DE915252C

DE915252C - Electron beam tube with a photoelectric cathode for converting a light image into an electron image

Info

Publication number: DE915252C
Application number: DEN6443A
Authority: DE
Inventors: Jan Carel Francken
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1951-12-07
Filing date: 1952-12-04
Publication date: 1954-07-19
Also published as: GB732466A; BE516047A; CH309323A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektronenstrahlröhre mit einer photoelektrischen Kathode zur Umwandlung eines Lichtbildes in ein Elektronenbild, einer felderzeugenden Elektrode und einem Auffangschirm für die Elektronen. Die Erfindung bezweckt, die Nachteile zu vermeiden, welche auf das Auftreten von positiven Ionen in der Röhre zurückzuführen sind. Diese Ionen entstehen z. B. durch den Zusammenstoß von Elektronen mit Gasmolekülen, können aber auch beim Auftreffen von Elektronen auf eine Oberfläche, deren Eigenschaften für die Bildung von positiven Ionen günstig sind, ausgelöst werden. Eine solche Oberfläche entsteht z. B., wenn etwas photoempfindliches Material von der Kathodenfläche auf einer Elektrode niedergeschlagen wurde.The invention relates to a cathode ray tube with a photoelectric cathode for converting a light image into an electron image, a field-generating electrode and a collecting screen for the electrons. The invention aims to avoid the disadvantages which are due to the appearance of positive ions in the tube. These ions are created z. B. by the collision of electrons with gas molecules, but can also with Impact of electrons on a surface, their properties for the formation of positive Ions are favorable to be triggered. Such a surface is created e.g. B. if something photosensitive Material from the cathode surface was deposited on an electrode.

Ein Teil der Ionen wird auf die photoempfindliche Oberfläche der Kathode auftreffen. Dies beeinträchtigt die photoelektrischen Eigenschaften des Materials, aus dem diese Oberfläche besteht, wodurch die Empfindlichkeit der photoelektrischen Schicht herabgesetzt wird. Ein wesentlicher Nachteil ist die Bildung eines Ionenflecks, der entsteht, wenn eine Konzentration der Ionen erfolgt, z. B. bei Verwendung eines Elektronenbeschleunigungsfeldes, welches, von der Photokathode aus gesehen, divergiert. Die Ionen bewegen sich in entgegengesetzter Richtung zu den Elektronen im wesent-Some of the ions will hit the photosensitive surface of the cathode. This affects the photoelectric properties of the material from which this surface is made, whereby the sensitivity of the photoelectric layer is lowered. A major disadvantage is the formation of an ion spot that occurs when the ions are concentrated, e.g. B. when using an electron acceleration field which, seen from the photocathode, diverges. The ions move in the opposite direction to the electrons essentially

lichen längs der Kraftlinien des elektrischen Feldes und werden dann an einem beschränkten Teil der Oberfläche der Photokathode gesammelt. Die geringere Empfindlichkeit dieses Teiles erzeugt im Bild einen dunklen Fleck.along the lines of force of the electric field and are then collected on a limited part of the surface of the photocathode. the lower sensitivity of this part creates a dark spot in the image.

Die Elektronenstrahlröhre nach der Erfindung ist derart eingerichtet, daß zwischen, der feldbildenden Elektrode und dem Auffangschirm ein praktisch feldfreier Raum vorhanden ist, in dem dasThe cathode ray tube according to the invention is set up in such a way that between, the field-forming Electrode and the collecting screen there is a practically field-free space in which the

ίο Potential einen niedrigeren Wert hat als der längs der Röhrenachse im Feld zwischen der Photokathode und der feldbildenden Elektrode auftretende höchste Potentialwert. Ein geringerer Potentialunterschied, der z.B. nicht mehr als einige Volt beträgt, genügt, um zu verhüten, daß die im feldfreien Raum entstehenden positiven Ionen die photoelektrische Kathode erreichen können.ίο potential has a lower value than the longitudinal the tube axis in the field between the photocathode and the field-forming electrode highest potential value. A lower potential difference, e.g. not more than some Volts is sufficient to prevent the positive ions arising in the field-free space from the photoelectric cathode can reach.

