DE763126C - Speichernder Bildfaenger mit einseitiger Mosaikelektrode - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen speichernden Bildfänger mit Kathodenstraihlabtasitang und einseitiger Mosaikelektrode. Bei einem solchen Bildfänger war es bisher allgemein üblich, eine Impedanz, ζ. Β. einen Widerstand, mit dar Signalplatte der einseitigen Mosaikelefctrode unmittelbar zu verbinden und die am Widerstand erscheinende Potentialdifferenz, die das Bildsignal bildet, einem von dem Bildfänger getrennten Verstärker zuzuführen.

Da das an diesem Widerstand auftretende Bildsignal außerordentlich klein ist, macht sich das Rauschen des angeschlossenen Verstärkers, insbesondere das Widerstandsrauschen des Eingangswidtersitandes störend bemerkbar, und zwar besonders bei der Übertragung von Bildern mit geringer Beleuchtung. Hier kann es sehr leicht vorkommen, daß das Bildsignal kaum aus dem Rauschpegel herausragt. Das gleiche gilt, wenn man das Bildsignal, wie bei einem Bildfänger mit doppelseitiger Mosaikelektrode bekannt ist, an einer dem Mosaik gegenüber angeordneten Ab saugelektrode abnimmt.

Die Erfindung schafft hier dadurch Abhilfe, daß bei einem speichernden Bildfänger mit einseitiger Mosaikelektrode, welche mit Cäsium oder einem eine ähnliche Sekundäremissionscharakteristik aufweisenden Stoff

aktiviert ist und von einem Kathodenstrahl im Gebiet eines Sekundäremissionsfaktors größer als ι abgetastet wird, die an der Mosaikelektrode durch den Kathodenstrahl ausgelösten und bildpunktmäßig modulierten Sekundärelektronen einem an das Entladungsgefäß angeschmolzenen, aus mehreren Stufen !«stehenden Reihenvervielfacher mit vorzugsweise elektrischer Konzentration ztigeführt werden, in dessen Ausgangskreis eine Impedanz vorgesehen und dessen Eingangselektrode positiv gegenüber der Anode des Strahlerzeugers vorgespannt ist.

Es ist zwar bekannt¹, bei einem Sondenabtaster hinter der Abtastöffnung einen Pendelvervielfacher anzuordnen. Dies legt aber die Anordnung eines Reihenvervielfachers i>ei einem speichernden Bildfänger mit einseitiger Mosaikelektrode nicht nahe, weil bei einem Sondenabtaster zwischen Photokathode und Abtastöffnung stets eine ausreichende Saugspannung wirksam ist, so daß die durch den ßildwurf ausgelösten Photo-■L-lektronen die Abtastöffnung stets mit einer hohen Elektronengeschwindigkeit durch- ■ fliegen, die ohne weiteres ausreicht, um an einer hinter dieser Öffnung angebrachten Prallelektrode Sekundärelektronen auszulösen.

Ganz anders liegen dagegen die Verhältnisse bei einem speichernden Bildfänger mit einseitiger Mosaikelektrode. Hier tastet ein Kathodenstrahl die Mosaikelemente ab. denen eine Absaugelektrode gegenüberliegt. Da für den abtastenden Kathodenstrahl der Sekundäremissionsfaktor am Mosaik größer als 1 ist, wandert das Potential der Mosaikelemente, denen ja eine leitende Verbindung zur Signalplatte fehlt, in Richtung auf das Potential der Absaugelektrode, und zwar so weit, daß aus der sich vor dem .Mosaik ausbildenden, aus den vom Strahl ausgelösten Sekundärelektronen gebildeten Raumladungswolke gerade noch so viel Elektronen abgesaugt werden, wie durch den Kathodenstrahl nachgeliefert werden. Wenn dieser Zustand erreicht ist. herrscht zwischen der Absaugelektrode und der Mosaikoberfläehe nur eine äußerst geringe Saugspannung. die in der Größen-Ordnung von höchstens 10 V liegt, und zwar ganz gleich, wie hoch mau das Potential der Absaugelektrode wählt. Die am Mosaik ausgelösten Sekundärelektronen erreichen daher diese Elektrode mit äußerst kleiner Geschwindigkeit, die nicht atisreicht,' um dort eine nennenswerte Zahl Sekundärelektronen auszulösen. Schon aus diesem Grunde liegt die Anwendung eines Reihenvervielfachers bei . einem speichernden Bildfänger mit einseitiger Mosaikelektrode nicht nahe.

