DE2041198A1

DE2041198A1 - Elektronischer Bildverstaerker und Bildwandler

Info

Publication number: DE2041198A1
Application number: DE19702041198
Authority: DE
Inventors: Pieter Schagen
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1969-08-21
Filing date: 1970-08-19
Publication date: 1971-03-25
Also published as: FR2063140A1; US3665184A; FR2063140B1; NL7012151A; GB1272005A

Description

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Anmeldung vom! 18ο Auge 1970

Elektronischer Bildverstärker und Bildwandler

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Bildverstärker und Bildwandler mit einer Photokathode, auf der durch einfallende Strahlung ein Bild erzeugt werden kann, mit einem lumineszierenden Ausgangssehirm, auf dem dieses Bild sichtbar gemacht werden kann, und mit Mitteln zum Beschleunigen und Fokussieren der Photoelektronen von der Photokathode, ä welche Elektronen die verschiedenen Teile dieses Schirmes mit veränderlicher Intensität direkt oder indirekt anregen, um das erwünschte Bild wiederzugeben.

Einfachheitshalber wird hier eine Bildröhre als eine Bildverstärkerröhre an Stelle einer Bildwandlerröhre bezeichnet, auch wenn an erster Stelle beabsichtigt wird, die Wellenlänge der Bildstrahlung zu ändern.

Die Erfindung betrifft im wesentlichen Bildröhren einer Art, die hier als "direkter Typ" betraohtet wird. Solche Bohren benutzen eine Photokathode und einen Lumineszenzschirm, die

PHB 31995

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durch einen Vakuumraum voneinander getrennt sind, der keine Synode oder ein ähnliches Sekundäremissionsorgan enthält. Die Wirkung eines solchen Systems ist direkt in dem Sinnei daß die auf den Schirm einfallenden Elektronen die von der Photokathode emittierten:π Elektronen sind. Diese Röhren können einer bekannten Art sein, bei denen ein elektronen-optisches Bildwiedergabesystem zwischen der Photokathode und dem Sohirm benutzt wird, welches System drehsymmetrisch ausgebildet ist und eine elektronenoptische Achse aufweist, die mit der Achse der Drehsymmetrie zusammenfällt und die an den betreffenden Schnittpunkten mit den Oberflächen der Photokathode und des Schirmes senkrecht zu diesen verläuft. Röhren dieser Art vollführen eine Bildinversion und können "elektronenoptische Dioden" genannt werden. Diese sind in "Philips Research Reports" Band 7, Seiten 119 - 130 (1952) und in der Patentschrift 686.846 beschrieben.

Elektronen-optische Dioden und ähnliche Bildröhren der bisher verwendeten Art haben einen Einfarbenausgangsschirm für Einfarbenwiedergabe. Während dies in vielen Verwendungearten genügt, können unter Umetänden Wiedergaben in zwei oder sogar drei Farben erwünscht sein. Die Erfindung bezweckt daher, einen verbesserten Bildverstärker oder Bildwandler zu schaffen, der eine Farbwiedergabe ermöglicht.

Die Erfindung betrifft weiterhin Röhren des "Nahetyps", die weiter unten beschrieben werden.

Die Erfindung schafft eine Bildverstärkerröhre mit einer Photokathode und einen lumineszierenden Ausgangsschirm mit einer leitenden Schicht, welcher Schirm ein Mehrfarbenschirm des Penetron Typs ist.

Der Ausdruck "Penetron Schirm" wird hier gemeint, einen Schirm anzugeben, der Licht verschiedener Farben entsprechend der Energie (und somit Eindringtiefe) der einfallenden Elek-

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tronen emittiert. Dieser Schirm kann eine Mehrschichtenstruktur oder eine Struktur von Körnern in mehreren Schichten aufweisen; für Fernsehzwecke sind Beispiele dieses Schirmes in den Patentschriften Nr. 737.030 und 1,000.064 und auch in einer der amerikanischen Patentschriften 2.493.200, 2.632.045, 2.730.653, 3.204.143, 3.231.775 und 3.275.466 und in einem Artikel von C. Feldman in J. Opt» Soc. Am. 47,790 und ff. (1957) beschrieben.

Die Röhre kann des direkten Typs sein mit einem elektronenoptischen Bildumkehrsystem zwischen der Photokathode und dem Schirm, welches elektronen-optische.-System drehsymiietrisch ist und eine mit der Drehsymmetrieachse zusammenfal- ■;:" lende elektronen-optische Achse aufweist.

