DE2718423A1

DE2718423A1 - Mit elektronenstrahlen arbeitendes geraet

Info

Publication number: DE2718423A1
Application number: DE19772718423
Authority: DE
Inventors: Robert Evrard
Original assignee: South African Inventions Development Corp
Current assignee: South African Inventions Development Corp
Priority date: 1976-04-30
Filing date: 1977-04-26
Publication date: 1977-11-10
Also published as: FR2349949B3; ZA762611B; FR2349949A1

Description

Patentanwälte Dipl.-lng. R. Lemcke

Dr.-Ing. H.-J. Brommer

Karlsruhe 1

AmaltonstrtfeM Postfach 40 26

THE SOUTi^AFRICAN INVENTIONS DEVELOPMENT CORPORATION, Administration Building, Scientia, Pretoria/Südafrika

Mit Elektronenstrahlen arbeitendes Gerät

Die Erfindung betrifft ein mit Elektronenstrahlen arbeitendes Gerät, insbesondere eine Fokussierungsanordnung für solche Geräte und eine Vorrichtung zur Erzeugung eines sichtbaren Bildes durch Elektronenstrahlen. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf einen Bildverstärker, der die Fokussierungsanordnung und den Bilderzeuger miteinander kombiniert enthält.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Anordnungen hinsichtlich ihres Auflösungsvermögens

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und ihrer Verzerrungsfreiheit zu verbessern und/oder die Baulänge der bisher bekannten Geräte zu verkürzen.

Diese Aufgabe wird zunächst allgemein dadurch gelöst, daß man eine Fokussierungsanordnung wählt, die eine gewölbte Kathode, eine erste Zwischenanode, die plan ist, eine Öffnung aufweist und unter gewissem Abstand zur Kathode angeordnet ist und eine zweite, weiter entfernt liegende Anode verwendet, die an der der Kathode abgewandten Seite der Zwischenanode angeordnet ist.

Die weiter entfernt liegende Anode kann ebenfalls plan sein; die Kathode kann sphärisch gewölbt sein, wobei 'ihre konkave Fläche der Zwischenanode zugewandt ist. Durch diese Ausbildung stellen sich bei Anlage passender lotentialdifferenzen zwischen der Kathode, der Zwischenanode und der anderen Anode gewölbte Äquipotentialflächen zwischen der Kathode und der Zwischenanode ein, die konzentrisch zur Kathode liegen, wohingegen sich zwischen der Zwischeanode und der weiter entfernt liegenden Anode im wesentlichen ebene Äquipotentialflächen ergeben. Die Öffnung in der Zwischenanode ist am besten kreisförmig und konzentrisch zur Kathode angeordnet.

Bei einer derartigen Anordnung werden die von der Kathode emittierten Elektronen zur weiter entfernt liegenden Anode hin beschleunigt und dabei fokussiert, derart, daß sie sich in einem vorbestimmten Bereich auf der Symmetrieachse der Elektrodenanordnung überkreuzen. Die weiter entfernt liegende Anode hat günstigerweise ebenfalls eine zentrale Öffnung, durch welche die Elektronenstrahlen hindurchtreten. Der Be--

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reich, wo sich die Elektronenstrahlen überkreuzen, liegt zweckmäßigerweise in dieser Öffnung.

Die Elektronen können durch fotoelektrische Emission von der Kathode emittiert werden. Sie kann dabei für eine bestimmte elektromagnetische Strahlung durchlässig sein und eine geeignete Schicht aus elektrisch leitfähigem oder halbleitendem Γaterial aufweisen, die ebenfalls fotoelektrisch aktiv ist, wobei diese Schicht auf der der Zwischenanode zugewandten Kathodenseite angeordnet ist.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Erzeugung eines sichtbaren Bildes mittels Elektronenstrahlen vorgeschlagen. Diese enthält eine Verzögerungskathode, eine hierzu im Abstand angeordnete Anode mit einer Öffnung und einen fluoreszierenden Schirm, der zwischen der Anode und der Verzögerungskathode angeordnet ist und der ebenfalls eine öffnung aufweist und der der Verzögerungskathode zugewandt ist, derart, daß bei Erzeugung eines elektrischen Verzögerungsfeldes zwischen der Verzögerungskathode und der Anode die Elektronen durch die genannten öffnungen in der Anode und im Schirm hindurchtreten bis in den Bereich zwischen dem Schirm und der Verzögerungskathode und dort zurück abgelenkt werden zum fluoreszierenden Schirm.

