DE860727C

DE860727C - Device for visual and photographic observation of objects

Info

Publication number: DE860727C
Application number: DEN609A
Authority: DE
Inventors: Albert Dr Bouwers
Original assignee: Optische Industrie de Oude Delft NV
Current assignee: Optische Industrie de Oude Delft NV
Priority date: 1949-03-31
Filing date: 1950-03-12
Publication date: 1952-12-22

Description

Gerät zur visuellen und photographischen. Beobachtung von Gegenständen Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur visuellen oder photographischen Beobachtung von Gegenständen mittels optischer Strahlen, wobei die von den Gegenständen ausgehenden Strahlen im Gerät in Elektronenstrahlen umgewandelt und diese ihrerseits wieder in optische Strahlen umgesetzt werden.Device for visual and photographic. Observation of objects the The present invention relates to an apparatus for visual or photographic Observation of objects by means of optical beams, with those of the objects outgoing rays are converted into electron beams in the device and these in turn be converted back into optical rays.

Solche Geräte sind bereits bekannt; man siehe z. B. den Artikel von G. A. Morton und L. E. Flory in »Electronics«, September 1946, über ein Infrarotfernrohr. Die Wirkung des in diesem Artikel beschriebenen Gerätes ist derart, daß mit Hilfe eines Linsensystems oder eines Spiegelsystems nach S c h m i dt ein infrarotes Rild des wahrzunehmenden Gegenstandes auf einer für Infrarotstrahlen empfindlichen Photokathode einer Spezialröhre, der IP 25, erzeugt wird. Diese Phot9-kathode wird dann elektronenoptisch auf einem Leuchtschirm auf der anderen Seite der Röhre abgebildet; dieser Schirm wird mittels eines Okulars beobachtet. Such devices are already known; see z. B. the article by G. A. Morton and L. E. Flory in Electronics, September 1946, through an infrared telescope. The effect of the device described in this article is such that with the help of a lens system or a mirror system according to S c h m i dt an infrared image of the object to be perceived on a photocathode sensitive to infrared rays a special tube, the IP 25, is generated. This Phot9 cathode then becomes electron-optical displayed on a fluorescent screen on the other side of the tube; this screen is observed through an eyepiece.

Die Erfindung bezweckt, die Baulänge solcher Geräte wesentlich heräbzusetzen, die Lichtstärke und das Gesichtsfeld zu steigern und noch andere Verbesserungen anzubringen, welche noch zur Sprache kommen werden. The aim of the invention is to significantly reduce the overall length of such devices, Increase light intensity and field of view and other improvements to be attached, which will be discussed later.

Das Gerät nach der Erfindung weist das Kennzeichen auf, daß der Leuchtschirm und die Photokathode des Bildwandlers derart zwischen der Spiegeloptik und dem Korrektionselement angeordnet sind, daß der Leuchtschirm dem Spiegel und die Photokathode dem Korrektionselement benachbart sind. The device according to the invention is characterized in that the luminescent screen and the photocathode of the image converter between the mirror optics and the correction element are arranged that the fluorescent screen is the mirror and the photocathode is the correction element are adjacent.

Die Beobachtung - kann mit sichtbaren oder tmsichtbaren elektr.omagnëtischen Strahlen erfolgen; die eiektronenõptische Abbildung innerhalb der Bildwandlerröhre kann mittels elektrischer oder magnetischer Linsen oder durch eine Kombination beider herbeigeführt werden. The observation - can be done with visible or tmvisible electrical magnetic Rays take place; the electron optical image within the Image converter tube can by means of electric or magnetic lenses or a combination of both be brought about.

Das Gerät nach der Erfindung hat einen wesentlichen Vorteil gegenüber dem Infrarntfernrohr der Art nach Morton und Flory, denn die Photokathode wird von den optischen Strahlen auf derselben Seite getroffen, an der die Elektronenemission stattfindet, so daß der Absorptions- und Streuverlust, der auftritt, wenn die Photokathode auf der gegenüberliegenden Seite getroffen wird, wie beim Fernrohr nach Morton und Flory, vermieden ist. Es ist bekannt, daß unter diesen Verhältnissen die Emission der Photokathode ein Vielfaches von derjenigen bei einer durchsichtigen Photokathode ist. Außerdem ist die Stärke der photoelektrischen Schicht beim Gerät nach der Erfindung nicht auf die sehr engen Grenzen beschränkt, denen eine durchsichtige Photokathode entsprechen muß und die deren Herstellung schwer durchführbar machen. The device according to the invention has a significant advantage over the infrared telescope of the Morton and Flory type, because the photocathode is made by hit the optical rays on the same side as the electron emission takes place so that the absorption and scattering loss that occurs when the photocathode is hit on the opposite side, as with the telescope according to Morton and Flory, is avoided. It is known that under these conditions the emission the photocathode is a multiple of that of a transparent photocathode is. In addition, the thickness of the photoelectric layer in the device according to the invention not limited to the very narrow limits posed by a clear photocathode must correspond and make their production difficult to carry out.

