DE1089895B - Elektronischer Bildverstaerker - Google Patents

Description

Die Erfindung¹ betrifft einen elektronischen Bildverstärker, bestehend aus einer Photoelektrooenbildquelle, einem Schirm zum Umwandeln von Elektronenenergie in sichtbare Strahlungsenergie und aus. einer Reihe von zwischen Bildquelle und Schirm angeordneten, Elektronenvervielfacherstufen bildenden Elektroden, die auf einem von der Bildquelle am nächsten liegenden zu der dem Schirm am nächsten liegenden Elektrode ansteigenden positiven Potential gehalten werden.

In Vorrichtungen dieser Art dient ein Photoelektronenbild, das durch das Fokussieren eines Lichtbildes oder eines Bildes, von anderer Energieform auf eine Photoemissionsoberfläche projiziert wird, dem Aussenden, von in bestimmten. Raummustern verteilten Elektronen. Diese Elektronen werden, beschleunigt oder vervielfacht oder in anderer Weise mit einer höheren Energie versehen und treffen., wahrend sie noch immer im wesentlichen in, demselben Raummuster verbleiben, auf einen Schirm, beispielsweise einen Fluoreszenzschirm, wodurch das ursprüngliche Elektronenbild als sichtbares Bild reproduziert wird. Es kann daher dieser Schirm als Speicherelektrode einer Fernsehsignale erzeugenden Rohre verwendet werden.

Hierbei handelt es sich um Vorrichtungen, bei denen die Oberflächengrundfläche des originalen Photoelektrcnenbildes in Flächenelemente zerlegt ist, um eine große Anzahl derartiger Flächenelemente in. beiden Richtungen zweier Dimensionen, zu erhalten, wobei jedem Flächenelement ein getrennter Kanal zugeordnet ist, der eine Zahl von Elektronenvervielfacherstufen aufweist, und wo jeder Kanal von der Ebene des Pho'toelektrcneiiibildes bis zu dem am Ende des Kanals angeordneten Schirm reicht.

Es ist bereits eine elektronische Bildverstärkervorrichtung bekannt, bei der zwischen der Photoemissionsschicht und der Fluoreszenzschicht ein Satz parallel liegender Röhren angeordnet ist. Diese parallel liegenden Röhren sollen den Elektrcnenfiuß in. festen Bahnen führen. Außerdem soll eine Elektronenverstärkung' dadurch bewirkt werden, daß die Elektronen unter dem Einfluß eines überlagerten, Wechselfeldes mehrfach den, Röhrensatz durcheilen und dabei durch Zusammenstöße mit deren- aktivierten Wandungen Sekundärelektronen erzeugen. Diese Vorrichtung hat den Nachteil, daß die aus der Photoemissionsschicht durch Belichtung ausgelösten Elektronen die senkrecht vor der Auslösestelle befindlichen Röhren in axialer Richtung durchfliegen, so· daß praktisch zunächst keine Zusammenstöße mit der Rohrwandung eintreten. Da das Innere der Röhren feldfrei ist, findet innerhalb der Röhren, kein Ablenken der Elektronen statt. Die Ablenkung bei der bekannten Vorrichtung ist ungleich-

Anmelder:

National Research Development
Corporation, London

Vertreter: Dr. B. Quarder, Patentanwalt,
Stuttgart O, Richard-Wagner-Str. 16

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 30. November 1956

James Dwyer McGee, London,
ist als Erfinder genannt worden

artig, so· daß das auf dem Leuchtschirm erzeugte Bild nicht mit dem ursprünglich entworfenen Bild identisch, ist.

Alle diese Nachteile werden gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch vermieden, daß jede der Elektronen aus mehreren, beispielsweise wabenartig angeordneten und mindestens auf einer Seite offenen Zellen besteht, deren Achsen alle die gleiche Winkelstellung zu den Begrenzungsebenen der zugehörigen Elektrode haben:, und daß jeweils zwei aufeinanderfolgende Elektroden dergestalt zueinander angeordnet sind, daß die Zellen der einen Elektrode mit den. Zellen der anderen Elektrode fluchten.

Die Zellenelektroden sind so geformt, daß die in der einen Stufe eines beliebigen Kanals erzeugten Sekundärelektronen durch das zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zellenelektroden bestehende elektrische Feld gezwungen werden,, auf einem kurvenförmigen Wege sich zur nächsten Zellenelektrode zu bewegen. Der größte Teil dieser Elektronen wird teilweise oder einzig durch das elektrische Feld gezwungen, in dem gleichen Kanal zu verbleiben.

Die Zellenelektroden weisen planparallele Stirnseiten auf, zu denen die Achsen der Zellen der Elektroden in einer Ebene schräg oder senkrecht angeordnet sind. Die Zellen der Elektroden, können an der der Photoelektronenbildquelle zugewandten Seite offen oder bedeckt sein. Für den Fall, daß die Zellen bedeckt werden, können entweder Sekundärelektronen emittierende innere Wände vorgesehen sein, deren, Stirnseiten mit einem Drahtgitter bedeckt sind, oder die Zellen können mit einer elektronendurchlässigen, sekundärelektronenemittierenden Membran bedeckt sein.

