DE2708811C3 - Bildverstärker- bzw. Bildwandlerröhre - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bildverstärkerbzw. Bildwandlerröhre gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs I.

Eine derartige Bildwandlerröhre für Infrarotstrahlen ist beispielsweise aus der GB-PS 4 45 156 bekannt, bei welcher die Steuerung des Stromes durch eine Art Gitter erfolgt, dessen lokale Spannung von der lokalen Intensität der einfallenden infraroten Strahlung abhängt.

Es sind ferner Bildwandler- oder Bildverstärker der verschiedensten Typen bekannt, wie z. B. Vakuumröhren, die eine Fotokathode und einen Leuchtschirm enthalten, oder Festkörperbildwandler, die aus einer Schicht aus Elektrolumineszenzmaterial und einer Schicht aus fotoleitendem Material bzw, aus einer Schicht aus Elektrolumineszenzmaterml und einem Flüssigkristall bestehen,

Die Vakuumröhre mit Fotokathode und Leuchtschirm hat jedoch die Nachteile, daß eine hohe Spannung in der Größenordnung von KV erforderlich ist, daß die Auflösung gering ist und daß die Herstellungskosten der Fotokathode, entsprechend der Schwierigkeit bei der Erlangung einer guten Qualität der Fotokathode, hoch sind, obwohl ein Betrieb mit Gleichspannung möglich ist Bei dem Festkörperbildwandler aus elektrolumineszierendem und fotoleitendcm Material bestehen die Nachteile darin, daß Wechselspannung verwendet werden muß, um das Elektrolumineszenz-Material zum Leuchten anzuregen, daß das fotoleitende Material gegenüber hohen Spannungen beständig sein muß, weil die angelegte Spannung relativ hoch ist (in der Größenordnung von 100 Volt), daß die Dicke der fotoleitenden Schicht ίΟΟμηι und mehr betragen muß, daß die Struktur der Tafel entsprechend der Gitterdrahtelektrode kompliziert ist und daß schließlich die Intensität der Lumineszenz gering ist. Bei dem Flüssigkristall-Fotoleiter bestehen die Nachteile darin, daß der Flüssigkristall durch die Röntgenstrahlen oder Ultraviolettstrahlen beschädigt wird und dau ein damit aufgebautes System externes Licht benötigt, da der Flüssigkristall selbst nicht leuchtet und somit eine Verwendung im Dunklen

jo nicht möglich ist.

Demgemäß ist es Aufgabe der Erfindung, eine Bildverstärker- bzw. Bildwandlerröhre der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß eine hohe Auflösung und eine hohe intensität der Lumineszenz bei

r> allen verwendeten Strahlenarten erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

•to Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt F i g. 1 eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform der Bildverstärkerröhre:

■tj F i g. 2a einen Schnitt durch die Bildverstärkerröhre gemäß Fig. I;

F i g. 2b eine anordnungsmäßige und schaltungstechnische Zuordnung der Elektroden; und
F i g. 3 einen Schnitt zur Darstellung der Schichtstruk-

">" tür einer anderen Ausführungsform.

Gemäß Fig. 1 und 2a weist die Bildverstärkerröhre transparente Endscheiben lla und lit» auf, welche beispielsweise aus Glas hergestellt sind und eine Umhüllung bilden. Eine transparente Elektrode 12

v> besteht z. B. aus SnO, Sb oder ln2Oj und wird auf der transparenten Endscheibe 11a angeordnet. Eine fotoleilende Schicht 13 wird auf der transparenten Elektrode 12 aufgebracht. Mit beispielsweise ZnO hergestellte Leuchtstoffteile 14a bis 14/7 werden auf der fotoleiten-