Der fluoreszierende Schirm ist auf der Anodenfläche angebracht, die der Verzögerungskathode zugewandt ist und enthält eine Schicht von fluoreszierendem Material auf dieser Anodenfläche.

Die Anode ist am besten plan ausgebildet, wohingegen die Verzögerungskathode entweder plan oder gewölbt ist,

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wobei entweder ihre konkave oder ihre konv«*e Oöer — fläche der Anode zugewandt ist, je nachdem, ob mini-' male Verzerrung oder maximale Auflösung erwünscht ist. Die Verzögerungskathode ist am besten gewölbt ausgebildet, d. h. als Teil einer Kugelfläche.

Die Oberfläche der Anode, auf der die fluoreszierende Schicht angebracht ist, kann mit hohem Reflexionsvermögen versehen sein, um die Menge der Abstrahlung zu optimieren. Sie kann aber auch nicht reflektierend sein, um das Auflösungsvermögen zu optimieren.

Gemäß einem speziellen Ausführungsbeispiel kann die Verzögerungskathode für sichtbares Licht durchlässig sein. Dadurch kann die Verzögerungskathode aus einem transparenten, elektrisch isolierendem Material bestehen mit einer Oberflächenschicht auf der der Anode zugewandten Seite, die elektrisch leitend oder halbleitend ist und für sichtbares Licht im wesentlichen durchlässig ist.

Die Fokussierungsanordnung und die Vorrichtung zur Erzeugung sichtbaren Lichtes können miteinander kombiniert sein, um einen Bildverstärker herzustellen. In diesem Pail ist die' Anode des Bilderzeugers gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung die weiter entfernt liegende Anode der Fokussierungsanordnung.

Dadurch wird gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ein Bildverstärker geschaffen, der eine gewölbte Fotokathode, eine erste Zwischenanode, die eben ist und eine öffnung aufweist und eine zweite, weiter entfernt liegende Anode enthält, die auf der der Fotokathode abgewandten Seite der Zwischenanode liegt und die ebenfalls eine öffnung aufweist und eine fluoreszierende · Schicht auf der der Fotokathode abgewandten Seite aufweist. Schließlich enthält dieser Bildverstärker noch eine Verzögerungskathode, die von der weiter ent-

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fernt liegenden Anode einen gewissen Abstand aufweist und ihr zugewandt die fluoreszierende Schicht trägt, die für sichtbares Licht durchlässig ist.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen. Die Pig. bis 3 zeigen jeweils einen Axialschnitt durch einen erfindungsgemäßen Bildverstärker in schematischer Darstellung.

Bei allen Figuren weist der Bildverstärker 10 ein plankonkaves Eingangsfenster 12 auf, dessen konkave Seite eine fotoelektrische Emissionsschicht 14 aufweist, die ihrerseits die Fotokathode des Bildverstärkers 10 darstellt. In einem gewissen Abstand zur Fotokathode 14 sitzt eine planare Metallfokussierungsanode 16 und eine nachgeordnete, planare Metallanode 18. Die Zwischenanode 16 weist eine zentrale, kreisförmige Bohrung mit einem Durchmesser von 7 mm auf, während die entferntere Anode 18 über eine kleinere zentrale Bohrung 22 mit einem Durchmesser von weniger als 1 mm verfügt. Die konkave Seite des Fensters 12 ist sphärisch, ihr Wölbungszentrum sitzt der Bohrung 20 in der Zwischenanode 16 gegenüber.

Die Schicht 14 auf der konkaven Seite des Eingangsfensters 12 besteht aus fotoelektrischem Emissionsmaterial, das elektrisch leitfähig ist, so daß Lichteinfall die Emission von Elektronen auslöst. Werden die Anoden 16 und 18 an ein Spannungspotential von .1.480 V bzw. 13.000 V gegenüber der Fotokathode 14 gelegt, so entsteht ein elektrostatisches Feld mit im wesentlichen sphärischen Äquipotentialflächen. Die Äquipotentialflächen verlaufen zwischen der Fotokathode 14 und der Fokussierungsanode 16 konzentrisch zur Fotokathode 14, während de zwischen der Fokussierungsanode und der entfernteren Anode 1b etwa plan verlaufen. Das

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elektrostatische Feld fokussiert die von der Potikathode 14 ausgesandten Elektronen, so daß sie in einem bestimmten Bereich auf der Symmetrieachse der Fotokathode 14 - quasi in einem Kreusungspunkt - zusammenlaufen. Die Bohrung 22 in der Anode 16 ist an diesem Kreuzungspunkt positioniert.

