DE1240549B

DE1240549B - Verfahren zum Betrieb einer Bildaufnahmeroehre

Info

Publication number: DE1240549B
Application number: DEW35752A
Authority: DE
Inventors: Gerhard W Goetze; Alvin H Boerio
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1962-12-03
Filing date: 1963-12-03
Publication date: 1967-05-18
Also published as: US3213316A; NL144432B; GB1061986A

Description

DEUTSCHES ·007Ϊ^ PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche KL: 21 al - 32/35

Nummer: 1240 549

Aktenzeichen: W 35752 VIII a/21 al

J 240 549 Anmeldetag: 3. Dezember 1963

Auslegetag: 18. Mai 1967

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Bildaufnahmeröhre, bei der die Bildinformation der einfallenden Strahlung auf einer Speicherelektrode erfaßt und dann mittels eines Elektronenstrahls abgelesen wird.

Eine bekannte Bildaufnahmeröhre ist das Image-Orthicon. Dieses besitzt eine Photoelektrode, die aus einer dünnen Glasfolie besteht. Auf der einen Seite dieser Glasfolie ist eine Photokathode angeordnet, von der die bei Belichtung ausgelösten Photoelektronen mittels einer Elektronenoptik auf die Speicherelektrode geleitet werden. Infolgedessen ergibt sich eine Ladungsverteilung auf der Speicherelektrode, die der Bildinformation entspricht. Auf der anderen Seite der Speicherelektrode ist ein Elektronenstrahlerzeuger angeordnet, der die Abtastseite der Speicherelektrode mit einem Elektronenstrahl geringer Geschwindigkeit abtastet und hierbei an jeder Elementarstelle der Speicherelektrode Elektronen hinterläßt, deren Anzahl der Ladungsverteilung entspricht. Die hierbei übrigbleibenden Elektronen des Abtaststrahls kehren zu einer Auffangelektrode zurück und liefern das Ausgangssignal des Image-Orthicons.

Bei dieser bekannten Aufnahmeröhre lösen die auf die Speicherelektrode auftreffenden Photoelektronen eine Sekundäremission aus, und die Sekundärelektronen werden von einer Netzelektrode abgeführt, die sich unmittelbar vor der Speicherelektrode befindet. Diese Netzelektrode wird auf einem positiven Potential, bezogen die Kathode des Abtaststrahlerzeugers, gehalten. Wenn der spezifische Widerstand der Speicherelektrode in Richtung der Bildebene hoch genug gewählt wird, um brauchbare Speicherzeiten zu ermöglichen, so ist der Widerstand senkrecht zur Bildebene ebenfalls entsprechend hoch, und es ist daher möglich, daß mehr Elektronen die Aufnahmeseite der Speicherelektrode verlassen als durch die Speicherelektrode hindurch von der Abtastseite zur Aufnahmeseite wandern. So kann sich die Aufnahmeseite auf ein Gleichgewichtspotential aufladen, das etwas stärker positiv als dasjenige der Netzelektrode ist, bis ebenso viele Elektronen den Schirm verlassen als auf ihm landen. Unter diesen Umständen kann dann keine weitere Bildinformation mehr aufgenommen werden. Das Grundproblem beim Image-orthicon besteht also darin, daß innerhalb einer Abtastperiode der Ladungsausgleich der Speicherelektrode senkrecht zur Bildebene durchgeführt sein muß, während gleichzeitig diese Elektrode einen genügenden spezifischen Widerstand in Querrichtung aufweisen muß, um einen Ladungsabfluß in dieser Richtung zu beschränken.

Verfahren zum Betrieb einer Bildaufnahmeröhre Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation,
East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. G. Weinhausen, Patentanwalt,
München 22, Widenmayerstr. 46

Als Erfinder benannt:

Gerhard W. Goetze, Monroeville, Pa.;

Alvin H. Boerio, Turtle Creek, Pa. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 3. Dezember 1962
(241641)

Bei einer anderen bekannten Bildaufnahmeröhre wird eine Speicherelektrode verwendet, die eine induzierte Leitfähigkeit bei Elektronenbeschuß aufweist. Auch diese Röhre hat eine hohe Empfindlichkeit bei geringer Belichtung, ähnlich wie das Image-Orthicon. Die Speicherelektrode besteht hier aus einer dünnen leitenden Schicht, z. B. aus Aluminium, die in einigem Abstand von einer Photokathode angeordnet ist. Diese für Elektronen durchlässige Schicht ist dabei mit einer Schicht hohen spezifischen Widerstandes, z. B. einem Halbleiter oder Isolator, auf der der Photokathode abgewandten Seite überzogen.