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Der elektronische Bildverstärker kann mit einem Stirnwand 2 eines Glasgefäßes 3 angeordnet. Die An-

die Zellenelektroden umschließenden Solenoid versehen Ordnung ist so getroffen, daß ein Lichtbild durch die

sein zwecks Erzeugung eines axial fokussierenden Stirnwand 2 hindurch auf der Photokathode 1 erzeugt

Magnetfeld.es. Ein axial fokussierendes Magnetfeld ist werden kann, wodurch Photoelektronen von der hinte-

dann vorzuziehen, wenn der zwischen den aufeinander- 5 ren Oberfläche der Photokathode 1 frei werden. Diese

folgenden Zellenelektroden befindliche Abstand wenige Phoitoelektronen erzeugen durch- ihre Verteilung in der

Zehntelmillimeter überschreitet oder wenn die Elek- Ebene der Photokathode 1 entsprechend dem auf der

tronenbildquelle genügend weit entfernt von der Stirn- Photokathode erzeugten Lichtbild ein Elektronenbild,

seite der ersten Zellenelektrode oder der Schirm ge- An dem entgegengesetzten· Ende des Glasgefäßes 3

nügend weit entfernt von der letzten Zellenelektrode io ist ein Fluoreszenzschirm 4 angeordnet, der die auf-

angeordnet ist, weil die Elektronen sonst so stark treffenden Elektronen in Lichtenergie umwandelt, wo-

divergieren können, daß dadurch eine nicht annehm- durch ein sichtbares Bild erzeugt wird, das durch die

bare Bildverschlechterung verursacht wird. transparente hintere Stirnwand 5 des Glasgefäßes 3

Zur Herstellung derartiger aufeinanderfolgender wahrgenommen werden kann.

Zellenelektroden wird bei allen Ausführungsformen des 15 Zwischen der Photokathode 1 und dem Schirm 4 sind

erfindungsgemäß ausgebildeten elektronischen Bildver- fünf Zellenelektroden 6,7, 8, 9 und 10 angeordnet. Jede

stärkers ein Verfahren bevorzugt, gemäß dem von einem dieser Elektroden besitzt eine Vielzahl von gerad-

zu einer kompakten Einheit vereinigten Röhrchenstapel wandigen Zellen, von denen einige bei der Zellenelek-

von gleichmäßiger und einheitlicher Struktur durch par- trode 10 mit der Ziffer 11 bezeichnet sind. Diese Zellen

allele Schnitte quer zu den Röhrchen aufeinanderfol- 20 erstrecken sich in zwei Dimensionen in Form einer

gende planparallele Scheiben abgeschnitten werden. rechteckigen, Fläche in zu der Photokathode 1 und dem

Alles Nähere über die Erfindung ergibt sich aus der Schirm 4 parallelen Ebenen, wie dies in Fig. 2 darge-

nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der stellt ist. Die Zellen können einen quadratischen, hexa-

Zeichnung, in der eine Anzahl im wesentlichen sehe- gonalen, polygonalen, oder kreisförmigen Querschnitt

matisch dargestellter Ausführungsbeispiele des erfm- 25 mit einem Durchmesser von etwa 0,25 bis 1 mm auf-

dungsgemäß ausgebildeten elektronischen Bildverstär- weisen. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel

kers· dargestellt ist. Im einzelnen zeigt haben die Zellen, einen kreisförmigen Querschnitt, wo-

Fig. 1 die Seitenansicht eines elektronischen Bild- bei die Herstellung dieser Elektroden aus einem Sta-

verstärkers gemäß der Erfindung, der fünf als Elek- pel von, runden Röhrchen erfolgt, wie dies später mit

tronenvervielfacherstufen ausgebildete Zellenelektro- 30 Bezug auf Fig. 3 im einzelnen beschrieben werden

den aufweist, wird. Die Länge der zellenförmigen Elektroden 6 bis

Fig. 2 die Vorderansicht der Zellenelektroden ge- 10 ist abhängig von der konstruktiven. Ausführungs-

mäß dem Schnitt II-II der Fig. 1, form des elektronischen Bildverstärkers, wie dies spä-

Fig. 3 die perspektivische Ansicht eines Teils eines ter mit Bezug auf die Fig. 4 bis 10 erläutert werden

Röhrenstapels, aus dem die Zellenelektroden herge- 35 wird,

stellt sind, Die Zellenelektroden 6 bis 10 sind mit ihren zuge-

Fig. 3 a die Draufsicht auf den in Fig. 3 dargestell- hörigen Zellen mit hoher Präzision ausgerichtet. Die

ten Röhrenstapel, fünf einander entsprechenden Zellen, der fünf Zellen-

Fig. 4 ein Diagramm des Aufbaues und der Wir- elektroden bilden zusammen einen einzigen Kanal zwi-

kungsweise einer Ausführungsform eines elektroni- 40 sehen der Photokathode 1 und dem Schirm 4, dessen

sehen Bildverstärkers gemäß der Erfindung, Achse eine Gerade bildet, die senkrecht auf der Ebene

Fig. 5 ein Diagramm des Aufbaues und der Wir- der Photokathode 1 und des Schirmes 4 steht. Die vorkungsweise einer weiteren. Ausführungsform eines deren und hinteren. Stirnseiten der hintereinander anelektronischen Bildverstärkers gemäß der Erfindung, geordneten Zellenelektroden weisen einen gegenseiti-

Fig. 6 ein Diagramm der elektrischen Felder zwi- 45 gen Abstand von etwa 0,12 bis 0,25 mm auf mit Aussehen zwei aufeinanderfolgenden gemäß der Fig. 5 an- nähme der Elektroden in der Anordnung gemäß den geordneten Elektroden, Fig. 8 bis 11.

