DE2518550A1 - Bildaufnahmeroehre mit pyroelektrischer photokatode - Google Patents

Description

75008 PARIS /Frankreich.

Unser Zeichen: T 1766

Bildaufnahmeröhre mit pyroelektrischer Photokatode

Die Erfindung betrifft eine thermische Fernsehbildaufnahmeröhre zur Nah- oder Fernaufnahme von Bildern im Infrarotbereich.

Eine solche Röhre weist eine pyroelektrische Photokatode (die auch als pyroelektrische Retina bezeichnet werden kann) auf, in welcher die einfallende Strahlung ein Temperaturrelief erzeugt, das seinerseits in der Dicke der Photokatode ein elektrisches Polarisationsrelief und infolgedessen ein Relief von elektrischen Ladungen erzeugt, welches durch einen Elektronenstrahl abgelesen wird, der die Photokatode punktweise abtastet. Die Gesamtheit der elektrischen Signale,

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die man im Verlauf dieser Abtastung erhält, bildet das Bild des Objekts, von welchem die Strahlung kommt. Diese Art von Röhren ist bekannt. Aus diesem Grund werden ihre Betriebsbedingungen, die insbesondere in den DT-OS'en 2 223 270 und 2 223 288 beschrieben sind, hier nicht näher erläutert.

Es ist dagegen zu bemerken, dass eine pyroelektrisch^ Photokatode aus Empfindlichkeitsgründen und unabhängig von dem zu ihrer Herstellung verwendeten Material eine sehr geringe Dicke aufweisen soll. Eine Dicke in der Grössenordnung von einigen Zehn Mikrometern ist üblich bei einem Material, wie beispielsweise dem häufig verwendeten Glyzinsulfat, das auch unter der Abkürzung TGS bekannt ist. Ein häufiger Wert ist 25 μπα.

Da andererseits aus Auflösungsgründen der Photokatodendurchmesser, wenn es sich um eine runde Photokatode handelt, im allgemeinen wenigstens 30 mm beträgt, stellt eine solche Photokatode ein sehr feines und demzufolge sehr zerbrechliches Teil dar, welches so gut wie möglich gegen Schwingungen geschützt werden muss, denen es in der Röhre ausgesetzt sein kann, in der es montiert ist. Diese Schwingungsempfindlichkeit bewirkt außer der Gefahr, die sie durch das mechanische Verhalten der Photokatode bildet, darüberhinaus eine Änderung des Signals, die auch als Mikrofoneffekt bezeichnet wird.

Gemäss der Erfindung wird die Photokatode auf einem gespannten Träger angebracht, welcher eine gute Planheit aufweist. Dieser Träger wird änschliessend auf die Vorderseite der Katodenstrahlröhre aufgebracht, in der der Abtaststrahl erzeugt wird. Die Röhre wird durch diese Vorderseite, d.h. durch dieses Fenster der einfallenden Infrarotstrahlung ausgesetzt.

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 in vergrössertem Masstab den vorderen

Teil einer Bildaufnahmeröhre mit pyroelektrischer Photokatode, und

Fig. 2 . einen Schnitt durch diese Röhre.

In den Fig. 1 und 2 sind aus Übersichtlichkeitsgründen die Proportionen der verschiedenen Teile nicht eingehalten worden.

Auf einem dicken Ring 1 wird eine dünne Schicht 2 befestigt. Auf die Schicht 2, die den eigentlichen Träger der Photo— katode bildet, wird anschliessend die Photokatode aufgebracht, wie es die Schnittansicht zeigt, deren Schnittebene durch die Achse xx der Röhre des Beispiels von Fig. 1 geht.

Die verschiedenen Bedingungen, die an die den Ring 1 und die Schicht 2 bildenden Materialien geknüpft werden, ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht der Ring 1 aus Metall und die Schicht 2 aus Glimmer. Die Befestigung der Schicht 2 auf dem Ring 1 erfolgt durch Heissverkitten.

Das Metall des Ringes 1 wird so gewählt, dass es einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der in gewissen Grenzen kleiner ist als der des Glimmers der Schicht 2. Auf diese Weise ist nach dem Abkühlen, das sich an den Verkittungsvorgang anschliesst, die Schicht 2 gespannt und hat

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eine gute Planheit.

Das Verkittungsmaterial ist ein Email mit einer Qualität, die in der Vakuumtechnik zur Anwendung kommt. Ein Keramikmaterial, wie beispielsweise "Pyroceram", kann für diesen Zweck ebenfalls verwendet werden.

Der Metallring hat eine Dicke von 2 mm und die durch Spaltung • hergestellte Glimmerschicht 2 hat eine Dicke von 3 μΐη bis 6 pm.

Die Photokatode 4 wird anschliessend auf die Schicht 2 aufgebracht und auf derselben durch die Befestigungsschicht kaltbefestigt. Die Befestigungsschicht 5 wird beispielsweise durch Eintröpfelung an dem Umfang der Photokatode 4 aufgebracht, an welchem diese mit der Schicht 2 in Berührung ist. Die Ausbreitung unter die Photokatode entlang der Schicht 5 erfolgt durch Kapillarwirkung.

