DE2048538A1 - Verkleinernde Bildrohre - Google Patents

Description

~²" 204

Zwischen der Photokathode und dem flachen Bildwandlerschirm ist zur Beschleunigung und zum Fokussieren des Elektronenbilds auf den Bildv/andlerschirra eine Elektrodenstruktur angeordnet. Diese Elektrodenstruktur enthält mehrere oder koaxial aufeinander ausgerichtete, axial mit Abstand angeordnete zylindrische Elektroden mit in Riehtung vom Photoemitter zum Bildwandlerschirm abnehmendem Durchmesser· Die schließliche oder Anodenelektrode steht in eine verengte Elektronenausgangsöffnung in der nächstvorhergehenden Elektrodenstruktur vor, um die Äquipotentiallinien am Eingang der Anode so zu formen, daß eine gleichmäßige Auflösung des auf den flachen Bildwandlerschirm fokussierten Elektronenbilds über im wesentlichen die gesamte Fläche des Bildwandlerschirms erhalten wirdo

Ausgangspunkt der Erfindung

Ältere verkleinernde Bildröhren wie etwa Bildverstärkerröhren und Röntgenumwandlerröhren verwenden eine Aufeinanderfolge von zylindrischen Fokuscier- und Beschleunigungselektroden, die zwischen der gekrümmten Photokathode und dem flachen Bildwandlerschirm angeordnet sind. Bei diesen Röhren ist jedoch die Elektroneneingangsöffnung oder die offene Vorderseite der den kleinsten Durchmesser aufweisenden letzten oder Anodenelektrode, in Strahlenrichtung gesehen, unterhalb der Ausgangsöffnung der nächst vorhergehenden Elektrode angeordnet, so daß zwischen dem in Strahlungsrichtung oberen Ende der Anode und dem in Strahlungsrichtung unteren Ende der nächst vorhergehenden Elektrode ein axialer Zwischenraum hervorgerufen wird. Diese Elektrodeujjeometrie führt zu einer Verzerrung des auf den flachen Bildwandlerschirm geworfenen

8ADORtGlNAL

1 0 9 8 1 6 / 1 ι» 7 5

Elektronenbilds in der Weise, doß die Auflösung gegen die äußeren Randbereiche des Bilds im Vergleich zur in der nähe der Bildmitte erhaltenen Auflösung verschlechtert ist. Es wäre erwünscht, Elektronenoptiken für solche verkleinernden Bildröhren zu schaffen, die eine gleichmäßig hohe Auflösung über dem gesamten Bild des Bildwandlerochirms erzielen·

Zusammengefaßte Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die prinzipielle Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Elektronenoptik für eine verkleinernde Bildröhre zu schaffen.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird in der verkleinernden Bildröhre eine Elektronen-Beschleunigungsund Fokussierelektrodenstruktur mit einer Anodenelektrode geschaffen, die βη ihrem der Strahlungsrichtung entgegengerichteten Ende in den Ausgengsteil der nächst vorhergehenden Elektrodenstruktur hineinragt, wodurch die Äquipotentiallinien am Öffnungseingang der Anode so verlaufen, daß eine angenähert gleichmäßige Auflösung des auf den flachen Bildwandlerschirm fokussierten Elektronenbilds über im wesentlichen alle Teile des Bildwandlerschirms erhalten wird.

Gemäß einem weiteren, da* vorher beschriebene Kerkmal genauer bestimmenden Merkmal der Erfindung ist jede der Fokussier- und Beschleunigungselektroden zylindrisch und sind die Eingangsöffnungsteile Jeder nachfolgenden, kleineren Elektrode innerhalb des Ausgangsteil⁸ der nächst vorhergehenden, größeren Elektrode angeordnet, so daß eine Reihe von konvergenten Elektronen-Fokussier-Linsen bestimmt wird.

8AD ORIGINAL

1 0 9 8 i b / 1 5 7 5

Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung ist, zusätzlich zu einem oder mehreren der vorher genannten Merkmale, die in Strahlrichtung oberhalb der Anode gelegene Elektrodenstruktur mit einem Ausgangsteil ver==· sehen, dessen Ausdehnung im wesentlichen relativ zur Ausdehnung seines entgegen der Strahlrichtung gerichteten Eingangsteils eingeengt ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeber; sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung; es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Yerkleinernde Bild röhre mit Merkmalen der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt gemäss der Linie 2-2 in Fig. 1 zur Veranschaulichung einer älteren Struktur; und

Fig. 3 schematisch den Verlauf der Aquipotentiallinien im in Fig. 1 von der Linie 3-3 umschlossenen Teil.

