DE2461261A1 - ELECTRONIC WINDOWS - Google Patents

Description

Siemens Aktiengesellschaft Erlangen, 20. Dez. 1974Siemens Aktiengesellschaft Erlangen, December 20, 1974

Henkestraße 127Henkestrasse 127

VPA 74/5145 Kn/KofVPA 74/5145 Kn / case

Elektronendurchlässige FensterElectron-permeable windows

Ein elektronendurchlässiges Fenster nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist bereits aus der österreichischen Patentschrift 142 687 bekannt. Dort ist ein Lenard'sches Fenster als ausgangsseitige Endwand in einen elektronischen Vakuumbildwandler eingesetzt. Zur Aufzeichnung von Röntgenbildern wird dabei die durch den zu untersuchenden Körper hindurchgegangene Strahlung an der Eintrittsseite in Elektronenstrahlen umgewandelt und dann zur Erlangung eines Bildes elektronenoptisch beeinflußt und auf das Ausgangsfenster abgebildet, an dessen Außenseite sich ein Aufnahmefilm befindet. Die Erzeugung des Elektronenbildes kann auch über einen in Fernsehimpulsfolgen gesteuerten Elektronenstrahl erfolgen, der an der Innenseite eines vakuumdichten Elektronenstrahlen durchlässigen Fensters abtastend geführt ist und an welchem Fenster sich außen .,ein AufZeichnungselement befindet.An electron-permeable window according to the preamble of claim 1 is already from the Austrian patent 142 687 known. There is a Lenardian window there as The end wall on the output side is inserted into an electronic vacuum imager. Used to record X-ray images the radiation that has passed through the body to be examined is converted into electron beams on the entry side and then electron optically to obtain an image influenced and imaged on the exit window, on the outside of which there is a recording film. The generation of the Electron image can also take place via an electron beam controlled in television pulse sequences, which is located on the inside a vacuum-tight window permeable to electron beams is scanned and on which window is outside., a The drawing element is located.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Elektronendurchtrittsfenster gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bei verbesserter Elektronendurchlässigkeit zu weitestgehend ebenenThe invention is based on the object of an electron passage window according to the preamble of claim 1 with improved electron permeability to largely flat

- 2 •609827 /0043- 2 • 609827/0043

Austrittsflächen zu kommen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil dieses Anspruchs angegebene konstruktive Maßnahme gelöst.Exit surfaces to come. This object is achieved according to the invention solved by the design measure specified in the characterizing part of this claim.

Durch die Verwendung einer Mikrokanalplatte als Träger für das eigentliche Fenstermedium, etwa einer dünnen Folie aus einem Natur- oder Kunststoff bzw. einem Metall, etwa aus Glimmer, Glas, Polyimid oder Aluminium bzw. Beryllium, wird bei ebener Lage der Fenster guter Durchgang der Elektronen erreicht, weil wegen der kleinen Durchmesser der Kanäle, die von ca. 5 bis einige 100/um betragen können, einerseits das Material in sehr dünnen, etwa 1 bis 20 /um starken Folien benutzt werden kann und andererseits eine Durchbiegung nicht mehr auftritt bzw. höchstens in einer Größenordnung erfolgt, die bei den sehr kleinen Bildpunkten nicht mehr störend ins Gewicht fällt.By using a microchannel plate as a carrier for the actual window medium, such as a thin film made of a Natural or plastic or a metal, for example made of mica, glass, polyimide or aluminum or beryllium, becomes more flat Location of the window good passage of electrons is achieved because of the small diameter of the channels, which range from approx. 5 to some 100 / um, on the one hand the material in a lot thin, about 1 to 20 / µm thick foils can be used and on the other hand a deflection no longer occurs or takes place at most in an order of magnitude that is no longer disruptive in the case of the very small pixels.

Mikrokanalplatten können etwa aus Glas bestehen und nach einer z.B. in der österreichischen Patentschrift 251 056 angegebenen Methode hergestellt werden. Die Herstellung einer dichten dünnen Folie kann ebenfalls in bekannter Weise erfolgen. Eine PoIyimidfolie ist etwa nach den in der DT-OS 1 789 009 angegebenen Methoden zu erhalten.Microchannel plates can be made of glass and after a e.g. in the Austrian patent 251 056 specified method. Making a dense thin Foil can also be done in a known manner. A polyimide film can be obtained according to the methods given in DT-OS 1 789 009.