Bei Farbfernsehvorrichtungen bringt die Verwendung eines Penetron Schirmes besonders große Schwierigkeiten infolge der Änderungen der elektronen-optisehen Eigenschaften des Systems mit sich, die bei änderung der Beschleunigungshochspannung des Schirms auftreten, welche Änderung,.säient zur Änderung der Elektroneneindringtiefe und somit der - momentanen *- Farbe des wiedergegebenen Bildes» Diese Schwierigkeiten sind beim Fernsehen auf den Elektronenabtaetstrahl zurückzuführen, der ein konstantes Raster trotz der Hochspannungsänderungen bilden und aufrechterhalten soll. Diese Schwierigkeiten treten | jedoch nicht bei Röhren nach der vorliegenden Erfindung auf, Bei einer einfachen, elektrostatischen Röhre mit zwei Elektroden oder Diode bleiben die Form und die Wirkung des elektrostatischen Beschleunigungs- undFokussierungsfeldes zwischen der Photokathode und dem Ausgangsschirm konstant oder nahezu konstant trotz der Änderungen der Hochspannungswerte.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung können die gleichen Resultate mit drei oder mehr Elektroden erzielt werden, indem die den unterschiedlichen Elektroden zugeführten Potentiale proportional geändert werden., * wenn - die Farbe der. Wiedergabe geändert werden soll.

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Es wird einleuchten, daß die Wiedergabebilder in allen Fällen nacheinander auftreten und die Frequenz der Farbänderungen hängt von der betreffenden Verwendungeart ab.

Ein Gebiet, in dem Mehrfarbenbildverstärkung erwünscht ist, ist dae der Röntgendiagnostik und Beispiele von Röntgengeräten mit Mehrfarbenwiedergabe sind in der englischen Patentanmeldung 41.703/69 beschrieben. Einige dieser Beispiele verwenden Röhren nach der vorliegenden Erfindung.

Sie Erfindung wird nachstehend beispielsweise an Hand beiliegender Zeichnung näher erläutert.

Nach Fig. 1 wird eine äußere Strahlung von einem Gegenstand O auf eine Photokathode P gerichtet, auf der ein Bild erzeugt wird. Photoelektronen werden gleichzeitig von allen Teilen der Photokathode mit veränderlichen, örtlichen Intensitäten entsprechend demoerzeugten Bild ausgelöst.

Sie Photokathode P wirkt mit einer konischen oder nahezu konischen Anode A zusammen zur Bildung einer elektronen-optischen Biode der vorerwähnten Art. Sie elektronen-optisehen Eigenschaften dieses Systems sind derart, daß die emittierten· Photoelektronen einen Bündel von Strahlen bei R bilden, welcher Bündel durch die Wirkung der sphärischen, äquipotentialen Oberflächen zwischen der Photokathode und der konischen Anode konvergiert wird. Beim Surchgang durch die öffnung in der konischen Anode wird die Konvergenz des Bündels durch die negative Iiinsenwirkung in der öffnung des Kegels verringert (d.h. die fokale Tiefe wird vergrößert). Ser Strahlenbündel konvergiert schließlich in einem Brennpunkt in der sogenannten "Bildebene" (bei 7 angegeben), die tatsächlich eine Brennpunktebene oder eine Fläche des besten Brennpunktes ist und beträchtlich gekrümmt ist, wie dies angegeben ist. Ser Ausgangs schirm SO hat eine leitende Schicht und kann flach ausgebildet eein (wie dargestellt ist) oder gekrümmt sein zur

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Anpassung an die Oberfläche F. In jedem Falle ist das elektronenoptische System P-A-SO drehsymmetrisch in bezug auf eine elektronenoptische Achse Z-Z, die zur Oberfläche der Photokathode F und zum Schirm SO an den betreffenden Schnittpunkten senkrecht ist.

Die Anode A ist mit der leitenden Schicht des Schirmes SO verbunden. Eine umschaltbare, schematisch bei Bd angegebene Quelle liefert die Hochspannung für die Anode A und den Penetron Schirm SO. Dieser Schirm kann ein Zwei- (oder Drei-) farbenschirm sein und ein Schalter SWd ändert die Hochspannung in Reihenfolge zwischen zwei (oder drei) Werten | zum Erzielen der erwünschten Änderungen der Elektroneneindringtiefe und der Farbe des an SO wiedergegebenen Bildes.