Ferner liegt die Anwendung eines Reihenvervielfachers bei einem speichernden Bildfänger auch deshalb nicht nahe, weil durch die Bildung einer Raumladewolke vor dem .Mosaik zunächst nicht zu übersehen ist. ob die am Mosaik durch den Kathodenstrahl ausgelösten Sekundärelektronen zu einem genügenden Prozentsatz mit dem Bildsignal moduliert sind, so daß es zunächst zweifelhaft erscheinen muß. ob durch einen anschließenden R-eihenvervielfacher tatsächlich ein rauschärmeres Bildsignal entsteht.

Es ist nun weiterhin bei einem Bildfänger mit doppelseitiger Mosaikelektrode ein Betriebsverfahren bekannt, das eine höhere Saugspannuug zwischen .Mosaik und Absaugelcktrode gewährleistet. Bei diesem ßetriebsverfahren soll die Elektroirengeschwindigkeit des Abtaststrahles so hoch gewählt werden, daß der Sekundäremissionsfaktor am Mosaik Lereits wieder kleiner als 1 ist. Dadurch soll sich ein Gleichgewichtszustand einstellen, der eine ausreichende Saugspannung zwischen Mosaik und Absaugelektrode erzeugt. Dieses Betriebsverfahren versagt aber bei Verwendung einseitiger Mosaikelektroden, weil einerseits bei den hier aktivierten Mosaikelementen der Sekundäremissiousfaktor erst l>ei Eltktronengeschwindigkeiten ül>er 10 keV wieder kleiner als 1 wird und andererseits infolge des üblichen Bedeckungsfaktors von etwa 50% der Abtaststrahl auf die Isolierunterlage der Mosaikelemente trifft. l>ei welcher bereits liei einer Elektronengeschwindigkeit von 3 keV der Sekundäremissionsfaktor kleiner als 1 wird. Dieser Sachverhalt l>ewirkt, daß sich Mosaik und Isolierunterlage verschieden aufladen, und zwar derart, daß die Ladung der Isolierunterlage !«deutend negativer wird als die Ladung der Mosaikelemente selbst, so daß infolge der von der Unterlage auf die Mosaikelemente ausgeübten Steuerwirkung eine Abgabe von Photoelektronen und damit die Erzeugung eines Bildsignals unmöglich gemacht wird. Dieses Betr iebs verfahren ist daher bei einseitigen Mosaikelektroden nicht anwendbar, so daß aucl. .hierdurch die Schwierigkeiten, die durch die geringe Saugspannung entstehen, nicht behoben werden. no

Ein Ausführungsbeispiel des ertindungsgemäßen Bildfängers zeigt die Abb. 1. In einem längeren Rohransatz 3 eines kugeligen Vakuumgefäßes 1 befindet sich ein aus einer Glühkathode 2 (vgl. Abb. 2), einem Gitter 5 und einer ersten Anode 7 !.«stehendes Strahlerzeugungssystem. Der kugelige Teil des Vakuumgefäßes enthält eine einseitige Mosaikelektrode 9, die während des Abtastvorganges von dem Kathodenstrahl ül>erstrichen wird. Die Mosaikelektrode l>esteht in l>ekannter Weise aus einer Isolierscheibe 11. z.B.

aus Glimmer, deren dem Kathodenstrahl ausgesetzte Oberfläche eine große Anzahl von winzigen, diskreten, lichtempfindlichen Teilchen 13 trägt. Die Glimmerfläche ihrerseits wird von einer metallischen Grundplatte 15 getragen, die eine durch die Gefäßwand nach außen führende Zuleitung 17 besitzt. Die zweite Anode des Strahlerzeugungssystems wird durch einen auf der Innenseite des Rohransatzes befindlichen Metallbelag 19 giebildet, der eine nach außen führende Zuleitung 21 besitzt. Dieser Überzug hat die doppelte Aufgabe, den Kathodenstrahl zu einem feinen Fleck auf dem Mosaiksehirm zu fokussieren und die Photoelektronen von den lichtempfindlichen Teilchen während des Abt ast Vorganges fortzuziehen. Der Metallbelag kann sich auch mit Ausnahme eines Bildfensters über die ganze Innenfläche des- Vakuumgefäßes erstrecken, so daß sich die Glaswände nicht aufladen können.