^h" den Schicht 13 verteilt, zwischen welchen elektrisch isolierende, opake Substanzen 15 zur Vermeidung von optischen Kreuzkopplungen oder Fehlern zwischen den Leuchtstoffteilen angeordnet sind, um so die Auflösungskraft eines Bildes zu verbessern. Eine Kathoden-

h"' elektrode 16 wie z. B. eine Glühkathode oder eine kalte Kathode emittieren Elektronen. Eine Gitterelektrode 17 dient zur Beschleunigung und homogenen Verteilung der von der Kathodenelektrode 16 emittierten Elektro-

Pie transparenten Endscheiben 11a und Hö sind mit einem Abstandshalter 18 luftdicht verschweißt und der dadurch bestimmte Innenraum ist bis zu einer Größenordnung von 1,3* 10-·» Pa evakuiert. Die Kathodenelektrode 16 und das Gitter 17 sind durch nicht dargestellte, entsprechend angepaßte Vorrichtungen unterstützt. Desweiteren sind in bekannter Weise die transparente Elektrode 12, welche als Anode wirkt, die Kathodenelektrode 16 und das Gitter 17 jeweils mit äußeren Anschlüssen verbunden. Alle Leuchtstoffteile 14a bis 14« sind beispielsweise punktförmig ausgebildet und durch eine Drucktechnik oder dergleichen auf der fotoleitenden Schicht 13 matrixförmig angeordnet, wie in F i g. 1 dargestellt. Die Zwischenräume zwischen den punktförmigen Leuchtstoffteilen i4a bis 14n sind mit elektrisch isolierenden Substanzen 15 ausgefüllt.

Das Material der fotoleitenden Schicht 13 und dessen Dicke kann in Abhängigkeit von der Verwendung infraroter Strahlen, sichtbarer Strahlen oder Röntgenstrahlen gewählt werden.

Typischerweise werden Halbleiter der II —VI, 'Al — V und IV Gruppen des Periodensystems mit Muttersubstraten aus ZnS, CdS, CdSo, ZnSe, Si, Ge, GaAs, PbS, PbO, PbTe, InSb, PbSe usw. verwendet. Für eine wirksame Lichtanregung weist die Schicht 13 vorzugsweise eine Dicke von wenigstens 20 μΐη bei sichtbaren Strahlen auf, wobei berücksichtigt ist, daß durch die Schicht 13 ein bestimmter Betrag an sichtbaren Strahlen absorbiert wird. Für die harten Röntgenstrahlen kann eine Schichtdicke für die fotoleitende Schicht 13 von ungefähr 100 μιη gewählt werden. Für die opake Substanz 15 wird vorzugsweise ein Material verwendet, das aus einem Prozeß erhalten wird, bei welchem feines Pulver aus Siliziumcarbid durch ein Sieb mit 4000 bis js 8000 Maschen gesiebt, mit einer Glaspaste gemischt und dann kalziniert wird.

Die Bildverstärkerröhre kann durch einen ausgewählten Abstand g\ zwischen der Anode und der Kathode und einen Abstund #2 zwischen der Anode und dem Gitter hergestellt werden, wobei für g\ ein Abstand von 2 mm und für gi ein Abstand von 0,5 bis 1 mm vorzugsweise gewählt wird, wie in Fig.2b dargestellt. Eine Gleichspannung von ungefähr 30 bis 40 Volt ist hoch genug. Die aus der Gleichspannungsquelle v> kommende Spannung liefert auch ein positives Potential an Gilter 17, wobei im Hinblick auf die geerdete Kathode ein Spannungsbereich von 20 bis 70 Volt ausreicht. Die aus der Spannungsquelle 22 zum Heizen der Kathode 16 kommende Spannung liegt im Bereich von einigen Volt. Dies bedeutet, daß die Bildverstärkerröhre mit einer niedrigen Spannung betrieben werden kann.

In Fig.2b ist ein elektrostatisches Gleichfeldsystem dargestellt, durch welches mit dem Gitter 17 die von der Kathodenelektrode emittierten Elektronen gleichmäßig verteilt werden können. Eine noch homogenere Verteilung der Elektronen wird jedoch dann erreicht, wenn ein Elektronenstrahl in einem hochfrequenten elektrischen Feld oder in einem sich ändernden bo magnetischen Feld zerstreut wird.

