DE2436622C2

DE2436622C2 - Bildwandler- oder Bildverstärkerröhre

Info

Publication number: DE2436622C2
Application number: DE19742436622
Authority: DE
Inventors: Albert Dipl.-Ing. 7919 Bellenberg Lieb
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1974-07-30
Filing date: 1974-07-30
Publication date: 1983-12-01
Also published as: DE2436622A1

Description

greift, wenn die übermäßig intensive Lichtstrahlung punktförmig erfolgt Dies wird nicht zuletzt dadurch erreicht daß die für die Ansprechzeit maßgebenden Kapazitäten sehr gering gehalten werden können. Die für das Ansprechen der Schutzwirkung erforderliche Kapazität ist beim Erfindungsgegensta/id in gewissem Maße von der Ausdehnung der überintensiven Strahlungsquelle und damit von der Ausdehnung des Querschnitts des übermäßig hohen Elektronenstronses abhängig, was sich besonders günstig dann auswirkt, wenn solche übermäßigen Strahlungen von einer punktförmigen Quelle ausgehen, wie dies beispielsweise bei Detonationsblitzen der Fall ist. Dieser Vorteil ergibt sich durch die kleine Fiächenausdehnung der Leuchtschirmfläche, die in der Anfangsphase von erhöhten Elektronenstrombündel getroffen wird. Die Schutzwirkung wird demnach unmittelbar und weitgehend unverzögert an dem Flächenelement des Leuchtschirmes wirksam, an dem andernfalls eine Beschädigung durch das Elektronenbündel erhöhter Stromstärke erfolgen würde. Die weiteren Bauteile und Bauelemente einer Bildwandler- oder Bildverstärkerröhre mit größerer Fiächenausdehnung und damit zusätzlicher Kapazität werden an diesem Vorgang nicht beteiligt.

Die Wirkung der Erfindung erfolgt in der Weise, daß an der Stelle des Leuchtschirms, an der ein Elektronenbündel unerwünscht hoher Intensität auftrifft, die Oberfläche des Leuchtschirms an dieser Stelle gegenüber dem Leuchtschirmpotential bzw. Anodenpotential negativ wird, was weitgehend verzögerungsfrei geschieht. Durch die negative Aufladung wird d'e Beschleunigungsspannung der auftreffenden Elektronen herabgesetzt und damit deren Energie vermindert. Außerdem bildet sich vor dem beaufschlagten Flächenelement eine negative Zerstreuungslinse aus. Diese negative Zerstreuungslinse bewirkt, daß die zeitlich nachfolgenden Elektronen andere größere Flächenteile des Leuchtschirmes beaufschlagen, die sich von der Randnähe der ursprünglichen Auftreffstelle in Richtung Leuchtschirmrand erstreckt. Der nunmehr auf eine größere Fläche verteilte Auftreffpunkt des Elektronenbündels erzeugt nun wiederum um den Kernpunkt des Auftreffelementes eine weitere Ausdehnung der Zerstreuungslinse und verursacht eine weitere Auffächerung des Elektronenbündels. Die Zerstreuungslinse wird also in ihrer flächenmäßigen Ausdehnung fortlaufend größer und die Elektronenbeaufschlagung auf größere Flächenteile des L.euchtschirmes verteilt. Damit wird aber die spezifische Flächenbeaufschlagung des Leuchtschirmes verringert und dadurch verhindert, daß der Leuchtschirm an diskreten Stellen durch das Auftreffen eines überstarken Elektronenstrahles beschädigt wird.

Anhand des in den Fig. 1 und 2 nachfolgend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Die

Fig. i zeigt schematisch im Querschnitt eine Zwei-Elektroden-Bildwandlerröhre oder Bildverstärkerröhre mit Spannungsversorgungsteüsn, und die

F i g. 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Leuchtschirmbereich dieser Röhre nach Fig. 1.