Zur Vereinfachung der Zeichnung sind die Spulen zur Ablenkung des Strahles fortgelassen.

· Durch den Bildwurf gibt das Mosaik Pho'toelektronen ab, welche in Richtung auf den leitenden Belag 19 im Rohransatz beschleunigt werden, und auf dem Mosaik bildet sich ein dem Bild entsprechendes Potentialgebirge. Während des Abtast Vorganges wird jedes Mosaikelement von dem Kathodenstrahl getroffen, seine Ladung wird neutralisiert, und zu gleicher Zeit werden Sekundärelektronen von dem Mosaikelement ausgesandt, deren Zahl der neutralisierten Ladung entspricht.

Um diese Sekundärelefctronen unmittelbar zu

. verwerten, wird erfindungsgamäß an das Vakuumgefäß ein Reihen vervielfacher mit vorzugsweise elektrostatischer Fokussierung so angeschmolzen, daß ein gemeinsamer Vakuumraum entsteht. Die Erfindung ist aber keineswegs auf Vervielfacher mit .elektrostatischer Fokussierung beschränkt, sondern läßt bei Beobachtung gewisser Vorsicht gegenüber Streufeldern auch eine magnetische Fokussierung zu.

Der Vervielfacher besteht aus einem N-förmigen evakuierten Behälter 23, an dessen einem Ende eine zylindrische Beschleunigtingselektrode 25 und an dessen anderem Ende eine ,A'usgangselektrode 27 angeordnet ist. Das dem Bildfängeir zugekehrte Ende der Beschleunigungselektrode kann durch ein Metallnetz 26 abgedeckt' sein. An der Verbindungssteile zwischen dem ersten und dem zweiten Arm des N-förmigen Behälters ist eine sekundäremissionsfälMge Elektrode 29 angeordnet; eine zweite ähnliche Elektrode 31 befindet sich an der Verbindungsstelle zwisehen dem zweiten und dem dritten Arm. Alle selkundäremission'sfähigen Elektroden, die im folgenden Prallelektroden genannt werden, sind so angeordnet, daß die Achsen der sich dort vereinigenden Arme ihre Fläche unter gleichen Winkeln treffen.

Zum Zweck der Bündelung, Beschleunigung und. Richtung der durch die Beschleunigungselektrode 25 aus dem Behälter abgesaugten Elektronen wird zwischen dieser und der ersten. Prollelektrode 29 eine Elektronenlinse angeordnet. Diese Linse wird durch ein elektrostatisches Feld gebildet, welches zwischen den Enden der zylindrischen Beschleunigungselektrode und einem metallischen Belag 33 auf der Innenwand des ersten Beliälterarmes erzeugt wird, wenn dieser eine geeignete positive Spannung erhält'. Um die auf der ersten Prollelektrode 29 entstellenden Sekundärelektronen wegzuschaffen und ihnen eine Anfangsbeschileunigung in Richtung auf die zweite Prallelektrode 31 zu geben, wird in dem zweiten Arm des Behälters ein Beschleunigtingsgitter 35 mit positiver Spannung angebracht. Zur weiteren Beschleunigung der Sekundärelektronen der ersten Prallelektrode und zur Fokussierung auf die "zweite Prallelektrode 31 wird eine zweite Elektronenlinse vorgesehen, die aus ebenfalls positiven leitenden Wandbelegungen 37 und 39 besteht.