Dieses Material hohen spezifischen Widerstandes besitzt die Eigenschaft, daß es leitend wird, wenn es mit Elektronen hoher Energie beschossen wird. Ein typisches derartiges Material ist z. B. Arsentrisulfid. Um die freie Oberfläche des isolierenden Überzugs auf einem festen Gleichgewichtspotential zu halten, das von der Spannung an der leitenden Grundschicht abweicht, kann ein Abtastelektronenstrahl geringer Geschwindigkeit verwendet werden. Die von der Photokathode ausgehenden Elektronen werden kräftig beschleunigt, durchdringen den Schirm und induzieren eine Leitfähigkeit an der Auftreffstelle, d. h. zwischen der vom Abtaststrahl abgetasteten freien Oberfläche und der Grundschicht. Dadurch wird das Potential an der Oberfläche dem Potential der Grundschicht entsprechend angeglichen, und es entsteht auf ihr eine Ladungsverteilung, die der Helligkeitsverteilung auf der Photokathode entspricht. Das Ausgangs-

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signal kann in gleicher Weise wie beim Image-Orthicon aus den von der Speicherelektrode zu einer Sammelelektrode zurückkehrenden langsamen Elektronen abgeleitet werden. Es kann aber auch ein Signal von der leitenden Schicht der Speicherelektrode abgeleitet werden, indem der bei der Abtastung dieser Elektrode auftretende Ladestrom mittels einer einfachen kapazitiven Kopplung hierzu verwendet wird. Dies entspricht dem Ablesevorgang bei der bekannten Vidiconröhre.

Bei der Speicherelektrode mit induzierter Leitfähigkeit erhöhen die Primärelektronen die Leitfähigkeit der Speicherschicht, da sie sekundäre Paare von Elektronen und Löchern erzeugen. Diese Leitfähigkeitssteigerung kann den Betrag von 1000 oder mehr aufweisen. Um dies zu ermöglichen, soll das verwendete Material eine schmale Energiebandlücke, eine hohe Trägerbeweglichkeit und eine geringe Übergangszeit aufweisen. Außerdem soll die Speicherschicht möglichst dünn sein. Um jedoch einen zu großen Dunkelstrom zu vermeiden, muß die Anzahl der an den nichterregten Stellen vorhandenen Träger gering sein. Der spezifische Widerstand des Materials muß deshalb mindestens einen Wert von IO¹² Ohm · cm aufweisen. Solche Werte finden sich nur bei Stoffen mit Bandlücken von 2,0 Elektronenvolt oder mehr. Die Verwendung sehr dünner Schichten wird durch deren geringe Ausgangsspannung begrenzt, da diese umgekehrt proportional zur Schichtdicke ist. Bei sehr dünnen Speicherschichten ergeben sich weiterhin sehr hohe Kapazitätswerte, die für eine starke Nachwirkung verantwortlich sind. Diese macht sich dadurch bemerkbar, daß für die Aufnahme und die Abtastung zu lange Zeiten benötigt werden.

Ferner können wegen der Forderung, daß das Material eine Bandlücke von 2,0 Elektronenvolt oder mehr haben muß, nur Stoffe verwendet werden, deren Ladungsträger die geringe Beweglichkeit von etwa IO^-4 cm²/Volt*Sek. aufweisen. Auch dies ergibt eine starke Nachwirkung. ZumAbtasten und Löschen eines Ladungsbildes auf einer solchen Speicherelektrode sind unter Umständen mehrere Sekunden erforderlich. Dies macht Elektroden mit durch Elektronenbeschuß induzierter Leitfähigkeit für zahlreiche Anwendungen ungeeignet.

Es ist ferner eine Bildaufnahmeröhre mit einer Speicherelektrode bekannt, die aus einer leitenden Schicht und einer damit in Berührung stehenden porösen Isolierschicht mit einer Sekundärelektronenausbeute größer als 1 besteht. Die Dichte der porösen Isolierschicht ist hierbei sehr gering im Vergleich zu der Dichte des Isolierstoffes in kompakter Form. Wenn geladene Teilchen mit passender Energie auf die leitende Schicht auftreffen, so durchdringen sie dieselbe und rufen eine Sekundäremission in der porösen Isolierschicht hervor. An der Isolierschicht liegt ein elektrisches Feld, durch das die emittierten Elektronen zur freien Oberfläche der Isolierschicht geführt werden und diese aufladen. Die freie Oberfläche wird mit einem Elektronenstrahl abgetastet, der sie wieder auf ein Gleichgewichtspotential zu bringen sucht. Es hat sich gezeigt, daß die Ausbeute einer derartigen Speicherelektrode mit poröser Isolierschicht erheblich besser ist als bei einer mit einer kompakten Isolierschicht.