Fig. 7 den Aufbau und die Wirkungsweise eines Vor der Elektrode 6 ist elektrisch isoliert von ihr elektronischen Bildverstärkers, in dem in jeder Stufe ein Drahtgewebegitter 12 angeordnet. Die Photo-Sekundärelektronen· durch den Einfall von Primär- 5° kathode 1, das Gitter 12, die Elektroden, 6 bis 10 und elektronen auf eine dünne Membran frei gemacht der Schirm 4 sind, durch die Wandung des Glasgewerden, fäßes 3 hindurch zu einer Anzahl von Klemmen. 13 ge-

Fig. 8 eine abgewandelte Ausführungsform der Vor- führt. Die Klemmen 13 sind mit den Anzapfpunkten

richtung gemäß der Fig. 7, 14 einer Gleichstromspannungsquelle, die als Batterie

Fig. 9 eine abgewandelte Ausführungsform der 55 15 dargestellt ist, verbunden. Hierdurch werden die

Vorrichtung gemäß Fig. 8 mit einer zusätzlichen Elektroden auf einem von der Photokathode 1 bis zum

magnetischen Fokussierung, Schirm 4 ansteigenden positiven Potential gehalten

Fig. 10 eine weitere Ausführungsform eines elek- mit Ausnahme des Gitters 12, das relativ zur Elektronischen Bildverstärkers gemäß der Erfindung, bei trode 6 und zur Photokathode 1 ein positives Potential dem die Achsen der Zellenelektroden schräg in einer 60 aufweist.

Ebene liegen, die rechtwinklig zu den Ebenen der Wie in Fig. 2 dargestellt, ist die Zellenelektrode 6

Photoelektronenbildquelle und des Schirmes angeord- aus zeilen- und reihenweise zusammengesetzten Zylin-

net ist, und derröhrchen; 16 und aus weiteren zeilen- und reihen-

Figvll eine Anordnung ähnlich der in Fig. 10 dar- weise angeordneten Zylinderröhrchen 17, die zusamgestellten Vorrichtung mit schräg geschnittenen ZeI- 65 men einen gemeinsamen, kompakten Stapel bilden, lenelektroden, wobei optische Lichtstrahlen an Stelle hergestellt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel von Photoelektronen auf die erste Zellenelektrode auf- bildet die Stirnseite des Röhrenstapels eine rechttreffen, eckige Fläche, in der in vertikaler und in horizontaler

Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung ist eine Richtung je sechzehn Röhrchen vorgesehen sind, so

Photokathode 1 hinter einer ebenen transparenten 70 daß also die Elektrode 6 sechzehn mal zechzehn Zellen

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aufweist. Die Elektroden. 7 bis 10 sind in gleicher Weise aufgebaut, so daß in. dem in dem Fig¹. I und 2 dargestellten elektronischen Bildverstärker sechzehn mal sechzehn Elektronenvervielfacherkanäle vorhanden sind.

Hieraus ergibt sich, daß die rechteckige Fläche der Photokathode 1 effektiv in sechzehn mal sechzehn Flächenelemente aufgeteilt ist, wobei jedes Flachen-■element seinen eigenen Elektronenvervielfacherkanal besitzt, der bis zu dem Fluoreszenzschirm 4 reicht, wo ■ die auf treffenden Elektronen in sechzehn mal sechzehn Flächenelementen Fluoreszenz erregen, um das ursprüngliche optische und Photoelektronenbild zu reproduzieren..

Selbstverständlich sind die Details des auf dem Fluoreszenzschirm 4 reproduzierten Bildes um so größer, je größer die Zahl der Grundflächenelemente ist. Die Art und Weise der Elektronenvervielfachung in jedem Kanal ist, wie unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 11 beschrieben werden wird, für jeden Kanal einer bestimmten Ausführungsform — ohne Rücksicht auf die Zahl der vorgesehenen Kanäle — dieselbe.

Wie in den Fig. 3 und 3 a dargestellt ist, sind die Zellenelektroden6-bis 10 aus einem einzigen Stapel von Röhrchen 16 und 17 hergestellt, wobei der Stapel in dar in, Fig. 2 dargestellten Weise durch zeilen- und reihenweise geschichtete Röhrchen 16 und 17 gebildet ist. Zu diesem Zweck sind die äußeren Oberflächen der Röhrchen mit einem Flußmittel überzogen und werden, nachdem sie zu einem Stapel von gleichmäßiger und einheitlicher Struktur zusammengefaßt sind, mittels eines Lötmittels, das in die in Fig. 3 a mit 18 bezeichneten schraffierten Zwischenräume eindringt, miteinander fest verbunden. Der auf diese Weise erhaltene Röhrchenstapel wird darin anschließend in Zellenelektroden von gewünschter Dicke geschnitten, wie es beispielsweise in Fig. 3 durch den teilweise vollendeten Schnitt bei C dargestellt ist.

