DE2220855C2 - Kanalplatte für einen Sekundärelektronen-Vervielfacher - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kanalplatte für einen Sekundärelektronen-Vervielfacher mit Röhren, die sich zwischen einer Eingangsfläche und einer Ausgangsfiäche erstrecken und mit mindestens einer Trennwand versehen sind, die schraubenförmig um die Mittelachse der Röhren derart verdreht ist. daß jede Röhre in Kanäle mit schraubenförmigem Verlauf so unterteilt ist. daß Ionen oder Licht keinen geradlinigen Verlauf /wischen Ausgangs- und Eingangsfläche haben, bei der im Innern der Kanäle eine Materialschicht mit einem Emissionskoeffizienten der Sekundärelektronen, der größer als eins ist, vorgesehen ist. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen dieser Kanalplatte und auf ihre Verwendung als Bildverstärkungselement für eine Bildverstärkungsan-Ordnung:

Derartige Kanalplatten sind aus der Zeitschrift »The Review of Scientific Instruments, Bd, 41, 1970, Nr, 5, S. 724—728 bekannt. Beim Betreiben einer Kanalplatte wird ein Potentialunterschied an die auf den Endflächen der Kanalplatte vorgesehenen Elektroden angelegt Das elektrische Feld verursacht entweder durch den Widerstand des Materials, in dem die Kanäle angeordnet sind, oder durch eine zusätzliche Widerstandsschicht

an den Kanalwänden einen Potentialgradienten über die Längsrichtung jedes Kanals. In den Kanälen tritt eine Elektronenvervielfachung durch Sekundäremission auf. Ankommende Elektronen und Sekundärelektronen werden durch den Potentialgradienten in der Längsrichtung der Kanäle beschleunigt. Abgehende Elektronen können einem weiter beschleunigenden Feld unterworfen werden, z. B. zwischen der Ausgangselektrode und einer Auftreffplatte, wie einem Leuchtschirm.

Die Erfindung bezweckt, die sogenannte Ionenrückkopplung, nämlich das Auftreten eines in bezug auf den Elektronenstrom in entgegengesetzter Richtung durch die Kanäle laufenden lonenstroms, zu unterdrücken. Die Ionen können in den Kanälen (Kanalionen), in einem von den Elektronen zu durchlaufenden Spalt zwischen der Ausgangsfläche und einer Auftreffplatte (Spaltionen) und in der Auftreffplatte (Schirmionen) gebildet werden. Die Ionenrückkopplung kann infolge der durch diese Ionen erregten Sekundärelektronen eine zusätzliche Verstärkung in den Kanälen, aber auch eine Beschädigung eines Eingangsschirms, z. B. einer Photokathode, zur Folge haben. Das Unterdrücken der Ionenrückkopplung ist der Lebensdauer der Anordnung zuträglich, und es ermöglicht das Betreiben der Kanalplatte in der Impulssättigung. Hierdurch kann mit einer besseren Verteilung der Impuhhöhe ein verbessertes Signal-Rauschverhältnis verwirklicht werden.

In der DE-OS 19 25 069 sind zur Verminderung der Ionenrückkopplung in solchen Kanalplatten die Kanäle zu einer Schraubenform verdreht ausgebildet. Werden solche schraubenförmigen Kanäle zum Herstellen einer Kanalplatte zusammengefaßt, dann entstehen Unregelmäßigkeiten und dadurch Bildfehler.

Bei der aus der o. g. Zeitschrift bekannten Kanalplatte enthält jede Röhre auf ihrer Achse einen festen Kern, zwischen dem und der Außenwand der Röhre radiale Trennwände verlaufen. Die Röhre wird um ihre Langsachse verdreht, so daß zwischen den Trennwänden die schraubenförmigen KaiiJ'i gebildet werden, wodurch die lonenrückkopplung vermindert wird. Dies ermöglicht zwar ein Zusammensetzen mehrerer solcher Röhren ohne Unregelmäßigkeiten der feste Kern bedeutet jedoch einen Verlust an nutzbarer Oberfläche.

Aufgabe der Erfindung ist ev eine Kanalplatte der eingangs genannten Art /ί schaffen, bei der ein möglichst großer Teil der f ingaiigsfläche für die Verstärkung ausgenui/t wer-lcn kann

Gelöst wird diese Aufgabe iei einer Kanalplatte der

eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch.

daß im Innenraum jeder Ftöhre nur Kanäle und diese trennende Trennwände bzw eine diese trennende Trennwand vorgesehen sind (is.t).

Bei der Kanalplatte nach <Jer Erfindung ist in den Röhren kein fester Kern vorgesehen, so daß der Gesamtschnitt jedes Rohrs, abgesehen von der Dicke der Trennwände, durch eine einfache oder mehrfache Trennwand in zwei oder mehrere einzelne Kanäle unterteilt ist.

