DE701576C - Elektronenoptische Anordnung zur Abbildung eines grossflaechigen Elektronenbildes auf eine Schirmelektrode unter Zwischenschaltung einer oder mehrerer undurchlaessiger Prallelektroden fuer Sekundaeremissionsverstaerkung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf elektronenoptische Einrichtungen, im besonderen auf Mittel zur Verstärkung eines optischen Bildes durch Umwandlung in ein Primärelektronenbild und nachfolgende ein- oder mehrstufige Elektronenvervielfachung, wobei das letzte Sekundärelektronenbild wieder in ein optisches Bild gewünschter Intensität verwandelt wird.

S olche Einrichtungen sind unter dem Namen Bildverstärker bekannt und lassen sich besonders vorteilhaft für Elektronenfernrohre verwenden, besonders dann, wenn man Bilder von Körpern beobachten will, welche Infrarotstrahlen oder andere Strahlen aussenden, auf welche das menschliche Auge nicht anspricht.

Ein solcher Bildverstärker besteht im wesentlichen aus einer Photokathode zur Erzeugung des Primärelektronenbildes aus dem ?.<> Lichtbild, einer sekundäremissionsfähigen Elektrode, auf welcher das Primärelektronenbild auftrifft, und einer Schirmelektrode, durch welche das Sekundärelektronenbild ausgewertet wird. Diese Schirmelektrode ist gewohnlich ein Fluoreszenzschirm, kann aber auch eine Mosaikelektrode sein, wenn das verstärkte Bild an einen anderen Ort übertragen werden soll.

Bis jetzt wurden zwei verschiedene An-Ordnungen solcher Elektroden verwendet. In einem Fall besteht die Sekundäremissionselektrode aus einer Art Gitter oder Netz, dessen eine Oberfläche der Photokathode,

dessen andere der Schirmelektrode zugekehrt ist. Im zweiten Fall wird als Sekundäremissionsverstärker eine Platte verwendet, die so angeordnet ist, daß die emissionsfähige Plattenoberfläche einen Winkel mit der Kathode und der Schirmelektrode bildet.

Ein Nachteil der erstgenannten Anordnung besteht darin, daß ein Gitter- oder netzartiger Schatten der Verstärkerelektrode auf dem ίο Schirm auftritt und das Bild verdirbt. Wenn das Xetz der Verstärkerelektrode zu fein ist, so daß keine wesentlichen Bildstörungen auftreten, erreicht man nur eine geringe Elektronenverviel fachung, da dann nur wenig Sekundärelektronen durch die winzigen Gitteröffnungen hindurchgehen.

Für den Fall, daß die plattenförmige Sekundäremissionselektrode einen Winkel mit der Photokathode und der Schirmelektrode bildet, d. h. schief zu beiden angeordnet ist, läßt die Axialsymmetrie zu wünschen übrig, und man erhält dementsprechend gewisse Bildverzerrungen.

Gegenstand der Erfindung ist ein elektronenoptisches System, welches ein großflächiges Elektronenbild erzeugt, das frei von Schatten, Aberration und anderen Bildfehlern ist, wie sie bei den bisher benutzten Anordnungen auftreten.

Gemäß der Erfindung verwendet man ein Linsensystem für die Primärelektronen und ein zweites Linsensystem für die Sekundärelektronen. Die Linsenelemente sind so ausgebildet und angeordnet, daß die Zentral- *3S achse beider Systeme zueinander parallel verläuft. Genauer ausgedrückt, gibt die vorliegende Erfindung ein elektronenoptisches System an, welches aus einer Linsenanordnung für die Primärelektronen und einer zweiten für die Sekundärelektronen besteht, wobei das zweite Linsensystem eine Symmetrieachse hat, die senkrecht zur Photokathodenebene, Vervielfacherelektroden- und Schirmelektrodenebene verläuft. Die Achse des Linsensystems für die Sekundärelektronen ist von der Symmetrieachse des ersten Linsensystems etwa um die Hälfte des Halbmessers der Vervielfacherelektrode entfernt. Diese Anordnung wird, wie später auseinandergesetzt werden soll, durch die Verwendung übermäßig großer Fokussierungs- und Ausgangselektroden im zweiten Linsensystem möglich. Primär- und Sekundärelektronenstrahlengang durchdringen sich im spitzen Winkel, da die Ebenen der Photokathode und der Schirmelektrode gemeinsam der Vervielfacherelektrodenebene zugekehrt sind.

