DE2209533A1

DE2209533A1 - Lichtverstarker

Info

Publication number: DE2209533A1
Application number: DE19722209533
Authority: DE
Inventors: Bernard Caesar Einstein
Original assignee: Litton Industries Inc
Current assignee: Litton Industries Inc
Priority date: 1971-03-15
Filing date: 1972-02-29
Publication date: 1972-09-21
Also published as: JPS5928941B1; NL7203218A; GB1368882A

Description

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LITTON INDUSTRIES INC., 36O North Crescent Drive, Beverly Hills, California 90213, USA

Lichtverstärker

Die Erfindung bezieht sich auf Lichtverstärker und insbesondere auf Bildverstärker und Fühlanordnungen für niedrige Lichtwerte.

Lichtverstärker und insbesondere Bildverstärker und Fühlanordnungen für niedrige Lichtwerte werden zur Überwachung in Fällen begrenzter Lichtintensität und insbesondere dort angewendet, wo das zur Verfügung stehende Licht lediglich Mondlicht oder Sternenlicht ist, oder aber unter Beleuchtungsbedingungen, die dem menschlichen Auge als vollständige Dunkelheit erscheinen. Unter diesen Bedingungen besteht eine spezielle Anwendung derartiger Einrichtungen darin, Unbefugte im zivilen wie auch im militärischen Bereich auszumachen. Die Einrichtung kann so ausgelegt werden, daß die zu verarbeitende Information in Form eines örtlich beobachtbaren, sichtbaren Bildes erhalten wird, oder aber, daß die aufgezeigten Bilder elektronisch über herkömmliche und bekannte Fernseheinrichtungen an einen anderen Ort elektronisch weiter' übertragen werden.

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Bei einer Art von herkömmlichen Einrichtungen sind Lichtverstärker als Teil von herkömmlichen Fernsehbilder übertragenen Bildaufnahmeröhren, wie z.B. das Vidicon oder das Zwischenbildorthikon ausgebildet und in dieses eingebaut. Bei einer derartigen Bildaufnahmeröhre dient der Lichtverstärker als "vorderes Ende", wo er ein Bild anzeigt und verstärkt sowie das verstärkte Bild auf eine Ausgangs-Auftreffelektrode gibt. Die Auftreffelektrode ihrerseits wird in herkömmlicher Weise durch einen Elektronenstrahl abgetastet und das Bild wird somit in eine Folge von elektrischen Signalen umgewandelt, die über Draht oder drahtlos an eine entfernte Stelle übertragen, demoduliert und auf der Kathodenstrahlröhre eines Fernsehempfängers zur Anzeige gebracht werden. Eine weitere herkömmliche Einrichtung zur Verwendung für den vorbeschriebenen Zweck umfaßt einen Lichtverstärker in Verbindung mit Feldstechern zur direkten Betrachtung, d.h. örtlichen Beobachtung, so daß Bewachungspersonal bei nahezu vollständiger Dunkelheit das Gelände überwachen können.

Bei weiteren Einrichtungen sind Lichtverstärker in Kathodenstrahlröhren eingebaut, um die Intensität eines zur Anzeige zu bringenden reproduzierten Bildes zu verstärken.

Grundsätzlich sind die wirksamen Teile von Lichtverstärkern' der als Bildverstärker bezeichneten Art in einem evakuierten Gehäuse angebracht, stellen somit eine Elektronenröhre dar, deren Gehäuse ein optisch transparentes vorderes Fenster besitzt. Die durch das Fenster aufgenommenen Bilder werden auf eine Fotokathode projiziert, die eine Elektrode ist, welche aus einem Material besteht, das Elektronen proportional der Intensität des auffallenden Lichtes emittiert. Das Lichtbild wird auf eine vorbestimmt< Fläche der Fotokathodenoberfläche projiziert und es wird ein entsprechendes Ladungsmuster in Form von Elektronen-emission durch die Fotokathode aus der anderen Oberfläche erzeugt. Die Elektroden dieses Musters von Elektronendichten werden auf ein Elektronenvervielfacher el em ent unter dem Einfluß eines angelegten elektrostatischen Feldes gerichtet. Das Elektronenvervlelfacher-

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element vergrößert die Anzahl von Wanderelektronen und ergibt am Ausgang ein entsprechendes Muster, d.h. Bild von Elektror strömen. Unter dem Einfluß eines zweiten elektrostatischen Ft=^. werden diese Elektronen entweder direkt oder über ein Elektronenlinsenfokussiersystem auf eine Auftreffelektrode (Targetelektrode z.B. ein Phosphormaterial, beschleunigt, das aufgrund der Elektronenvervielfachung ein zur Anzeige geeignetes oder in anderer Weise auswertbares Bild einer Lichtintensität erzeugt, die größer ist als die des durch das Röhrenfenster aufgenommenenBildtB.

Bei einer Art von Lichtverstärkern sind die Elektronenvervielfacherelemente Dynoden aus einem Material mit hoher Sekundäremission, die mit Übertragungs-Sekundäremissionsvervielfachung arbeiten. Ein von der Fotokathode ausgehendes Elektron, das auf eine Seite einer Dynode auftrict, bewirkt eine Emission einer größeren Anzahl von Elektronen aus der entgegengesetzten Seite der Dynode.

Eine abreite Art herkömmlicher Elektronenvervielfacherelemente, wie sie als Alternative zur Dynode verwendet werden, ist die Mikrokanalplatte, die häufig als Kanalelektronenvervielfacher oder als Kanalverstärker oder als Sekundäremissionsvervielfacher bezeichnet wird. Eine Mikrokanalplatte ist im Prinzip ein Bündel aus sehr kleinen, zylindrischen Rohren, die parallel zueinander zusammengefaßt sind, so daß sie eine Platte mit einer sehr großen Anzahl von Durchlaßkanälen bilden, die sich von einer Oberfläche zur anderen erstrecken. Die Innenwandungen der Durchiaßkai.äle sind mit einem Material hoher Sekundäremission überzogen und es wird ein elektrostatisches Feld zwischen den beiden CberfIKehei angelegt. Zu diesem Zweck sind die Oberflächen der Platte mit einer Schicht aus elektrisch str anleitendem Material überzogen, und die Schichten dienen als Elektroden. Die überzüge bedecken nicht die öffnungen der Durchlaßkanäle. Elektronen, die aus einer bestimmten Stelle auf der Fotokathode stammen, werden direkt durcl· das elektrostatische Feld in einen entsprechend angeordneten Durchlaßkanal in der Mikrokanalplatte gerichtet und treffen auf

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die Wandfläche des Durchlaßkanales auf. Da die Wandungen eines jeden Durchlaßkanales mit einem Material überzogen sind oder ein Material enthalten, das hohe Sekundäremissionseigenschaften aufweist, bewirkt ein auffallendes Elektron eine Emission aus der Wandoberfläche von wenigstens zwei Sekundärelektronen, von denen wiederum jedes auf seinem Weg in einer allgemeinen Richtung auf das Ende der Röhre zu eine weitere Sekundäremission von Elektronen bewirkt, und so weiter. Da länge und Durehmesser der Durchlaßkanäle so gewählt wird, daß diese Elektronen ihrerseits wiederum auf die Wandungen der Durchlaßkanäle an weiteren Stellen auftreffen und somit die Anzahl von Elektronen, die vom Ende des Durchlaßweges ausgehen, weiter vergrößern, tritt eine stark erhöhte Anzahl von Elektronen und somit eine verstärkte Elektronendichte am ausgangsseitigen Ende eines jeden einzelnen Durchlaßkanales in der Mikrokanalplatte auf. Unter dem Einfluß eines weiteren elektrostatischen Feldes werden die Austrittselektronen auf eine entsprechende Stelle auf der Auftreffelektrode zu beschleunigt, z.B. einen Leuchtphosphorschirm. Durch analoges Auftreten an allen Stellen der Fotokathode und der Mikrokanalplatte wird ein visuell wahrnehmbares Bild, das dem ursprünglichen, von dem Verstärker aufgenommenen und auf die Fotokathode projizierten Bild entspricht, auf dem die Auftreffelektrode darstellenden Schirm zur Anzeige gebracht.