Die oben geschilderten Nachwirkungserscheinungen machen sich aber auch bei den Bildaufnahme-

röhren mit poröser Speicherelektrode bemerkbar. Sie haben bisher die Anwendung derartiger Speicherelektroden stark behindert.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum derartigen Betrieb einer Bildaufnahmeröhre mit poröser Speicherelektrode, daß die geschilderten Nachwirkungserscheinungen vermieden werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Bildaufnahmeröhre mit einer Speicherelektrode, die aus einer leitenden Schicht und einer damit in Berührung stehenden porösen Isolierschicht mit einer Sekundärelektronenausbeute größer als 1 besteht, wobei geladene Teilchen mit solcher Energie auf die Elektrode auftreffen, daß sie die leitende Schicht durchdringen und Sekundäremission in der Isolierschicht hervorrufen, wobei die freie Oberfläche der Isolierschicht mit einem Elektronenstrahl abgetastet wird, der diese auf ein Gleichgewichtspotential zu bringen sucht, und an der Isolierschicht ein elektrisches Feld liegt, das ein positives Potential an der freien Oberfläche der Isolierschicht gegenüber der leitenden Schicht erzeugt, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Feldstärke an der porösen Isolierschicht so gewählt ist, daß die in die Poren der Isolierschicht emittierten Sekundärelektronen abgeführt werden, gleichzeitig aber in den festen Teilen der Isolierschicht noch keine Leitfähigkeit durch Elektronenbeschuß induziert wird.

Bei Einhaltung der erfindungsgemäßen Betriebsbedingungen wird die örtliche Aufladung auf der freien Oberfläche der Isolierschicht allein durch die in die Poren derselben emittierten Sekundärelektronen hervorgerufen. Bei der Wahl einer höheren Feldstärke steigt zwar die Empfindlichkeit noch an, aber infolge des Maltereffektes, der mit der in den festen Teilen der Isolierschicht induzierten Leitfähigkeit verknüpft ist, tritt dann eine sehr starke Nachwirkung auf, die erfindungsgemäß vermieden wird.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen erläutert. Hierin ist

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Bildaufnahmeröhre,

F i g. 2 eine Schnittdarstellung der Speicherelektrode nach F i g. 1 in vergrößertem Maßstab,

F i g. 3 eine Schnittdarstellung einer abgeänderten Speicherelektrode,

Fig.4 eine graphische Darstellung des Bildverstärkungsfaktors als Funktion der elektrischen Feldstärke an der Isolierschicht,

F i g. 5 eine graphische Darstellung des Bildverstärkungsfaktors als Funktion des Potentials der Austrittsfläche der Speicherelektrode für ein konstantes Helligkeitssignal und

F i g. 6 eine graphische Darstellung des integrierten Signals als Funktion des Potentials der Austrittsfläche der Speicherelektrode.

F i g. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Bildaufnahmeröhre mit Kolben 10 und lichtdurchlässiger Abschlußplatte 12. Auf der Innenfläche der Abschlußplatte befindet sich eine Photokathode 14, die für sichtbares Licht z. B. aus Caesiumantimonid besteht. Am anderen Ende des Kolbens 10 befindet sich ein Elektronenstrahlerzeuger 20 zur Bildung eines Abtastelektronenstrahls, der auf eine Speicherelektrode 30 gerichtet ist (vergrößert dargestellt in Fig.2). Die Elektrode 30 befindet sich zwischen dem Elektronenstrahlerzeuger 20 und der Photokathode 14.

Zwischen der Elektrode 30 und der Photokathode 14 sind Elektroden 16 und 18 angeordnet, die eine Elektronenlinse bilden, um die von der Photokathode 14 ausgehenden Photelektronen zu beschleunigen und auf die Elektrode 30 zu konzentrieren. Zwischen Elektrode 30 und Elektronenstrahlerzeuger 20 befindet sich eine Netzelektrode 40 aus leitendem Material, z. B. Nickel, die sich im Abstand von etwa 3 mm von der Oberfläche der Elektrode 30 befindet. Die Elektrode 30 besteht aus einem Trägerring 32 aus Metall, z. B. einer Legierung aus Nickel, Eisen und Kobalt, über dessen Öffnung sich eine leitende Schicht 34, z. B. Aluminium, erstreckt. Auf der dem Elektronenstrahlerzeuger 20 zugekehrten Seite der leitenden Schicht 34 ist erfindungsgemäß eine poröse Schicht 36 aus einem isolierenden oder halbleitenden Material aufgebracht, das die Eigenschaft aufweist, bei Beschuß mit Elektronen Sekundärelektronen zu erzeugen, wobei die Elektronen durch die Hohlräume der porösen Schicht 36 wandern können.

