DE69604635T2 - Elektronenröhre - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Elektronenröhre, welche darauf einwirkendes minimales Licht durch Multiplikation von Fotoelektronen, die von dem einwirkenden Licht produziert werden, detektiert. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Elektronenröhre, die in der Lage ist, ein Ausgabesignal zu liefern, daß keine Verzerrung aufweist.
• Ein Elektronenröhre ist eine Vorrichtung zur Detektion von minimaler zweidimensional wirkender Strahlung durch dessen Multiplikation. Solch eine Elektronenröhre wird zum Beispiel als eine Komponente eines Bildverstärkers Ihr astronomische Beobachtungen und zur Beobachtung von nachtaktiven Tieren eingesetzt.
• Die Elektronenröhre umfaßt eine rohrförmige Seitenwand. Eine Mattscheibe ist hermetisch gegen ein Ende der Seitenwand abgedichtet, und ein Schaft ist hermetisch gegen das gegenüberliegende Ende der Seitenwand abgedichtet. Die rohrförmige Seitenwand, die Mattscheibe und der Schaft bilden eine luftdichte Kammer, wobei die Mattscheibe und der Schaft in konfrontierter Beziehung zueinander angeordnet sind, und zwar mit einem vorbestimmten Abstand zwischen ihnen. Die Oberfläche der Mattscheibe, die dem Schaft gegenüberliegt, weist eine Fotokathode auf, die darauf ausgebildet ist. Die Oberfläche des Schaftes, die der Mattscheibe gegenüberliegt, ist mit einer Halbleitervorrichtung ausgestattet, welche Fotoelektronen empfängt und ein elektrisches Signal ausgibt. Eine Elektronenlinse ist in einem Raum zwischen der Fotokathode und dem Schaft angeordnet. Die Elektronenlinse ist dazu vorgesehen, die Wege von Elektronen zu steuern, welche zwischen der Fotokathode und der Halbleitervorrichtung unterwegs sind.
• In dieser Elektronenröhre wird ein eingegebenes optisches Bild, das auf die äußere Oberfläche der Mattscheibe einwirkt, im Fotoelektronen in der Fotokathode konver tiert. Die sich daraus ergebenden Fotoelektronen werden in Richtung der Halbleitervorrichtung freigesetzt und dort mittels der Elektronenlinse fokussiert. Die Halbleitervorrichtung liefert ein Ausgabesignal in Form eines elektrischen Signals.
• Ein Problem mit der oben beschriebenen Elektronenröhre besteht darin, daß das Ausgabebild, das von der Halbleitervorrichtung geliefert wird, irgendwie verzerrt ist, wenn es mit dem Eingabebild verglichen wird. Wie oben beschrieben, sind die Fotoelektronen, die von der Fotokathode freigesetzt werden, auf einem Weg unterwegs, der von dem elektrischen Feld der Elektronenlinse gesteuert wird. Je größer der Abstand von einer Mittenachse der rohrförmigen Seitenwand ist, desto plötzlicher wechselt das Potential in dem elektrischen Feld. Deshalb werden die Fotoelektronen, die am weitesten entfernt von der Mittenachse unterwegs sind, durch das elektrische Feld übermäßig abgelehnt, so daß die Positionen, wo die Fotoelektronen auf die Halbleitervorrichtung auftreffen, von den Zielpositionen verschoben sind und somit das Ausgabebild verzerrt ist.
• Die japanische offengelegte Patentveröffentlichung HEI-3-34242 schlägt ein Verfahren zur Reduzierung der Verzerrung des Ausgabebildes vor. Es ist aber unmöglich, die Verzerrung vollständig zu eliminieren, wenn nicht ideale Bedingungen eingerichtet werden. Eine Lösung, die Verzerrung zu beseitigen, besteht darin, das elektrische Feld der Elektronenlinse nur in den Bereichen zu verwenden, die sich in der Nähe der Mittenachse der rohrförmigen Seitenwand befinden. Wenn dieses aber ausgeführt wird, wird der effektive Durchmesser der Elektronenröhre klein. Deshalb ist dieses Verfahren nur dann sinnvoll, wenn die Größe der Elektronenröhre ohne Bedeutung ist. Auf der anderen Seite ist dieses Verfahren nicht praktikabel, wenn die äußeren Abmessungen der Elektronenröhre einen wichtigen Faktor darstellen.