Außerdem verfügt der Bildverstärker 10 über ein Austrittsfenster 24, dessen innere Seite eine transparente, halbleitende Zinnoxidschicht aufweist, die eine Verzögerungskathode 26 darstellt. In den beiden Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 und 3 sind die Austrittsfenster 24 jeweils als Teile sphärische Schalen ausgebildet, wobei in Fig. 1 die konvexe Seite der Anode 18 zugewandt ist, während in Fig. 3 die konkave Seite auf die Anode 18 gerichtet ist. In Fig. 2 ist dagegen ein planes Austrittsfenster 24 vorgesehen.

Die Anode 1ü ist aus einem geeigneten Metall hergestellt und die dem Austrittsfenster 24 zugewandte Seite als polierter, lichtreflektierender Spiegel ausgebildet. Auf dieser spiegelnden überfläche ist eine Ihosphorschicht 28, die den fluoreszierenden Bildschirm des Bildverstärkers 10 darstellt.

Im Betrieb wird die Verzögerungskathode 26 auf einem leicht negativen Potential (-10 V) relativ zur Fotokathode 14 gehalten. Dadurch gelangen die fokussierten Elektronen zwar noch durch die öffnung 22, werden dann aber durch das Verzögerungsfeld umgelenkt, so daß sie auf die Ihosphorschicht 28 prallen und dort sichtbares Licht erzeugen, das durch das Austrittsfenster 24 nach außen gelangt. Das Verzögerungsfeld ist so bemessen, dai3 die Durchlauf zeit der Elektronen gleich der Po- ·

kussierungszeit ist, so daß die Elektronen auf dem Phosphorschirm 28 phokosiert werden und die Bildfläche mit der Schirmfläche zusammenfällt. Typische Flugbahnen für die Elektronen sind durch die Linien 29 angedeutet.

Auf diese Weise wird die Lichtverteilung auf der Kathode 14 auf dem Phosphorschirm 28 verstärkt wiedergegeben und dieses verstärkte Bild ist durch das Austrittsfenster 24 sichtbar.

Die Fenster 12 und 24 und die Anoden 16 und 18 sind in einem evakuierten, gasdichten Gehäuse 30 montiert, wobei die Kathoden 14 und 26 und die Anoden 16 und 18 über geeignete Anschlüsse mit einer Spannungsquelle für die verschiedenen Potentiale verbunden werden können.

Durch den in Fig. 1 dargestellten Bildverstärker läß$ sich bei einem Abstand von 19 mm zwischen Fotokathode und Schirm 28 ein Auflösungsvermögen von 80 Zeilenpaaren pro mm bei einer Verzerrung von weniger 2 % erzielen. Statt die Oberfläche der Anode 18 zu polieren, kann sie auch nicht reflektierend ausgebildet sein, um das Auflösungsvermögen zu erhöhen, wobei dann allerdings die Lichtausbeute etwas abnimmt. Die Homogenität des Auflösungsvermögens und die Verzerrung können natürlich durch Formänderung der Verzögerungskathode 26 beeinflußt werden, beispielsweise indem die Kathode 26 plan oder konkav geformt .wird, so wie es die Fig. 2 und 3 zeigen.

Durch den umknickenden Verlauf der Elektronenbahnen erhält man eine besonders kurze Baulänge des Bildver-·

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stärkers. Da die Ihosphorschicht von der Fotokathode wegweist, kann die Anode 18 lichtundurchlässig ausgebildet sein, wodurch Rückkopplungseffekte des Lichtes ausgeschlossen werden. Da der Schirm 28 nicht wie bei den üblichen Bildverstärkern, wo der Schirm der Fotokathode zugewandt ist, mit einer reflektierenden Schicht von beispielsweise Aluminium beschichtet sein muß, kann die gesamte kinetische Energie der Elektronen in nutzbares Licht umgewandelt werden. Darüber hinaus kann die Oberfläche der Anode, wo der Bildschirm angeordnet ist, hochglanzpoliert werden, so daß er besonders wirksam das Licht zum Austrittsfenster 24 hinausstrahlt und die Beleuchtungsstärke am Austritt entsprechend erhöht wird.

