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Bildspeicherröhre mit Vorabbildung Die Erfindung bezieht sich auf
speichernde Bildsenderöhren, bei denen ein optisches Bild in ein elektrisches Ladungsbild
umgewandelt und durch Abtastung in eine Folge elektrischer Signale überführt wird.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Bildspeicherröhre
von einfachem Aufbau anzugeben, bei der ein optisches Bild zur Erzeugung eines Ladungsbildes
verwendet wird, welches dazu dient, einen Strom von Elektronen seiner Intensität
nach zu steuern. Im folgenden wird auf die Figuren Bezug genommen, die ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung darstellen. Fig. i zeigt einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße
Röhre mit einer Schaltung zum Betrieb derselben.
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Fig. 2 zeigt im Querschnitt einen Teil des verwendeten Mosaikgitters.
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Die vorzugsweise verwendete Form besteht aus einer Glashülle, die
an dem einen Ende mit einem durchsichtigen Fenster 2 versehen ist, durch welches
ein optisches Bild mittels der Linse q. auf eine durchscheinende Photokathode 5
geworfen wird, die auf der Innenwand der Röhre niedergeschlagen ist. An Stelle der
Photoschicht kann auch ein photoempfindliches Netz vorgesehen
werden.
Innerhalb der Röhre befindet sich im gewissen Abstand von der Kathode 5 eine netzförmige
Beschleunigungselektrode 6 mit großem Öffnungsverhältnis. Auf der der Kathode abgewandten
Seite dieser Beschleunigungselektrode 6 ist eine gitterförmige Speicherelektrode
7 mit sehr feinen Maschen angeordnet, z. B. ein Metallschirm mit etwa 16o Maschen
pro Zentimeter. Dieses Netz ist auf der der Beschleunigungselektrode zugewandten
Seite gleichmäßig mit Isoliermaterial überzogen. Der isolierende Überzug kann auf
irgendeine bekannte Weise hergestellt werden, z. B. durch Aufspritzen oder Aufstäuben
eines leicht oxydierenden Stoffes, der, wenn oxydiert, eine isolierende Schicht
bildet. Insbesondere kann Aluminium für diesen Zweck verwendet werden, oder es können
isolierende Oxyde in feiner Verteilung zusammen mit einer verdampfenden Flüssigkeit
aufgebracht werden. Auf der der Kathode abgewandten Seite des Speichergitters ist
ein Kathodenstrahlsy stem angeordnet, dessen unabgelenkter Strahl mit der Röhrenachse
zusammenfällt. In der Fig. i besteht das Kathodenstrahlsystem aus der Äquipotentialkathode
io, die durch den Heizdraht i i geheizt wird und aus einer als Anode geschalteten
Blende 12. Der größte Teil des Elektronenweges zwischen der Anode und dem Schirm
7 ist von einem leitenden Wandbelag 14 umgeben, der mit der Anode 7 durch den Draht
15 elektrisch verbunden ist. Die Anode 12 und der Wandbelag 14 sind über die Verbindung
16 geerdet. Der Heizdraht i i wird mit der üblichen Heizspannungsquelle 17 verbunden
und die Glühkathode io an den negativen Pol der Gleichspannungsquelle 18 gelegt,
deren positiver Pol geerdet ist. Die Photokathode 5 ist ebenfalls mit dem negativen
Pol einer Gleichspannungsquelle 1g verbunden, deren positiver Pol an Erde liegt.
Beide Spannungsquellen besitzen Spannungen von mehreren ioo Volt, jedoch wird vorzugsweise
das Potential der Glühkathode io etwas negativer eingestellt als das der Photokathode
5, wobei die Spannungsdifferenz nur wenige Volt betragen mag, z. B. 5 bis io Volt.
So. kann die Glühkathode io etwa an -q.05 Volt und die Photokathode 5 an -4oo Volt
gelegt werden. Das Speichergitter 7 ist geerdet. Die Beschleunigungselektrode 6
ist über einen Arbeitswiderstand 2o mit dem Potentiometerkreis 21 verbunden, wobei
der negative Pol der Batterie 22 geerdet ist. Mit Hilfe des Potentiometers kann
die Beschleunigungselektrode 6 auf einem positiven Potential von mehreren ioo Volt
gehalten werden. Die Bildsignale werden über die Leitung 24 direkt von der Beschleunigungselektrode
abgenommen. Der Kathodenstrahl wird in zwei zueinander senkrechten Richtungen durch
die Ablenkspulen 25 und 26 hin und her bewegt. An Stelle von Ablenkspulen können
natürlich auch Ab.lenkplatten verwendet werden.
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Wird nun das zu übertragende optische Bild auf die Photokathode 5
geworfen, so löst dieses einen Photoelektronenstrom aus. Das Elektronenbild wird
in der Ebene des Speichergitters 7 abgebildet, und zwar beispielsweise dadurch,
daß der etwa '/z bis 3 cm betragende Abstand der Elektroden 5, 6 und 7 von einer
Fokussierspule umgeben wird. Wählt man den Abstand der Elektroden 5, 6 und 7 wesentlich
geringer, beispielsweise in der Größenordnung von i mm, so genügen die elektrostatischen
Felder bereits allein zur Fokussierung des Elektronenbildes. Die von der Photokathode
unter dem Einfluß des optischen Bildes emittierten Elektronen werden durch das höhere
Potential der Elektrode 6 beschleunigt, gelängen durch den weitmaschigen Schirm
hindurch und fallen auf den Speicherschirm 7. In der Ebene des Speicherschirms 7
wird, wie oben dargestellt, eine elektronenoptische Abbildung erzielt. Das Elektronenbild
gelangt auf die ilolierende Oberfläche 9 des Speicherschirms 7 (s. Fig. 2) mit einer
Geschwindigkeit, die der Potentialdifferenz zwischen Photokathode und Speicherschirm
entspricht. Dadurch entsteht an der Oberfläche der isolierenden Schicht eine Sekundäremission.