• Ein weiteres Verfahren, die Verzerrung zu reduzieren, besteht darin, die Fotokathode so zu konfigurieren, daß sie eine sphärische Gestalt hat. Insbesondere wird die Fotokathode in eine derartige sphärische Gestalt konfiguriert, daß eine Mitte der Krümmung der sphärischen Gestalt sich in einem Brennpunkt der Elektronenstrahlen befindet. Mit einer derartigen sphärischen Fotokathode werden die Abstände von verschiedenen Punkten der Fotokathode zu dem Brennpunkt gleich groß, und so kann die Verzerrung der Ausgabe, die von der Elektronenlinse bewirkt wird, reduziert werden. Die Verzerrung der Ausgabe kann weiter reduziert werden, wenn die Oberfläche der Halbleitervorrichtung so konfiguriert ist, daß sie dieselbe sphärische Gestalt aufweist. Wenn aber die Fotokathode eine sphärische Gestalt hat, besteht das Problem, daß ein ebener Szintilator (einer Komponente, welcher Fluoreszenz ausgesendet in Abhängigkeit von einwirkender Strahlung, zum Beispiel Gammastrahlung) und die Mattscheibe sich nicht in flächigem Kontakt miteinander befinden können. Zusätzlich ist es beinahe unmöglich, die Oberfläche der Halbleitervorrichtung so zu konfigurieren, daß sie eine sphärische Gestalt hat.
• Die geprüfte japanische Patentveröffentlichung (Kokoku) HEI-2-15981 offenbart eine Bildröhre, bei der die zuvor genannten Probleme gelöst sein sollen. Die Bildröhre hat eine Mattscheibe mit einer rechtwinkligen Gestalt. Die Verzerrung des Bildes, das auf der Ausgabefläche erscheint und welche von der Verwendung der rechtwinklig geformten Mattscheibe resultiert, wird durch die Entwicklung eines elektrischen Feldes gelöst, das rotationssymmetrisch ist. Um aber den Vorschlag nach der obengenannten Publikation zu realisieren, ist es notwendig, eine große Anzahl von Kontaktleitungen vorzusehen, welche die Seitenwand der Röhre penetrieren, um daran Spannung anzulegen. Selbst wenn der Vorschlag realisiert werden kann, ist es äußerst schwierig, die Verzerrung des Ausgabebildes vollständig zu beseitigen.
• Mit Blick auf das Gesagte ist die vorliegende Erfindung daraus entstanden, die oben beschriebenen Probleme zu lösen, und dementsprechend ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Elektronenröhre zu liefern, die in der Lage ist, einen verzerrungsfreies Signal auszugeben, welches das angegebene optische Bild repräsentiert.
• Entsprechend dieser Erfindung, wie in Anspruch 1 beansprucht, ist eine Elektronenröhre mit einer rohrförmigen Seitenwand mit ersten und zweiten Enden in einer Längsrichtung und einer Mittenachse, die sich in der Längsrichtung erstreckt, ausgestattet;
• einer Mattscheibe, die hermetisch mit dem ersten Ende der rohrförmigen Seitenwand abgedichtet ist und eine Oberfläche aufweist sowie eine Mitte auf der Oberfläche, wobei die Mattscheibe eine ebene Gestalt aufweist mit einem Außenprofil;
• einem Schaft, der hermetisch mit dem zweiten Ende der rohrförmigen Seitenwand abgedichtet ist und eine Oberfläche hat, wobei die rohrförmige Seitenwand, die Mattscheibe und der Schaft eine luftdichte Kammer bilden, wobei die Oberfläche der Mattscheibe und die Oberfläche des Schaftes beide nach innen in die luftdichte Kammer hinein gerichtet sind;
• einer Fotokathode, die auf der Oberfläche der Mattscheibe ausgebildet ist und welche Elektronen als Antwort auf darauf wirksame Strahlung produziert;
• einer Elektrodenbaugruppe, die innerhalb der luftdichten Kammer angeordnet ist, um ein elektronisches Feld aufzubauen, wenn die Elektrodenbaugruppe mit Spannung versorgt ist, wobei das elektrische Feld als Elektronenlinse arbeitet, wenn die Elektronen dort hindurch gehen, wobei die Elektronen von der Elektronenlinse eine örtliche Ablenkung erfahren; und
• einer Halbleitervorrichtung, die an der Oberfläche des Schaftes angebracht ist und ein Fenster aufweist, das mit der Fotokathode konfrontiert ist, um die Elektronen, die durch die Elektronenlinse hindurch gegangen sind, zu bombardieren, wobei das Fenster (61) ein äußeres Profil hat derart, daß das Fenster die örtliche Abweichung der Elektronen, die darauf ankommen, aufhebt,
• wobei die Halbleitervorrichtung die Elektronen multipliziert und ein Ausgabesignal produziert, welches für die Strahlung, die auf die Fotokathode einwirkt, repräsentativ ist.