Beispiele für Lichtverstärker, mögliche Anordnungen der grundsätzlichen Fotokathoden-Elektronenverviel fächer-Auftreffelektrode und zusätzliche Anordnungen sowie Modifikationen lassen sich den folgenden US-Patentschrif,ten entnehmen: 3.497.759, 3.430.782, 3.478.213, 3-346.752, 3.345.534, 3.440.470, 3.397.137, 3.513-345. 3.528.IOI und 2.90.3.596.

Aufgrund der höheren Verstärkungsleistung und der Oberleder.fc.; ArbeiAbweise im Vergleich zu anderen werden Lichtverstärker mit einer Mikrokanalplatte als Elektronenverviel"acherelement heutzutage in sogenannter Lichtverstärkerröhren mit "Sekundärerzeugung", d.h. Anordnungen, dessen Arbeitsv.eise auf eii.cr C^kvi < r/ - elek'-'ruiici.-r,.\^ζ\<~\. \ :„...■.'., vorgezogen. Diese bisher bekannten

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b v/. verwendeten Einrichtungen haben jedoch ernste Nachteile.

Ein Nachteil der Lichtverstärker mit Mikrokanalplatte besteht in der geringen Kontrastauflösung. Wie oben ausgeführt, besteht die Mikrokanalplatte aus einetr. 3iinc3el von kleine. Rohren, die r.'Uivhl ar "anmale ausbilden, in welchen eine Sekundär elektronenemission stattfindet. Jedes dieser Rohre hat an jeder de:¹ beiden Plattenoberflächen einen Rand oder eine Kante, die die Durchlaßöffnung umgibt. Selbst bei einer Vielzahl von Durchlaßkanälen durch die Platte nimmt die von den Rchrkanten an der Oberfläche auf jeder Seite eingenommene Fläche etwa 50$ des gesamten Oberfl ächeninhaltes eir. Sor.lt ίίϊΙΖΛ ein verhältnismäßig hoher Prozentsatz von Elektronen, die auf die Mikrokanalplatte vxx anrichte': ί-irw. auf die Ilohrkanten an der Eingangsseite auf. Diese Elektronen fallen zurück oder kollidieren mit anderen Elektronen in der Plattenoberfläche und lösen aus der Oberfläche ein oder mehrere solcher Elektronen. Da es sich bei dieser Erscheinung grundsätzlich um einen Streueffekt handelt, bewegen sich alle diese Elektronen zuerst in willkürlichen Richtungen, im allgemeinen jedoch gegen das entgegengesetzt orientierte elektrostatische Feld. Somit werden sie verzögert, kehren ihre Bewegungsrichtung unter dem Einfluß eines solchen elektrischen Feldes um und werden dann in die Durchlaßkanäle in der Mikrokanalplatte beschleunigt. Sind diese Elektronen einmal in den Durchlaßkanälen der Mikrokanalplatte, wirken sie wie jedes andere Elektron in normalem Betrieb, wie diea oben erläutert wurde. Aufgrund der anfänglichen willkürlichen Bewegung, die sich durch den Streueffekt ergibt, steht jedoch keineswegs fest, in welchen Durchlaßkanal bzw. in welche Durchlalauanäle alle oder eines der Elektronen eintritt. Bei einer Emission aus einer Kantenflache eines Rohre;--, mit einer willkürlichen Geschwindigkeit und in willkürliche Richtung kann das Elektron, wenn es unter dem Einfluß deü elektrischen Feldes gedreht wird, durch das bestimmte Rohr oder ein beliebiges anderes der dicht nebeneinander angeordneten Rohre gehen.

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Eine Forderung nach Qualität der Bildwiedergabe kann durch die Bedingung ausgedrückt werden, daß eine punktförmige Lichtquelle, die von einer Stelle aufgenommen wird, an einer zweiten Stelle ebenfalls als Punkt reproduziert bzw. als Bild dargestellt wird. Wenn aufgrund von Fehlern im qptischen System oder aus anderen Gründen das aus einem Punkt emittierte Licht gestreut und an verschiedenen eng benachbarten Punkten reproduziert worden ist, wird eine verhältnismäßig große Reproduktion, d.h. eine LichtflS-che anstelle eines Punktes, erhalten, was als "verwischen" bezeichnet wird. Die Grenze der Auflösung kann beispielsweise dadurch bestimmt werden, daß eine andere punktförmige Lichtquelle in unmittelbarer NShe des ersten Lichtpunktes vorgesehen wird und daß beide zusammen bewegt werden. Die reproduzierten Lichtbilder sollen dann unterscheidbar sein. Wenn die beiden Lichtquellen durch Verringerung des gegenseitigen Abstandes schließlich als einziger Fleck reproduziert werden, stellt der Abstand zwischen den beiden Lichtquellen, bei denen dies eintritt, die Grenze für das Auflösungsvermögen des Bildsystemes dar.

Die Sekundärelektronen, die willkürlich aus den Rohrkantenstellen auf der Eingangsfläche der Mikrokanalplatte in den Lichtverstärkern emittiert werden, können so betrachtet werden, als ob sie zusätzliche, nicht kontrollierbare Lichtquellen in gewisser Analogie zu den νorbesehr!ebenen zweiten Lichtpunkten erzeugen. Da die durch Elektroneiücollisionen an der Mikrokanalplattenoberfläche erzeugten Elektronen in ein oder in mehrere benachbarte Durchflußkanäle weitgehend willkürlich gelangen können, erscheint das Ausgangsbild aus dem Verstärker verwischt, obgleich der Eingang aus einer punktförrnigen Lichtquelle .stammt. Dies bedeutet, daß der Punkt nicht einhunderprozentig genau ar. der Bildstelle reproduziert worden ist, und daß keine 100#ige Auflösung erhalten wird.

BAO ORIGINAL

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Die charakteristische Eigenschaft, die das Auflösungsvermögen genannt wird, wird in herkömmlicher Ucise durch die Anzahl von Rastern oder TV-Linien pro Einheit der Raiterlifhe ausgedrückt, die auf einen Anzeigesehirm geworfen und vom menschlichen Auge ro'-h unterseheidbar ist. Wird die Anzahl von Linien pro Höheneinheit vergrößert, werden diese Linien zunehmend dichter aneinander angeordnet, M;-- Ί;:-- Gr _;r.?e C-y? Auflösung erreicht ist. Diese Auflösungsgrenze ist der Punkt, an welchem diese benachbarten Linien als ineinander übergehend bzw. verwischt erscheinen, und es unmöglich ist, die Kant ν -.1: -er Linie und den Beginn einer Fläche zwischen den Linien zu bestimmen. Aufgrund des oben erwähnten Problems haben Lichtverstärker herkömmlicher Art ein maximales Auflösungsvermögen in der Größenordnung von 400 TV-Linien i-To Einheit Rasterhöhe, wobei die Rasterhöhe wiederum rr.it. 1 cm gegeben ist.