Die auf diese Weise gebildete Anordnung wird dann auf dem Fenster 6 der Katodenstrahlröhre befestigt, das der einfallenden Strahlung ausgesetzt ist, die durch den Pfeil dargestellt ist. Diese Befestigung erfolgt durch Kleben mittels eines Epoxidharzes zum Beispiel, welches die Schicht 7 bildet.

Die mechanische Spannung, die innerhalb der Schicht 2 nach dem Verkittungsvorgang herrscht, bewirkt, dass die Eigenfrequenz dieser Schicht vergrössert und von der viel niedrigeren des massiven und, wenn er aus Metall besteht, schweren Ringes 1 entfernt wird, wie bei manchen abgewandelten Ausführungsformen der Erfindung. Das auf diese Weise gebildete Untersystem aus dem Ring 1, der Verkittungsschicht 3 und der Schicht 2 weist aufgrund dieser beiden

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unterschiedlichen Frequenzen eine grosse Dämpfung für Schwingungen auf, denen es im Betrieb ausgesetzt sein kann. Die Photokatode 4 ist, wie erwähnt, mit diesem Untersystem durch die Befestigungsschicht 5 fest verbunden.

Die mechanische Spannung, die sich durch diese Verkittung ergibt, hängt von dem Unterschied zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten des den Ring 1 bildenden Materials und des die Schicht 2 bildenden Materials ab. Für eine gegebene Schicht 2 gibt es eine optimale Differenz, welche eine gute mechanische Spannung der Schicht ohne Bruchgefahr sicherstellt. Bei Schichten 2 aus Glimmer, welche die oben angegebene Dicke haben, hat man für den Ring 1 Titan und ausserdem Ferronickelverbindungen verwendet, deren Wärmeausdehn
liegen.

ausdehnungskoeffizienten in der Nähe von 90·10 . C

Die Schicht 2 soll eine geringe Wärmekapazität (welche das Produkt aus seiner Masse und der spezifischen Wärmekapazität ist) aufweisen, um den Temperaturanstieg der Photokatode unter der Einwirkung der Wärmeenergie der auftreffenden Infrarotstrahlung nicht zu behindern. Die geringe Dicke der Schicht 2 trägt zur Erfüllung dieser Bedingung bei.Diese geringe Dicke begrenzt auch die seitliche Wärmeausbreitung innerhalb der Schicht 2'und den Auflösungsverlust, der sich daraus für die Photokatode ergeben könnte.

Die zum Befestigen der Photokatode 4 auf der Schicht 2 verwendete Befestigungsschicht 5 soll dieselben thermischen Bedingungen wie die Schicht 2 erfüllen. Ausserdem soll sie eine gute Befestigung der Photokatode 4 auf dem Träger sicherstellen und sich zu einer Schicht gleichmässiger Dicke ausbreiten können, wobei es sich um die vorgenannte

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Planheitsbedingung handelt. Sie soll ausserdem in dem Bereich der Betriebstemperaturen der Katodenstrahlröhre einen niedrigen Dampfdruck aufweisen und für die Katode kein Gift darstellen.

Dieses Befestigungsmittel, d.h. die Schicht 5 besteht beispielsweise aus einem der Öle oder Fette, die in der Vakuumtechnik wegen ihres geringen Dampfdruckes verwendet werden. Die unter der Bezeichnung "Apiezon" bekannten Öle oder Fette sind besonders geeignet, ebenso wie Paraffin und die Siliconöle. Die Dicke der Befestigungsschicht 5 liegt in der Grössenordnung von 5 μπι. Durch Eintröpfelung und Kapillarwirkung werden, wie oben angegeben, leicht Schichten hergestellt, die eine gleichmässige Dicke haben und frei von Luftblasen sind. Ausserdem haben die zum Herstellen der Schicht 5 verwendeten Produkte, insbesondere die Apiezon-Fette, eine Wärmeleitfähigkeit zwischen 3 und 5·-10 cal'cm «s · C und eine spezifische Wärmekapazität zwischen 0,3 und 0,5 cal«g · c . diese Werte liegen in derselben Grössenordnung wie die entsprechenden Werte des Glyzinsulfats (TGS). Die Masse dieser Schicht ist dagegen viel kleiner als die der Photokatode mit den weiter oben angegebenen Werten.

Dagegen wird weder an die Schicht 2 noch an die Befestigungsschicht 5 eine Bedingung hinsichtlich ihrer Lichtdurchlässigkeit in dem Infrarotspektrum geknüpft,und zwar in Anbetracht ihrer geringen Dicke. Die Dicke ist ausreichend gering, so dass die Kalorien schnell zu der Photokatode übertragen werden können. Es wird auch keine Lichtdurchlässigkeitsbedingung an den Ring 1 geknüpft, dessen Innendurchmesser etwas grosser ist als der (25 mm) der Photokatode. Sein Aussendurchmesser beträgt beispielsweise 30 mm. Für das Fenster 6 wird ein Material gewählt, welches eine

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gute Durchlässigkeit für die Infrarotstrahlung aufweist.