Fig. 1 seigt eine verkleinernde Bildröhre mit Merkmalen der Erfindung, und zwar eine Röntgenstrahlen-Umwandlerröhre. Diese verkleinernde Bildröhre umfasst einen evakuierbaren Kolben oder eine Hülle, etwa aus Glas, mit einem nach auss^öjgevnöiLbüben, sphärisch geformten Stirn-

1098 16/1575 ""^/5 SAO ORIGINAl.

204-538

plattenteil 3. Eine in gleicher Art gewölbte leitende Elektrodenstruktur 5 ist innerhalb der gewölbten Stirnplatte 3 montiert; sie ist für ein Röntgenstrahlen-Photonenbild durchlässig, das durch die Stirnplatte 3 hindurchtritt. Auf der konkaven Innenseite der leitenden Elektrode 5 ist eine szintillierende Schicht 6 und an deren Innenseite wiederum eine Photokathode 7 angebracht.

Röntgenphotonen, die ein zu beobachtendes Objekt durchstrahlt hoben, treten durch die Stirnplatte 3 und die leitende Elektrode 5 und werden teilweise in der szintillierenden Schicht 6 absorbiert, um ein dem zu beobaehtenden Röntgehbild entsprechendes optisches Photoneribild zu erzeugen. Das Photonenbild wird teilweise in der Photokathode 7 absorbiert und in ein Elektronenbild umgewandelt, dos von der Photoksthode 7 in den evakuierten Raum in der Röhrenhülle emittiert wird·

An. Ende eines engen Röhrenhalsteils der Röhrenhülle am ge£$enüberliegenden Ende der Röhre ist ein ebener Bildwandlerschirm 8 angeordnet, der aus üblichem Fluoreszenzmaterial besteht. Eine sehr dünne leitende Schicht 9_f etwa aus Aluminium, ist zum Anlegen eines gleichmäßigen elektrischen Potentials an den Schirm 8 auf diesem aufgetragen.

Zwischen der Photokathode 7 und dem Bildwandlerschirm 8 ist eine iSlektrodenstruktur 11 zum Beschleunigen und Fokussieren des von der Photokathode 7 emittierten Elektronenbilds auf den Bildwandlerschirm 8 hin, an dem das Elektronenbild in ein optisches Bild zur Beobachtung oder Weiterverwendung umgewandelt wird, vorgesehen. Bei typischen derartigen Röhren beträgt der Bilddurchme3eer des auf den

«/.6 BAD ORIGINAL

1 0 9 8 ι υ / 1 ο 7 5

2043538

Bildwandlerschirm 8 fokussierten Bildes etwa ein Zehntel des Durchmessers des von der Photokathode 7 erzeugten Elektronenbildes. Die Elektrodenstruktur 11 dient also der Verkleinerung des von der Photokathode 7 erhaltenen 3ilds um einen verhältnismäßig hohen Faktor, beispielsweise um den Faktor 10.

Die Elektrodenstruktur 11 enthält eine hohle aylindrische Anode oder vierte Fokuselektrode 12, die angrenzend en den Bildwandlerschirm 8 engeordnet ist und auf dem gleichen Potential liegt _t wie des über die leitende Elektrodenschicht 9 an den Bildwandlerschirm '8 angelegte ψ Potential, nämlich etwa plus 25 kV in Bezug zur Kathode₈ Das elektrische Potential für die Anodenelektrode 12 wird von einer Spannungsquelle 1.3 über eine Zuleitung 14- und eine Durchführungselektrode 15 zugeleitet.