Die in F i g. 1 dargestellte Bildwandler- oder Bildverstärkerdiode weist eine Lichtleilfaserscheibe 1 und eine Lichllcilfaserscheibe 7 auf. auf deren inneren konkavgewölbten Oberfläche die Fotokathode 2 bzw. der Leuchtschirm 8 angeordnet sind. Die Fotokathode wird > über den Halterungsring 3 und der Leuchtschirm über den Halterungsring 9. die beide Teile der Vakuumhülle sind, koniakticrt. Auf gleichem Potential wie die

Fotokathode liegt dann noch die Kathodenelektrode 4, die ebenfalls einen Teil der Vakuumhülle bildet. Die Anodenelektrode 5 mit der Blende 11 ist über den Anodenring 6 und dem Haltering 9 elektrisch leitend mit dem Leuchtschirm 8 verbunden. Die Blende 11 ist bevorzugt in einer solchen senkrecht zur Röhrenachse stehenden Ebene angeordnet, in welcher sich der Strahlüberkreuzungspunkt (cross over) des von der Fotokathode ausgehenden F.lektronenstromes ausbildet Die Öffnung Ua der Blende ist nur geringfügig größer als die Ausdehnung des Strahlüberkreuzungspunktes. Beispielsweise besteht die Öffnung aus einem Loch geringen Durchmessers von unter 1 mm. Vervollständigt wird die Vakuumhülle durch ein vorzugsweise zylinderförmiges Isolierteil 10, das mit dem Anodenring 6 und Kathodenelektrode 4 vakuumdicht verbunden ist. An die Elektrodenteile 3 bzw. 4 und 6 bzw. 9 sind die zum Betrieb erforderlichen Potentiale angelegt und zwar in der Weise, daß die Kathodenelektrode 3 bzw. 4 mit dem negativen Pol und die Anodenelektrode 6 bzw. 9 mit dem positiven Pol einer Gleichspannungsquelle 12 verbunden ist.

In der Fig. 1 sind noch gestrichelt Widerstände 13 und 14 in die Zuleitungen zu den Elektronen eingeschaltet. Es wird als besonders zweckmäßig angesehen, wenigstens einen dieser Widerstände vorzusehen, die einen elektrischen Widerstand in der Größenordnung 10⁷ bis 10" Ohm besitzen. Sie dienen dazu, einen zusätzlichen Schutz bei langer anhaltender übermäßiger Lichteinstrahlung auf die Fotokathode 2 zu bieten. Dies ergibt sich durch den auftretenden erhöhten Spannungsabfall an diesen Widerständen infolge des erhöhten Stromes und der damit verbundenen Verringerung der Beschleunigung des aus der Fotokathode austretenden Elektronenbündels.

Zur Verdeutlichung des Aufbaues des Leuchtschirms ist ein Teil des Leuchtschirmes in F i g. 2 vergrößert dargestellt. Der Leuchtschirm insgesamt ist wiederum mit der Ziffer 8 bezeichnet, der Leuchtschirmträger, der bevorzugt eine Lichtleitfaserscheibe ist, mit 7 und der elektrisch leitende Halterungsring zum Leuchtschirm mit 9 bezeichnet.

Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Leuchtstoff als dünne Schicht 15 direkt auf den Leuchtschirmträger 7 aufgebracht. Auf der Leuchtstoffschicht 15 ist eine Deckschicht 17 angebracht, die einerseits einen Elektronendurchgang gestatten soll und andererseits bei auftretender erhöhter Elektronenbclastung auf ihrer dem Elektronenstrom zugekehrten Oberfläche gegenüber den Elektroden 5, 6, 9 und 11 negativ aufgeladen wird. Die Deckschicht 17 und die Leuchtstoffschicht 15 sind durch eine ringförmige elektrisch leitende Schicht 16. z. B. durch eine aufgedampfte Aluminiumschicht, mit dem Haltering 9 elektrisch leitend verbunden. Die vakuumdichte Verbindung der Lichtfaserscheibe 7 mit dem elektrisch leitenden Verbindungsring 9 erfolgt durch ein Glaslot 18.

Als geeignete Materialien für d'e Deckschicht haben sich beispielsweise Glas, SiO₂, SiO, MgO, AI₃Oi, Si, NiO, B, Cr₂Oj, CdS, CdSe, BaO, CaO, SrO, C, BeO, MoS₂, Cu₂O, MoO₂, WS₂ und Metallsilizide erwiesen. Das Aufbringen dieser Schichten erfolgt zweckmäßig z. B. durch Aufdampfen oder Sputtern im Vakuum. Ein bevorzugtes Verfahren zur Erzielung einer besonders kurzen Ansprechzeit der Schutzwirkung besteht darin, das Material für die Deckschicht in einer Edelgasaimusphärc mit einem Druck von z. B. 133 Pa nuf/udamplen.

