DE2340290C2 - Verfahren zum Betrieb einer Bildwandler- oder Bildverstärkerröhre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Bildwandler- oder Bildverstärkerröhre nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bildwandlenröhren we;-den dsuu verwendet, Bilder, die mit Röntgenstrahlen, Ultravio'.ettstrahlen oder Infrarotstrahlen, d.h. mit für das Auge unsichtbaren a Strahlen erhalten worden sind, in sichtbare Bilder umzuwandeln.

Diese Röhren enthalten im wesentlichen eine photoemittierende Schicht oder Photokatode, auf welche die Strahlung projiziert wird, die von dem -to Objekt kommt, dessen Bild erzeugt werden soll, ein elektronenoptisches System und einen Katodolumineszenzschirm, d. h. einen Leuchtschirm, der die Eigenschaft aufweist, daß er unter der Einwirkung auftreffender Elektronen eine sichtbare Photonenstrahlung emittiert. Die von der Photokatode unter der Einwirkung der vom Objekt kommenden einfallenden Strahlung emittierten Photoelektronen werden zu dem Leuchtschirm durch ein elektronenoptisches System beschleunigt, und das Auftreffen der Photoelektronen -» auf dem Leuchtschirm erzeugt das gewünschte sichtbare Bild. Die Leuchtdichte dieses Bildes nimmt mit der Energie der auftreffenden Elektronen zu, d. h. mit der den Elektronen erteilten Beschleunigung. Für diese Beschleunigung werden Potentiale angewendet, von denen die höchsten, insbesondere das Potential des Leuchtschirms, in der Größenordnung von einigen Kilovolt bis einigen zehn Kilovolt in bezug auf das Potential der Photokatode liegen.

Die gleichen Röhren, abgesehen von der Beschaffen- &o heit der Photokatode, können auch zur Verstärkung von Bildern verwendet werden, die mit sichtbaren Strahlungen erhalten werden und demzufolge vom Auge wahrnehmbar sind, jedoch mit einer unzureichenden Helligkeit, die keine gute Beobachtung ermöglicht; die t>5 Bildverstärkung ergibt sich in diesem Fall durch die Energie, die den Photoelektronen durch die darauf ausgeübte Beschleunigungsspannung erteilt wird.

Schließlich können die gleichen Röhren gleichzeitig zur Bildwandlung und Bildverstärkung verwendet werden.

Ein prinzipielles Problem beim Betrieb derartiger Röhren beruht auf der Korpuskularstruktur der vom Objekt kommenden Photonenstrahlung, der die Photokatode ausgesetzt ist; diese Strahlung trifft an der Photokatode in aufeinanderfolgenden Quanten, also unstetig ein. Die Photokatode reagiert ihrerseits in unstetiger Weise auf diese unstetige Energiezufuhr bei der Emission der Photoelektronen aufgrund der einfallenden Photonen, so daß sie ihre eigene Unstetigkeit zu derjenigen der einfallenden Strahlung hinzufügt. Diese körnige Struktur findet sich wieder in dem auf dem Leuchtschirm erzeugten Bild und kann für eine gute Beobachtung dieses Bildes sehr störend sein.

Es ist verständlich, daß diese Struktur um so störender ist, je kleiner die Anzahl der auf der Photokatode auftreffenden Photonen ist. Die Schwankungen des auf dem Leuchtschirm erzeugten Bildes werden stark wahrnehmbar, wenn die Gesamtmenge der Photonen und demzufolge der zur Erzeugung des Bildes beitragenden Photoelektronen gering ist Im entgegengesetzten Fall, d. h. wenn die Anzahl der einfallenden Photonen groß ist, überlagern sich dagegen diese Schwankungen gegenseitig, so daß sie die Stabilität des auf dem Schirm beobachteten Bildes weniger beeinträchtigen. Die Bildschwankungen bleiben auch bestehen, wenn in der Röhre eine große Verstärkung zur Erzielung einer hohen endgültigen Leuchtdichte angewendet wird, da diese Verstärkung die Schwankungen des Eingangssignals in gleicher Weise verstärkt wie ein Verstärker das Rauschen.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist aus der DE-OS 20 57 850 bekannt. Solange die Beschleunigungsspannung unterhalb eines bestimmten Schwellwertes liegt, sendet der Leuchtstoff mit langer Nachleuchtdauer keinerlei Licht aus. Durch Verändern der Beschleunigungsspannung kann daher die Nachleuchtdauer des Leuchtschirms innerhalb eines weiten Bereichs verändert werden.

