DE915252C - Elektronenstrahlroehre mit einer photoelektrischen Kathode zur Umwandlung eines Lichtbildes in ein Elektronenbild - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektronenstrahlröhre mit einer photoelektrischen Kathode zur Umwandlung eines Lichtbildes in ein Elektronenbild, einer felderzeugenden Elektrode und einem Auffangschirm für die Elektronen. Die Erfindung bezweckt, die Nachteile zu vermeiden, welche auf das Auftreten von positiven Ionen in der Röhre zurückzuführen sind. Diese Ionen entstehen z. B. durch den Zusammenstoß von Elektronen mit Gasmolekülen, können aber auch beim Auftreffen von Elektronen auf eine Oberfläche, deren Eigenschaften für die Bildung von positiven Ionen günstig sind, ausgelöst werden. Eine solche Oberfläche entsteht z. B., wenn etwas photoempfindliches Material von der Kathodenfläche auf einer Elektrode niedergeschlagen wurde.

Ein Teil der Ionen wird auf die photoempfindliche Oberfläche der Kathode auftreffen. Dies beeinträchtigt die photoelektrischen Eigenschaften des Materials, aus dem diese Oberfläche besteht, wodurch die Empfindlichkeit der photoelektrischen Schicht herabgesetzt wird. Ein wesentlicher Nachteil ist die Bildung eines Ionenflecks, der entsteht, wenn eine Konzentration der Ionen erfolgt, z. B. bei Verwendung eines Elektronenbeschleunigungsfeldes, welches, von der Photokathode aus gesehen, divergiert. Die Ionen bewegen sich in entgegengesetzter Richtung zu den Elektronen im wesent-

lichen längs der Kraftlinien des elektrischen Feldes und werden dann an einem beschränkten Teil der Oberfläche der Photokathode gesammelt. Die geringere Empfindlichkeit dieses Teiles erzeugt im Bild einen dunklen Fleck.

Die Elektronenstrahlröhre nach der Erfindung ist derart eingerichtet, daß zwischen, der feldbildenden Elektrode und dem Auffangschirm ein praktisch feldfreier Raum vorhanden ist, in dem das

ίο Potential einen niedrigeren Wert hat als der längs der Röhrenachse im Feld zwischen der Photokathode und der feldbildenden Elektrode auftretende höchste Potentialwert. Ein geringerer Potentialunterschied, der z.B. nicht mehr als einige Volt beträgt, genügt, um zu verhüten, daß die im feldfreien Raum entstehenden positiven Ionen die photoelektrische Kathode erreichen können.

Es ist üblich, die Entladungsstrecke zwischen der photoelektrischen Kathode und dem Auffang-

ao schirm größtenteils von einer in der Regel als leitender Belag auf der Röhrenwand ausgebildeten Elektrode zu umgeben, welche das gleiche Potential wie der Auffangschirm hat oder demgegenüber wenigstens nicht mehr als einige Volt positiv ist.

Sie wird im allgemeinen als Auffangelektrode bezeichnet; innerhalb dieser Elektrode erstreckt sich der feldfreie Raum. In der Röhre nach der Erfindung ist eine weitere Elektrode in geringerem Abstand von der photoelektrischen Kathode ange-

ordnet, weiche als felderzeugende Elektrode bezeichnet wird, da sie beim Anlegen einer gegenüber der Kathode positiven Spannung im wesentlichen den Verlauf des elektrischen Feldes für die photoempfindliche Kathodenfläche bedingt. Die der felderzeugenden Elektrode zugeführte Spannung ■ muß höher sein als die an der Auffangelektrode liegende Spannung. Die an die felderzeugende Elektrode anzulegende Spannung ist von deren Länge abhängig. Eine kurze Elektrode beansprucht eine höhere Spannung als eine lange Elektrode. Aus verschiedenen Gründen ist es aber erwünscht, den Spannungsunterschied zwischen dieser Elektrode und der Auffangelektrode klein zu halten, vorzugsweise nicht größer als etwa 5% der Beschleunigungsspannung. Die zwischen den beiden Elektroden gebildete Verzögerungslinse ist dann noch so schwach, daß sie die Elektronenstrecken praktisch nicht beeinflußt. Ferner haben dann auf die felderzeugende Elektrode auftreffende Elektronen, z. B. Elektronen, welche durch Sekundäremission am Auffangschirm ausgelöst sind, eine so geringe Geschwindigkeit, daß sie wenig Anlaß zur Ionenbildung geben. Die Ionenbildung an der Oberfläche der felderzeugenden Elektrode oder in deren Nähe muß nämlich weitgehendst vermieden werden, da dies der höchste im Feld auftretende Potentialbereich ist und kein Hindernis da ist, um zu verhüten, daß die Ionen die photoelektrische Kathode erreichen. Die Länge der felderzeugenden

