DE884651C

DE884651C - Kathodenstrahlbildabtaster mit Mosaikschirm

Info

Publication number: DE884651C
Application number: DEE2346D
Authority: DE
Inventors: Alan Dower Blumlein; James Dwyer Mcgee
Original assignee: EMI Ltd
Current assignee: EMI Ltd
Priority date: 1934-08-03
Filing date: 1935-08-04
Publication date: 1953-07-27
Also published as: US2182578A; FR794026A; GB446661A

Description

Es sind Kathodenstrahlbildabtaster mit Mosaikschirm bekannt, bei denen eine Signalplatte vorgesehen ist, die über den Signal wider stand mit der Anode des Strahlerzeugers verbunden ist. Bei derartigen Anordnungen ist für den Abtaststrahl der Sekundäremissionsfaktor am Mosaik größer als i. Diese bekannten Röhren zeigen Nachteile, die als Störsignal bezeichnet werden und darin besteben, daß die eine Bildseite gegenüber der anderen mehr oder weniger stark verdunkelt erscheint. Diese Störsignale, die auf die Auslösung von Sekundärelektronen am Mosaik zurückzuführen sind, könnten

nur durch einen beträchtlichen Schaltungsaufwand kompensiert werden. Die Auslösung von Sekundärelektronen hat noch den weiteren Nachteil, daß infolge der sich vor dem Mosaik ausbildenden Raumladungswolke eine Verfälschung der Bildsignale eintritt und außerdem der Wirkungsgrad des Abtasters nicht den theoretisch möglichen Wert erreicht.

Diese Nachteile, die bei speichernden Kathodenstrahlbildabtastern mit Mosaikschirm auftreten, sollen durch die Erfindung vermieden werden. Gemäß der Erfindung werden die den Mosaikschirm

') Von der Patentsucherin sind als die Eränder angegeben worden:

Alan Dower Blumlein und James Dwyer McGee, London

abtastenden Elektronen- so weit abgebremst, daß die Mosaikelemente durch den Abtaststrahl auf ein Potential zurückgeführt werden, das nahezu gleich dem Kathodenpotential ist. Dadurch wird die Sekundäremission an den Mosaikelementen derart herabgesezt, daß keine Fälschung der Ladungen auf den Elementen eintreten kann, die gerade nicht vom Abtaststrahl getroffen wenden.

Die Erfindung sei an Hand des in den Abbildungen dargestellten Ausführungs-beispiels näher erläutert.

Abb. ι zeigt eine Kathodenstrahlröhre mit doppelseitigem Mosaikschirm und

Abb. 2 einen vergrößerten Schnitt durch einen Teil des Mosaikschirms der Abb. ι und das ihm benachbarte Gitter.

Die Kathodenstrahlröhre i, 2 enthält eine Kathode3, strahlbildende Elektroden^ 5, einBremsgitter 6, einen Mosaikschirm 7 und eine Absaugelektrode 8 für die Photoelektronen. Zwischen der Anode 5 und dem Gitter 6 sind zur Abtastung des Schirms z. B. elektromagnetische Ablenkungseinrichtungen 9, 10 vorgesehen. Der Mosaikschirm besteht aus ■ einer metallischen, mit einer Isolierschicht 13 überzogenen Signalelektrode It mit regelmäßigen Öffnungen, durch die die Elemente 12 in Form von Stäben himdurchragen. Die dem Bildwurf ausgesetzten Enden der Stäbe 12 sind mit photoelektrisch wirksamem Werkstoff 14, z. B. Cäsium, überzogen. Das Gitter 6 ist ein feinmaschiges. Drahtnetz, das parallel zur Signalelektrode liegt und zwar in einem Abstand von etwa ι mm. Der. Kathodenstrahl tritt durch die Öffnungen des Gitters 6 hindurch und trifft auf den Mosaikschirm. Die öffnungen des Gitters decken sich beispielsweise genau mit den Mosaikelementen, derart, daß jedes Mosaikelement einer Öffnung im Gitter gegenüberliegt. Ein Linsensystem 15 wirft durch die Öffnung der Absaugelektrode 8 ein Bild auf die photoelektrisch aktive Oberfläche der Elemente 12 des Mosaikschirms.

Die Kathode 3 ist über den Leiter 16 geerdet. Die Spannungsquelle 17 bringt die Anode 5 auf 1000 Volt und die Spannungsquelle 18 das Gitter 6 auf 1100 bis 500 Volt. Die Signalelektrode 11 liegt über den Leiter 26 und den Signal widerstand 19 von 210ΌΟ Ohm an dem negativen Pol einer Spannungsquelle 2Ό von 4VoIt₁ deren positiver Pol geerdet ist. Die Absaugelektrode 8 ist über eine Batterie 21 von etwa 200 Volt auf ein positives Potential gebracht.

