DE897850C - Bildspeicherroehre - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 26. NOVEMBER 1953

E 2367 Villa/si al·

Bildsp eichen öhr e

Die Erfindung betrifft Kathodenstrahlröihren, wie sie bei Fernisdisendeianiliagen. verwendet werden, und zwar solche Röhren, in denen ein lichtempfindlicher Schirm verwendet wird, der einen fotoelektrischen Leitfähigkeitseffekt aufweist. Dieser Effekt besteht darin, daß die Leitfähigkeit des Materials je nach der Beleuchtungsstärke verschiedene Werte annimmt und tritt im wesentlichen bei Materialien auf, die entweder in Form von Einkristallen oder

von zusammengepreßten polykristallinen Pulvern ίο vorliegen und einen hohen Brechungsindex, der größer als 2 ist, besitzen.

An solchen Materialien sind bekannt: a) Sulfide von vielen Schwermetallen, wie z. B. Kupfer, Blei, Thallium, Quecksilber, Zink und Antimon, b) Oxyde der obengenannten' Metalle, c) Halogen-Verbindungen der fünf ersten obengenannten Metalle, d) einige kristalline Modifikationen von gewissen

') Von der Patentsucherin ist als der Eründer angegeben worden:

Harold Miller, Southall, Middlesex (Großbritannien)

reinen Elementen, wie z. - B. Selen, Schwefel, Phosphor und Jod.

Es ist bereits bekannt, von dem fotoelektrischen Leitfähigkeitseffekt 'bei Kathoden'stra'hlsenderöhren Gebrauch zu machen. Es wurde jedoch gefunden, daß dabei· sehr erhebliche Nachteile auftreten. Von solchen Nachteilen seien z. B. Mangel an Empfindlichkeit, übermäßige Verzögerung der elektrischen Signale bei veränderter Beleuchtungsstärke und das ίο Störsignal genannt. Das Störsignal zeigt sich bei Bildsignalen, die durch Abtasten eines Mosaikschirmes in wohlbekannter Weise mit sägezahnförmigen Ablenkströmen erzeugt werden, in der Weise, daß diesen Signalen eime sägezahnförmige Spannung überlagert ist, so daß, wenn eine Zeile konstanter Helligkeit abgetastet wird, eine Abschattierung dieses Signals längs der Zeile auftritt.

Die Erfindung behandelt verbesserte Katfhoden-Strahlrohren, die auf dem fotoelektrischen Leitfähigkeitseffekt des· abgetasteten Schirms beruhen mit dem Ziel, die obenerwähnten Nachteile zu beseitigen oder zumindest zu vermindern. Bei der Erfindung wird die metallische Trägerschicht für das lichtempfindliche Material so dünn ausgeführt, daß sie für Licht durchscheinend ist. Dann kann dlas, optische Bild von der anderen Seite als diie Ai>tastung erfolgt, durch das nneitaiMiiisirihe Trägermetall M'nidrarch, a>uf den empfinidliidhlen Schirm projiziert werden. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß sowohl die optische Achse des Bildprojektors als auch die Richtung des unabgelenkten, zur Abtastung dienenden KathodenstraMs mit der Normalen des Schirms übereinstimmen, so daß keine zusätzlichen Entzerrungsmittel angewandt zu werden brauchen. Auch die Dicke des Überzugs aus fotoleitfä'higem Material ist wesentlich, und zwar kommt es darauf an, daß diese Dicke klein ist im Verhältnis zum Durchmesser des abtastenden Strahles an der Auftreffstelle auf den Schirm. Es wurde weiterhin gefunden, daß die oben angegebenen Mangel teilweise auf der Verwendung ungeeigneter Stromstärke im Abtaststrahl oder auch auf der Verwendung ungeeigneter Elektronengeschwindigkeit im Abtaststrahl beruhen.