• Im Betrieb wird die Strahlung, die auf die ebene Mattscheibe einwirkt, in Fotoelektronen konvertiert, und zwar in der Fotokathode, die auf der inneren Oberfläche der Mattscheibe ausgebildet ist, und die Fotoelektronen werden in Richtung der Halbleitervorrichtung ausgesendet. Zu dieser Zeit werden die Fotoelektronen von der Elektronenlinse fokussiert, und ein verzerrtes Bild wirkt auf die Halbleitervorrichtung. Das Fenster der Halbleitervorrichtung ist aber in einer solchen Gestalt ausgebildet, daß es die Verzerrung beseitigt. Insbesondere Punkte auf dem äußeren Profil des Fensters, welche mit Punkten auf dem äußeren Profil der Mattscheibe korrespondieren, werden weiter außen positioniert, als die zugeordneten Punkte auf dem äußeren Profil der Mattscheibe, welche von der Mitte der Mattscheibe beabstandet sind. Anders ausgedrückt: je weiter ein Bereich der Mattscheibe von der Mitte der Mattscheibe entfernt ist, desto weiter ist ein zugeordneter Abschnitt des Fensters von der Mitte des Fensters entfernt. Wenn zum Beispiel die Mattscheibe eine rechtwinklige Gestalt hat, hat das äußere Profil des Fensters die Gestalt eines Nadelkissens mit vier Scheitelpunktbereichen, die den vier Ecken der rechtwinkligen Gestalt zugeordnet sind, sowie vier einwärts gekrümmten Linien, die jeweils zwei benachbarte Scheitelpunktbereiche miteinander verbinden und die mit den Seiten der rechtwinkligen Gestalt korrespondieren. Vorzugsweise ist das Fenster in eine Anzahl von Segmenten unterteilt, die jeweils ein Bildelement definieren. Eine Anzahl von Elektroden sind der Anzahl von Segmenten jeweils individuell zugeordnet, und auch eine Anzahl von Stiften ist vorgesehen, die jeweils durch den Schaft hindurchgehen und mit jeweiligen der Anzahl von Elektronen individuell verbunden sind und so von dort das Ausgabesignal abnehmen. Auf diese Weise ist es möglich, ein Ausgabebild zu bekommen, das frei ist von Verzerrung.
• Eine Lichtdetektionsvorrichtung ist mit einer ebenen Szintilationsplatte mit einer ersten ebenen Oberfläche ausgestattet, welche Strahlung, die darauf einwirkt, aufnimmt, und mit einer zweiten Oberfläche;
• einer ebenen Diffusionsplatte mit einer ersten Oberfläche in flächigem Kontakt mit der zweiten Oberfläche der ebenen Szintilationsplatte und einer zweiten Oberfläche; und
• einer Anzahl von Elektronenröhren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die in einem gestapelten Feld angeordnet sind, wobei ihre rohrförmigen Seitenwände in einer Richtung orientiert sind, so daß die Längsrichtung rechtwinklig zur zweiten Oberfläche der ebenen Diffusionsplatte ausgerichtet ist, wobei die erste Oberfläche ihrer Mattscheiben in flächigem Kontakt mit der zweiten Oberfläche der Diffusionsplatte steht; und wobei die Mattscheiben eine solche Gestalt haben, daß kein Spalt zwischen benachbarten Mattscheiben in dem gestapelten Feld gebildet ist (Anspruch 10).
• Das äußere Profil der ebenen Mattscheibe ist zum Beispiel von rechtwinkliger Gestalt, so daß es keinen toten Raum zwischen benachbarten Mattscheiben gibt und dementsprechend die Strahlung, die darauf einwirkt, zuverlässig in ein elektrisches Signal übertragen werden kann.
• Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in folgenden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
• Fig. 1 ein schematisches Diagramm ist, welches eine Elektronenröhre nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei ein Teil der Röhre im Querschnitt dargestellt ist, und ein übriger Teil eine Außenansicht der Röhre zeigt;
• Fig. 2 eine vergrößerte perspektivische Ansicht mit einem teilweise geschnittenen Abschnitt ist, die eine Halbleitervorrichtung zeigt, welche als Anode in der Elektronenröhre dient, die in Fig. 1 gezeigt ist; und
• Fig. 3 eine perspektivische Ansicht ist, die ein Beispiel einer Anwendung einer Elektronenröhre zeigt.
• In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Ziffern gleiche Komponenten.
• Fig. 1 zeigt schematisch die Gesamtheit der Struktur der Elektronenröhre. Fig. 2 zeigt eine Halbleitervorrichtung.
