DE4113275A1 - Bildwandler fuer uv- oder roentgenbilder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Bildwandler, bestehend aus einer Fotokatode, einem Elektronenbeschleunigungsraum, einem Leuchtschirm und einer vakuumdichten evakuierten Hülle. Der erfindungsgemäße Bildwandler kann Anwendung finden für das Sichtbarmachen von auf die Fotokatode fallenden UV- oder Röntgenbildern auf dem Leuchtschirm.

Viele derartige Bildwandler herkömmlicher Konstruktion leiden unter der Tatsache, daß eine Rückkopplung des erzeugten Lichts auf die Fotokatode zu unerwünschten Erscheinungen Anlaß gibt, daß die geringe Austrittsenergie der Fotoelektro­ nen aus der Katode die elektronenoptische Abbildung kompli­ ziert gestaltet oder daß die Quantenausbeute der Fotoemission in der Regel deutlich unter 1 liegt, so daß schwache primäre Bilder nur unvollkommen auf dem Bildschirm wiedergegeben werden.

Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, einen Bildwandler für UV- und Röntgenbilder anzugeben, der einen stabilen Betrieb bei hoher Strahlleistung und vereinfachter elektronenopti­ scher Abbildung gewährleistet. Außerdem soll eine vorliegende elektronische Information auf einfache Weise auf den gleichen Bildschirm wie das gewandelte UV- oder Röntgenbild geschrie­ ben werden können.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß Fotoka­ tode und Leuchtschirm in geringem Abstand parallel zueinan­ der, vorzugsweise 3 bis 25 mm, in einer vakuumdichten evaku­ ierten Hülle angeordnet sind. Die Fotokatode besteht aus einer Folge von Dünnfilmen, die auf einem nichtleitenden, für die UV- und Röntgenstrahlung hinreichend durchlässigen Substrat angeordnet sind. Die Folge von Dünnfilmen setzt sich zusammen aus einem die primärbilderzeugende Strahlung gering absorbierenden Grundelektrodenfilm, einem Isolatorfilm, einem Halbleiterfilm und einem Deckelektrodenfilm. Im geometrischen Kreuzungsbereich von Grund- und Deckelektrodenfilm bilden auf max. 40 nm abgedünnte lokale Flächen im Deckelektrodenfilm die Bildpunkte des Primärbildes. Auf dem Leuchtschirm ist ein großflächiger elektrischer Kontakt angeordnet.

In erfindungsgemäßen Ausgestaltungen sind Grund- und Deck­ elektrode ganzflächig oder als Elektrodenstreifensystem aus­ gebildet. Die Elektrodenstreifensysteme der Grund- und Deck­ elektroden sind zueinander senkrecht angeordnet (Zeilen und Spalten). Weiter ist vorgesehen, daß der großflächige elek­ trische Kontakt auf dem Leuchtschirm eine metallische Deck­ schicht auf der der Fotokatode zugewandten Seite oder eine transparente gut leitende Schicht zwischen der der Fotokatode abgewandten Seite und dem Glas- oder Quarzglassubstrat des Leuchtschirms ist. Der Halbleiterfilm besteht aus ZnS oder CdS oder ZnSe oder SrS oder CaS oder Mischverbindungen dar­ aus. Für das Material des Substrates der Fotokatode ist Quarzglas vorgesehen, für das des Grundelektrodenfilms Aluminium.

Der Halbleiterfilm im Schichtsystem der Fotokatode besteht aus einem Material, welches die verlustfreie Beschleunigung von Elektronen oberhalb einer kritischen oder Schwellfeld­ stärke zuläßt. Die verlustfreie Beschleunigung der Elektronen in diesen Halbleitermaterialien führt zur lawinenartigen Multiplikation von Fotoelektronen, die durch Absorption der Photonen des auf die Katode fallenden Primärbildes erzeugt werden. Diese werden bei geeigneter Polarität - positiv an der Deckelektrode - gegen letztere beschleunigt und werden mit kinetischen Energien im Bereich zwischen 1 und 10 eV auf diese auftreffen. An den Stellen, an denen die Deckelektrode auf maximale Dicken von 40 nm abgedünnt ist, treten die Elektronen ins Vakuum aus. Auf Grund des Lawineneffekts kön­ nen für jedes ursprünglich erzeugte Fotoelektron einige Millionen Elektronen auf die innere Grenzfläche der Deckelek­ trode auftreffen; bei einer Transmission von etwa 1% durch die abgedünnten Bereiche werden Verstärkungsfaktoren von einigen 1000 erreicht. Die Betriebsspannung zwischen Grund- und Deckelektrode wird dicht unterhalb der Grenzspannung gewählt, bei der ohne auftreffendes Licht gerade noch keine Elektronenemission, d. h. keine auf dem Leuchtschirm nach­ weisbare Helligkeit entsteht. Der Beschleunigungsraum für die aus der Fotokatode austretenden Elektronen ist so gestaltet, daß eine Spannung von etwa 10 bis 30 kV zwischen die Elektro­ denspalten und dem großflächigen elektrischen Kontakt des Leuchtschirmes gelegt werden kann.

