DE2540802A1

DE2540802A1 - Bildwandlerroehre

Info

Publication number: DE2540802A1
Application number: DE19752540802
Authority: DE
Inventors: Charles Loty
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1974-09-13
Filing date: 1975-09-12
Publication date: 1976-04-01
Also published as: JPS5847823B2; JPS5154360A; FR2284978A1; GB1514339A; DE2540802C2; FR2284978B1; US4012657A

Description

Commissariat ä I¹Energie Atomique, Paris (Frankreich)

Bildwandlerröhre

Die Erfindung betrifft eine Bildwandlerröhre mit Spaltabtastung.

Die Bildaufzeichnung mit extrem kurzer Belichtungszeit ermöglicht es, den zeitlichen Ablauf sehr kurzer Lichterscheinungen aufzunehmen. Daher ist die elektronische HP-Kinematographie auf weiten Gebieten und in zahlreichen Zweigen der Forschung einsetzbar: Ballistik, Explosionstechnik, Untersuchung lebender Zellen, Versuche mit Lasergeräten usw..

Derzeit werden zwei Typen von elektronischen Kameras eingesetzt: Die Ganzbild-Kamera zum fotografischen Aufzeichnen zweidimensxonaler Bilder zu untersuchender Erscheinungen und die Spalt-Kamera zum fotografischen Aufzeichnen der zeitlichen Änderung des Lichtpegels eines Bildes, in einer Dimension, von zu untersuchenden Erscheinungen. Bei den Abtast-Bildwandler-Kameras der oben erläuterten Typen wird das Bild der zu untersuchenden Erscheinung auf einer Fotokathode einer herkömmlichen Bildwandlerröhre erzeugt, die

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außer der Fotokathode eine Steuerelektrode, Beschleunigungselektroden, eine Fokussierelektrode, zwei Ablenkeinheiten und einen Leuchtschirm aufweist, der ggf. einem Elektronenvervielfacher zugeordnet ist.

Die Anzahl der von jedem Punkt der lichtempfindlichen Schicht der Fotokathode ausgesandten Elektronen ist proportional dem Pegel des lokal einwirkenden Lichtes. Die Elektronen werden beschleunigt und in die z. B. aus Leuchtstoff bestehende Ebene des Schirmes fokussiert, wo ein sichtbares Bild erzeugt wird. Wenn die Röhre abgeschaltet bzw. im Ruhezustand ist, werden die Elektronen auf der Höhe der Fotokathode durch ein negatives Potential gesperrt, das an der Steuerelektrode liegt.

Ein elektrisches positives Rechtecksignai wird diesem negativen Polarxsationspotentxal überlagert, um die Röhre einzuschalten bzw. zu öffnen. Die Einschalt- bzw. Öffnungszeit wird durch die Dauer des positiven Rechteckssignales bestimmt.

Mit der Ganzbild-Kamera können Bilder verringerter Abmessungen erzeugt werden, wenn das Eingangsfenster der Fotokathode abgedeckt wird. Indem an die Ablenkeinheiten der Ablenkoptik (Bild-) Einstellsignale eines geeigneten Verlaufs gelegt werden, kann auf einem Schirm eine Folge von Bildern nebeneinander aufgezeichnet werden. Diese Bilder sind durch ein Zeitintervall getrennt, das vom Takt oder von der Frequenz der Öffnungssignale abhängt.

Bei der Spalt-Kamera ist das auf der Fotokathode erzeugte Bild durch einen engen Spalt begrenzt, der auf dem Schirm abgebildet wird, wobei der Ablauf des Spaltbildes

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erhalten wird, indem an die Ablenkeinheiten der Ablenkoptik ein Abtastsignal gelegt wird. Auf dem Ausgangsfenster der Röhre wird entsprechend der Abtastachse die Entwicklung der Leuchtdichte oder Helligkeit in Zeitabhängigkeit von der untersuchten Leuchterscheinung beobachtet. Auf der zur Abtastachse senkrechten Achse, d. h. entsprechend der größten Abmessung des Spaltes, wird die räumliche Entwicklung der gleichen Erscheinung aufgenommen.

