DE2340290A1

DE2340290A1 - Bildwandler- oder bildverstaerkerroehre

Info

Publication number: DE2340290A1
Application number: DE19732340290
Authority: DE
Inventors: Michel Blamoutier
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1972-08-11
Filing date: 1973-08-09
Publication date: 1974-02-21
Also published as: FR2195841B1; FR2195841A1; DE2340290C2; GB1432708A

Description

Bildwandler- oder Bildverstärkerröhre

Die Erfindung betrifft Bildwandler- und Bildverstärkerröhren.

Bildwandlerröhren werden dazu verwendet, Bilder,die mit Röntgenstrahlen, Ultraviolettstrahlen oder Infrarotstrahlen, d.h. mit für das Auge unsichtbaren Strahlen erhalten worden sind, in sichtbare Bilder umzuwandeln.

Diese Röhren enthalten im wesentlichen eine photoemittierende Schicht oder Photokatode, auf welche die Strahlung projiziert wird, die von dem Objekt kommt, dessen Bild erzeugt werden soll, ein elektronenoptisches System und einen Katodolumineszenzschirm, d.h. einen Schirm, der die Eigenschaft aufweist, daß er unter der Einwirkung auftreffender Elektronen eine sichtbare Photonenstrahlung emittiert. Die von der Photokatode unter der Einwirkung der vom Objekt kommenden einfallenden Strahlung emittierten Ohotoelektronen werden zu dem Katodolumineszenzschirm durch ein elektronenoptisches System beschleunigt, und

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das Auftreffen der Photoelektronen auf dem Schirm erzeugt das gewünschte sichtbare Bild. Die Leuchtdichte dieses .Bildes nimmt mit der Energie der auftreffenden Elektronen zu, d.h. mit der den Elektronen erteilten Beschleunigung. Für diese Beschleunigung werden Potentiale angewendet, von denen die höchsten, insbesondere das Potential des Schirms, in der Größenordnung von einigen Kilovolt bis einigen zehn Kilovolt in Bezug auf das Potential der Photokatode liegen.

Die gleichen Röhren, abgesehen von der Beschaffenheit der Photokatode, können auch zur Verstärkung von Bildern verwendet werden, die mit sichtbaren Strahlungen erhalten werden und demzufolge vom Auge wahrnehmbar sind, jedoch mit einer unzureichenden Helligkeit, die keine gute Beobachtung ermöglichtj die Bildverstärkung ergibt sich in diesem Fall durch die Energie, die den Photoelektronen durch die darauf ausgeübte Beschleunigungsspannung erteilt wird.

Schließlich können die gleichen Röhren gleichzeitig zur Bildwandlung und Bildverstärkung verwendet werden. In federn Fall und unabhängig von der Bestimmung der Röhren, ob für die Bildwandlung oder für die Bildverstärkung oder gleichzeitig für beide Zwecke, besteht eine Tatsache, die in fundamentaler Weise die Wirkungsweise dieser Röhre bestimmt, nämlich die teilchenartige Struktur der vom Objekt kommenden Photonenstrahlung, der die Photokatode ausgesetzt ist; diese Strahlung trifft an der Photokatode in aufeinanderfolgenden Quanten, also unstetig ein. Die Photokatode reagiert ihrerseits in unstetiger Weise auf diese unstetige Energiezufuhr bei der Emission der Photoelektronen aufgrund der einfallenden Photonen, so daß sie ihre

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eigene Unstetigkeit zu derjenigen der einfallenden Strahlung hinzufügt.

Diese körnige Struktur findet sich wieder in dem auf dem Katodolumines2enzschirm erzeugten Bild und kann in bestimmten Fällen für eine gute Beobachtung dieses Bildes sehr störend sein.

Es ist verständlich, daß diese Struktur umso störender ist, je kleiner die Anzahl der auf der Photokatode auftreffenden Photonen ist. Die Schwankungen des auf dem Schirm erzeugten Bildes werden stark fühlbar, wenn die Gesamtmenge der Photonen und demzufolge der zur Erzeugung des Bildes beitragenden Photoelektronen gering ist. Im entgegengesetzten Fall, d.h. wenn die Anzahl der einfallenden Photonen groß ist, überlagern sich dagegen diese Schwankungen gegenseitig, so daß sie die Stabilität des auf dem Schirm beobachteten Bildes weniger beeinträchtigen.

Man muß sich darüber klar sein, daß der Nachteil dieser Schwankungen selbst dann bestehen bleibt, wenn in der Röhre eine große Verstärkung zur Erzielung einer hohen endgültigen Leuchtdichte angewendet wird, da diese Verstärkung die Schwankungen des Eingangssignals in gleicher Weise verstärkt wie ein Verstärker das Rauschen.