Ferner ist die Baulänge des Gerätes nach der Erfindung wesentlich kürzer gegenüber dem Infrarotfernrohr der Art nach so o r t o n und Flo o r y in der Ausführung mit einem Schmidt-System, und dies ist a fortiori der Fall, wenn ein Vergleich mit ihrer Ausführung mit einem Linsensystem gemacht wird. Dies ist auf den Umstand zurückzuführen, daß die Photokathode nach der Erfindung zwischen dem Spiegel und dem Korrektionselement angebracht ist, so daß sich die optische und die elektronenoptische Abbildung teilweise oder völlig in demselben Raum vollziehen. Furthermore, the overall length of the device according to the invention is essential shorter compared to the infrared telescope of the kind according to so o r t o n and Flo o r y in execution with a Schmidt system, and this is a fortiori the case, if a comparison is made with their implementation with a lens system. This is due to the fact that the photocathode according to the invention between the mirror and the correction element is attached so that the optical and perform the electron optical imaging partially or entirely in the same space.

Das Gerät nach der Erfindung ist in verschiedenen Ausführungsformen herstellbar. The device according to the invention is in various embodiments manufacturable.

So kann man das Korrektionselement und den Spiegel gleichzeitig als Verschluß gläser des Vakuumraums dienen lassen, wobei der Leuchtschirm dann z. B. auf den zentralen Teil der Spiegeloberfläche angebracht werden kann, auf dem keine Spiegelschicht angebracht ist. Auch können das Korrektionselement und der Spiegel im Vakuum angebracht werden. So you can use the correction element and the mirror at the same time as Let the closure glasses of the vacuum chamber serve, the luminescent screen then z. B. can be attached to the central part of the mirror surface where none Mirror layer is attached. The correction element and the mirror can also be used be attached in a vacuum.

In den beiden Fällen tritt dann aber der Nachteil auf, daß die erforderliche genaue, gegenseitige Zentrierung des Korrektionselements, des Spiegels und der P'hotokathode- nur schwer verwirklichbar ist, da der Spiegel und das Korrektionselement an oder in der die Photokathode enthaltendenVakuumröhre geschmolzen werden müssen. In both cases, however, the disadvantage arises that the required precise, mutual centering of the correction element, the mirror and the photocathode is difficult to achieve because the mirror and the correction element on or must be melted in the vacuum tube containing the photocathode.

Nach der Erfindung kann diese Schwierigkeit teilweise dadurch vermieden werden, daß entweder das Korrektionselement oder der Spiegel außerhalb des Vakuums angebracht wird.- Auf diese Weise braucht man bei der Einschmelzung nur für eine gute Zentrierung der Photokathode gegenüber dem eingeschmolzenen Teil Sorge zu tragen, während der außerhalb des Vakuums befindliche Teil dann durch an sich bekannte Mittel getrennt zentriert werden kann. According to the invention, this difficulty can thereby be partially avoided be that either the correction element or the mirror outside of the vacuum - In this way you only need one for the meltdown ensure that the photocathode is properly centered in relation to the melted part, while the part located outside the vacuum then by means known per se can be centered separately.

Eine noch vorteilhaftere Ausführungsform des Gerätes nach der Erfindung ist die, bei der sowohl der Spiegel als auch das Korrektionselement außerhalb des Vakuums angebracht sind. Auf diese Weise ist die Schwierigkeit der Zentrierung völlig vermieden, da der Spiegel und das Korrektionselement je gegenüber der Photokathode zentriert werden können. An even more advantageous embodiment of the device according to the invention is the one where both the mirror and the correction element are outside the Vacuum are attached. In this way the difficulty of centering is utterly complete avoided because the mirror and the correction element are each opposite the photocathode can be centered.

Bei den beschriebenen Ausführungsformen muß der Vakuu.mraum zwar mit einem oder zwei Verschlußgläsern von hinreichend optischer Qualität versehen sein, aber dies können flache oder gekrümmte Gläser gleichmäßiger Stärke sein, deren Zentrierung viel weniger kritisch ist als die des Korrektionselements und des Spielgels. In the embodiments described, the Vakuu.mraum must indeed provided with one or two locking glasses of sufficient optical quality but these can be flat or curved glasses of uniform thickness, their Centering is much less critical than that of the correction element and the game gel.

