DE2208417C3

DE2208417C3 - Photocathode, especially for image converter or image intensifier tubes

Info

Publication number: DE2208417C3
Application number: DE19722208417
Authority: DE
Inventors: Pieter Redhill Schagen; Pamela May Croydon Stubberfield
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1971-03-01
Filing date: 1972-02-23
Publication date: 1979-12-06
Also published as: DE2208417A1; DE2208417B2; FR2128404A1; GB1322079A; FR2128404B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Fotokathode, insbesondere für Bildwandler- oder Bildverstärkerröhren, mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 aufgeführten Merkmalen.The invention relates to a photocathode, in particular for image converter or image intensifier tubes, with those in the preamble of claim 1 listed features.

Bildverstärker- und Bildwandlerröhren enthalten normalerweise eine Fotokathode mit einer großen Oberfläche zum Empfangen von von einem Gegenstand herrührender elektromagnetischer Strahlung, und eine elektrostatische Elektronenoptik zum Abbilden der durch die Fotokathode zu emittierenden Fotoelektronen auf einem Kathodelumineszenz-Schirm. Unn die Auswirkung von Aberrationen in der Elektronenoptik auf das endgültige Bild möglichst klein zu machen, ist die Fotokathode in Richtung dieser Optik normalerweise konkav. Weil die Eingangsstrahlung auf der Fotokathode abgebildei werden soll, tritt dabei jedoch ein Problem auf. Es ist schwierig, eine Abbildung dieser Strahlung zu erhalten, deren Krümmung derjenigen der gekrümmten Fotokathode entspricht. Normalerweise wird das EIiId inImage intensifier and image converter tubes usually contain a photocathode with a large one Surface for receiving electromagnetic radiation originating from an object, and a Electrostatic electron optics for imaging the photoelectrons to be emitted by the photocathode on a cathodeluminescent screen. Unn the Making the effect of aberrations in electron optics on the final image as small as possible is that The photocathode is usually concave in the direction of these optics. However, a problem arises because the input radiation is to be imaged on the photocathode on. It is difficult to obtain an image of this radiation, the curvature of which is that of the curved Photocathode corresponds. Usually the EIiId is in einer ebenen Fläche gebildet. Eine Lösung dieses Problems besteht darin, daß eine sogenannte »Faseroptikplatte« verwendet wird, deren eine Hauptfläche flach ist, während die andere Hauptfllche der Form der Fotokathode angepaßt ist Die gekrümmte Oberfläche kann nahe der Fotokathode liegen, während die Eingangsstrahlung auf der ebenen Oberfläche abgebildet werden kann. Diese Lösung ist jedoch insbesondere bei einer großen Fotokathode kostspielig, da dieformed on a flat surface. One solution to this problem is to use a so-called "fiber optic plate", one major surface of which is flat while the other major surface is adapted to the shape of the photocathode The curved surface can be close to the photocathode, while the input radiation can be imaged on the flat surface. However, this solution is special expensive with a large photocathode since the

ίο Faseroptikplatte eine dementsprechende Größe aufweisen muß. Dies ist üblicherweise bei Röntgenbildverstärker- und Bildwandlerröhren der Fall, bei denen die Fotokathode einen Durchmesser von 15 oder 23 cm haben kann. Die Erfindung bezweckt, eine Konstruktionίο fiber optic plate must have a corresponding size. This is usually the case with X-ray image intensifier and image converter tubes where the Photocathode can have a diameter of 15 or 23 cm. The invention aims to provide a construction zu schaffen, die die Folgen von Aberrationen in der Elektronenoptik der Röhre verringertthat reduces the consequences of aberrations in the tube's electron optics

Es ist bekannt, daß die Folgen derartiger Aberrationen dadurch verringert werden können, daß ein Potentialgradient an der Oberfläche einer ebenenIt is known that the consequences of such aberrations can be reduced by using a Potential gradient on the surface of a plane Fotokathode angelegt wird (die Form dieses Gradienten hängt dabei von der Elektronenoptik ab, in der die Fotokathode verwendet werden soll). Die GB-PS 11 37 669 beschreibt verschiedene Fotokathodenkon^: struktionen mit denen ein derartiger PotentialgradientPhotocathode is applied (the shape of this gradient depends on the electron optics in which the photocathode is to be used). The GB-PS 11 37 669 describes various ^{Fotokathodenkon:} constructions with which such a potential gradient erzielt werden kann. Insbesondere wird eine kreisförmige Fotokathode beschrieben, bei der Fotoemissionsmaterial auf einem Substrat mit hohem elektrischen Widerstand angebracht ist, wobei ein Spannungsunterschied zwischen dem Mittelpunkt und dem Rand descan be achieved. In particular, a circular photocathode is described in which photoemissive material is deposited on a substrate with high electrical Resistance is attached, with a voltage difference between the midpoint and the edge of the