Die herkömmlichen Bildwandlerröhren sind mit einer Drehoptik ausgestattet. Diese zum Erzeugen von zweidimensionalen Bildern angepaßte Optik ist für eine bestimmte Aufteilung der an die Elektroden angelegten Potentiale optimal. Der Hauptnachteil einer Drehoptik liegt in der Verbindung der räumlichen Auflösung mit der untersuchten zeitlichen Auflösung. Es ist bereits darauf hingewiesen worden, daß zur Vergrößerung der zeitlichen Auflösung das Beschleunigungsfeld der Potoelektronen erhöht werden muß. Eine homothetische Änderung der Potentiale an den Elektroden kann wegen Problemen nicht erwogen werden, die auf den Feldemissionen und dem Halten der Spannung in der Röhre beruhen. Daher ist bei der Drehoptik die räumliche Auflösung umso geringer, je höher die zeitliche Auflösung ist.

Eine andere Ursache für die Verringerung der räumlichen Auflösung in der herkömmlichen Spalt-Kamera mit Drehoptik beruht auf der Defokussierung des Bildes der Fotokathode auf dem Schirm aufgrund des Abtastens dieses Bildes entsprechend der Ablenkrichtung. Diese Defokussierung führt zu einer Verdickung der Spur oder Bahn pro-

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portional zum Quadrat des Ablenkwinkels. Diese Defokussierung in den herkömmlichen Optiken kann nicht dynamisch kompensiert werden, da sie nicht drehsymmetrisch ist und da in den herkömmlichen Kameras die Optiken um die Ausbreitungsachse der Elektronen drehbar sind.

Die Erfindung betrifft eine Bildwandlerröhre, die zur Ausrüstung einer Spaltabtest-Kamera geeignet ist, welche bezüglich der herkömmlichen Spaltabtast-Kamera mit drehsymmetrischer Optik den Vorteil einer unterscheidlichen Einstellung oder Steuerung entsprechend beiden Achsen und damit einer unabhängigen Optimierung der räumlichen und zeitlichen Auslösung aufweist.

Bei der erfindungsgemäßen Spalt-Röhre werden die beiden Achsen des Spaltes unterschieden (die räumliche Achse ist parallel zur Länge des Spaltes, und die zeitliche Achse ist senkrecht zur räumlichen Achse). Daher ist die erfindungsgemäße Wandlerröhre mit einer elektronischen Optik ausgestattet, die unabhängig in jeder Achse optimiert ist, wobei die Optimierung entsprechend der zeitlichen Achse das Ablenksystem des Elektronenstrahles einschließt. Zusätzlich verwendet diese Anordnung vorzugsweise erfindungsgemäß eine ebene oder flache Fotokathode.

Die zeitlichen und räumlichen Auflösungen dieser Optik sind gleichzeitig optimal. Sie erlauben eine Verbesserung der Spalt-Kamera über die Werte hinaus, die gegenwärtig mit herkömmlichen Bildwandlerröhren erhalten werden.

Genauer ausgedrückt, die erfindungsgemäße Bildwandlerröhre mit Spaltabtastung dient zur Beobachtung sich schnell

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_ K mm

entwickelnder Lichterscheinungen durch Abtastung (auf einem Schirm) des Spaltbildes einer Fotokathode, auf der das durch die zu untersuchende Lichterscheinung ausgesandte (oder reflektierte) Licht empfangen wird. Diese Röhre hat wie die herkömmliche Röhre eine Fotokathode, eine Überblendelektrode, mindestens eine Beschleunigungselektrode und einen Schirm. Zwischen der Beschleunigungselektrode und dem Schirm hat die Ablenk- und Fokussieroptik des Strahles eine erste elektronische Einrichtung, um das Bild der größten Abmessung des Spaltes auf dem Schirm zu erzeugen, und eine zweite, von der ersten unabhängige Einrichtung, um den Strahl auf den Schirm in einer Richtung senkrecht zur vorhergehenden Richtung, d. h. in der zum Spalt senkrechten Richtung, zu fokussieren und abzulenken.