Als Anwendungsbeispiel ist ein elektronenoptischer Bildwandler zu nennen, bei welchem im Ausgang anstatt eines Ausgangslauchtschirms etc. eine erfindungsgemäß ausgestaltete Mikrokanalplatte eingesetzt ist. Ein derartiger Bildwandler kann als Umwandlungselement von Röntgenbildern in sichtbare Bilder dienen, die mittels einer fotografischen Emulsion oder eines Elektronenbildspeicherfilms, z.B. eir.er xerografischen Folie, aufgezeichnet und entwickelt werden. Die Kanäle können dabei parallel zur Längsachse des Abbildungssystems des Bildwandlers und zueinander verlaufen. Sie können aber auch etwa auf den Kreuzungspunkt der Elektronenbündel ausgerichtet sein. Dies kann etwa so erfolgen, daß man eine etwas stärkere Mikrokanal-An example of application is an electron-optical image converter, in which the exit instead of an exit lampshade etc. a microchannel plate designed according to the invention is used. Such an image converter can be used as a conversion element from X-ray images into visible images, which by means of a photographic emulsion or an electron image storage film, e.g. eir.er xerographic film, recorded and developed. The channels can be parallel to the longitudinal axis of the imaging system of the image converter and to each other. But you can also use the The point of intersection of the electron bundles should be aligned. This can be done in such a way that a somewhat stronger microchannel

609827/004 3.609827/004 3.

— 3 —- 3 -

platte in dem entsprechenden Radius durchbiegt und dann in rechtem Winkel zum zentralen Kanal der Platte wieder eben schleift. So ist eine ebene Platte erzielbar, deren Kanäle auf einen Brennpunkt ausgerichtet sind. Dabei kann die dem Innenraum des Vakuumkorbens zugewandte Seite eine Biegung erhalten, die etwa einer gekrümmten Abbildung, wie sie im Röntgenbildverstärker gelegentlich auftritt, entspricht. Die' Außenseite kann dann als Träger des Fensters trotzdem eben geschliffen sein, so daß die Wirkung erzielt wird, die etwa in der DT-PS 1 944 630 beschrieben ist, d.h. es erfolgt eine Einebnung des Bildes, das an der ebenen Außenseite der Platte mittels eines ebenen Filmes aufgenommen werden kann.plate deflects in the corresponding radius and then in at right angles to the central channel of the plate. In this way, a flat plate can be achieved whose channels are aligned with a focal point. The side facing the interior of the vacuum basket can be given a bend that resembles a curved image, as it is in the X-ray image intensifier occurs occasionally, corresponds to. The 'outside can then still be ground flat as a support for the window be so that the effect is achieved, which is approximately in the DT-PS 1 944 630 is described, i.e. there is a leveling of the image on the flat outside of the plate can be recorded by means of a flat film.

Die Mikrokanalplatte kann außerdem noch zur weiteren Veränderung der aufzuzeichnenden Elektronenintensität benutzt werden. Dazu ist es lediglich erforderlich, daß längs der Kanäle, etwa mittels zu beiden Seiten der Enden der Kanäle angebrachter, an einer elektrischen Spannungsquelle liegender, elektrisch leitfähiger Beschichtungen, ein veränderbares elektrisches Feld erzeugt wird. Je nach der angelegten Spannung können die Elektronen zusätzlich beschleunigt oder abgebremst werden. Letzteres ist besonders etwa dann wichtig, wenn Einfallssignal und die Empfindlichkeit des aufzeichnenden Verfahrens aufeinander abzustimmen sind. Jedenfalls ist so eine Verstärkungsanpassung möglich.The microchannel plate can also be used for further changes the electron intensity to be recorded. For this it is only necessary that along the channels, for example by means of electrical ones attached to both sides of the ends of the channels and connected to an electrical voltage source conductive coatings, a variable electric field is generated. Depending on the applied voltage you can the electrons are additionally accelerated or decelerated. The latter is particularly important when there is a signal of incidence and the sensitivity of the recording method must be coordinated. At least that's one of them Gain adjustment possible.