Gemäß der Erfindung ist eine speichernde Katihodenstrahlbildattaströhre mit einem Speicherschirm, dier aus einem meftaliMisehten Träger mit eimern Überzug aus foitoleiitfähigeim Material besteht, auf den das zu übertragende Bild optisch abgebildet wird und der von einem Kathodenstrahl aibgetastet wird, derart ausgebildet, daß die metallische Trägerschicht so dünn ausgeführt ist, daß sie für das' Licht durchscheinend ist und daß die Dicke der HalbteiteriSchicht kleiner als der Straihldurchmesser ist.

Als bevorzugtes Material für den Überzug des Schirmes wird von den obengenannten Stoffen Zinkselenid benutzt. Unter den Substanzen, welche als fotoleitendtes Material befriedigende Ergebnisse gezeigt haben, sind neben Zinkselenid, Sulfide des Zinks, Cadmium's, Antimons und Mischsulfide von Zink und Cadmium zu nennen. Doch hat sich vorläufig das Erstgenannte als besonders günstig erwiesen.

Zur Herstellung des Schirms wird das fotoleitende Material, nachdem es auf eine geeignete Korngröße gemahlen ist, auf d!ie abenerwäihnte Metallunterlage aufgebracht. Üblicherweise erhält man eine geeignete Metallunterlage durch Überziehen eines Blattes aus Isoliermaterial, vorzugsweise Glimmer, mit einer metallischen Schicht, z.B. aus Platin ' mittels Kathodenzerstäubung. Ein anderes geeignetes Metall ist eine Suspension von kolloidalem Gold und kolloidalem Wolfram in einem verdampfbaren Medium, wie z. B. Lavendelöl. Auch ein mit einer dünnen Golds'chicht versehener Nickelüberzug ist verwendbar. Das fotoleitfähige Material kann durch Zerstäuben, Sublimation, Absetzenlassen aus einer Suspension oder durch chemische Umsetzung zwischen geeigneten Substanzen auf die metallische Unterlage aufgebracht werden. Die beste Aufbringungsmethode hängt von der Natur des verwendeten Materials ab. Wesentlich ist, daß der Überzug gleichmäßig ist, und dies ist im Falle von Zinksulfid und Zinkselenid durch die Zerstäubungsmetihode schwierig zu erreichen, weshalb man hier die Absetzmethode aus einer Suspension in Flüssigkeit vorziehen wird.

Im folgenden soll die Erfindung an Hand eines Auisführungsibeispiels näher erläutert werden. In der Zeichnung ist mit 1 ein Schirm bezeichnet, der mit fotaleitendem Material ülberzogeru iist. Dieser Schirm !befindet sidh innerhalb. eines evakuierten Gefäßes 2 von geeigneter Fiorm und in der Nachbarschaft einer Auffangelektrode 3, die dazu dient,. Sekundärelektronen, die durch . die Abtastung mittels eines Elektronenstrahls aus dem Schirm befreit werden, aufzufangen. Der abtastende Kathodenstrahl wird in bekannter Weise von einer Elektronenschleuder 5 erzeugt und durch nichtgezeichnete Fokussierungselektroden gebündelt. Durch, geeignete Ablenkmittel, die schematisch in der Zeichnung als Spulen 6 dargestellt sind, wird der 'Kathodenstrahl· so über den Schirm 1 geführt, daß dieser zeilenmäßig in bekannter Weise abgetastet wird. Insoweit ist die Anordnung im wesentlichen dieselbe wie bei den Bildspeicherröhren, die unter dem Namen Ikonoskop bekanntgeworden sind. Der Unterschied besteht darin, daß der Mosaikschirm durch einen Schirm mit einem fotoleitenden Überzug ersetzt ist. Der Schirm 1 ist über einen Widerstand und eine Spannungsquelle 8 mit Erde verbunden und über einen Kondensator 9 mit dem Steuergitter einer Verstärkerröhre 10, deren Gitterkreis in bekannter Weise einen Gitterableitwiderstand 11 enthält.

