DE3711857A1 - Bildwandlerroehre - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Bildwandlerröhren, insbesondere Bildwandlerröhren für Eingangsstrahlung mit Wellenlängen im mittleren Infrarot.

Bildwandlerröhren mit transparenten Photokathoden sind bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Bildwandlerröhren anzugeben, die sich insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, für das mittlere Infrarot eignen und sich durch einen besonders zweckmäßigen Aufbau und einen hohen Wirkungsgrad sowie gute Betriebseigenschaften auszeichnen.

Eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bildwandlerröhre, die sich insbesondere zum Abbilden von Infrarotstrahlungsquellen eignet, die im Wellenlängenbereich von 5 bis 15 Mikrometer emittieren, enthält ein Mosaik mit elektrisch getrennten Halbleiterelementen, welche elektrische Eigenschaften aufweisen, die durch das Auffallen von Strahlung von der abzubildenden Quelle geändert werden, ferner enthält die vorliegende Bildwandlerröhre eine Einrichtung, um von den so geänderten Bereichen Elektronen in einem entsprechenden Muster zur Verstärkung zu gewinnen. Bei bevorzugten Ausführungsformen werden die Elektro­ nen dadurch erzeugt, daß man auf die Halbleiterelemente Energie des nahen Infrarots fallen läßt, welche so gewählt ist, daß nur diejenigen Elektronen, die von mit mittlerem Infrarot bestrahl­ ten Halbleiterteilen emittiert werden, ein Gitter zwischen den Halbleiterelementen und einem Kanal-Elektronenvervielfacher durchlaufen können und die Strahlen des mittleren Infrarots treffen auf die Halbleiterelemente nachdem sie durch ein z. B. aus Germanium bestehendes Substrat gefallen sind, das Strahlung des mittleren Infrarots zum Halbleiter-Array transmittiert.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung sind die Kanäle einer Mikrokanalplatte durch optische Fasern begrenzt, wobei die Elektronenverstärkung und die Transmission der Strahlung des nahen Infrarots in entgegengesetzten Richtungen durch die Kanäle bzw. die Fasern verläuft.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen etwas vereinfachten, nicht maßstabsgerechten Vertikal­ schnitt einer Bildwandlerröhre, wobei ein kleiner Teil vergrößert dargestellt ist, und

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch einen Kanalteil einer Mikrokanal­ platte einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 1 ist eine Bildwandlerröhre (10) gemäß einer Ausführungs­ form der Erfindung etwas vereinfacht dargestellt, die ein Keramikge­ häuse (12) enthält, welches einen kryogenen Teil (14) und einen vakuumdichten Bildwandlerteil (16) enthält, die durch eine Germaniumwand (18) getrennt sind. Das Gehäuse hat ein Fenster (20), das für sichtbares Licht durchlässig ist, so daß das erzeugte sichtbare Bild visuell betrachtet werden kann.

Die Wand (18) im Bildwandlerteil (16) ist mit einer kontinuier­ lichen Elektrode (22) beschichtet, welche ein Mosaik aus einer Vielzahl von getrennten Halbleiter-Phototransistorelementen (24) enthält. Die Elemente (24) sind etwa 75x75 Mikrometer groß und durch Zwischenräume von etwa 5 Mikrometer Breite getrennt. Jedes Halbleiterelement (24) trägt auf seiner Seite, die der kontinuierlichen Elektrode (22) abgewandt ist, eine Elektrode (26), die nur mit dem zugehörigen Halbleiterelement des Mosaiks Kontakt macht. Auf den Elektroden (26) ist eine Photokathode (28) angeordnet. Bei der Photokathode (28) erstreckt sich über den Bereich (16) ein Netz-Gitter (30). In dem Teil (16) zwischen der Wand (18) und einer Mikrokanalplatte (32) befindet sich eine Photonen emittierende Quelle (34), z. B. eine Lumineszenzdiode (LED), die Strahlung einer Wellenlänge von 850 Nanometer emittiert.

Ein Germaniumfenster (40), die scheibenförmige Germaniumwand (18) und das Keramikgehäuse (12), das schematisch angedeutet ist und sich vom Fenster (40), das es umgibt, über die ganze Länge der Röhre bis zum Fenster (20), das es umgibt, erstreckt, bilden zusammen eine Durchflußzone für auf -180°C gekühltes Helium, das durch einen Einlaß (42) zugeführt und einen Auslaß (44) abfließt, wie nur schematisch angedeutet ist.

Die Zone (16) zwischen der Germaniumwand (18) und einer Leuchtstoffschicht (46) auf dem Fenster (20) ist evakuiert.

