DE4113275A1

DE4113275A1 - Image converter for UV and X=ray images - providing simplified electro=optical imaging, in which image points of prim. image are formed on intersection regions of base and top electrode films on thinned local areas

Info

Publication number: DE4113275A1
Application number: DE19914113275
Authority: DE
Inventors: Gerd Otto Prof Dr Sc N Mueller; Regina Dr Sc Nat Mueller-Mach
Original assignee: ZENTRALINSTITUT fur ELEKTRONE
Current assignee: ZENTRALINSTITUT fur ELEKTRONE
Priority date: 1991-04-19
Filing date: 1991-04-19
Publication date: 1992-10-22

Abstract

In an image converter for UV or X-ray images, the novelty is that (i) the photocathode and the screen are closely spaced: (ii) the photocathode comprises a thin film sequence of a base electrode film with low absorption for the primary image generating radiation, an insulation film, a semiconductor film and a top electrode film, provided on a non-conductive substrate which is transparent to the UV and x-radiation; (iii) the image points of the primary image are formed of intersection regions of the base and top electrode films on thinned (max. 40mm thick) local areas of the top electrode film; and (iv) a large area electrical contact is provided on the screen. ADVANTAGE - The image converter operates stably at high power, provides simplified electro-optical imaging and allows existing electronic information to be written on the same screen as the converted UV or X-ray image.

Description

Die Erfindung betrifft einen Bildwandler, bestehend aus einer Fotokatode, einem Elektronenbeschleunigungsraum, einem Leuchtschirm und einer vakuumdichten evakuierten Hülle. Der erfindungsgemäße Bildwandler kann Anwendung finden für das Sichtbarmachen von auf die Fotokatode fallenden UV- oder Röntgenbildern auf dem Leuchtschirm.The invention relates to an image converter consisting of a Photocatode, an electron acceleration space, a Fluorescent screen and a vacuum-tight evacuated cover. The Image converter according to the invention can be used for the Visualization of UV or UV falling on the photo cathode X-ray images on the fluorescent screen.

Viele derartige Bildwandler herkömmlicher Konstruktion leiden unter der Tatsache, daß eine Rückkopplung des erzeugten Lichts auf die Fotokatode zu unerwünschten Erscheinungen Anlaß gibt, daß die geringe Austrittsenergie der Fotoelektro nen aus der Katode die elektronenoptische Abbildung kompli ziert gestaltet oder daß die Quantenausbeute der Fotoemission in der Regel deutlich unter 1 liegt, so daß schwache primäre Bilder nur unvollkommen auf dem Bildschirm wiedergegeben werden.Many such imagers of conventional design suffer under the fact that a feedback of the generated Light on the photo cathode to unwanted appearances The reason for this is that the low exit energy of the photoelectric complete the electron-optical imaging from the cathode decorated or that the quantum yield of photo emission usually well below 1, so weak primary Images are imperfectly displayed on the screen will.

Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, einen Bildwandler für UV- und Röntgenbilder anzugeben, der einen stabilen Betrieb bei hoher Strahlleistung und vereinfachter elektronenopti scher Abbildung gewährleistet. Außerdem soll eine vorliegende elektronische Information auf einfache Weise auf den gleichen Bildschirm wie das gewandelte UV- oder Röntgenbild geschrie ben werden können.Therefore, it is an object of the invention to provide an image converter for UV and X-ray images indicate stable operation with high beam power and simplified electron optics guaranteed. In addition, a present electronic information in the same simple way Screen shouted like the converted UV or X-ray image can be used.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß Fotoka tode und Leuchtschirm in geringem Abstand parallel zueinan der, vorzugsweise 3 bis 25 mm, in einer vakuumdichten evaku ierten Hülle angeordnet sind. Die Fotokatode besteht aus einer Folge von Dünnfilmen, die auf einem nichtleitenden, für die UV- und Röntgenstrahlung hinreichend durchlässigen Substrat angeordnet sind. Die Folge von Dünnfilmen setzt sich zusammen aus einem die primärbilderzeugende Strahlung gering absorbierenden Grundelektrodenfilm, einem Isolatorfilm, einem Halbleiterfilm und einem Deckelektrodenfilm. Im geometrischen Kreuzungsbereich von Grund- und Deckelektrodenfilm bilden auf max. 40 nm abgedünnte lokale Flächen im Deckelektrodenfilm die Bildpunkte des Primärbildes. Auf dem Leuchtschirm ist ein großflächiger elektrischer Kontakt angeordnet.According to the invention the object is achieved in that Fotoka death and fluorescent screen parallel to each other at a short distance the, preferably 3 to 25 mm, in a vacuum-tight evacu ized cover are arranged. The photo cathode consists of a series of thin films on a non - conductive, for sufficiently permeable to UV and X-rays Substrate are arranged. The sequence of thin films continues together from a low the primary imaging radiation absorbent base electrode film, an insulator film, a Semiconductor film and a cover electrode film. In the geometric Form the intersection of the base and cover electrode films Max. 40 nm thinned local areas in the cover electrode film the pixels of the primary image. There is a on the fluorescent screen large electrical contact arranged.

In erfindungsgemäßen Ausgestaltungen sind Grund- und Deck elektrode ganzflächig oder als Elektrodenstreifensystem aus gebildet. Die Elektrodenstreifensysteme der Grund- und Deck elektroden sind zueinander senkrecht angeordnet (Zeilen und Spalten). Weiter ist vorgesehen, daß der großflächige elek trische Kontakt auf dem Leuchtschirm eine metallische Deck schicht auf der der Fotokatode zugewandten Seite oder eine transparente gut leitende Schicht zwischen der der Fotokatode abgewandten Seite und dem Glas- oder Quarzglassubstrat des Leuchtschirms ist. Der Halbleiterfilm besteht aus ZnS oder CdS oder ZnSe oder SrS oder CaS oder Mischverbindungen dar aus. Für das Material des Substrates der Fotokatode ist Quarzglas vorgesehen, für das des Grundelektrodenfilms Aluminium.In configurations according to the invention, the base and deck are electrode over the entire surface or as an electrode strip system educated. The electrode strip systems of the base and deck electrodes are arranged perpendicular to each other (rows and Columns). It is also provided that the large-area elec trical contact on the fluorescent screen a metallic deck layer on the side facing the photo cathode or one transparent, highly conductive layer between the photo cathode opposite side and the glass or quartz glass substrate of the Fluorescent screen is. The semiconductor film consists of ZnS or CdS or ZnSe or SrS or CaS or mixed compounds out. For the material of the substrate the photo cathode is Quartz glass provided for that of the base electrode film Aluminum.

