DE879876C - Vorrichtung mit elektronenoptischer Abbildung einer photoelektrischen Kathode - Google Patents

Description

Kathode

Die Erfindung betrifft das elektronenoptische Projizieren eines Photokathodenbildes mit regelbarer Vergrößerung auf einen Fangschirm. Vorrichtungen, bei denen auf diese Weise ein von einer photoelektrischen Kathode ausgesandtes Elektronenbild auf einen Fangschirm übertragen wird, sind z. B. die sogenannten Bildwandler oder Luminoskope und Fernsehsenderöhren.

Insbesondere wird eine Regelung der Vergrößerung des darzustellenden Bildes auf dem Fangschirm bei solchen Vorrichtungen angestrebt, um so die wechselweise Benutzung verschiedener optischer Linsensysteme, die bisher zum vergrößerten Darstellen von Einzelheiten des Bildes erforderlich war, zu vermeiden.

Es ist bekannt, beim elektronenoptischen Projizieren des Photokathodenbildes die Vergrößerung mittels eines kombinierten magnetischen und elektronenbeschleunigenden rotationssymmetrischen Feldes zu regeln. Dabei wird eine senkrecht zu der Symmetrieachse der Linse angeordnete Scheibe aus ferromagnetischem Stoff benutzt, die zum Hindurchlassen der Elektronenbahnen mit einer Öffnung versehen ist. Sie ist in Richtung der Elektronenbahnen verschiebbar. Verschiebung der Scheibe verändert die Stärke der magnetischen Linse und infolgedessen die Bildgröße. Hierbei muß der Erregerstrom in der Magnetspule verändert werden, um die Schärfe des Bildes auf dem Fangschirm aufrechtzuerhalten. Auf diese Weise wurde eine

Veränderung der Vergrößerung um einen Faktor 2 erreicht.

Die Erfindung ermöglicht es, die Vergrößerung zu regeln, ohne irgendeinen Teil der Elektrönenoptik zu verschieben, und ist deshalb besonders bedeutsam für Fälle, in denen eine häufig wechselnde Regelung verlangt wird. Gemäß der Erfindung sind bei der Anwendung eines kombinierten magnetischen und elektronenbeschleunigenden Feldes die zwei zusammenwirkenden Felder im wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche der photoelektrischen Kathode gerichtet, und das elektronenbeschleunigende Feld divergiert stärker als das Magnetfeld. Die Vergrößerung ist dann durch Veränderung der Divergenz des Magnetfeldes regelbar. .

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung, die aus einer Elektronenröhre mit einer photoelektrischen Kathode, einem Bildschirm und einer Erregerspule zum Erzeugen eines in der Achsenrichtung der Röhre verlaufenden Magnetfeldes . besteht. Diese Erregerspule ist derart angeordnet, daß das Magnetfeld an der Stelle der Photökathode nahezu homogen ist. Ferner ist die Elektronenröhre mit einer zum Anlegen einer elektrischen Spannung gegen die Photokathode eingerichteten Elektrode versehen, die sich auf der Elektronenbahn bis auf kurz vor der Photokathode erstreckt, und es ist eine zweite Erregerspule vorgesehen, deren Feld die Divergenz des von der ersten Erregerspule erzeugten Feldes beeinflußt. Damit sich der erwünschte Verlauf des elektrischen Feldes gegenüber dem Magnetfelde ergibt, muß im allgemeinen der Abstand der Photokathode von der Beschleunigungsanode durch die zuletzt genannte Spule über brückt sein.

Bei der Darstellung des Kathodenbildes mittels einer elektronenoptischen Abbildungsvorrichtung von der Art, bei der ein mit einem Magnetfeld kombiniertes elektronenbeschleunigendes Feld verwendet"wird, entsteht eine Drehung der Abbildung. Deshalb wird in der Regel die Röhre um einen entsprechenden Winkel in entgegengesetztem Sinn gedreht. Die Drehung ändert sich jedoch in dem Maße, wie die Vergrößerung geändert wird. Versuche haben gezeigt, daß bei der Vorrichtung nach der Erfindung die Bilddrehung bei abnehmender Vergrößerung etwa linear zunimmt. Diese Vorrichtung kann infolgedessen derart ausgebildet sein, daß gleichzeitig mit der Regelung der Vergrößerung die Lagenveränderung des dargestellten Bildes durch Drehung der Röhre unterdrückt und nur ein Einstellorgan verwendet wird.

Es kann die Veränderung der Bilddrehung unter Benutzung der Erfindung auch durch Verwendung dreier anstatt zweier Erregerspulen aufgehoben werden. Die beiden bereits erwähnten Erregerteile sind dann in solcher Nähe der Kathode angeordnet, daß ihre Felder im wesentlichen in dem Gebiet wirksam sind, in dem das elektrische Feld wirkt, während die dritte Spule im wesentlichen in einem Gebiet wirksam ist, das elektrisch feldfrei, also zwischen den beiden zuerst erwähnten Spulen und dem Fangschkm angeordnet ist.