Wird das Korrektionselement im Vakuum angeordnet oder bildet es den Verschluß des Vakuumgefäßes, so trägt seine auf der Seite des Hohlspiegels liegende Oberfläche die Photokathode. Dabei wird gemäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Abschirmung der Photokathode gegenüber direkten optischen Strahlen durch einen metallisch leitenden Niederschlag auf der Oberfläche des Korrektionselements oder des Verschluß glases bewirkt, wobei der Niederschlag gleichzeitig Träger der eigentlichen photoelektrischen Schicht ist und ferner dazu dienen kann, die Photokathode mit den übrigen Teilen der die elektronenoptische Abbildung herbeiführenden elektrischen Schaltung zu verbinden. Auf diese Weise ergibt sich eine zweckmäßige und einfach verwirklichbare Anordnung der Photokathode. If the correction element is placed in a vacuum or does it form the Closure of the vacuum vessel, so carries its lying on the side of the concave mirror Surface the photocathode. According to a further embodiment of the invention the shielding of the photocathode from direct optical rays by a metallic conductive deposit on the surface of the correction element or of the closure glass causes the precipitate at the same time carrier of the actual photoelectric layer and can also serve to use the photocathode the other parts of the electrical that produce the electron-optical imaging Connect circuit. This results in a convenient and simple one feasible arrangement of the photocathode.

Das Korrektionselement kann auf verschiedene Weise ausgebildet werden, z. B. als Schmidt-Platte oder als Meniskuslinse entsprechend der französischen Patenschrift 883 937. The correction element can be designed in various ways, z. B. as a Schmidt plate or as a meniscus lens according to the French patent 883 937.

Das auf dem Leuchtschirm erzeugte Bild kann photographisch festgelegt oder mittels eines Okulars direkt beobachtet werden. The image produced on the phosphor screen can be photographically determined or observed directly using an eyepiece.

Es können im Gerät verschiedene Typen von Elektronenlinsen verwendet werden. Various types of electron lenses can be used in the device will.

Eine dem Gerät nach der Erfindung besonders angepaßte Elektronenlinse weist das Kennzeichen auf, daß die positive Elektrode aus einem nahezu kugelförmig durchbohrten Teil besteht, an dem ein kegelförmiger Körper aus leitendem Werkstoff angebracht ist, der am anderen Ende an oder in der Nähe des Leuchtschirms ausläuft. An electron lens particularly adapted to the device according to the invention is characterized in that the positive electrode is made of an almost spherical shape pierced part consists on which a conical body made of conductive material is attached, which runs out at the other end on or near the fluorescent screen.

Auf diese Weise wird erreicht, daß sich die Elektronen nach Durchgang durch die Bohrung im kugelförmigen Teil der positiven Elektrode in einem feldfreien Raum bewegen. Außerdem ergibt sich der Vorteil, daß das elektronenoptische System der Bedingung entspricht, daß es völlig außerhalb des abbildenden Strahlenbündels' liegt, so daß von ihm kein Licht aufgefangen wird. In this way it is achieved that the electrons pass through through the hole in the spherical part of the positive electrode in a field-free Move space. In addition, there is an advantage that the electron optical system corresponds to the condition that it is completely outside the imaging beam ' so that no light is caught by it.

In der Zeichnung ist zwecks Erläuterung ein Prinzipschema einer der Ausführungsformen des Gerätes nach der Erfindung gegeben. In the drawing, for the purpose of explanation, a principle diagram is one of the Embodiments of the device according to the invention given.

Das optische System besteht aus dem sphärischen Spiegel 1 und dem Korrektionselement 2. Die Grenzflächen- des Spiegels und des meniskusförmigen Korrektionselements sind konzentrisch. The optical system consists of the spherical mirror 1 and the Correction element 2. The interfaces of the mirror and the meniscus-shaped correction element are concentric.

Zwischen diesen beiden ist die Vakuumröhre 3 angebracht, die auf beiden Seiten von den Verschlußgläsern 4 und 5. begrenzt ist. Das Verschlußglas 4 trägt auf der Innenseite die Photokathode 6, deren Oberfläche konzentrisch -mit den Oberflächen des Spiegels und ider Meniskuslinse ist.Between these two the vacuum tube 3 is attached, which is on both Pages from the closure glasses 4 and 5 is limited. The closure glass 4 wearing on the inside the photocathode 6, the surface of which is concentric with the surfaces of the mirror and the meniscus lens.

