschlußelement sind beidseits des Mikrokanalwafer/-chip 11 auf den Oberseiten Elektrodenschichten 44, beispielsweise aus Aluminium aufgebracht. An die Elektrodenschichten 44 kann das gewünschte elektrische Potential entweder zum Aufstoppen der Elektronen (Verschlußfunktion) oder zum Beschleunigen derselben verwendet werden.

Unmittelbar an dem Verschlußelement 4 anliegend ist ein Elektronenvervielfacher 2 vorgesehen. Der Elektronenvervielfacher 2 besteht wiederum als Tragstruktur aus einem Mikrokanalwafer/-chip 21, beispielsweise einem Siliziumwafer/-chip, in den entsprechend des Musters der Mikrokanalplatte 11 der Photokathode 1 und des Verschlußelementes 4 eine Vielzahl von Mikrokanälen 22 eingebracht ist. Die Mikrokanäle 22 weisen ebenfalls konische Formen auf und haben beispielsweise eine im wesentlichen trichterförmige Mikrokanalwandung 23 auf der eine Diffusionsschicht oder leitfähige Schicht 25 zur Emission von Sekundärelektronen ausgebildet ist. Zur Kontaktierung des Elektronenvervielfachers 2 sind an beiden Oberseiten, ähnlich zum Verschlußelement 4 Elektrodenschichten 24, beispielsweise aus Aluminium oder als Diffusionsschicht ausgebildet, aufgebracht. Die zwischen dem Verschlußelement 4 und dem Elektronenvervielfacher 2 liegenden Elektrodenschichten 24, 44 können als gemeinsame Elektrodenschicht 24 ausgelegt werden, wie in Fig. 1 dargestellt, da die elektrischen Potentiale bevorzugt kaskadiert angeschlossen werden.

An den Elektronenvervielfacher 2 schließt sich strahlabwärtig schließlich ein Leuchtschirm 3 an. Der Leuchtschirm 3 besteht als Tragstruktur aus einem Mikrokanalwafer/-chip 31, beispielsweise ein Halbleiterwafer/-chip, der in übereinstimmendem Muster mit den vorgenannten Mikrokanalwafern/-chips 11, 21, 41 Mikrokanäle 32 aufweist. Alle vier Mikrokanalplatten 11, 21, 31, 41 sind so übereinander gestapelt, daß die Mikrokanäle 12, 22, 32, 42 koinzidieren. Der Mikrokanalwafer/-chip 31 weist ebenfalls im wesentlichen konische Mikrokanäle 32 auf, bei denen die trichterförmige Mikrokanalwandung 33 mit ihrer größeren Öffnung zum Ausgangsfenster, also strahlabwärtig gerichtet ist. Auf der Mikrokanalinnenseite oder -wandung 33 und auf der strahlabwärtigen Oberseite des Mikrokanalwafers/-chips 31 ist eine Reflexionsschicht 34, beispielsweise aus Aluminium, aufgebracht. Die Mikrokanäle 32 sind mit Leuchtphosphor 35 befüllt. Zum Schutz des in die Mikrokanäle 32 eingebrachten Leuchtphosphors 35 sind bevorzugt beide Oberflächen des Mikrokanalwafers/- chips 31 mit einer Lackschicht 36 versiegelt. In Fig. 1 ist diese lediglich stromabwärtig als Linie angedeutet. Daran schließt sich das Ausgangsfenster 7 an.

Aus der Beschreibung dieses Ausführungsbeispiels ist ersichtlich, daß eine Vielzahl ähnlich strukturierter, jedoch mit unterschiedlicher Funktionalität belegter Mikrokanalwafer/-chips in der jeweilig gewünschten Reihenfolge zusammenfügbar sind, um an den gewünschten Verwendungszweck angepaßte Bildwandler- bzw. Bildverstärker zu erhalten. Wichtig dabei ist, daß die in den einzelnen Mikrokanalwafern/-chips ausgebildeten Mikrokanäle übereinanderliegend ausgerichtet sind und somit lange Durchgangskanäle bilden.

In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der innere Aufbau als kombiniertes Photokathoden-, Elektronenvervielfacher- und Leuchtschirmelement 5 einer erfindungsgemäßen Röhre dargestellt ist. Vom Vakuumgehäuse sind lediglich das Eingangsfenster 6 und das Ausgangsfenster 7 schematisch dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist als Tragstruktur lediglich ein einstückiger Mikrokanalwafer/-chip 51 vorgesehen. Der Mikrokanalwafer/-chip 51 besteht ebenfalls aus einem geeigneten Material, beispielsweise einem Halbleiter- oder Keramikmaterial, in den Mikrokanäle 52 eingebracht sind.