JO Substrats aufrechterhalten wird. Die erforderliche Form des Potentialgradienten zwischen dem Mittelpunkt und dem Rand wird dadurch erhalten, daß die Leitfähigkeit des Substrats auf eine vorher bestimmte Art und Weise an der Oberfläche geändert wird. Dies erfolgt durchJO substrate is maintained. The required shape of the potential gradient between the center and the edge is obtained by the conductivity of the substrate is changed on the surface in a predetermined way. This is done through

eine günstige stellenweise Änderung der Dicke und/oder Zusammensetzung der Widerstandsschicht Es ist jedoch schwierig, auf diese Art und Weise eine genau bestimmte Widerstandsänderung zu erhalten, insbesondere dann, wenn das notwendige Verhältnis zwischena favorable local change in the thickness and / or composition of the resistive layer Es however, it is difficult to obtain a precisely determined change in resistance in this way, especially when the necessary ratio between dem maximalen und dem minimalen Schichtwiderstand in der Größenordnung von 600 :1 liegt, wie in der Praxis manchmal der Fall istthe maximum and minimum sheet resistance is on the order of 600: 1, as in practice sometimes it is

Die Aufgabe der Erfindung bestand daher darin, eine Konstruktion anzugeben, mit der der gewünschteThe object of the invention was therefore to provide a construction with which the desired

Spannungsgradient erhalten werden kann.Stress gradient can be obtained.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden bei einer Fotokathode, insbesondere für Bildwandler- oder Bildverstärkerröhren, der eingangs genannten Art nach der Erfindung Maßnahmen ergriffen, die im kennzeichTo solve this problem are in a photocathode, especially for image converter or Image intensifier tubes of the type mentioned according to the invention taken measures that characterize in the nenden Teil des Patentanspruchs 1 im einzelnen angegeben sind.nenden part of claim 1 in detail are specified.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können Maßnahmen ergriffen werden, wie in den Kennzeichen der Unteransprüche näher beschrieben.In a further embodiment of the invention, measures can be taken, as in the characteristics the subclaims described in more detail.

Wenn zwischen einem Punkt an der Widerstandsschicht oder -platte innerhalb aller Ringe und dem Rand der Widerstandsschicht oder -platte ein Spannungsunterschied aufrechterhalten wird, so wird der an der Oberfläche der Schicht oder Platte erhaltene PotentialIf between a point on the resistive layer or plate within all rings and the edge a voltage differential is maintained on the resistive layer or plate, that on the Surface of the layer or plate obtained potential gradient nun durch die Anwesenheit der Ringe beeinflußt, die Gebiete konstanten Potentials bilden. Sq wird die allgemeine Gestalt des Potentialgradienten an der Schicht oder Platte durch die Breite der Ringe und dem Abstand dazwischen bestimmt, wobei sich diesegradient now due to the presence of the rings influences, which form areas of constant potential. Sq the general shape of the potential gradient on the layer or plate is determined by the width of the rings and the distance between them is determined, whereby this Gestalt durch eine geeignete Wahl der Breite und der Abstände einem vorher bestimmten Verlauf dicht annähern kann.Shape by a suitable choice of the width and the Distances can closely approximate a predetermined course.

Ist die Fotokathode kreisförmig, so sind die RingeIf the photocathode is circular, the rings are

selbst normalerweise auch kreisförmig und konzentrisch. itself usually circular and concentric as well.

Ein elektrischer Kontakt mit dem Rand der Platte oder Schicht kann leicht dadurch erhalten werden, daß man einen dieser Ringe am Rand anbringt Mit der Mitte kann ein Kontakt mittels eines Leiters hergestellt werden, der durch die Schicht oder Platte hindurch geführt und mit einer in der Mitte liegenden Scheibe aus elektrisch leitendem Material elektrisch verbunden ist welche Scheibe auf der betreffenden Hauptfläche auf entsprechende Weise wie die Ringe angebracht ist Es ist jedoch auch möglich, einen direkten Kontakt mit der Mitte der anderen Hauptfläche der Platte oder Schicht herzustellen.Electrical contact with the edge of the plate or layer can easily be obtained by one of these rings is attached to the edge. Contact can be made with the center by means of a conductor are passed through the layer or plate and made with a disc in the middle electrically conductive material is electrically connected to which disc on the relevant main surface However, it is also possible to have direct contact with the corresponding way in which the rings are attached Center of the other major surface of the plate or layer.