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Röhre, bei der dieser Nachteil beseitigt ist.

Bei der erfindungsgemäßen Röhre wird die Tatsache ausgenutzt, daß die Wirkung derartiger Schwankungen abgeschwächt wird, wenn die Integrationszeit des Verstärkers, also des

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Katodolumineszenzschirms der Röhre, erhöht wird. Der hier angewendete Begriff der Integration wird später erläutert.

Dort, wo diese Schwankungen am störendsten sind, d.h. gemäß vorstehenden Ausführungen im Fall von einfallenden Strahlungen geringer Intensität, wird diese Integrationszeit vergrößert, während sie im Fall von starken Strahlungen verringert werden kann.

Der Erfindungsgedanke besteht also darin, daß bei den Bildwandler- oder Bildverstärkerröhren, wie sie in der Technik bekannt sind, eine zeitliche Integrationsfunktion eingeführt wird, die in Abhängigkeit von der Fhotonenstrahlung veränderlich ist, die durch das Eintrittsfenster der Röhre, d.h. von der Photokatode empfangen wird.

Dies erfolgt" durch die Verwendung von Katodolumineszenzschirmen mit veränderlicher Remanenz im später erläuterten Sinne, wobei diese Remanenz entsprechend der über das Eintrittsfenster empfangenen Belichtung oder direkt durch diese Belichtung gesteuert wird. Bei starken Belichtungen wird die Röhre nach der Erfindung mit einer geringen Remanenz betrieben, da in diesem Fall eine große Remanenz für eine gute Beobachtung des auf dem Katodolumineszenzschirm erzeugten Bildes, insbesondere im Falle von schnellen Erscheinungen, abträglich sein kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielshalber beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm zur Erläuterung des der Erfindung

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zugrundeliegenden Prinzips und

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht einer Bildwandler- oder Bildverstärkerröhre nach der Erfindung.

Es sind in der Technik Katodenstrahlröhren bekannt, deren Bildschirme eine optische Remanenz (Nachleuchtdauer) haben, die sich in Abhängigkeit von der daran angelegten Spannung ändert. Die Katodolumineszenzschicht dieser Bildschirme besteht aus einer Mischung von zwei Katodoluminesζenzstoffen, von denen der eine eine optische Remanenz'aufweist und mit einer absorbierenden Substanz überzogen oder gemischt ist, d.h. mit einem Stoff, den die Elektronen nur dann durchqueren können, wenn ihre Energie einen bestimmten Wert überschreitet, so daß dieser Stoff nur oberhalb einer bestimmten Energie der auftreffenden Elektronen aufleuchtet; der andere Stoff, der keine optische Remanenz hat, leuchtet bei sehr viel niedrigeren Elektronenenergien als der vorhergehende Stoff auf, also bei einer sehr viel Me ineren Beschleunigungsspannung. Fig. 1 zeigt ein charakteristisches Kennliniendi-agramm eines Bildschirms dieser Art. In diesem Diagramm sind auf der Abszisse die Bildschirmspannung oder Elektronenbeschleunigungsspannung V und auf der Ordinate die Leuchtdichte L als Folge des Elektronenbeschusses aufgetragen. Die Kurve 1 zeigt die Leuchtdichte des nicht remanenten Leuchtstoffes, die von einer Spannung Vq an in Erscheinung tritt, und die Kurve 2 zeigt die Leuchtdichte des remanenten Leuchtstoffes, die von einer Spannung V₁ an in Erscheinung tritt, die größer als die Spannung V_Q ist.

Aus diesen Kurven ist zu erkennen, daß oberhalb der

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Spannung V^ die Leuchtspur an einem Punkt des Bildschirms nach dem Durchgang des Elektronenstrahls durch diesen Punkt als die Überlagerung einer nicht remanenten Spur und einer remanenten Spur angesehen werden kann, wobei jede dieser Spuim eine Leuchtdichte hat, die gleich der Ordinate der entsprechenden Kurve für die betreffende Spannung istj die Gesamtleuchtdichte an diesem Punkt ist die Summe.der Leuchtdichten jeder dieser Spuren, deren Anteile in der Gesamtleuchtdichte sich in Abhängigkeit von der Spannung V ändern, wobei der Anteil der Leuchtdichte der remanenten Spur in der Gesamtleuchtdichte mit zunehmender Spannung Y wächst.

Natürlich ändert sich dieser Anteil in Abhängigkeit von der Beschaffenheit der beiden Katodolumineszenzstoffe, aus denen die zur Herstellung des Bildschirms verwendete Mischung besteht_} d.h. in Abhängigkeit von der Form der Kurven 1 und 2, sowie in Abhängigkeit von den Anteilen dieser Stoffe in der Mischung, d.h. in Abhängigkeit von dem Maßstab der Ordinaten dieser Kurven.