Wie oben festgestellt, beruht der Verzögerungseffekt bei Schirmen, die aus den obenerwähnten Materialien hergestellt sind, teilweise auf der An- iao Wendung ungeeigneter Potentialdifferenzen zwischen dem Schirm 1 und· der Auififaogelektrode 3, teilweise auf ungenügender Stromstärke im Abtaststrahl und auch auf der Verwendung ungeeigneter Auftreffgeschwindigkeit des Abtaststra'hls auf dem Schirm. Die Auftreffgeschwindigkeit auf dem Schirm hängt

von der Potentialdifferenz zwischen dem .Schirm, ι und der Elektronenschleuder 5 ab. Es wurde gefunden, daß in dem niedrigeren Bereich der positiven Werte der Spannungsdifferenz' zwischen dem Schirm 1 und der Auffangelelctrodei 3, d. h. wenn die Auffangelektrode positiv gegenüber dem ,Schirm ist, die Empfindlichkeit mit wachsender Spannung größer wird. Oberhalb eines gewissen Bereichs aber, der für Zinkselenid! z.B. bei etwa 50Volt liegt, nimmt die Empfindlichkeit nicht mehr wesentlich zu.

Die Verzögerung hingegen nimmt für eine gegebene Strahlstromstärke mit wachsender Spannungsdifferenz zwischen dem Schirm 1 und der Auffangelektrode 3 ebenfalls zu. Aus diesem Grunde also sollte die Spannungsdifferenz einen Wert (besitzen, der so klein ist, daß er sich eben noch τηιί-t einer befriedigendien Empfindlichkeit verträgt. Das StOrSIg¹HaI wird jedoch wiederum um so gröißer, je kleiner die Potentialdifferenz zwischen dem Schirm 1 und der Auffangelektrode 3 ist. Wenn man also die beiden Störeffekte bei befriedigender Empfindlichkeit so klein als möglich machen will, muß man ein 'Kompromiß zwischen den dafür geforderten Potentialdifferenzen eingehen, durch welches im Einzelfall der beste Erfolg erzielt wird.

Bei Zinkselenid wird dieses Kompromiß unbefriedigend, wenn die Potentialdifferenz zwischen dem Schirm 1 und der Auffangelektrode 3 größer als 50 Volt gemacht wird. Die besten Resultate erzielt man mit Potentialdifferenzen zwischen 5 und 10 Volt. Bei Benutzung einer derartigen Potentialdifferenz findet man, daß der obenerwähnte störende Effekt der Verzögerung der Signale wesentlich vermindert ist, wobei die Empfindlichkeit der Anordnung noch befriedigend bleibt. Eine derartige Verminderung der Potentialdifferemz zwischen Schirm und Auffangelektrode verursacht aber ein erhöhtes Störsignal, so daß man ein Kompromiß zwischen den einzelnen Faktoren, die die Verzögerung, das Störsignal und die Empfindlichkeit beeinflussen, eingehen muß.

Bei Zinksulfid wird das Kompromiß unbefriediigend bei Potentialdifferenzen über 100 Volt, während das Optimum bei etwa 10 Volt erreicht wird. Bei anderen Substanzen kann man durch Versuche ebenfalls die geeignetsten Spannungswerte finden. Ausi der Zeichnung ist zu sehen, daß die Auffangelektrodb 3 eine positive Spannung gegenüber dem Schirm 1 und der Schirm 1 eine negative Spannung gegen Erde besitzt. Bei einem bestimmten Wert dieser Spannung wird ein positiver Impuls erzeugt, wenn der Schirm abgetastet wird. Wenn aber die Elektrode 3 negativ gegenüber dem Schirm 1 vorgespannt wird, kann auch ein negativer Impuls durch die Abtastung erzielt werden.

Wenn gewünscht, kann der Verzögerungseffekt vollständig beseitigt werden, indem man die Elektrode 3 und den Schirm 1 auf dasselbe Potential legt, z. B. auf Erdpotential, indem man dia Spannungsquelle 8 ganz fortläßt. Dabei wächst aber das Störsignal, und die Empfindlichkeit wird geringer. In gewissen Fällen braucht dies jedoch nicht von Nachteil zu sein.

