DE2540909A1

DE2540909A1 - Fernsehaufnahmeroehre

Info

Publication number: DE2540909A1
Application number: DE19752540909
Authority: DE
Inventors: Marino Giuseppo Carasso; Arthur Marie Eugen Hoeberechts; Paulus Philippus Mar Schampers
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1974-09-27
Filing date: 1975-09-13
Publication date: 1976-04-15
Also published as: FR2286497B1; US4025814A; JPS5158818A; GB1526743A; NL7412756A; CA1038012A; FR2286497A1

Description

"Fernsehaufnahmeröhre"

Die Erfindung bezieht sich auf eine Fernsehaufnahmeröhre mit einer von einem Elektronenstrahl abzutastenden Auftreffplatte, die eine transparente elektrisch leitende Signalelektrode und eine auf einem elektrisch leitenden Träger angebrachte diskrete Struktur photosmpfindlicher Elemente enthält.

Eine derartige Aufnahmeröhre ist aus der USA-Patentschrift 3 6h9 866 bekannt. Mit der darin beschriebenen Aufnahmeröhre wird beabsichtigt, eine Speicherröhre zu schaffen, die bei dazu geeigneter Steuerung ein Bild bis zu mehreren Tagen speichern kann. Um dies zu erreichen, ist eine elektrisch leitende Gazestruktur

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auf der von der Elektronenquelle abgekehrten Seite mit phot ο leitend ein Material überzogen. Durch lokale Unterschiede in der Beleuchtung dieser Struktur wird ein grosserer oder kleinerer Teil des abtastenden Elektronenstrahls zu der Signalelektrode durchgelassen und tritt also eine von der Strahlakzeptanz der Auftreffρlatte eingeführte Strahlenteilung auf, die auch von dem Ausmass der Beleuchtung der photoleitenden Struktur beeinflusst wird. Da die elektrisch leitende Gazestruktur auf der der Elektronenquelle zugekehrten Seite freigelassen ist, wird die Wirkung dieser Röhre nicht optimal sein.

Die Erfindung bezweckt, eine Fernsehaufnahme· röhre zu schaffen, mit der unter Verwendung der Strahlakzeptanz der Auftreffplatte eine einstellbare Eigenverstärkung erzielt werden kann. Dabei wird an eine Eigenverstärkung von z.B. einer Dekade gedacht.

Eine Fernsehaufnahmero*hre der eingangs erwähnten Art ist dazu nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur photoempfindlicher Elemente auf einem elektrisch leitenden Träger angebracht ist, wobei ausser der Signalelektrode kein für den Elektronenstrahl direkt treffbares elektrisch leitendes Material zugesetzt ist, und wobei mittels dieser Struktur in Zusammenarbeit mit der Signalelektrode ein Potentialfeld

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eingestellt werden kann, das in der Bewegungsrichtung des Elektronenstrahls - mindestens zwei aufeinanderfolgende Sattelpunkte aufweist, in denen der abtastende Elektronenstrahl eine lokale Strahlenteilung erfährt, die eine Funktion von auf der Aussenseite anzulegenden Potentialen und von lokaler Beleuchtung der Auftreffplatte ist.

Dadurch, dass in einer Fernsehaufnahmeröhre nach der Erfindung die Trägheit durch das Anlegen dazu geeigneter Potentiale einstellbar ist, kann die Röhre nach Wahl als übliche Fernsehaufnahmeröhre mit einer dafür normalen Trägheit und Empfindlichkeit oder durch die zu erzielende Eigenverstärkung als besonders empfindliche Röhre mit einer verhältnismässig grossen Trägheit verwendet werden. Letzteres ist günstig für Fernsehaufnahmen in Räumen, in denen aus externen Gründen ein verhältnismässig niedriger Lichtpegel erwünscht ist. Die weitere Betätigung und die weiteren Teile einer Fernsehkamera mit' einer Aufnahmeröhre nach der Erfindung brauchen dabei, im Gegensatz zu Lösungen mit einer gesonderten Bildverstärkung, nicht drastisch geändert zu werden.

Die Struktur photoempfindlicher Elemente kann z.B. auf einem elektrisch leitenden Gazegitter angebracht sein, das zwischen der Gazeelektrode des Elektronenstrahlerzeugungssystems und der Signalelektrode

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angeordnet ist« Das photoleitende Material ist dann auf der der Signalelektrode zugekehrten Seite dieses Gitters angebracht. Der verbleibende Teil der Gitterdrähte ist mit einem Widerstandsmaterial überzogen. Die photoempfind— liehe Struktur kann auch in einer Halbleitermaterialscheibe angebracht sein, die eine dem genannten Gitter entsprechende Lage in der Röhre einnimmt. Auch kann die photoempfindliche Struktur in Form eines Linienmusters oder eines Mosaiks diskreter Elemente auf einem ebenfalls diskreten elektrischen Leiter angebracht sein. Dieser Leiter kann, gegebenenfalls unter Zwischenfügung einer Trennschicht, direkt auf der Signalelektrode angebracht sein, und zwar mit einer derartigen Struktur, dass beim Anlegen dazu geeigneter äusserer Potentiale zwei Sattelpunkte im Potentialfeld auftreten.

Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben» Es z.eigen:

Pig. 1 skizzenweise eine Fernsehaufnahmeröhre nach der Erfindung mit einem mit einem Photoleiter versehenen Gazegitter,

Fig. 2 in vergrössertem Masstab einen Teil der Fernsehaufnahmeröhre nach Fig. 1, und

Fig. 3 eine Auftreffplatte für eine Fernsehaufnahmeröhre nach der Erfindung mit einer in einer

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Halbleitermaterialscheibe angebrachten diskreten Struktur photοempfindlicher Elemente«

Fig. 1 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine Fernsehaufnahmeröhre 1 vom Vidikontyp. Diese Aufnahmeröhre enthält innerhalb einer ¥and 2 mit einem Eingangsfenster 3 ein Elektronenstrahlerzeugungssystem h mit einer Kathode 5» einem oder mehreren Steuergittern 6 und einer Endanode 7· An oder nahe bei dem von dem Elektronen Strahlerzeugungssystem abgekehrten Ende der Anode 7 befindet sich eine Gaze-Elektrode 8, mit der ein abtastender Elektronenstrahl 9 grundsätzlich senkrecht zu einer Auftreffplatte 10 gerichtet wird. Mit Hilfe nicht dargestellter elektromagnetischer Spulen, die vorzugsweise um die Aufnahmeröhre angebracht sind, oder elektrostatischer Elektroden, die vorzugsweise in der Aufnahmeröhre montiert sind, wird dem Elektronenstrahl eine abtastende Bewegung über die Auftreffplatte erteilt und der Strahl auf die Auftreffplatte fokussiert. Die Auftreffplatte 10 enthält, wie in Fig. 2 deutlicher angegeben ist, in dieser bevorzugten Ausführungsform eine transparente Signalelektrode 11, die z.B. aus einer auf der Innenseite des Eingangsfensters angebrachten Schicht elektrisch leitenden Zinnoxids besteht und über einen Leiter 12 elektrisch aus der Höhrenwand herausgeführt ist. Zwischen der Signalelektrode 11 und der Gaze-

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Elektrode 8 befindet sich ein elektrisch leitendes Gitter 13 mit einer elektrischen Durchführung 14. Das Gitter 13 kann aus elektrisch leitenden Drähten oder aus mit einer leitenden Schicht überzogenen isolierenden z.B. gläsernen Drähten 17 aufgebaut sein. Das Gitter ist auf einer der Signale lektrode^ zugekehrt en Seite mit einem photoempfindlichen Material 15f z.B. Antimontri·^ sulfid oder Bleimonoxid, und auf der von der Gaze-Elektrode abgekehrten Seite mit einem Widerstandsmaterial versehen. Als Widerstandsmaterial können die genannten photoleitenden Materialien verwendet werden, aber auch können bekannte Widerstandsmaterialien, wie KCl, Anwendung finden. Alle Drähte 17 des Gitters 13 sind mit beiden genannten Materialien zusammen völlig bedeckt.

Wenn die Widerstandsschicht auf dem Gitter einen stark Isolierenden Charakter hat, wird diese Schicht von schnellen Elektronen aus dem abtastenden Strahl auf einer gewissen negativen Spannung in bezug auf die Kathode stabilisiert werden. Wenn der abtastende Strahl eine Stromstärke I darstellt, wird der Strahl in einen Teil i- s= t I, wobei t die Durchlässigkeit des Gitters 8 darstellt, einen Strom i„ = r t I, wobei r die von der Signalplatte reflektierte Fraktion darstellt, einen Strom i~ = (i-r)t I und einen Strom ir = s(i-r)t I, wobei s den Sekundäremissionskoeffizienten der Signalplatte

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darstellt, aufgeteilt. Daher fällt ein Teil I = (i des Elektronenstrahls I auf das Gitter 13 und ein Teil I_ = (io-3-ii) auf die Signal elektrode ein. Mit den gegebenen Werten für die Ströme i.. , i„, i„ und i^ ergibt dies einen Gitterstrom I = (s+r(1-s))tl und einen Signalstrom I = (1-s)(i-r)tl. Der Wert von t wird in einer bestimmten Röhre im wesentlichen durch das Oberflächenpotential des Photoleiters bestimmt und ist naturgemäss grosser, je nachdem das Potential des Photoleiters höher ist. Unterhalb eines gewissen Potentials wird t = 0. Das Potential des Photoleiters V-, wird vom abtastenden Elektronenstrahl auf einem Wert V₀ stabilisiert werden. Indem in dieser Situation das Basispotential der Signalelektrode V„ auf verschiedene Verte eingestellt wird, werden sich nun verschiedene Zustande ergeben, von denen sich die'nachstehenden unterscheiden lassen: Zustand A

V_ ^ 0, dann wird r = 1, also I = ti und I„ = 0, Der gesamte abtastende Strahl -gelangt zu dem Gitter. Zustand B .