Die poröse Schicht 36 kann beispielsweise aus einer Alkali- oder Erdalkaliverbindung bestehen, wie Kaliumchlorid, Magnesiumchlorid oder Magnesiumoxyd. Die Netzelektrode 40 dient als Auffänger für die von der freien Oberfläche der porösen Schicht 36 ausgehenden Sekundärelektronen. Die Netzelektrode 40 unterstützt auch die Aufrechterhaltung eines gleichförmigen elektrischen Feldes zwischen der Netzelektrode 40 und der Speicherelektrode 30. Ferner ist ein leitender Überzug 44 auf der Innenwand des Kolbens 10 im Raum zwischen dem Elektronenstrahlerzeuger 20 und der Elektrode 30 vorgesehen. Der Überzug 44 liegt auf dem Potential der Netzelektrode 40, um ein geeignetes elektrostatisches Feld zu erzeugen.

Der Elektronenstrahlerzeuger 20 kann in bekannter Weise aus einer Kathode 22, einem Steuergitter 24 und einer Beschleunigungsanode 26 bestehen. Die Elektroden 22, 24 und 26 erzeugen zusammen mit dem Überzug 44 einen Elektronenstrahl kleinen Durchmessers, der auf die Elektrode 30 gerichtet ist. Eine Ablenkvorrichtung 50, die in Form einer Ablenkspule dargestellt ist, bewirkt, daß der Elektronenstrahl in bekannter Weise die Oberfläche der Elektrode 30 abtastet. Zur Konzentration des von dem Elektronenstrahlerzeuger 20 ausgehenden Elektronenstrahls auf die Elektrode 30 sowie der von der Photokathode 14 ausgehenden Elektronen auf die Elektrode 30 dient ferner eine Fokussierspule 52.

Die Speicherelektrode 30 wird beispielsweise folgendermaßen hergestellt: Die Aluminiumschicht 34 wird dadurch gebildet, daß Aluminium im Vakuum auf ein Häutchen aus organischem Material, wie Zellulosenitrat, aufgedampft wird. Die Dicke der Aluminiumschicht 34 soll bei einem Elektrodendurchmesser von etwa 25 mm ungefähr 1000 Angström betragen. Das Zellulosenitrat wird dann durch Erhitzen entfernt, so daß die Aluminiumschicht 34 auf dem Ring 32 zurückbleibt. Diese Herstellungsart ist bekannt und beispielsweise in der USA.-Patentschrift 2 905 844 beschrieben. Die leitende Folie 34 bildet den Träger. Eine andere Trägerschicht ist in der USA.-Patentschrift 2 898499 beschrieben. Auch diese Art kann verwendet werden. Voraussetzung ist jeweils nur, daß die Trägerschicht für auftreffende Elektronen durchlässig ist und eine ausreichende Leitfähigkeit aufweist, um die abfließenden Elektronen ersetzen zu können.

Die leitende Schicht 34 wird dann mit dem Träger-: ring 32 in einen Rezipienten gebracht, worin sich Argon oder ein anderes inertes Gas bei einem Gasdruck von etwa 1 Torr befindet. Im Rezipienten befindet sich ein Schiffchen (z. B. aus Tantal), das mit einem Widerstandsheizkörper versehen ist. In das Schiffchen wird eine bestimmte Menge des Überzugsmaterials, z. B. 16 mg Kaliumchlorid gegeben. Das Schiffchen wird dann etwa 75 mm unterhalb der ίο Aluminiumschicht 34 angeordnet und aufgeheizt. Das Überzugsmaterial wird gerade bis zum Schmelzpunkt erhitzt und dann auf dieser Temperatur gehalten. Diese Temperatur ist erheblich niedriger als der Schmelzpunkt unter Atmosphärendruck. Der Dampfdruck des Materials am Schmelzpunkt reicht aus, um die Verdampfung mit genügender Geschwindigkeit zu verursachen. Das Material wird vollständig verdampft, und man stellt fest, daß die Dichte des auf die Aluminiumschicht aufgedampften Materials nur etwa 1 bis 5% der Dichte im kompakten Zustand beträgt.