Mikrokanalplatte kann auch zur Elektronenvervielfachung dienen, indem die Elektronen zunächst abgebremst, dann durch Sekundäremission vervielfacht und schließlich wieder beschleunigt werden.Microchannel plates can also be used to multiply electrons by first decelerating the electrons, then through secondary emission multiplied and finally accelerated again.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Further details and advantages of the invention are provided below explained on the basis of the exemplary embodiments shown in the figures.

- 4 609827/0943 - 4 609827/0943

In der Fig. 1 ist im Querschnitt ein Röntgenbildverstärker dargestellt, dessen Ausgang mit einem erfindungsgemäß mit einer Mikrokanalplatte versehenen elektronendurchlässigen Fenster ausgestattet ist,In Fig. 1 is an X-ray image intensifier in cross section shown, the output of which is provided with a microchannel plate according to the invention is equipped with an electron-permeable window,

in der Fig. 2 ein Ausschnitt aus dem Ausgangsfenster, welches in der Fig. 1 benutzt ist, zur Verdeutlichung der Mikrokanalplatte,in Fig. 2 a section from the output window, which is used in Fig. 1 to illustrate the microchannel plate,

in der Fig. 3 ein Austrittsfenster mit fokussierten Kanälen undin Fig. 3 an exit window with focused channels and

in der Fig. 4 eine Kombination mit einer Xero-Aufzeichnungsvorrichtung. in Fig. 4 a combination with a Xero recording device.

In der Fig. 1 ist mit 1 ein Vakuumbildverstärker bezeichnet mit einem Vakuumkolben 2, der zylindrisch ist, aber auch konisch sein kann. Der Kolben 2 hat an seinem einen, quer zur Zylinderachse liegenden Ende ein Strahleneintrittsfenster 3, hinter welchem eine Fotokathodenanordnung 4 liegt. Diese besteht aus einem Träger 5, einer Leuchtschicht 6 und einer Fotokathodenschicht 7. Auf die Fotokathodenanordnung 4 folgen im Inneren des Vakuumkolbens 3 zylinderringartig ausgebildete elektronische Abbildungselektroden 8 und 9 sowie eine Anode Den Abschluß des Kolbens 2 bildet an diesem, dem Ausgangsende, ein erfindungsgemäß ausgebildetes Fenster 11, welches eine Mikrokanalplatte 12 und eine an ihrer Außenseite angebrachte Folie 13 aufweist.In Fig. 1, 1 denotes a vacuum image intensifier with a vacuum piston 2, which is cylindrical, but can also be conical. The piston 2 has at its one end lying transversely to the cylinder axis a radiation entrance window 3, behind which a photocathode arrangement 4 is located. This consists of a carrier 5, a luminescent layer 6 and a photocathode layer 7. The photocathode arrangement 4 is followed in the interior of the vacuum bulb 3 by electronic imaging electrodes 8 and 9 and an anode Window 11, which has a microchannel plate 12 and a film 13 attached to its outside.

Beim Auftreffen von Röntgenstrahlen, die als Pfeile 14 symbolisiert sind, auf die Fotokathodenanordnung 4 wird nach Durchdringen des Fensters 5 und des Trägers 5 in der Leuchtschicht Licht ausgelöst, welches in der Schicht 7 Elektronen zum Austreten in das Innere des Kolbens 2 hineinbringt. Diese Elektro-When X-rays strike, symbolized as arrows 14 are, on the photocathode arrangement 4 is after penetrating the window 5 and the carrier 5 in the luminous layer Triggered light, which brings electrons in layer 7 to exit into the interior of piston 2. This electric

6 0 9827/0943 ~⁵~6 0 9827/0943 ~ ⁵ ~

nen werden dann mittels der Elektroden 8, 9 und 10 und der daran mittels Spannungsquellen 15, 16, 17 angelegten Potentiale auf die der Innenseite des Kolbens 2 zugewandte Fläche der Platte abgebildet. Die Elektronen treten dann durch die Kanäle der Platte 12 und die Folie 13 hindurch und können an der Außenseite verwendbar sein.NEN are then applied by means of the electrodes 8, 9 and 10 and the potentials applied thereto by means of voltage sources 15, 16, 17 the surface of the plate facing the inside of the piston 2 is shown. The electrons then pass through the channels of the Plate 12 and the film 13 through and can be used on the outside.

