DE917328C - Halbleiterbildwandler - Google Patents

Description

• Halbleiterbildwandler Die Erfindung beschäftigt sich mit dem bekannten Halbleiterbildwandler.
• Die Wirkungsweise eines Bildwandlers wird an Hand der Fig. i erläutert.
• In einem seitlichen Ansatz des Glaskolbens i befindet sich ein normales Elektronenstrahlerzeugungssystem, bestehend aus der Glühkathode 2, der Wehneltelektrode 3 und der als Wandbelag ausgeführten Anode q.. Erteilt man der Anode eine positive Vorspannung von beispielsweise -h 5ooo V, der Wehneltelektrode eine negative Vorspannung von beispielsweise --i5o V, so liefert das System im Hochvakuum ein divergentes Strahlenbündel, d. h. die Gesamtheit der Elektronen, die das Strahlsystem verlassen, bildet einen Kegel, dessen Spitze in der Nähe der Kathode gelegen ist. In dem mittleren kugelförmigen Teil des Glaskolbens i werden nun die Elektronen durch ein senkrecht zur Zeichenebene wirkendes, angenähert homogenes Magnetfeld 5 um einen bestimmten Winkel abgelenkt und gelangen in eine trichterförmige Erweiterung des Glasgefäßes, in dem sich die Ringelektroden 6, 7 und 8 befinden. Diese Ringelektroden werden an einstellbare elektrische Spannungen gelegt upd erzeugen auf diese Weise eine Linsenwirkung, die im Verein mit der Konzentrationsspule g die Bahnen der Elektronen so umlenkt, daß ein telezentrischer, elektronenoptischer Strahlengang entsteht: Anschließend an die Ringelektroden ist in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung im Innern des Entladungsgefäßes ein aus dünnen Drähten bestehendes Netz io angebracht, dessen Potential etwa gleich dem Anodenpotential von beispielsweise -I- 5000 V gewählt wird. Am Boden des Glasgefäßes mögen sich eine strahlenempfindliche Halbleiterschicht i i sowie die angenähert auf Kathodenpotential gelegte Leitschicht 12 befinden. Ein geeignetes Material für die Halbleiterschicht ist beispielsweise amorphes Selen, dessen Schichtdicke für sichtbare Strahlung in der Größenordnung i bis 2,u, für Röntgenstrahlung bzw. ;-Strahlung in der Größenordnung 5 bis loo ,u gewählt wird. Andere bekannte, für Ultrarotstrahlung geeignete Schichten bestehen aus Bleisulfid bzw. Bleiselenid. In jedem Fall muß durch dieWahl der Präparationsbedingungen darauf geachtet werden, daß der spezifische Widerstand der Schichten möglichst hoch ist, zweckmäßig höher als 1o10 f cm.
• Zwischen der Wandanode q. bzw. dem Netz io und der Halbleiterschicht i i bildet sich ein Verzögerungsfeld, das die einfallenden Elektronen angenähert auf die Geschwindigkeit o abbremst: Ein Teil der Elektronen dringt dann in die Halbleiterschicht ein, durchsetzt die Schicht und gelangt schließlich zu der dünnen Leitschicht 12. Diese die Schicht durchsetzenden Elektronen erzeugen in ihr einen Spannungsabfall, dessen Größe von der einfallenden Strahlenmenge abhängig ist. Diese Strahlung kann beispielsweise aus der Röntgenröhre 13 stammen, welche den Gegenstand 14 durchsetzt und durch örtlich verschiedene Absorption des Gegenstandes auf der Halbleiterschicht i i ein Röntgenbild erzeugt. Sofern mit sichtbarem Licht gearbeitet wird, kann die erregende Strahlung auch ein Lichtbild sein, das mit bekannten optischen Mitteln auf die Halbleiterschicht entworfen wird. Wenn die Bestrahlungsstärke der Halbleiterschicht von Ort zu Ort verschieden groß ist, wird sich in der Schicht ein örtlich verschiedener Widerstand einstellen und ein Potentialgebirge aufbauen. Durch das Potentialgebirge wird der Teil der einfallenden Elektronen, der die Schicht nicht durchsetzt, wie bei einem Elektronenspiegel reflektiert. Die reflektierten Elektronen gelangen nach Durchsetzen des Netzes und der Ringelektroden wieder in den kugelförmigen Teil des Entladungsgefäßes und werden von dem magnetischen Trennfeld 5 gemäß Fig. i auf diese Weise abgelenkt. Sie- kommen in einen seitlichen Ansatz des Entladungsgefäßes und schließlich auf den Leuchtschirm 15. Dabei werden die Elektronen unter Mitwirkung der Leitschicht 2o zweckmäßig nochmals stark beschleunigt, z. B. auf ein Potential von + 2o kV. Durch weitere Konzentrationsmittel, z. B. eine Spule 16, wird erreicht, daß auf dem Leuchtschirm 15 ein Bild der Halbleiterschicht i i entsteht. Dieses Bild entspricht den Helligkeitswerten der Strahlung auf der Halbleiterschicht i i und wird entweder mit unbewaffnetem Auge oder durch eine Lupe 17 betrachtet. In manchen Fällen kann es vorteilhaft sein, die Divergenz des Strahlenbündels dadurch zu vergrößern, daß mittels der Ablenkspulen 18 dem Bündel eine rasterförmige Ablenkung durch: Zuführung von Kippschwingungen aufgedrückt wird. In diesem Fall kann es vorteilhaft sein, durch eine Konzentrationsspule- 19 die Divergenz des statischen Bündels zu verändern. Ziel dieser :Maßnahme ist die Erzielung einer konstanten Stroimdichte auf der Halbleiterschicht i i.