Das Gitter 35 ist nicht unbedingt erforder- go lieh; wird es fortgelassen, dann dient der erste Teil 37 der Elefctronenlinse, der dann ' ein genügend hohes positives Potential gegenüber der Elektrode 29 erhält, dazu, dieSekundarelektronen von dort abzusaugen und sie der nächsten Prallelektrode zuzuleiten. Der dritte Arm des Behälters kann ersetzt werden durch einen weiteren Verbindungsarm, der wie der zweite mit geeigneten Gitter- und Linsenelementen ausgestattet ist, und die von der zweiten Prallelektrode ausgehenden Sekundärelektronen können dann einer weiteren, dritten Prallelektrode zugeführt werden. Die Elemente der Elektronenlinse können auch außerhalb des Vakuumgefäßes angeordnet sein.

Das den Vervielfacher enthaltende Gefäß braucht nicht Zickzackform zu haben, sondern es können auch die Vervielfacherelektroden in einem zylindrischen Gefäß im Zickzack angeordnet sein.

Betriebsmäßig .erhalten die einzelnen Elektroden der in Abb. 2 nochmals dargestellten Einrichtung derartige Spannungen, daß zwischen der Ausgangselektrode des Verstärkerteils und der elektronen liefern den Kathode des Bildfängers ein Potentialgefälle besteht.

Solche Spannungen können einer stabilisierten Gleichspannunigsquelle entnommen, werden. In dem in Abb. 2 dargestellten Beispiel wird ein Spannungsteiler 41 benutzt, dessen negative Klemme mit der Gitter- oder Steuer-

elektrode 5 des Bildfängers und dessen positives Ende mit der Ausgangselektrode 27 des Vervielfachers verbunden ist. In letzterer Verbindung liegt eine Impedanz 43, die zwisehen dem Gitter 45 und der Kathode 47 des Ausgangsverstärkers 49 angeschlossen ist. Die Kathode des Bildfängers ist über einen einstellbaren Kontakt mit einem Punkt der Spannungsquelle \'erbunden, der positiver ist ίο als der Anschlußpunkt für die Steuerelektrode. Die verschiedenen Elektroden können mit Spannungspunkten verbunden werden, die nacheinander positiver als der Anschlußpunkt für die Steuerelektrode in der Bildfängerröhre sind. Das erste Linsenelement 33 und die erste Prallelektrode 29 können aber auch miteinander verbunden werden, ebenso das zweite Linsenelement 37 mit dem Gitter 35 und die zweite Prallelektrode 31 mit dem dritten Linsenelement 39. Ferner können die Elemente 29/33 und 31/39, die in Abb. 2 außen miteinander verbunden sind, physisch eine Einheit bilden. Eine derartige Ausführungsform ist in Abb. 3 dargestellt. Daß der Teil 37 dort fortgelassen ist, behindert die fokussierende Wirkung nicht, da durch die Zylinder 33> 39 eine Elektronenlinse gebildet wird.

Während des Abtastvorganges, bei dem der Kathodenstrahl den Mosaikschirm überstreicht, werden die Ladungen auf den Partikeln ausgelöscht und zu gleicher Zeit Elektronen ausgesendet, deren Zahl proportional den neutralisierten Ladungen ist. Diese Elektronen werden dadurch, daß der Beschleunigungszylinder 25 und das Gitter 26 ein gegen die fokussierende Elektrode 19 verhältnismäßig hohes Potential besitzen, in den Vervielfacher hineingezogen. Sind die Elektronen erst im Beschleunigungszylinder, dann unterliegen sie dem Potential der ersten Prallelektrode und werden zu dieser hingezogen. Der Zylinder 25 und das Fokussierungselement33 bilden zusammen eine Elektronenlinse, welche die Elektronen auf der ersten Prallelektrode 29 sammelt. Die von der Elektrode 29 ausgehenden Sekundärelektronen erhalten durch das Gitter 35 eine Anfangsbeschleunigung in Richtung auf die zweite Prallelektrode 31 und werden auf dieser durch die von den Belegungen 37 und 39 gebildete Elektronenlinse gesammelt. Die von der zweiten Prallelektrode 31 ausgelösten Sekundärelektronen werden zur Atisgangselektrode hinübergezogen. Am Ausgangswiderstand erscheint dann ein stark vergrößertes Abbild des Elektronenstromes, der vom Bildfänger in die Vervielfacherröhre eintritt.