Damit ist die Fokussierung in beiden Ebenen, der Ablenkebene und der räumlichen Ebene, unabhängig. Die räumliche Ebene ist die zur größten Abmessung des Spaltes parallele Ebene und enthält die Achse der mittleren Elektronenausbreitung in der Röhre. Die Ablenkebene ist die zum Spalt senkrechte Ebene und enthält die gleiche Achse Oz der Elektronenausbreitung.

Erfindungsgemäß besteht die elektronische Einrichtung z. B. aus einer Sammel- oder Konvergenz- oder Konvexlinse in der "räumlichen" Ebene, die das Bild des Spaltes der Fotokathode auf dem Schirm zeigt, und aus einer Sammellinse in der Ablenkebene, so daß eine Strahlablenkung möglich ist, um auf dem Schirm aufeinanderfolgende Bilder entsprechend der Ablenkachse zu erzeugen, aufeinanderfolgende Bilder entweder von der Fotokathode

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oder dem ersten Konvergenzpunkt (englisch: cross over), der durch die Beschleunigungselektrode erzeugt wird.

Vorzugsweise werden eine Quadrupol-Sammellinse in der räumlichen Ebene und eine Zerstreuungslinse in der Ablenkebene zum Erzeugen des Bildes der Fotokathode auf dem Schirm in der räumlichen Ebene sowie eine Plansammellinse in der Ablenkebene verwendet, die abhängig von der Divergenz der obigen Quadrupollinse berechnet ist und eine Fokussierung und Ablenkung des Strahles entsprechend der zeitlichen Achse erlaubt.

Auf diese Weise wird die Fokussierung entsprechend der Spalthöhe durch zwei zugeordnete oder konjugierte Linsen durchgeführt, nämlich eine Zerstreuungslinse (Divergenzebene der Quadrupollinse) und eine Sammellinse mit ünxdirektxonalwirkung. Diese zuletzt genannte Linse ist mit der Ablenkeinheit so gekoppelt, daß bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung eine dynamische Korrektur der Defokussierung der Ablenkung erhalten wird-

Die Einstellungen auf das Spaltbild werden dadurch erleichtert, daß die Steuerungen der Fokussierung auf jeder Achse unabhängig sind.

Aufgrund einer Einstellung des an der Unidirektionallinse liegenden Potentials kann das Bild der Höhe des Spaltes oder des ersten Konvergenzpunkts von diesem erzeugt werden .

Bei einem Ausführungsbeispiel umfaßt die Ausgangsstufe der Röhre einen Elektronenvervielfacher, z. B. einen Mikrokanal-Vorsatz (frz.: galette), einen Beschleunigungs-

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raum zur Nahfokussierung, einen Schirm aus Leuchtstoff, der z. B. auf einem Ausgangsfenster mit Glasfasern abgelagert ist. Diese Ausgangsstufe ist gleich wie diejenige, die bei der Bildwandlerröhre RTC Typ P 50OP vorgesehen ist.

Die fotografische Aufzeichnung erfolgt durch eine direkte Kopplung PiIm-Ausgangsebene der Glasfasern.

Die Ablenk- und Fokussierlinsen sind vorzugsweise elektrostatische Linsen, aber sie können in gleicher Weise auch magnetische Linsen sein.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert;

es zeigen:

Pig. I eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Wandlerröhre,

Fig. 2a und 2b den Elektronenstrahlverlauf in

der räumlichen Ebene und in der Ablenkebene,

Fig. 3a und 3b die Änderung des Elektronenstrahles aufgrund der Beschleunigungselektrode in der räumlichen Ebene und der Ablenkebene,

Fig. 4a und 4b zwei Darstellungen der Quadrupollinse, in Fig. 4a im Schnitt und in Fig. 4b in Seitenansicht,

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Pig. 5 ein Ausführungsbeispiel einer ebenen Konvergenz- und Ablenkelektrode,

Fig. 6 die Spannung an den Ablenkplatten der ebenen Elektrode für eine dynamische Kompensation der Ablenkung.

In der Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Wandlerröhre gezeigt. Das Licht des Strahles 4 wird durch eine (nicht dargestellte) Optik auf die Fotokathode 2 in einem Rechteck 6 konzentriert, das den die Elektronen aussendenden Spalt bildet. Die Wandlerröhre umfaßt in gleicher Weise eine Steuerelektrode 8, eine Beschleunigungselektrode 10, eine Quadrupollinse 12, eine Sammel- und Ablenk-Planlinse 14 und einen Schirm 16. Bei diesem Ausführungsbeispiel liegen das Gestell und die Fotokathode auf Masse, während die überblend- oder Steuerelektrode 8 mit einer elektrischen Spannungsquelle 18 verbunden ist, die ein Rechteck-Spannungssignal aussendet, wenn der Betrieb der Röhre ausgelöst werden soll. Die Beschleunigungs-Elektrode 10 ist mit einer positiven Spannungsquelle 20 verbunden. Die beiden Teile 22 und 24 der Quadrupollinse 12 sind mit der gleichen positiven Spannungsquelle 26 verbunden, während die beiden anderen betrachteten Teile 28 und 30 an eine negative Spannungsquelle 32 angeschlossen sind. Die drei Platten der Sammel- und Ablenklinse 14 sind an einer Hochspannungsquelle 36 angeschlossen.

In der räumlichen Ebene, z. B. der Ebene xOz wird das Bild des Spaltes 6 aufgrund der Sammellinse erzeugt, die durch die Teile 28 und 30 der Quadrupollinse gebildet wird, wobei dieses Bild auf dem Schirm 16 {oder auf einem

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Mikrokanal-Vorsatz 40 - wie in den Fig. 1, 2a und 2b deutlich erkennbar - gezeigt) bei einer Ausgangsstufe mit einem Elektronenvervielfacher entsteht. In der Ablenkebene, z. B. der Ebene yOz, lenkt die Linse 14 entsprechend der Richtung Oy (Zeitachse) das Bild der Fotokathode auf dem Schirm 16 ab.

In der Fig. 2a ist der Verlauf des Elektronenstrahles in der räumlichen Ebene zwischen der Fotokathode 2 und dem Schirm 16 gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel und entsprechend einer bereits entwickelten Vorrichtung durchquert der Elektronenstrahl einen Mikrokanal-Vorsatz 40 vor dem Schirm 16. Das durch die Spannungsquelle 32 (Fig. 1) an die Elektroden 28 und 30 angelegte Potential ist so, daß das Bild in der räumlichen Ebene xOz des Spaltes der Fotokathode im wesentlichen auf dem Schirm 16 erzeugt wird. Der Elektronenstrahl ist mit dem Bezugszeichen 41 versehen.

In der Fig. 2b ist der Verlauf des Elektronenstrahles in der Ablenkebene yOz gezeigt. Der ganz zuerst divergente (da die Quadrupollinse in dieser Ebene eine Zerstreuungslinse ist) Elektronenstrahl 48 wird bei diesem Ausführungsbeispiel durch einen Spalt 50 abgeblendet, bevor er in die Sammel- und Ablenklinse 14 eindringt, um auf dem Mikrokanal-Vorsatz 40 vor dem Schirm 16 fokussiert zu werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht die Ablenklinse 14 aus drei Plattenpaaren 42, 44 und 46, wobei das Plattenpaar 44 das Ablenkelektrodenpaar bildet.