• Gemäß der Erfindung wird die Verwendung eines Führungsfeldes für die abgebremsten und Bespiegelten Elektronen vorgeschlagen. Dieser Cedanlte ist bei Fernsehröhren bekannt (s. Vidicon und Orthicon). DieÜbertragung dieses bei Fernsehröhren bekannten Prinzips auf den Halbleiterbildwandler hat insofern eine neuartige, überraschende Wirkung, als die gespiegelten Elektronen beim Halbleiterbildwandler zur Erzeugung eines Elektronenb,ildes verwendet werden, während bei den Fernsehröhren, die mit einem Führungsfeld arbeiten, durch diese Maßnahme nur die Erhöhung der B@ildgeberimpulse angestrebt wird. An Hand der Fig. 2 wird dieser Erfindungsgedanke näher erläutert.
• Unter der Annahme, daß die Halbleiterschicht von einer Strahlung getroffen wird, deren Stärke von Ort zu Ort schachbrettartig verteilt ist, stellt sich auf der Oberfläche der Halbleiterschicht eine schachbrettartige Ladungs- bzw. Spannungsverteilung ein. Dadurch entstehen aber unmittelbar vor der Halbleiterschicht tangential wirkende Feldstärken El, E2, die von Ort zu Ort ihre Richtung wechseln. Das Führungsfeld verhindert nun, daß sowohl die primär einfallenden Elektronen als auch die -eflektierten Elektronen durch die tangentialen Feldstärkekomponenten El, E2 aus ihrer Richtung abgelenkt werden und dadurch zu Bildfehlern bzw. Bildunschärfen Anlaß geben. Da nämlich das Führungsfeld die Elektronen zu Spiralbahnen zwingt, können sie den tangentialen Feldstärkekomponenten nicht folgen. Vielmehr folgen die Elektronen bei kleinen Strahlgeschwindigkeiten im wesentlichen den Linien der magnetischen Feldstärke, und man erkennt, daß auf diese Weise, die elektronenoptischen Abbildungsbedingungen für die, gespiegelten Elektronen verbessert werden. Eine derartige elektronenoptische Abbildung der zurückdiffundierenden Elektronen ist bei den Fernsehröhren (Orthicon bzw. Vidicon) nicht vorgesehen, und hierin liegt der wesentliche Unterschied der Erfindung gegenüber dem Bekannten.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE; i. Nach dem Prinzip des Elektronenspiegels arbeitender Halbleiterbildwandler, dadurch gekennzeichnet, daß sich die strahlenempfindliche Halbleiterschicht in einem angenähert homo, genen Magnetfeld befindet, dessen Kraftlinien die Photokathode senkrecht durchsetzen und das für die auftreffenden Primärelektronen sowie für die zurückdiffundierenden, gespiegelten Elektronen als Führungsfeld dient.
2. 2. Halbleiterbildwandler nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenoptik in an sich bekannter Weise so, dimensioniert ist, daß ein webt geöffnetes Elektronenbündel entsteht.