Es ist üblich, die Entladungsstrecke zwischen der photoelektrischen Kathode und dem Auffang-It is common to keep the discharge path between the photoelectric cathode and the collecting

ao schirm größtenteils von einer in der Regel als leitender Belag auf der Röhrenwand ausgebildeten Elektrode zu umgeben, welche das gleiche Potential wie der Auffangschirm hat oder demgegenüber wenigstens nicht mehr als einige Volt positiv ist.ao shield mostly from a conductive coating on the tube wall To surround electrode, which has the same potential as the collecting screen or opposite is at least no more than a few volts positive.

Sie wird im allgemeinen als Auffangelektrode bezeichnet; innerhalb dieser Elektrode erstreckt sich der feldfreie Raum. In der Röhre nach der Erfindung ist eine weitere Elektrode in geringerem Abstand von der photoelektrischen Kathode ange-It is commonly referred to as a collecting electrode; extends within this electrode the field-free space. In the tube according to the invention there is another electrode at a smaller distance from the photoelectric cathode

ordnet, weiche als felderzeugende Elektrode bezeichnet wird, da sie beim Anlegen einer gegenüber der Kathode positiven Spannung im wesentlichen den Verlauf des elektrischen Feldes für die photoempfindliche Kathodenfläche bedingt. Die der felderzeugenden Elektrode zugeführte Spannung ■ muß höher sein als die an der Auffangelektrode liegende Spannung. Die an die felderzeugende Elektrode anzulegende Spannung ist von deren Länge abhängig. Eine kurze Elektrode beansprucht eine höhere Spannung als eine lange Elektrode. Aus verschiedenen Gründen ist es aber erwünscht, den Spannungsunterschied zwischen dieser Elektrode und der Auffangelektrode klein zu halten, vorzugsweise nicht größer als etwa 5% der Beschleunigungsspannung. Die zwischen den beiden Elektroden gebildete Verzögerungslinse ist dann noch so schwach, daß sie die Elektronenstrecken praktisch nicht beeinflußt. Ferner haben dann auf die felderzeugende Elektrode auftreffende Elektronen, z. B. Elektronen, welche durch Sekundäremission am Auffangschirm ausgelöst sind, eine so geringe Geschwindigkeit, daß sie wenig Anlaß zur Ionenbildung geben. Die Ionenbildung an der Oberfläche der felderzeugenden Elektrode oder in deren Nähe muß nämlich weitgehendst vermieden werden, da dies der höchste im Feld auftretende Potentialbereich ist und kein Hindernis da ist, um zu verhüten, daß die Ionen die photoelektrische Kathode erreichen. Die Länge der felderzeugendenarranges, which is referred to as a field-generating electrode, as it is opposite when you apply it the positive voltage of the cathode essentially the course of the electric field for the photosensitive cathode surface conditional. The voltage applied to the field generating electrode ■ must be higher than the voltage on the collecting electrode. The to the field generating The voltage to be applied to the electrode depends on its length. A short electrode claimed a higher voltage than a long electrode. For various reasons, however, it is desirable to keep the voltage difference between this electrode and the collecting electrode small, preferably no greater than about 5% of the accelerating voltage. The one between the two The retardation lens formed by electrodes is still so weak that it stretches the electron path practically not affected. Furthermore, electrons striking the field-generating electrode have z. B. electrons, which are triggered by secondary emission on the collecting screen, a so slow that they give little cause for ion formation. The formation of ions at the This is because the surface of the field-generating electrode or in its vicinity must be avoided as far as possible as this is the highest potential area occurring in the field and there is no obstacle to to prevent the ions from reaching the photoelectric cathode. The length of the field generating

So Elektrode muß daher nicht kleiner als deren Durchmesser sein, muß diesen aber vorzugsweise um nicht mehr als 25% überschreiten. Es wurde festgestellt, daß, wenn die Länge zwischen diesen Werten gehalten wird, der Potentialunterschied zwischen der Auffangelektrode und der felderzeugenden Elektrode unter 5%) der Beschleunigungsspannung liegen kann; bei der Maximallänge braucht der Unterschied nicht mehr als etwa 2% dieser Spannung zu sein.The electrode must therefore not be smaller than its diameter but must preferably not exceed this by more than 25%. It was determined, that if the length is held between these values, the potential difference between the collecting electrode and the field-generating electrode below 5%) of the acceleration voltage can lie; in the case of the maximum length, the difference does not need more than about 2% to be this tension.

