DE2824103C2 - Signalspeicherröhre - Google Patents

Description

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

f) der Abtastelcktroncmlrahl ist auf die Eingangsfläche (34<'ij gerichtet, 4«

g) auf der der Kanalplatte (34) abgewandten Seite der Kollektorclektrode (22) ist ein Leuchtschirm (t8) angeordnet.

2. Signalspeicherröhre nach Anspruch 1, dadurch 4", gekennzeichnet, daß die Totzeit der Kanalplatte (34) im Bereich von etwa 0,1 bis 1000 ms liegt.

3. Signalspeicherröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorelektrode (22) als eine mit dem Leuchtschirm (18) in Kontakt stehende, leitende Schicht ausgebildet ist.

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

In einer Vielzahl von Fällen — beispielsweise bei Untersuchungen von Schmelzvorgängen mit gepulsten mi Lasern, in der Infrarotlaser-Meßtechnik sowie bei Nuklear- und Explosionsuntersuchungen — müssen elektrische Eingangssignale analysiert werden, welche aus kurzen, einmal oder nur selten auftretenden Ereignissen resultieren. Bevor ein schnelles Eingangs- h^r> signal jedoch im einzelnen untersucht weiden kann, muß es festgehalten und in eine analysierbare Form überführt werden. Aus mehreren Gründen ist es dabei zweckmäßig, derartige Signale in eine codierte Digitalform zu überführen. Gleichzeitig möchte man das gespeicherte Bild aber auch direkt betrachten können.

Aus der US-PS 37 48 585 ist eine Signalspeicherröhre bekannt, die dazu dient, schnelle Eingangssignale mit Frequenzen im Subnanosekundenbereich aufzunehmen und zu speichern. Bei dieser bekannten Signalspeicherröhre lenkt das Eingangssignal einen Strahl schneller Elektronen ab, welcher die Signalform auf einen Speicherschirm in Form einer Siliziumdioden-Matrix in einer Abtastkonverter-Kathodenstrahlröhre schreibt. Nachdem das Eingangssignal aufgezeichnet ist, wird der Speicherschirm in einer Folge von Schritten mit einem langsamen Lesestrahl abgetastet. Da der Lesestrahl den Speicherschirm auf der dem Schreibstrahl abgewandten Seite abtastet, ist eine direkte Betrachtung des gespeicherten Bildes nicht möglich.

Zur Beobachtung und Aufzeichnung von Eingangssignalen im Mikrosekundenbereich werden auch Direktsicht-Speicher-Kathodenstrahlröhren verwendet. Eine elektrische Auslesung des gespeicherten Signals wird dabei dadurch erhalten, daß die Speicherplatte der Kathodenstrahlröhre mit einem Konstantstrom-Elektronei.strahl rasterförmig abgetastet wird, wie dies beispielsweise in der US-PS 33 12 850 beschrieben ist.

Die Schreibgeschwindigkeit eines solchen konventionellen Direktsicht-Speicheroszilloskops ist jedoch nicht hoch genüg, um sich nicht wiederholende, sehr schnelle Eingangssignale aufzunehmen. Da die Schreibgeschwindigkeit dem Elektronenstrahlstrom bekanntlich annähernd proportional ist, muß der zum Einschreiben verwendete Strahlstrom möglichst groß sein. Um dies zu erreichen, ist bei der aus der DE-OS 23 33 990 bekannten Signalspeicherröhre eine Mikrokanalplatte vorgesehen, die auf der einen Seite von einem mit dem schnellen Eingangssignal modulierten Schreibstrahl abgetastet wird. Da das Auslesen der gespeicherten Information erfolgt durch Abtastung der Mikrokanalplatte an der gegenüberliegenden Seite, wobei der Lesestrahl an denjenigen Stellen reflektiert wird, an denen keine Information eingeschrieben ist. Die reflektierten Elektronen werden dann von einer Kollektorelektrode aufgenommen, die somit während der Auslesephase einen mit der eingeschriebenen Information modulierten Strom empfängt. Diese bekannte Signalspeicherröhre ermöglicht zwar infolge der Verstärkung durch die Mikrokanalplatte eine hohe Schreibgeschwindigkeit, es ist jedoch keine direkte Befrachtung der gespeicherten Information möglich.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Signalspeicherröhre nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 unter Beibehaltung der hohen Schreibgeschwindigkeit so weiterzubilden, daß auf einem Leuchtschirm ein unmittelbar sichtbares Bild dargestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Signalspeicherröhre der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Das Kanalplatten im Impulsbetrieb eine Totzeit besitzen, ist an sich bekannt. Die Fähigkeit einer Kanalplatte zur Vervielfachung von Eingangselektroncn fällt nach der Erzeugung von Ausgangsclektronen in einer kurzen Zeitperiode (typischerweise etwa 1 bis 100 ms) wesentlich ab. Die vorliegende Erfindung macht sich diese Eigenschaft dadurch zunutze, daß zunächst die Signalform eines elektrischen Eingangssignals mittels eines Elektronenstrahls auf die EinHannsflächc