Die Erfindung ist nachstehend in der Zeichnung an Hand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. U stellt ein Lutninoskop dar, d. h. eine Entladungsröhre zur Umwandlung von Bildern;

Fig. 2 soll den in der Röhre auftretenden Elektronenverlauf näher erläutern;

Fig. 3 zeigt eine Fernsehsenderöhre mit einer Regelvorrichtung, wie diese unter Benutzung der Erfindung ausgebildet sein kann;

Fig. 4 zeigt eine Röhre nach Fig. 1 mit einer weiteren Spule zum Ausgleich der Bilddrehung;

Fig. S stellt eine andere Form der Spulen nach Fig. ι dar.

Bei der Entladungsröhre 1 nach Fig. 1, die aus einem luftdicht geschlossenen Glasgefäß besteht, dessen Querschnitt kreisförmig ist, ist am Ende des durch eine flache 'Wand verschlossenen, engen zylindrischen Teils die photoelektrische Kathode 2 angeordnet, die auf bekannte Weise auf dem mit einer dünnen, durchsichtigen, leitenden Schicht überzogenen Boden angebracht ist. Im anderen Ende der Röhre, das einen größeren Durchmesser aufweist und durch eine etwa kugelige gewölbte Wand verschlossen ist, ist der Fangschirm 3 angeordnet. Dieser besteht aus einer auf einem in der Röhre mittels eines Halteorgans 4 an der Wand befestig- '90 ten durchsichtigen Träger, z. B. einer kleineu Glimmers cheibe angebrachten Leuchtschicht. Die Glaswand ist an der Innenseite, mit Ausnahme eines Teils in der Umgebung der Photokathode, mit einer elektrisch leitenden Schicht 5 überzogen·. Hiermit ist die Anode 6, die sich bis dicht vor die Photokathode 2 erstreckt, elektrisch verbunden. Zwischen der Photokathode 2 und der Anode 6 wird ein elektrischer Spannungsunterschied angelegt, und zu diesem Zweck-sind in die Röhrenwand Zuführungsdrähte 7 und 8 eingeschmolzen, die mit der leitenden Schicht, auf welche die Photokathode 2 aufgebracht ist bzw. mit der inneren, leitenden Belegung S leitend verbunden sind. Die erforderliche Spannung liegt in der Größenordnung von 1000 bis 6000 Volt.

Kathode und Anode bilden eine negative beschleunigende Elektronenlinse. Der Verlauf des elektrischen Feldes vor der Kathode ist für mehrere Punkte der Kathodenoberfläche in Fig. 2 durch gestrichelte Linien 9 bezeichnet.

Die Röhre ist mit einer Abbildungsspule 10 umgeben, die derart angeordnet ist, daß die Kathode in einem nahezu homogenen Magnetfeld angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist in größerer Entfernung von der Kathode eine zweite Spule i<r angebracht, deren Feld mit demjenigen der Spule 10 zusammenwirkt. Beide Spulen können auf einem gemeinsamen Spulenträger 12 aufgewickelt sein und gemeinsam von einem Gehäuse 13 aus ferromagnetischem Material umschlossen werden. Die Pole des magnetischen Linsenfeldes werden von den flachen Endplatten 14 und 115 des Gehäuses 13 gebildet. Bei Erregung der .Magnetspulen entsteht ein Feld und der Verlauf mehrerer Kraftlinien desselben ist in Fig.'2 mit ί·6 bezeichnet.

Die Photokathode 2 wird auf dem Fangschirm 3 mittels kleiner Elektronenbündel abgebildet, die von Elektronen gebildet sind, die von einem Gegenstandspunkt auf der Photokathode ausgesandt werden. Diese Bündel sind zentralsymmetrisch um ihre Hauptbahn, d. h. die Bahn eines die Kathode ohne Anfangsgeschwindigkeit verlassenden Elektrons.

Elektronen, die den Gegenstandspunkt mit einer radialen oder tangentialen Geschwindigkeit verlassen, aber keine axiale Anfangsgeschwindigkeit haben, bewegen sich wendelförmig um die Hauptbahn, um diese schließlich zu schneiden. Bei einer scharfen Abbildung liegen bei allen Hauptbahnen diese Schnittpunkte in der Bildebene. Auf den Hauptbahnen können sie mehr Schnittpunkte bilden. Der Abstand dieser Schnittpunkte von der Kathode ist mittels der Feldstärke der Abbildungsspule regelbar. Es können somit auf diese Weise auf der Bildebene mehrere Abbildungen der Photokathode scharf eingestellt werden, was auch eine Regelung der Vergrößerung ermöglicht, jedoch nur stufenweise, da sich nur bei wenigen definierten Einstellungen des Erregerstromes in der Abbildungsspule eine scharfe Abbildung ergibt.