Eine komplCMBieRöhre des "direkten" !üyps ist in Fig. 2 dargestellt, in der die konische Anode A der einfachen Diodenanordnung nach Fig. 1 durch die Kombination einer zylindrischen Anode Ac und einer zylindrischen Fokussierungselektrode Af ersetzt ist. DieAnode Ac kann in der Praxis mit der leitenden Schicht des Schirmes SO verbunden werden, wie dies dargestellt 1st.

Die von P ausgelösten, das Bildmuster bildenden Elektronen werden durch den Potentialunterschied zwischen Kathode P * und Anode Ac beschleunigt und mittels der Elektrode Af fokussiert. Das Elektronenmuster wird in dieeem Beispiel verkleinert und somit in ein helleres invertes Bild umgewandelt, das am Ausgangeschirm SO erscheint.

Wie vorstehend gesagt, ist es bei einer Anordnung mit drei (oder mehr) Elektroden notwendig, die gegenseitigen Potentiale beim Umschalten der Schirmfarbe proportional zu ändern. Im vorliegenden Falle können diese Potentiale annähernd wie folgt sein, wobei angenommen wird, daß die Abmessungen annähernd die nachfolgenden sind:

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0	0	0
500	600	700 V
25	30	35 kV

Tabelle 1A

Durchmesser der Photokathode P = 9" Durchmesser des Schirmes SO = 20 mm Abstand zwischen P und SO = 11".

Tabelle 1B

Potential der Kathode P = Potential der Elektrode Af = Potential von Ac und SO =

Diese Potentiale können auf die schematisch angegebene Weise von einer dreipoligen Quelle Bd1-Bd2-Bd3 entnommen werden, wobei jedes Element dieser Quelle über ein Potentiometer R1-S2 durch einen Schalter SWd verbunden werden kann. Das Potential der Elektrode Af wird einem geeigneten Abgriff entnommen, der den Verbindungspunkt von R1 und R2 bildet.

Wenn die Röhren nach den Fig. 1 und 2 für Röntgenzwecke benutzt werden sollen, kann ein Fluoreszenzschirm an der Außenfläche der Photokathode P angebracht werden. Dies kann dadurch erfolgen, daß der Eingangsschirm auf der Innenwand des Fensters angebracht und die Photokathodeschicht darauf überlagert wird. Das Eingangsfenster kann auch durch eine faser-optische Platte gebildet werden, wobei der Eingangsschirm an der Außenfläche der Platte und die Photokathode an der Innenfläche angebracht werden. Bei jeder dieser Abarten eignet sich die Röhre nach Fig. 2 zur Verwendung als Röntgenbildverstärker.

Wenn die Röhre nach Fig. 2 für Anaglyphzwecke verwandet werden soll, braucht der Ausgangsschirm SO nur in zwei Farben aufleuchtendes Material, so daß eine der Quellen Bd1, Bd2 oder Bd3 entbehrlich ist.

In einer Abart der Erfindung, die nachstehend beschrieben wird, ist die Bildverstärkerröhre eine Wiedergaberöhre des "Nah·"-Typs, d.h. tine Röhre, in der die Photokathode sehr

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.nahe an dem AusgangescMrm ohne zwischenliegendee elektronehoptisches Fokussierungsmittel angeordnet ist. Eine solche Röhre kann des "direkten" Syps sein, aber in einer bevorzugten Ausführungsform besitzt die Röhre eine sogenannte Kanalverstärkervorrichtung oder Kanalplatte, d.h. eine sekundär-emittierende Elektronenvervielfachungsvorrichtung mit einer Matrix in Form einer Platte mit einer großen Anzahl langgestreckter Kanäle in der Diekenrichtung, welche Platte auf der Eingangsseite eine erste leitende "ScMcht und auf der Ausgangsseite eine zweite leitende Schicht aufweist, die als Eingangs- bzw. Ausgangselektroden wirtsam sind ^ i um in den Kanälen Setamda^emissions-Elektronenvervielfacliiaig hervorzurufen. Sekuiidäremissions-VerstärkervorrichttuigeiL dieser Art sind z.B. in der Patentschrift Nr. 1.064.073, Nr. 1.064.074 und Nr. 1.064.076 beschrieben.