So Elektrode muß daher nicht kleiner als deren Durchmesser sein, muß diesen aber vorzugsweise um nicht mehr als 25% überschreiten. Es wurde festgestellt, daß, wenn die Länge zwischen diesen Werten gehalten wird, der Potentialunterschied zwischen der Auffangelektrode und der felderzeugenden Elektrode unter 5%) der Beschleunigungsspannung liegen kann; bei der Maximallänge braucht der Unterschied nicht mehr als etwa 2% dieser Spannung zu sein.

Eine nähere Beschreibung von einigen Anwen" düngen der Erfindung folgt an Hand der Zeichnung, in der

Fig. ι eine als Bildwandler ausgebildete Elektronenstrahlröhre und

Fig. 2 eine Fernsehaufnahmeröhre mit elektronenoptischer Verstärkung (Bildikonoskop) darstellt.

Der Bildwandler nach Fig. 1 besteht aus einem zylindrischen Glasrohr 1, welches an beiden Enden mittels flachen Wänden 2 und 3 verschlossen ist.

Auf der Endwand 2 ist eine photoelektrische Kathode angebracht, auf die mittels der Linse 4 ein Lichtbild projiziert wird. Die photoelektrische Kathode kann z. B. aus einer Cäsiumschicht 5 bestehen, welche auf die oxydierte Oberfläche einer dünnen, auf die Wand 2 niedergeschlagenen Silberschicht 6 aufgebracht ist. Auch läßt sich mit Antimon aktiviertes Cäsium, welches auf eine durchsichtige leitende Wandschicht niedergeschlagen ist, verwenden. Eine gut durchsichtige Schicht hinreichender Leitfähigkeit kann aus Iridium hergestellt sein. In der Nähe der photoelektrischen Kathode ist die feldbildende Elektrode 7 angebracht, welche die Form eines Wandbelages haben kann.

Der weitere Teil des Raumes innerhalb der Röhre 1 ist vom leitenden Belag 8 umgeben. Dieser bildet ein. Ganzes mit einem Belag der Endwand 3 aus leitendem Werkstoff, für welchen gleichfalls ein Stoff gewählt wird, der bei hinreichender Leitfähigkeit zur Bildung einer Äquipotentialfläche durchfallendes Licht wenig absorbiert. Diese Schicht ist mit einem Leuchtstoff 9 bedeckt, und das von diesem Stoff ausgestrahlte Licht muß mit möglichst geringer Abschwächung von der Außenseite her beobachtet werden können.

Von den verschiedenen Punkten der photoelektrischen Kathodenfläche 5, welche von Licht getroffen werden, werden Photoelektronen in einem von der Belichtungsintensität abhängigen Maß ausgesandt. Die Elektronen werden vom Feld zwischen der Kathode und der Elektrode 7 nach dem leuchtenden Auffangschirm 9 beschleunigt. Die dazu erforderliche elektrische Spannung wird der Gleichstromquelle 10 entnommen, deren negative Klemme "5 mit der leitenden Schicht 6 der photoelektrischen Kathode und deren positive Klemme mit der Elektrode 7 verbunden ist. Mit der positiven Klemme der Spannungsquelle 10 ist auch die positive Klemme einer Spannungsquelle 11 niedriger Gleichspannung verbunden, an deren negative Klemme der leitende Belag 8 angeschlossen ist. Die photoelektrische Kathode kann z. B. 1000 Volt negativ gegenüber der feldbildenden Elektrode 7 sein, und der Belag 8 kann ein Potential haben, welches von 25 bis 50 Volt negativ gegenüber 7 ist.

Die Geschwindigkeit der Photoelektronen ist so groß, daß das schwache gegenwirkende Feld zwischen den Elektroden 7 und 8 den Photoelektronenstrom nicht merklich beeinflußt. Dagegen ist dieses Feld hinreichend stark, um längs der Elektronenbahnen im feldfreien Teil des Raumes innerhalb der Röhre erzeugte positive Ionen zu hindern, die photoelektrische Kathode zu erreichen.