Die Photokathode ist- von einem ringförmigen, leitenden Körper 7 mit der Hohifläche 8 umgeben. The photocathode is of an annular, conductive body 7 surrounded by the hollow surface 8.

Der Körper 7 ist leitend mit dem Zylinders, gleichfalls aus leitendem Werkstoff, verbunden.The body 7 is conductive with the cylinder, also made of conductive Material, connected.

In der Röhren ist die leitende Kugel 10 untergebracht, die mit einer - die Elektronenlinse bildenden Öffnung II: verstehen ist. Diese Kugel ist an dem das Licht abschließenden Körper 12 befestigt. In the tube, the conductive ball 10 is housed, which is with a - the opening II forming the electron lens: is to be understood. This ball is on that the light closing body 12 attached.

Bei der dargestellten Ausführungsform besteht der Körper aus Isoliermaterial. Unter bestimmtelr-Verhältnissen kann es aber auch vorteilhaft sein, ihn völlig oder teilweise aus einem leitenden Material anzufertigen. Der Leuchtschirm I3,, der bei dem dargestellten Gerät auf der Innenseite des Vers chluß glases 5 angebracht ist, kann auch als getrennter Verschluß schirm des Körpers 12 ausgebildet werden. In the embodiment shown, the body is made of insulating material. Under certain circumstances, however, it can also be advantageous to use it completely or to be made partly from a conductive material. The luminescent screen I3 ,, which at the device shown is attached to the inside of the closure glass 5, can also be designed as a separate closure screen of the body 12.

Die Kugel 10 ist mittels desZuführungsdrahtes 14 mit der positiven Klemme einer Gleichspannungsquelle verbunden, während die Photokathode 6, der Körper 7 und der Zylinder g mittels des Zuführungsdrahtes 15 mit der negativen Klemme dieser Spannungsquelle verbunden sind. Die Gleichspannung beträgt I2 oooVolt. Die erforderlichen Isolierungen können in bekannter Weise angebracht werden. The ball 10 is connected to the positive by means of the lead wire 14 Terminal connected to a DC voltage source, while the photocathode 6, the body 7 and the cylinder g by means of the lead wire 15 with the negative terminal of this Voltage source are connected. The DC voltage is I2 oooVolt. The necessary Insulation can be applied in a known manner.

Der Spiegel I ist mit einer mittleren Öffnung I6 versehen, durch welche das Okular 17 durchgeführt wird. Der wirksame optische Durchmesser der Meniskuslinse ist 6o mm. Die Brennweite des optischen Systems beträgt gleichfalls 60 mm, so daß sich ein sehr lichtstarkes System mit einer relativen Öffnung von 1 : 1 ergibt. Der Durchmesser des wirksamen Teiles der Photokathode ist 10 mm. Der Abstand zwischen der Kathode 6 und der Kugel 10 ist 32 mm und derjenige zwischen der Kugel 10 und dem Leuchtschirm I3 ist 24 mm. The mirror I is provided with a central opening I6 through which the eyepiece 17 is carried out. The effective optical diameter of the meniscus lens is 6o mm. The focal length of the optical system is also 60 mm, so that the result is a very bright system with a relative aperture of 1: 1. The diameter of the effective part of the photocathode is 10 mm. The distance between of the cathode 6 and the ball 10 is 32 mm and that between the ball 10 and the luminescent screen I3 is 24 mm.

Die vom Gegenstand ausgehenden Lichtstrahlen passieren nacheinander die Meniskuslinse und die beiden Verschlußgläser und werden dann an dem Spiegel I zurückgeworfen, um über das Verschlußglas 5 die Photokathode zu erreichen. Auf dieser Photokathode wird daher ein umgekehrtes Bild des Gegenstandes erzeugt. Die Photokathode emittiert Elektronen infolge der auffallenden Lichtstrahlen. The rays of light emanating from the object pass one after the other the meniscus lens and the two shutter glasses and are then attached to the mirror I thrown back in order to reach the photocathode via the shutter glass 5. on this photocathode therefore produces an inverted image of the object. the The photocathode emits electrons as a result of the incident light rays.

Diese Elektronen befinden sich in einem elektrischen Feld, dessen Äquipotentialflächen etwa konzentrisch mit der Oberfläche8 des Ringes 7 sind. Die OberflächeS ist ihrerseits konzentrisch mit der Oberfläche der Kugel 10.These electrons are in an electric field, its Equipotential surfaces are approximately concentric with the surface 8 of the ring 7. the Surface S is in turn concentric with the surface of sphere 10.