Die Innenwandungen der Zellen einer jeden Elektrode sind zwecks Erzielung einer guten Sekundärelektronenemission mit einem geeigneten Material überzogen. Ein sehr zufriedenstellender Überzug ist beispielsweise eine Schicht von, Antimon, das durch Zäsium aktiviert ist. Es kann auch ein Überzug von Wismut verwendet werden, das durch Zäsium oder ein anderes geeignetes Alkalimetall aktiviert ist.

Beim Zusammenbau der Röhrchen 16 und 17 zu einem einheitlichen Stapel sind kleine Abweichungen beim Vereinigen der einzelnen Röhren, in der Praxis unvermeidlich. Hieraus ergibt sich, daß alle Zellenelektroden, die aus dem gleichen Röhrchenstapel hergestellt sind, miteinander korrespondierende Unregelmäßigkeiten aufweisen. Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß die hintereinander angeordneten Zellenelektroden 6 bis 10 durch die aufeinanderfolgenden abgeschnittenen Scheiben desselben Röhrchenstapels gebildet werden. Die gleichen Unregelmäßigkeiten erscheinen dann in allen Elektroden, und wenn die Elektroden als- ein Ganzes ausgerichtet werden, sind die einzelnen Zellen ohne Rücksicht auf diese Unregelmäßigkeiten genau ausgerichtet. Die Unregelmäßigkeiten in den. Zellenelektroden 6 bis 10 verschlechtern nicht die Arbeitsweise des elektronischen. Bildverstärkers. Sie tangieren lediglich die Regelmäßigkeit der Flächenelemente, in die das Bild unterteilt ist.

Eine andere Ausführungsform der Zellenelektroden, die für elektronische Bildverstärker gemäß der Erfindung — bei denen die Achsen der Zellen senkrecht zu den planparallelen Stirnseiten' der Elektroden ange- la ordnet sind — geeignet sind, umfaßt eine Platte aus einem geeigneten Glas, wie beispielsweise aus dem als »Photoform« bekannten und durch die Firma Comings Ltd. hergestellten Glas, das so geätzt ist, daß sich eine Zellenstruktur ergibt. Die Oberfläche der zellenförmigen Struktur des Glases wird anschließend durch Aufdampfen; einer geeigneten Metallschicht leitend gemacht.

Fig. 4 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines derartigen elektronischen Bildverstärkers, bestehend aus einer Photokathode 1, drei Elektronenvervielf acherelektro'den Q₁ 7 und 8 und aus einem Fluoreszenzschirm 4. Nur drei der vielen Kanäle sind gezeigt. Die korrespondierenden Zellen 11 der drei Elektroden 6, 7 und 8 sind genau fluchtend ausgerichtet und bilden hierdurch drei Kanäle, deren Achsen genau parallel liegen. Eine derartige Kanalachse ist in Fig. 4 durch die strichpunktierte Linie A dargestellt.

Zwischen der Photokathode 1 und der ersten Zellenelektrode 6 ist isoliert von der Elektrode 6 ein Drahtgeflechtgitter 12 angeordnet. Das Gitter 12 wird auf einem Potential gehalten, das etwa 50 Volt positiver als die Elektrode 6 und etwa 200 Volt positiver als die Photokathode 1 ist.

Vor jeder der Elektroden 7 und 8 ist jeweils ein weiteres Drahtgieflechtgitter 19 bzw. 20 vorgesehen, von denen das Gitter 19 mit der Elektrode 7 und das Gitter 20 mit der Elektrode 8 elektrisch leitend verbunden ist. Die Elektroden 7 und 8 und der Schirm 4 werden auf einem fortschreitend positiver werdenden Potential gehalten, wobei die Potentialdifrerenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Elektroden etwa bei 200 bis 500 Volt liegt.

Die Wege der Elektronen von der Photokathode 1 durch die aufeinanderfolgenden Elektronenvervielfacherstufen sind in Fig. 4 für den mittleren der drei schematisch gezeichneten Kanäle durch die gestrichelten Linien 21 annäherungsweise dargestellt. Die ein gegenüber dem mittleren Kanal liegendes Flächenelement der Photokathode 1 verlassenden Elektronen werden durch das positive Potential des Gitters 12 angezogen und passieren es. Hierbei werden die Elektronen durch das zwischen der Elektrode 6 und dem Gitter 12 befindliche elektrische Feld kurvenförmig abgelenkt, so daß sie auf der inneren Oberfläche 22 der Zelle auftreffen. Durch diesen. Elektronenstoß werden Sekundärelektromen ausgelöst, und zwar in einer die Zahl der auftreffenden Elektronen übersteigenden Zahl. Etwa fünf- bis zehnmal so viel Sekundärelektronen verlassen die Oberfläche 22 der Zelle, wie Primärelektronen aufgetroffen sind, so daß die Elektronenenergie im Kanal erhöht wird, und zwar so lange, wie mehr als 10 bis 20% der Primärelektronen Sekundärelektronen auslösen. Man kann es so einrichten, daß wesentlich mehr als die Hälfte der Primärelektronen auf die Zellenwände auftrifft, so daß mit Sicherheit eine effektive Elektronenvervielfachung in jeder Stufe erfolgt.

Nunmehr werden die Sekundärelektronen in einer zu der nächsten, Elektrode 7 weisenden Richtung auf einem ebenfalls kurvenförmigen Wege beschleunigt, wodurch die Elektronen der einen Zelle der Elektrode 6 das Bestreben haben, in die korrespondierende Zelle der Elektrode 7 einzutreten, also in dem gleichen Kanal zu verbleiben. Beim Auf treffen der eintretenden Elektronen auf der inneren Oberfläche der Zelle der Elektrode 7 werden· erneut Sekundärelektronien aus der Oberfläche herausgestoßen.

Dieser vermehrte Fluß von Sekundärelektronen wird in ähnlicher Weise längs eines kurvenförmigen

Weges zur nächsten — im vorliegenden Ausführungsbeispiel zur letzten — Zellenelektrode 8 beschleunigt, um auch hier weitere Sekundärelektronen frei zu machen. Diese zuletzt ausgelösten Sekundärelektronen bilden zusammen, mit den. Primärelektromen der vorhergehenden Stufen einen Elektronenstrom, der eine beträchtlich erhöhte Zahl von Elektronen umfaßt, die auf den Fluoreszenzschirm 4 auftreffen, um dort Lichtpunkte zu erzeugen, deren Helligkeit der einfallenden Elektronenenergie entspricht. Jeder Kanal der beschriebenen Vorrichtung arbeitet in gleicher Weise, so daß die anfängliche Energie des Photoelektronenstromes jedes Flächenelementes der Photokathode in dem zugeordneten. Kanal verstärkt und als Photoelektronenstrom mit erhöhter Elektronenenergie auf das entsprechende Flächenelement des Fluoreszenzschirmes 4 auftrifft. Hierdurch wird das ursprüngliche Phctoelektrcnenbild verstärkt und in ein entsprechendes optisches Bild umgewandelt.

Infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung der ZeI-lenelektroden 6, 7 und 8 und. der zwischen ihnen wirkenden elektrischen Felder ist es unwahrscheinlich, daß ein Elektron des einen Kanals in den angrenzenden Kanal entweichen kann, so daß das anfängliche Bilddetail kaum verschlechtert in dem sichtbaren Ausgangsbild erscheint.

Die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform ist der in Fig. 4 gezeigten sehr ähnlich. Übereinstimmende Teile sind daher mit derselben Bezugsziffer bezeichnet, jedoch sind die Drahtgeflechtgitter'19 und 20 der Einrichtung gemäß Fig. 4 weggelassen und dafür die Zellenelektroden 7 und 8 dicker ausgebildet worden als die in Fig. 4 dargestellten entsprechenden Elektroden

Während bei der Anordnung gemäß Fig. 4 das durch das Potential der vorhergehenden Elektrode erzeugte elektrische Feld infolge der Gitter 19 und 20 nicht in die Zellenelektroden 7 und 8 eingreifen, kann, wirkt es sich bei der Anordnung gemäß Fig. 5 in der in Fig. 6 vergrößert dargestellten Weise innerhalb der Zellen aus.

In Fig. 6 sind die drei Zellen, 11 der aufeinanderfolgenden, Elektroden 6, 7 und 8 auf ansteigenden, positiven Potentialen gehalten mit einer Potentialdifferenz von etwa 200 bis 500VoIt zwischen aufeinanderfolgenden Stufen. Bei gleichen Potentialdifferenzen und gleichen Abständen, zwischen den Elektroden verlaufen die elektrischen Felder in der in Fig. 6 durch die gestrichelten. Linien 24 dargestellten Weise. Wenn man. die Elektrode 7 betrachtet, so· ist innerhalb der Zelle 11 eine innere Randzone 23 zu erkennen, auf die die Kraftlinien des elektrischen Feldes gerichtet sind. Ein in. dieser Randzone befindliches Elektron wird daher in die Zelle hinein und auf die Zeilenwand bin. beschleunigt. Jenseits der Randzone 23 ist eine Randzone 22, wo die Kraftlinien gegen die nächste Elektrcde und weg von der Zellenwand gerichtet sind.

Der Weg eines angenommenen Elektrons ist durch die gestrichelte Linie 25 dargestellt. Ein die Elektrode 6 verlassendes Sekundärelektron, beschreibt also einen kurvenförmigen Weg in Abhängigkeit von der Zellenlänge und dem Zellendurchmesser der Elektrode 7 und trifft auf die entgegengesetzte Wand einer Zelle der Elektrode 7 in dem Gebiet 22 auf. Hierdurch wird eine größere Anzahl Sekundärelektronen aus der Elektrode 7 frei gemacht, die einem ähnlichen kurvenförmigen. Weg folgen und in dem entsprechenden Gebiet 22' der Elektrode 8 ebenfalls Sekundärelektrotien frei machen usw.

