DE2048538A1 - Verkleinernde Bildrohre - Google Patents
Verkleinernde BildrohreInfo
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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
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·
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-
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SAO ORIGINAl.
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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 9f 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 21t 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
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D :'■■■-■"
• - 7 -
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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)
- 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 hinf 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 ORIGINAL1 0 9 8 1 U / 1 [» 7 5204o538kleinsten 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../. 12ORIGINAL109815/1575204o5384. 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),BAD1098 13/1575Leerseite
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