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Bildwandleranordnung Die Erfindung betrifft eine Bildwandleranordnung
Zur Verstärkung und gegebenenfalls Umwandlung lichtschwacher Bilder. Es ist bereits
bekannt. Bilder zu diesem Zweck auf eine Photokathode zu projizieren und mit Hilfe
der von dem Licht ausgelösten aus der Kathode austretenden Elektroneu ein. Elektronenbild
herzustellen, «-elches dein Lichtbild entspricht und, auf einen Leuchtschirm geworfen,
diesesLichtbild im allgemeinen in anderer Farbe und verstärkt wiedergibt. Es ist
auch bereits bekannt, zur Verstärkung des Elektronenbildes in den: Fällen, in denen
eine hohe Beschleunigung der Elektronen zur H-erstellun g eines ll:nügeird intensiven
Leuchtschirmbildes noch nicht ausreicht, das Elektronenbild durch Sekundärelektroneueinission
zu verstärken. Das kann z. B. in der Weise geschehen, daß man senkrecht zur Achse
des Elektronenstrahlenganges ein oder mehrere zueinander parallele Netze oder Gitter
anordnet, auf die die Elektronen nacheinander auftreffen, auf denen sie Sekundärelektronen
auslösen und von denen sie auf .das nächste Gitter durch el"ektronenoptis,che Mittel
fokussiert werden. Die vom letzten Gitter ausgehenden Elektronen kann man schließlich
in üblicher `'eise auf einen Leuchtschirm auffallen lassen. Es ist auf diese Weise
prinzipiell möglich, durch Anordnung genügend vieler Gitter eine beliebige Verstärkung
zu erzielen. In der Praxis zeigen sich indessen gewisse Schwierigkeiten, die daher
rühren, d'aß hei jedesmäl
'iger Sekundärelektronenaus1ösung einmal
wegen der Struktur der Gitterelektrode, dann aber auch wegen der relativ großen
Geschwindigkeitsverteilung der Sekundärelektronen eine Verschmierung der einzelnen
Bildpunkte un' diariit de"s Elektronenbildes auftritt, die die Anwendbarkeit des
geschilderten Verfahrens vorläufig auf sehr wen'ig'e Stufen beschränkt. Die Erfindung
sieht .nun eine Anordnung vor, die diese Schwierigkeiten vermeidet, und zwar dadurch,
daß nicht das .gesamte Elektronenbild, sondern erst ein zerlegtes Elektronenbild
vervielfache wird, so daß ein Au.seinanderfließen -der Elektronen bei der Verstärkung
einen, anderen Bildpunkt nicht beeinflussen kann, da der benachbarte Bildpunkt sich
nicht räumlich neben dem verstärkten Bildpunkt befindet, sondern zeitlich vor- oder
hinterher verstärkt wird.
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Nach der Erfindung dient als Bildwandleranordnung die Kombination
einer elektronenoptischen Bildzerlegerröhre mit einer Photokathode und einer Abtastsonde,
eines Vervielfachers zur Verstärkung der Abtastströme durch Sekundärelektronen emission
und einer Bnldaufbattröhre mit einem Leuchtschirm in einem gemeinsamen Vakuumgefäß.
Die Erfindung sei näher erläutert an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele.
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In Abb. z bedeutet Z eine Bildzerlegerröhr e, die mit einer Photokathode
K versehen ist und eine Abtastsonde S aufweist, über die das Elektronenbild durch
hier nicht gezeichnete elektrische oder magnetische Ablenkmittel in an sich bekannter
Weise bewegt wird. Die Zerlegerrröhre weist im allgemeinen noch eine besondere Anode
auf, die zur Beschleunigung .der Elektronen und gleichzeitig zur Herstellung eines
Bildes in der Ebene der Abtastsonde dienen kann. An sich kann auch die Abtastsonde
S als Anode dienen. Gleichgültig, ob als Anode die Ab:tastsontde oder eine besondere
Elektrode- -dient; kann es zweckmäßig sein, besondere elektronenoptische Mittel
vorzusehen; die ein elektronenoptisches Bild der Kathode in der Ebene der Abtastsonde
liefern, bzw. an .der Herstellung dieses Bildes mitwirken. An die Zerlegerröhre
Z schließt sich der Vervielfachen V an. Er isst hier als Prallgittervervielfacher
mit einer Reihe hintereinander wlgeordneter zueinander paralleler Gitter oder Netze
.P ausgebildet, zu denen parallel die Abtastsonde S .sowie eine Blende B liegen.