Andererseits kann aus diesen Kurven abgeleitet werden, daß ein Bildschirm, dessen Katodolumineszenzschicht aus einer Mischung dieser beiden Stoffe in bestimmten Anteilen gebildet ist, zwischen den Spannungen Vq und V^ keine Remanenz aufweist, während er oberhalb der Spannung V^ eine Remanenz zeigt.

Außerdem gilt folgendes, und dies ist .der wesentliche Punkt für die Wirkungsweise der nachstehend beschriebenen Röhren: je größer die Beschleunigungsspannung V wird. um so mehr nimmt die von den Elektronen erreichte Dicke

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der reraanenten Schicht zu, und demzufolge nimmt auch der Anteil der Leuchtdichte der remanenten Spur in der Gesamtleuchtdichte um so mehr zu. Dies bedeutet, daß der Bruchteil der von der remanenten Spur verursachten Leuchtdichte auf dem Bildschirm mit der den Photoelektronen erteilten Beschleunigung wächst, während er abnimmt, wenn die Beschleunigungsspannung verringert wird. Bei der Verwendung solcher Bildschirme ist es daher möglich, mit Hilfe der Beschleunigungsspannung der Photoelektronen den Anteil der remanenzbehafteten Spur in der Gesamtleuchtdichte zu verän" dern und demzufolge einen in Abhängigkeit von der Beschleunigungsspannung der Photoelektronen veränderlichen Teil der Gesamtleuchtdichte gewissermassen für eine bestimmte Zeit zu speichern, die natürlich mit der Beweglichkeit des Objektes verträglich sein muß.

In diesem Sinne kann von einer Integration gesprochen werden, die darin besteht, daß mit Hilfe dieser optischen Remanenz die Leuchtspur auf dem Bildschirm für eine bestimmte Zeit aufrechterhalten wird.

In diesem Sinn kann auch von einer veränderlichen Remanenz gesprochen werden, wobei dieser Ausdruck nicht bedeutet, daß sich die Remanenz über eine veränderliche Dauer erstreckt, da kein bekanntes Katodolumineszenzpulver diese Eigenschaft aufweist, sondern die zuvor angegebene Bedeutung hat, nämlich daß die Remanenz einen, veränderlichen Bruchteil der Gesamtleuchtintensität der Spur betrifft. Die Löschung dieser Spur oder ihre Abschwächung unter eine bestimmte Leuchtdichteschwelle hängt unter sonst gleichen Bedingungen offen-

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sichtlich von der anfänglichen Leuchtdichte ab; eine Einwirkung auf diese anfängliche Leuchtdichte, d.h. auf den zuvor erwähnten Teil davon, kommt praktisch auf eine Einwirkung auf die Nachleuchtdauer dieser Spur hinaus.

Bei den nachstehend beschriebenen Röhren wird der Bildschirm mit einer großen Remanenz verwendet, wenn das Eingangssignal, d.h. die auf der Photokatode der Röhre durch die einfallende Strahlung erzeugte Belichtung sehr schwach ist,.indem eine hohe Spannung V gewählt wird, die auf der Abszissenachse von Fig. 1 sehr weit rechts liegt, während der Bildschirm ohne Nachleuchtdauer durch Wahl der Spannung V zwischen den Werten Vq und V^ von Fig. 1 verwendet wird, wenn diese Belichtung stark ist.

Dadurch wird die schädliche Auswirkung der Schwankungen im Fall von schwachen einfallenden Belichtungen abgeschwächt .

Dieses Ergebnis kann weder mit nicht remanenten Bildschirmen erreicht werden, noch mit gewöhnlichen remanenten Bildschirmen, bei denen Änderungen der Beschleunigungsspannung der Fotoelektronen ohne Auswirkung auf die Dauer der Remanenz der erhaltenen Leuchtspur sind.

Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Röhre dieser Art.

Fig. 2 zeigt einen Yakuumkolben 1 und eine konkave Photokatode 2, die der durch die Pfeile links in der Figur dargestellten einfallenden Strahlung ausgesetzt ist. Die

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Photokatode 2 besteht aus einem für die einfallende Strahlung durchlässigen Träger 20 und aus einer Schicht 30 aus photoemittierendem Material, mit welcher der Träger 20 auf der Seite bedeckt ist, die der einfallenden Strahlung abgewandt ist.