Nachfolgend ist die Arbeitsweise der Bildverstärkerröhre näher beschrieben.

Bei einem ersten Beispiel durchdringt einfallendes Licht, welches aus einem Licht mit infraroten Strahlen, bi sichtbaren Strahlen, ultravioletten Strahlen und Röntgenstrahlen zusammengeseiiisein kann, die Endscheibe 11a von der Lichteinfallsoberfläche lic her und die transparente Elektrode 12 bis zur fotoleitenden Schicht 13,

Der Widerstandswert der belichteten Bereiche der fotoleitenden Schicht 13 nimmt so ab, daß das an den Leuchtstoffpunkten 14a bis 14o durch die transparente Elektrode 12 angelegte Potential variiert. Demgemäß bewegen sich die von der Kathodenelektrode 16 emittierten Elektronen in Richtung auf die Leuchtstoffpunkte durch die Gitterelektrode oder Hilfselektrode 17 und die Helligkeit der Leuchtstoffpunkte 14a bis 14n variiert entsprechend dem an den Leuchtstoffpunkten anliegenden Spannungspegel, d. h. in Abhängigkeit von der die fotoleitende Schicht 13 belichtenden Lichtintensität In diesem Falle ist die Änderung der Helligkeit nicht linear (z. B. eine Kurve dritter Ordnung), so daß die Intensität der Helligkeit der Anzeige verstärkt wird.

Wenn einmal die Leuchtstoffteile 14a bis 14/; leuchten, dann wird darüberhinaus das Licht von den Leuchtstoffteilen auf die fotoleitende Schicht 13 rückgekoppelt und der Widerstand dci Fotoleiters 13 nimmt weiter ab, was zu der Tatsache für.rt, daß das Bild noch intensiver wird. Genauer gesagt wird in dem Fall, in welchem die fotoleitende Schicht 13 sichtbaren Strahlen, z. B. dem grünen Licht, ausgesetzt wird, der Widerstandswert der fotoleitenden Schicht verringert, wenn diese mit grünem Licht bestrahlt und der damit verbundene Leuchtstoff zum Leuchten angeregt wird. Für den Fall, daß von den Leuchtstoffteilen ausgestrahltes Licht ein grünes Spektrum enthält, vermindert dieses Spektrum den Widerstandswert der fotoleitenden Schicht. Eine Wiederholung dieses Prozesses verursacht bei den Leuchtstoffteilen eine fortgesetzte Lumineszenz auch dann, wenn das einfallende Licht verschwindet. Dies bedeutet mit anderen Worten, daß der Bildverstärkerröhre eine Speicherfunktion übertragen wird.

In F i g. 3 ist eine weitere Ausführungsform beschrieben, wobei ein Teil der Schichtstruktur der Bildverstärkerröhre und die dazugehörigen Bezugsziffern der Darstellung gemäß Fig. 2a entsprechen. In der Ausführung gemäß Fig.2a sind die Leuchtstoffpunkte 14a bi. 14/7 auf die fotoleitende Schicht 13 aufgebracht worden, während bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 eine Schicht 30 einer elektrisch leitenden, transparenten Elektrode, eine elektrisch leitende und reflektierende Elektrode oder eine elektrisch leitende Elektrode aus opakem Material zwischen den Leuchtstoffpunkten 14a bis 14n und der fotoleitenden Schicht 13 angeordnet wird. Wenn die Schicht 30 als elektrisch leitende Elektrode ausgebildet wird, ist es möglich die Funktionsverminderung der fotoleitenden Schicht entsprechend der Reaktion des Oxyds, wie z. B. ZnO, welches in den Leuchtstoffteilen enthalten ist, mit der fotoleitef.den Schicht zu vermindern, indem die fotoleitende Schicht von den Leuchtstoffpunkten getrennt wird. Wenn ein elektrisch leitendes und Licht reflektierendes Material wie z. B. Aluminium in der Schicht 30 verwendet wird, dann kann das von den Leuchtstoffpunkten abgestrahlte Licht nach vorne reflektiert und die Intensität des Lichtes von den Leuchtstoffpunkten deutlich vergrößert werden. Wenn andererseits ein opakes und elektrisch leitendes Material wie z. B. Graphit für die Schicht 30 verwendet wird, dann werden ein einfallendes Licht, welches auf die fotoleitende Seite gestrahlt wird und ein auf den Leuchtstoffpunkten ausgebildetes Bild wirksam voneinander getrennt.