Die Öffnung dieser Blende dient als Elektronenquelle für die Bildaufbauröhre A,
die einen Leuchtschirm L aufweist und. mit Mitteln zur Herstellung eines Elektronenstrahles
sowie mit wiederum nicht gezeichneten Mitteln zur Ablenkung dieses Strahles versehen
ist. Die Bildaufbauröhre A übt also im wesentlichen Funktionen aus, wie eine Braunsche
Röhre zur Wiedergabe von Fernsehbildern, nur mit dem Unterschied, daß "die Bildaufbauröhre
keine besondere Kathode (Glühkathode) besitzt und däß außerdem der von, der- Kathode
(Öffnung der Blende B) ausgehende Strom bereits, intensitätsinoduliert ist und nicht
erst von außen gesteuert zu werden braucht. Der Vervielfachen kann schließlich noch
elektrische oder magnetische Mittel zur Fokussierung der von einem Gitter ausgehenden
Elektronen auf das nächste Gitter enthalten. Besonders wichtig ist im allgemeinen
eine Elektronenlinse, die die von dem letzten Gitter ausgehenden Elektronen auf
die Öffnung der BiendeB fokussiert. Zweckmäßigerweise besitzen; Bildzerlegerröhre
Z und BildaufbauröhreA die gleiche Art von Ablenkmitteln, d. h. entweder beide magnetische
Ablenkmittel oder beide elektrische Ablenkmittel. Dann ist es möglich; die Ablenkelemente
beider Röhren von der gleichen Strom- bzw. Spannungsquelle zu speisen, wobei auf
die richtige Polunig entsprechender Ablenkelemente zu achten ist, die entweder gleichläufig
oder gegenläufig sein muß, und zwar in; Abhängigkeit davon, ob das Elektronenbild
in. der Zerlegerröhre umgekehrt wird oder nicht.
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Statt den Vervielfacher, wie in Abb. a dargestellt, als Prallgittervervielfächer
auszubilden, kann er auch in einer der anderen bekannten Formern ausgebildet sein.
Besonders zweckmäßig ist hier der Prallelektrodenvervielfacher mit magnetischer
Ablenkung der Fokussierung, wie er im Prinzip zuerst von , S 1 ep i an angegeben
wurde. Bei diesem Vervielfacher liegen die Prallelektroden, die im allgemeinen.
eben sind, in--einer Ebene hintereinander. Ihnen gegenüber stehen Beschleunigungs
elektroden, und die Elektronen werden, von einer Prallelektrode ausgehend, zunächst
auf die gegenüberliegende Beschleunigungselektrode hin beschleunigt, aber durch
ein, zur Ebene der Prallelektrode paralleles Magnetfeld auf gekrümmten Bahnen zur
nächsten Prallelektrode Irin gebogen. Das Magnetfeld übernimmt gleichzeitig die
Aufgabe, der Zerstreuung der Elektronen entgegenzuwirken. Wie bereits angedeutet,
brauchen indessen die- Prallelektroden nicht eben ausgebildet zu sein, sondern können
z. B. in einer zur Fortschreitungsrichtung von ein-er Elektrode zur nächsten Elektrode
senkrechten Richtung gekrümmt sein. Zweckmäßig wird ein .derartiger Vervielfachen
so angeordnet, daß die Prallelektroden in einer Ebene senkrecht zur Ebene der Abtastsonde
S der Zerlegerröhre Z liegen, und zwar so, daß diese Ebene nicht gerade mit der
Achse der Röhre, in der sich die Öffnung der Sonde befindet, zusammenfällt. Auch
hier wird vorteilhaft durch Elektronenlinsen dafür gesorgt, daß die voni der letzten
Vervielfacherelektrode ausgehenden Elektronen auf die Öffnung in, der Blende B konzentriert
werden.