Die so entstandene Schicht 36 hat eine Dicke von etwa 20 Mikron.

Die Werte der an den einzelnen Elektroden liegenden Potentiale sind in F i g. 1 angegeben. Die Photokathode 14 liegt auf einem Potential von etwa —8000 Volt, bezogen auf die leitende Schicht 34, um die von der Photokathode 14 ausgehenden Elektronen zu beschleunigen. Die Verteilung entspricht dabei der jeweiligen Helligkeit des auf der Photokathode 14 entworfenen Bildes des Gegenstandes 51. Die leitende Schicht 34 kann eine Spannung von etwa +5 Volt gegen die Strahlkathode 22 aufweisen. Letztere ist geerdet, so daß die freie Oberfläche der porösen Schicht 36 durch den Abtaststrahl auf einem Gleichgewichtspotential gehalten wird, das dem Erdpotential entspricht. Die Elektroden 44 und 40 liegen auf einer Spannung von etwa +250 Volt gegen Erde. Das verzögernde Feld zwischen der Speicherelektrode 30 und der Elektrode 40 bremst den Elektronenstrahl, so daß dieser die Elektrode 30 mit einem Potential erreicht, das unter dem ersten Nulldurchgang der Sekundäremissionskurve der porösen Schicht 36 liegt. Auf der freien Oberfläche werden infolgedessen Elektronen hinterlassen, derart, daß diese Fläche ein Gleichgewichtspotential anzunehmen sucht, das im wesentlichen gleich dem Potential der Kathode 22 ist.

Die von der Photokathode 14 ausgehenden, entsprechend der Bildhelligkeit verteilten Elektronen werden auf die Elektrode 30 fokussiert. Infolge ihrer hohen Energie von etwa 8000 Elektronenvolt durchdringen sie die leitende Schicht 34 und dringen in die Schicht 36 ein. Die Beschleunigungsspannung soll so eingestellt sein, daß möglichst alle Primärelektronen von der Photokathode 14 die SpeicherelektrodeSO fast vollständig durchdringen, aber auf der anderen Seite nicht austreten.

Es hat sich beispielsweise gezeigt, daß im oben beschriebenen Fall einer leitenden Schicht 34 aus Aluminium mit der Dicke von etwa 1000 Angström und eines porösen Isolators 36 mit einer Dicke von etwa 20 Mikron die Beschleunigungsspannung etwa 8000 Volt betragen soll. Die Primärelektronen verlieren hierbei beim Durchgang durch die leitende Schicht 34 etwa 25% ihrer Anfangsenergie, und die übrigen 75 %, also etwa 6000 Elektronenvolt, werden in der Schicht 36 vernichtet. Die Primärelektronen

erzeugen in der Schicht 36 eine gewisse Anzahl von Sekundärelektronen geringer Energie, die um mehrere Größenordnungen höher ist als die Anzahl der einfallenden Primärelektronen. Beispielsweise ist die Anzahl der erzeugten Sekundärelektronen etwa 200mal so groß wie diejenige der Primärelektronen, wenn die Ionisationsenergie etwa 30 Elektronenvolt beträgt. Ist die Speicherelektrode 30 vor dem Auftreffen der Photoelektronen polarisiert worden, indem eine positive Spannung von etwa 5 Volt an die to leitende Schicht 34 angelegt und die freie Oberfläche der Schicht 36 durch Elektronenabtastung auf Erdpotential gebracht wurde, so wird durch die erzeugten Sekundärelektronen das Potential der freien Oberfläche örtlich verändert, weil Elektronenleitung quer zur Schicht 36 durch das Vakuum zwischen den massiven Teilen der porösen Schicht 36 zur positiven leitenden Schicht 34 hin und gleichzeitig Sekundäremission an der freien Oberfläche der Schicht 36 auftritt. Die austretenden Sekundärelektronen werden von der Netzelektrode 40 aufgenommen. Diese örtliche Potentialänderung kann in bekannter Weise zur Erzeugung eines Ausgangssignals verwendet werden. In F i g. 1 wird das Ausgangssignal beispielsweise kapazitiv an der Zuleitung zur leitenden Schicht 34 abgenommen.