In. Fig. 7 ist das erste von drei Ausführungsbeispielen dargestellt, bei denen die Stirnseite der Zellenelektroden durch eine elektronendurchlässige und sekundärelektroneniemittierende Membran abgedeckt ist.

In Fig. 7 sind drei Kanäle eines elektronischen Bildverstärkers dargestellt, der aus einer Photokathode 1, einem Fluoreszenzschirm 4 und drei dazwischenliegenden Elektronenivervielfacherstufen mit den Zellenelektroden 6, 7 und 8 besteht. Die Achsen der Zellen und die Achsen der drei getrennten, durch die Zellen gebildeten Kanäle sind genau parallele Geraden, von denen die eine durch die strichpunktierte Linie A dargestellt ist.

Die Elektroden 6, 7, 8 und der Schirm 4 sind auf relativ zu der Photokathode 1 ansteigenden positiven Potentialen gehalteni, wobei die Potentialdifferenz zwischen¹ aufeinanderfolgenden Stufen etwa 200 bis 500 Volt beträgt.

Die Stirnseiten der Zellenelektroden, 6, 7 und 8 sind mit dünnen, Membranen 26, 27 bzw. 28 bedeckt. Zu diesem Zweck können; verschiedenartige Membranen verwendet werden. Eine derartige Membran besitzt als Träger beispielsweise ein. sehr dünnes Quarzplättchen, auf dessen von den, ankommenden Primärelektronen nicht getroffenen, Seite eine dünne Schicht von Antimon niedergeschlagen ist, die in der für Photozellen üblichen Weise mit Zäsium aktiviert ist. Auf diese Weise wird eine elektroiiendurchlässige und sekundärelektronenemittierende Schicht erhalten.

Die Trägerschicht kann auch ein Aluminiumoxydhäutchen sein, auf das eine durch Zäsium aktivierte Antimonschicht aufgebracht ist.

Die sekundärelektronenemittierende Schicht kann auch durch Zäsium oder durch ein anderes Alkalimetall aktiviertes Wismut sein.

Weiterhin ist es möglich, daß die Membran eine selbsttragende Schicht von mit Zäsium verbundenem Antimon: ist, wie sie in, lichtempfindlichen Schichten verwendet wird. Schließlich kann diese Membran aus einer Schicht von mit Zäsium verbundenem Antimon bestehen, die von einer dünnen Quarz- oder Aluminiumoxydfolie getragen wird.

Die Wirkungsweise einer Vorrichtung gemäß der Fig. 7 ist ähnlich den, vorstehend beschriebenen Vorrichtungen.

Der Weg eines die Photokathode 1 verlassenden Photo elektrons ist in. Fig. 7 durch die gestrichelte Linie 21 angezeigt. Ein, Elektron wird von der ersten Zellenelektrode 6 angezogen, wo es auf die Membran 26 auftrifft, sie durchdringt und dabei eine Anzahl von Sekundärelektronen frei macht. Die Sekundärelektronen wandern zu der Elektrode 7 und durchdringen auch hier die davorliegen.de Membran 27, wodurch weitere Sekundärelektronien frei werden,. Diese wandern nunmehr zu der Elektrode 8 und lösen weitere Sekundärelektronen in der beschriebenen Weise aus. Alle auf diese Art ausgelösten Sekundärelektronen treffen auf den Fluoreszenzschirm 4 auf, wo sie die zugeordneten Flächenelemente zum Fluoreszieren bringen.

Wie der Fig. 7 weiter zu entnehmen ist, sind die Zellenelektroden: 6, 7 so' angeordnet, daß ihre Rückseite jeweils dicht vor der Vorderseite der nächsten Zellenelektrode 7 bzw. 8 liegt, wobei der gegenseitige Abstand etwa 0,13 mm bis 0,25 mm beträgt. Auf diese Weise wird ein Streuen der Elektronen von einem Kanal zu einem daneben liegenden¹ Kanal und damit eine Bildverschlechterung weitgehend verhindert.

Die in. Fig. 8 dargestellte Vorrichtung ist der in Fig. 7 dargestellten. Vorrichtung sehr ähnlich, inso·- fern als auch hier die Vorderseite der Zellenelektro-

den durch elektronendurchlässige und sekundärelektronenemittierende Membranen abgedeckt ist. Ähnliche Elemente sind daher durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Bei dem in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispdel sind nur zwei Zellenelektroden 6 und 7 vorgesehen. Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ist ähnlich der Wirkungsweise der in Fig. 7 dargestellten Vorrichtung, wie dies der Elektronenweg' 21 zeigt. Jedoch sind in dem Falle der Fig. 8 die Zellenelektroden 6 und 7 kürzer ausgebildet, und der Abstand zwischen den Stirnseiten von aufeinanderfolgenden Elektroden ist entsprechend größen Die Beschränkung der Sekundärelektronen auf den Kanal, in dem sie erzeugt sind, wird teilweise durch den physikalischen Schirmeffekt der Zellenwandungen der Elektroden und teilweise" durch die Anwendung einer höheren Potential different zwischen aufeinanderfolgenden Elektroden erreicht. Bei der Vorrichtung gemäß der Fig. 8 beträgt die Potentialdifferenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zellenelektroden etwa 1000 bis 200OVoIt.