wodurch sich poröse Schichten erzeugen lassen. Diese porösen Deckschichten 17 ergeben bei gleichen Energieverlusten für die durchgehenden Elektronen eine geringere Aufladungskapazität der Schichtoberfläche, i

Es hai sich nun gezeigt, daß es zur Erzielung einer optimalen Schutzwirkung vorteilhaft ist, die Deckschicht mehrschichtig auszuführen und für jeden Schichtteil eine der oben angeführten Materialien anzuwenden. Beispielsweise besteht die Deckschicht aus m einem unmittelbar auf der Leuchtstoffschicht befindlichen ersten Schichtteil, mit dem sich in der Bildverstärkerröhre eine elektrische Leitfähigkeit des Leuchtschirmes 8 im Bereich von 10⁴ bis 10⁷Qcm ergibt und der die auf den Leuchtschirm auftreffenden Elektronen z. B. bedingt durch ein niedriges Atom- bzw. Molekulargewicht und oder eine geringe Schichtstärke ohne größere Energieverluste durchläßt. Um einen Sekundäremissionskoeffizienten von geringer 1 in einem möglichst großen Spannungsbereich unterhalb der Betriebsspannung zu erzielen und damit eine möglichst große negative Aufladung der von einem intensiven Elektronenstrahl beaufschlagten Schirmfläche zu erhalten, befindet sich auf diesem ersten Schichtteil der Deckschicht ein /weiter Schichtteil aus einem Stoff, bei dem diese Eigenschaft der .Sekundäremission besonders ausgeprägt ist. Mindestens eine der beiden Schichtteile der Deckschicht reflektiert einen möglichst großen Teil der von der Leuchtstoffschicht emittierten Lichtstrahlung und oder weist für dieses Licht eine möglichst geringe Durchlässigkeit auf.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht die Deckschicht 17 aus einem ersten Schichtteil aus CU2O, B oder Si mit einer Dicke von 0,01 bis einige μηι. Diese Schicht kann porös sein, d. h. diese weist eine merklich geringere Dichte auf als es diesen Materialien entspricht. Auf dem ersten Schichtteil befindet sich ein zweiter Schichtteil aus M0S2, MOO2 oder WS2 von einer Dicke von 0,01 bis einige Zehntel μΐη. Die Leuchtstoffschicht 15 besteht dabei aus Zink-Cadmiumsulfid, das mit Silber aktiviert ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Bildwandler- oder Bildverstärkerröhre mit einem von beschleunigten Elektronen beaufschlagten Leuchtschirm (8), an den eine äußere positive Spannung angelegt ist, wobei der Leuchtschirm bezüglich Materialbeschaffenheit, Schichtstärke und Struktur derart ausgebildet ist, daß unter normalen Betriebsbedingungen die Teile des Leuchtschirms, die von Elektronen getroffen werden, ein Potential annehmen, das von der an dem Leuchtschirm anliegenden Spannung nur geringfügig abweicht, und daß bei Auftreten von Elektronenströmen, die wesentlich höher sind als unter normalen Betriebsbedingungen, die von den erhöhten Elektronenströmen getroffenen Teile des Leuchtschirmes auf ein Potential aufgeladen werden, das gegenüber der an den Leuchtschirm angelegten Spannung wesentlich negativer ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtschirm (8) aus wenigstens zwei übereinanderliegenden Schichten besteht, von denen eine eine Leuchtstoffschicht (15) und eine andere eine den ankommenden Elektronen zugekehrte, isolierende oder halbleitende Deckschicht (17) ist, deren Sekundärelektronenemissionsausbeute einen Wert von kleiner als 1 in einem Spannungsbereich aufweist, der sich von der positiven Betriebsspannung der Röhre bis zu einer möglichst niedrigen Spannung erstreckt.

2. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtstoffschicht (15) durch Zusätze hochisolierend ausgebildet ist.

3. Röhre nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (17) oder eine in ihr enthaltene Teilschicht das in der Leuchtstoffschicht (15) erzeugte Licht zumindest teilweise zum Betrachter hin reflektiert und/oder zumindest teilweise absorbiert.

4. Röhre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen dem Leuchtschirmträger (7) und der Leuchtstoffschicht (15) eine weitere Schicht befindet, die für die Lumineszenzstrahlung der Leuchtstoffschicht durchlässig ist und die Leitfähigkeit des Leuchtschirmes (8) maßgeblich beeinflußt.