Da zur Ausbildung der gewünschten Funktionalitäten eine größere Materialstärke erforderlich ist, sind die Mikrokanäle beispielsweise durch beidseitiges Ätzen oder sonstige geeignete Verfahren eingebracht. Bevorzugt ist die Form der Mikrokanäle im wesentlichen wabenförmig oder zylindrisch mit trichterförmigen Aufweitungen 54, 55 auf beiden Seiten. Die Mikrokanalwandung 53 ist als Diffusionsschicht oder leitfähige Schicht 56 ausgebildet. An den trichterförmigen Eingangsbereich 54 ist, die benachbarten Eingangsbereiche verbindend, eine Elektronen emittierende Schicht 57 aufgebracht. Am trichterförmigen Ausgangsbereich 55 ist, die benachbarten Ausgangsbereiche verbindend, eine Reflexionsschicht 58 aufgebracht. Der trichterförmige Ausgangsbereich 55 ist ferner mit Leuchtphosphor 59 oder ein anderes fluoreszierendes Material befüllt.

Damit bildet der trichterförmige Eingangsbereich 54 mit der Elektronen emittierenden Schicht 57 die Funktionalität einer Photokathode, der röhrenförmige Teil des Mikrokanals 52 mit seiner Sekundärelektronen emittierenden Schicht 56 die Funktionalität eines Elektronenvervielfachers und der trichterförmige Ausgangsbereich 55 mit Reflexionsschicht 58 und Leuchtphosphorfüllung 59 die Funktionalität eines Leuchtschirms. Auch bei dieser Ausführungsform können weitere Funktionalitäten, beispielsweise ein Gate- Element aufgeprägt werden.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise und beispielhaft einige Einsatzbereiche der erfindungsgemäßen Röhre erläutert.

Die auf die erfindungsgemäße Röhre einfallende Strahlung, beispielsweise UV-, IR-, Röntgenstrahlung oder sichtbares Licht, gelangt durch das Eingangsfenster 6 des Vakuumgehäuses in das evakuierte Innere der Röhre und trifft dort auf die auf einem Mikrokanalwafer/-chip 11, 51 aufgebrachte Photokathode 1, 54. Die Elektronen emittierende Schicht 14, 57 der Photokathode 1, 54 ist nur auf dem als Tragstruktur dienenden Mikrokanalwafer/-chip aufgebracht, so daß diese Schicht als Auflichtkathode ausgebildet ist. Die Durchlässigkeit des Systems wird allein durch die Mikrokanäle 12, 52 erreicht. Die aufgrund der beispielsweise einfallenden Lichtquanten auf der Kathode ausgelösten Elektronen werden in den nächstliegenden Mikrokanal aufgrund des angelegten elektrischen Feldes eingesogen. Mit einem optional eingefügten Gatewafer/-chip 4 kann der Elektronenfluß durch Anlegen eines entgegengesetzt gepolten Feldes gestoppt werden. Diese Verschlußfunktion kann im Pikosekundenbereich geschaltet werden.

Bei offenem Gatewafer/-chip 4 oder ohne dieses Element gelangen die emittierten Elektronen in den Bereich des Elektronenvervielfachers 2, 52 und treffen dort auf die Sekundärelektronen emittierende Schicht 25, 56, womit in Verbindung mit dem angelegten starken elektrischen Feld eine Elektronenvervielfachung erfolgt.

Dieser vervielfachte Elektronenstrom trifft im Bereich des Leuchtschirmes 3, 55 auf die Leuchtphosphor­ füllung 35, 59 und erzeugt dort Lichterscheinungen. Die Elektronen werden dort über die elektrisch leitende Reflexionsschicht 34, 58 abgeleitet, so daß eine Elektronensättigung vermieden wird. Desweiteren dient die Reflexionsschicht 34, 58 zur Reflexion der im Leuchtphosphor erzeugten Lichtquanten, um eine höhere Lichtausbeute zu erzielen.