Zur näheren Erläuterung der Wirkungsweise der Speicherelektrode 30 wird der Verlauf des freien Oberflächenpotentials F_s der Schicht 36 als Funktion der Zeit für eine gegebene Stromdichte / betrachtet. Befindet sich zur Zeit T=O das Oberflächenpotential V_s auf dem Wert des Kathodenpotentials, d. h. Erde, so tritt beim Beschuß der Elektrode 30 mit Photoelektronen Sekundäremission an der Oberfläche der Schicht 36 und Elektronenleitung durch diese Schicht auf. Das Oberflächenpotential V_s strebt infolgedessen zum Potential F_r der leitenden Schicht 34 wegen des an der Schicht 36 liegenden elektrischen Feldes. Während zuerst die Wirkung der Elektronenleitung in der Schicht 36 überwiegt und die Sekundäremission an der der Auftrefffläche abgewandten Fläche nur einen schmalen Brachteil zur gesamten Ladungsänderung beiträgt, kehren sich die Verhältnisse um, wenn das Oberflächenpotential V_s das Schichtpotential F_r erreicht. Dies geht deutlich aus F i g. 5 hervor. Die Elektronenleitung innerhalb der Speicherschicht verschwindet, wenn beide Oberflächen der porösen Schicht 36 sich auf gleichem Potential befinden. Die äußere Sekundäremission geht jedoch weiter, wodurch das Potential V_s über das Potential F_r der leitenden Schicht angehoben wird, so daß sich eine Polaritätsumkehr des elektrischen Feldes in der Schicht 36 ergibt. Wenn V_s einige Volt stärker positiv als F₇- ist, so tritt abermals Elektronenleitung auf, aber diesmal in umgekehrter Richtung und mit geringerem Anstieg. Man findet, daß bei Verwendung einer Schicht 36, die feldverstärkte Sekundäremission zeigt, der Sekundäremissionsgewinn größer als der nun negative Gewinn infolge Elektronenleitung in der Schicht 36 ist, bis sich das Potential der Oberfläche auf einen bestimmten Wert V_e einstellt. Das Potential V_e ist durch die Spannung bestimmt, bei der die Anzahl der die Oberfläche verlassenden Sekundärelektronen gleich der Anzahl der von der leitenden Schicht 34 aufgenommenen freien Elektronen ist. So ergibt sich die in F i g. 5 ausgezogene Kurve, welche die Achse beim Wert V_e schneidet. F i g. 6 zeigt das über den

Gewinn G integrierte Signal als Funktion des Oberflächenpotentials V_s.

Damit zeigt sich, daß die folgenden Minimalbedingungen eingehalten werden müssen, um die Speicherelektrode 30 in der beschriebenen Weise betreiben zu können. Die Elektrode 30 muß äußere Sekundäremission und gleichzeitig freie Elektronenleitung innerhalb der porösen Schicht 36 aufweisen. Die Kapazität der Speicherelektrode 30 soll gering genug sein, um eine verzögerungsfreie Entladung zu ermöglichen. Wegen der porösen Struktur ist die Schicht 36 verhältnismäßig dick und hat deshalb eine geringe Kapazität. Trotzdem die Flächendichte gering genug ist, können so noch tragbare Beschleunigungsspannungen verwendet werden. Die Schicht 36 muß ferner einen sehr hohen spezifischen elektrischen Widerstand haben, und es müssen Vorkehrungen getroffen sein, um ein »Durchgehen« des Oberflächenpotentials zu vermeiden. Dieser Effekt wird nachstehend noch an Hand der F i g. 3 erläutert. Die beschriebene Anordnung erfüllt diese Forderungen. Sie besitzt den hohen Gewinn von 200 bis 300 innerhalb der Speicherelektrode bei Beschleunigungsspannungen von etwa 8 Kilovolt für die Primärelektronen. Ferner ist die Entladung der Speicherelektrode mit sehr geringer Verzögerung möglich, so daß ein Bild innerhalb weniger als Vao Sekunde verschwindet. Die Elektrode besitzt ferner eine außerordentlich hohe Speicherzeit, die mehr als 60 Minuten beträgt, da der spezifische Widerstand der Schicht 36 mehr als IO¹⁸Ohm-Cm ist. Ein Bild kann mehrere Stunden lang bei abgeschaltetem Abtaststrahl auf der Elektrode 30 gespeichert bleiben. Die Elektrode 30 ist nachwirkungsfrei, d. h., sie zeigt kein Nachbild infolge eingefangener Elektronen, wie es bei bekannten Speicherelektroden mit durch Elektronenbeschuß induzierter Leitfähigkeit auftritt. Das kommt daher, daß das elektrische Feld an der Schicht 36 sehr klein ist, so daß die leitende Schicht 34 die in den Hohlräumen der Schicht 36 auftretenden Elektronen abführen kann. Durch Elektronenbeschuß ausgelöste Leitfähigkeit infolge einer Trägerströmung durch die festen Teile der Schicht 36 trägt zu der erfindungsgemäß erzeugten Leitung nicht bei, da die geringe Feldstärke nicht imstande ist, die Träger durch die feste Substanz hindurchzubefördern. Der Einfluß der Feldstärke auf den Gewinn ist in F i g. 4 dargestellt. Die Speicherelektrode 30 besitzt auch die gute Auflösung von mehr als 20 Linienpaaren je Millimeter. Die bekannten Mängel der Speicherelektroden mit durch Elektronenbeschuß ausgelöster Leitfähigkeit infolge der erforderlichen hohen Feldstärke treten hier auch bei langer Betriebszeit nicht auf. Auch sind bei Verwendung von Kaliumchlorid als Grundsubstanz der Schicht 36 Betriebstemperaturen bis zu 325° C ohne Gefahr der Zerstörung der Elektrode möglich.