Aus der DE-OS 14 37 645 ist ferner ein Leuchtschirm bekannt, der verschiedene Leuchtstoffe unterschiedlicher Nachleuchtdauer aufweist, die selektiv durch unterschiedliche Elektronenenergien angeregt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art die störenden, auf der Korpuskularstruktur der Photonen beruhenden Bildschwankungervzu vermindern.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die 'latsache ausgenutzt, daß die Wirkung derartiger Bildschwankungen abgeschwächt wird, wenn die Nachleuchtdauer des Leuchtschirms der Röhre erhöht wird. Dort, wo diese Schwankungen am störendsten sind, d. h. gemäß vorstehenden Ausführungen im Fall von einfallenden Strahlungen geringer Intensität, wird die Nachleuchtdauer vergrößert, während sie im Fall von starken Strahlungen verringert werden kann. Bei den Bildwandler- oder Bildverstärkerröhren, wie sie in der Technik bekannt sind, wird also eine zeitliche Integrationsfunktion eingeführt, die in Abhängigkeit von der Photonenstrahlung veränderlich ist, die durch das Eintrittsfenster der Röhre, d. h. von der Photokatode empfangen wird. Zu diesem Zweck wird ein Leuchtschirm mit veränderlicher Nachleuchtdauer oder Remanenz verwendet, dessen Nachleuchtdauer in

Abhängigkeit von der über das Eintrittsfenster empfangenen Belichtung oder direkt durch diese Belichtung gesteuert wird. Bei starker Belichtung wird die Röhre mit einer kurzen Nachleuchtdauer betrieben, da in diesem FaI! eine lange Nachleuchtdauer für eine gute Beobachtung des auf dem Leuchtschirm erzeugten Bildes, insbesondere im Falle von schnellen Erscheinungen, ungünstig sein kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielshalber beschrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 ein Diagramm zur Erläuterung des der Erfindung zugrundeliegenden Prinzips und

Fig.2 eine schematische Schnittansicht einer Bildwandler- oder Bildverstärkerröhre zur Durchführung des Verfahrens.

F i g. 1 zeigt ein charakteristisches Kennliniendiagramm eines Leuchtschirms, dessen Nachleuchtdauer sich in Abhängigkeit von der daran angelegten Spannung ändert. Die Katodolumineszenzschicht dieses Leuchtschirms besteht aus einer Mischung von zwei Katodolumineszenzstoffen bzw. Leuchtstoffen, von denen der eine eine optische Remanenz aufweist und mit einer absorbierenden Substanz überzogen oder gemischt ist, d. h. mit einem Stoff, den die Elektronen nur dann durchqueren können, wenn ihre Energie einen bestimmten Wert überschreitet, so daß dieser Stoff nur oberhalb einer bestimmten Energie der auftreffenden Elektronen aufleuchtet; der andere Leuchtstoff, der keine optische Remanenz hat, leuchtet bei sehr viel niedrigeren Elektronenenergien als der nachleuchtende Leuchtstoff auf, also bei einer sehr viel kleineren Beschleunigungsspannung. In dem Diagramm der F i g. 1 sind auf der Abszisse die Bildschirmspannung bzw. Elektronenbeschleunigungsspannung V und auf der Ordinate die Leuchtdichte L als Folge des Elektronenbeschusses aufgetragen. Die Kurve 1 zeigt die Leuchtdichte des nicht nachleuchtenden Leuchtstoffes, die von einer Spannung Vo an in Erscheinung tritt, und die Kurve 2 zeigt die Leuchtdichte des nachleuchtenden Leuchtstoffes, die bei einer Spannung Vi beginnt, die größer als die Spannung Vo ist.