Die Ringe können aus auf der betreffenden Hauptfläche aufgedampftem Aluminium bestehen, wobei das erforderliche Muster mittels des Fotoresist-Verfahrens erhalten werden kann.The rings can consist of aluminum vapor-deposited on the relevant main surface, with the required pattern can be obtained by the photoresist method.

Die Erfindung wird anhand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert Es zeigtThe invention is explained in more detail with the aid of some exemplary embodiments shown in the drawing shows

F i g. 1 eine Draufsicht auf das Substrat einer Fotokathode zur Röntgenstrahlung,F i g. 1 is a plan view of the substrate of a photocathode for X-ray radiation,

Fig.2 einen möglichen Querschnitt durch das Substrat nach Fig. 1, auf dem eine Fotoemissionsschicht vorgesehen ist und2 shows a possible cross section through the substrate according to FIG. 1, on which a photo-emissive layer is provided and

Fig.3 einen anderen möglichen Querschnitt durch das Substrat nach F i g. 1 mit einer darauf vorgesehenen FotoemissionsschichtFig.3 another possible cross section through the substrate according to FIG. 1 with a photo-emissive layer provided thereon

In F i g. 1 enthält ein kreisförmiges Substrat einer Fotokathode eine elektrische Widerstandsschicht oder -platte 1, deren spezifischer Widerstand an der gesamten Oberfläche nahezu konstant ist Eine Reihe elektrisch leitender konzentrischer Ringe 2 ist auf einer Hauptfläche der Platte oder Schicht 1 vorgesehen, wobei die Breite dieser Ringe und ihr Abstand untereinander abnimmt je mehr ihr Durchmesser zunimmt Eine elektrisch leitende Scheibe 3 aus demselben Material wie die Ringe ist in deren Mittelpunkt vorgesehen.In Fig. 1, a circular substrate contains a photocathode, an electrically resistive layer or plate 1, the specific resistance of which is almost constant over the entire surface A series electrically conductive concentric ring 2 is provided on a major surface of the plate or layer 1, the width of these rings and their distance from one another decreasing the more their diameter An electrically conductive disc 3 made of the same material as the rings is in their Center provided.

Fig.2 zeigt einen (nicht maßstabsgetreuen) Querschnitt durch eine mögliche Konstruktion eines mit einer Fotoemissionsschicht versehenen Substrats nach Fig. 1. Das Substrat nach Fig.2 besteht aus einer elektrisch leitenden Platte 4, beispielsweise aus Aluminium. Auf einer Oberfläche derselben ist eine elektrisch isolierende Schicht 5 vorgesehen, die in der Mitte ein Loch aufweist Die Schicht 5 kann durch Anodisierung des Aluminiums (Eloxal-Verfahren) angebracht werden.2 shows a (not to scale) cross section by a possible construction of a substrate provided with a photo-emissive layer Fig. 1. The substrate according to Fig.2 consists of a electrically conductive plate 4, for example made of aluminum. On one surface of the same is one electrical insulating layer 5 is provided, which has a hole in the middle. The layer 5 can be anodized of the aluminum (anodizing process).

Eine homogene elektrische Widerstandsschicht 1, beispielsweise aus einem aus Chrom und Siliziummonoxyd bestehenden metallkeramischen Material (»Cermet«) mit einem Rechteckwiderstand von etwa ΙΟ⁵ Ohm und einer Dicke von etwa 20—25μΐτι ist auf dem Isolator 5 vorgesehen, und sie steht in der Mitte mit der Platte 4 in Berührung. Auf dieser Schicht 1 sind die Ringe 2 und die Scheibe 3 nach F i g. 1 angebracht, die aus aufgedampftem Aluminium mit einer Dicke vonA homogeneous electrical resistance layer 1, for example made of a metal-ceramic material consisting of chromium and silicon monoxide ("cermet") with a rectangular resistance of about ΙΟ ⁵ ohms and a thickness of about 20-25μΐτι is provided on the insulator 5, and it is in the middle with the plate 4 in contact. On this layer 1 are the rings 2 and the disk 3 according to FIG. 1 attached, made of vapor-deposited aluminum with a thickness of

ίοίο

etwa 0,5 μιη bestehen können. Eine Zwischenschicht S aus Leuchtmateriai, beispielsweise Caesiumjodid, ist auf der Schicht 1 und den Ringen 2 und der Scheibe 3 aufgedampft, und sie dient zur Umwandlung von auftreffenden Röntgenstrahlen in sichtbare Strahlung, die eine Fotoemissionsschicht 7 anregen kann. Die Schicht 7 steht mit der Hauptfläche der Platte oder Schicht 2 über die Schicht 6 in elektrischem Kontakt Die Fotoemissionsschicht 7 kann aus einem üblichen Fotokathodenmaterial, wie Antimonium-Caesium, bestehen, das auf der Schicht 6 aufgedampft ist Die Fotokathode bildet einen Teil einer (nicht dargestellten) übrigens auf bekannte Art und Weise konstruierten Röntgenbildwandlerröhre.about 0.5 μιη can exist. An intermediate layer S made of luminous materials, for example cesium iodide, is on of the layer 1 and the rings 2 and the disc 3, and it serves to convert incident X-rays into visible radiation, which can excite a photo-emissive layer 7. the Layer 7 is in electrical contact with the major surface of the plate or layer 2 via layer 6 The photo-emission layer 7 can consist of a conventional photocathode material such as antimonium-cesium, which is vapor-deposited on the layer 6 The photocathode forms part of a (not shown) Incidentally, X-ray image converter tube constructed in a known manner.

Im Betrieb wird ein Spannungsunterschied zwischen der Mitte und dem Rand der Fotokathodenstruktur angelegt wobei über den äußeren der Ringe 2 beispielsweise mittels einer Kontaktfeder ein Kontakt zum Rand hergestellt wird, und mit der Mitte über die Aluminiumplatte 4 und dem zentralen Loch' im Isolator 5. Bei Anwendung in einer bekar-^en Röntgenbildwandierröhre mit einem Durchmesser vc-n 15 cm erwies sich eine Spannung von +100 Volt in der Mitte in bezug auf den Rand als günstig. Wie im obigen bereits erwähnt kann die Form des Potentialgradienten, der zwischen der Mitte und dem Rand erhalten wird, nach Wunsch durch eine geeignete Wahl der Breite der Ringe 2 und dem Abstand dazwischen bestimmt werden. Häufig zeigt sich, daß eine parabolische Änderung der Spannung V je nach dem Abstand rzur Mitte mit der Form r² - -Aa(V- b) erwünscht ist wobei a und b Konstante sind. Dies führt zu einer abnehmenden Ringbreite und zu einem Abstand zwischen den Ringen untereinander, der von der Mitte zum Rand hin zunimmt wie in F i g. 1 dargestellt istDuring operation, a voltage difference is applied between the center and the edge of the photocathode structure, contact being made to the edge via the outer of the rings 2, for example by means of a contact spring, and with the center via the aluminum plate 4 and the central hole in the insulator 5 When used in a boarded X-ray picture tube with a diameter of 15 cm, a voltage of +100 volts in the middle with respect to the edge proved to be favorable. As already mentioned above, the shape of the potential gradient obtained between the center and the edge can be determined as desired by a suitable choice of the width of the rings 2 and the distance therebetween. It often turns out that a parabolic change in voltage V is desired depending on the distance r to the center with the form r ² - -Aa (V-b) , where a and b are constants. This leads to a decreasing ring width and to a distance between the rings from one another, which increases from the center to the edge, as in FIG. 1 is shown

Der in F i g. 3 dargestellte Querschnitt unterscheidet sich von dem nach F i g. 2 darin, daß die leitende Platte 4 und die Isolierschicht 5 durch eine Isolierplatte 8 beispielsweise aus Glas ersetzt sind, durch derei; Mitte ein elektrisch leitender Kontaktstift 9 geführt ist der in das Glas eingeschmolzen ist Übrigens können die Konstruktion und die Materialien gleich denjenigen nach F i g. 2 sein.The in F i g. 3 differs from the cross section shown in FIG. 2 in that the conductive plate 4 and the insulating layer 5 is replaced by an insulating plate 8, for example made of glass, by means of which; center an electrically conductive contact pin 9 is guided which is melted into the glass. By the way, they can Construction and materials are the same as those according to FIG. 2 be.

Es wird einleuchten, daß eine erfindungsgemäße Fotokathode auch zum Empfangen von Strahlung im sichtbaren Teil des Spektrums verwendet werden kann, in welchem Fall keine Wandlungsschicht 6 vorhanden ist. Es ist dann notwendig (wenn die Fotokathode im Übertragungs-Modus arbeiten soll), die unter der Schicht 7 liegenden Teile aus optisch durchlässigem Material herzustellen. Beispielsweise können die Ringe 2 und die Scheibe 3 dann aus lichtdurchlässigem leitendem Zinnoxyd angefertigt werden.It will be evident that a photocathode according to the invention can also be used for receiving radiation in the visible part of the spectrum can be used, in which case no conversion layer 6 is present is. It is then necessary (if the photocathode is to work in transmission mode) that under the Layer 7 to produce lying parts from optically transparent material. For example, the rings 2 and the disc 3 can then be made of translucent conductive tin oxide.

Ei-sj andere Möglichkeit besteht darin, die Ringe 2 zwischen den Schichten 1 und 5 nach Fig.2 oder zwischen der Schicht 1 und der Platte 8 nach F i g. 3 vorzusehen.Ei-sj another possibility is to use the rings 2 between layers 1 and 5 according to FIG. 2 or between layer 1 and plate 8 according to FIG. 3 to be provided.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Fotokathode, insbesondere für Bildwandleroder Bildverstärkerröhre!!, mit einer Fotoemissionsschicht, die auf einer Hauptfläche einer Schicht aus einem Material mit hohem elektrischen Widerstand (Widerstandsschicht) angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer der Haiuptflächen der Widerstandsschicht einige konzentrische Ringe aus einem im Vergleich zum Material der Widerstandsschicht elektrisch gut leitendem Material in gegenseitigem Abstand angeordnet sind,1. Photocathode, in particular for image converter or image intensifier tube !!, with a photo-emission layer which is composed of a layer on one main surface a material with high electrical resistance (resistance layer) is attached, thereby characterized in that on one of the main surfaces of the resistive layer some concentric Rings made of a material that conducts electricity well compared to the material of the resistance layer are arranged at a mutual distance,

2. Fotokathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Ringe abnimmt und ihr Abstand untereinander zunimmt, je mehr ihr Durchmesser zunimmt2. photocathode according to claim 1, characterized in that the width of the rings decreases and their distance from one another increases the more their diameter increases

3. Fotokathode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe aus Aluminium oder aus Zinnoxid bestehen.3. photocathode according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the rings are made of aluminum or tin oxide.

4. Fotokathode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwischen der Fotoemissionsschicht und der betreffenden Hauptfläche eine Zwischenschicht enthält, die sich zum Umwandeln von Eingangsstrahlung in eine solche Strahlung eignet, für die die Fotoemissionsschicht empfindlich ist4. Photocathode according to one of the preceding claims, characterized in that it contains an intermediate layer between the photo-emission layer and the relevant main surface, the is suitable for converting input radiation into radiation to which the photoemissive layer is sensitive

5. Fotokathode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptfläche der Widerstandsschicht, auf der das Fotoemissionsmaterial nicht vorgesehen ist, mit einer elektrisch isolierenden Schicht in Berührung steht, die selbst ^JI einer elektrisch leitenden Platte vorgesehen ist, wobei ein T"il der Widersitandsschicht, der innerhalb aller Ringe liegt, mit der elektrisch leitenden Platte über ·ςϊηε öffnung in der Isolierschicht verbunden ist (F i g. 2).5. Photocathode according to one of the preceding claims, characterized in that the main surface of the resistive layer on which the photo-emissive material is not provided with a electrically insulating layer is in contact with the self ^ JI of an electrically conductive plate is provided, with a part of the resistance layer, which lies within all rings, with the electrically conductive plate over · ςϊηε opening in the Insulating layer is connected (Fig. 2).

6. Fotokathode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptfläche der Widerstandsschicht, auf der das Fotoemissionsmaterial nicht vorgesehen ist, auf einer Platte aus elektrisch isolierendem Material angeordnet ist, wobei ein Teil der Widerstandsschicht, der innerhalb aller Ringe liegt, mit einem elektrischen Leiter verbunden ist, der durch die Isolierplatte hindurchgeführt ist (F i g. 3).6. photocathode according to one of claims 1 to 4, characterized in that the main surface of the Resistance layer on which the photo-emissive material is not provided on a plate electrically insulating material is arranged, with part of the resistive layer that is inside of all rings is connected to an electrical conductor which is passed through the insulating plate (FIG. 3).