Das photoemittierende Material, aus dem die Schicht besteht, kennzeichnet sich durch die Eigenschaft, daß es unter bestimmten Bedingungen Elektronen unter der Wirkung der auftreffenden Strahlung emittiert, die durch den Träger 20 hindurchgegangen ist« Die Röhre enthält ein elektronenoptisches System, das mehrere Elektroden aufweisen kann, das jedoch in Fig. 2 als Ganzes bei 4 dargestellt ist und die Ausbildung dieser Bedingungen ermöglicht, die zur Folge haben, daß ein Elektronenbündel, das in dem Schema nur durch die sich kreuzenden schrägen Linien dargestellt ist, zu einem Katodolumineszenzschirm 6 geht,der in Bezug auf die Photokatode 2 auf ein hohes positives Potential gelegt ist. Das Auftreffen des Elektronenbündels auf den Katodolumineszenzschirm 6 ergibt ein Bild des Objekts. Die in Fig. 2 gezeigte Spannungsquelle 3 liefert die an das elektronenoptische System 4 angelegte Gleichspannung, und die Spannungsquelle 5 liefert die an den Schirm angelegte Gleichspannung.

Die den Photoelektronen erteilte Beschleunigung wird durch Einrichtungen eingestellt, die in den Stromkreis der Spannungsquelle. 5 eingefügt sind. Bei dem dargestellten Beispiel bestehen diese Einrichtungen aus einem von Hand betätigbaren Umschalter 7 mit drei Stellungen 10, 11, 12; jeder dieser Stellungen entspricht bei der dargestellten Röhre eine andere Remanenz auf dem

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Katodolumeneszenzsciiirm 6 in dem zuvor präzisierten Sinne: die Remanenz Null für die Stellung 10 (V<V₁; Fig. 1); eine mittlere Remanenz für die Stellung 11 (V = V₂; Fig. 1); und eine hohe Remanenz (V = V-*; Fig. 1} für die Stellung 12.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 bilden die Photokatode 2 und der Katodolumeneszenzschirm 6 einen integrierenden Bestandteil des Röhrenkolbens 1, der beispielsweise aus Glas besteht. Der Schirm 6 hat in diesem Fall eine Schicht 60ais Katcdolimineszenzmaterial, die auf die Innenwand des Kolbens 1 an dem Ende 70 des Kolbens aufgebracht ist, das dem Ende entgegengesetzt ist, an dem die Photokatode liegt; von den beiden Stoffen, aus denen die Katodolumineszenzschieht 60 besteht, weist der eine eine Remanenz auf, die praktisch Null ist oder höchstens in der Größenordnung von einer Millisekunde liegt, während der andere eine merkliche Remanenz aufweist, die in der Größenordnung von einer halben Sekunde liegt, Der erste Stoff ist eine Schwefelverbindung von Kadmium, Zink und Silber oder ein komplexes Mangan-Zink-Silikat, und der zweite Stoff ist ein komplexes KaIzium-Aluminium- und Manganfluorid. Dagegen wird nichts über die Zusammensetzung der Photokatode ausgesagt, da diese auf dem Gebiet der Bildwandler und Bildverstärker allgemein bekannt ist.

Die Photokatode 2 und der Schirm 6 weisen ferner jeweils eine Metallschicht auf, wobei die Metallschicht der Photokatode für die einfallende Strahlung und die Metallschicht des Schirms für die Elektronen durchlässig ist. Diese Schichten, deren Vorhandensein bekanntlich für das Abfließen der Elektronen notwendig ist, sind zur Verein-

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fachung der Zeichnung nicht dargestellt.

Anstelle der Handsteuerung 7 bei dem Beispiel von Fig. 2 kann auch eine automatische Regelung der Spannung V in Abhängigkeit von der Belichtung der Photokatode vorgesehen werden.

Die in Fig. 2 dargestellte Röhre kann ohne Unterschied ein Bildwandler oder ein Bildverstärker seinj die beschriebene Ausbildung eignet sich für jeden dieser Fälle.

Die beschriebenen Röhren können in gleicher Weise wie die bekannten Röhren angewendet werden. Sie eignen sich insbesondere bei Fernseh-Bildaufnahmeeinrichtungen, bei denen sie mit einer Bildaufnahmeröhre und einem Bildverstärker verbunden sind.

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Claims

Patentansprüche

1. jBildwandler- oder Bildverstärkerröhre mit einer Photo- *■" katode, die unter der Einwirkung einer auftreffenden Strahlung Elektronen emittiert, einem Katodolumineszenzschirm und mit Einrichtungen, welche die Elektronen zu dem Schirm führen und "beschleunigen, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm eine Remanenz aufweist, deren Dauer umso größer gemacht wird, je kleiner die Intensität der auftreffenden Strahlung ist.

2. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Remanenz durch die auftreffende Strahlung über die Beschleunigungseinrichtungen gesteuert wird.

3· Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der_ Schirm wenigstens zwei Katodolumineszenzstoffe enthält, von denen der eine eine Remanenz aufweist, die nahezu Null ist, während der zweite Stoff remanent ist und mit einem die Energie der Elektronen absorbierenden Material überzogen ist.

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