Elektronen, die eine axiale Geschwindigkeitskomponente haben, führen zu der sogenannten chromatischen Aberration, einem Bildfehler, der bei solchen Abbildungs vorrichtungen immer in Erscheinung tritt und weiter unberücksichtigt gelassen wird.

Die Größe der Abbildung und die Orientierung gegenüber dem Gegenstandsbilde auf der Kathode sind somit durch den Verlauf der Hauptbahn bedingt. In Fig. 2 ist die dem Punkt 18 der Photokathode2 zugeordnete Hauptbahn mit 17 bezeichnet. Wenn auch die magnetischen Kraftlinien an der Kathode parallel zur Achse sind, so tritt dennoch infolge der Divergenzwirkung der elektrostatischen Kräfte schon ziemlich bald eine zur Hauptbahn senkrechte Komponente der magnetischen Feldstärke auf. Hierdurch entsteht eine Lorenzkraft, die zu einer Drehbewegung der Hauptbahn führt. Die tangentiale Geschwindigkeitskomponente dieser Bewegung ruft eine sekundäre Lorenzkraft hervor, die radial auf die Achse 19 zu gerichtet ist. Auf der Strecke α in Fig. 2 zeigt das Elektron die Neigung, sich auf die Achse zu zu bewegen. Infolge der Divergenz des Magnetfeldes kehrt der Winkel zwischen der Bewegungsrichtung des Elektrons und den magnetischen Feldlinien um, so daß die Lorenzkraft ihre Richtung umkehrt, die tangentiale Geschwindigkeit abnimmt und sodann auch ihre Richtung umkehrt und die Drehbewegung der Hauptbahn entgegengesetzt zu der ursprünglichen Drehrichtung wird. Dies hat zur Folge, daß die sekundäre, radial gerichtete Lorenzkraft nunmehr von der Achse weggerichtet ist. Diese von der Achse weggerichtete Lorenzkraft wird noch durch die Zentrifugalkraft verstärkt, die naturgemäß auch von der Achse weggerichtet ist. Die Hauptbahn trifft schließlich auf den Fangschirm in dem Punkt zo auf. der infolge des überwiegenden Einflusses dieser beiden Kräfte weiter von der Achse entfernt liegt als der Punkt 18 auf der Photokathode.

Die Drehung der Hauptbahn in dem zuletzt erwähnten Sinn erweist sich als erheblich größer als die, welche die Bahn in dem konvergierenden Teil der Elektronenlinse vollführt, so daß das Bild, das schließlich auf dem Fangschirm entsteht, gegenüber dem Kathodenbild gedreht ist. Es kann nun die Röhre derart angeordnet werden, daß das beobachtete Bild dennoch aufrecht steht.

Schwieriger wird es jedoch, wenn die Vergrößerung geregelt werden soll. Zu diesem Zweck kann der Strom in der zweiten Erregerspule 11 geändert werden, wodurch sich die Divergenz des Magnetfeldes ändert. Bei der Abschwächung des Stromes nimmt die Vergrößerung zu, und umgekehrt. Durch Änderung des Feldes der Abbildungsspule 10 in entgegengesetztem Sinn kann das Bild bei jeder Vergrößerung scharf gestellt werden. Auf diese Weise ergibt sich eine stetige Regelbarkeit zwischen 2,5- bis 7,5facher Vergrößerung. Zur Behebung des Nachteils, daß sich hierbei auch die Bilddrehung ändert, kann die Vorrichtung nach Fig. 3 verwendet werden.

In dieser Figur wurde als Entladungsröhre eine Fernsehsenderöhre gewählt. Die Ausbildung des Teils, in dem sich die Bildverstärkung vollzieht, entspricht jener der Röhre in Fig. 1. Die Fangelektrode 21 kann hierbei in Form einer dünnen Isolierschicht ausgebildet sein, die mit einer Schicht aus Sekundäremissionsstoff überzogen ist und die auf einen Metallträger aufgebracht ist, der als Signalplatte bezeichnet wird. Bekannte Ausbildungen von Schirmen, die bei Fernsehsenderöhren mit elektronenoptischer Bildverstärkung angewendet werden, können in dem vorliegenden Fall Verwendung finden.

Die Entladungsröhre 22 ist mit einem nur teilweise dargestellten Stutzen 23 versehen, die dem Anbringen eines Elektrodensystems zum Erzeugen und Ablenken eines gerichteten,- als Abtastbündel bezeichneten Elektronenbündels dient.