Bei einer derartigen Kanalplatte ist in Abhängigkeit VQP. der Geometrie des Schnitts der Trennwände ein Verdrehwinkel, der kleiner als 360" ist, ausreichend, um eine ionenblindheit und auch, wenn das Material der Kanalplatte lichtundurchlässig ist, eine optische Blindheit zu bewirken.

Jede Röhre mit ihren Kanälen vertritt in diesem Fall jedoch nur ein Bildelement. Wenn jede Trennwand über einen Winkel von 360° oder über ein Vielfaches von 360° über die Länge eines Kanals verdreht angeordnet

wird, liegt die Ausgangsöffnung jedes Kanals in der Verlängerung seines Eingangs, und jeder Kanal vertritt ein Bildelement.

Das für den Verdrehwinkel erforderliche Genauigkeitsmaß hängt nur von der Zuordnung der Kanäle zu den einzelnen Bildelementen ab.

Jede Röhre kann eine einfache Trennwand aufweisen, die sich diametral oder nahezu diametral von der einen zur anderer Seite erstreckt und die Röhre auf diese Weise in zwei Kanäle unterteilt In diesem Fall ist der Aufbau sehr einfach und kann mit wenig mehr Mühe als bei einer konventionellen Matrix verwirklicht werden. Es reicht eine Verdrehung über etwa 180° aus, um die Ionenrückkopplung zu vermeiden.

Jede Röhre kann auch mehrere Trennwände enthalten, die radial von der Mittelachse der Röhre aus verlaufen und die Röhre in η Kanäle unterteilen, wobei die Zahl π zwischen 3 und 6 liegt In diesen Fällen bietet das Verdrehen über etwa 360°In einen hinreichenden Schutz gegen Ionenrückkopplung.

jede Trennwand kann in bezug auf die Eingangsflächc versenkt angeordnet sein, um auf diese Weise die Anzahl von im Eingangsgebiet des Kanals erzeugten und verwendeten Sekundärelektronen zu erhöhen.

Ein Verfahren zur Herstellung der Kanalplatte kann die folgenden Verfahrensschritte umfassen: Bildung einer röhrenförmigen Basisstruktur mit einer Trennwand, die darin an Ort und Stelle gehalten wird. Ziehen dieser Struktur zu einer einzelnen Röhre, Verdrehung dieser Röhre während des Ziehvorgangs, Bildung eines säulenförmigen Körpers aus derartig verdrehten Röhren und Schneiden dieses Körpers mit parallelen Schnittflächen in Scheiben, die die Kanalplatten darstellen. Gleiche Muster der Eingangs- und Ausgangsflächen können erreicht werden, wenn außerdem der säulenförmige Körper derart regelmäßig gebildet wird, daß alle Kanäle in einer beliebigen Fläche senkrecht tu den Kanalachsen die gleiche Ausrichtung haben und wenn solche Flächen als Schnittflächen verwendet werden, uaß die Dicke jeder entstehenden Scheibe nahezu der Verdrehung der Trennwände um eine Teilung oder ein Vielfaches der Teilung d?r Trennwände entspricht.

Das Ziehen und Verdrehen der röhrenförmigen Basisstniktur kann ohne Anwendung von inneren ätzbaren Stützkernen ausgeführt werden, da die Trennwand eine gewisse Unterstützung von innen aus bietet.

Verdrehwinkel von weniger als 360° wurden ausreichen, um die Aüsgangsöffnung eines Kanals in bezug auf seine Eingangsöffnung zu maskieren, so daß Spaltionen abgefangen werden, und sie würden auch ausreichen, um das letzte Drittel des Kanals in bezug auf seine Eingangsöffnung zu maskieren, um den größten Teil der Kanalionen abzufangen. Diese Überlegungen sind hier jedoch nicht von Bedeutung, wenn, wie im weiteren, Winkel von 360" oder von Vielfachen von 360" angewendet werden, um ein maximales Auflösungsvermögen zu erhalten.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

F i g. 1 bis 5 Schnitte durch Röhren, die Trennwände mit unterschiedlicher Geometrie enthalten,

Fig.6 eine Eingangsseite einer Röhre, in der die Trennwand versenkt ist,

F i g. 7 eine schematische Darstellung eines säulenför ■ migen Körpers mit vei'Jreht angeordneten Kanälen,

Fig.8 und 9 Bildröhren, in denen die Kanalplatten angewendet werden können.

In den Ausführungsbeispielen nach der. Fig. 1 und 2 wird eine Trennwand benutzt, die diametral in der Röhre angeordnet ist, um die Röhre in zwei Kanäle zu unterteilen. Derartige Röhren können zusammengesetzt und zusammengeschmolzen werden, um eine regelmäßige Matrixstruktur zu bilden. Diese Struktur ist sehr einfach, und die Herstellung kostet nur etwas mehr Mühe als die einer üblichen Matrix.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Röhre 11 mit einer Trennwand 12, die um 360° über die Länge des Kanals verdreht angeordnet werden kann, uin ein hohes Auflösungsvermögen zu erhalten. Ein derartiger Verdrehwinkel ist außerdem bei weitem ausreichend, um eine Ionenblindheit und, wenn das Wandmaterial lichtundurchlässig ist, eine optische Blindheit zu erhalten. In diesem Fall vertr'.tt jeder Kanal ein einzelnes Bildelement an der korrekten Stelle. Ist es erwünscht, daß alle Trennwände 12 in derselben Richtung orientiert sind, so k- η dies durch eine entsprechende Ausrichtung der H obren während des Zusammensetzens erreicht werden, und das Eingangs- und Ausgangsmuster ist dann entsprechend F ι g. 2 völlig regelmäßig.

D'' Fig. 3 und 4 zeigen Röhren 11, die mehrere Trennwände 13 aufweisen, die radial von der Mittelachse der Röhre aus verlaufen und die Röhre in drei bis sechs Kanäle unterteilen.

Fig. 3 zeigt insbesondere emc Röhre mit drei Trennwänden 13. die drei Kanäle definieren. Fig.3a zeigt die verdrehten Trennwände. Wenn derartige Röhren zusammengesetzt v/erden, um eine regelmäßige Matrixanordnung zu bilden, so können sie unter Druck zu einer etwa sechseckigen Form zusammengeschmolzen werden. Außerdem läßt sich ein vollständig regelmäßiges Muster von Öffnungen entsprechend Fig. 4 erzielen, wenn die Röhren derart zusammengesetzt werden, daß alle Trennwände dir gleiche Ausrichtung aufweisen.

In Fig. 5 ist eine Ausführungsform dargestellt, die •:ine Röhre 11 mit vier Kanäle definierenden vier radialen Trennwänden 14 zeigt

Wie aus F i g. 6 ersichtlich, kann jede Trennwand 15 in bezug auf die Eingangsfläche der Röhre 11 versenkt angeordnet werden, um die Anzahl von Sekundärelektronen zu erhöhen, die im Eingangsgebiet der Röhre erzeugt werden. Die Primärelektronen 16 und die Sekundärelektronen 17 sind schematisch dargestellt. Die Röhre hat ferner eine Eingangselektrode 18. die mit einer leitenden Verlängerung 19 in der Mündung jedes Kan.ils versehen ist. Mit dieser Anordnung ist es leichter, eine Metallisierung der Eingangsseite der Trennwand zu verhindern, und so ist es auch wahrscheinlicher, daß sich die Sekundärelektronen von dort durch die Kanäle bewegen. Dies bedeutet eine wirksame Erhöhung der »offenen Oberfläche« der Kanalplatte, d h. der Oberfläche, die für die Detektion der darauf arftreffenden Elektronen wirksam ist. Die versenkte Anordnung kann durch Ätzen erreicht werderr

Die Trennwände bestehen vorzugsweise aus dem gleichen Glas und sind mit sekundäremittierenden und leitenden Oberflächen der gleichen Art versehen wie die Kanalwände der Röhren 11.

Ein Verdrehwinkel von 120° kann ausreichen, um die Matrix optisch blind (vorausgesetzt, daß undurchsichtiges Glas benutzt wird) und mithin primär auch ionenblind zu machen. Die Ausgänge und Eingänge

jedes Kanals liegen dann jedoch nicht auf einer Linie, so daß jede Röhre das kleinste Bildelement formt und das Auflösungsvermögen begrenzt.

Das Verfahren zum Herstellen einer Kanalplatte aus verdrehten Röhren mit Trennwänden umfaßt die folgenden Schritte. Die Bildung eines Kanalkörpers, wie schematisch in Fig.7 dargestellt, kann eine weitere Ziehbearbeitung umfassen, die ohne Verdrehung ausgeführt wird. Ein regelmäßiges Muster kann auf jeder Querfläche der Matrix erhalten werden, wenn der Kanalkörper derart regelmäßig gebildet wird, daß alle Röhren in einer beliebigen Fläche der parallelen Oberflächen 51, 52 ... Sn (siehe Fig.7), die untereinander einen gleichen Abstand λ aufweisen, die gleiche Ausrichtung haben. Diese Flächen werden dann als Schnittflächen verwendet, so daß die Dicke jeder gebildeten Scheibe (Kanalplatte) nahezu einer Teilung (λ) oder einem Vielfachen der Teilung entspricht. Die Gruppen von Kanälen haben mithin einen Verdrehwinkel, der gleich 360° oder einem Vielfachen von 360° ist, so daß jede Querfläche der Matrix nicht nur ein regelmäßiges Muster aufweist, sondern daß außerdem ein gutes Auflösungsvermögen in dem Sinn vorhanden ist. daß jeder Kanal ein einzelnes Bildelement vertritt.