Wird nun das zu übertragende Bild mittels des Linsensystem« 15 auf die eine Seite; des Mosaikschirms geworfen, so werden die dabei ausgelösten Photoelektronen von der Anode 8 abgesaugt. Zwischen der Kathode 3 und der Anode 5 wird der Kathodenstra'hl entsprechend der Anodenspannung von 1000 Volt beschleunigt und wenn man für den Augenblick annimmt, daß die Elemente des Mosaikschirms7 sich auf Kathodenpotential befinden, werden die Elektronen gerade -bei Erreichung des Mosaikschirnis auf die Geschwindigkeit Null abgebremst.

Zwischen aufeinanderfolgenden Abtastvorgangen nimmt jedes der Elemente 12 ein von seiner Photoemission abhängiges Potential an. Es wird daher, wenn der Kathodenstra'hl auf ein positiv geladenes Element gelenkt wird, eine anziehende Wirkung auf die Elektronen ausgeübt. Bei jedem Abtastvorgang wird also das Element durch Aufnahme von Strahlelektronen wieder annähernd auf Kathodenpotential (Null) zurückgeführt. Dieses Potential kann vom Kathodenpotential infolge der Wärmegeschwindigkeit der emittierten Elektronen, infolge von Kontaktpotentialen usw. in geringem Maße abweichen. In diesem Fall wird die Geschwindigkeit dear Strahlelektronen auf Null reduziert, so daß ein Element nicht negativ aufgeladen werden kann. Der Strahl arbeitet also wie ein Schalter, welcher das Potential jedes Elements der Reibe nach nahezu augenblicklieh auf Null reduziert. Außerdem ist unter der Voraussetzung, daß die Elemente nicht zu hoch geladen sind, die Geschwindigkeit des Strahles, wie er an den Elementen auftritt, jederzeit Null oder sehr klein, so daß praktisch keine Sekundärelektronen von den unüberzogenen Flächen emittiert werden. Die plötzlichen Änderungen des Potentials der Elemente 12 werden kapazitiv auf die Signalelektrode 11 übertragen und geben Veranlassung zu Bildströmen in dem Signalwiderstand 19. Diese -9° Bildströme werden über die Leitung 25 abgenommen, verstärkt und in irgendeiner bekannten oder geeigneten Weise fernübertragen.

Wenn der Kathodenstrahl ein Mosaikelement trifft, welches infolge seiner Photoemission eine positive Ladung angenommen hat, geht das Potential dieses Elements annähernd auf Kathodenpotential zurück, d. h. es entlädt sich der Kondensator, welcher durch das betreffende Element und die Signalelektrade gebildet wird, und das Signal, das in dieser Weise kapazitiv auf die Signalelektrode übertragen wird, besteht in einem Strom durch den Widerstand 19 nach Erde, dessen Stärke proportional der vorher vom Element aufgespeicherten Ladung ist. In dieser Weise werden die Bildströme, welche durch aufeinanderfolgende Entladungen der MO'Saikelemente erzeugt werden und einen pulsierenden Gleichstrom darstellen, entsprechend der Intensität der Belichtung jedes einzelnen Mosaikelements erzeugt. «o

Das Gitter 6 hat nachfolgende Wirkungen: Es dient dazu, den Kathodenstrahl über den größten Teil seiner Flugbahn gegenüber dem Nullpotential des Mosaikschirms abzuschirmen und bewirkt dadurch eine- Aufrechterhaltung der Strahlfokussierung. Das Gitter selbst dient ferner dazu, ein starkes Feld, dessen Kraftlinien senkrecht zur Signalelektrode stehen·, zu erzeugen. Wenn der Strahl sich einem Element nähert, das sich auf Kathodenpotential befindet, wird er abgebogen, ohne das Element zu treffen. Der starke Potentialgradient in der Rieh-: tung senkrecht zur Signalelektrode bewirkt, daß die Elektronen, welche auf die Geschwindigkeit Null abgebremst wurden, wieder in der Richtung zum Gitter beschleunigt werden, ohne daß die Gefahr besteht, daß sie auf benachbarte Elemente, die sich auf

einem positivem Potential befinden, gelangen können. Dieser Feldgradient verhindert also das Auftreten von Unscharfen der Signale. In vielen Fällen kann es wünschenswert sein, ein zweites Gitter, welches sich auf Kathodenpotential befindet, zwischen dem Gitter 6 und dem Schirm 7 anzuordnen, um eine Sekundäremission der Mosaikelemente 12 zu unterdrücken. Dieses zusätzliche Gitter, welches durch die punktierte Linie, 27 in Abb. 2 angedeutet ist, kann auch durch einen leitenden Niederschlag auf der Isolierschicht 13 der Signaldektrode hergestellt werden.