5. Röhre nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtschirm (8) einen spezifischen Widerstand von 10⁴ bis 10⁷Dcm aufweist.

6. Röhre nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die den ankommenden Elektronen zugekehrte Deckschicht (17) oder in ihr enthaltene Teilschicht aus einem Material besteht, dessen zweiter Einspunkt auf der SekundärelektronenemissionsKurve bei einer Spannung von weniger als etwa 1 kV, vorzugsweise unterhalb von 800 Volt, insbesondere unterhalb von etwa 500 Volt liegt.

7. Röhre nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (17) aus einem Stoff mit einem niederen Atomgewicht bzw. niederen Molekulargewicht besteht.

8. Röhre nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität der Oberfläche des Leuchtschirmes (8) gegenüber den elektrisch leitenden Teilen der Röhre möglichst gering ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bildwandleroder Bildverstärkerröhre gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Bildwandler- oder Bildverstärkerröhre der vorgenannten Art ist aus der Literaturstelle von Eckart, F. »Elektronenoptische Bildwandler und Röntgenbildverstärker«, 2. Auflage, 1962, Seiten 92—105 bekannt.

Weitere Leuchtschirme mit mehreren unterschiedlichen Schichten sind aus der DE-OS 22 14 374 und DE-OS 23 63 087 bekannt, wobei gemäß der DE-OS 2214 374 die Leuchtstoffschicht eine Deckschicht aufweist, die Teilschichten aus isolierendem oder halbleitendem Material enthält.

Bei Bildverstärkerröhren entstehen häufig dann Einbrennflecke auf dem Leuchtschirm, wenn dieser flächig mehr oder weniger begrenzt von einer übermäßig starken Elektronenbeaufschlagung getroffen wird. Durch solche Leuchtschirmbeschädigungen wird die Bildverstärkerröhre praktisch unbrauchbar. Verursacht werden solche meist punktförmig auftretenden erhöhten Elektronenströmungen beispielsweise dadurch, daß die Fotokathode, von welcher die Elektronen bei einer Bildverstärkerröhre ausgehen, von einer übermäßig starken Lichtstrahlung beaufschlagt wird, wie sie beispielsweise von einem Detonationsblitz ausgeht. Diese äußerst unerwünschte Erscheinung macht sich um so unangenehmer bemerkbar, je höher die Verstärkung und das Auflösungsvermögen einer solchen Röhre ist. Es sind bereits Schutzmaßnahmen für Leuchtschirme zum Begegnen dieser vorstehend genannten unerwünschten Erscheinung getroffen worden, die überwiegend in schaltungstechnischen Maßnahmen bestehen. Es ist aber auch schon vorgeschlagen worden, mit Hilfe von in die Röhre baulich integrierten Schutzwiderständen dem Auftreten all zu hoher Elektronenströme entgegenzuwirken (DE-OS 24 28 341.8). Diese Schutzmaßnahmen konnten aber bislang noch nicht voll befriedigen. Insbesondere dann nicht, wenn diese erhöhte Strahlungseinwirkung auf die Fotokathode punktförmig sehr intensiv und sehr kurz ist. Ein Grund dafür, weshalb diese Schwierigkeiten immer noch nicht zufriedenstellend behoben werden konnten, wird vor allem darin gesehen, daß infolge der röhreneigenen Kapazitäten im Zusammenwirken mit mehr oder weniger weit von den eigentlichen Elektroden entfernten Schutzwiderständen /?C-GIieder vorhanden sind, deren Zeitkonstante im Vergleich zu solch plötzlichen Strahlungseinwirkungen verhältnismäßig groß ist und die Entladung der schaltungsbedingten und röhrenbedingten Kapazitäten, insbesondere bei intensiver punktförmiger Einstrahlung noch genügend Energie liefert, um den Leuchtschirm selbst nach vorheriger Abschaltung der Betriebsspannungen zu zerstören.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Röhre der eingangs genannten Art hinsichtlich ihrer Widerstandsfähigkeit gegen punktuell auftretende übermäßige Lichteinwirkungen zu verbessern.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Besondere Ausführungsarten der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung wird in der sehr schnellen Ansprechzeit der eintretenden Schutzwirkung gesehen, die insbesondere auch dann Platz