Die inneren Kanaloberflächen können aus einem Material mit einer hohen Sekundäremission hergestellt und etwas leitend gemacht werden, wobei eine Kanalplatte durch Zuordnung einer ersten leitenden Schicht auf der Eingangsfläche und einer besonderen zweiten leitenden Schicht auf der Ausgangsfläche gebildet wird, die als Eingangs- bzw. Ausgangselektrode wirksam sind.

Die F i g. 8 und 9 veranschaulichen die Verwendung der Kanalplatten in Bildröhren. Diese Beispiele zeigen eine Kanalplatte 30 innerhalb der Umhüllung einer Bildverstärkerröhre, die auch eine Photokathode 31 und einen Leuchtschirm 32 aufweist. F i g. 8 zeigt eine Röhre vom »Sandwich«-Typ. während Fig.9 eine Röhre des »elektronen-optischen Diode«- oder »Inverter«-Typs zeigt.

Wenn der Leuchtschirm 32 benutzt wird, kann die Kanalplatte 30 aus undurchsichtigem Material hergestellt werden, um sowohl eine optische Rückkopplung durch Licht des Leuchtschirms 32 als auch Ionenrückkopplung zu verhindern.

Die Figuren zeigen ferner ein Objekt 33, eine Objektlinse 34. die Umhüllungen 35 und 36. die Elektroden 37,38,39,40 und 41 und die Spannungsquellen 42 und 43.

Die Erfindung kann auch für andere bilderzeugende Röhren verwendet werden, z. B. Kathodenstrahlröhren, Bildaufnahmeröhren und elektronenoptische bilderzeugende Anordnungen.

Alle anhand der Zeichnungen beschriebenen Konstruktionen und Verfahren können ohne die Einschränkung eines Verdrehwinkels von 360° oder einem Vielfachen von 360° ausgeführt werden, solange nur lonenblindheit verlangt wird. Die einzelnen Kanäle werden bei beliebigen Winkeln jedoch keine einzelnen Bildelimente in ihrer richtigen Position vertreten.

Außer, daß sie eine optische und eine lonenblindheit verhindern kann, vermeidet die erfindungsgemäße Kanalplatte den bei geraden Kanälen auftretenden Fehler, daß Elektronen, die parallel zur Kanalachse laufen, nicht verstärkt werden und zu dunklen Bereichen (»dark patch« oder »black spot«) im verstärkten Bild führen, ohne daß, wie in der GB-PS 1164 894 beschrieben, die Kanäle gekippt werden müssen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Kanalplatte für einen Sekundärelektronen- Vervielfacher mit Röhren, die sich zwischen einer Eingangsfläche und einer Ausgangsfläche erstrecken und mit mindestens einer Trennwand versehen sind, die schraubenförmig um die Mittelachse der Röhre derart verdreht ist, daß jede Röhre in Kanäle mit schraubenförmigem Verlauf so unterteilt ist, daß Ionen oder Licht keinen geradlinigen Verlauf zwischen Ausgangs- und Eingangsfläche haben, bei der im Inneren der Kanäle eine Materialschicht mit einem Emissionskoeffizienten für Sekundärelektronen, der größer als eins ist, vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Innenraum jeder Röhre (11) nur Kanäle und diese trennende Trennwände (12, 13, 14, 15) bzw. eine diese trennende Trennwand (12) vorgesehen sind (ist).

2. Kana.platte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Trennwände (J3, 14) radial von der Mittelachse der Röhre (11) aus verlaufen und die Röhre (11) in drei bis sechs Kanäle unterteilen (F ig. 3,4,5).

3. Kanalplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Trennwand (12,13,14,15) in bezug auf die Eingangsfläche der Röhre (11) versenkt angeordnet ist (F i g. 6).

4. Verfahren zur Herstellung von Kanalplatten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gek' -!»zeichnet, daß die Röhren mit Kanälen derart zu einem säulenförm-cen Körper zusammengefügt werden, daß die Verdrehung der Trennwände sich in Querschnitten durch d-esen säulenförmigen Körper in allen Röhren in der gleichen Phase befindet.

5. Verwendung der Kanalplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4 als Bildverstärkungselement für eine Bildverstärkungsanordnung (Fig. 8 und 9).