Da man mit einer ebenen Bildfläche auskommt, ergibt sich auch ein gleichbleibendes Auflösungsvermögen über der gesamten Bildfläche, wenn man die Form des Austrittsfensters 24 und der Verzögerungselektrode 26 entsprechend anpaßt.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

1 .J Fokussierungsanordnung für mit Elektronenstrahlen arbeitende Geräte,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie zumindest enthält

eine gewölbte Kathode (14),

eine erste Zwischenanode (16), die unter einem gewissen Abstand zur Kathode (14) angeordnet ist und ebene Flächen aufweist und mit einer Bohrung (20) versehen ist, und

eine zweite, weiter entfernt liegende Anode (18), die auf der der Kathode (14) abgewandten Seite der Zwischenanode (16) angeordnet ist.
2. Fokussierungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weiter entfernt liegende Anode (18) ebenfalls plan ist.
3. Fokussierungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (14) teilweise sphärisch ausgebildet ist, derart, daß ihre konkave Fläche der /iwischenanode (16) zugewandt ist, wobei die Kathode (14), die Zwischenanode (16) und die weiter entfernt liegende Anode (1b) derart ausgebildet und angeordnet sind, daß beim Anlegen geeigneter Potentialdifferenzen zwischen ihnen im wesentlichen gewölbte Äquipotentialflächen zwischen der Kathode (14) und der Zwischenanode (16) und im wesentlichen ebene

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ORlGiNAtINSPECTED

Äquipotentialflächen zwischen der Zwischenanode (16) und der weiter entfernt liegenden Anode (18) entstehen.
4. Fokussierungsanordnung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (20) in der Zwischenanode (16) kreisförmig und konzentrisch zur Kathode (14) ist.
5. Fokussierungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (14), die Zwischenanode (16) und die weiter entfernt liegende Anode (18) derart angeordnet und ausgebildet sind, daß beim Anlegen geeigneter Potentialdifferenzen die gewölbten Äquipotentialflächen zwischen der Kathode (14) und der Zwischenanode (16) konzentrisch zur Kathode (14) verlaufen.
6. Fokussierungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die weiter entfernt liegende Anode (1b) eine Bohrung (22) aufweist, durch welche phokosierte Elektronen hindurchtreten.
7. Fokussierungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ■Kathode (14) die Zwischenanode (16) und die weiter entfernt liegende Anode (18) derart angeordnet und ausgebildet sind, daß beim Anlegen geeigneter Potentialdifferenzen die fokussierten Elektronen sich in der Symmetrieachse der Anordnung innerhalb der Öffnung (22) der Anode (18) kreuzen.
8. Fokussierungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (14) für elektromagnetische Strahlung durchlässig ist und daß ihre der Zwischenanode (16) zugewandte

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Oberfläche fotoelektrisches Emissionsvermögen aufweist.
9. Vorrichtung zur Erzeugung eines sichtbaren Bildes für mit Elektronenstrahlen arbeitende Geräte, dadurch gekennzeichnet, daß sie zumindest enthält:

eine Verzögerungskathode (26),

eine im Abstand zu der Verzögerungskathode (26) angeordnete Anode (18) mit einer Öffnung (22) und

einen fluoreszierenden Schirm (28), der zwischen der Anode (18) und der Verzögerungskathode (26) angeordnet ist und der ebenfalls von der Öffnung (22) durchquert ist und der Verzögerungskathode (26) zugewandt ist, derart, daß bei Erzeugung eines elektrischen Verzögerungsfeldes zwischen der Verzögerungskathode (26) und der Anode (18) die Elektronen, die durch die öffnungen (22) in der Anode (18) und im Schirm (28) in den Zwischenraum zwischen Schirm und Verzögerungskathode gelangen, zurück auf den fluoreszierenden Schirm (28) geworfen werden.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der fluoreszierende Schirm (28) an derjenigen Seite der Anode (18) angeordnet ist, die der Verzögerungskathode (26) zugewandt ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der fluoreszierende Schirm (28) eine Schicht aus fluoreszierendem Material auf der der Verzögerungskathode (26) zugewandten Anodenseite trägt.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dafr die Anode (18) plan ist.

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13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungskathode (26) im wesentlichen sphärisch ausgebildet ist und ihre konvexe Seite der Anode (1ü) zugewandt ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungskathode (26) im wesentlichen plan ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungskathode (26) im wesentlichen sphärisch gewölbt ist und ihre konkave Seite der Anode (18) zugewandt ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Anode (18), auf der die fluoreszierende Schicht angeordnet ist, hohes Reflektionsvermögen aufweist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Anode, auf der die fluoreszierende Schicht angebracht ist, nicht reflektierend ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungskathode (26) für sichtbares Licht durchlässig ist.
19. Bildverstärker, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Fokussierungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist, die kombiniert ist mit einer Vorrichtung zur Erzeugung eines sichtbaren Bildes gemäß einem

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der Ansprüche 9 bis 18 und daß die entferntere Anode (18) der Fokussierungsanordnung die Anode der bilderzeugenden Vorrichtung enthält.

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