einer Kanalplatte geschrieben wird und daß unmittelbar danach die gleiche Fläche rasterförmig mit einem Konstantstrom-»Lese«-Strahl abgetastet wird, wobei auf der Basis der Differenz in der Vervielfachung bei der Abtastung von beschriebenen Bereichen und nicht beschriebenen Bereichen der Kanalplatte ein Ausgangssignai erzeugt werden kann.

Da beim Schreib- und Lesevorgang jeweils die gleiche Fläche der Kanalplatte abgetastet wird, ist es jetzt möglich, an der dem Schreib· bzw. Leseelektronenstrahl abgewandten Seite der Kanalplatte einen Leuchtschirm anzuordnen, der eine unmittelbare Bildbetrachtung ermöglicht.

Weitere Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet. ι ί

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Ansicht eine· Speicherröhre mit einer Kanalplatte sowie der zugehörigen elektrisehen Beschallung; und

Fig. 2 einen vergrößerten schematischen Teilschnitt in einer Ebene 2-2 in Fig. 1, aus dem ein Teil der Signalspeicherröhre mit einer Kanalplatte ersichtlich ist. 2-j

F i g. 1 zeigt im einzelnen eine Signalspeicherröhre 10 mit einer Kanalplatte 34. welche eine Kathodenstrahlröhre 12 mit einem evakuierten Gefäß 14 besitzt, das seinerseits an einem Ende eine lichtdurchlässige Frontplatte 16 aufweist. Auf der Innenfläche dieser jo Frontplatte ist ein Leuchtschirm 18 mit einer Phosphor-Schicht 20 und einer Kollektorelektrode 22 in Form einer Aluminiumbeschichtung (siehe auch F i g. 2) vorgesehen. Die Kollektorelektrode 22 ist innerhalb des Gefäßes 14 mit einer Durchführungsleitung 24 verbun- ;-, den, die zur Einspeisung eines Potentials für den Leuchtschirm 18 dient. Am anderen Ende des Gefäßes befindet sich eine konventionelle Elektronenkanone mit einer Kathode 26 sowie einer elektrostatischen Linsenanordnung 28. Zur Ablenkung des von der Elektronenkanone emittierten Elektronenstrahls dienen Vertikalablenkplatten 30 und Horizontalablenkplatten 32.

Eine im folgenden auch als Mikrokanalplatte bezeichnete Kanalplatte 34 befindet sich in der ·»-> Kathodenstrahlröhre 12 in engem Abstand parallel zum Leuchtschirm 18. Diese Kanalplatte, welche durch eine zweidimensiotiale Reihe von einzelnen Kanal-Elektronenvervielfachern gebildet wird, stellt eine an sich bekannte Anordnung dar (US-PS 33 41 730). Typischer- -.0 weise werden die einzelnen Kanal-Elektronenvervielfacher jeweils durch ein dünnwandiges Glasrohr gebildet, dessen Innenbohrung derart beschichtet b?«v. behandelt ist, daß sich eine Oberfläche ergibt, welche bei auftreffenden Elektronen Sekundärelektronen in einem r> Verhältnis größer 1 liefert. Nachdem die einzelnen Kanal-Vervielfacherrohre unter Bildung einer Platte geeigneter Form und Abmessungen zueinander angeordnet sind, werden sie zur Bildung einer einzigen Kanalplatte miteinander verbunden, wobei eine die t>n Eingangsenden der einzelnen Kanal-Elektronenvervielfacher enthaltende Eingangsfläche 34;f und eine deren Ausgangsenden enthaltende Ausgangsfläche 34h entsteht. Die Eingangsfläche 34,/ und die Ausgangsfläche 34/_i der Kanalplatte 34 sind mit einer elektrisch t-.~> leitenden Beschichtung versehen, so daß an den ein/einen Kanälen eine ^Spannungsdifferenz auftreten kann. Die leitenden Beschichtungen sind durch nicht dargestellte Durchführungsleitungen mit Klemmen 36 und 38 verbunden. Eine vollständigere Darstellung einer geeigneten Kanalplatte findet sich in der US-PS 33 41 730.