Zum gleichzeitigen oder zeitlich getrennten Einschreiben elektronischer Informationen ist eine streifenförmige Ausbil­ dung von Grund- und Deckelektrode - Zeilen und Spalten - erforderlich und die Abdünnung der Deckelektrode muß zumin­ dest in einem Teil des geometrischen Kreuzungspunktes jeder Spalten- mit jeder Zeilenelektrode erfolgen. Der dadurch definierte Bildpunkt wird hellgesteuert, indem eine Spannung oberhalb besagter Grenzspannung durch Summation der Zeilen- und Spaltenspannung angelegt wird. In praktischer Weise kann das elektronische Einschreiben in der für Matrixdisplays bekannten Art "eine Zeile zu einer Zeit" erfolgen.

Der erfindungsgemäße Bildwandler für UV- und Röntgenbilder macht eine Rückkopplung unmöglich und gewährleistet durch die geometrische Zuordnung der Bildpunkte der Fotokatode zu den Bildpunkten des Leuchtschirmes eine hohe Richtwirkung der austretenden Elektronen und somit eine wesentlich vereinfach­ te elektronenoptische Abbildung.

Die erfindungsgemäße Lösung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Auf einem Substrat aus Quarzglas ist eine optisch auch im UV-Gebiet transparente leitende Schicht von etwa 200 nm Dicke aus Indium-Zinn-Oxid (ITO) lateral homogen abgeschieden. Auf dieser Grundelektrode ist ein Isolatorfilm aus Aluminiumoxid von etwa 300 nm Dicke angeordnet. Darauf befindet sich ein 1000 nm dicker Halbleiterfilm aus ZnS. Die auf diesem ZnS-Film angeordnete Deckelektrode aus Gold ist etwa 70 nm dick. Auf zuvor in die Deckelektrode geätzte Aussparungen von 0,05·0,05 mm² Größe ist eine weitere Goldschicht von 7 nm Dicke angeordnet. Die so aufgebaute Fotokatode steht dem Leuchtschirm parallel in einer vakuumdichten evakuierten Hülle in einem Abstand von 10 mm gegenüber. Auf der der Fotokatode zugewandten Seite des Leuchtschirmes befindet sich eine 50 nm dicke Aluminiumschicht. Alle elektrischen An­ schlüsse sind durch das Vakuumgefäß nach außen geführt. Der Betrieb des Bildwandlers erfolgt in der Weise, daß zwischen Grund- und Deckelektrode der Katodenplatte eine Wechsel­ spannung von etwa 10 kHz angelegt wird. Gleichzeitig wird zwischen die Deckelektrode der Katode und die Aluminisierung des Schirms eine Gleichspannung von 20 kV mit positiver Pola­ rität an die Aluminisierung gelegt.

Claims (8)

1. Bildwandler für UV- oder Röntgenbilder, bestehend aus einer Fotokatode, einem Beschleunigungsraum, einem der Fotokatode parallel gegenüberstehenden Leuchtschirm und einer gasdichten evakuierten Hülle, dadurch gekennzeichnet,

• - daß Fotokatode und Leuchtschirm in geringem Abstand voneinander angeordnet sind,
• - daß die Fotokatode aus einer auf einem nichtleitenden, für die UV- und Röntgenstrahlung hinreichend durchlässi­ gen Substrat angeordneten Folge von Dünnfilmen aus die primärbilderzeugende Strahlung gering absorbierendem Grundelektrodenfilm, Isolatorfilm, Halbleiterfilm und Deckelektrodenfilm besteht,
• - daß die Bildpunkte des Primärbildes aus auf max. 40 nm abgedünnten lokalen Flächen im Deckelektrodenfilm des geometrischen Kreuzungsbereichs von Grund- und Deckelek­ trodenfilm gebildet sind,
• - daß auf dem Leuchtschirm ein großflächiger elektrischer Kontakt angeordnet ist.

2. Bildwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Fotokatode und Leuchtschirm in einen Abstand von 8 bis 25 mm gegenüberstehend angeordnet sind.

3. Bildwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterfilm der Fotokatode aus ZnS oder CdS oder ZnSe oder SrS oder CaS oder einer Mischverbindung dieser Substanzen besteht.

4. Bildwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grund- und Deckelektroden ganzflächig oder als Elek­ trodenstreifen senkrecht zueinander ausgebildet sind.

5. Bildwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der großflächige elektrische Kontakt auf dem Leuchtschirm eine metallische Deckschicht auf der der Fotokatode zuge­ wandten Seite ist.

6. Bildwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der großflächige elektrische Kontakt auf dem Leuchtschirm eine transparente gut leitende Schicht zwischen der der Fotokatode abgewandten Seite und dem Glas- oder Quarz­ glassubstrat des Leuchtschirmes ist.

7. Bildwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das für UV- und Röntgenstrahlung durchlässige Substrat der Fotokatode aus Quarzglas besteht.

8. Bildwandler nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der Grundelektrodenfilm aus Aluminium besteht.