,o£v_o£ V_, dann gelten die vorgenannten Werte für I und I » ο · * rs

Zustand C

V-cs 4 ^ve ι dann wird s = 0 und daher I = r t I und J? ο . r

■ig = v -^r; ·

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Zustand D

ν,-, /)■ V„. dann nähert sich r dem Wert Null und wird etwa J? " a

gelten: I=O und I = t I.

Wenn nun der Strom I = ip + ij, gentigt, um einen in dem Photoleiter auftretenden Photostrom I-, zu stabilisieren, was im Zustand D nicht erreicht werden kann, gilt» I = I-.. In einer Perns ehauf nahm er Shre beim Normalbetrieb ist der Signalstrom ebenfalls gleich I„, Wird nun in der RShre nach der Erfindung I + I detektiert, so wird die Innenverstärkung der Röhre durch

' Is+Ir Is
g = ■ ■ & 1 + tr·— gegeben. In den drei obengenannten Zuständen werden dann nacheinander gefunden: Im Zustand A mit g = 1, also keine Verstärkung? im Zustand B mit

1 1—r

g = j——^ oder g = 1 + ' und im Zustand C mit

^to s+r(1-s) ^to β

^r+TTs"

1 1—r

g = — oder g = 1 +_—— tritt Innenverstärkung auf, wobei,

weil a* *& 1 ist, stets gilt:

¥enn dae Gitter 13 auf der Seite des Elektronenstrahlerzeugungssystems nicht mit einem Isoliermaterial, sondern mit'einem Widerstandsmaterial mit einer gewissen elektrischen Leitfähigkeit, z.B. einem photoleitenden Material, versehen ist, wird ein entsprechendes Muster auftreten·'Ein Vorteil dabei ist der, dass eine etwaige zufällige Aufladung des Gitters an der betreffenden Stelle schneller verschwindet, während ein Nachteil darin besteht,

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dass dem zu detektierenden Strom ein konstanter zusätzlicher Strom hinzugefügt wird, der von dem Elektronenstrahlerzeugungssystem geliefert werden muss. Bei der in der Einleitung genannten bekannten Röhre ist dieser
Nachteil in sehr starkem Masse vorhanden, infolge der
Tatsache, dass der Elektronenstrahl direkt von leitendem Gittermaterial eingefangen werden kann. Dadurch wird in diesen Röhren der gewünschte Effekt kaum oder gar nicht auftreten.

In einer FernsehaufnahmerShre mit z.B. einem diskreten Muster photoleitender Elemente, die zusammen
mit einem elektrisch leitenden Träger auf der Signalelektrode angebracht sind, kann auf entsprechende Weise eine innere Verstärkung erhalten werden. Die Konfiguration der Auftreffplatte muss auch dabei derart sein, dass in der lokalen Potentialverteilung wieder zwei Sattelpunkte auftreten, wodurch die Akzeptanz der Auftreffplatte als Funktion einer lokalen Beleuchtung und von anzulegenden Potentialen gesteuert werden kann,

Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform nach der Erfindung, in der die Auftreffplatte eine Halbleitermaterialscheibe 50, z.B. aus Silicium, enthält. Die Scheibe ist mit einer Matrix von Durchbohrungen 51
versehen. Den Begrenzungen 52 der Durchbohrungen 51 ist z.B. durch Diffusion ein dem des Scheibenmaterials

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entgegengesetzter Leitfähigkeitstyp gegeben, z.B. der p-Leitfähigkeitstyp für das Wandmaterial und der n-Leitfähigkeitstyp für das Scheibenmaterial. Zwischen der p-rleitenden Wand 53 und dem η-leitenden Körper bildet sich eine Erschöpfungsschicht, wodurch eine Photodiode erhalten wird. Der Durchgang von Elektronen aus. dem abtastenden Elektronenstrahl kann nun dadurch,· dass auch hier aufeinanderfolgende Sattelpunkte in der Potentialverteilung auftreten, von dem Potential der Scheibe mitgeregelt werden. Lokale Durchgangsunterschiede treten infolge örtlich verschiedener Beleuchtung des Halbleitermaterials auf. Das Basismaterial, in diesem Falle also das η-leitende Material, ist mit z.B. einer Isolierschicht $h überzogen, auf der wenigstens an einer der Seite des Elektronenstrahlerzeugungssystems zugewandten Oberfläche 55 eine nicht dargestellte Widerstandsschicht angebracht sein kann. Diese Schicht kann sich auf der ganzen Oberfläche, einschliesslich der p-leitenden Wände, fortsetzen. Einer Fernsehaufnahmeröhre, die mit einer derartigen Scheibe versehen ist, die in einiger Entfernung von der Signalelektrode angeordnet ist, kann durch passende Wahl des Potentials der Signalelektrode 11 eine Eigenverstärkung gegeben werden, die auch hier auf dem in stärkerem oder geringerem Masse Akzeptieren des abtastenden Elektronenstrahls beruht,