Dadurch, daß an die Photokathode und an den Ring 7 das Potential Null und an die Kugel das Potential von 12 000 Volt angelegt wird, werden die aus der Photokathode ausgelösten Elektronen zur Kugel beschleunigt und treten durch die Öffnung 11 in den Raum innerhalb des Körpers I2. Characterized that the photocathode and the ring 7, the potential Zero and a potential of 12,000 volts is applied to the sphere, which will turn off The electrons released by the photocathode accelerate to the ball and pass through the opening 11 into the space within the body I2.

Auf dem Leuchtschirm entsteht sodann ein um drei Viertel verkleinertes umgekehrtes Bild der Photokathode, d. h. ein stehendes Bild des Gegenstandes, welches Bild mit dem Okular beobachtet werden kann: Letzteres hat die Brennweite von 39 mm, so daß die - Gesamtvergr'sßerung des Instruments 1,5mal beträgt. On the luminescent screen there is then a three-quarters smaller one inverted image of the photocathode, d. H. a standing image of the object which Image can be observed with the eyepiece: the latter has the focal length of 39 mm so that the total magnification of the instrument is 1.5 times.

Direkte Lichtstrahlens können den Leuchtschirm nicht erreichen, da der Körper diese Strahlen abschirmt. Direct rays of light cannot reach the fluorescent screen because the body shields these rays.

Die Konzentrizität der Äquipotentialfiächen wird durch den leitenden Zylinder 9 erhöht, der - das gleiche' Potential wie der Ring 7 und die Photokathode 6 hat. Zu demselben Zweck ist die Stelle der ;Photokathode derart gewählt, daß deren Oberfläche mathematisch tangential zu der Oberfläche 8 des Ringes 7 ist, wenn man sich letztere Oberfläche verlängert denkt. The concentricity of the equipotential surfaces is determined by the conductive Cylinder 9 increased, the - the same 'potential as the ring 7 and the photocathode 6 has. For the same purpose the position of the photocathode is chosen in such a way that its Surface is mathematically tangential to the surface 8 of the ring 7 when one thinks the latter surface is elongated.

Das ganze Instrument ist gedrängt im Aufbau, leicht im Gewicht und erzeugt ein scharfes und lichtstarkes Blild des Gegenstandes. Dieses Ergebnis ist mit einer 3<ombination eines sehr einfachen optischen Systems und einer gleichfalls sehr einfachen elektrostatischen Elektronenlinse erzieIt. The whole instrument is compact in structure, light in weight and creates a sharp and bright image of the object. This result is with a combination of a very simple optical system and a similar one very simple electrostatic electron lens.

Außerdem ist die Herstellung des Systems verhältnismäßig leicht, da der Spiegel und die Meniskuslinse je gegenüber der Photokathode zentriert werden können. Die Verschlußgläser 4 und 5 sind dünne geschliffene Scheiben gleichmäßiger Stärke, die sich auf einfache Weise anschmelzen lassen, da die Zentrierung dieser Gläser viel weniger kritisch ist als die des Spiegels und der Meniskuslinse. In addition, the system is relatively easy to manufacture, since the mirror and the meniscus lens are each centered with respect to the photocathode can. The closure glasses 4 and 5 are thin, ground discs more uniform Starch that can be easily melted because the centering of this Glasses are much less critical than those of the mirror and meniscus lens.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Apparatus for visual or photographic re-observation of objects by means of an image converter with mirror optics and correction element, characterized in that the luminescent screen and the photocathode of the image converter are arranged between the mirror optics and the correction element that the luminescent screen is adjacent to the mirror and the photocathode is adjacent to the correction element are.

2. Apparatus according to claim -, characterized in that either the Mirror odei the correction element attached completely outside of the vacuum space is on the side of the mirror or the correction element through a closure glass sufficient optical quality is limited.

3. Apparatus according to claim I, characterized in that the mirror and the correction element are mounted completely outside the vacuum space, the on the side of the correction element and on the side of the mirror of the shutter glasses of sufficient optical quality is limited.

4. Apparatus according to claim I, characterized in that the shield the photocathode against direct optical rays through a metallic, conductive deposit on the surface of the closure glass or the Correction element is effected, the precipitation of the carrier of the actual photoelectric Layer is and can serve at the same time to the photocathode with the electrical Connect circuit of the device.

5. Apparatus according to claims I to 4, characterized in that the positive electrode consists of an almost spherical, pierced part, to which a conical body made of conductive material is attached, the other Ends at or near the fluorescent screen.

Printed publications: Fiat reports »Natural research and medicine in Germany 1939-1946 "Vol. I5, Part I, Wiesbaden I94E, p.79ff; British patents No. 559 065, 55777I, 560 496; German patent specification No. 748 131.