3. 3. Halbleiterbildwandler nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das primäre Elektronenbündel gegebenenfalls nach elektrischer oder magnetischer Fokussierung mit Hilfe elektrischer Kippschwingungen nach Art eines Fernsehrasters ablenkbar ist, so daß die zur Bildzerlegung beitragende Stelle der Halbleiterschicht im Zeitmittel mit angenähert konstanter Stromdichte beaufschlagt wird. q.. Halbleiterbildwandler nach Anspruch i, a oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe der Halbleiterschicht zusätzlich zu dem magnetischen Führungsfeld eine elektrische Linse wirksam ist, welche im Verein mit dem Führungsfeld dafür sorgt, daß die, Primärelektronen senkrecht auf die Halbleiterschicht auftreffen. Halbleiterbildwandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Halbleiterschicht ein aus dünnen Drähten bestehendes Netz angebracht ist und daß zwischen der Halbleiterschicht und diesem dünnen Drahtnetz das zur Elektronenspiegelung benötigte Verzögerungsfeld angelegt ist. 6. Halbleiterbildwandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Trennung des primären und des sekundären Elektronenstrahlenganges in an sich bekannter Weise ein senkrecht zur Elektronenströmung angelegtes Magnetfeld angewendet wird und daß sich das Magnetfeld an einer Stelle hoherElektronengeschwindigkeit befindet. 7. Halbleiterbildwandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gespiegelten Elektronen nach der Ablenkung durch das Magnetfeld nochmals beschleunigt und durch weitere Konzentrationsmittel auf einen Leuchtschirm derart gebündelt werden, daß auf dem Leuchtschirm ein vorzugsweise verkleinertes Wiedergabebild des primären Licht- bzw. Röntgenbildes entsteht: B. Halbleiterbildwandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Wiedergabebild durch eine Lupe betrachtet wird und daß ferner in an sich bekannter Weise optische oder elektronenoptische Mittel zur Aufrichtung bzw. Drehung dieses Wiedergabebildes in eine gewünschte Richtung vorgesehen sind. g. Halbleiterbildwandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtschirm sich an einer Stelle befindet, die von der die Halbleiterschicht erregenden Strahlung nicht getroffen wird, und zu diesem Zweck das magnetische Ablenkfeld so stark gemacht wird, daß die gespiegelten Elektronen ihre Richtung in dem Magnetfeld um etwa go'° ändern. io. Halbleiterbildwandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die strahlenempfindliche Halbleiterschicht auf dem Boden eines Kolbens von der Form der bekannten Braunschen Röhren für die Fernsehwiedergabe befindet, also räumlich verhältnismäßig groß ausgedehnt ist. i i. Abänderung des Halbleiterbildwandlers nach Anspruch io, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden des Bildwandlers halbkugelförmig ausgebildet ist und die Halbleiterschicht auf einer besonderen ebenen; metallischen oder nichtmetallischen Trägerplatte; z. B. einer mit einer strahlendurchlässigen Leitschicht versehenen Glimmerplatte, aufgebracht ist. 1a. Halbleiterbildwandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Halbleiterschicht einen spezifischen Dunkelwiderstand von mehr als iolO S2 cm aufweist. 13. Halbleiterbildwandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein röntgenempfindlicher Halbleiter, speziell eine Schicht von amorphem Selen, verwendet wird. 1q.. Halbleiterbildwandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle eines einzigen Elektronenstrahles in an sich bekannter Weise zwei Elektronenstrahlen und entsprechend zwei Strahlerzeugungssysteme vorgesehen sind, wobei die Kathode des einen Systems auf ein höheres Potential gelegt wird als die Kathode des anderen Systems, und daß das Potential der Leitschicht unter der Halbleiterschicht so eingestellt wird, daß nur die Elektronen des einen Strahlsystems die Schicht durchsetzen, während die Elektronen des anderen Strahlsystems ausschließlich gespiegelt werden. 15. Halbleiterbildwandler nach Anspruch 1q., dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Strahlerzeugungssysteme unmittelbar nebeneinander angeordnet sind, deren Strahlen gegebenenfalls derselben Konzentrations- und Ablenkeinrichtung unterworfen sind, so daß sich die Elektronenkegel der beiden Strahlen zumindest teilweise durchdringen. 16. Halbleiterbildwandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung der Halbleiterelektrode und die am Betrachtungsschirm oder einer Zwischenelektrode liegende Saugspannung in an sich bekannter Weise derartig impulsmäßig steuerbar ist, daß die Halbleiterschicht in einem bestimmten Zeitintervall nur aufgeladen wird, ohne daß ein Bild entsteht, und in einem darauffolgenden Zeitintervall bei gleichzeitiger Bilderzeugung nur abgetastet wird. 17. Halbleiterbildwandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch seine Verwendung zur Betrachtung photographischer Negative, indem diese Negative in an sich bekannter Weise auf die Halbleiterschicht des Bildwandlers abgebildet und durch den Entladungsmechanismus des Bildwandlers auf dem Leuchtschirm als positives Bild sichtbar gemacht werden, wobei die Halbleiterschicht des Bildwandlers aus an sich bekannten Halbleitermaterialien, wie Selen, Antimontrisulfid, Kadmiumsulfid, sowie aus anderen Seleniden oder Sulfiden besteht.