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Eine weitere Möglichkeit ist In Abb. 2 dargestellt. Hiernach ist der
Vervielfachen V als Pendelvervielfacher ausgebildet, dessen einte Kathode gleichzeitig
durch die Abtastsonde S gebildet wird, während als zweite Elektrode eine zu S parallele
Platte P dient. Die Elektronen werden hier nicht, wie beim Pendelvervielfacher sonst
üblich, von einer Anode aufgenommen, sondern durchdringen die einmal, zweckmäßig
mehrfach, durchbohrte Platte P. Durch E ist eine Elektronenlinse schematisch dargestellt,
die die Aufgabe hat, die von P ausgehenden Elektronen auf die Öffnung der
Blende
B zii konzentrieren. Da die Vervielfachung beim Pendelverv ielfacher mit Unterbrechungen
erfolgt, also durch die Platte P nicht ein kontinuierlicher, sondern ein mit der
Frequenz der Wechselspannung unterbrochener Strom fließt, so daß die Wechselspannung
sich während des Fließens des Stromes nur verhältnismäßig wenig ändert, gelingt
es praktisch, die Linse E als statische Linse auszubilden, deren Brechkraft ebenso
eingestellt werden muß, daß sie die gewünschte Linsenwirkung dann ausübt, wenn die
Platte P sich auf dem Potential befindet, bei dem die vervielfachten Elektronen
von S kommend zum Teil auf P auffallen, zum Teil P durchdringen. Man erkennt, daß
nicht nur die Linse E, sondern auch die Blende B von der hochfrequenten. Wechselspannung
des Vervielfachers unabhängig sind und gegenüber S auf konstantem Potential liegen
können, so daß von der gesamten Anordnung nur die Platte P gegenüber den übrigen
Elektroden das hochfrequente Wechselpotential aufweist. Um wohldefinierte Verhältnisse
herzustellen, wird zweckmäßig die Vervielfachung etwa in der Fre-' quenz der Bildpunkte
unterbrochen, z. B. dadurch, d'aß der hochfrequenten Wechselspannung in dieser Frequenz
eine Zusatzspannung überlagert wird, die sämtliche Elektronen auf die Platte P hin
beschleunigt und eine Zurückbeschleunigung der in P etwa ausgelösten Sekundärelektronen
vermeidet. Es wird auf diese Weise erreicht, daß die in dem Vervielfacher fließenden,
bzw. von dem Vervielfacher gelieferten Ströme stets proportional der Intensität
des Bildpunktes sind. Natürlich sind auch Abänderungen. des Vervielfachers gegenüber
der in Abb.2 dargestellten Form möglich. So braucht die eine Kathode nicht mit der
Abtastsonde S zusammenzufallen, sondern kann als zusätzliche Elektrode vorhanden
sein. Auch kann zur Herstellung besserer Feldverhältnisse die Sondenöffnung mit
einer Folie bedeckt sein, desgleichen die zweite Elektrode P. Diese Elektrode schließlich
kann unter Umständen auch als Netz oder Gitter von ,genügend großer effektiver Fläche
ausgebildet sein.
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Besondere Vorteile ergeben sich bei der Ausbildung des Vervielfachers
als Pendelvervielfacher dann, wenn man die zum Betrieb des Vervielfachers notwendige
Wechselspannung mit der zum Betrieb der Ablenkelemente von Bildzerleger- und Bildaufbauröhre
notwendigen Spannung bzw. dem hierzu notwendigen Strom in der Weise koppelt, daß
entweder Ablenkspannung bzw. Ablenkstrom aus der Vervielfacherspan!nung durch Frequenzteilung,
oder daß umgekehrt die Vervielfacherspannung aus der Ablenkspannung bzw. dem Ablenkstrom
durch Frequenzverv ielfachung gewonnen wird.