Die Sekundärelektronen werden auf die Beschleunigungselektrode gezogen, deren Potential
um den durch Einstellung des Potentiometers 21 gegebenen Betrag höher ist, und daher
von der Beschleunigungselektrode gesammelt. Dieser Elektronenstrom bildet die sogenannte
Gleichstromkomponente der Bildsignale und entspricht der mittleren Helligkeit des
optischen Bildes. Die Sekundärelektronen verursachen auf der isolierenden Schicht
9 des Speicherschirms eine positive Ladung, deren Betrag von der Zahl der auf das
Isoliermaterial auftreffenden Photoelektronen abhängt. Diese Zahl ist wiederum eine
Funktion der Helligkeit des optischen Bildes auf den verschiedenen Elementarbereichen
der Photokathode. Auf diese Weise wird also ein positives Ladungsbild auf der Oberfläche
9 erzeugt, das in jeder Hinsicht dem optischen Bild entspricht. Auf der metallischen
Rückseite des Speichergitters 7, die -der Anode 12 zugewandt ist, findet eine Abtastung
durch die von dem Elektronenstrahlsystem ausgehenden Kathodenstrahlen statt, deren
Auftreffbereich etwa von der Größenordnung eines Bildpunktes ist. Bei Einhaltung
der angegebenen Spannungsbedingungen haben die Elektronen des Kathodenstrahls eine
hinreichende Geschwindigkeit, um eine Sekundäremission beim Aufprall auf die metallische
Seite des Schirms auszulösen. Es kann vorteilhaft sein, die metallische Rückseite
des Schirms einer besonderen Behandlung zur Erhöhung des Sekundäremissionsfaktors
zu unterziehen. Die an der Metallseite des Speichergitters 7 emittierten Sekundärelektronen
werden natürlich geringe Emissionsgeschwindigkeit haben und gelangen daher unter
dem Einfluß der positiven Ladungen auf die Isolierschicht 9, wobei diese letzteren
Ladungen einen Potentialgradienten erzeugen, der die Sekundärelektronen durch die
Öffnungen in dem Schirm hindurchzieht. Die Zahl der hindurchtretenden Elektronen
ist proportional dem Betrag der positiven Ladungen auf der Isolierschicht 9 an den
Punkten der Sekundärelektronenerzeugung auf der Metallrückseite. Einige der
durch
die Maschen hindurchtretenden Sekundärelektronen neutralisieren die positiven Ladungen
auf der Isolierschicht, während die Mehrzahl derselben auf den Schirm 6 zu beschleunigt
und dort gesammelt wird. Infolgedessen wird auf der Signalelektrode außer der schon
erwähnten sogenannten Gleichstromkomponente ein schwankender Elektronenstrom aufgefangen,
der über die Zuführung 24 eine Folge von Bildsignalen liefert.
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Ein gewisser Bruchteil des abtastenden Elektronenstrahls wird durch
die Öffnung des Speichergitters ohne Aufprall hindurchtreten. Von diesem wird der
größte Teil geradeswegs durch die Beschleunigungselektrode 6 hindurchfliegen und
von der Photokathode aufgefangen werden, da diese, wie weiter oben ausgeführt, auf
einem um wenige Volt positiveren Potential als die Anode 12 gehalten wird. Infolgedessen
kann außer der geringen Zahl von Primärelektronen, die von den Drähten der Beschleunigungselektrode
6 aufgefangen werden, keine der Primärelektronen des Kathodenstrahls das Bildsignal
beeinflussen. Infolgedessen ist es möglich, den Bildstrom bei Abwesenheit von Licht
auf dem optischen Bild nahezu völlig zum Verschwinden zu bringen. Beim Betrieb der
erfindungsgemäßen Röhre hat es sich ergeben, daß eine positive Ladung der Größenordnung
von i Volt auf der isolierenden Oberfläche des Speichergitters ausreichend ist,
um eine Sättigung des auf der metallischen Rückseite ausgelösten Sekundärelektronenstromes
zu erreichen. Vorzugsweise wird daher das Potential der Beschleunigungselektrode
6 so eingestellt, daß sich ein Gleichgewichtszustand bezüglich der auftreffenden
Elektronen und der durch diese ausgelösten Sekundärelektronen einstellt, wenn auf
der Isolieroberfläche 9 eine positive Ladung von i Volt für die hellsten Punkte
des optischen Bildes erreicht ist. Die Zeit, in der dieser Gleichgewichtszustand
erreicht werden kann, wird angenähert gleich der Zeit zwischen zwei Abtastungen
gewählt.
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Aus diesem Grunde kann der Potentialunterschied zwischen der Photokathode
5 und der Speicherelektrode 7 auf einen solchen Wert eingestellt werden, für den
das Gleichgewicht bei einer positiven Ladung von i Volt auf der isolierenden Oberfläche
erzielt ist und ebenso die Lichtintensität der hellsten Teile des optischen Bildes
so gewählt werden, daß die zur Speicherung einer positiven Ladung von i Volt benötigte
Zeit angenähert gleich der Zeit zwischen zwei Abtastungen ist. Es wird darauf hingewiesen,
daß der Wert von i Volt natürlich nur für eine bestimmte Maschenweite und bestimmte
Eigenschaften der Isolierschicht und der metallischen Rückseite zutreffend gewählt
ist und daß bei anderen Bedingungen sehr wohl auch ein anderer Betrag für die maximale
Ladungsspeicherung eingestellt werden kann.