Es ist damit erkennbar, daß aufgrund der von der Photokathode bis zum Leuchtschirm in einzelnen Mikrokanälen separierten Elektronenstrahlung eine pixelorientierte, d. h. in Abhängigkeit des Mikrokanalmusters ausgelegte, Auflösung erzielt wird, die eine 1 : 1 Abbildungseigenschaft beinhaltet. Eine Beeinflußung der Mikrokanäle untereinander ist nicht möglich.

Mit den erfindungsgemäßen Bildverstärkerröhren kann damit ein bildgebendes Sensorsystem verwirklicht werden, das in der Lage ist, Bilder unterschiedlicher Strahlung zu wandeln und zu verstärken. Ferner wird ein sehr schneller Verschluß für ein auswertendes System realisiert. Eine durch die Verschlußgeschwindigkeit und Lichtlaufzeit denkbare Auflösung liegt im Bereich von 2 bis 3 cm.

Das erfindungsgemäße System kann auch in Verbindung mit einem CCD-Sensor verwendet werden, wobei der CCD-Sensor beispielsweise mit einer Fiberglasoptik an den Ausgangsschirm der Röhre angekoppelt wird. Anwendungs­ bereiche sind beispielsweise die Hinderniswarnung und -erkennung oder die Überwachung bei schlechten oder nicht vorhandenen Sichtverhältnissen. Beispielsweise ist für Land-, Luft-, Schienen- und Wasserfahrzeuge eine Visualisierung von Hindernissen oder Gefahren bei Sichtbeeinträchtigungen möglich. Im Bereich der Luftfahrt könnte das System auch zur Turbulenzerkennung genutzt werden.

Bezugszeichenliste

1

Photokathode, Mikrokanalkathodenwafer/-chip

11

Mikrokanalwafer/-chip, Tragstruktur

12

Mikrokanal

13

Mikrokanalwandung, -innenseite

14

Elektronen emittierende Schicht

2

Elektronenvervielfacher

21

Mikrokanalwafer/-chip, Tragstruktur

22

Mikrokanal

23

Mikrokanalwandung, -innenseite

24

Elektrodenschicht

25

Sekundärelektronen emittierende Schicht

3

Leuchtschirm

31

Mikrokanalwafer/-chip, Tragstruktur

32

Mikrokanal

33

Mikrokanalwandung, -innenseite

34

Reflexionsschicht

35

Leuchtphosphor

36

Lackschicht

4

Verschlußelement, Gatewafer

41

Mikrokanalwafer/-chip, Tragstruktur

42

Mikrokanal

43

Mikrokanalwandung, -innenseite

44

Elektrodenschicht

5

Kombiniertes Element

51

Mikrokanalwafer/-chip, Tragstruktur

52

Mikrokanal

53

Mikrokanalwandung, -innenseite

54

trichterförmiger Eingangsbereich

55

trichterförmiger Ausgangsbereich

56

Sekundärelektronen emittierende Schicht

57

Elektronen emittierende Schicht

58

Reflexionsschicht

59

Leuchtphosphor

6

Eingangsfenster

7

Ausgangsfenster (z. B. Fiberglas)

Claims (21)

1. Bildwandler- bzw. Bildverstärkerröhre mit einem Vakuumgehäuse mit einem Eingangsfenster und einem Ausgangsfenster und darin angeordneter Photo­ kathode, einem oder mehreren Mikrokanalelektronen­ vervielfachern sowie einem Leuchtschirm, dadurch gekennzeichnet, daß als Tragstruktur oder Trägerstrukturen der Photokathode (1) und/oder des Leuchtschirmes (3) und/oder der Elektronenvervielfacher (2) Mikrokanalwafer/-chips (11, 21, 31) vorgesehen sind, die zur Ausbildung der jeweiligen Funktionalitäten behandelt sind.

2. Bildwandler- bzw. Bildverstärkerröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Photokathode (1), der Mikrokanalelektronenvervielfacher (2) und/oder der Leuchtschirm (3) aus einem Halbleiter- oder Keramikwafer/-chip gebildet ist.

3. Bildwandler- bzw. Bildverstärkerröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrokanalwafer/-chips (11, 21, 31) eine Vielzahl geätzter Kanäle (12, 22, 32) aufweisen, wobei die Kanäle im wesentlichen konisch oder sich zum Innern der Platte verjüngend ausgebildet sind.

4. Bildwandler- bzw. Bildverstärkerröhre nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Kanäle (32) des als Mikrokanal-Schirmwafer/-chip ausgebildeten Leuchtschirms (3) Leuchtphosphor (35) oder ein anderes fluoreszierendes Material eingebracht ist.