In Fig. 1 ist durch eine gestrichelte Linie die Metallisierung dargestellt, die auf dem Rand der Schicht 2 vorgesehen ist, um die elektrische Verbindung zwischen dem Fenster der Röhre selbst, das auch, gegebenenfalls auf seinem Umfang, metallisiert ist (diese Metallisierung ist nicht dargestellt), und der metallisierten Seite der Photokatode herzustellen, auf der diese Metallisierung durch die dicke Linie 8 dargestellt ist.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung besteht die Schicht 2 aus Kunststoff, beispielsweise aus einem Polyester. In diesem Fall ist es möglich, unter die oben in dem Fall des Glimmers angegebenen Dicken zu gehen. Es sind Polyesterschichten mit einer Dicke von 2 μπι verwendet worden.

In diesem letzteren Fall erfolgt die Befestigung der Schicht 2 auf dem Ring 1 selbstverständlich nicht durch Heissverkittung sondern durch Kleben mit Hilfe eines Kunststoffklebers. Die mechanische Spannung wird in diesem Fall erzielt, indem ein Ring 1 aus zwei Hälften verwendet wird, deren Abstand bei der Montage derart eingestellt wird, dass sich die gewünschte mechanische Spannung der Schicht 2 ergibt. Die übrigen Operationen sind die gleichen wie in dem beschriebenen Beispiel.

In beiden Fällen verringert die beschriebene Struktur den Mikrofoneffekt in beträchtlichem Ausmass bei allen Frequenzen, zwischen einigen Hertz und einigen Kilohertz.

Fig. 2 zeigt schematisch im Schnitt eine zylindrische Bildaufnahmeröhre mit pyroelektrischer Photokatode, von der in Fig. 1 in vergrössertem Masstab der vordere Teil dargestellt

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ist, der sich in Fig. 2 rechts befindet. Fig. 2 zeigt die beispielsweise aus Glas bestehende Isolierhülle der Röhre 20, die auf der Seite des Strahlungseinfalls (Pfeil) durch die Vorderseite 6 abgeschlossen ist, welche die Photokatode 4 trägt. Im Innern der Hülle befindet sich die Elektronenkanone, die in ihrer Gesamtheit mit der Bezugszahl 11 bezeichnet ist. Fig. 2 zeigt nicht die gewöhnlich der Röhre zugeordneten Einrichtungen zum Lesen der Signale in jedem Punkt der Photokatode im Verlauf der Abtastung derselben durch den Elektronenstrahl. Diese Einrichtungen sind beispielsweise in der DT-OS 2 223 beschrieben.

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Claims (8)

1. Patentansprüche':

   .Jlnfrarotbildaufnahmeröhre mit einer Vakuumhülle, die mit einem für die Infrarotstrahlung durchlässigen Fenster versehen ist und in deren Innerem eine Photokatode in Form einer dünnen Schicht aus einem pyroelektrischen Material vorgesehen ist, die der Infrarotstrahlung durch das Fenster hindurch ausgesetzt ist, und mit Einrichtungen, mittels welchen im Betrieb die Photokatode punktweise durch einen Elektronenstrahl abgetastet wird, so dass sich eine Gruppe von elektrischen Signalen ergibt, die das durch die Infrarotstrahlung auf der Photokatode gebildete Bild wiedergibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Photokatode an dem Fenster mittels eines Untersystems befestigt ist, welches aus einem dicken Ring und aus einer auf diesem Ring aufgespannten dünnen Schicht besteht, wobei die Photokatode auf die dünne Schicht aufgebracht und das Untersystem an dem Fenster auf der entgegengesetzten Seite befestigt ist.
2. 2. Infrarotbildaufnahmeröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring aus Metall besteht und eine Dicke von 2 mm hat.
3. 3. Infrarotbildaufnahmeröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dünne Schicht aus Glimmer besteht und eine Dicke zwischen 3 μπι und 6 μπι hat.
4. 4. Infrarotbildaufnahmeröhre nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dünne Schicht auf dem Ring mittels eines Emails befestigt ist.
5. 5. Infrarotbildaufnahmeröhre nach einem der Ansprüche 1 bis

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   4, dadurch gekennzeichnet, dass die Photokatode auf der dünnen Schicht mittels eines Öls befestigt ist_f welches einen niedrigen Dampfdruck hat.
6. 6. Infrarotbildaufnahmeröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dünne Schicht aus einem Kunststoff besteht und auf den Ring aufgeklebt ist.
7. 7. Infrarotbildaufnahmeröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall Titan ist.
8. 8. Infrarotbildaufnahmeröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall ein Ferronickel ist.

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