Es gibt eine weitere Beschränkung bei Bildverstärkern mit Mikrokanalplatten. Wie in der Technik der Femsehaufnahme- und -anzeigeeinrichtungen bekannt ist, gibt es Fälle, die allerdings nicht sehr häufig sind, bei denen 5-lri Elektron laicht r.ät anderen Elektronen kollidiert und wieder ^;ä::dere: Elektronen emittiert

ein
sondern t¹. at.- ο em. en geladenes Ion freimacht. Bsi Lichtverstärkern werden die ursprünglich err .It ti crt en Fotoelektronen auf die Mikrokanalplatte zu unter dem Einfluß eines starken elektrostatischen Feldes beschleunigt, das zu diesem Zweck genau orientiert sein muß. Dieses gleiche Feld jedoch ist so orientiert, daß ei.-solche positiven Ionen großer Masse in Richtung auf die Fotokathode zu beschleunigt. Wenn somit positive Ionen freigemacht v/erden, wandern sie auf die Fotokathode zu und treffen auf diese auf, was einen zerstörenden Effekt ergibt. Der Aufbau und das Herstellverfahren von Mikrοkanalplatten sind so, daß diese positiven Ionen, die aus der Mikrokanalir-lattenancrönung stammen, beispielsweise Wasserionen ?I_CD oder Cäsium Cs sind. Beim Kollidieren mit der Fotokathode, die aiii? einer der bekannten

BAD ORK3INAL

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Substanzen mit lichtelektrischer Emission sind, kann sich das Ion mit dem Fotokathodenmaterial vereinigen und Komponenten bilden, die keine Fotoemissionseigenschaften besitzen. Beirr Kollidieren erodiert der Stoß aufgrund der kinetischen Energie des Ions mechanisch die Fotokathode. Sowohl der Stoß als auch die chemischen Änderungen bewirken eine Zerstörung der Fotokathode, die einen erheblichen Verlust an Empfindlichkeit des Lichtverctärkers und ein schwaches Bild mit verringerter Helligkeit und verringertem Kontrast ergibt. Die normale Lebensdauer von zur Zeit zur Verfügung stehendem Mikrokanalverstärkerröhren, bei denen Bilder annehmbarer Qualität erhalten werden, können in der Größenordnung von 50 bis 100 Stunden liegen.

Das Problem des Ionenbombardements, das soeben angesprochen wurde, ist bei vielen Lichtverstärkern nicht erheblich, die nach dem Prinzip der Ubertragungs-SekundäremissionsVervielfachung arbeiten, was auf der Verwendung von Dynoden-Elektronenvervielfachern basiert. Dies ist deshalb der Fall, weil die Dyn/iode als Falle für Ionen wirkt, die aufgrund des Auftreffens von Elektronen auf andere Elemente in der Röhre frei werden. Auch schließt der geringe Abstand der Dynode von der Fotokathode hohe Ionengeschwindigkeiten aus. Aufgrund der anderen Vorteile der Mikrokanalplatte, hauptsächlich wesentlich höherer Verstärkung, sind jedoch Lichtverstärker mit Mikrokanalplatten besser und werden bevorzugt.

Die Probleme des Ionenbombardements sind nicht auf Lichtverstärker beschränkt und sind in der Technik bekannt. Es sind verschiedene Abhilfen geschaffen oder zumindest vorgeschlagen worden, um dieses Problem zu beheben oder wenigstens zu verkleinern. Ein bekanntes Beispiel findet sich bei Fernsehkathodenstrahlröhren, bei denen ein magnetisches Feld die Bewegungsbahn positiver Ionen auf die Seite des Röhrengehäuses umlenkt. Bei Fehlen dieser Umlenkung würden die positiven Ionen auf den Phosphorschirmträger

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auftreffen und allmählich eine Stelle in der Mitte des Schirmes erodieren. Ein weiteres Beispiel einer Ionenfalle ergibt sich bei einem direkten Sichtlichtverstärker, z.B. nach der US-Patentschrift 3.350.594, die einen Lichtverstärker mit "Primärerzeugung¹ darstellt, welcher keine Mikrokanalplatte und auch kein anderes Elektronenvervielfacherelement aufweist. Hier wird vorgeschlagen, die Rückseite des Phosphoranzeigeschirmes mit einem porösen Überzug aus Aluminium auf der Oberseite des normalen Aluminiumbelages aufzubringen, der in herkömmlicher Weise auf der Rückseite des Schirmes au anderen Zwecken vorgesehen ist; Ziel ist, innerhalb der porösen Schicht alle positiven Ionen, die am Phosphorschirm erzeugt worden sind, einzufangen, so daß sie nicht nach hinten gegen die Fotokathode wandern können. Diese Anordnung erscheint erforderlich, da der Lichtverstärker nach diesem Patent keinen Elektronenvervielfacher oder Vervielfacherelemente, z.B. eine Dynode oder eine Mikrokanalplatte aufweist, die notwendigerweise die Wanderung der p^ositiven Ionen von dem Phosphorschirm zurück zur Fotokathode, welche dieses Problem weitgehend verringerten erheblichem Maße behindern würden.

Somit besteht ein erheblicher Bedarf an verbesserten Lichtverstärkern, deren Kontrastauflösevermögen durch willkürlich auftretende Sekundärelektronenemission äapeh nicht nachteilig beeinfluß wird und deren Lebensdauer durch vorzeitige Zerstörung aufgrund eines Bombardements der Fotokathode durch positive Ionen nicht verkürzt wird; dabei sollen Verstärkungsfaktor des Verstärkers und Qualität der Arbeitsweise während der gesamten Lebensdauer der Lichtverstärkerröhre nicht nachteilig beeinflußt werden.

bei (iia_

Gemäß der Erfindung wird ein Lichtverstarker mit einer Fotokathode, die bei Belichtung Photoelektronen emittiert, mit einer Auftreffelektrode, die in der Lage ist, Licht beim Au,.-■treffen von Elektronen r,u emittieren, und mit einem Elektronenvervielfacher zwischen Fotokathode und Auftreff ei ektrode

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vorgeschlagen, daß eine Metallschicht zwischen Fotokathode und Elektronenvervielfacher angeordnet ist. In Abhängigkeit von ausgewählten Betriebseigenschaften ist die Metallschicht einerseits so dünn ausgebildet, daß aus der Fotokathode emittierte Fotoelektronen durch diese Schicht hindurchtreten und auf den Elektronenvervielfacher auftreffen, und andererseits so dick, daß aus dem Elektronenvervielfacher austretende Sekundärelektronen und -ionen an einem Durchtritt durch die Schicht gehindert werden.

Nach einer speziellen Ausführungsform der Erfindung ist ein Belag aus einem Sekundärelektronen emittierenden Material auf der Metallschicht aufgebracht, und in der dargestellten Ausführungsform, die nachstehend im einzelnen erläutert wird, ist der Elektronenvervielfacher eine Mikrokanalplatte, die parallel zu einer plattenförmigen Fotokathode und einer plattenförmigen Auftreff elektrode angeordnet ist. Die Metallschicht ist dabei Vorzugs weise mit der Oberfläche der Mikrokanalplatte befestigt, die der Fotokathode zugewandt ist. Dies läßt sich durch Lackspuren erreichen, die im Anschluß an die Verwendung von Lack als Bindemittel während der Wärmebehandlung zurückgeblieben sind.