Im Betrieb fällt Strahlung, die ein Bild darstellt und eine Wellenlänge im mittleren Infrarot, z. B. 10 Mikrometer, hat, durch das Fenster (40) und das Substrat (18) in die Röhre (10). Das Auftreffen der 10-Mikrometer-Infrarotstrahlung auf bestimmte Halbleiter-Transistor-Elemente (24) bewirkt, daß diese ein negatives Potential von 100 Millivolt annehmen. Gleichzeitig liefert die Strahlungsquelle (34) kontinuierlich eine Strahlung mit einer Emissionswellenlänge von 850 Nanometer an die Photokathode (28). Die Photokathode (28) hat einen Photoemissionsschwellenwert von 900 Nanometer, so daß die Strahlung von der Strahlungsquelle (34) bewirkt, daß die Photokathode (28) Photoelektronen mit einer kinetischen Energie von etwa 80 Millivolt emittiert. Das Gitter (30) wird auf einem Potential von -125 Millivolt gehalten, so daß ein Elektron mit einer Potentialenergie von 80 Millivolt nicht durch das Gitter hindurchtreten kann. Wenn jedoch ein Bereich der Photokathode (28) in Berührung mit einem Elektrodenelement (26) steht, welches wiederum Kontakt mit einem Halbleiterelement (24) macht, das Strahlung mit einer Wellenlänge im mittleren Infrarot ausgesetzt worden ist, hat dieser Bereich der Photokathode (28) ein auf -100 Millivolt herabgesetztes Potential, so daß der Spannungsabfall zwischen ihm und dem Gitter nur 25 Millivolt beträgt, was es den Elektronen von dem betreffenden Bereich der Photokathode (28) ermöglicht, das Gitter in einer Verteilung zu durchdringen, die der Verteilung der in die Röhre fallenden IR-Strahlung entspricht.

Die Elektronen, die die Photokathode (28) auf diese Weise verlas­ sen, treten in die Mikrokanalplatte (32) ein, in der das Signal verstärkt wird und die verstärkten Elektronen gelangen dann durch den Vakuumraum auf die Leuchtstoffschicht (46), mit der die Innenfläche des Fensters (20) beschichtet ist. Der Leuchtstoff wandelt das Elektronenbild in sichtbares Licht um, das durch das Fenster (20) betrachtet werden kann.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel läßt sich auf verschiedene Weise abwandeln. Gemäß Fig. 2 können die Kanäle der Mikrokanalplat­ te durch optische Faserlichtleiter begrenzt sein, und man kann dann die Strahlung mit der Wellenlänge im nahen Infrarot von der Quelle (34) in einer Richtung durch die Fasern auf die Photokathode fallen lassen, während die von der Photokathode emittierten Elektronen in der entgegengesetzten Richtung durch die Kanäle laufen und dabei verstärkt werden.

Die Halbleiterelemente des Mosaiks können auch photoleitfähige, photovoltaische oder MIS-Elemente sein. Alternativ kann man sich auch eines Elektronenstrahls bedienen, um in der Photokathode ein variierendes Potential zu erzeugen.

Die Strahlung, die die Photokathode veranlaßt, Elektronen zu emittieren, kann intermittierend oder kontinuierlich zur Einwir­ kung gebracht werden.

Bei der am meisten bevorzugten Ausführungsform wird anstelle eines Keramik- oder Metallgehäuses ein Gehäuse verwendet, welches aus kurzen Metallzylindern, die die Elektroden tragen, und zwischen diesen befindlichen isolierenden Keramikringen besteht.

Claims (5)

1. Bildwandlerröhre mit

• - einem Mosaik von im Abstand angeordneten Halbleiterelementen (24), welche auf das Auffallen von Strahlung mit einer Änderung ihres elektrischen Zustandes reagieren,
• - einer Einrichtung (34) zum Beaufschlagen des Mosaiks (24) mit einem Fluß von Photonen,
• - einer Schleuseneinrichtung (30), die nur die Elektronen von Halbleiterelementen (24) durchläßt, die von der erwähnten Strahlung getroffen wurden, und
• - einer Kanalelektronenvervielfachereinrichtung (32) zur Verstär­ kung der durchgelassenen Elektronen.

2. Bildwandlerröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mosaik von einem Substrat (22) getragen ist, welches für die erwähnte Strahlung transparent ist.

3. Bildwandlerröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (18) aus Germanium besteht.

4. Kanalelektronenvervielfacher, bei dem die Kanalwände eine Vielzahl von optischen Fasern enthalten.

5. Bildwandlerröhre nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kanalelektronenvervielfachereinrichtung (32) Kanalwän­ de aus einer Vielzahl optischer Fasern enthält.