Die einzelnen Kanäle der Kanalplatte 34 besitzen einen Durchmesser von etwa 10 μΐη und einen Mittelpunktabstand in der Reihe von etwa 12 um. Die Kanalplatte ist etwa 0,0762 cm dick, der Abstand zwischen der Kanalplatte 34 und dem Leuchtschirm 18 hängt von der Auslegung der Kanalplatte, der Potentialdifferenz zwischen der Kanalplatte uiid dem Leuchtschirm sowie weiteren an sich bekannten Faktoren ab. Zweckmäßigerweise liegt dieser Abstand in der Größenordnung von etwa 0,127 bis 1,27 cm.

Im Betrieb der Signalspeicherröhre liegt an den Klemmen 36 und 38 und damit an der Kanalplatte 34 eine Potentialdifferenz im Bereich von etwa 500 Volt bis 5 kV Gleichspannung, vorzugsweise etwa 1 kV, wobei eine Spannung V₂ an der Ausgangsfläche 34£> positiver als eine Spannung V₁ an der Eingangsfläche 34a ist. Über einen Widedstand 39 wird an den Leuchtschirm 18 eine Spannung V3 angelegt, die gegenüber der Spannung V₂ um etwa 2 bis 12 kV positiver ist. Treffen gemäß Fig. 2 Elektronen in einem Schreibelektronenstrahl 40 auf das auf einer tieferen Spannung liegende Eingang^ende der Elektronenvervielfacher in der Kanalplatte 34 auf, so werden aus deren Innenfläche Sekundärelektronen gelöst und bei Beschleunigung durch die Spannungsdifferenz an der Kanalplatte gegen das Ausgangsende durch weitere Zusammenstöße vervielfacht. Ein verstärkter Ausgangselektronenstrahl 42 von der Kanalplatte wird in der dargestellten Weise auf den Leuchtschirm 18 gerichtet.

Die Emission eines Ausgangselektronenstrahls 42 von der Kanalplatte 34 erzeugt für eine kurze Zeitperiode eine Elektronenverarmung an deren Ausgangsende, welche als Totzeit bezeichnet werden kann. Die Größe dieser Totzeit hängt von der durch den Ausgangselektronenstrahl abgeführten Ladungsmenge sowie dem Widerstand und der Kapazität des Kanals ab. Diese Totzeit kann bis zu 1 Sekunde betragen. Typischerweise liegt sie jedoch in einem Bereich von etwa 1 bis 100 ms. Die Elektronenvervielfachung bzw. die Verstärkung eines Kanals wird während seiner Totzeit wesentlich reduziert. Ein unmitielbar uuf einen vorhergehenden Eingangselektronenstrahl folgender weiterer Eingangselektronenstrahl wird weit weniger verstärkt, bis wieder ein Gleichgewicht erreicht ist.

Die vorstehend erläuterte Eigenschaft von Kanalplatten wird erfindungsgemäß derart ausgenutzt, daß die Eingangsfläche 34a der Kanalplatte 34 unmittelbar nach dem Einschreiben eines Eingangssignals in die Eingangsfläche durch den Schreibelektronenstrahl 40 rasterförmig abgetastet wird. Um zunächst ein der Signalform eines elektrischen Eingangssignals entsprechendes Raster auf die Eingangsfläche der Kanalplatte zu schreiben und die Eingangsfläche sodann während der Totzeit der Elektronenvervielfacher im beschriebenen Bereich rasterförmig abzutasten, können getrennte Elektronenkanonen vorgesehen werden. In der dargestellten Signalspeicherröhre 10 dient jedoch eine einzige Elektronenkanone zur Durchführung beider Operationen. Gemäß F i g. I sind drei miteinander gekoppelte Schalter 44, 46 und 48 vorgesehen, welche an die Kathode 26. die Vertikalablenkplatten 30 und die 1 lori/ontalablenkplatten 32 angeschaltet sind und /wischen einer Schreib- und einer Ablaststcllung umschaltbar sind, in der Schreibstellung dieser drei

Schalter ist die Kathode 26 mit einer negativen Gleichspannung Ki verbunden, so daß durch die Kanone der Elektronenstrahlröhre ein .Schreibstrahl mit sehr schnellen Elektronen erzeugt wird. Die Vertikalablenkplatten 30 liegen über den Schalter 46 am Ausgang eines Vertikalverstärkers 50, während die Horizontalablenkplatten über den Schalter 48 am Ausgang eines Horizontalablenkgcnerators 52 liegen. Ein Triggerimpulsgenerator 54 dient zurTriggerung des Horizontalublenkgenerators, wenn ein Eingangssignal in einen Eingang 56 des Vertikalvcrstärkers eingespeist wird. In der Abiaststellung der Schalter liegt die Kathode 26 an einer weniger negativen Gleichspannung K„ um einen Abtaststrahl mit langsameren Elektronen zu erzeugen. Weiterhin liegen dabei die Vertikal- und die Horizontalablenkpiatien über den Schalter 46 bzw. 48 an einem Rastersignalgenerator 58.