In Fig. 2 ist der Wandbelag 8 auf ein niedriges

ίο positives Potential von einigen Volt gegenüber dem Auffangschirm für die Elektronen gebracht, da in einer Fernsehaufnahmeröhre eine große Menge von Sekundärelektronen auftreten:. Dieser Schirm ist von der üblichen· Bauart und kann aus einer Metallplatte 12 bestehen, welche von dem in der Röhrenwand 3 festgeschmolzenen Träger 13 gehalten wird. An der der photoelektrischen Kathode 5 zugekehrten Seite kann die Platte 12 mit sehr vielen, gegenseitig isolierten Elementen 14,

z. B. aus Silber, bedeckt sein, welche auf einer Glimmerplatte angebracht sind. An Stelle getrennter Elemente kann eine halbleitende Schicht oder ein Stoff verwendet werden, dessen Dielektrizitätskonstante sich durch Elektronenaufprall ändert. Die von der photoelektrischen Kathode 5 aus von der felderzeugenden Elektrode 7 in Richtung des Auffangschirms beschleunigten Photoelektronen erzeugen ein Ladungsbild, und die dabei auftretenden Ladungsunterschiede werden dadurch neutralisiert, daß die Auftreffplatte mittels eines Elektronenstrahlbündels konstanter Geschwindigkeit abgetastet wird. Dieses Elektronenbündel wird von dem Elektrodensystem 15 erzeugt und mittels der Anode 16 beschleunigt, und außerdem ist noch ein konzentriertes Feld zwischen der Anode 16 und dem Wandbelag 8 vorhanden. Zur Ablenkung des Elektronenbündels, derart, daß die Auftreffstelle an dem Schirm über die Oberfläche bewegt wird, können in der Figur nicht dargestellte elektromagnetische Ablenkspulen verwendet werden. Der Ausgleich der Ladungsunterschiede bewirkt Stromänderungen in der Zuführungsleitung 17 zum Schirm. Letzterer ist über den Widerstand 18 mit Erde und folglich mit der Auffangelektrode verbunden.

Bei der Erzeugung des Ladungsbildes und beim Ausgleich der Ladungsunterschiede werden Sekundärelektronen ausgelöst, welche größtenteils vom Wandbelag 8 abgeleitet werden müssen. Sie dürfen vorzugsweise nicht auf die felderzeugende Elektrode treffen. Der Wandbelag 8 ist daher auf ein gegenüber dem Träger 13 positives Potential ge

bracht. Da sich der Belag 8 über den größten Teil des Abstandes zwischen der Photokathode 5 und dem Auffangschirm erstreckt, ist der Prozentsatz 55 der Elektronen, der auf die felderzeugende Elektrode auftreffen kann, sehr gering, und die Ionenbildung erfolgt hauptsächlich im Bereich innerhalb des Belags 8. Das Potential in diesem Bereich hat einen niedrigeren Wert als der im Feld zwischen 60 der photoelektrischen Kathode 5 und der felderzeugenden Elektrode 7 auftretende Maximalwert. Die Ionen können die Photokathode daher nicht erreichen.

In den beiden Figuren ist noch die Fokussierspule 19 dargestellt, welche dazu dient, von der photoelektrischen Kathode ein Bild auf dem Auffangschirm zu entwerfen.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE: T3

1. Elektronenstrahlröhre mit einer photoelektrischen Kathode zur Umwandlung eines Lichtbildes in ein Elektronenbild, einer felderzeugenden Elektrode und einem Auffangschirm für die Elektronen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der felderzeugenden Elektrode und dem Auffangschirm ein praktisch feldfreier Raum vorhanden ist, dessen Potential einen niedrigeren Wert hat als das längs der Röhrenachse im Feld zwischen der Photokathode und der felderzeugenden Elektrode auftretende Höchstpotential.

2. Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der feldfreie Raum sich über den größten Teil des Abstandes zwischen der Photokathode und dem Auffangschirm erstreckt innerhalb einer Auffangelektrode für die vom Auffangschirm herrührenden Sekundärelektronen. .

3. Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der felderzeugenden Elektrode nicht kleiner ist als der Durchmesser und diesen nicht mehr als 25% überschreitet.

4. Vorrichtung mit einer Elektronenstrahlröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der felderzeugenden Elektrode eine gegenüber der photoelektrischen Kathode positive Spannung zugeführt wird, welche den Potentialunterschied zwischen der photoelektrischen Kathode und dem Auffangschirm für die Elektronen um nicht mehr als 5% überschreitet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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