Eine nähere Beschreibung von einigen Anwen" düngen der Erfindung folgt an Hand der Zeichnung, in der A more detailed description of some applications "fertilize the invention follows with reference to the drawing in which

Fig. ι eine als Bildwandler ausgebildete Elektronenstrahlröhre undFig. Ι an electron beam tube designed as an image converter and

Fig. 2 eine Fernsehaufnahmeröhre mit elektronenoptischer Verstärkung (Bildikonoskop) darstellt. Fig. 2 shows a television pickup tube with electron optics Represents reinforcement (image iconoscope).

Der Bildwandler nach Fig. 1 besteht aus einem zylindrischen Glasrohr 1, welches an beiden Enden mittels flachen Wänden 2 und 3 verschlossen ist.The image converter according to Fig. 1 consists of a cylindrical glass tube 1, which at both ends is closed by means of flat walls 2 and 3.

Auf der Endwand 2 ist eine photoelektrische Kathode angebracht, auf die mittels der Linse 4 ein Lichtbild projiziert wird. Die photoelektrische Kathode kann z. B. aus einer Cäsiumschicht 5 bestehen, welche auf die oxydierte Oberfläche einer dünnen, auf die Wand 2 niedergeschlagenen Silberschicht 6 aufgebracht ist. Auch läßt sich mit Antimon aktiviertes Cäsium, welches auf eine durchsichtige leitende Wandschicht niedergeschlagen ist, verwenden. Eine gut durchsichtige Schicht hinreichender Leitfähigkeit kann aus Iridium hergestellt sein. In der Nähe der photoelektrischen Kathode ist die feldbildende Elektrode 7 angebracht, welche die Form eines Wandbelages haben kann.A photoelectric cathode is attached to the end wall 2, to which the lens 4 a light image is projected. The photoelectric cathode can e.g. B. consist of a cesium layer 5, which on the oxidized surface of a thin layer of silver deposited on the wall 2 6 is applied. Also cesium activated with antimony, which is based on a transparent conductive wall layer is deposited, use. A well transparent layer sufficient conductivity can be made of iridium. Near the photoelectric The field-forming electrode 7, which is in the form of a wall covering, is attached to the cathode can.

Der weitere Teil des Raumes innerhalb der Röhre 1 ist vom leitenden Belag 8 umgeben. Dieser bildet ein. Ganzes mit einem Belag der Endwand 3 aus leitendem Werkstoff, für welchen gleichfalls ein Stoff gewählt wird, der bei hinreichender Leitfähigkeit zur Bildung einer Äquipotentialfläche durchfallendes Licht wenig absorbiert. Diese Schicht ist mit einem Leuchtstoff 9 bedeckt, und das von diesem Stoff ausgestrahlte Licht muß mit möglichst geringer Abschwächung von der Außenseite her beobachtet werden können.The further part of the space within the tube 1 is surrounded by the conductive covering 8. This forms a. Whole with a covering of the end wall 3 made of conductive material, for which also a Material is selected which, with sufficient conductivity, to form an equipotential surface poorly absorbed light passing through it. This layer is covered with a phosphor 9, and the light emitted by this substance must come from the outside with as little attenuation as possible can be observed forth.