In Strahlungsrichtung gesehen unmittelbar oberhalb der Anodenelektrode 12 ist eine dritte Fokuselektrode 16 angeordnet, die einen zylindrischen eingsngsseitigen Teil 17 enthält, der sich im Bereich seines Mittelpunkts 18 verengt und sich sn seinem strahl - abwärtigen Ausgangs« teil 19 weiter verengt. Die Anodemlektrode 12 hat einen der Strahlung entgegen gerichteten eingangsseitigen öff- * nungsteil 21_t der innerhalb der Ausgangsöffnung im < Strahl« " sausgangsieil 19 der dritten Elektrode 16 angeordnet ist. Diese Geometrie ist derjenigen einer Zweizylinder-Elektronenlinß© angenähert und erleichtert erheblich die Erzielung einer gleichmäßigen Auflösung des fokussierten Elektronenbiläß über der gesamten Fläche des Bildwandlerschirms 8„ Genauer gesagt ergibt sich raifc dieser Geometrie im wesentlichen keine Verschlechterung der Auflösung des Bilds von der Mitte des Bildwandlerschirms 8 zu dessen äußeren Handbereichen zu. Dies stellt einen erheblichen

₎₇ . .,.- -#^O ORIGINAL

109816/1575

D ^:'■■■-■"

• - 7 -

20AÜ538

Unterschied gegenüber der Geometrie und der erzielten Auflösung einer älteren Struktur dar, wie er in Figur 2 dargestellt ist· Bei einer solchen Struktur iüt die Elektronenausgangsöffnung 19 der dritten Elektrode Ί6' mit axialem Abstand von der Elektroneneingangsöffnung 21 der Änodenelektrode 12* angeordnet· Die Elektronenoptik ist damit schlechter als das Optimum und führt zu einer Abnahme der Auflösung des vom Eildv78ndlerschirm 8 erhaltenen Bilds in der Nahe der äußeren Umfsngsbereiche des Bilds.

An die dritte Elektrode 16 wird über eine Zuleitung 22, die an einem Abgriff der Spennungsquelle 13 angeschlossen ist, ein Arbeitspotential von etwa plus 2,5 kV gegenüber der Kathode engelegt·

In Strahl ■- richtung gesehen oberhalb der dritten Elektrode 16 ist eine zweite zylindrische Fokuselektroden-Struktur 25 angeordnet. Diese zweite Elektrode 23 umfaßt ein hohles zylindrisches iOeil mit einer Elektroneneingangsöffnung 24- en seinem dea Strahl entgegen gerichteten Ende und einer Elektronensusgangsöffnung 25 an seinem strahl - ebwärtB gelegenen Ende. Der eingangnseitige Teil 17 der dritten Elektrode 16 ist innerhalb der Elektroneneusgangsöffnung 25 der zweiten Elektrode 23 angeordnet, wodurch eine Zweizylinder-Elektronenfokussier·» linse entsteht. Die zweite Elektrode 23 wird von der dritten Elektrode 16 über eine Mehrzahl von Isolierkörpern 26, die um den Umfang der Elektroden 23 und 16 angeordnet sind, getragen. An die zweite Elektrode 23 wird über eine Zuleitung 27, die mit einem Abgriff der Spannungsquelle 13 verbunden ist, ein Arbeitspotential von beispielsweise etwa plus 800 Volt in Bezug zur Kathode angelegt«

./. 8 6AO ORIGINAL

1098T δ/1575

■ - 8 -

204^538

Strahl aufwarte der zweiten Elektrode 23 ist eine erste hohle zylindrische Fokus-Elektrodenstruktur 28 angeordnet. Diese erste Elektrode 28 ist zweckmäßigerweice durch Auftragen eines leitenden Metalls wie etwa Aluminium an der Innenwand der Hülle der Röhre hergestellt und ist mit der iStirnplette über verbindende metallische Rahmen 30, etwa aus Kovar, verbunden· Die erste Elektrode 28 hat an ihrem in Strahl - richtung vorderen Ende eine Elektroneneingangsöffnung 29 und an ihrem in Strahlrlchtung hinteren Ende eine Elektronenausgangsöffnung 31» die Eingangs- und die Ausgangsöffnung haben etwa die gleiche Größe. Die Elektroneneingangsöffnung 24 der zweiten Elek-P trode 23 ist innerhalb der Elektroneneusgangsöffnung 3Ί der ersten* Elektrode 28 angeordnet, so daß· eine Zweizylin— der-Elektronen-Fokussierlinse entsteht. An die erste Elektrode 28 wird über eine Zuleitung 32, die an einen Abgriff der Spannungsquelle 13 angeschlossen ist, ein geeignetes Arbeitspotentisl wie etwa plus 240 Volt in Bezug zur Kathode angelegt.