Der Aufbau der Vorrichtung gemäß Fig. 9 ist der gleiche wie bei Fig. 8, weshalb auch hier gleiche Elemente durch dieselben Bezugsziffern gekennzeichnet sind. Der Abstand zwischen den Stirnseiten, der aufeinanderfolgenden Elektroden ist groß, jedoch ist die Potentialdifferenz die gleiche wie bei der Vorrichtung gemäß Fig. 7. Ein zusätzlicher fokussierender Effekt wird in diesem Falle durch ein stromdurchfloesenes Solenoid 34 erreicht, das die Vorrichtung umschließt und ein axiales magnetisches Feld erzeugt.

Die in den Fig. 10 und 11 dargestellten Vorrichtungen unterscheiden sich von denen der vorhergehenden Figuren in der Weise, daß die Stirnseiten der Zellenelektroden zwar planparallele Flächen besitzen, die aber schräg zu den Zellenachsen verlaufen, und zwar unter einem Winkel von etwa 60· bis 70° in der Zeichenebene. Die zusammengehörigen Zellen der Zellenelektroden sind so ausgerichtet, daß sie Kanäle mit parallelen Achsen bilden, von denen eine mit A bezeichnet ist. Diese Achsen verlaufen schräg zu der Ebene eines Fluoreszenzschirmes 4.

Die in Fig. 10 dargestellte Vorrichtung besitzt eine Photokathode 1, einen Fluoreszenzschirm 4 und drei dazwischenliegende Zellenelektroden 6, 7 und 8. Die Elektroden 6, 7 und 8 weisen einen gegenseitigen Abstand von, etwa 0,5 mm auf. Vor der Elektrode 6 ist ein von ihr isoliertes Drahtgeflechtg'itter 12 angeordnet. Das Gitter 12 wird um etwa 50 Volt positiver gehalten als die Elektrode 6, wobei die Elektrode 6 etwa 200 bis 500' Volt positiver als die Photokathode 1 ist. Die Elektroden 7 und 8 sowie der Fluoreszenzschirm 4 werden auf ansteigend positivem Potential gehalten, wobei die Potentialdifferenz auch in diesem Falle etwa 200 bis 500 Volt beiträgt.

Die Wege der Photoelektronen von der Photokathode 1 und der Sekundärelektronen sind durch die gestrichelten Linien 21 dargestellt. Wenn man einen Punkt auf einer Achse eines Kanals zwischen der Elektrode 6 und der Elektrode 7 betrachtet, so· ist zu erkennen, daß die mehr positive Zellwand der Elektrode 7 sich oberhalb dieser Achse erstreckt, wie es in Fig. 10 dargestellt ist, während die mehr negative Zellwand sich unterhalb dieser Achse erstreckt. Hierdurch werden, die Elektronen zur Elektrode 7 hin beschleunigt und beschreiben einen kurvenförmigen Weg zwischen beiden Elektroden, wie dies durch die gestrichelten Linien 21 dargestellt ist. Ein ähnlich kurvenförmiger Weg wird von den Elektronen zwischen den Elektroden 7 und 8 zurückgelegt. Die von der Elektrode 8 ausgehenden Elektronen bewegen sich zu dem Fluoreszenzschirm 4, der hierdurch zum Fluoreszieren angeregt wird, um das ursprüngliche Phottoelektronenbild der Phoitokathode 1 zu reproduzieren.

Die in Fig. 11 dargestellte Vorrichtung ist ähnlich der in Fig. 10 gezeigten Vorrichtung, insofern als sie ebenfalls drei Elektronenvervielfacherzellenelektroden 6, 7 und 8 und einen Fluoreszenzschirm 4 aufweist, die auf einem ansteigenden positiven Potential gehalten werden. Auch ist vor der Vorderseite der Elektrode 6 ein Drahtgitter 12 vorgesehen, das etwa 50 Volt positiver als die Elektrode 6 ist.

Vor dem Drahtgitter 12 und mit den Elektroden 6, 7 und 8 genau fluchtend ist eine ähnliche Zellenelektrode 32 vorgesehen, deren Seitenflächen, parallel, aber ähnlich schräg zu den Zellenachsen verlaufen.

Vor den Elektroden 32, 33 usw. ist ein Linsensystem 29 angeordnet, durch das von einem Brennpunkt oder von einer Lichtquelle 31 aus Lichtstrahlen 30 zwecks Erzeugung eines- optischen Bildes auf die Ebene der Vorderseite der Elektroden 32, 33 usw. geworfen werden. Die Innenwände der Zellenelektroden 32, 33 usw. sind mit einem photoelektronenemittierenden Material belegt, so daß die Elektroden 32, 33 usw. Photokathoden bilden·. Die von den Elektroden 32, 33 usw. ausgehenden Photoelektronen wandern nacheinander in die Zellenelektroden 6, 7 und 8 und lösen dabei — wie es bereits mehrfach beschrieben worden ist ■— Sekundärelektrcnen aus, die den Fluoreszenzschirm 4 zum Fluoreszieren bringen. Der Weg der Elektronen ist in Fig. 11 ebenfalls durch gestrichelte Linien 21 dargestellt.