• Wie im Fig. 1 dargestellt, ist eine Elektronenröhre 10 grundsätzlich aufgebaut mit einer Mattscheibe 1, einem Schaft 2 und einer rohrförmigen Seitenwand 30. Die Mattscheibe 1 ist hermetisch gegen ein Ende der rohrförmigen Seitenwand 3 abgedichtet, und der Schaft 2 ist hermetisch gegen ein anderes Ende der rohrförmigen Seitenwand 3 abgedichtet. Die rohrförmige Seitenwand 3, die Mattscheibe 1 und der .Schaft 2 bilden eine luftdichte Kammer. Der Innenraum der luftdichten Kammer wird unter Vakuum gehalten. Eine Fotokathode 11 ist auf der inneren Oberfläche der Mattscheibe 1 ausgebildet und produziert Fotoelektronen als Antwort auf Strahlung, die darauf einwirkt. Eine Halbleitervorrichtung 6 dient als Anode und ist auf der inneren Oberfläche des Schaftes 2 angebracht. Die Halbleitervorrichtung 6 hat ein Fenster, daß der Fotokathode 11 gegenüber liegt. Eine Elektronenbaugruppe mit einer ersten Elektrode 41, einer zweiten Elektrode 42 und einer dritten Elektrode 43 ist innerhalb der luftdichten Kammer angeordnet, um ein elektrisches Feld aufzu bauen, wenn die jeweiligen Elektroden mit entsprechenden Spannungen versorgt werden. Das elektrische Feld dient als Elektronenlinse, wenn die Fotoelektronen dort hindurchgehen.
• Die rohrförmige Seitenwand 30 ist im wesentlichen flaschenförmig mit einem Flaschenhalsabschnitt und einem Körperabschnitt. Der Schaft 2 ist ein abgedichtetes Ende des Flaschenhalsabschnittes, und die Mattscheibe 1 ist ein abgedichtetes Ende des Körperabschnittes.
• Die Mattscheibe 1 ist vorgesehen, um ein optisches Bild, das auf sie eingegeben ist, zu empfangen und ist ein plattenartiges ebenes Bauteil, das rechtwinklig ausgebildet und zum Beispiel aus Glas hergestellt ist. Die Fotokathode 11, die auf der inneren Oberfläche der Mattscheibe 1 ausgebildet ist, ist aus einem transparenten fotoelektrischen Konvertierungsmaterial hergestellt. Beispiel für derartige Werkstoffe sind Alkali-Metalle einschließlich Cs, Na, K und Rb, ein Halbleiterverbund einschließlich GaAs oder ein anderer Werkstoff wie z. B. AgO. Die Fotokathode 11 sendet Fotoelektronen in Richtung des Schaftes 2, wenn Licht auf die äußere Seite der Mattscheibe 1 einwirkt.
• Im Innenraum der rohrförmigen Seitenwand 3 und zwischen der Mattscheibe 1 und dem Schaft 2 ist eine Elektronenlinse 4 ausgebildet. Die Elektronenlinse 4 ist zur Steuerung der Wege vorgesehen, die die Fotoelektronen zurücklegen, wenn sie von der Fotokathode freigesetzt sind. Die Elektronenlinse 4 ist durch erste, zweite und dritte Elektroden 41 bis 43 gebildet, welche eine zylindrische Gestalt haben und welche voneinander um bestimmte Abstände zwischen benachbarten Elektroden im Längsrichtung der rohrförmigen Seitenwand 30 beabstandet sind und welche außerdem bezüglich der Mittenachse der Seitenwand 3 koaxial sind. Ein elektrisches Feld wird in der rohrförmigen Seitenwand 30 durch das Anlegen einer Spannung an die jeweiligen Elektroden 41 bis 43 durch Leitungen 51 bis 53, die auf der rohrförmigen Seitenwand 3 angebracht sind, aufgebaut. Die Verlaufswege der Fotoelektronen werden von dem elektrischen Feld, das so aufgebaut ist, gesteuert. Die Fotoelektronen werden von der Elektronenlinse konvertiert, und ein Elektronenbild mit einer kleineren Abmessung wird auf der Halbleitervorrichtung 6 ausgebildet.
• Die Mattscheibe 1, die in dieser Ausführungsform eingesetzt ist, hat eine rechtwinklige Gestaltung mit einer äußeren Abmessung von 100 mm · 100 mm. Es ist erwünscht, daß die Elektronenlinse 4 die Größe des Bildes auf ungefähr ein Zehntel der Originalgröße verkleinert. Es sei angemerkt, daß die Komponenten, welche die Elektronenlinse 4 bilden, nicht auf die oben beschriebenen eingegrenzt sind, sondern daß andere Komponenten, welche eine andere Gestalt und andere Anordnung haben können, sich einsetzen lassen unter der Voraussetzung, daß die Verlaufswege der Fotoelektronen mit der Elektronenlinse 4, die aus solchen Komponenten gebildet ist, gesteuert werden können.