In der Praxis hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, daß der Strahlwiderstand kleiner als 2 Megohm und vorzugsweise kleiner als 1 Megohm ist. Unter Strahlwiderstand ist dabei der tatsächliche Widerstand des Kathodenstrahls oder eines anderen elektrischen Schalters verstanden. Wenn die Elemente des Mosaikschirmes sich von ihrer Ruhespannung um den Spannungsibetrag V entfernen und diese Spannungsabweichung einen Strom / zur Wiederherstellung des Ruhepotentials hervorruft, ist der Strahlwiderstand durch das Verhältnis VIJ gegeben. In dem Augenblick, in welchem

S5 der Strahl ein Mosaikelement trifft, wird die Spannung V sehr schnell auf Null zurückgeführt. Es wird jedoch bei jedem Spannungswert des betreffenden Mosaikelements eine bestimmte Anzahl von Elektronen, welche von dem Strom / abhängt, von diesem Element angezogen werden. Es seii angenommen, daß bei dem eben beschriebenen Beispiel die Mosaikekmente sich alle auf dem Potential der Signalelektrode befinden mögen und daß die Signalelektrode auf einem um 10 V gegenüber dem normalen Potential der Mosaikekmente (ungefähr Kathodenpotential) positiven Potential gehalten werden möge. Es wird dann ein bestimmter Ladungsstrom von dem Kathodenstrahl geliefert werden müssen. Wenn dieser Ladungsstrom ro Mikroampere betragen würde, würde der durchschnittliche Strahlwiderstand in dem Bereich von ο bis 10 V

10 Volt

10 Mikroampere

betragen, d. h, 1 Megohm.

Die Lichtintensität, mit welcher die Mosaikelemente 'beleuchtet werden, darf niemals so groß werden, daß sich während zweier aufeinanderfolgender Abtastvorgänge ein sehr hohes positives Potential entwickelt. Wenn ein solches Potential sich bilden würde, wurden die Elektronen, welche den Mosaikschirm treffen, Sekundärelektronen auslösen, welche sehr viel zahlreicher sein können als die Primärelektronen und welche daher die Zurückführung der Elementenpotentiale auf annähernd das Kathodenpotential verhindern würden.

Bei dem in Abb. 1 dargestellten Beispiel ist es wünschenswert, den Spannungsanstieg der Mosaikekmente auf 5 bis 20 V positiv gegenüber der Kathode 3 zu begrenzen. In gleicher Weise ist es wichtig, daß bei der Inbetriebsetzung der Röhre die Elemente kein zu hohes Potential annehmen. Wenn man voraussetzt, daß, bevor der Kathodenstrahl eingeschaltet wird', die Photoanode an Spannung gelegt wird und Licht auf den Mosaikschkm fällt, werden die Elemente bis zu einem anomal hohen Betrag positiv aufgeladen, so daß nicht nur eine Zurückführung der Elementenpotentiale auf das Kathodenpotential unmöglich gemacht wird, sondern daß auch die Isolation zwischen den Elementen und der Signalelektrode gefährdet wird. Um dies zu verhindern, ist es zweckmäßig, eine bestimmte Reihenfolge der Einschaltung der einzelnen Spannungsquellen zu wahren. Es kann z. B. die Kathode 3 und der Strom für die Abknkungsspukn 9 und 10 zuerst eingeschaltet werden. Darauf ist die Anode 5 an Spannung zu legen, dann das Gitter 6 und zum Schluß die Anode 8 zu erregen.

Durch die Einführung eines zusätzlichen Gitters 27 wird die Anzahl der Sekundärelektronen, welche auf den Elementen 12 entstehen und sich auf das Gitter 6 hinbewegen, wesentlich reduziert. Das zusätzliche Gitter wird vorzugsweise mit der Signalelektrode verbunden, und zwar durch Anschluß an die Leitung 216, so daß das zusätzliche Gitter 27 etwas negativ gegenüber der Kathode ist. Dieses negative Potential wird dabei von der Batterie 20 geliefert. Bei dieser Schaltung verursacht das zusätzliche Gitter keine zusätzliche Kapazitätsbelastung des Widerstandes 19.