5. Bildwandler- bzw. Bildverstärkerröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Oberflächen des befüllten Wafer/Chip (31) versiegelt sind.

6. Bildwandler- bzw. Bildverstärkerröhre nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der zum Ausgangsfenster gerichteten Oberfläche und/oder auf Mikrokanalinnenseiten (33) des Schirmwafer/- chip (31) eine leitfähige Reflexionsschicht (34) aufgebracht ist.

7. Bildwandler- bzw. Bildverstärkerröhre nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrokanalwafer/-chip (21) als Elektronenvervielfacher an beiden Oberseiten mit Elektrodenschichten (24) und auf den Kanalinnenseiten (23) mit einer Diffusionsschicht oder bedampften oder chemisch aufgebrachten Schicht (25) versehen ist, die Sekundärelektronenemission zuläßt.

8. Bildwandler- bzw. Bildverstärkerröhre nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenschicht (24) aus aufgedampftem Metall oder einer Metallegierung besteht oder als Diffusionsschicht ausgebildet oder chemisch aufgebracht ist.

9. Bildwandler- bzw. Bildverstärkerröhre nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrokanalwafer/-chip (11) als Kathode auf den Kanalinnenseiten (13), wenigstens im Kanaleingangsbereich mit einer Elektronen emittierenden Schicht (14) versehen ist, wobei bei konisch ausgebildeten Kanälen (12) die größere Öffnung zum Eingangsfenster zeigt.

10. Bildwandler- bzw. Bildverstärkerröhre nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronen emittierende Schicht (14) zusätzlich auf der zum Eingangsfenster gerichteten Oberfläche des Mikrokanalwafer/-chip (11) aufgebracht ist.

11. Bildwandler- bzw. Bildverstärkerröhre nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronen emittierende Schicht (14) als Auflicht- Kathode ausgebildet ist.

12. Bildwandler- bzw. Bildverstärkerröhre nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in die Kanäle (12) des Kathodenmikro­ kanalwafer/-chip (11) ein thermionisch emittierendes Material eingebracht oder aufgebracht ist.

13. Bildwandler- bzw. Bildverstärkerröhre nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mikrokanalwafer/-chips (21, 31) des Elektronenvervielfachers und des Leuchtschirms mit übereinstimmend ausgerichteten Kanälen (22, 32) unmittelbar übereinanderliegen.

14. Bildwandler- bzw. Bildverstärkerröhre nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrokanalwafer/-chips (11, 21) der Kathode und des Elektronenvervielfachers mit übereinstimmend ausgerichteten Kanälen (12, 22) unmittelbar übereinanderliegen.

15. Bildwandler- bzw. Bildverstärkerröhre nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch crekennzeichnet, daß zwischen Photokathodenwafer/-chip (1) und Elektronenvervielfacherwafer/-chip (2) ein Mikrokanalbeschleunigungswafer/-chip vorgesehen ist.

16. Bildwandler- bzw. Bildverstärkerröhre nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mikrokanalwafer/-chip (41) als Verschlußbauteil (4) bzw. Modulationsbauteil ausgebildet ist.

17. Bildwandler- bzw. Bildverstärkerröhre nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Mikrokanalwafer/-chips (11, 21, 31, 41) unmittelbar übereinanderliegend mit übereinstimmend ausgerichteten Kanälen (12, 22, 32, 42) ein Paket bilden.

18. Bildwandler- bzw. Bildverstärkerröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionalitäten der Photokathode, des Elektronenvervielfachers und des Leuchtschirms auf einen Mikrokanalwafer/-chip (51) ausgebildet sind.

19. Photokathode für Inverterröhren oder Nahfeldfokusröhren mit einer auf einem Träger aufgebrachten Elektronen emittierenden Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger ein Mikrokanalwafer/-chip ist und die Elektronen emittierende Schicht als Auflichtkathode auf den Kanalinnenseiten wenigstens im Kanaleingangsbereich der Mikrokanäle des Mikrokanalwafer/-chip ausgebildet ist.

20. Photokathode nach Anspruch 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kanaleingangsbereich trichterförmig oder konisch, mit seiner größeren Öffnung zur eintretenden Strahlung gerichtet, ausgebildet ist.

21. Photokathode nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronen emittierende Schicht thermionisch emittierend ausgebildet ist.