• Der Schaft 2 ist aus einem keramischen Werkstoff in einer Struktur mit mehreren Schichten geformt und hat eine ebene Gestalt. Ein ringförmiger Flansch 5 mit einem kurbelförmigen Querschnitt umgibt die Peripherie des Schaftes 2. Der Schaft 2 ist durch den Flansch 5 am offenen Bereich der rohrförmigen Seitenwand 3 befestigt. Die Halbleitervorrichtung 6 ist an der inneren Oberfläche des Schaftes 2 (das heißt, an der Oberfläche, die mit der Mattscheibe 1 konfrontiert ist) angebracht. Die Halbleitervorrichtung 6 nimmt die Fotoelektronen, die von der Fotokathode 11 ausgesendet werden, auf, multipliziert die Fotoelektronen und gibt dementsprechend ein elektrisches Signal aus. Die Halbleitervorrichtung 6 hat zur Bombardierung der Elektronen, die durch die Elektronenlinse hindurchgegangen sind, ein Fenster 61.
• Das Fenster 61 hat ein äußeres Profil in Gestalt eines Nadelkissens. Punkte auf dem äußeren Profil in der Gestalt eines Nadelkissens, die mit Punkten auf dem äußeren Profil der Mattscheibe 1 korrespondieren, sind weiter außen positioniert als die entsprechenden Punkte auf dem äußeren Profil der Mattscheibe 1, die von der Mitte der Mattscheibe 1 beabstandet sind. Anders ausgedrückt ist das äußere Profil in Gestalt eines Nadelkissens des Fensters 61 durch vier einwärts gekrümmte Linien 6 umgrenzt, die jeweils zwei benachbarte Scheitelpunktbereiche von vier Scheitelpunktbereichen miteinander verbinden, welche in rechtwinkliger Gestalt verteilt sind. Genauer hat die Mattscheibe 1 eine rechtwinklige Gestalt mit vier Scheitelpunktbereichen, und das Fenster 61 hat zugeordnete vier Scheitelpunktbereiche. Das äußere Profil des Fensters 61 ist von einwärts gekrümmten Seitenlinien umgrenzt, welche sich ergeben, wenn die vier Scheitelpunktbereiche nach innen entlang der diagonalen Linien bewegt werden, welche einander gegenüberliegende zwei Scheitelpunktbereiche verbinden, wodurch die Linien, welche zwei benachbarte Scheitelpunktbereiche verbinden, nach innen gekrümmt werden. Durch die Gestalt des Fensters 61 wird eine Verzerrung der Fotoelektronen bei ihrer Einwirkung auf das Fenster 61 verhindert.
• Das Fenster 61 ist in eine Anzahl von Segmenten 62(a), 62(b) unterteilt, die jeweils ein Bildelement definieren. Dadurch können die Positionen von Licht, welches auf die Mattscheibe 1 einwirkt, von dem im Segmente eingeteilten Fenster 61 genau identifiziert werden. Das äußere Profil des Fensters 61 und die Gestalt des Segmentes auf dem Fenster 61 sind in Abhängigkeit vom Grad der Abweichung festgelegt, welche auf die Elektronen wirkt, wenn sie durch die Elektronenlinse gehen. Eine genaue Bestimmung dieser Gestalten basiert auf den Verlaufswegen der Fotoelektronen, die von verschiedenen Teilen der Fotokathode 11 ausgesendet werden. Die Wege der Fotoelektronen können durch Berechnung des elektrischen Feldes ermittelt werden, welches von den jeweiligen Elektroden 41 bis 43, die die Elektro nenlinse 4 formen, gebildet ist. Obwohl das Fenster 61, daß in Fig. 2 gezeigt ist, in 16 (16 = 4 · 4) Segmente unterteilt ist, so daß sich 16 Bildelemente 62 ergeben, kann die Anzahl der Segmente oder Bildelemente in Abhängigkeit von der Situation passend bestimmt werden. Auch können die Segmente eine andere Gestalt haben, als es in Fig. 2 dargestellt ist.
• Eine Fotodiode mit mehreren Kanälen zum Beispiel ist in der Halbleitervorrichtung 6 eingesetzt. Die genaue Struktur der Vielkanal-Fotodiode ist in Fig. 2 gezeigt, in der ein n-Typen-Elektrodensubstrat 63 mit einem hohen Widerstand von 10 kΩ als Basismaterial verwendet ist. Die Oberfläche (die mit der Mattscheibe 1 konfrontiert ist) des Substrates 61 ist beschichtet und bildet so eine Elektrode 64 in den Bereichen außerhalb des Fensters 61. Eine N+ Kanal-Stoppschicht 65 ist ausgebildet und umgibt so die Kantenbereiche in der inneren Oberfläche des Substrates 61. Eine p-Typ-Schicht 66 mit derselben Gestalt wie das Fenster 61, die in eine Anzahl von Segmenten entsprechend den Bildelement in 62a, 62b, ... 62p eingeteilt ist, ist in diesem Bereich ausgeformt, welcher von der n+ Kanal-Stoppschicht 65 umgeben ist. Elektroden 67 sind mit den jeweiligen p-Typ-Schicht-Segmenten 66 verbunden. Eine n+ Schicht 68 ist unterhalb der Elektrode 64 ausgebildet und über die gesamte Fläche des Substrates 63 ausgebildet. Die Elektrode 64 ist über eine Kabelverbindung mit dem Flansch 5 elektrisch verbunden. Die n+ Kanal-Stoppschicht 62 kann durch Diffusion von Phosphor gebildet sein, die p-Typ-Schicht 63 durch Diffusion von Bor und die n+ Schicht 68 durch Diffusion von Phosphor.