Die Erfindung soll an Hand der Abbildungen genauer beschrieben werden. Beim Ausführungsbeispiel der Abb. 1 bezeichnet T die hochevakuierte zylindrische Röhrenhülle, deren Längsachse durch die ge-¹ strichelte Linie x-x angegeben ist. Die Röhrenhülle besteht vorzugsweise ganz oder teilweise aus Glas und besitzt ein durchsichtiges Fenster W in der Nähe der durchsichtigen Photokathode C. Ein nicht dargestelltes lichtoptisches Linsensystem dient dazu, ein infrarotes oder sonstiges Lichtbild auf die Photokathode zu werfen. Die Kathode C ist vorzugsweise in bekannter Weise gekrümmt, um die Bildfeldkrümmung und die sogenannte kissenförmige \^rerzeichnung auszugleichen. Eine Reihe von Ringen 1, 3 und 5 sind in geeignetem Abstand angeordnet. In dem ersten Ring ist die Photokathode C untergebracht. Diese Ringe bilden zusammen mit einem kurzen Zylinder 7 das Primärelektronensystem. Es erhält seine Spannung über einen Spannungsteiler R und dient dazu, die Primärelektronen der Kathode auf einen Teil der Oberfläche der Elektrode M am entgegengesetzten Ende der Röhre T zu fokussieren. Das Primärelektronenlinsensystem aus den Elementen 1, 3, 5 und 7 hat eine Symmetrieachse y-y, die parallel zur Achse x-x verläuft und senkrecht zur Ebene der Kathode C und der Elektrode M steht. Die punktierte Linie p deutet die Fokussierungswirkung dieses Linsensystems auf die Elektronen des Primärelektronenbildes an. Wie der Pfeil erkennen läßt, wird das Bild dabei umgekehrt. Man erkennt, daß die Oberfläche der Elektrode M₁ auf welche das Primärelektronenbild auftrifft, sehr viel größer ist als es für dieses Bild nötig wäre. Bei der angegebenen Ausführungsform der Erfindung ist die Fläche der Elektrode M etwa viermal so groß wie die Fläche der Photokathode C. Die genaue Flächengröße hängt natürlich in gewissem' Maße von dem Vergrößerungsgrad des Bildes ab.

Die Elektrode M oder zum mindesten der Teil, auf welchen das Primärelektronenbild auf trifft, wird mit Zäsium oder einem ahnliehen Stoff behandelt, um seine Sekundäremissionsfähigkeit zu erhöhen. Aus dem gleichen Grunde wie die Kathode C ist auch die Elektrode M gekrümmt.

Die Ringe 2, 4, 6, 8, 10 und 12 und der Fokussierungszylinder 14 bilden die Elemente eines Linsensystems für die Sekundärelektronen. Bei geeigneter Spannungszuführung fokussiert es die von der Elektrode M ausgehenden Sekundärelektronen auf eine Schirmelektrode, die ein Willemit-Schirm S in einem Metallring 15 sein kann. Die Fokussierungselektroden haben vorzugsweise denselben übermäßigen Durchmesser wie die Sekundäremissionselektrode M. Eine Abschirmung N dicht auf der inneren Röhrenwand zwischen den beiden Linsensystemen bildet keinen Teil

der Linsen, sondern dient nur dazu, Streuelektronen auf dem Glas abzuleiten.