In der Fig. 3a sind die Fotokathode 2 und die Be-

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schleunigungselektrode 10 sowie der Verlauf der von der Fotokathode ausgesandten Strahlen, wie z. B. der Strahlen 52 und 54, gezeigt. Der erste Konvergenzpunkt liegt bei 56, und das Bild der Fotokathode, durch die Elektrode 10 gegeben, ist durch eine Strichlinie 58 angedeutet. Die Lage des ersten Konvergenzpunktes 56, des Bildes der Fotokathode 58 und die halbe Höhe des ersten Konvergenzpunktes ändern sich abhängig von Verhältnis e/d, wobei e die halbe Spaltbreite der Beschleunigungselektrode 10 und d den Abstand zwischen der Fotokathode und der Beschleunigungselektrode bedeuten.

In der Fig. 3b ist in der räumlichen Ebene die Fotokathode gezeigt, die die Elektronenstrahlen, wie z. B. die Strahlen 60, 62 und 64, aussendet, wobei das Bild 66 der durch die Elektrode 10 gegebenen Fotokathode in einer naehgeschaiftefcenⁿ Ebene liegt.

In den Fig. 4a und 4b ist die Quadrupollinse 12 gezeigt. Diese Linse besteht bei diesem Ausführungsbeispiel aus vier gleichseitigen Hyperbelbögen, wobei die gegenüberliegenden Bögen 22 und 24 auf einem Potential +V und die Bögen 28 und 30 auf einem Potential -V liegen. In der Fig. 4b ist die gleiche Quadrupollinse der Länge Z im Seitenschnitt entsprechend der Ebene yOz gezeigt.

Das Potential im Inneren einer derartigen Linse ist

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von der Form V = A(y - χ ). Die Linse ist in der Ebene xOz, BV/ 3x = -2Ax konvergent und in der Ebene yOz, Z)V/ 3y = +2Ay divergent.

Es wird die Konvergenzeigenschaft der Quadrupollinse 14 ausgenützt, um das Bild des Spaltes 6 der Fotokathode

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entweder auf einem Schirm oder dem Eingang des Mikrokanal-Vorsatzes 40 der Fig. 1 zu bilden. In der räumlichen Ebene hat der von der Fotokathode 2 ausgesandte Strahl Abmessungen, die bezüglich des Zwischenelektrodenabständes 2a nicht vernachlässigbar sind. Es ist also die räumliche Ebene, daß die Abweichungen oder Aberrationen der Quadrupollinse die Bildqualität ändern bzw. verschlechtern. In der Ablenkebene mit einer Spalthöhe von z. B. 1 mm ist die Höhe des Strahles etwas vor 2a, in der Größenordnung von cm und den vernachlässigbaren Abweichungen. Der Vorteil der Quadrupollinse gegenüber einer einfachen Sammellinse liegt darin, daß keine starken Verzeichnungen in der räumlichen Ebene auftreten, da sie von Abweichungen oder Aberrationen erster Ordnung frei ist.

Die Form der das Erzeugen des Quadrupolfeldes erlaubenden Elektroden ist, wie gezeigt, ein gleichseitiger Hyperbelzweig. Da diese Form schwierig herzustellen ist, wird sie bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung durch einen Kreisboden mit gleichem mittleren Krümmungsradius ersetzt.

In der Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel der Planlinse 14 gezeigt, die in der Ablenkebene yOz konvergent ist und gleichzeitig die Funktion einer Ablenkplatte erfüllt. Diese Linse 14 hat drei Plattenpaare 42, 44 und 46. Im Gegensatz zur obigen Quadrupollinse 12 wirkt die Planlinse 14 lediglich in der Ablenkebene. Sie dient dazu, um auf dem Eingang des Mikrokanal-Vorsatzes (oder auf dem Schirm) entweder das Bild des Spaltes oder das

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Bild des ersten Konvergenzpunktes zu erzeugen. Die beiden äußeren Plattenpaare 42 und 46 liegen auf dem gleichen Potential V_Q, und die beiden mittleren Platten 44' und 44" liegen auf einem mittleren Potential V, wenn der Elektronenstrahl in die Mitte der Prallplatte, d. h. auf der Achse Oz, geführt werden soll. Wenn der Strahl abgelenkt werden soll, liegt die Platte 44' auf einem Potential V+Δ V, und die Platte 44" liegt auf einem Potential V-Δ V, während der Strahl, wie dies in der Fig· 5 gezeigt ist, nach oben abgelenkt wird. Der Strahl ist mit den Bezugszeichen 51 versehen.

Eines der Hauptprobleme, die bei der Ablenkung eines Elektronenstrahlen auftreten, liegt in der Ablenk-Defokussierung. Wenn ein Elektronenstrahl in die Mitte der Platten abgelenkt wird, die bezüglich eines mittleren Potentials auf einem positiven und einem negativen Potential liegen, so verbreitert sich die Bahn oder die Spur von einem Teil der mittleren Lage zum anderen. Diese Verbreiterung beruht auf der Wirkung der Sammellinse, die durch die Einwirkung der Ablenkspannungen auf die Platten gebildet wird: Die Elektronen in der Nähe der positiven Platten werden beschleunigt, und wenn sie schneller sind, werden sie weniger abgelenkt als die axialen Elektroden.

Dagegen werden die den negativen Platten näheren Elektronen abgebremst, also weiter abgelenkt, so daß der Schnittpunkt der Plugbahnen näher als beabsichtigt am Ausgang der Ablenkplatten auftritt. Die Defokussierung wird mit dem Verhältnis £ /w gemessen, wobei E. die

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Abmessung des Schattens auf dem Schirm 16 und w die Strahldicke am Eingang der Ablenkplatten bedeuten. Die in der Fig. 5 vorgesehenen drei Linsen bilden ein Fokussier-Ablenk-Koppelsystem. Die Innenelektroden 44' und 44" der Planlinse dienen zur Strahlablenkung. Diese Lösung bietet zwei Vorteile. Es wird der Abstand zwischen den Ablenkplatten und dem Schirm vergrößert, was die Verzeichnung verringert, und es ist in gleicher Weise möglich, den Einfluß der Konvergenz oder Brennweite dynamisch zu kompensieren. Daher wird die Konvergenz der Linse in dem Maße verringert, wie der Strahl abgelenkt wird. Diese Kompensation in der erfindungsgemäßen Röhre ist ohne Einfluß in der räumlichen Ebene und wirkt lediglich in der Ablenkebene.

In der Fig. 6 ist die Änderung des Potentials der z. B. ebenen Platte 44' dargestellt, die die Ablenk-Defokussierung bei der Anordnung der Fig. 5 beseitigt. Auf der Ordinate ist der Quotient V/V des z. B. an einer der Platten 44' liegenden Potentials V und auf der Abszisse die Ablenk-Entfernung D aufgetragen, die entsprechend der Zeitachse parallel zu Oy gemessen ist. Auf der Kurve 52 ist die theoretische Kurve gezeigt, die die Ablenk-Defokussierung vollständig beseitigt. In Strichlinie ist eine technologisch leichter realisierbare Gerade 54 dargestellt, die am besten der Änderung des durch die Kurve 52 dargestellten Potentials folgt, das für eine vollständige Kompensation der Ablenk-Defokussierung erforderlich ist.

Diese dynamische Kompensation ist erfindungsgemäß

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möglich, da die Ablenkebenen und die räumlichen Ebenen klar unterschieden sind. Bei bereits entwickelten Vorrichtungen, bei denen Optiken mit Drehsymmetrie verwendet werden, ist diese dynamische Kompensation nicht möglich. Der Vorteil dieser Ablenkkompensation liegt in einer merklichen Erhöhung der räumlichen Auflösung der Bilder. Andererseits kann gezeigt werden, daß das Verhältnis £/w, das die Ablenk-Defokussierung mißt, noch kleiner ist, wenn die Ablenkelektroden so angeordnet werden, wie dies in der Fig. 5 gezeigt ist, d. h. zwischen den beiden Fokussierplatten 42 und 46, und wenn Ablenkelektroden allein hinter der Sammellinse 14 vorgesehen werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung hat folgende theoretischen und elektrischen Daten:

Abstand Fotokathode-Eingang Mikrokanal-Vorsatz: 290 mm, Abmessung des Spaltes der Fotokathode: 1 χ 20 mm, Abmessungen des BeschleunigungsSpaltes d: 2 χ 20 mm, Quadrupollinse: £ = 96,5 mm, a = 14,4 mm, Z/a. = 6,7»

Sammel- und Ablenklinse: Länge 99 mm, minimaler

Zwischenelektrodenabstand 20 mm,

Länge des Ablenkraumes: 88 mm,
Nutzfläche des Schirmes: 40 χ 40 mm, Beschleunigungspotential: 5000 V, Potential der Quadrupollinse: - 219 V, Sperrpotential der Steuerelektrode: - 500 V,

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- 15 mittleres Potential der Sammel- und Ablenk-Planlinse:

v,

Ablenkempfindlichkeit: 400 V/cm,

räumliche Auflösung in Spaltrichtung: 10 pl/mm,

Verzeichnung geringer als 3 %»

Dicke der Bahn oder Spur in der Ablenkebene: 100 .um,

zeitliche Auflösung entlang des Spaltes: besser als 10 ps.

Zusammenfassend sind die durch diese Optik bewirkten Vorteile:

- In dem durch die ebene Fotokathode und die Steuer- und Beschleunigungs-Elektroden gebildeten Eingangsraum gewährleistet die Anordnung der erfindungsgemäßen Röhre ein homogenes elektrisches Feld auf der Fotokathode, was zu einer Verbesserung der räumlichen Auflösung führt, sie erlaubt ein erhöhtes elektrisches Feld auf der Fotokathode, was eine bessere zeitliche Auflösung bewirkt, und sie erleichtert die technologische Herstellung.

- In der Optik zum Erzeugen des Bildes wird das Bild der Länge der Fotokathode durch eine Quadrupollinse bewirkt, die geringe Abweichungen oder Aberrationen und eine sehr schwache Feldkrümmung aufweist, was das Erzeugen des Bildes einer ebenen Fotokathode ermöglicht.

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Das Bild des ersten Konvergenzpunktes der Höhe des Spaltes, der durch die gemeinsame Wirkung der Quadrupollinse und der Unidirektional-Plan-Linse zum Sammeln und Ablenken erzeugt wird, führt zu einer größeren Nutzfläche der Fotokathode. Es ist in gleicher Weise möglich, das Bild mit zwei Dimensionen der Fotokathode für die Anforderungen der Einstellungen der Objektive der Bildübertragung zu erzeugen.

Die Ablenkung wird durch die Plansammellinse gewährleistet, wodurch eine Verringerung der Länge der Röhre bei gleichem Ablenkwinkel möglich ist und was eine Teilkompensation der Ablenk-Defokussierung aufgrund eines geeigneten Potentials bewirkt, das an den Zwischenelektroden der Linse liegt.

Darüber hinaus verursacht die Ausgangsstufe mit Mikrokanal- und Nahfokussier-Vorsätzen eine erhöhte Photonenverstärkung, die ohne Änderung der Eigenschaften der Optik einstellbar ist, und einen über 10 liegenden üb erblendungs fakt or.

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Claims

- 17 Patentansprüche

Vj^/Bildwandlerröhre mit Spaltabtastung zur Beobachtung schnell ablaufender Lichterscheinungen durch Abtasten eines Spaltbildes auf einem Schirm, wobei der Spalt auf einer Fotokathode das durch die zu untersuchende Lichterscheinung aus gesandte Licht empfängt und einen Elektronenstrahl emittiert, und wobei die Röhre die Fotokathode, eine Steuerelektrode, mindestens eine Beschleunigungselektrode, den Schirm und eine Abtast- und Fokussieroptik für den Elektronenstrahl zwischen der Beschleunigungselektrode und dem Schirm aufweist,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Optik eine erste elektronische Einrichtung zum Erzeugen des Bildes der größten Abmessung des Spaltes auf dem Schirm (16) und eine zweite, von der ersten unabhängige elektronische Einrichtung zur Fokussierung und Ablenkung des Strahles (M) In die Schirmebene in einer zur obigen Richtung senkrechten Richtung, d. h. in die zur größten Abmessung des Spaltes senkrechte Richtung, aufweist.
2. Bildwandlerröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussier- und Ablenkoptik des Elektronenstrahles (4) aus einer Quadrupollinse (12) und einer Plansammellinse (I¹I) besteht.
3· Bildwandlerröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich-

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net, daß der Spalt der Fotokathode (2) eine Rechteckform und senkrechte Achsen Ox und Oy besitzt, wobei die Achse Ox parallel zur Längsseite des Rechteckes des Mittelpunktes 0 ist, daß die Steuer- und Beschleunigungselektroden (8, 10) mit zur Achse Ox parallelen Spalten ausgestattet sind, wobei der durch Einfall des Lichtes auf die Fotokathode (2) erzeugte Elektronenstrahl (4) entsprechend der Achse Oz senkrecht zu den Achsen Ox und Oy durch ein positives Potential an der Beschleunigungselektrode (10) beschleunigt wird, daß die in der Ebene xOz (räumliche Ebene) konvergente Quadrupollinse (12) in der Ebene yOz (Ablenkebene) divergent ist, daß die Planlinse (14) in der Ablenkebene yOz konvergent ist, und daß eine elektrische Spannungsquelle eine änderbare Spannung an die Elektroden der Planlinse (14) legt, um in der Richtung Oy den Elektronenstrahl zeitabhängig abzulenken.
4. Bildwandlerröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Fotokathode (2) eben ist.
5. Bildwandlerröhre nach einem der Ansprüche 1 bis H₃ gekennzeichnet durch eine Einrichtung (36) zum Anlegen einer Spannung an die Platten der Plansammellinse (14), um in der Richtung Oy den Elektronenstrahl abzulenken und ihn auf den Schirm (16) so zu fokussieren, daß während der Zeit, in der der Elektronenstrahl die Überblendungselektrode (8) durchquert, das zur Achse Ox der Fotokathode (2) parallele Bild sich in der Richtung Oy verschiebt.

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6. Bildwandlerröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 5» gekennzeichnet durch einen Elektronenvervielfacher (40) unmittelbar vor dem Schirm (16).
7. Bildwandlerröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Quadrupollinse (12) aus vier Zylindern (22, 24, 28, 30) von zur Achse Oz parallelen Erzeugenden besteht, deren gerade Abschnitte in einer zur Ebene xOy parallelen Ebene im wesentlichen Teile gleichseitiger Hyperbeln sind, wobei zwei sich gegenüberlxegende Elektroden (z. B.: 22, 24) an einem positiven Potential und die beiden anderen gegenüberliegenden Elektroden (z. B.: 28, 30) an einem negativen Potential liegen.
8. Bildwandlerröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Quadrupollinse (12) aus vier Zylinderelektroden (22, 24, 28, 30) mit einer zur Achse Oz parallelen Erzeugenden besteht, deren gerade Abschnitte in einer zur Ebene xOy parallelen Ebene Kreisbogen sind, wobei zwei sich gegenüberlxegende Elektroden (z.B.: 22, 24) an einem positiven Potential und die beiden anderen Elektroden (z. B.: 28, 30) an einem negativen Potential liegen.
9. Bildwandlerröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Ablenkebene yOz konvergente Planelektrode (14) aus drei Paaren ebener Platten (42, 44, 46) in Reihe besteht, wobei die Ebene der Platten (42, 44, 46) parallel zur räumlichen Ebene xOz ist, und daß das Paar (44) der mittleren Ablenk-

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platten (44', 44") mit einer Spannung (V) versorgt ist, deren Änderungen zeitabhängig so sind, daß eine dynamische Kompensation der Konvergenz des Elektronenstrahles (51) eintritt.

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