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Es ist günstig, bei der Bildung der Siliciumscheibe von einer £iOOj-Orientierung des Materials auszugehen. Dabei stellt sich, indem beim Aetzen kegelige Durchbohrungen gebildet werden, ein für die Strahlenteilung günstiges Potentialfeld infolge einer verhältnismässig günstigen Lage der dazu erforderlichen Sattelpunkte ein. Auch kommt eine derartige Orientierung der Bildqualität zugute.

Gleich wie bei der Anwendung einer diskreten Struktur eines photoleitenden Materials, wobei dieses Material sowohl auf einem gesonderten Gitter als auch auf der Signalelektrode angebracht werden kann, kann auch die diskrete Struktur von pn-Uebergängen direkt auf der Signalelektrode angebracht werden. Dabei muss an ein Mosaik von z.B. ringförmigen Gebieten gedacht werden, die in einer dem Elektronenstrahlerzeugungssystem zugewandten Seite einer Halbleitermaterialscheibe angebracht sind« Mit Hilfe Öer Struktur dieser Gebiete kann dann wieder ein Potentialfeld erzielt werden, wobei der auffallende Elektronenstrahl einer von dem Potential der Signalelektrode zu beeinflussenden Strahlenteilung unterworfen wird»

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE;

{ 1 e J Fernseh.aufnahraer8h.re mit einer von einem Elektronenstrahl abzutastenden Auftreffplatte, die eine transparente elektrisch leitende Signalelektrode und eine auf einem elektrisch leitenden Träger angebrachte diskrete Struktur photoempfindlicher Elemente enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur photoempfindlicher Elemente auf einem elektrisch leitenden Träger angebracht ist, wobei ausser der Signalelektrode kein für den Elektronenstrahl direkt treffbares elektrisch leitendes Material zugesetzt ist, wobei mittels dieser Struktur in Zusammenarbeit mit der Signalelektrode ein Potentialfeld einstellbar ist, das in der Bewegungsrichtung des abtastenden Elektronenstrahls mindestens zwei aufeinanderfolgende Sattelpunkte aufweist, in denen der abtastende Elektronenstrahl eine lokale Strahlenteilung erfährt, die von auf der Aussenseite anzulegenden Potentialen und von lokaler Beleuchtung der Auftreffplatte abhängig ist»

2. Fernsehaufnahmer8hre nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass die direkte Struktur photoempfindlicher Elemente aus einem photοleitenden Material besteht, das auf der Signalelektrode zugewandten Seiten von Drähten eines separat in einiger Entfernung von der Signalelektrode angeordneten elektrisch leitenden

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Gitters angebracht ist, während der verbleibende Teil der Gitterdrähte mit einem Widerstandsmaterial überzogen

3. Fernsehaufnahmer8hre nach Anspruch 2, dadurch

gekennzeichnet, dass das Widerstandsmaterial aus einem elektrisch isolierenden Material besteht.

k. Fernsehaufnahmer8hre nach Anspruch 2, dadurch

gekennzeichnet, dass das Widerstandsmaterial aus einem photoleitenden Material besteht.

5. Ferris ehauf nahmer öhre nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die diskrete Struktur photoempfind— licher Elemente durch ein Muster aus photoleitendem Material gebildet wird, das unter Zwischenfügung einer Trennschicht auf der Signalelektrode angebracht ist.

6. Fernsehaufnahmeröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur diskreter photoempfindlicher Elemente durch eine Matrix von Kanälen gebildet wird, die in einer Halbleitermaterialscheibe angebracht ist, wobei die Seitenwände dieser Kanäle einen dem des Scheibenmaterials entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufweisen, während das verbleibende Scheibenmaterial mit einer Widerstandsschicht überzogen ist. .

7. Fernsehaufnahmeröhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle in der Hälbleitermaterial-

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scheibe zu der Signalelektrode hin eine kegelig verlaufende Verjüngung aufweisen,

8, FernsehaufnahmerShre nach Anspruch. 6 oder

dadurch gekennzeichnet, dass die gelochte Halbleitermaterialscheibe direkt auf der Signalelektrode angebracht ist.

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