Fig. 3 zeigt eine solche "Nahe" Röhre mit einer Kanalplatte I, die in einem kurzen Abstand zwischen der Photokathode P und einem Ausgangsschirm SO liegt. Diese Platte hat eine Ein-, gangselektrode E1 und eine Ausgangeelektrode E2.. Die 'Hoc.hepan- ■■:'.

nungs spei sung der Elektroden ist sohematie'oh angegeben.' in: " ... .'-.

Form von. Quellen Bo, Bi, Bd. Zur Änderung der wiedergege'ben'en Farbe an SO braucht nur der Wert der Hochspannung von Bd ge- * ändert zu werden und zwar mittels eines Schalters SWd. Auch Mer kann der Schirm SO ein Zwei- oder Dreifarbenschirm je nach der erwünschten Verwendung sein.

Die Anordnung nach Fig. 3 ist besonders vorteilhaft, da..die Kanalplatte I die Stufen P-E1 und E2-S0 effektivνisoliert, so daß das von Bo der ersten Stufe zugeftihrte Potential (und auch das der Platte an sich von Bi zugeführte Potential) konstant bleiben kann, während das Farbselektionspotential über der zweiten Stufe in einem weiten Bereich geändert werden kann. Die Quelle Bd und der Schalter SWd ktaaen somit .Potentiale von 2 kV, 4 .kV und; β k¥ liefern, 'um die drei verschiedestlieh aufleuchtenden Materialien des: SoMris SO anzuregen.■■.

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Wie in Fig. 1 und 2 kann der Photokathode P nach Pig. 3 eine auf Röntgenstrahlen ansprechende Lumineszenzschicht vorangehen, die als Vorwandler wirksam ist, um die Röhre an die Verwendung von Röntgenstrahlen anzupassen. Dieser Vorwandler und die Photokathode P können auch durch einen Kanalverstärker oder eine Kanalplatte mit einer Röntgenstrahlen absorbierenden Matrix nach der Patentschrift 1.091.452 (PHB 31.307) ersetzt werden.

In der zuletzt genannten Patentschrift ist angegeben, daß die Photokathodenschicht weggelassen werden kann, da es sich ergeben hat, daß gewisse Materialien zum Aufbau der Matrix der Kanalverstärkervorrichtung auch gut Röntgenstrahlen absorbieren können in dem Energiebereich, der für Röntgendiagnostik benutzt wird. Dies bedeutet, daß ein großer Teil der ganzen Dicke der Matrix zur effektiven Ausnutzung der Röntgenstrahlen (durch Photoemission im Körper der Matrix) verwendet werden kann, ohne daß Querdiffusion von Photoelektronen auftreten wird. Ein geeignetes Material für die Kanalmatrix ist z.B. Bleiglas.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche:

η/. Bildverstärkerröhre mit einer .Photokathode und einem lumineszierenden Ausgangsschirm mit einer leitenden Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Schirm ein Mehrfarbenschirm des Penetron Typs der beschriebenen Art ist.
2. Bildverstärkerröhre nach Anspruch 1 des beschriebenen "direkten" Typs, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein elektronen-optisches Bildinversionssystem zwischen der Photokathode und dem Schirm enthält, welches System drehsymmetrisch ist und eine elektronen-optisehe Achse aufweist, die mit der Symmetrieachse zusammenfällt.
3. Bildverstärkerröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronen-optische System durch die Photokathode und eine konische oder nahezu konische Anode gebildet wird.
4. Bildverstärkerröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronen-optische System drei oder mehr Elektroden enthält, von denen eine die Photokathode ist.
5. Bildverstärkerröhre nach Anspruch 1 dee "Nahe"-Type entspreohend der vorstehenden Definition.
6. Bildverstärkerröhre nach Anspruch 5 mit einer Kanalplatte zwischen der Photokathode und dem Auegangeschirm.
7. Schaltungsanordnung mit einer Bildverstärkerröhre nach einem der vorhergehenden Aneprüohe in Kombination mit auf verschiedene Pegel uaeehaltbartn Hoohspannungsquellen, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedentlich aufleuchtende Materialien des Penetron Schirms selektiv und nacheinander zur Änderung der Wiedergabefarbe angeregt werden.

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8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7 mit einer Röhre nach Anspruch 4 mit drei oder mehr Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisequelle derart umschaltbar ist, daß die zwischen den unterschiedlichen Elektroden angelegten Potentiale zur Änderung der Wiedergabefarbe proportional geändert werden können.

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