Von den verschiedenen Punkten der photoelektrischen Kathodenfläche 5, welche von Licht getroffen werden, werden Photoelektronen in einem von der Belichtungsintensität abhängigen Maß ausgesandt. Die Elektronen werden vom Feld zwischen der Kathode und der Elektrode 7 nach dem leuchtenden Auffangschirm 9 beschleunigt. Die dazu erforderliche elektrische Spannung wird der Gleichstromquelle 10 entnommen, deren negative Klemme "5 mit der leitenden Schicht 6 der photoelektrischen Kathode und deren positive Klemme mit der Elektrode 7 verbunden ist. Mit der positiven Klemme der Spannungsquelle 10 ist auch die positive Klemme einer Spannungsquelle 11 niedriger Gleichspannung verbunden, an deren negative Klemme der leitende Belag 8 angeschlossen ist. Die photoelektrische Kathode kann z. B. 1000 Volt negativ gegenüber der feldbildenden Elektrode 7 sein, und der Belag 8 kann ein Potential haben, welches von 25 bis 50 Volt negativ gegenüber 7 ist.From the various points of the photoelectric Cathode surface 5, which are struck by light, are photoelectrons in one of the exposure intensity dependent amount sent out. The electrons are from the field between the cathode and the electrode 7 accelerated after the luminous collecting screen 9. The to it The required electrical voltage is taken from the direct current source 10, the negative terminal of which is "5 with the conductive layer 6 of the photoelectric cathode and its positive terminal with the electrode 7 is connected. With the positive terminal of the voltage source 10 is also the positive Terminal of a voltage source 11 low DC voltage connected to the negative Terminal the conductive coating 8 is connected. The photoelectric cathode can e.g. B. 1000 volts be negative with respect to the field-forming electrode 7, and the coating 8 can have a potential which is negative from 7 to 25 to 50 volts.

Die Geschwindigkeit der Photoelektronen ist so groß, daß das schwache gegenwirkende Feld zwischen den Elektroden 7 und 8 den Photoelektronenstrom nicht merklich beeinflußt. Dagegen ist dieses Feld hinreichend stark, um längs der Elektronenbahnen im feldfreien Teil des Raumes innerhalb der Röhre erzeugte positive Ionen zu hindern, die photoelektrische Kathode zu erreichen.The speed of the photoelectrons is so great that the weak opposing field between the electrodes 7 and 8 does not noticeably affect the photoelectron current. Against this is this Field sufficiently strong to be along the electron orbits in the field-free part of space within to prevent positive ions generated by the tube from reaching the photoelectric cathode.

In Fig. 2 ist der Wandbelag 8 auf ein niedrigesIn Fig. 2, the wall covering 8 is on a low

ίο positives Potential von einigen Volt gegenüber dem Auffangschirm für die Elektronen gebracht, da in einer Fernsehaufnahmeröhre eine große Menge von Sekundärelektronen auftreten:. Dieser Schirm ist von der üblichen· Bauart und kann aus einer Metallplatte 12 bestehen, welche von dem in der Röhrenwand 3 festgeschmolzenen Träger 13 gehalten wird. An der der photoelektrischen Kathode 5 zugekehrten Seite kann die Platte 12 mit sehr vielen, gegenseitig isolierten Elementen 14,ίο positive potential of a few volts opposite brought to the collecting screen for the electrons, as there is a large one in a television tube Amount of secondary electrons occur: This screen is of the usual type and can be made from consist of a metal plate 12, which is supported by the support 13 that is fused solidly in the tube wall 3 is held. On the side facing the photoelectric cathode 5, the plate 12 can with very many mutually isolated elements 14,