In Abwandlung der in Fig. 10 und 11 dargestellten Vorrichtungen können vor den Vorderseiten der Zellenelektroden 6, 7 und 8 und zwischen ihnen Drahtgitter angeordnet sein, so' wie dies bei der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung der Fall ist.

Claims (11)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Elektronischer Bildverstärker, bestehend aus einer Phoitoelektronenbildquelle, einem Schirm zum Umwandeln von Elektronenenergie in sichtbare Strahlungsenergie und aus einer Reihe von zwischen Bildquelle und Schirm angeordneten, Elektronenvervielfacherstufen bildenden Elektroden, die auf einem von der der Bildquelle am nächsten liegenden zu der dem Schirm am nächsten liegenden Elektrode ansteigenden positiven Potential gehalten werden, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Elektroden (6 bis 10) aus mehreren, beispielsweise wabenartig angeordneten und mindestens auf einer Seite offenen Zellen besteht, deren Achsen alle die gleiche Winkelstellung zu den Begrenzungsebenen der zugehörigen Elektrode haben, und daß jeweils zwei aufeinanderfolgende Elektroden dergestalt zueinander angeordnet sind, daß die Zellen der einen Elektrode mit den Zellen der anderen Elektrode fluchten.

2. Elektronischer Bildverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellenelektrcden (6 bis 10) nach beiden Seiten hin. offen sind und planparallele Begrenzungsebenen aufweisen, auf denen die Achsen (A) der durch die Zellen der Elektroden gebildeten Kanäle senkrecht stehen.

3. Elektronischer Bildverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Photoelektronenbildquelle (1) und der ersten Zellenelektrode (6) ein Drahtgitter (12) angeordnet ist, wobei das Gitter (12) auf einem positiven

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Potential gehalten wird, das positiver als die Photoelektronenbildquelle (1) und die Zellenelektrode (6) ist.

4. Elektronischer Bildverstärker nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zellenelektrode (7, 8) der aufeinanderfolgenden Elektronenvervielfacherstufen mit einem Drahtgitter (19, 20) versehen ist, das jeweils die Vorderseite der zugehörigen Elektrode abdeckt und gegen die Photoalektronenbildquelle (1) gerichtet ist, wobei jedes Gitter (19, 20) mit der zugehörigen Elektrode (7, S) elektrisch verbunden ist (vgl. Fig. 4).

5. Elektronischer Bildverstärker nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellenelektroden (6, 7, 8) der aufeinanderfolgenden. Elektronenvervielfacherstufen solche Länge und solchen Durchmesser aufweisen, daß die aus der vorhergehenden Stufe austretenden Elektronen in die Zelle der nachfolgenden Stufe eintreten und auf der inneren Zellenwand auf treffen in einem Gebiet (22), wo die Kraftlinien (24) des elektrischen Feldes von der Zellenwand weg nach der nächstfolgenden Elektrode gerichtet sind (vgl. Fig. 6).

6. Elektronischer Bildverstärker nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die nach der Photoelektronenbildquelle (1) weisenden Vorderseiten der Zellenelektroden (6, 7, 8) jeweils mit einer elektronendurchlässigen und sekundärelektronenemittierenden Membran (26, 27, 28) abgedeckt sind (vgl. Fig. 7 bis 9).

7. Elektronischer Bildverstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran eine aus Quarz od. dgl. bestehende Trägerfolie ist, auf deren der Photoelektronenbildquelle

(1) abgewandten Seite eine dünne Schicht von durch Zäsium aktiviertem Antimon aufgebracht ist.

8. Elektronischer Bildverstärker nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen, den Wandflächen der aufeinanderfolgenden Zellenelektrodeni (6, 7, 8) befindliche Zwischenräum etwa 0,12 bis O',25 mm beträgt.

9. Elektronischer Bildverstärker nach den Ansprüchen, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen den Wandflächen von aufeinanderfolgenden Zellenelektroden (6, 7, 8) befindliche Zwischenraum größer als 0,25 mm ist, wobei die ZeI-lenielektroden (6, 7, 8) von einem Solenoid (28) umgeben sind, das der Erzeugung eines axial fokussierenden Magnetfeldes dient (vgl. Fig. 9).

10. Elektronischer Bildverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellenelektroden. (6/7, 8) planparallele Begrenzungsebenen aufweisen, die schräg zu den Zellenachsen (A) geschnitten- sind (vgl. Fig. 10, 11).

11. Elektronischer Bildverstärker nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Photoelektronenbildquelle (1) eine Zellenelektrode (32) dient, deren planparallele B egrenzungs ebenen schräg geschnitten sind, deren Zellen, mit den Zellen; der folgenden Zellenelektroden. genau fluchten und bei denen die Oberfläche der Innenwände mit einer phoitoelektronenemittierenden Schicht versehen ist (vgl. Fig. 11).

In. Betracht gezogene Druckschriften,:
Deutsche Patentschrift Nr. 903 492;
schweizerische Patentschrift Nr. 192 229;
britische Patentschrift Nr. 472 485;
Zeitschrift für Angewandte Physik, VIII (1956), S. 305;
Nucleonics, 14 (19S6), S. 114.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

©i 009 609/340 9.60