• Wie in Fig. 2 gezeigt, ist eine Anzahl von Bindungsunterlagen in der inneren Fläche des Schaftes 2 ausgebildet, um die jeweiligen Elektroden 67 der Halbleitervorrichtung 6 zu konfrontieren, und sind stoßgebunden und elektrisch verbunden mit jeweiligen p-Typ-Schichten 66, und zwar über einen Metallstoß 69, der auf der Oberfläche der Elektroden 67 ausgebildet ist. Eine Anzahl von Stiften 22 erstreckt sich von der äußeren Fläche des Schaftes 2 dementsprechend zu den jeweiligen Bindungsunterlagen 21. Jeder Stift 22 ist mit der zugeordneten Bindungsunterlage 21 verbunden und gibt ein elektrisches Signal aus, daß dem Licht entspricht, welches auf die Elektronenröhre 10 einwirkt.
• Als nächstes wird die Benutzung der Elektronenröhre 10 beschrieben. In Fig. 1 liegen an dem Flansch 5 und der Elektrode 64, die an der Oberfläche der Halbleitervorrichtung 6 angebracht sind, vor der Lichtdetektierung 0 V an. Demgegenüber liegen an der Fotokathode 11 -8 kM an, an der Elektrode der Elektronenlinse 4-7,5 kM, -5 kV an der Elektrode 42 und 0 V an der Elektrode 43. Eine umgekehrte Gitterspannung von 200 V liegt an der Halbleitervorrichtung 6 an. In diesem Zustand wird das Licht, wenn es auf die äußere Fläche der Mattscheibe 1 einwirkt, von der Fotokathode 11 in Fotoelektronen konvertiert, und die Fotoelektronen werden von dort in Richtung des Schaftes 2 freigesetzt.
• Ein bestimmtes elektrisches Feld wird im Innenraum der Elektronenröhre 10 aufgebaut, und zwar mittels der zylindrischen Elektroden 41 bis 43, die die Elektronenlinse 4 bilden. Das auf diese Weise aufgebaute elektrische Feld beschleunigt die Fotoelektronen. Die Fotoelektronen fallen dann wirksam auf das Fenster 61 der Halbleitervorrichtung 6, die in dem Schaft 2 vorgesehen ist. Die Fotoelektronen, die von den Positionen freigesetzt sind, welche von der Mitte der Fotokathode 11 beabstandet sind, werden von dem elektrischen Feld der Elektronenlinse 4 stark gekrümmt. Diese Tendenz nimmt zu, wenn die Positionen, von denen die Fotoelektronen freigesetzt sind, weiter von der Mitte der Fotokathode 11 beabstandet sind. Die Fotoelektronen kommen wirksam auf dem Fenster 61 an, nachdem sie einen deutlich gekrümmten Weg zurückgelegt haben. Eine zweidimensionale Beobachtung der Fotoelektronen zeigt an, daß im Vergleich mit dem eingegebenen optischen Bild auf der Mattscheibe 1 das auf dem Fenster 61 einwirkende Bild der Fotoelektronen verzerrt ist, so daß Abschnitte des Bildes an der Außenseite, die weiter von der Mitte des Fensters 61 entfernt sind, deutlich nach außen versetzt erscheinen. Wenn sowohl die Mattscheibe 1 als auch die Fotokathode 11 ebene Gestalt haben, ist der Abstand vom Kantenbereich der Fotokathode 11 zum Brennpunkt (im Bereich der Elektrode 43 im Fall von Fig. 1) deutlich verschieden vom Aufstand des mittleren Bereiches der Fotokathode 11 zum Brennpunkt. Deshalb wird die Verzerrung des eingegebenen Bildes der Fotoelektronen deutlicher sichtbar.
• Bei der vorliegenden Erfindung werden die Orte der Fotoelektronen im voraus berechnet. Basierend auf der Berechnung wird das Fenster 61 so gestaltet, daß es die Gestalt eines Nadelkissens aufweist, die sich ergibt, indem Scheitelpunktbereiche einer rechtwinkligen Gestalt auf diagonalen Linien einwärts bewegt werden. Außerdem ist das Fenster 61 in eine Anzahl von (16) Bildelementen 62 eingeteilt. Dadurch wirken die Fotoelektronen, welche von der Mattscheibe 1 ausgesendet werden, auf die Segmente, welche die Bildelemente 62 definieren und in ihrer Position mit der Mattscheibe 1 übereinstimmen. Die Fotoelektronen, die auf die Segmente 62 einwirken, verlieren in der Halbleitervorrichtung 6 Energie und werden dadurch multipliziert, während sie ungefähr 1500 Paare von Elektronen und Löchern produzieren. Die sich ergebenden Löcher lassen sich als elektrisches Signal von den Stiften 22 über die Elektrode 67 und die Bindungsunterlage 22 ableiten.