In der Fig. 2 ist ein Ausschnitt aus einem Endfenster 11', welches dem Fenster 11 entspricht, gezeichnet. Daraus ist zu ersehen, daß die Platte aus nebeneinander und parallel zueinander liegenden Kanälen 18 besteht. Ihre Mittenabstände betragen 5 bis einige 100/um. Die Dicke der zwischen den Kanälen liegenden ¥ände 19 beträgt 1 bis ca. 100/um. Sie bestehen aus einem Material mit möglichst hoher Kernladungszahl. An der Außenseite ist bei der Platte 11' die Folie 13, die 1 bis 20/um stark ist und aus Aluminium besteht, durch eine Kunststoffolie 20 aus Polyimid ersetzt, die ca. 1/um stark ist. Diese Folie läßt bei guter Stabilität und Beständigkeit Elektronen durch.In Fig. 2 is a detail from an end window 11 ', which corresponds to the window 11, drawn. From this it can be seen that the plate is made side by side and parallel to each other lying channels 18 consists. Their center-to-center distances are from 5 to a few 100 μm. The thickness of those lying between the channels ¥ 19 is 1 to approx. 100 / um. They are made of one material with the highest possible atomic number. On the outside of the plate 11 'is the film 13, which is 1 to 20 μm thick and consists of aluminum, replaced by a plastic film 20 made of polyimide, which is about 1 / µm thick. This slide leaves with good stability and durability electrons through.

In Fig. 3 ist die Herstellungsweise einer fokussierten Mikrokanalplatte angedeutet. Dazu wird eine Platte von der Dicke d verwendet und in einem Radius r, der hier zur Platzersparnis verkürzt dargestellt ist, durchgebogen, so daß die gestrichelt dargestellte, durchgebogene Form erhalten wird. Hierauf wir*d entsprechend der ausgezogenen Darstellung an der Oberseite bis auf den Grund der Durchbiegung abgeschliffen. An der Außenseite wird bis zum Erreichen der Sehne der gestrichelten Linie abgeschliffen, so daß eine ebene Platte 21 erhalten wird, die an einer Außenseite mit einer Folie 22 aus Polyimid von 1 /um Stärke belegbar ist.In Fig. 3 is the manufacturing method of a focused microchannel plate indicated. For this purpose, a plate with a thickness d and with a radius r is used, which is used here to save space is shown in abbreviated form, bent so that the bent shape shown in dashed lines is obtained. Then we * d ground down to the bottom of the deflection according to the solid representation on the top. On the outside is ground down until it reaches the chord of the dashed line, so that a flat plate 21 is obtained, which at an outside with a film 22 made of polyimide 1 / µm thick is verifiable.

In der Fig. 4 ist eine Anordnung gezeichnet, bei welcher das erfindungsgemäße Fenster in einer Röhre verwendet ist, die Teil einer Einrichtung zur Aufzeichnung von Fernsehbildfolgen ist. Die Umwandlung der Fernsehsignale in aufzeichenbare Elektronen-In Fig. 4, an arrangement is drawn in which the window according to the invention is used in a tube which is part of a device for recording television picture sequences. The conversion of television signals into recordable electron