Aus diesen Kurven ist zu erkennen, daß oberhalb der Spannung Vj die Leuchtspur an einem Punkt des Leuchtschirms nach dem Durchgang des Elektronenstrahls durch diesen Punkt als die Überlagerung einer nicht nachleuchtenden Spur und einer nachleuchtenden Spur angesehen werden kann, wobei jede dieser Spuren eine Leuchtdichte hat, die gleich der Ordinate der entsprechenden Kurve für die betreffende Spannung ist; die Gesamtleuchtdichte an diesem Punkt ist die Summe der Leuchtdichten jeder dieser Spuren, deren Anteile in der Gesamtleuchtdichte sich in Abhängigkeit von der Spannung bändern, wobei der Anteil der Leuchtdichte der remanenten Spur in der Gesamtleuchtdichte mit zunehmender Spannung Vwächst.

Natürlich ändert sich dieser Anteil in Abhängigkeit von der Beschaffenheit der beiden Leuchtstoffe, aus denen die zur Herstellung des Bildschirms verwendete Mischung besteht, d. h. in Abhängigkeit von der Form der Kurven 1 und 2, sowie in Abhängigkeit von den Anteilen dieser Stoffe in der Mischung, d, h, in Abhängigkeit von dem Maßstab der Ordinaten dieser Kurven.

Andererseits kann aus diesen Kurven abgeleitet ι werden, daß ein Leuchtschirm, dessen Leuchtstoffschicht aus einer Mischung dieser beiden Leuchtstoffe in bestimmten Anteilen gebildet ist. zwischen den Spannungen Vo und Vi nicht nachleutet, während er oberhalb der Spannung Vi nachleuchtet.

Außerdem gilt folgendes, und dies ist der wesentliche

Punkt für d^;e Wirkungsweise der nachstehend beschrie· benen Röhren: je größer die Beschleunigungsspannung

V wird, um so mehr nimmt die von den Elektronen erreichte Dicke der nachleuchtenten Schicht zu, und demzufolge nimmt auch der Anteil der Leuchtdichte der nachleuchtenden Spur in der Gesamtleuchtdichte um so

ι» mehr zu. Dies bedeutet, daß der Bruchteil der von der nachleuchtenden Spur verursachten Leuchtdichte auf dem Leuchtschirm mit der den Photoelektronen erteilten Beschleunigung wächst, während er abnimmt, wenn die Beschleunigungsspannung verringert wird. Bei

π der Verwendung solcher Leuchtschirme ist es daher möglich, mit Hilfe der Beschleunigungsspannung der Photoelektronen den Anteil der nachleuchtenden Spur in der Gesamtleuchtdichte zu verändern und demzufolge einen in Abhängigkeit von der Beschleunigungsspannung der Photoelektronen veränderlichen Teil der Gesamtleuchtdichte gewissermassen für eine bestimmte Zeit zu speichern, die natürlich mit ,ler Beweglichkeit des Objektes verträglich sein muB.

In diesem Sinne kann von einer Integration

2> gesprochen werden, die darin besteht, daß mit Hilfe dieser optischen Remanenz die Leuchtspur auf dem Bildsch'-τη für eine bestimmte Zeit aufrechterhalten wird.