Die Metallschicht kann aus einem Metall mit niedrigem Atomgewicht, beispielsweise Aluminium hergestellt sein, und die besten Ergebnisse sind dann erzielt worden, wenn die Metallschicht in einer Dicke von 100 bis 2.000, vorzugsweise 400 Angström-Einheiten ausgeführt wurde. Aus vorstehenden Ausführungen ergibt sich, daß das als Metallschicht bezeichnete Element, das als Falle für Sekundärelektronen und Ionen betrachtet werden kann, die Funktion eines niederenergitischen Filters übernimmt. Dies bedeutet, daß Partikel hoher Energie, wie z.B. die Fotoelektronen aus der Fotokathode durch die Schicht hindurchtreten, während Sekundärelektronen und Ionen, die eine verhältnismäßig hohe Masse besitzen, nicht in der Lage sind, die Schicht zu durchdringen. Es wird auch klar, daß trotz des hier gewählten Ausdruckes "Schicht" das Filterelement gemäß vorliegender Erfindung extrem dünn ist, da

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es nur eine Dicke von 100 bis 2.000 Angström-Einheiten besitzt. Wird diese Schicht auf die Mikrokanalplatte aufgebracht, haftet sie an den Rändern der einzelnen Rohre an, welche die Mikrokanalplatte bilden. Somit kann in diesen sehr kleinen Bereichen der Kanten die extrem dünne Metallschicht nach der Erfindung als "Belag" bezeichnet werden. Da die Schicht jedoch kontinuierlich ist, die Oberfläche aber, auf die sie aufgebracht ist, wegen der durch die Platte verlaufenden Kanäle perforiert ist, sind Flächen vorhanden, in denen das Filterelement nicht abgestützt ist, obgleich diese Flächen extrem klein sind. Da die Bezeichnung "Belag" in Verbindung mit diesen Flächen irreführend wäre, wird der Ausdruck "Schicht" in der gesamten nachfolgenden Beschreibung beibehalten, obgleich bei Verwendung in Verbindung mit einer Mikrokanalplatte das Filterelement richtig als "Belag" bezeichnet werden könnte.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert; es zeigen:

Fig. 1 schematisch einen Lichtverstärker gemäß vorliegender Erfindung,

Fig. 2 im Detail den Ausschnitt A nach Fig. 1, und

Fig. 3 schematisch die Schritte zur Herstellung der Kombination einer Mikrokanalplatte mit der Metallschicht gemäß vorliegender Erfindung.

Soweit die Elemente und Einzelheiten von Lichtverstärkern mit Ausnahme des verbesserten Elementes bekannt sind, zeigt Fig. 1 schematisch nur die Grundelemente eines Direktsichtlichtverst.ärkers gemäß vorliegender Erfindung. Der Lichtverstärker weist ein evakuiertes Glasgehäuse 1 auf, das gestrichelt angedeutet ΐε^Λ;. Das Gehäuse besitzt eine optisch durchscheinende vordere Stirnplatte 2, die ebenfalls durch gestrichelte Linien angedeutet ist, durch die hindurch ein Bild aufgenommen wird, und im Falle der dargestellten Ausführungsform, nämlieh einer Direktsichtröhre,

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ein optisch transparentes hinteres Fenster 4, durch welches das zur Anzeige gebrachte, verstärkte Bild beobachtet werden kann.

Ein herkömmliches Elektronen- oder optisches System 3 ist in Fig. 1 ebenfalls gestrichelt angedeutet. Dieses Element kann, wie bekannt, weggelassen werden, so daß ein Raum entsteht, der das Lichtbild passieren läßt. Andererseits kann das System 3 ein Projektorsystem oder eine komplizierte, obgleich herkömmliche Anordnung zur Umwandlung des aufgenommenen Lichtbildes in eine Elektronenquelle, die das Bild, d.h. ein Elektronenbild, darstell"¹ und in eine Zwischenanzeige umformt. Zusätzlich kann ein herkömmliches optisches Linsenfokussiersystem, das nicht dargestellt ist, in bekannter Weise vor der Stirnplatte 2 angeordnet sein.

Eine Fotokathode 5 ist auf dem vorderen Ende der Röhre befestigt und nimmt das Lichtbild auf seiner nach außen orientierten Oberfläche auf. Die Fotokathode 5 hat die Form einer kreisförmigen Scheibe und kann in bekannter Weise aufgebaut und in dem Röhrengehäuse 1 aufgenommen werden. Entsprechende Fotokathodenmateriali· en sind oder enthalten Cäsium und Antimon, und das bevorzugte Material ist eine Kombination aus Natrium-Kalium-Cäsium-Antimon, die ein Multialkali-Antimonid ist, wie es unter der Bezeichnung S-20 von der Firma Radio Corporation of America vertrieben wird.

Eine Auftreff- oder Anzeigeelektrode 13 ist in der Nähe oder an der Rückwand in unmittelbarer Nachbarschaft des Fensters 4 im Gehäuse 1 befestigt. Der Ausdruck "Auftreffelektrode" wird zur Bezeichnung der letzten Elektronen aufnehmenden Elektrode in der Lichtverstärkerröhre verwendet, gleichgültig, ob es eine Direktanzeigeröhre oder eine Speicherröhre ist. Wie bei einem Bildanzeige- Lichtverstärker üblich, ist die Auftreffelektrode 13, die normalerweise als der Schirm in einer Direktbildröhre bezeichnet wird, üblicherweise von kreisförmiger bzw. scheibenförmiger Gestalt und enthält einen Überzug aus einem elektrolumineszierenden Material, üblicherweise Phosphormaterial, z.B. angereichertes

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Zinksulfid, das kommerziell unter der Bezeichnung P-20 bekannt ist. Die Phosphorauftreffelektrode ist zweckmäßigerweise als Überzug auf dem Röhrenfenster 4 ausgebildet. Andererseits ist der Phosphor in konventioneller Weise mit einem für Elektronen durchlässigen Überzug aus Aluminium (nicht dargestellt) überzogen, damit die elektrische Leitfähigkeit und seine Funktion als Elektrode verstärkt wird.

Eine Mikrokanalplatte 7 ist zwischen der Fotokathode 5 und der Auftreffelektrode 13 befestigt und wird in geeigneter Weise im Röhrengehäuse 1 angeordnet. Die Mikrokanalplatte ist ein herkömmlicher Elektronenvervielfacher, üblicherweise zylindrischer Gestalt. Die Mikrokanalplatte 7 besteht aus einer großen Anzahl von Glasröhren mit kleinem Durchmesser, die sehr eng aneinander angeordnet sind und zu einer Einheit verschmolzen sind. In dem speziellen Fall sind über 100.000 einzelne Rohre mit einem Durchmesser von 1 mm in einer Einheit zusammengefaßt und bilden eine solche Platte. Jedes Rohr weist einen Durchtrittskanal 9 von der vorderen Fläche zur hinteren Fläche auf, die die Seifenflächen der Platte darstellen. Der Durchmesser eines solchen Durchtrittskanales liegt in der Größenordnung von 2 mil. Die Gesamtheit der öffnungen stellt annähernd 50$ des gesamten Flächeninhaltes auf jeder Seite dar. Durch herkömmliche Techniken werden die Kanten, d.h. die Ränder dieser Rohre sowohl auf der vorderen als der hinteren Seite mit einer Zusammensetzung aus metallischem Blei und Bleioxyd überzogen (nicht dargestellt), so daß Elektroden ausgebildet werden, die das Anlegen einer Spannung zwischen den Rohrenden an der Vorderseite und an der Rückseite ermöglichen. Die Innenflächen der Wandungen 11 der Glasrohre in der Mikrokanalplatte 7 sind mit einem Material, das einen verhältnismäßig hohen Widerstand aufweist, aber noch elektrisch stromleitend ist, überzogen; dieses Material bildet einen Überzug mit hoher Sekundäremission, ""blicherweise ist dies ein Blei-Bleioxydüberzu^f5, der in herkömmlicher Weise durch Wasserstoff reduktion von Blebxydglas hergestellt wird.