Bei einer anderen Ausführungsform wird eine transparente, elektrisch leitende Schicht zur Verhinde-

rung einer elektrostatischen Aufladung, wie z. B. eine SnO2-Schicht auf der inneren Oberfläche der oben erwähnten Umhüllung angeordnet. Dies kann eine unerwartete Entladung der an der inneren Oberfläche der Umhüllung angesammelten Elektronen vermeiden, was sonst zu einem unregelmäßigen Leuchten bzw. zu einem Rauschen führen würde. Während die fotoleitende Schicht bei den oben beschriebenen Ausführungsformen in einer Eb angeordnet ist, kann diese auch in Form einer Με angeordnet werden. Desweiteren wird die ο beschriebene Funktion der Elektronenverteilung £ dann nicht ungleichmäßig, wenn die Gitterelektrode die Kathodenelektrode in derselben Ebene angeon werden, um eine Verschaltung der Elektronen ents chend der Gitterstruktur zu vermeiden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Bildverstärker- bzw. Bildwandlerröhre, bei welcher in einer evakuierten Umhüllung mit zwei parallelen Endschetben eine Kathode, ein Leuchtschirm und eine Einrichtung vorgesehen sind, die den von der Kathode emittierten, zum Leuchtschirm gelangenden Strom lokal in Abhängigkeit von der Intensität der einfallenden Strahlung steuert, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer der zwei parallelen transparenten Endscheiben (lla, Wb) eine für die einfallende Strahlung transparente Elektrode (12), darüber eine fotoleitende Schicht (13) und darüber eine Vielzahl von Leuchtstoffteilen (14a bis 14/7jt die durch ein elektrisch isolierendes, opakes Material (15) voneinander getrennt sind, angeordnet sind und daß im Abstand von dieser Anordnung (12 bis 15) ein Gitter (17) und im Abstand davon die Kathode (16) angeordnet sind, so daß die lokale Steuerung des zum Leuchtschirm gelangenden Stromes durch die foioieitende Schicht (13) erfolgt, deren Leitfähigkeit von der lokalen Intensität der einfallenden Strahlung abhängt.

2. Bildverstärkerröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtstoffteile (14a bis XAn) punktförmig ausgebildet ynd matrixförmig angeordnet sind.

3. Bildverstärkerröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrisch leitende Schicht (30) zwischen den Leuchtstoffteilen (14a bis \4n) und der fok leitenden Schicht (13) zwischengelagert ist.

4. Bildverstärkerröhre nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeicHnet, daß eine elektrisch leitende, lichtreflektierende Schicht (30) zwischen den Leuchtstoff teilen (14a bis \4η)\ιηά der fotoleitenden Schicht (13) zwischengelagert ist.

5. Bildverstärkerröhre nach einem der Ansprüche

I oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrisch leitende, opake Schicht (30) zwischen den Leuchtstoffteilen (14a bis \4n)vmd der fotoleitenden Schicht (13) zwischengclagcrt ist.

6. Bildverstärkerröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei parallelen, transparenten Endscheiben (lla,

I1 b) mit einem dazwischen angeordneten Abstandshalter (18) die Umhüllung bilden, und daß eine Iransparente, elektrisch leitende Schicht auf der inneren Oberfläche der Umhüllung (Wa) vorgesehen ist, um eine elektrostatische Aufladung zu vermeiden.