In diesem Sinn kann auch von einer veränderlichen

:o Remanenz bzw. Nachleuchtdauer gesprochen werden, wobei dieser Ausdruck nicht bedeutet, daß sich die Remanenz über eine veränderliche Dauer erstreckt, da keirr bekanntes Katodenlumineszenzpulver diese Eigenschaft aufweist, sondern die zuvor angegebene Bedeu-

r. tung hat, nämlich daß die Remanenz einen veränderlichen Bruchteil der Gesamtleuchtintensität der Spur betrifft. Die Löschung dieser Spur oder ihre Abschwächung unter eine bestimmte Leuchtdichteschwelle hängt unter sonst gleichen Bedingungen offensichtlich von der

4ii anfänglichen Leuchtdichte ab; eine Einwirkung au/ diese anfängliche Leuchtdichte, d. h. auf den zuvor erwähnten Teil davon, kommt praktisch auf eine Einwirkung auf die Nachleuchtdauer dieser Spur hinaus.

Eine lange Nachleuchtdauer wird verwendet, wenn

•π das Eingangssignal, d.h. die auf der Photokatode der Röhre durch die einfallende Strahlung erzeugte Belichtung sehr schwach ist, indem eine hohe Spannung

V gewählt wird, die auf der Abszissenachse von F i g. 1 sehr weit rechts liegt, während der Leuchtschirm durch

■>» Wahl der Spannung V zwischen den Werten Vo und V\ von F i g. 1 ohne Nachleuchtdauer verwendet wird, wenn diese Belichtung stark ist.

Dadurch wird die schädliche Auswirkung der Schwankungen im Fa!l von schwach einfallender

■>' Beiicf.Ung abgeschwächt.

Dieses Ergebnis kann weder mit nicht nachleuchtenden Leuchtschirmen erreicht werden, noch nr.t gewöhnlichen nachleuchtenden Leuchtschirmen bei denen Änderungen der Beschleunigungsspannung der Photo-

'(· elektronen ohne Auswirkung auf die Nachleuchtdauer der erhaltenen Leuchtspur sind.

Fig.2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Röhre zur Durchführung des Verfahrens. Ir. einem Vakuumkolben 1 befindet sich eine konkave Photokato-

'5 de 2, die der durch die Pfeile links in der Figur dargestellten einfallenden Strahlung ausgesetzt ist. Die Photokatode 2 besteht aus einem für die einfallende Strahlung durchlässigen Träger 20 und aus einer Schicht

30 aus photoemittierendem Material, mit welcher der Träger 20 auf der Seite bedeckt ist. die der einfallenden Strahlung abgewandt ist.

Das photoemittierende Material, aus dem die Schicht 30 besteht, kennzeichnet sich durch die Eigenschaft, daß es unter bestimmten Bedingungen Elektronen unter der Wirkung der auftreffenden Strahlung emittiert, die durch den Träger 20 hindurchgegangen ist. Die Röhre enthält ein elektronenoptisches System, das mehrere Elektroden aufweisen kann, das jedoch in Fig. 2 als m> Ganzes bei 4 dargestellt ist und die Ausbildung dieser Bedingungen ermöglicht, die zur Folge haben, daß ein Elektronenbündel, das in dem Schema nur durch die sich kreuzenden schrägen Linien dargestellt ist, zu einem Leuchtschirm 6 geht, der in bezug auf die Photokatode 2 ι ί auf ein hohes positives Potential gelegt ist. Das Auftreffen des Elektronenbündels auf dem Leuchtschirm 6 ergibt ein Bild des Objekts. Die in F i g. 2 gezeigte Spannungsquelle 3 liefert die an das elektronenoptische System 4 angelegte Gleichspannung, und die .v Spannungsquelle 5 liefert die an den Leuchtschirm 6 angelegte Gleichspannung.