Die innen in der gewölbten Stirnplatte 3 montierte leitende Elektrode 5 umfaßt einen zylindrischen Verlängerungsteil 5' zur Erleichterung einer ordnungsgemäßen fokussierung des von der Photokathode 7 emittierten Elektronenbilds, Der zylindrische Verlängerungsteil 5' ist koaxial mit Abstand innerhalb der Eiektroneneingangsöffnung 29 der ersten zylindrischen Pokuselektrodenstruktur 28 angeordnet, so daß eine Zweizyiinder-Elektronen-JTokuslinse entsteht.

Es wurde herausgefunden, daß eine optimale

über im wesentlichen die gesagte Fläche des Bildwandlerschirms 8 erzielt wird, wenn die verschiedenen Elektroden-

, ,-,,/JJAD

!*■■■

109816/1575

stx'ukturen innerhalb der Röhre die folgenden relativen Abmessungen, bezogen auf den maximalen Durchmesser d der ersten fokussierenden Elektrode, eufweisen, wobei im besonderen eine Auflösung von eingangsseitig 70 Linienpaaren pro Zoll oder am Ausgangsschirm 8 von 28 Linienpaaren pro Millimeter leicht erreicht werden» Die optimalen relativen Abmessungen sind: die Anodenelektrodenöffnung 21 hat einen Durchmesser von 0,12 d und eine Anodenlänge von 0,19 d, die dritte Elektrode 16 hat eine Eingangsöffnung mit einem Durchmesser von 0,45 d en der öffnung, der sich auf halbem Weg entlang der Länge auf einen Durchmesser von 0,27 d verkleinert, wobei die Länge des Eingengsteils 0,13 d beträgt und die Länge des verengten Mittelteils 0,22 d beträgt; die zweite Elektrode 23 weist eine Mittelöffnung eines Durchmessers von 0,60 d und einer Länge von 0,29 d und die erste Elektrode 28 eine mittlere öffnung mit einem Durchmesser von 1,Od und einer Länge von 0,53 ä auf; der sxiale Abstand von der Mitte der Stirnplatte 3 bis zum Ende des kragen« artigen zylindrischen Verlängerungsteils 5' beträgt 0^24- d. Für diese relative Bemessung wurde eine optimale Auflösung erzielt, wenn die an die verschiedenen Elektroden angelegten Potentiale wie folgt bemessen waren, wobei A das zwischen die Photokathode 7 und den Bildwandlerschirm 8 gelegte Potential bedeutet: Anodenpotential * A; Potentiel der dritten Elektrode 16 » 0,1 A; Potential der zweiten Elektrode 23 ■ 0,03 A; und Potentiel der ersten Elektrode 28 » 0,01 A.

Die beschriebene Konstruktion kann in vielfacher Weise verändert werden und es sind viele weitgehend verschiedene Ausführungsforrnen der Erfindung möglich. Die in der vorstehenden Beschreibung und i:i der Zeichnung dargelegten Einzelheiten dienen also nur der Veraaschaulichung und

sind nicht beschränkend gedacht.

./. 10

'SAD ORIGINAL

1 ü ü 8 '■ ο / 1 b 7 5

Claims (1)

1. Pstentensprü cn e

   ( 1.-/Verkleinernde Bildröhre mit einer eine gekrümmte Phoioemitterelektrode zum Aufnehmen eines Photonenbilds und Umwandeln desselben in ein Elektronenbild darstellenden Einrichtung, einer einen ebenen fluoreszierenden Bildwandlerschirm von relativ zum Photoemitter kleinen Abmessungen zum Bombardement mit dem vom Photoemitter emittierten Elektronenbild und zum Umwandeln des Elektronenbilds in ein optisches Bild von verkleinerter Größe im Vergleich zur Größe des Elektronenbilds, wie es vom Photo» emitter emittiert ist, darstellenden Einrichtung, und mit einer eine Elektronea-Beschleunigungs- und -Fokussierelektrodenstruktur darstellenden Einrichtung, die zwischen dem Photoemitter und dem Bildwandl.erschirm zum Beschleunigen des Elektronenbilds auf eine verhältnismäßig hohe Geschwindigkeit und zum Fokussieren desselben auf den ebenen Bildwandlerschirm angeordnet ist, wobei diese Elektronen-Pokussier- und -Beschleunigungselektrodenstruktur eine Mehrzahl von koaxial aufeinander ausgerichteten, in Axialrichtung versetzt angeordneten^mit zentralen öffnungen versehenen Elektroden umfaßt, die relativ zueinander isoliert getragen werden, um das Anlegen unabhängiger Arbeitspotentiale an sie im Betrieb zu ermöglichen, und von denen aufeinanderfolgende Elektroden, in der Richtung vom Photoemitter zum Wandlerschirm hin_f aufeinanderfolgend kleinere mittlere Öffnungen aufweisen, durch die hindurch das Elektronenbild beschleunigt und fokussiert wird, wobei jede der mittleren öffnungen einen öffnungseingang, der zum Photoemitter gerichtet ist, und einen öffnungsausgang, der zum Wandlerschirm gerichtet ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (12) mit der