• Mittels der so ausgebauten Elektronenröhre 10 kann durch Multiplikation des eingegebenen optischen Bildes ein Ausgabebild, das frei ist von Verzerrung, als elektrisches Signal ausgegeben werden, und zwar unter Verwendung einer rechtwinkligen, ebenen Mattscheibe.
• Als nächstes folgt eine Beschreibung bezüglich einer Anwendung der oben beschriebenen Elektronenröhre 10 auf eine Gammakamera. Wie in Fig. 3 dargestellt, ist eine Anzahl von Elektronenröhren 10 so angeordnet, daß sich eine Gammakamera bildet. Die Mattscheiben 1 der Elektronenröhren 10 sind an die Oberfläche der Rückseite eines Szintilators 7 mit einer ebenen Diffusionsplatte 8 aus Glas, welche dazwischen angeordnet ist, angebracht. Der Szintilator 7 konvertiert Gammastrahlen, die auf ihn einwirken, in sichtbares Licht. In Fig. 3 bezeichnet die Bezugsziffer 9 eine Schaltung der Anfangsstufe zum Lesen des Ausgabesignals der Elektronenröhren 10. Die Gammakamera 20 ist mit Elektronenröhren 10 aufgebaut, welche Mattscheiben 1 mit rechtwinkligen äußeren Profilen aufweisen. Deshalb können die Mattscheiben 1 dicht aneinander ohne Spalten zwischen benachbarten Mattscheiben 1 in Reihen und Spalten angeordnet werden, so daß die Gammastrahlen, die auf den Szintilator 7 einwirken, ohne Verlust von einer der Elektronenröhren empfangen werden können. Außerdem können aufgrund der ebenen Gestalt der Mattscheibe 1 der Elektronenröhre 10 die jeweiligen Mattscheiben 1 durch die Diffusionsplatte 8 sich in flächigem Kontakt mit dem Szintilator 7 befinden und parallel mit dem Szintilator 7 angeordnet sein. So lassen sich die Gammastrahlen, die auf den Szintilator 7 einwirken, präzise mit der Elektronenröhre 10 aufnehmen. Wie beschrieben, kann die Gammakamera 20 ein elektrisches Signal ausgeben, welches frei ist von Verzerrung und den Zustand genau wieder gibt, in dem die Gammastrahlen wirksam auf den Szintilator 7 auftreffen.
• Das äußere Profil der Mattscheiben 1 der oben beschriebenen Elektronenröhre 10 ist nicht auf eine rechtwinklige Gestalt eingegrenzt, sondern auch andere Gestalten, z. B. hexagonale oder dreieckige Gestalten, lassen sich ebenso und insoweit anwenden, als eine Anordnung ohne Spalt möglich ist. Die Elektronenröhren 10, welche die Mattscheiben mit derartigen Gestalten aufweisen, können das eingegebene optische Bild multiplizieren und ein elektrisches Signal ausgeben, welches frei ist von Verzerrung und welches ein Ausgabebild repräsentiert.
• Entsprechend der vorliegenden Erfindung lassen sich die folgenden Vorteile erreichen.
• Die Mattscheibe zur Aufnahme von Licht hat eine ebene Gestalt, das äußere Profil des Fensters der Halbleitervorrichtung, welches die Fotoelektronen empfängt, die als Ergebnis der fotoelektrischen Umwandlung produziert werden, hat eine solche Gestalt, daß Bereiche mit zunehmendem Abstand von der Mitte nach außen weiter von der Mitte nach außen ausgedehnt werden, und das Fenster ist in eine Anzahl von Segmenten unterteilt. Mit diesen Merkmalen wird die Verteilung der Fotoelektronen, die auf die Halbleitervorrichtung wirksam gemacht werden, im Vergleich zum eingegebenen optischen Bild, das auf die Mattscheibe einwirkt, verzerrt, dann aber durch die Halbleitervorrichtung korrigiert. Demzufolge kann ein elektrisches Signal ausgegeben werden, das frei ist von Verzerrung.
• Weil das äußere Profil der Mattscheibe rechtwinklig ist und das Fenster eine Gestalt hat, in welcher Scheitelpunktbereiche einer rechtwinkligen Gestalt entlang der diagonalen Linien erweitert sind, kann zusätzlich das Licht, welches auf die Mattscheibe einwirkt, als elektrisches Signal ausgegeben werden, welches frei ist von Verzerrung. Außerdem läßt sich die Genauigkeit des elektrischen Signals in der Ausgabe aufrechterhalten, weil es keinen wesentlichen toten Raum gibt, wenn eine Anzahl von Elektronenröhren in Zeilen und Spalten angeordnet ist.