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Elektronenvervielfacher der vorbeschriebenen Art, die häufig als Kanalelektronenvervielfacher oder Mikrokanalplatten bezeichnet werden, sind an sich bekannt. Eine der verschiedenen Methoden zur Herstellung eines solchen Elementes ist in Journal of the ^ American Ceramic Society, Volume 34, Nr. 1, Seite 14 vom Januar 1951 (Verfasser K.B. Blodgett) beschrieben. Das Verfahren schließ die Herstellung des Grundelementes aus Rohren aus Bleioxydglas und das Reduzieren des Bleioxyds an der Glasoberfläche durch Wärmebehandlung in einer Wasserstoffatmosphäre .ein. Während der auf diese Weise erstellte Innenüberzug elektrisch stromleitend ist, weist er einen hohen Widerstand in der Größenordnung von 100 Megohm auf und stellt somit keinen elektrischen Kurzschluß zwischen den beiden Seitenflächen der Mikrokanalplatte dar.

Die Ausführungsform nach Fig. 1 kann in der Weise modifiziert werden, das eine herkömmliche Elektronenfokussieranordnung in dem Raum zwischen der Mikrokanalplatte 7 und der Auftreffelektrode 13 vorgesehen wird.

Entsprechende Zuführleiter 8, 10, 12 und 14 ergeben stromleitende Verbindungen von der Fotokathode 5» von der vorderen Fläche der Mikrokanalplatte, von der hinteren Fläche der Mikrokanalplatte 7 und von der Auftreffelektrode 13, zu entsprechenden Anschlüssen an der Außenseite des Röhrengehäuses 1.

Ein dünner Film oder eine Schicht 15 aus Metall, vorzugsweise Aluminium, auch als Belag bezeichenbar, ist auf der vorderen Fläche der Mikrokanalplatte 7 angeordnet und bedeckt die gesamte vordere Fläche und überzieht ferner die offenen Enden der Durchflußkanäle 9· Der Film oder die Schicht weist eine Dicke im Bereich von 100 bis 2.000 Angström-Einheiten, vorzugsweise 400 Angström-Einheiten auf und besteht aus einem Material mit einem niedrigen Atomgewicht. Die Schicht 15 weist Aluminium auf und besteht aus Aluminium, das in dieser Dimension weitgehend durchlässig für Elektronen bei Energiepegeln über mehreren Hundert Elektronenvolt ist, während sie Elektronen mit Energiepegeln von

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weniger als 20 Elektronenvolt absorbiert. Zusätzlich bildet der Aluminiumfilm oder die Aluminiumschicht eine wirksame Barriere gegen positive Ionen großen Volumens und großer Masse sowie neutrale Gasatome oder Moleküle. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß eine sehr dünne Aluminiumoxydhaut 15A auf der Unterseite des Filmes 15 vagesehen sein kann, die in Kontakt mit der vorderen Fläche der Platte 7 steht.

Während des Betriebes des LichtVerstärkers sind entsprechende elektrische Energiequellen zur Speisung der Felder vorgesehen und schematiseh in Fig. 1 als Batterien dargestellt. Der positive Anschluß einer Batterie 17 ist dabei mit der Leitung 10, der negative Anschluß mit der Leitung 8 verbunden. Die Spannung dieser Speisequelle liegt in der Größenordnung von 400 bis 1.000 Volt, damit ein elektrostatisches Feld E, vorbestimmter Intensität zwischen der vorderen Fläche der Mikrokanalplatte 7 und der Fotokathode 5 aufgebaut werden kann. Eine zweite Spannungsquelle ist durch die Batterie 19 dargestellt. Der positive Anschluß der Batterie 19 ist mit der Leitung 12, der negative Anschluß mit der Leitung 10 der Mikrokanalplatte 7 verbunden. Die Batterie 19 kann eine Spannung in der Größenordnung von 300 bis 1.000 Volt, z.B. 800 Volt aufweisen. Damit wird ein elektrostatisches Feld E₂ vorbestimmter Intensität zwischen den vorderen und hinteren Flächen der Mikrokanalplatte 7 in einer Richtung auf die Rückseite der Platte 7 zu aufgebaut. Eine dritte Spannungsquelle ist durch die Batterie 21 in Fig. 1 dargestellt. Der positive Anschluß der Batterie 21 ist mit der Leitung 14 und der n/aegative Anschluß mit der Leitung 12 der Mikrokanalplatte 7 verbunden. Die Batterie 21 erzeugt Spannungen in der Größenordnung von 3·000 bis 8.000 Volt, durch die ein elektrostatisches Feld E-, zwischen der hinteren Fläche der Mikrokanalplatte 7 und der Auftreffelektrc de 13 und in einer Richtung von der hinteren Fläche der Mikrokanalplatte 7 zur Auftreffelektrode 13, die als Anzeigeschirm dargestellt ist, erzeugt ^

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Eine ziemlich stark vergrößerte Detailansicht eines Ausschnittes aus dem vorderen Teil, d.h. der Eingangsfläche der Mikrokanalplatte 7 - und zwar das gestrichelt angedeutet Rechteck A in Fig. 1 - ist in Fig. 2 dargestellt, um die Erläuterung der Arbeitsweise der Erfindung und der damit erzielten Ergebnisse zu erleichtern. Fig. 2 stellt somit die Mikrokanalplatte 7* ver-

in

schiedene der einzelnen Rohre 9, die ihrer Gesamtheit die Mikrokanalplatte bilden, die Wandungen 11 der Rohre 9 und die Schicht 15, die mit der Eingangsfläche der Mikrokanalplatte 7 befestigt ist, dar.

Wie oben bereits ausgeführt, weist die Aluminiumsdicht 15 eine Dicke von etwa 400 Angstrb'm-Einheiten auf. Schichten oder Filme so geringer Dicke tragen sich praktisch nicht selbst, da sie zerfallen würden, wenn man den Versuch machen würde, eine derartige Schicht auszubilden, sie anzuheben und sie auf die Mikrokanalplatte zu legen. Es shd deshalb spezielle Methoden erforderlich, um die Aluminiumschicht 15 auf eine Oberfläche der Platte 7 aufzubringen.

Eine Möglichkeit besteht darin, die Schicht an Ort und Stelle auf der Mikrokanalplatte durch herkömmliche Phosphorfilmbildung auszubilden. Derartige Methoden erfordern ein Eintauchen in Wasser während des Hersteilens der Mikrokanalplatte, machen jedoch nicht erforderlich, daß die Schicht 15 sich selbst trägt.

Eine zweite Möglichkeit besteht darin, einen dicken, selbsttragenden Film aus Aluminiumoxyd zu verwenden, der mit herkömmlichen Methoden, z.B. Eloxieren und Aufdampfen von Aluminium auf die Vorderseite des Aluminiumoxydfilmes hergestellt wird. Dieser Belag kann dann auf die Mikrokanalplatte aufgebracht werden. Zur Adhäsion können Film und Platte miteinander dadurch auf einfache Weise verschmolzen werden, daß elektrischer Strom zwischen Film und Platte hindurchgeschickt wird. Bei diesem Verfahren bleibt das Aluminiumoxyd erhalten und dient zur Erhöhung der Übertragung der Sekundäremissionsvervieli'achung.