F i g. 3 zeigt eine abgeänderte Elektrodenanordnung, bei der sich ein Hilfsgitter 41 zwischen der Speicherelektrode 30 und der bekannten Netzelektrode40 befindet. Bei dieser Ausführungsform liegt die Elektrode 40 an einer Spannung von etwa +450 Volt gegenüber der Kathode 22 und hat einen Abstand von etwa 3 mm von der Speicherelektrode 30. Das Hilfsgitter 41 liegt an einem Potential von etwa +50 Volt gegen Erde und hat einen Abstand von etwa 1,5 mm von der Elektrode 30.

Es hat folgende Aufgabe: Wie oben erwähnt wurde, lädt sich unter gewissen Bedingungen die

Claims

freie Oberfläche der Speicherelektrode 30 infolge von Sekundäremission und Elektronenleitung positiv auf. Wenn die freie Oberfläche das Potential Vt der leitenden Schicht 34 erreicht, setzt sich die Aufladung der Oberfläche in positiver Richtung fort, weil die S äußere Sekundäremission den freien Elektronenleitungsstrom überwiegt. Bei manchen Stoffen ist es möglich, daß die freie Oberfläche sich hinsichtlich der Kathode des Abtaststrahls so stark positiv auflädt, daß die Energie der Elektronen des Abtast-Strahles über den Nulldurchgang des Sekundäremissionspotentials des Materials der Schicht 36 ansteigt. Ein bekanntes Merkmal der Sekundäremission liegt nämlich darin, daß bei geringer Primärenergie die Anzahl der aus einer Fläche herausgeschlagenen Sekundärelektronen geringer als die Anzahl der Primärelektronen ist, d. h., der Sekundäremissionsfaktor ist kleiner als 1, und die Fläche sucht sich negativ aufzuladen. Ab einer bestimmten Primärenergie werden dann mehr Sekundärelektronen erzeugt als Primärelektronen auftreffen. In diesem Fall lädt sich die Fläche positiv auf. Das Potential, bei dem die Anzahl der Sekundärelektronen gleich derjenigen der Primärelektronen ist, wird als Potential des ersten Nulldurchgangs bezeichnet. Wenn die freie Oberfläche der porösen Schicht 36 ein höheres Potential als dieses Potential des ersten Nulldurchgangs annimmt, so lädt sich die Fläche nicht nur durch Elektronenbeschuß von der Photokathode her positiver auf, sondern auch der Abtaststrahl sucht die Fläche weiter positiv aufzuladen. Dadurch steigt die Spannung an der freien Fläche der Schicht 36 immer weiter, bis die auftretende Feldstärke die Isolier- bzw. Halbleiterschicht 36 durchschlägt und somit zerstört. Durch Anwendung des Hilfsgitters 41 zwischen der Netzelektrode 40 und der Speicherelektrode 30 und bei Anlegung eines positiven Potentials unterhalb des Potentials des ersten Nulldurchgangs kann erfindungsgemäß ein »Hochlaufen« des Oberflächenpotentials und damit eine Zerstörung der porösen Schicht 36 vermieden werden. Da das Potential der Oberfläche dasjenige des Hilfsgitters 41 nicht übersteigen kann, ist ein Durchschlag unmöglich, auch bei hoher Intensität des Eingangssignals oder langer Integrationszeit. Die erfindungsgemäße Betriebsart der Speicherelektrode 30 wird nicht ungünstig beeinflußt, wenn die Betriebsspannungen und Abstände der Elektroden so gewählt werden, daß in bekannter Weise das Auftreten von Moire-Effekten vermieden wird. Die Verhältnisse werden nochmals an Hand der F i g. 4 erläutert. Dort ist der Gewinn der Speicherelektrode 30 in Abhängigkeit von der Feldstärke an der porösen Schicht 36 aufgetragen. Liegt keine Feldstärke an der Schicht, so rührt der Gewinn allein von der Sekundäremission an der freien Fläche der Schicht 36 her. Wird die leitende Schicht 34 positiv gegen die freie Oberfläche vorgespannt, so nimmt der Gewinn infolge der Leitung freier