Im Verstärkerteil lassen sich so viele Vervielfachungsstufen unterbringen als zur Ver-60. Stärkung erforderlich sind. Desgleichen ist es möglich, mehrere getrennte Vervielfacher an ι verschiedenen Stellen der Bildfängerröhre anzuschmelzen und deren Ausgangsströme parallel in einem einzigen Ausgangswiderstand zu vereinigen. Wenn mehrere Vervielfächer benutzt werden, lassen sich deren Ausgangsströme mischen, daß eine vollständige Steuerung der Bildschatten und des Hintergrundes möglich ist. Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte spezielle Bildfängerröhre beschränkt. Sie läßt sich auf alle elektrischen Entladungsröhren von der in Rede stehenden Gattung anwenden, bei der elektrische Ströme erzeugt werden, die den Lichtverhältnissen der Elementarflächen eines optischen Bildes entsprechen und deren Ströme verstärkt werden müssen, bevor sie in einem Sender benutzbar sind.

Als weiteres Beispiel sei ein Bildfänger angegeben, bei dem eine Fernsehröhre und ein Vervielfacher derart miteinander vereinigt sind, daß ein Bild elekronenmäßig auf einer Mosaikanode fokussiert wird und dort elektrische Ladung erzeugt, die proportional der Lichtintensität der Elementarflächen des Bildes sind. Obwohl in diesem Fall der Abtaststrahl die Oberfläche des Mosaikschirmes überstreicht, die gegenüber der Fläche liegt, auf die das Licht einfällt, wird doch die Emission von Elektronen aus den Mosaik- go teilchen bestimmt durch die Ladungen, die die Partikel angenommen haben. Derartige Elektronen können in einen Vervielfacher abgesaugt werden, der an die Röhre zwischen dem Mosaikschirm und der Elektronenspritze angeschmolzen ist. Das sei ein Beispiel dafür, daß die Erfindung nicht auf Röhren beschränkt ist, bei denen die lichtempfindliche Seite des Mosaiks von dem Elektronenstrahl überquert wird.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Speichernder Bildfänger mit einseitiger Mosaikelektrode, welche mit Cäsium oder einem eine ähnliche Sekun-. däremissionscharakteristik aufweisenden Stoff aktiviert ist und von einem Kathodenstrahl im Gebiet eines Sekundäremissionsfaktors größer als 1 abgetastet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Mosaikelektrode durch den Kathodenstrahl ausgelösten und bildpunktmäßig modulierten Sekundärelektronen einem an das Entladungsgefäß angeschmolzenen, aus mehreren Stufen bestehenden Reihenvervielfacher mit vorzugsweise elektrischer Konzentration zugeführt werden, in dessen Ausgangskreis eine Impedanz vorgesehen und dessen Eingangselektrode positiv gegenüber der Anode des Strahlerzeugers vorgespannt ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenlinsen des Vervielfachers eine Abbildung zumindest auf der ersten Prallanode durchführen.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 ader 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vervielfacher aas zickzackförmig angeordneten Einzels'tufen besteht.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vervielfacher in einem zickzackförmigen Glasrohr eingebaut ist.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als ein Reüienveirvielfacher an das Entladungsgefäß angeschmolzen sind.

   Zur Abgrenzung des Ernndungsgegenstanids vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden:

   Deutsche Patentschrift Nr. 503 899;

   französische Patentschriften Nr. 779 762, 582428, 772 911;

   USA.-Patentscbriften Nr. 1 450 265, '
   ι 970 036, ι 903 569, ι 920 863;

   britische Patentschriften Nr. 419 452,
   381 306;

   Elektrotechnische Zeitschrift, 1935, Jahrgang 56, S. 761. und 762;

   Telegraphen- und Fernsprechtechnik, 1935, S. 125 und 126;

   Hochfrequenztechnik und Elektroakustik, 1934, Bd. 43, S. 109.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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