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Vorzugsweise wird der Aluminiumfilm ta/, die Aluminiumschicht nach einem neuen Verfahren nach Fig. 3 hergestellt. Bei diesem Verfahren wird zuerst ein dünner selbsttragender Lackfilm, z.B. von Nitrozellulose in Azeton oder Amylazetat nach einer herkömmlichen Methode ausgebildet. Dieser Schritt ist in Pig. 3 durch das Kästchen 22 dargestellt. Dann wird der Lackfilm auf die Mikrokanalplatte aufgebracht, was durch das Kästchen 23 angedeutet ist. Vor dem Aufbringen des Lackfilmes an Ort und Stelle wird eine Vakuumpumpe an die Rückseite der Mlkrokanalplatte angeschlossen, damit ein Saugeffekt auf die vordere Fläche erzeugt wird, wie dies durch die gestrichelten Linien von Kästchen 24 dargestellt wird. Wenn der Lackfilm auf die Mlkrokanalplatte aufgesetzt ist, trügt das Vakuum dazu bei, den Film an Ort und Stelle zu halten. Man hat festgestellt, daß der sehr dünne Lackfilm dann sofort an der Mikrokanalplatte anhaftet, auch wenn die Vakuumpumpe entfernt wird. Die Mikrokanalplatte mit dem Lackfilm oder der Lackschicht wird dann in eine herkömmliche Glocke gesetzt, damit das Aluminium auf den Lackfilm aufgedampft werden kann.

Unter Steuerung herkömmlicher Mittel, z.B. der Messung der Dicke unter Verwendung der Quarzkristalloszillationsfrequenz als Funktion des Aluminiumaufdampfens wird dann die gewünschte Dicke des Aluminiums auf den Lackfilm aufgedampft, wie durch das Kästchen 25 angedeutet ist. Auf diese Weise wird der dünne Aluminiumfilm, der nicht selbsttragend ist, als Schicht auf dem dünnen, selbsttragenden Lackfilm ausgebildet. Im Anschluß daran wird die gesamte Anordnung in einen Ofen gegeben, und dort in einer Lufta'-rnoathäre bei einer Temperatur von etwa 325 C etwa 1 bis 2 Stunden lang erhitzt, wie dun;h das Kästchen 26 dargestellt ist. Der¹ größte Teil des Lacks verdampf:, während des Erhitzungsschrittes und verschwindet somit, während der Aluminiumi'ilm auf die Oberfläche der Mikrokanalpla''e η Leder sink"".. Man nimmt an, daß elektrostatische"-; Kräfte, Lnsb^sön iere molekulare Anziehungskräfte, flit. A! ur:i i η Lui:u_;chl'-ht ar: uu'er _," »lie festhalten. D. rüber hinaus

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tragen auch Restspuren von Lack zur Adhäsion der Aluminiumschldit an der Platte bei. Das auf diese Weise aufgebrachte Aluminium steht in elektrischem Kontakt mit dem Elektrodenüberzug auf der vorderen Fläche der Mikrokanalplatte.

Im Betrieb der Einrichtung wird ein Bild an der vorderen Stirnfläche 2 des Lichtverstärkers nach Fig. 1 aufgenommen und dieses Bild auf die vordere Fläche der Fotokathode 5 projiziert. Fotokathodenmaterialien erzeugen eine Elektronenemission proportional der Größe der auffallenden Lichtintensität. Somit erzeugt die Fotokathode 5 an ihrem Ausgang, d.h. an der hinteren Fläche, ein Elektronenbild, bzw. ein Muster von freigewordenen Elektronen. Das elektrostatische Feld E, beschleunigt die Elektronen auf den Elektronenvervielfacher, nämlich die Mikrokanalplatte 7 und die Aluminiumschicht 15 zu. Wenn die Elektronen die Aluminium schicht 15 erreicht haben, sind sie auf einen Energiepegel von 800 Elektronenvolt beschleunigt worden, was der Spannung entspricht, die zwischen Fotokathode 5 und Mikrokanalplatte 7 angelegt ist.

Wie oben erwähnt, ist die Dicke der Aluminiumschicht 15 so groß, daß sie für Elektronen hohen Energiepegels durchlässig ist. Sol che Elektronen treten entweder durch die Aluminiumschicht 15 hindurch oder bewirken eine Emission eines entsprechenden Elektrons, so daß die Elektronen nach vorne in einen entsprechend angeordneten Rohrdurchlaßkanal 9 gelangen.

Die Elektronen, die aufgrund der Elektronenkollision mit der vorderen Fläche der Mikrokanalplatte emittieren, sind Elektronen geringen Energiepegels, z.B. in der Größenordnung von 3-5 Elektro nenvolt, was im Vergleich zu der Energie von etwa 800 Elektronen- volI der auftreffenden Elektronen, die von der Fotokathode 5 beschleunigt werden, ein relativ niedriger Energiepegel ist. Elektronen geringer Energie durchdringen die Aluminiumschicht IS und verlieren in dieser .'ichi.ent die Ihnen innewohnende geringe Energie aufgrund de-r Zviia^-i cnwirkung und Kollision mit

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und Elektronen in der Aluminiumschient. Sie sind deshalb nicht in der Lage, die Aluminiumschicht in Richtung auf eine der Durchlaßkanalöffnungen zu durchlaufen. Im Gegensatz hierzu bedeckt stromleitendes Material, das auf der Vorderfläche der Mikrokanalplatte aufplattiert oder in anderer Weise aufgebracht ist (die Mikrokanalplatte ist beispielsweise das vorerwähnte Elektrodenelement, das auf der Platte in der vom Hersteller vorgesehenen Form vorhanden ist) die offenen Enden der Durchlaßkanäle 9 nicht und stellt deshalb keine Barriere gegen Streuelektronen dar.

Zur besseren Erläuterung dient die Bahn eines Elektrons e, zur Darstellung des Betriebes der Kikrokanalplatte 7 in Pig. I. Das Elektron e^ stammt aus der Fotokathode 5> wenn Licht einer Wellenlänge λ- an der angezeigten Stelle auf die Fotokathode 5 auffällt und gegen den Elektronenvervielfacher beschleunigt wird. Das Elektron gelangt durch die Metallschicht 15 und dann in einen Durchlaßkanal 9* wo es unter den Einfluß des elektrostatischen Feldes E₂ kommt, das von der Speisequelle 19 aufgebaut wird. Aufgrund der willkürlichen Querkomponente der Bewegung kollidiert das Elektron mit der Wandfläche des Durchlaßkanales. Die Durchlaßkanalwandungen sind mit einem Material hoher Sekundäremission überzogen, dessen Sekundäremissionskoeffizient wenigstens den Wert 2 hat. Somit löst das Elektron wenigstens zwei zusätzliche Elektronen aus, und diese wiederum werden aufgrund des elektrostatischen Feldes E₂ auf die Rückseite der Mikrokanalplatte zu beschleunigt. Wie in Fig. 1 gezeigt, trifft jedes dieser zwei Elektronen aufgrund der willkürlichen Querbewegungskomponenten auf die Wandungen des Durchlaßkanales an einer weiteren Wandstelle auf und löst seinerseits zwei Elektronen ab, so daß dieser Vorgang vier emittierte Elektronen ergibt. Durch geeignete Wahl der Länge und des Durchmessers der Rohre 9 wird dieser Vorgang der Vergrößerung der Menge an Elektronen fortgesetzt, wodurch eine große Anzahl von Elektronen auf der Rückseite der Mikrokanalplatte 7 erhalten wird. Somit v:ird das Elektron e, , das in die vordere Seite der Platte eingetreten ist, verstärkt oder

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stark vervielfacht. Beim Auftreten aus der Rückseite des Durchlaßkanales 9 in der Mikrokanalplatte 7 gelangen die Elektronen unter den Einfluß des elektrostatischen Feldes E*. Dieses Feld beschleunigt die Elektronen auf einen hohen Energiepegel, so daß sie auf die Oberfläche des Phosphorschirmes, der Auftreffelektrode 13» an einer entsprechenden vorbestimmten Stelle auftreffen. Bei herkömmlichen Elektronenfokussieranordnungen zwischen der Mikrokanalplatte 7 und der Auftreffelektrode 13 kann diese Stelle variiert werden, bei der dargestellten Ausführungsform

dies
ist/eine direkt entsprechende, d.h. zugewandte Stelle. Der Phosphor emittiert Licht mit einer Wellenlänge λ proportional dem Ausmaß des Elektronenbombardements und somit wird der anfängliche, niedrige Lichtpegel, der auf die Erzeugung des einzelnen Elektrons e, aus der Fotokathode 5 anspricht, auf einen wesentlich höheren Lichtpegel, d.h. größere Helligkeit, am Phosphorschirm 1} ventärkt, der wesentlich höher ist als die Lichtintensität, die von dem einzelnen ursprünglichen Elektron e, erzeugt worden wäre.