Andererseits kann, wenn gewünscht, das Störsignal völlig unterdrückt werden, indem man eine große Spannungsdifferenz zwischen den Schirm 1 und die Auffangelektrode 3 legt. Hierdurch wird allerdings ein großer Verzägerungseffekt bewirkt, der zwar bei Übertragung von bewegten Bildern untragbar wäre, aber bei der Übertragung ruhender Bilder nicht weiter stört.

Bei der Bestimmung der geeigneten Stra'hlstromstärke für den abtastenden Kathodenstrahl müssen folgende Beobachtungen berücksichtigt werden. Es wurde gefunden, daß der Verzögerungseffekt zum mindesten innerhalb eines großen Bereichs der Strahlstromstärke mit wachsendem Strahlstrom Meiner wird, daß aber diie HintergTwndstöruinig, d.h. unerwünschte Störsignale im Bildsignalausgang, mit wachsender Strahlstromstärke größer wird. Die optimale Strahlstromstärke wurde zwischen τ und iio μΚ gefunden.

Bei konstanter Strahlstromstärke wurde gefunden, daß der Verzögerungseffekt bei wachsender Auftreffgeschwindigkeit des abtastenden Elektronenstrahls abnimmt. Auch die Dicke der Zinkselenidschicht auf dem Schirm 1 bestimmt in gewisisem Maße die erforderliche Auftreffgescbwindigkeit. Mit einer Schicht von etwa ¹IO^-4 cm Dicke wurde die geeignete Auftreffgeschwindigkek zu etwa ι bis 4 kV gefunden. Weiterhin soll·, wie erwähnt, dafür gesorgt sein, daß der Durchmesser des Abtaststrahls an der Auftreffstelle größer als die Dicke der Schicht ist. Wenn z. B. 400 Zeilen abgetastet werden, kann der Durchmesser des Abtaststrahl® an der Auftreffstelle in der Größenordnung· von 2 bis 3 · io~² cm sein, so daß tatsächlich die Schichtdicke klein gegenüber dem Strahldurchmesser ist.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Bildspeicherröhre mit einem Speicherschirm, der aus einem metallischen Träger mit einem Überzug aus fotoleitfähigem Material besteht, auf den das zu übertragende Bild optisch abgebildet wii.rd und der von einem Kathodenstrahl abgetastet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Trägerschicht so dünn auis geführt ist, daß sie für das Licht durchscheinend ist und daß die Dicke der Halbleiterschicht kleiner als der Strabldurchmesser ist.

2. Bildspeicherröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Speicherschirm (1) eine Sammelelektrode (3) für Sekundärelektronen vorgesehen ist, deren positive Spannung gegenüber dem Speicherschirm 100 Volt nidht übersteigt.

3. Bildspeicherröhre nach Anspruch 2, bei der der Speicherschirm Zinkselenid als fotoleitfähiges Material enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Spannung der Sammel-

elektrode (3) gegenüber dem Schirm (ϊ) 50 Volt nicht überschreitet und vorzugsweise zwischen 5 -und 10 Volt liegt.

4. Bildspeicherröhre nach Anspruch 2, daidttrdh gekennzeichnet, daß dlie Siaimmeüieilekitrodie (3!) und der Schirm (1) auf gleichem Potential, vorzugsweise Erdpotential liegen.

5. Bildspeicherröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlstromstärke des abtastenden Kathoden-Strahls zwischen ι und 10 μΑ liegt.

6. Bildspeicherröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronengeschwindigkeit des abtastenden Kathodenstrahls an der Auftreffstelle auf dem Schirm (1) in der Größenordnung von 1 bis 4 kV liegt.

7. Bildspeicherröhre nach Anspruch 6, bei der der Speicherschirm Zinkselenid als fotoleitfähiges Material enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronengeschwin'digkeit des abtastenden· Kathodenstrahls an der Auftreffstelle an dem Schirm (ii) etwa 1 kV beträgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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