Elektronen durch die Hohlräume der Schicht 36 bis etwa zum Wert 200 zu. Jenseits dieses Punktes ist die Gewinnzunahme erheblich geringer. Dieser zusätzliche Gewinn rührt von Elektronen im Leitungsband infolge der bekannten durch Elektronenbeschuß ausgelösten Leitfähigkeit her, die im Inneren des Festkörpers vor sich geht. In diesem Bereich ist die Feldstärke an der porösen Schicht 36 so hoch, daß die Elektronen in die festen Teile eindringen und dort eine Festkörper- leitung hervorrufen können. Der Leitungsstrom im Bereich niedriger Feldstärke ergibt eine Ansprechzeit von etwa Vao Sekunde oder weniger, während bei hoher Feldstärke infolge der induzierten Leitfähigkeit die Ansprechzeit V2 Sekunde und mehr beträgt. Statt der Photokathode 14 kann ein gesteuertes Abtaststrahlsystem vorgesehen sein, so daß sich ein Abtastwandler ergibt. Auch kann die erfindungsgemäß arbeitende Speicherelektrode in einer Speicherröhre, wie sie beispielsweise in der USA.-Patentschrift 3 002124 beschrieben ist, Verwendung finden. Hierbei wird die poröse Speicherschicht so betrieben, daß die Aufladung infolge Elektronenleitung in der porösen Schicht durch reflektierte Sekundärelektronen verstärkt wird. Die Elektronenstrahlerzeuger für den Schreibstrahl und für den Abtaststrahl befinden sich beide auf der Seite der freien Oberfläche der Speicherelektrode, die mit einem oder mehreren Löchern versehen ist. Statt Elektronen können auch Licht oder andere Strahlungen unmittelbar auf eine erfindungsgemäß arbeitende poröse Speicherschicht gerichtet werden, um Elektronen durch Photoemission zu erzeugen. Die Photoemission ist dabei entweder bereits eine Eigenschaft des verwendeten Materials oder kann durch Zusatz geeigneter Stoffe, wie Caesiumantl·- monid, hervorgerufen werden. Patentansprüche:

1. Verfahren zum Betrieb einer Bildaufnahmeröhre mit einer Speicherelektrode, die aus einer leitenden Schicht und einer damit in Berührung stehenden porösen Isolierschicht mit einer Sekundärelektronenausbeute größer als 1 besteht, wobei geladene Teilchen mit solcher Energie auf die leitende Schicht auftreffen, daß sie dieselbe durchdringen und Sekundäremission in der Isolierschicht hervorrufen, während die freie Oberfläche der Isolierschicht mit einem Elektronenstrahl abgetastet wird, der sie auf ein Gleichgewichtspotential zu bringen sucht, und an der porösen Schicht ein elektrische Feld liegt, das ein positives Potential gegenüber der leitenden Schicht an der freien Oberfläche der Isolierschicht erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldstärke an der porösen Isolierschicht (36) so gewählt ist, daß die in die Poren der Isolierschicht emittierten Sekundärelektronen abgeführt werden, aber in den festen Teilen der porösen Isolierschicht noch keine Leitfähigkeit durch Elektronenbeschuß induziert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der durch die geladenen Teilchen in der porösen Schicht (36) erzeugten Sekundärelektronen an der freien Oberfläche der Schicht (36) austritt und eine entsprechende positive Aufladung bewirkt, während ein anderer Teil der Sekundärelektronen von der leitenden Schicht (34) aufgefangen wird und so die erzeugte positive Ladungsverteilung verstärkt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an der porösen Isolierschicht (36) herrschende Feldstärke weniger als 10 kV/cm, vorzugsweise weniger als 2,5 kV/cm beträgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine

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