Während die vorausgehende Theorie der Arbeitsweise in Verbindung mit einem einzelnen Elektron beschrieben wurde, tritt dieser

mit
Betrieb in der Praxis gleichzeitig dem gesamten auffallenden Licht im Bild, das über die gesamte Oberfläche der Fotokathode 5 gesetzt wird, und innerhalb jedes Durchlaßkanales 9 in der Mikrokanalplatte 7 auf, so daß das Elektronenbild, das von der Fotokathode 5 erzeugt wird, als ein Lichtbild am Sichtschirm, nämlich an der Auftreffelektrode 13 erschent.

Ohne Anwendung der Erfindung, d.h. bei Fehlen der Aluminiumschicht 15 an der Vorderseite der Mikrokanalplatte 7 war es für ein Elektron e₂ möglich, wie in Fig. 1 gezeigt, in einen Durchlaßkanal in der Mikrokanalplatte einzutreten und ein positives Ion 27 auszulösen. Aufgrund der Art der Konstruktion der Mikrokanalplatte wäre dies aller Wahrscheinlichkeit nach ein Cäsiumion oder ein Wasserion. Das elektrostatische Feld E,,. das die

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negativ geladenen Elektronen gegen die Mikrokanalplatte 7 beschleunigt, beschleunigt positiv geladene Ionen auf die Fotokathode 5 zu. Beim Auftreffen auf die Fotokathode verbinden sich diese Ionen mit dem Material der Fotokathode und bilden eine andere Verbindung, die keine iotokathodischen Eigenschaften aufweist. Somit wird die Leistungsfähigkeit der Fotokathode vermhdert und unter Umständen zerstört. Darüber hinaus bewirkt aufgrund der verhältnismäßig hohen Masse der Ionen beim Auftreffen auf die Fotokathode ein Ionenbombardement eine Erosion der Fotokathodenfläche und vermindert dadurch die fotokathodischen Eigenschaften.

Aufgrund dieser Erscheinung haben bekannte Lichtverstärker ihre Empfindlichkeit verloren, sie haben ein verschwommenes Bild mit verringerter Helligkeit und verringertem Kontrast bereits nach einer Betriebsdauer von 50 bis 100 Stunden ergeben.

Mit vorliegender Erfindung absorbiert der Aluminiumfilm bzw. die Aluminiumschicht 15 Ionen, da sie als Barriere wirkt. Somit verhindert sie, daß diese Sekundärionen die Fotokathode 5 erreichen, und wirkt auf diese Weise als "Ionenfalle"] diese Funktion ist mit einem Filterungseffekt vergleichbar. Zusätzlich können Ionen oder neutrale Gasmoleküle, die aus einer anderen Röhrenkomponente hinter der Mikrokanalplatte bestehen, die Schicht 15 nicht durchdringen.

Bildverstärker gemäß vorliegender Erfindung sind unter Lebensdauerbeanspruchung mehr als 1000 Stunden in Betrieb gewesen, im Gegensatz zu den 50 bis 100 Stunden, die mit bekannten Röhren erreicht wurden, und diese 1000 Stunden Betriebsdauer wurden ohne jede Verringerung in der Gesamtverstärkung des Verstärkungsgrades erzielt. Theoretisch läßt sich eine Erhöhung der Betriebsdauer der Lichtverstärker aufgrund der verbesserten Konstruktion um einen Faktor von 100 bis 1000 gegenüber den bisherigen Röhren erzielen.

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Ein weiterer Vorteil, der mit der erfindungsgemäßen Einrichtung erzielt wird, wird in Zusammenhang mit Pig. 2 deutlich, die einen Ausschnitt A aus der Fig. 1 darstellt.

Im normalen Betrieb des LichtVerstärkers gehen Elektronen, z.B. das Elektron e, mit 800 Elektronenvolt durch die Aluminiumschicht 15 und treten in eines der Rohre 9 in der Mikrokanalplatte 7 ein. Fügt man die Aluminiumschicht 15 hinzu und schließt man weiterhir einen Belag 15A aus einem Material hoher Sekundäremission, beispielsweise Aluminiumoxyd, das auf die Unterseite der Aluminiumschicht 15 aufgebracht wird, an, so durchläuft das Elektron e,, wie in Fig. 2 schematisch angedeutet, das Aluminium und trifft au das Material hoher Sekundäremission des Belages 15A auf. Soweit dieses Material einen Sekundäremissionskoeffizienten besitzt, der vorzugsweise größer als 2 ist, treten wenigstens zwei Elektro nen e^, und e,₂ aus der Rückseite der Schicht 15 aus und werden in den Durchtrittskanal beschleunigt, wie dies dargestellt ist. Die kombinierte Schicht 15, 15A arbeitet somit zusätzlich als eine Übertragungs-Emissionsdynode. Auch ohne den zusätzlichen Belag 15A ist es jedoch in vielen Fällen möglich, daß die Elektro nen, z.B. das Elektron e^, die Emission von Sekundärelektronen aus der Schicht 15 bewirken.

Nimmt man zu Zwecken der Erläuterung an, daß die Aluminiumschicht 15 nicht vorhanden ist, läßt sich der schwerwiegende Nachteil bekannter Lichtverstärker At Mikrokanalplatte besser verstehen, und es wird auch klarer, warum der Nachteil durch die erfindungsgemäße Einrichtung beseitigt wird. Ein hoher Prozentsatz von Elektronen, z.B. das Elektron e^, wie in Fig. 2 dargestellt, die von der Fotokathode emittiert werden, fallen auf eine Kantenfläche, die die Durchflußkanäle 9 begrenzt. Dies ist deshalb so, weil, wie oben bereits erwähnt, nur annäherend 5Oj6 des Flächeninhaltes der Mikrokanalplatte sich auf die öffnungen in die Durchflußkanäle beziehen, während die anderen 50# tatsächliches Material darstellen, nämlich die Ränder bzw. Kanten der Rohre und des Füllmateriales. Dies stellt einen Kompromiß des Herstellers

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zwischen dem Wunsch nach möglichst vielen Durchflußkanälen pro Oberflächeneinheit und den mechanischen Anforderungen der Steifigkeit für die Mikrokanalplatte, die auch Vielfachiikanalplatte genannt wird, dar.

In diesen Fällen löst ein Elektron aus der Oberfläche ein oder mehrere zusätzliche Elektronen aus, die in Fig. 2 als Elektronen e^, und e^2 bezeichnet sind. Diese Elektronen wandern beim Verlassen der Oberfläche in einer willkürlichen Richtung und in einem Winkel gegenüber der Oberfläche der Mikrokanalplatte, zu Beginn aber mit einer Bewegungskomponente in Richtung der Fotokathode. Diese Streuelektronen haben geringe Energiepegel, beispielsweise von 3 bis 5 Elektronenvolt.». Die elektrostatischen Felder der Fig. 1 verzögern die Bewegung dieser Elektronen und kehren ihre Richtung schließlich um, so daß sie bei fehlender Schicht 15 in die Durchflußkanäle in der Mikrokanalplatte wandern In den Durchflußkanälen 9 werden diese Elektronen in der gleichen Weise wirksam und vervielfacht, wie andere Elektronen, wie dies in Verbindung mit den Elektronenvervielfachungseigenschaften der Mikrokanalplatte beschrieben wurde.