Stehen die Schalter 44, 46 und 48 in der Schreibstellung, so wird ein umzuwandelndes Signal in den Eingang des Vertikalverslärkers 50 eingespeist. Bei Verstärkung und Übertragung dieses Signals auf die Vertikalablenkplatten wird ein sägezahnförmiges Ablenksignal vom Horizontalablenkgenerator 52 in die Horizontalablenkplatten eingespeist. Auf diese Weise wird der von der Kathode 26 und der Linsenanordnung 28 gelieferte Schreibelektronenstrahl vertikal und horizontal abgelenkt und auf die Eingangsfläche 34a der Kanalplatte 34 in einem der Signalform des Eingangssignals entsprechenden Raster gerichtet. Die mit dem Schreibelektronenstrahl bestrahlten Kanalvervielfacher erzeugen verstärkte Ausgangselektronenstrahlen 42 an der Aiisgangsfläche 34b, welche mit ausreichender Energie auf dem Leuchtschirm 18 auftreffen, um eine sichtbare Anzeige des Eingangssignals zu erzeugen.

Sodann werden die Schalter 44, 46 und 48 sofort in die -, Abtaststellung umgeschaltet, wodurch die Vertikal- und Horizontalablenkplatten an den Rastersignalgenerator 58 angeschaltet werden, um während der Totzeit der vorher mildem Schreibstrahl bestrahlten Kanalvervielfacher einen Strahl mit langsameren Elektronen in ι einem vorgegebenen Raster abtastend über die Eingangsfläche 34a zu führen. Vom Leuchtschirm 18 wird durch einen über eine Kapazität 61 angekoppelten Videoverstärker 60 ein elektrisches Auslesesignal abgenommen, um den Spannungsabfall am Widerstand , 39 zu verstärken. Der Lesestrom (und damit der Spannungsabfall am Widerstand 39) nimmt ab. wenn der abtastende Strahl über vorher beschriebene Bereiche auf der Eingangsfläche der Kanalplatte 34 läuft.

Die vorstehend beschriebene Signalspeicherröhre bietet gegenüber bekannten Systemen eine Anzahl von Vorteilen. Beispielsweise können aufgrund der durch die Kanalplatte erreichbaren Verstärkung sehr hohe Schreibgesehwindigkeiten mit verbesserter Auflösung erreicht werden, welche mindestens gleich der Schreibgeschwindigkeit von bekannten Digitalisierungsinstrumenten sind oder diese übersteigen. Weiterhin treten auch die bei Abtastkonvertern mit Diodenmatrix-Speicherplatten vorhandenen Schreibspur-Ausfranseffekte nicht auf, wobei gleichzeitig ein weit einfacherer und damit billigerer Aufbau erreicht wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Signalspeicherröhre, bestehend aus:

a) einer eine Eingangsfläche {34a) und eine ί Ausgangsfläche (34b) aufweisende Kanalplatte (34), in der ein auf die Eingangsfläche (34a) fallender Schreibelektronenstrahl (40) längs seines Weges durch die Kanalplatte (34) während einer ersten Zeitperiode Sekundärelek- ι ο tronen erzeugt, so daß während dieser ersten Zeitperiode an der Ausgangsfläche (34b) ein verstärkter Ausgangselektronenstrahl (42) emittiert wird, während diese Emission in einer darauf folgenden zweiten Zeitperiode wesentlieh abnimmt,

b) einer Schreibanordnung, die während der ersten Zeitperiode den Schreibelektronenstrahl (40) auf die Eingangsfläche (34a^ richtet, wodurch als Funktion eines Eingangssignals :o Teile der Eingangsfläche (34a^ bestrahlt werden,

c) einer Abtastanordnung, die in der zweiten Zeitperiode einen Abtastelektronenstrahl in einem vorgegebenen Raster über eine der Flächen (34a, 3<\b)der Kanalplatte (34) führt,

d) einer benachbart zur Ausgangsfläche (34b) angeordneten Kollektoreleklrode (22) zur Sammlung der während der Abtastung von der Ausgangsfläche (346_//emittierten Elektronen,

c) einer an die Kollektorelektrode (22) angeschlossenen Ausgangsschaltung (39, 60, 61) zur Erzeugung eines Ausgangssignals entsprechend der Anzahl der bei der Abtastung einer Fläche der Kanalplatte (34) von der Ausgangsfläche

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