   ./.11 8AO ORIGINAL

   1 0 9 8 1 U / 1 [» 7 5

   204o538

   kleinsten mittleren öffnung eine Anode bildet, angrenzend an den Bildwandlerschirm (8) angeordnet ist und mit dem Öffnungseingang (21) ihrer mittleren Öffnung innerhalb des Öffnungsausgengsteils (19) der nächst vorhergehenden (16) der mit zentralen öffnungen versehenen Fokussierund Beschleunigungselektroden (12, 16, 23, 28) angeordnet ist., wobei beide Elektroden (12, 16) eine solche Geometrie aufweisen, daß die A'quipotentiallinien am Öffnungseingang (21) der Anode (12) eine solche Form haben, daß eine nahezu gleichmäßige Auflösung des auf den ebenen Bildwandlerschirm ( 8) geworfenen Elektronenbilds über im wesentlichen alle Teile des Bildwandlerschirms (8) erzielt ist.

   2» Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der fokussierenden, beschleunigenden Elektroden (12, 16, 2$, 28) zylindrisch ist und der Öffnungseingangsteil (21, 17, 24) 3eder nachfolgenden kleineren Elektrode (12, 16, 23) innerhalb des Öffnungssusgsngsteils (19» 25, 31) der nächst vorhergehenden größeren Elektrode (16, 23, 28) zum Bestimmen einer Reihe von konvergenten Elektronenfokussierlinsen angeordnet ist.

   3- Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere öffnung der unmittelbar der Anode (12) vorhergehenden Elektrode (16) an ihrem öffnungsauegangsteil (19) hinsichtlich der Abmessungen relativ zu den Abmessungen en ihrem Öffnungseingangsteil (17) wesentlich verkleinert ist.

   ./. 12

   ORIGINAL

   109815/1575

   204o538

   4. Röhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mittleren öffnungen der Elektroden (12,"16, 23, 28) angenähert die folgende relative Bemessung aufweisen, wobei d der maximale Durchmesser der ersten strahlaufwärtig Fokussierelektröde (28) ist: Die Öffnung der Anode (12) hat einen Durchmesser von 0,12 d und eine Länge von,0,19 d; die strahlaufwärts von der Anode (12) nächste Elektrode (16) hat am öffnungseingang (17) eine Öffnung mit einem Durchmesser von 0,45 d, der sich auf halbem Weg entlang ihrer Länge auf einen Durchmesser von 0,27 d verkleinert, wobei die Länge des Öffnungseingangsteils 0,13 d und die des verengten Mittelteils 0,22 d beträgt; die strahlaufwärts von der Anode aus zweite Elektrode (23) hat eine mittlere Öffnung mit einem Durchmesser von 0,60 d und einer Länge von 0,29 d; und die erste, strahlaufwärtlgste (28) der Elektroden hat eine mittlere Öffnung mit einem Durchmesser von 1,Od und einer Länge von 0,53 d.

   5. Röhre nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Einrichtungen (1'3, 14, 22, 27, 32) zum Erzeugen und Anlegen der folgenden Potentiale an die Elektroden (12, 16, 23, 28), wobei A das zwischen den Photoemitter (7) und den Bildwandlerschirm (8) gelegte Potential ist; A = Potential der Anode (12), 0,1 A == Potential der der Anode (12) nächst vorhergehenden Elektrode (16), 0,03 A = Potential der strahlaufwärts der Anodenmitte zweiten Elektrode (23) und 0,01 A ■ Potential der ersten Elektrode (28),

   BAD

   1098 13/1575

   Leerseite