z. B. aus Silber, bedeckt sein, welche auf einer Glimmerplatte angebracht sind. An Stelle getrennter Elemente kann eine halbleitende Schicht oder ein Stoff verwendet werden, dessen Dielektrizitätskonstante sich durch Elektronenaufprall ändert. Die von der photoelektrischen Kathode 5 aus von der felderzeugenden Elektrode 7 in Richtung des Auffangschirms beschleunigten Photoelektronen erzeugen ein Ladungsbild, und die dabei auftretenden Ladungsunterschiede werden dadurch neutralisiert, daß die Auftreffplatte mittels eines Elektronenstrahlbündels konstanter Geschwindigkeit abgetastet wird. Dieses Elektronenbündel wird von dem Elektrodensystem 15 erzeugt und mittels der Anode 16 beschleunigt, und außerdem ist noch ein konzentriertes Feld zwischen der Anode 16 und dem Wandbelag 8 vorhanden. Zur Ablenkung des Elektronenbündels, derart, daß die Auftreffstelle an dem Schirm über die Oberfläche bewegt wird, können in der Figur nicht dargestellte elektromagnetische Ablenkspulen verwendet werden. Der Ausgleich der Ladungsunterschiede bewirkt Stromänderungen in der Zuführungsleitung 17 zum Schirm. Letzterer ist über den Widerstand 18 mit Erde und folglich mit der Auffangelektrode verbunden.z. B. made of silver, which are attached to a mica plate. Instead of separate ones Elements can be used a semiconducting layer or a substance whose dielectric constant changes due to electron impact. From the photoelectric cathode 5 Photoelectrons accelerated by the field-generating electrode 7 in the direction of the collecting screen create a charge image, and the resulting charge differences are thereby neutralized that the target by means of an electron beam of constant speed is scanned. This electron bundle is generated by the electrode system 15 and by means of the anode 16 accelerates, and in addition there is still a concentrated field between the anode 16 and the wall covering 8 available. To deflect the electron beam in such a way that the point of impact Is moved on the screen over the surface, electromagnetic, not shown in the figure Deflection coils are used. The equalization of the charge differences causes changes in the current in the supply line 17 to the screen. The latter is connected to earth via resistor 18 and consequently to the collecting electrode tied together.

Bei der Erzeugung des Ladungsbildes und beim Ausgleich der Ladungsunterschiede werden Sekundärelektronen ausgelöst, welche größtenteils vom Wandbelag 8 abgeleitet werden müssen. Sie dürfen vorzugsweise nicht auf die felderzeugende Elektrode treffen. Der Wandbelag 8 ist daher auf ein gegenüber dem Träger 13 positives Potential geDuring the generation of the charge image and the equalization of the charge differences, secondary electrons are generated triggered, which for the most part have to be derived from the wall covering 8. they may preferably not to hit the field-generating electrode. The wall covering 8 is therefore on compared to the carrier 13 positive potential ge

bracht. Da sich der Belag 8 über den größten Teil des Abstandes zwischen der Photokathode 5 und dem Auffangschirm erstreckt, ist der Prozentsatz 55 der Elektronen, der auf die felderzeugende Elektrode auftreffen kann, sehr gering, und die Ionenbildung erfolgt hauptsächlich im Bereich innerhalb des Belags 8. Das Potential in diesem Bereich hat einen niedrigeren Wert als der im Feld zwischen 60 der photoelektrischen Kathode 5 und der felderzeugenden Elektrode 7 auftretende Maximalwert. Die Ionen können die Photokathode daher nicht erreichen.brings. Since the coating 8 is over most of the distance between the photocathode 5 and the collecting screen is the percentage 55 of the electrons falling on the field generating electrode can impinge, very little, and the ion formation takes place mainly in the area within of the pavement 8. The potential in this area has a lower value than that in the field between 60 the photoelectric cathode 5 and the field generating electrode 7 occurring maximum value. Therefore, the ions cannot reach the photocathode.

In den beiden Figuren ist noch die Fokussierspule 19 dargestellt, welche dazu dient, von der photoelektrischen Kathode ein Bild auf dem Auffangschirm zu entwerfen.In the two figures, the focusing coil 19 is also shown, which is used by the photoelectric cathode to design an image on the capture screen.

Claims

PATENT CLAIMS: T3

1. Cathode ray tube with a photoelectric Cathode for converting a light image into an electron image, a field-generating one Electrode and a collecting screen for the electrons, characterized in that between the field-generating electrode and the collecting screen is a practically field-free space, its potential has a lower value than that along the tube axis in the field between the photocathode and the field-generating electrode.

2. Cathode ray tube according to claim 1, characterized in that the field-free space over most of the distance between the photocathode and the collecting screen extends within a collecting electrode for those originating from the collecting screen Secondary electrons. .

3. Cathode ray tube according to claim 1 or 2, characterized in that the length of the field-generating electrode is not smaller than the diameter and no longer this than 25%.

4. Device with a cathode ray tube according to one of the preceding claims, characterized in that the field-generating electrode has a positive voltage with respect to the photoelectric cathode which is the potential difference between the photoelectric cathode and the collecting screen for the electrons by no more than 5%.

1 sheet of drawings

9530 7.54