609827/0943 - ⁶ -609827/0943 - ⁶ -

bilder erfolgt in der Röhre 23. Diese umfaßt in ihrem Yakuumkolben die Glühkathode 24, die zusammen mit den Elektroden Bestandteil der Umwandlungseinrichtung der Fernsehsignale in einen entsprechend modulierten Elektronenstrahl ist. Dieser wird dann unter Einwirkung der Fokussierungsspule 26 und der Ablenkelemente 27 auf einen Schirm 28 projiziert und dort abtastend hin- und hergeführt. Der Schirm 28 ist dabei etwa entsprechend Fig. 2 aus einer Mikrokanalplatte 29 und einer Abdeckfolie 30 hergestellt. Beide sind in die Frontplatte 31 der Röhre 23 eingesetzt. Diese ist der Trommel 32 einer Aufzeichnungseinrichtung 33 zugewandt, wie sie zur Aufnahme von Xerobildern üblich ist. Diese Trommel ist an einer Achse 34 drehbar gelagert und ist an ihrer Außenseite eine Schicht 35 aus Selen, die 15/um stark ist und zur Vervielfachung der Elektronenladung dient. Bei Drehung der .Trommel in Richtung des Pfeiles 36 erfolgt vor dem Fenster 30 eine Aufladung der Schicht 35 im Sinne der ankommenden Fernsehsignale. Die Aufladungen können dann mittels einer Staubentwicklungseinrichtung 37 sichtbar gemacht und auf ein Papierband 38 übertragen werden, etwa unter Anwendung einer Übertragungsanordnung 39. Nach Abtrennung des Papierbandes 38, etwa über eine Ablenkrolle 4o, und Fixierung, etwa durch Erhitzen mittels einer IR-Qüelle 41, können die Bilder durch Abschneiden, etwa mit einem Abschneidemechanismus 42, vom Band 38 getrennt und abgenommen v/erden. Die Schicht 35 wird dann durch Drehung unter der Einrichtung 43 einer Reinigungsvorrichtung hinweg wieder der Aufzeichnungsfläche 28 der Röhre 23 zugeführt, so daß erneut Bildfolgen aufgezeichnet und auf das von der Rolle 44 kommende Papier des Bandes 38 übertragen werden können. Um eine geeignete Aufnahme zu erhalten, ist mit der Trommel 32 und der Achse 34 noch ein drehbares Potentiometer 45 mit den Anschlüssen 46, 47 und 48 verbunden. Durch die von diesem Potentiometer 45 abgenommenen elektrischen Signale kann eine fortlaufende Anpassung der Zeilenrückstellung der Röhre 23 an die Umlaufgeschwindigkeit der Trommel 32 erreicht werden.pictures take place in the tube 23. This encompasses in your yakuum flask the hot cathode 24, which, together with the electrodes, forms part of the device for converting television signals into is a correspondingly modulated electron beam. This is then under the action of the focusing coil 26 and the Deflection elements 27 are projected onto a screen 28 and scanned there guided back and forth. The screen 28 is made up of a microchannel plate 29 and a microchannel plate approximately in accordance with FIG Cover film 30 produced. Both are inserted into the front plate 31 of the tube 23. This is the drum 32 of a recording device 33 facing, as is customary for taking xero images. This drum is on an axis 34 rotatably mounted and is on its outside a layer 35 of selenium, which is 15 / um thick and to multiply the Electron charge is used. When the drum is rotated in the direction of arrow 36, the window 30 is charged Layer 35 in terms of the incoming television signals. The charges can then be generated by means of a dust generation device 37 can be made visible and transferred to a paper tape 38, for example using a transfer arrangement 39. After severing the paper tape 38, for example via a deflection roller 4o, and fixing, for example by heating by means of a IR source 41 can cut the images, for example with a cutting mechanism 42 separated from the tape 38 and detached. The layer 35 is then undone by rotation the device 43 of a cleaning device away again the recording surface 28 of the tube 23 so that again Image sequences can be recorded and transferred to the paper of the tape 38 coming from the roll 44. Around To obtain a suitable recording, a rotatable potentiometer 45 with the drum 32 and the axle 34 is also required Ports 46, 47 and 48 connected. The electrical signals picked up by this potentiometer 45 can be a continuous adaptation of the line resetting of the tube 23 to the rotational speed of the drum 32 can be achieved.

609827700A3 - 7 -609827700A3 - 7 -

Die Aufzeichnung kann auch auf einer elektrisch hochisolierenden Folie 49 erfolgen, z.B. eine 1 bis 40/u Polyimidfolie. Die durch das Fenster 28 kommende Ladung wird dann ohne Verstärkung entwickelt. Die Verstärkung kann aber auch über eine Gasverstärkung zwischen der Folie 49 und dem Fenster 28 erfolgen, z.B. entsprechend den Angaben in DT-PS 1 497 093 oder "Z. Angew. Phys. 19 (1965) S. 1 - 4. In den beiden letzten Fällen ist keine Halbleiterschicht 44 und keine Übertragung des entwickelten Bildes in einer Anordnung 42 bis 52 notwendig. Die Folie 49, mit der aufgezeichnet wird, ersetzt die Schicht Sie kann von einer gestrichelt angedeuteten Rolle 50 auf die Trommel 32 aufgelegt und am Fenster vorbeitransportiert werden. Dann braucht nur noch eine Entwicklung, etwa in 37 stattzufinden und mittels einer Erhitzerquelle 41' entsprechend 41 fixiert zu werden. Anschließend kann wie bei der ausgezogen gezeichneten Anordnung in einer Vorrichtung 42 in Einzelbilder getrennt werden.The recording can also take place on a highly electrically insulating film 49, e.g. a 1 to 40 / u polyimide film. The charge coming through window 28 is then developed without amplification. The reinforcement can also be via a Gas reinforcement between the film 49 and the window 28 take place, e.g. in accordance with the information in DT-PS 1 497 093 or "Z. Angew. Phys. 19 (1965) pp. 1-4. In the last two Cases is no semiconductor layer 44 and no transfer of the developed image in an arrangement 42 to 52 is necessary. The film 49 used for recording replaces the layer It can be placed on the drum 32 by a roller 50 indicated by dashed lines and transported past the window. Then only one development needs to take place in about 37 and by means of a heater source 41 'corresponding to 41 to be fixed. Subsequently, as in the case of the arrangement shown in solid lines, in a device 42 in individual images be separated.

609827/0943609827/0943

Claims (4)

PatentansprücheClaims ί 1.) Elektronendurchlässige Fenster, die zur Herausführung von Elektronenbildern aus dem Hochvakuum elektrischer Entladungsröhren geeignet sind, dadurch gekennzeichnet , daß das Fenster aus einer Mikrokanalplatte besteht, die wenigstens an einer Seite mit einer vakuumdichten elektronendurchlässigen Folie abgedeckt ist.ί 1.) Electron-permeable windows that lead out of electron images from the high vacuum of electric discharge tubes are suitable, characterized in that the window consists of a microchannel plate consists, which is covered at least on one side with a vacuum-tight electron-permeable film. 2. Fenster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle der Mikrokanalplatte auf einen vor seiner Fläche der Platte liegenden Punkt fokussiert sind.2. Window according to claim 1, characterized in that the channels of the microchannel plate on a front of its surface the point lying on the plate are in focus. 3. Verwendung einer Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Röntgenbildverstärker.3. Use of an arrangement according to one of the preceding claims in an X-ray image intensifier. 4. Verwendung einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung in einer Aufzeichnungseinrichtung für Fernsehbildfolgen benutzt ist.4. Use of an arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the arrangement is used in a recording device for television picture sequences. 5· Anordnung nach Anspruch 4, dadurch geksnnzeichnet, daß die Entladungsanordnung eine Fernsehwiedergaberöhre ist, deren Abtaststrahl auf eine Mikrokanalplatte trifft, die eine eHektronendurchlässige Folie trägt, vor welcher eine Aufzeichnungstrommel angeordnet ist, die vor der Folie liegt und eine Oberfläche aus einem Elektronenbild-Speichermaterial hat, daß dieser Trommel in an sich bekannter Weise Mittel zugeordnet sind, um die Aufzeichnung des Elektronenbildes in ein sichtbares Bild zu überführen.5. Arrangement according to claim 4, characterized in that the discharge arrangement is a television display tube, the scanning beam of which hits a microchannel plate which is transparent to electrons Carries film, in front of which a recording drum is arranged, which is in front of the film and a surface from an electron image storage material that means are assigned to this drum in a manner known per se, to convert the recording of the electron image into a visible image. 609827/0943609827/0943