Claims (11)

1. Elektronenröhre mit:

einer rohrförmigen Seitenwand (3) mit ersten und zweiten Enden in einer Längsrichtung und einer Mittenachse, die sich in der Längsrichtung erstreckt;

einer Mattscheibe (1), die hermetisch mit dem ersten Ende der rohrförmigen Seitenwand (3) abgedichtet ist und eine Oberfläche aufweist sowie eine Mitte auf der Oberfläche, wobei die Mattscheibe (1) eine ebene Gestalt aufweist mit einem Außenprofil;

einem Schaft (2), der hermetisch mit dem zweiten Ende der rohrförmigen Seitenwand (3) abgedichtet ist und eine Oberfläche hat, wobei die rohrförmige Seitenwand (3), die Mattscheibe (1) und der Schaft (2) eine luftdichte Kammer bilden, wobei die Oberfläche der Mattscheibe (1) und die Oberfläche des Schaftes (2) beide nach innen in die luftdichte Kammer hinein gerichtet sind;

einer Fotokathode (11), die auf der Oberfläche der Mattscheibe (1) ausgebildet ist und welche Elektronen als Antwort auf darauf einwirkende Strahlung produziert;

einer Elektrodenbaugruppe (4), die innerhalb der luftdichten Kammer angeordnet ist, um ein elektrisches Feld aufzubauen, wenn die Elektrodenbaugruppe (4) mit Spannung versorgt ist, wobei das elektrische Feld als Elektronenlinse arbeitet, wenn die Elektronen dort hindurchgehen, wobei die Elektronen von der Elektronenlinse eine örtliche Ablenkung erfahren; und

einer Halbleitervorrichtung (6), die an der Oberfläche des Schaftes (2) angebracht ist und ein Fenster (61) aufweist, das mit der Fotokathode (11) konfrontiert ist, um die Elektronen, die durch die Elektronenlinse hindurchgegangen sind, zu beschleunigen, wobei die Halbleitervorrichtung (6) die Elektronen multipliziert und ein Ausgabesignal produziert, welches für die Strahlung, die auf die Fotokathode (11) einwirkt, repräsentativ ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster (61) ein äußeres Profil hat, wobei Punkte auf den äußeren Profil des Fensters (61), die mit Punkten auf den äußeren Profil der Mattscheibe (1) korrespondieren, proportional weiter auswärts positioniert sind, als die korrespondierenden Punkte in dem äußeren Profil der Mattscheibe (1) von der Mitte der Mattscheibe (1) beabstandet sind, und zwar derart, daß das Fenster die örtliche Abweichung der Elektronen, die darauf ankommen, aufhebt.

2. Elektronenröhre nach Anspruch 1, wobei das Fenster (61) in eine Anzahl von Segmenten aufgeteilt ist, die jeweils ein Bildelement definieren.

3. Elektronenröhre nach Anspruch 2, zusätzlich mit einer Anzahl von Elektroden (65, 66, 67), die jeweiligen einzelnen der Anzahl von Segmenten individuell zugeordnet sind, und mit einer Anzahl von Stiften (22), die durch den Schaft (2) hindurchgehen und mit jeweiligen der Anzahl von Elektronen (65, 66, 67) individuell verbunden sind, um dort das Ausgabesignal abzunehmen.

4. Elektronenröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Halbleitervorrichtung (6) eine Vielkanal-Fotodiode aufweist.

5. Elektronenröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektrodenbaugruppe (4) eine Anzahl von Elektroden (41, 42, 43) aufweist, die jeweils eine zylindrische Gestalt haben und in von einander beabstandeter Beziehung entlang und in koaxialer Beziehung mit der Mittenachse angeordnet sind.

6. Elektronenröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektronenlinse (4) dazu dient, die Elektronen konvergieren zu lassen.

7. Elektronenröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mattscheibe (1) eine Gestalt der Art hat, daß dann, wenn eine Anzahl von Mattscheiben (1) derselben Gestalt aufeinander gestapelt sind, kein Spalt zwischen benachbarten Mattscheiben (1) gebildet ist.

8. Elektronenröhre nach Anspruch 7, wobei die Mattscheibe (1) eine rechtwinklige, eine hexagonale oder eine dreieckige Gestalt hat.

9. Elektronenröhre nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Mattscheibe (1) eine rechtwinklige Gestalt hat und das äußere Profil des Fensters (61) nadelkissenfdrmig ist mit vier Scheitelpunktbereichen und vier einwärts gekrümmten Linien, die jeweils zwei benachbarte Scheitelpunktbereiche miteinander verbinden.

10. Lichtdetektionsvorrichtung mit:

einer ebenen Szintilationsplatte (7) mit einer ersten ebenen Oberfläche, welche Strahlung, die darauf einwirkt, aufnimmt, und mit einer zweiten Oberfläche;

einer ebenen Diffusionsplatte (8) mit einer ersten Oberfläche in flächigem Kontakt mit der zweiten Oberfläche der ebenen Szintilationsplatte (7) und einer zweiten Oberfläche; und

einer Anzahl von Elektronenröhren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die in einem gestapelten Feld angeordnet sind, wobei ihre rohrförmigen Seitenwände in einer Richtung orientiert sind, so daß die Längsrichtung rechtwinklig zur zweiten Oberfläche der ebenen Diffusionsplatte (8) ausgerichtet ist, wobei die erste Oberfläche ihrer Mattscheiben in flächigem Kontakt mit der zweiten Oberfläche der Diffusionsplatte (8) steht;

und wobei die Mattscheiben (1) eine solche Gestalt haben, daß kein Spalt zwischen benachbarten Mattscheiben (1) in dem gestapelten Feld gebildet ist.

11. Elektronenröhre nach Anspruch 5, wobei die rohrförmige Seitenwand eine flaschenartige Gestalt hat mit einem Flaschenhalsabschnitt, der das zweite Ende aufweist, und einem Körperabschnitt, der das erste Ende aufweist, wobei der Körperabschnitt als Querschnitt eine rechtwinklige Gestalt hat mit vier Scheitelpunktbereichen und diagonalen Linien, welche zwei der einander gegenüberliegenden Scheitelpunktbereiche verbinden, und wobei das Fenster vier korrespondierende Scheitelpunktbereiche hat, die sich einwärts entlang der diagonalen Linien erstrecken.