Der Halbleiterfilm im Schichtsystem der Fotokatode besteht aus einem Material, welches die verlustfreie Beschleunigung von Elektronen oberhalb einer kritischen oder Schwellfeld stärke zuläßt. Die verlustfreie Beschleunigung der Elektronen in diesen Halbleitermaterialien führt zur lawinenartigen Multiplikation von Fotoelektronen, die durch Absorption der Photonen des auf die Katode fallenden Primärbildes erzeugt werden. Diese werden bei geeigneter Polarität - positiv an der Deckelektrode - gegen letztere beschleunigt und werden mit kinetischen Energien im Bereich zwischen 1 und 10 eV auf diese auftreffen. An den Stellen, an denen die Deckelektrode auf maximale Dicken von 40 nm abgedünnt ist, treten die Elektronen ins Vakuum aus. Auf Grund des Lawineneffekts kön nen für jedes ursprünglich erzeugte Fotoelektron einige Millionen Elektronen auf die innere Grenzfläche der Deckelek trode auftreffen; bei einer Transmission von etwa 1% durch die abgedünnten Bereiche werden Verstärkungsfaktoren von einigen 1000 erreicht. Die Betriebsspannung zwischen Grund- und Deckelektrode wird dicht unterhalb der Grenzspannung gewählt, bei der ohne auftreffendes Licht gerade noch keine Elektronenemission, d. h. keine auf dem Leuchtschirm nach weisbare Helligkeit entsteht. Der Beschleunigungsraum für die aus der Fotokatode austretenden Elektronen ist so gestaltet, daß eine Spannung von etwa 10 bis 30 kV zwischen die Elektro denspalten und dem großflächigen elektrischen Kontakt des Leuchtschirmes gelegt werden kann.The semiconductor film in the layer system of the photo cathode exists made of a material that allows lossless acceleration of electrons above a critical or threshold field allows strength. The lossless acceleration of the electrons in these semiconductor materials leads to avalanche-like Multiplication of photoelectrons by absorption of the Photons of the primary image falling on the cathode are generated will. If the polarity is suitable, these will be positive the top electrode - against the latter and accelerated with kinetic energies in the range between 1 and 10 eV these hit. At the places where the top electrode is thinned to a maximum thickness of 40 nm, the Electrons into vacuum. Due to the avalanche effect some for each photoelectron originally created Millions of electrons on the inner interface of the Deckelek hitting tode; at a transmission of about 1% the thinned areas become gain factors of reached some 1000. The operating voltage between basic and Cover electrode becomes just below the limit voltage chosen in which there is just none without incident light Electron emission, d. H. none on the fluorescent screen noticeable brightness arises. The acceleration space for that electrons emerging from the photo cathode is designed that a voltage of about 10 to 30 kV between the electro gaps and the extensive electrical contact of the Luminous screen can be placed.

Zum gleichzeitigen oder zeitlich getrennten Einschreiben elektronischer Informationen ist eine streifenförmige Ausbil dung von Grund- und Deckelektrode - Zeilen und Spalten - erforderlich und die Abdünnung der Deckelektrode muß zumin dest in einem Teil des geometrischen Kreuzungspunktes jeder Spalten- mit jeder Zeilenelektrode erfolgen. Der dadurch definierte Bildpunkt wird hellgesteuert, indem eine Spannung oberhalb besagter Grenzspannung durch Summation der Zeilen- und Spaltenspannung angelegt wird. In praktischer Weise kann das elektronische Einschreiben in der für Matrixdisplays bekannten Art "eine Zeile zu einer Zeit" erfolgen.For simultaneous or separate registration Electronic information is a striped training Formation of base and cover electrodes - rows and columns - required and the thinning of the cover electrode must at least least in a part of the geometric crossing point everyone Columns are done with each row electrode. The result Defined pixel is controlled by a voltage above said limit voltage by summing the line and Column voltage is applied. In a practical way electronic registration in the for matrix displays known type "one line at a time".

Der erfindungsgemäße Bildwandler für UV- und Röntgenbilder macht eine Rückkopplung unmöglich und gewährleistet durch die geometrische Zuordnung der Bildpunkte der Fotokatode zu den Bildpunkten des Leuchtschirmes eine hohe Richtwirkung der austretenden Elektronen und somit eine wesentlich vereinfach te elektronenoptische Abbildung.The image converter according to the invention for UV and X-ray images makes feedback impossible and guaranteed by the geometric assignment of the pixels of the photo cathode to the Pixel of the fluorescent screen a high directivity emerging electrons and thus a much simpler electron-optical imaging.

Die erfindungsgemäße Lösung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.The solution according to the invention is based on an embodiment are explained in more detail.

Auf einem Substrat aus Quarzglas ist eine optisch auch im UV-Gebiet transparente leitende Schicht von etwa 200 nm Dicke aus Indium-Zinn-Oxid (ITO) lateral homogen abgeschieden. Auf dieser Grundelektrode ist ein Isolatorfilm aus Aluminiumoxid von etwa 300 nm Dicke angeordnet. Darauf befindet sich ein 1000 nm dicker Halbleiterfilm aus ZnS. Die auf diesem ZnS-Film angeordnete Deckelektrode aus Gold ist etwa 70 nm dick. Auf zuvor in die Deckelektrode geätzte Aussparungen von 0,05·0,05 mm² Größe ist eine weitere Goldschicht von 7 nm Dicke angeordnet. Die so aufgebaute Fotokatode steht dem Leuchtschirm parallel in einer vakuumdichten evakuierten Hülle in einem Abstand von 10 mm gegenüber. Auf der der Fotokatode zugewandten Seite des Leuchtschirmes befindet sich eine 50 nm dicke Aluminiumschicht. Alle elektrischen An schlüsse sind durch das Vakuumgefäß nach außen geführt. Der Betrieb des Bildwandlers erfolgt in der Weise, daß zwischen Grund- und Deckelektrode der Katodenplatte eine Wechsel spannung von etwa 10 kHz angelegt wird. Gleichzeitig wird zwischen die Deckelektrode der Katode und die Aluminisierung des Schirms eine Gleichspannung von 20 kV mit positiver Pola rität an die Aluminisierung gelegt.A conductive layer of approximately 200 nm thickness made of indium tin oxide (ITO), which is optically transparent even in the UV region, is laterally homogeneously deposited on a substrate made of quartz glass. An aluminum oxide insulator film approximately 300 nm thick is arranged on this base electrode. There is a 1000 nm thick ZnS semiconductor film on it. The gold cover electrode arranged on this ZnS film is approximately 70 nm thick. A further gold layer of 7 nm thickness is arranged on recesses of 0.05 × 0.05 mm ^{2 in} size previously etched into the cover electrode. The photocathode constructed in this way is parallel to the fluorescent screen in a vacuum-tight evacuated envelope at a distance of 10 mm. There is a 50 nm thick aluminum layer on the side of the fluorescent screen facing the photo cathode. All electrical connections are led through the vacuum vessel to the outside. The image converter is operated in such a way that an alternating voltage of approximately 10 kHz is applied between the base and top electrodes of the cathode plate. At the same time, a DC voltage of 20 kV with positive polarity is applied to the aluminization between the cover electrode of the cathode and the aluminization of the screen.

Claims

1. Image converter for UV or X-ray images, consisting of a photo cathode, an acceleration space, a fluorescent screen facing the photo cathode in parallel and a gas-tight evacuated envelope, characterized in that

that the photo cathode and the fluorescent screen are arranged at a short distance from one another,
- That the photocode consists of a sequence of thin films arranged on a non-conductive substrate that is sufficiently permeable to the UV and X-ray radiation from the primary image-forming radiation, low-absorbing base electrode film, insulator film, semiconductor film and cover electrode film,
- That the pixels of the primary image from max. 40 nm thinned local areas are formed in the cover electrode film of the geometric crossing area of the base and cover electrode films,
- That a large-area electrical contact is arranged on the fluorescent screen.

2. Image converter according to claim 1, characterized in that Photo cathode and fluorescent screen at a distance of 8 to 25 mm are arranged opposite each other.

3. Image converter according to claim 1, characterized in that the semiconductor film of the photo cathode made of ZnS or CdS or ZnSe or SrS or CaS or a mixed compound of these Substances.

4. Image converter according to claim 1, characterized in that the base and top electrodes over the entire surface or as elec tread strips are formed perpendicular to each other.

5. Image converter according to claim 1, characterized in that the large-area electrical contact on the fluorescent screen a metallic cover layer on the photo cathode turned side is.

6. Image converter according to claim 1, characterized in that the large-area electrical contact on the fluorescent screen a transparent, highly conductive layer between the Side facing away from the photocatode and the glass or quartz Glass substrate of the fluorescent screen is.

7. Image converter according to claim 1, characterized in that the substrate that is permeable to UV and X-rays the photo cathode is made of quartz glass.

8. Image converter according to claim 1 and 4, characterized net that the base electrode film is made of aluminum.