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Es ist bereits erwähnt worden, daß man zweckmäßig elektronenoptische
Mittel verwendet, um die von der letzten Vervielfach erelektrode ausgehenden Elektronenströme
auf die Öffnung der Blende B, die als Elektronenquelle für die Bildaufbauröhre A
dient, zu konzentrieren. Nun sind die so gewonnenen Ströme wegen des relativ großen
Querschnittes der letzten Vervielfacherelektrode in ihrer Richtung ziemlich inhomogen.
Außerdem sind sie in ihrer Geschwindigkeit in.homogen, einmal wegen der großen Geschwindigkeitsverteilung
der Sekundärelektronen, dann aber auch, weil es sich nicht vermeiden läßt, daß von
der letzten Elektrode des Vervielfachers auch solche Elektronen. ausgehen, die von
der vorherigen oder einer noch früheren Elektrode stammen, alsloi gar keine in der
letzten Vervielfacherlektrode ausgelösten Sekundärelektronen sind. Für den Betrieb
der Bildaufbauröhre dagegen ist es zweckmäßig, wenn die aus der Blende austretenden
Elektronen keine große Richtungs- oder Geschwindigkeitsverteilung haben. Nun wirkt
bereits die Blende B im Zusammenhang mit den konzentrierenden elektronenoptischen:
Mitteln (E in Abb. 2) bis zu einem gewissen Grade monochromatisierend auf .den Elektronenstrom.
Trotzdem kann es erforderlich sein, zusätzlich an sich bekannte Mittel zur Homogenisierung
des Elektronenstromes anzuwenden, soweit eben diese Homogenisierung nicht bereits
durch geeignete Ausbildung der zur Konzentration notwendigen elektronenoptischen
Mittel zu erzielen ist.
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Während im vorstehenden die Bildzerlegerröhre stets in der in Abb.
r dargestellten Weise, zumindest im Prinzip, vorausgesetzt wurde, ist es indessen
möglich, sie auch anders auszubilden. Es braucht die Kathode K nicht den äußeren
lichtelektrischen Effekt aufzuweisen, sondern sie kann in bereits vorgeschlagener
Weise als elektronenspiegelnde oder reflektierende Platte ausgebildet sein, auf
der durch ein auffallendes Licht- oder Elektronenbild Ladungsunterschiede erzeugt
werden, die nun ihrerseits einen auf die Platte gerichteten homogenen Elektronenstrom
derartig modulieren, daß mit Hilfe dieses Stromes ein Elektronenbild in der Ebene
der Abtastsonde S erzeugt werden kann. Eine derartige Anordnung, die kurz als Spiegelbildwandler
bezeichnet werden möge, hat gegenüber dem in Abb. r dargestellten Bildwandler den
Vorteil, d'aß die Empfindlichkeit gegenüber Licht nach dem langwelligen Gebiet verschoben
ist. Man wird einen Spiegelbildwandler in Kombination mit Zerlegerröhre, Verv ielfacher
und Aufbauröhre dann verwenden, wenn auch hier die Intensität des gestreuten Elektronenstromes
nicht genügend hoch ist, um ein Bild der gewünschten Intensität zu erzeugen.
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Die Bilde andleranordnung nach der Erfindung weist gegenüber den bekannten
Bildwandlern mit Sekundärverstärkung des Bildes, den Vorteil auf, daß zur Verstärkung
jeweils nur der einem Bildpunkt entsprechende Strom gelangt. Ein räumliches Auseinanderfließen
der verstärkten Ströme wirkt sich daher höchstens in einem Intensitätsverlust bei
der Verstärkung, nicht aber in einer Bildverschmierung aus. Werden: die verstärkten
Ströme nach Verlassen des Vervielfachers wieder auf die Blendenöffnung konzentriert,
so entsteht wieder ein wohldefinierter, der Blendenöffnung entsprechender Emissionspunkt,
der in der Bildaufbauröhre
zur Bildherstellung verwendet wird.
Die bei der Verstärkung erfolgende Streuung ist also für die Bildwirkung völlig
belanglos und setzt das Auflösungsvermögen der Bildwandleranordnung nicht herab.