An dem von dem Fangschirm 21 abgewendeten Ende der Röhre 212 ist die Spulenkombination 13 angebracht. Zum Regeln der Erregerströme dienen zwei Spannungsteiler 24 und 25. Der Strom in der Abbildungsspule wird mittels des Spannungsteilers 24 eingestellt, während der Spannungsteiler 25 die Regelung der Vergrößerung besorgt. Mittels der Abbildungsspule wird das Bild bei jeder Vergrößerung scharf eingestellt. Diese Einstellungen können sich bei passender Wahl der Widerstände gleichzeitig vollziehen. Zu diesem Zweck sind die Drehkontaktarme 26 und 2"j auf der gemeinsamen Welle 28 angebracht. Mittels eines Getriebes wird infolge der Drehbewegung der Welle 38 auch die Röhre 22 um einen Winkel gedreht, der gegensinnig und gleich groß wie die bei Veränderung der Vergrößerung herbeigeführte Bilddrehung ist. Das Getriebe besteht aus einer auf der Welle 28 sitzenden Scheibe 29, deren Bewegung auf eine die Röhre umgebende, ringförmige Bahn 30 übertragen wird. Mittels des Knopfes 31 wird die Einstellung ge-

ändert. Die ringförmige Bahn 30 dient auch zur Halterung der zwischen Rollen 32 drehbaren Röhre.

Der Strom für die Abbildungsspule und die Regelspule wird von der Gleichstromquelle 33 geliefert. Die Spule und Widerstände sind derart geschaltet, daß bei Vergrößerung des Stromes in der Abbildungsspule der Strom in der Regelspule abnimmt und umgekehrt.

In Fig. 4 ist eine ähnliche Vorrichtung wie in Fig. ι dargestellt, die mit einer Korrektionsspule 34 versehen ist, welche die Bilddrehung von der Veränderung'der Vergrößerung unabhängig machen soll.

An Stelle der beiden zylindrischen Spulen zum Scharfeinstellen und zum Regeln der Vergrößerung des dargestellten Bildes können auch Spulen mit einer Anzahl in entgegengesetzter Richtung verlaufender, übereinander gewickelter Windungen verwendet werden. Eine solche Kombination zeigt Fig. 5, in der z. B. die Spule 35 zum Scharf stellen des Bildes und die Spule 3O zum Regeln der Vergrößerung dient. Es zeigt sich, daß durch passende Wahl der Windungszahl· jeder Spule des Verlaufes der Amperewindungen und der Stromstärkenänderungen diese Zusammensetzung hinsichtlich der Regelung der Vergrößerung annähernd das gleiche Ergebnis liefert wie die Anwendung zylindrischer Spulen..

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   ' ·ΐ. Vorrichtung .mit einer Elektronenstrahlröhre, die eine photoelektrische Kathode und einen Bildfangschirm enthält und bei der Mittel vorgesehen sind zur-Erzielung eines kombinierten magnetischen'und elektronenbeschleunigenden umdrehungssymmetrischen Feldes zum elektronenoptisehen Projizieren eines von der Photokathode ausgesandten Elektronenbildes auf den Fangschirm, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Felderzeugung vorgesehenen Mittel derart eingerichtet sind, daß beide Felder im wesentlichen senkrecht zur Kathodenoberfläche gerichtet sind und nach der Seite des Fangschirmes hin das elektronenbeschleunigende Feld stärker divergiert als das Magnetfeld.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenröhre eine zum Anlegen einer elektrischen Spannung gegen die Photokathode eingerichtete Elektrode besitzt, die sich auf der Entladungsbahn bis kurz vor die Photökathode erstreckt, und daß wenigstens zwei Erregei-spulen vorhanden sind, von denen die eine mit ihrer Symmetrieebene annähernd in der Photdkathodenfläche angeordnet ist und die zweite Spule die Divergenz des von der ersten Spule erzeugten Feldes beeinflußt.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2 mit Regelvorrichtungen zum Ändern des Erregerstromes in einer jeden der Spulen, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelvorrichtungen als Drehspanoungsteiler ausgebildet sind und eine gemeinsame Welle besitzen, die mit einer Vorrichtung zum Drehen der Entladungsröhre um ihre Achse gekuppelt ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge- kennzeichnet, daß eine dritte Spule mit regelbarer Erregung in geringerem Abstand von dem Fangschirm zum Ausgleich der Veränderung der Bilddrehung vorhanden ist, die bei Änderung der Erregerströme in den beiden Spulen zum Zweck der Regelung der Bildvergrößerung auftritt.
5. 5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Spulensystem zum Regeln der Vergrößerung und zum Scharf stellen der Abbildung von Spulen mit in entgegengesetzter Richtung sich erstreckenden, übereinandergewickelten Windungen gebildet wird.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen

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