Die den Photoelektronen erteilte Beschleunigung wird durch Einrichtungen eingestellt, die in den Stromkreis der Spannungsquelle 5 eingefügt sind. Bei j> dem dargestellten Beispiel bestehen diese Einrichtungen aus einem von Hand betätigbaren Umschalter 7 mit drei Stellungen 10, 11, 12: jeder dieser Stellungen entspricht bei der dargestellten Röhre eine andere Nachleuchtdauer des Leuchtschirms 6 in dem zuvor präzisierten Sinne: die Nachleuchtdauer Null für die Stellung 10 (V < V₁; Fig. 1); eine mittlere Nachleuchtdauer für die Stellung 11 (V= V₂; Fig. 1): und eine lange Nachleuchtdauer (V = V₃; F i g. 1) für die Stellung 12.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 bilden die Photokatode 2 und der Leuchtschirm 6 einen integrierenden Bestandteil des Röhre"kc!bens 1, der beispielsweise aus Glas besteht. Der Leuchtschirm 6 hat in diesem Fall eine Leuchtstoffschicht 60 die auf die Innenwand des Kolbens 1 an dem Ende 70 des Kolbens aufgebracht ist, das dem Ende gegenüberliegt, an dem die Photokatode liegt: von den beiden Leuchtstoffen, aus denen die Leuchtstoffschicht 60 besteht, ist der eine praktisch nicht nachleuchtend oder hat eine Nachleuchtdauer, die höchstens in der Größenordnung von einer Vlillisekunde liegt, während der andere eine merkliche Nachleuchtdauer aufweist, die in der Größenordnung von einer halben Sekunde liegt. Der erste Leuchtstoff ist eine Schwefelverbindung von Kadmium. Zink und Silber oder ein komplexes Mangan-Zink-Silikat, und der zweite Stoff ist ein komplexes Kalzium-Aluminium- und Manganfluorid. Dagegen wird nichts über die Zusammensetzung der Photokatode ausgesagt, da diese auf dem Gebiet der Bildwandler und Bildverstärker allgemein bekannt ist.

Die Photokatode 2 und der Leuchtschirm 6 weisen ferner jweils eine Metallschicht auf, wobei die

IVIClUliaclllCllt UCI ■ IIUlVAaiUUt IUI UIC CIItIUIICIIUC Strahlung und die Metallschicht des Schirms für die Elektronen durchlässig ist. Diese Schichten, deren Vorhandensein bekanntlich für das Abfließen der Elektronen notwendig ist, sind zur Vereinfachung der Zeichnung nicht dargestellt.

Anstelle der Handsteuerung 7 bei dem Beispie! von Fig. 2 kann auch eine automatische Regelung der Spannung V in Abhängigkeit von der Belichtung der Photok?.;ode vorgesehen werden.

Die in Fig. 2 dargestellte Röhre kann ohne Unterschied ein Bildwandler oder ein Bildverstärker sein; die beschriebene Ausbildung eignet sich für jeden dieser Fälle.

Die beschriebenen Röhren können in gleicher Weise wie die bekannten Röhren angewendet werden. Sie eignen sich insbesondere bei Fernseh-Bildaufnahmeeinrichtungen, bei denen sie mit einer Bildaufnahmeröhre und einem Bildverstärker verbunden sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Betrieb einer Bildwandler- oder Bildverstärkerröhre mit einer Photokatode (2), die unter der Einwirkung einer auftreffenden Strahlung ί Elektronen emittiert, einem Leuchtschirm (6), der wenigstens zwei Leuchtstoffe enthält, von denen der eine eine kurze Nachleuchtdauer aufweist und durch Elektronen niedriger Energie anregbar ist, und der andere eine lange Nachleuchtdauer aufweist, durch Elektronen hoher Energie anregbar ist und von einem die Energie der Elektronen absorbierenden Material überzogen ist, und mit Einrichtungen (4) zum Führen und Beschleunigen der Elektronen zum Leuchtschirm (6), dadurch gekennzeich-π e t, daß mit abnehmender Intensität der auf die Photokatode (2) auftreffenden Strahlung die Energie der Elektronen erhöht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ih.ü die Energie der Elektronen durch automatische Regelung der Beschleunigungsspannung (V) zwischen der Photokatode (2) und dem Leuchtschirm (6) in Abhängigkeit von der auf der Photokatode (2) auftreffenden Belichtung nachgeregelt wird. -5