Man erkennt, daß die Achse x-x auch die Achse der Elektroden des Sekundärelektronensystems darstellt und parallel zur Achse y-y des Linsensystems für die Primärelektronen verläuft, aber gegen diese etwa um die Hälfte des Halbmessers der SekundäremissionselektrodeM versetzt ist.

to Im Betrieb erhalten die Fokussierungszylinder J und 14, die Abschirmung N und der Träger ring 15 für den Schirm ,S* durch die Zuführung ιζ_α ein Potential von etwa 5000 Volt, bezogen auf die Kathode C. In diesem Fall wird der Fokussierungsring S durch eine Leitung 5_a ^mit einem Punkt auf dem Spannungsteiler R verbunden, welcher gegenüber der Kathode C an einer Spannung von 175 Volt positiv liegt. Der Ring 3 wird

so durch die Leitung 3_a mit einem dazwischenliegenden Punkt verbunden. Die Sekundäremissionselektrode M liegt über einen einstellbaren Abgriffpunkt 2_a an einem Punkt von R, welcher etwa 800 Volt positiv gegenüber Kathode C ist, die Fokussierungsringe 2, 4, 6, 8, 10 und 12 auf 825, 850, 875, 900 und 925 Volt.

Dann treten die Primärelektronen der Kathode C in den Zylinder 14 des Linsensystems für die Sekundärelektronen mit einer Geschwindigkeit von etwa 5000 Volt ein. Bei dieser Geschwindigkeit bleiben die Primärelektronen praktisch von den Fokussierungsringen 2, 4, 6, 8, 10, 12 und Zylinder 14 des Sekundärelektronensystems unbeeinflußt. Die Sekundärelektronen der Elektrode M verlassen diese Elektrode mit sehr geringen Geschwindigkeiten und unterliegen der Fokussierungswirkung des elektrostatischen Feldes zwischen den Linsenelementen 2, 4, 6, 8, 12 und 14.

Weil das elektrostatische Linsensystem ein umgekehrtes Elektronenbild erzeugt, gelangen alle Sekundärelektronen der Elektrode M auf die gegenüberliegende Seite der Achse x-x des Sekundärelektronensystems und werden auf den Schirm 5" zur Erzeugung eines sichtbaren umgekehrten verstärkten Bildes fokussiert, welches dem Lichtbild auf der Kathode C entspricht.

Man kann auch mehrere Vervielfacherstufen mit .getrennten Elektronenlinsensystemen verwenden, wenn man ein noch höheres Maß von Verstärkung haben will. In Abb. 2 sind drei Vervielfacherelektroden M₁, M₂ und M₃ angegeben. Die übrigen Elemente, d. h. Kathode C₃ Schirmelektrode 5* und Abschirmung^ entsprechen denen in Abb. 1. Die Achse des Primärelektronensystems ist wie vorher mit y-y angegeben, während die Achsen der Sekundärelektronenlinsen mit X₁-Z₁, X₂-X₂ und X₃-X₃ bezeichnet sind.

An Stelle der elektrostatischen Elektronenlinsen kann man auch elektromagnetische verwenden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektronenoptische Anordnung zur Abbildung eines großflächigen Elektronenbildes auf eine Schirmelektrode unter Zwischenschaltung einer oder mehrerer undurchlässiger Prallelektroden für Sekundäremis-sionsverstärkung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektronenlinsensystem für das Primärelektronenbild und je ein Elektronenlinsensystem für die Sekundärelektronenbilder vorhanden sind, daß die Symmetrieachsen aller Elektronenlinsensysteme parallel verlaufen und gegeneinander versetzt sind und daß die Symmetrieachse des Primärelektronenlinsensystems senkrecht zur Ebene der Sekundäremissionsvervielfacherelektroden sowie die Achsen des bzw. der Sekundärelektronenlinsensysteme senkrecht zur Ebene der Schirmelektrode verlaufen.

2. Elektronenoptisches System nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Sekundäremissionselektroden mindestens so groß wie der doppelte Durchmesser des Primärelektronenbildes ist und der Durchmesser des Linsensystems, durch das die Primär- und die Sekundärelektronen gemeinsam hindurchtreten, nicht kleiner ist als der Durchmesser der ersten Sekundäremissionselektrode.

3. Elektronenoptisches System nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebenen der Photokathode und der Schirmelektrode gemeinsam der Vervielfacherelektrodenebene zugekehrt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen