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Gerät zur visuellen und photographischen. Beobachtung von Gegenständen
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur visuellen oder photographischen
Beobachtung von Gegenständen mittels optischer Strahlen, wobei die von den Gegenständen
ausgehenden Strahlen im Gerät in Elektronenstrahlen umgewandelt und diese ihrerseits
wieder in optische Strahlen umgesetzt werden.
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Solche Geräte sind bereits bekannt; man siehe z. B. den Artikel von
G. A. Morton und L. E. Flory in »Electronics«, September 1946, über ein Infrarotfernrohr.
Die Wirkung des in diesem Artikel beschriebenen Gerätes ist derart, daß mit Hilfe
eines Linsensystems oder eines Spiegelsystems nach S c h m i dt ein infrarotes Rild
des wahrzunehmenden Gegenstandes auf einer für Infrarotstrahlen empfindlichen Photokathode
einer Spezialröhre, der IP 25, erzeugt wird. Diese Phot9-kathode wird dann elektronenoptisch
auf einem Leuchtschirm auf der anderen Seite der Röhre abgebildet; dieser Schirm
wird mittels eines Okulars beobachtet.
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Die Erfindung bezweckt, die Baulänge solcher Geräte wesentlich heräbzusetzen,
die Lichtstärke und das Gesichtsfeld zu steigern und noch andere Verbesserungen
anzubringen, welche noch zur Sprache kommen werden.
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Das Gerät nach der Erfindung weist das Kennzeichen auf, daß der Leuchtschirm
und die Photokathode des Bildwandlers derart zwischen der Spiegeloptik und dem Korrektionselement
angeordnet sind, daß der Leuchtschirm dem Spiegel und die Photokathode dem Korrektionselement
benachbart sind.
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Die Beobachtung - kann mit sichtbaren oder tmsichtbaren elektr.omagnëtischen
Strahlen erfolgen; die eiektronenõptische Abbildung innerhalb der
Bildwandlerröhre
kann mittels elektrischer oder magnetischer Linsen oder durch eine Kombination beider
herbeigeführt werden.
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Das Gerät nach der Erfindung hat einen wesentlichen Vorteil gegenüber
dem Infrarntfernrohr der Art nach Morton und Flory, denn die Photokathode wird von
den optischen Strahlen auf derselben Seite getroffen, an der die Elektronenemission
stattfindet, so daß der Absorptions- und Streuverlust, der auftritt, wenn die Photokathode
auf der gegenüberliegenden Seite getroffen wird, wie beim Fernrohr nach Morton und
Flory, vermieden ist. Es ist bekannt, daß unter diesen Verhältnissen die Emission
der Photokathode ein Vielfaches von derjenigen bei einer durchsichtigen Photokathode
ist. Außerdem ist die Stärke der photoelektrischen Schicht beim Gerät nach der Erfindung
nicht auf die sehr engen Grenzen beschränkt, denen eine durchsichtige Photokathode
entsprechen muß und die deren Herstellung schwer durchführbar machen.
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Ferner ist die Baulänge des Gerätes nach der Erfindung wesentlich
kürzer gegenüber dem Infrarotfernrohr der Art nach so o r t o n und Flo o r y in
der Ausführung mit einem Schmidt-System, und dies ist a fortiori der Fall, wenn
ein Vergleich mit ihrer Ausführung mit einem Linsensystem gemacht wird. Dies ist
auf den Umstand zurückzuführen, daß die Photokathode nach der Erfindung zwischen
dem Spiegel und dem Korrektionselement angebracht ist, so daß sich die optische
und die elektronenoptische Abbildung teilweise oder völlig in demselben Raum vollziehen.
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Das Gerät nach der Erfindung ist in verschiedenen Ausführungsformen
herstellbar.
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So kann man das Korrektionselement und den Spiegel gleichzeitig als
Verschluß gläser des Vakuumraums dienen lassen, wobei der Leuchtschirm dann z. B.
auf den zentralen Teil der Spiegeloberfläche angebracht werden kann, auf dem keine
Spiegelschicht angebracht ist. Auch können das Korrektionselement und der Spiegel
im Vakuum angebracht werden.
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In den beiden Fällen tritt dann aber der Nachteil auf, daß die erforderliche
genaue, gegenseitige Zentrierung des Korrektionselements, des Spiegels und der P'hotokathode-
nur schwer verwirklichbar ist, da der Spiegel und das Korrektionselement an oder
in der die Photokathode enthaltendenVakuumröhre geschmolzen werden müssen.
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Nach der Erfindung kann diese Schwierigkeit teilweise dadurch vermieden
werden, daß entweder das Korrektionselement oder der Spiegel außerhalb des Vakuums
angebracht wird.- Auf diese Weise braucht man bei der Einschmelzung nur für eine
gute Zentrierung der Photokathode gegenüber dem eingeschmolzenen Teil Sorge zu tragen,
während der außerhalb des Vakuums befindliche Teil dann durch an sich bekannte Mittel
getrennt zentriert werden kann.
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Eine noch vorteilhaftere Ausführungsform des Gerätes nach der Erfindung
ist die, bei der sowohl der Spiegel als auch das Korrektionselement außerhalb des
Vakuums angebracht sind. Auf diese Weise ist die Schwierigkeit der Zentrierung völlig
vermieden, da der Spiegel und das Korrektionselement je gegenüber der Photokathode
zentriert werden können.
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Bei den beschriebenen Ausführungsformen muß der Vakuu.mraum zwar
mit einem oder zwei Verschlußgläsern von hinreichend optischer Qualität versehen
sein, aber dies können flache oder gekrümmte Gläser gleichmäßiger Stärke sein, deren
Zentrierung viel weniger kritisch ist als die des Korrektionselements und des Spielgels.
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Wird das Korrektionselement im Vakuum angeordnet oder bildet es den
Verschluß des Vakuumgefäßes, so trägt seine auf der Seite des Hohlspiegels liegende
Oberfläche die Photokathode. Dabei wird gemäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung
die Abschirmung der Photokathode gegenüber direkten optischen Strahlen durch einen
metallisch leitenden Niederschlag auf der Oberfläche des Korrektionselements oder
des Verschluß glases bewirkt, wobei der Niederschlag gleichzeitig Träger der eigentlichen
photoelektrischen Schicht ist und ferner dazu dienen kann, die Photokathode mit
den übrigen Teilen der die elektronenoptische Abbildung herbeiführenden elektrischen
Schaltung zu verbinden. Auf diese Weise ergibt sich eine zweckmäßige und einfach
verwirklichbare Anordnung der Photokathode.
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Das Korrektionselement kann auf verschiedene Weise ausgebildet werden,
z. B. als Schmidt-Platte oder als Meniskuslinse entsprechend der französischen Patenschrift
883 937.
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Das auf dem Leuchtschirm erzeugte Bild kann photographisch festgelegt
oder mittels eines Okulars direkt beobachtet werden.
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Es können im Gerät verschiedene Typen von Elektronenlinsen verwendet
werden.
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Eine dem Gerät nach der Erfindung besonders angepaßte Elektronenlinse
weist das Kennzeichen auf, daß die positive Elektrode aus einem nahezu kugelförmig
durchbohrten Teil besteht, an dem ein kegelförmiger Körper aus leitendem Werkstoff
angebracht ist, der am anderen Ende an oder in der Nähe des Leuchtschirms ausläuft.
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Auf diese Weise wird erreicht, daß sich die Elektronen nach Durchgang
durch die Bohrung im kugelförmigen Teil der positiven Elektrode in einem feldfreien
Raum bewegen. Außerdem ergibt sich der Vorteil, daß das elektronenoptische System
der Bedingung entspricht, daß es völlig außerhalb des abbildenden Strahlenbündels'
liegt, so daß von ihm kein Licht aufgefangen wird.
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In der Zeichnung ist zwecks Erläuterung ein Prinzipschema einer der
Ausführungsformen des Gerätes nach der Erfindung gegeben.
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Das optische System besteht aus dem sphärischen Spiegel 1 und dem
Korrektionselement 2. Die Grenzflächen- des Spiegels und des meniskusförmigen Korrektionselements
sind konzentrisch.
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Zwischen diesen beiden ist die Vakuumröhre 3 angebracht, die auf beiden
Seiten von den Verschlußgläsern 4 und 5. begrenzt ist. Das Verschlußglas 4
trägt
auf der Innenseite die Photokathode 6, deren Oberfläche konzentrisch -mit den Oberflächen
des Spiegels und ider Meniskuslinse ist.
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Die Photokathode ist- von einem ringförmigen, leitenden Körper 7
mit der Hohifläche 8 umgeben.
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Der Körper 7 ist leitend mit dem Zylinders, gleichfalls aus leitendem
Werkstoff, verbunden.
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In der Röhren ist die leitende Kugel 10 untergebracht, die mit einer
- die Elektronenlinse bildenden Öffnung II: verstehen ist. Diese Kugel ist an dem
das Licht abschließenden Körper 12 befestigt.
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Bei der dargestellten Ausführungsform besteht der Körper aus Isoliermaterial.
Unter bestimmtelr-Verhältnissen kann es aber auch vorteilhaft sein, ihn völlig oder
teilweise aus einem leitenden Material anzufertigen. Der Leuchtschirm I3,, der bei
dem dargestellten Gerät auf der Innenseite des Vers chluß glases 5 angebracht ist,
kann auch als getrennter Verschluß schirm des Körpers 12 ausgebildet werden.
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Die Kugel 10 ist mittels desZuführungsdrahtes 14 mit der positiven
Klemme einer Gleichspannungsquelle verbunden, während die Photokathode 6, der Körper
7 und der Zylinder g mittels des Zuführungsdrahtes 15 mit der negativen Klemme dieser
Spannungsquelle verbunden sind. Die Gleichspannung beträgt I2 oooVolt. Die erforderlichen
Isolierungen können in bekannter Weise angebracht werden.
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Der Spiegel I ist mit einer mittleren Öffnung I6 versehen, durch
welche das Okular 17 durchgeführt wird. Der wirksame optische Durchmesser der Meniskuslinse
ist 6o mm. Die Brennweite des optischen Systems beträgt gleichfalls 60 mm, so daß
sich ein sehr lichtstarkes System mit einer relativen Öffnung von 1 : 1 ergibt.
Der Durchmesser des wirksamen Teiles der Photokathode ist 10 mm. Der Abstand zwischen
der Kathode 6 und der Kugel 10 ist 32 mm und derjenige zwischen der Kugel 10 und
dem Leuchtschirm I3 ist 24 mm.
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Die vom Gegenstand ausgehenden Lichtstrahlen passieren nacheinander
die Meniskuslinse und die beiden Verschlußgläser und werden dann an dem Spiegel
I zurückgeworfen, um über das Verschlußglas 5 die Photokathode zu erreichen. Auf
dieser Photokathode wird daher ein umgekehrtes Bild des Gegenstandes erzeugt. Die
Photokathode emittiert Elektronen infolge der auffallenden Lichtstrahlen.
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Diese Elektronen befinden sich in einem elektrischen Feld, dessen
Äquipotentialflächen etwa konzentrisch mit der Oberfläche8 des Ringes 7 sind. Die
OberflächeS ist ihrerseits konzentrisch mit der Oberfläche der Kugel 10.
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Dadurch, daß an die Photokathode und an den Ring 7 das Potential
Null und an die Kugel das Potential von 12 000 Volt angelegt wird, werden die aus
der Photokathode ausgelösten Elektronen zur Kugel beschleunigt und treten durch
die Öffnung 11 in den Raum innerhalb des Körpers I2.
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Auf dem Leuchtschirm entsteht sodann ein um drei Viertel verkleinertes
umgekehrtes Bild der Photokathode, d. h. ein stehendes Bild des Gegenstandes, welches
Bild mit dem Okular beobachtet werden kann: Letzteres hat die Brennweite von 39
mm, so daß die - Gesamtvergr'sßerung des Instruments 1,5mal beträgt.
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Direkte Lichtstrahlens können den Leuchtschirm nicht erreichen, da
der Körper diese Strahlen abschirmt.
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Die Konzentrizität der Äquipotentialfiächen wird durch den leitenden
Zylinder 9 erhöht, der - das gleiche' Potential wie der Ring 7 und die Photokathode
6 hat. Zu demselben Zweck ist die Stelle der ;Photokathode derart gewählt, daß deren
Oberfläche mathematisch tangential zu der Oberfläche 8 des Ringes 7 ist, wenn man
sich letztere Oberfläche verlängert denkt.
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Das ganze Instrument ist gedrängt im Aufbau, leicht im Gewicht und
erzeugt ein scharfes und lichtstarkes Blild des Gegenstandes. Dieses Ergebnis ist
mit einer 3<ombination eines sehr einfachen optischen Systems und einer gleichfalls
sehr einfachen elektrostatischen Elektronenlinse erzieIt.
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Außerdem ist die Herstellung des Systems verhältnismäßig leicht,
da der Spiegel und die Meniskuslinse je gegenüber der Photokathode zentriert werden
können. Die Verschlußgläser 4 und 5 sind dünne geschliffene Scheiben gleichmäßiger
Stärke, die sich auf einfache Weise anschmelzen lassen, da die Zentrierung dieser
Gläser viel weniger kritisch ist als die des Spiegels und der Meniskuslinse.