Die Anbringung der Batterie 20, welche die Signalelektrade 11 auf einem etwas negativen Potential gegenüber der Kathode hält, bewiorkt, daß ein Fehler in der Isolation der Mosaikekmente sich dahin auswirkt, daß diese Elemente negatives Potential annehmen. In gleicher Weise hat die Anordnung den Vorteil, daß, wenn die Isolation eines Elements zur Signalelektrode durchschlagen wird, das Element auf ein negatives Potential gebracht und unwirksam gemacht wird. Man erhält dann einen kleinen etwas dunkleren Fleck auf dem Empfangsbild, als wenn die Signalelektrode positiv gemacht wird und infolgedessen ein sehr heller Fleck auf dem Empfangsbild erzeugt werden kann.

Wenn man in der beschriebenen Weise das Potential des Mosaikschirmes auf das Kathodenpotential zurückführt und eine Bildwandkremrichtung zugrunde legt, bei der die von einer zusammenhängenden Photokathoda ausgehenden Elektronen auf einen vom Kathodenstrahl abgetasteten, nicht photoaktivierten Mosaiksohirm auftreffen, müssen die Photoelektronen den Mosaikschirm mit einer solchen Geschwindigkeit treffen, daß die Anzahl Sekundärelektronen, welche auf dem Mosaikschirm entsteht und einer geeigneten Anode zufließt, die ¹¹S Anzahl der Photoelektronen, welche auf das Mosaik auftrifft, überwiegt. Die Elemente des Mosaikschirmes werden daher positiv aufgeladen, und¹ zwar proportional den Helligkeitswerten des auf die Photokathode treffenden Bildes. Die Signaklektrode, welche kapazitiv mit dem Mosaikschirm gekoppelt ist, befindet sieh auf gleichem Potential wie die Kathode zur Erzeugung des Abtaststrahles. Ein Gitter, welches auf geeignetem positivem Potential gegenüber der Kathode gehalten wird, liegt nahe an dem Mosaikschirm zwischen diesem Schirm und der

Kathode. Es trifft daher der Kathodenstrahl während des Abtastvorganges den Mosaikschirm mit einer derart niedrigen Geschwindigkeit, daß fast keine Sekundärelektronen emittiert wenden und die Mosaikeleimente 'daher auf Kathodenpotential zurückgeführt werden.

Die Vorrichtungen, welche in Abb. ι und 2 dargestellt sind, enthalten einen doppelseitigen Mosaikschirm, dessen Mosaikalemente periodisch auf Kathodenpotential zurückgeführt werden.

In gleicher Weise kann die gemäß der Erfindung verbesserte Einrichtung, bei 'der Mosaikelemente periodisch auf Kathodenpotential zurückgeführt werden, 'bei einem einseitigen Mosaikschirm angewendet werden. Bei einer solchen Einrichtung ist es wünschenswert, das Potential, welches die Mosaikelemente annehmen können, auf einen niedrigen Wert zu begrenzen, da die photoaktive Oberfläche Sekunidäirelektronen bereits beim Bombardement mit ziemlich langsamen Elektronen aussenden kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Kathodenstrahlbildabtaster mit einem Mosaikschirm, dadurch gekennzeichnet, daß die den Mosaikschirm abtastenden Elektronen so weit abgebremst werden, daß die Mosaikelemente durch den Abtaststrahl auf ein Potential zurückgeführt werden, das nahezu gleich dem Kathodenpotential ist.
2. Kathodenstrahlbildabtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit den Mosaikelementen kapazitiv gekoppelte Signalelektrode vorgesehen ist, die über einen Signalwiderstand auf Kathoden- oder negativem Potential liegt.
3. Kathödenstrahlbildabtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Gitterelektrode (27 ^unmittelbar vor der Mosaikelektrode, insbesondere direkt auf dieser aufliegend, angeordnet ist, die auf Kathoden- oder negativem Potential liegt und gegebenenfalls mit der Signalelektrode leitend verbunden ist und deren Maschen, die Größe der Mosaikelemente 'besitzen und jeweils ein solches Element umschließen.
4. Kathodenstrahlbildabtaster nach Anspruch· 1, dadurch gekennzeichnet, daß in geringem Abstand vor der Mosaikelektrode eine Gitterelektrode angeordnet ist, deren Potential positiv gegenüber dem Potential der Kathode, aber negativ gegenüber dem Potential der letzten bzw. einzigen Anode (5) der Strahlerzeugungseinrichtung ist.

Angezogene Druckschriften:
Britische Patentschriften Nr. 252 696, 369 832.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

I 5294 7.53