Weil diese Elektronen in willkürliche Richtungen gestreut werden und verschiedene niedrige Energiepegel haben, ist nicht siehe: in welchen der Durchlaßkanäle in der Mikrokanalplatte sie wandern In Fig. 2 wandert das Elektron e^,, in< einen Durchlaßkanal, während das Elektron e in einen benachbarten Durchlaßkanal

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wandert. Über und unter der Zeichenebene sind zusätzliche Durchlaßkanäle vorhanden, weil die Mikrokanalplatte ein dreidimensionales Gebilde ist. Es ist im Falle eines etwas höheren Energiepegels eines Streuelektrons auch möglich, daß das Elektron zum unmittelbar benachbarten Rohr wandert, wie z.B. das oben erwähnte Elektron e,.

Die willkürliche Streuung, die an den Rändern der Rohre 11 auftritt, führt dazu, daß eine punktförmige Lichtquelle nicht als scharfes, punktförmiges Bild auf dem Phosphorsehirm dargestellt

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und

wird, eine ziemlich verwischte BiMäarstellung ergibt. Der Auflösungskontrast ist somit nicht so groß wie erwünscht. Dieser Faktor wird bei der Auslegung und Konstruktion von Kathodenstrahlröhren und Lichtverstärkerröhren als "Grenzauflösungsfaktor" bezeichnet, und dieser Grenzauflösungsfaktor wird durch die Anzahl von Bildzeichen pro Einheit der Rasterhöhe ausgedrückt Die Grenzauflösung wird als die Anzahl von Zeilen auf dem Schirm für eine gegebene Höhe ausgedrückt, die von dem menschlichen Auge noch unterschieden werden kann, bevor die Linien ineinander übergehen und verwischen sowie unbestimmbar werden. Bei bekannten Mikrokanalplatten - Lichtverstärkerröhren betrug; der obere Schwellwert für die Auflösung 400 Bildzeilen pro Einheit der Rasterhöhe, wobei die Rasterhöhe 1 cm beträgt. Die, Auflösungsfähigkeit eines Phosphorschirmes selbst ist durch die Phosphorfleckgröße bestimmt und der Anzeigeschirm IJ nach Pig. I ist in der Lage, eine Auflösung von mehr als 1000 Linien pro Einheit der Rasterhöhe zu gewährleisten.

Die weiteren Ergebnisse, die durch die Verwendung der Aluminiumschicht 15 im Lichtverstärker erzielt werden, werden nachstehend erörtert. Wie in Verbindung mit der Arbeitsweise der in Fig. 1 gezeigten Einrichtung beschrieben, erfüllt die Aluminiumschicht die Funktion einer Barriere gegenüber positiven Ionen. Zusätzlich wurde überraschend festgestellt, daß die Aluminiumschicht 15 auch die Streuelektronen geringen Energiepegels absorbiert, d.h. aufnimmt, beispielsweise solche, die durch Sekundäremission aus der Kantenfläche der Mikrokanalplatte erzeugt werden. Somit werden nunmehr Elektronen e^, und e^o in der Schicht 15 absorbiert, die die Durchlaßkanäle 9 abdeckt, wie schematisch durch die · gestrichelten Kreise 27 und 28 gezeigt ist, die solche Elektronen darstellen, die aufgrund der erfindungsgemäßen Einrichtung nicht in die Durchlaßkanäle der Mikrokanalplatte wjiandern können. Diese bisher nicht vermeidbare Vervielfachung der Streusekundärelektronen niedrigen Energiepegels war ein wesentlicher Faktor für die Begrenzung des Auflösungsvermögens von Lichtverstärkern und die

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Beseitigung führt zu einem erheblich größeren Auflösungsvermögen im Vergleich zu bekannten Anordnungen. So wurde bei einer Bildverstärkerröhre gemäß der Erfindung in der Praxis eine 3O#ig Erhöhung des Auflösungsfaktors gegenüber einer sonst identischen Röhre ohne Aluminiumschicht 15 erzielt. Im Gegensatz zu einer oberen Schwellwertauflösung von 400 Bildzeilen pro Einheit der Rasterhöhe, die bei bekannten Röhren erzielt wurde, ist es mit der erfindungsgemäßen Einrichtung möglich, 600 Bildzeilen pro Einheit der Rasterhöhe zu unterscheiden.

Ein Verfahren, das zur Herstellung der Schicht oder des Filmes auf einer Mikrokanalplatte nach vorliegender Erfindung geeignet ist, ist in Patent .... (Patentanmeldung P 22 03 717.8) beschrieben.

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Claims

19.2.1972 W/He - 26 - L/p 7319 Patentansprüche;

1. Lichtverstärker mit einer Fotokathode, die bei Belichtung Fotoelektronen emittiert, mit einer Auftreffelektrode, die in der Lage ist, Licht beim Auftreffen von Elektronen zu emittieren, und mit einem Elektronenvervielfacher zwischen Fotokathode und Auftreffelektrode, gekennzeichnet durch eine Metallschicht (15) zwischen Fotokathode (5) und Elektronenvervielfacher (7)·

2. Lichtverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht (15) so dünn ist, daß aus der Fotokathode (5) emittierte Fotoelektroden durch diese Schicht hindurchtreten und auf den Elektronenvervielfacher (7) auftreffen, und so dick ist, daß aus dem Elektronenvervielfacher (7) austretende Sekundärelektronen und -ionen an einem Durchtritt durch die Schicht (15) gehindert

3. Lichtverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Belag (15A) aus einem Sekundärelektronen emittierenden Material auf der Metallschicht (15) aufgebracht ist.

4. Lichtverstärker nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (17, 19, 21), zum Anlegen elektrostatischer Felder an die Einrichtung, welche Elektronen durch die Einrichtung aus der Fotokathode (5) durch den Elektronenvervielfacher (7) hindurch zur Auftreffelektrode (13) beschleunigen.

5. Lichtverstärker nach Anspruch 1 oder einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftreffelektrode (I}) ein Phosphorschirm ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenvervielfachei (7) eine Mikrokanalplatte ist, die parallel zu einer plattenförmigen Fotokathode (5) und einer plattenförmigen Auf treff elektrode angeordnet ist.

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7. Lichtverstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht (15) mit der Oberfläche der Mikrokanalplatte (7) befestigt ist, die der Fotokathode (5) zugewandt ist.

8. Lichtverstärker nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht (15) aus der Mikrokanalplatte durch Lackspuren befestigt ist, die im Anschluß an die Verwendung von Lack als Klebemittel während der Wärmebehandlung (Fig. 3) zurückgeblieben sind.

9. Lichtverstärker nach Anspruch 1 oder einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht (15) aus Metall mit niedrigem Atomgewicht, z.B. Aluminium, besteht.

10. Lichtverstärker nach Anspruch 1 oder einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht (15) eine Dicke von 100 bis 2.000, vorzugsweise 400 Angström-Einheiten besitzt.

11. Lichtverstärker nach einem der Ansprüche 2-10, gekennzeichnet durch ein optisches Linsensystem (2) zum Projizieren eines optischen Bildes auf die Seite der Fotokathode (5), die von der Metallschicht (15) abgewandt ist.

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