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Kathodenstrahlröhre mit Bildkathode und mit magnetischer Strahlenkonzentration
Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Gerät, in dem ein von Elektronen
erzeugtes Bild auf einer Bildfläche entworfen und sichtbar gemacht wird. Ein solches
Bild kann z. B: durch photoelektrische Emission erhalten werden. Entwirft man von
einem Gegenstand ein Lichtbild auf einer photoelektrischen Elektrode . gleichmäßiger
Empfindlichkeit, so ist die von einem bestimmten Teil der Elektrode ausgesandte
Elektronenzahl von der Intensität der Belichtung dieses Teils abhängig. Das von
der ganzen Elektrode ausgesandte Elektronenbündel weist somit eine Intensitätsverteilung
auf, die der örtlichen Belichtung der Elektrode entspricht, die somit ein von Elektronen
erzeugtes Bild aussendet.
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Bei gleichmäßiger Belichtung einer photoelektrischen Elektrode, die
eine örtlich ungleichmäßige Empfindlichkeit aufweist, wird ein von Elektronen erzeugtes
Bild erhalten, das eine Wiedergabe der örtlichen Empfindlichkeit der Elektrode ist.
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Das Bild kann auch durch thermionische Emission erhalten werden. Bei
gleichmäßiger Heizung der Oberfläche .einer Heizkathode ist z. B. das von den ausgesandten
Elektronen erzeugte Bild einer Wiedergabe der örtlichen thermionischen Empfindlichkeit
der Kathodenfläche.
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Es ist bekannt, ein solches Bild erzeugende Elektronen unter dem Einfluß
eines elektrischen Feldes nach einer Bildfläche zu führen. Die Elektronen treffen
diese Bildfläche in einer Verteilung, die der Elektronenverteilung des ursprünglichen
Bildes ganz entsprechen kann. Diese Elektronenverteilung des die Bildfläche treffenden
Elektronenbündels stellt somit eine Abbildung des ursprünglichen, von Elektronen
erzeugten Bildes dar. Gegebenenfalls kann diese Abbildung im Verhältnis zu diesem
ursprünglichen Bilde vergrößert oder verkleinert und öfters verzerrt sein.
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Nachstehend ist ein solches ursprüngliches Bild als von Elektronen
erzeugtes Primärbild oder kurz Primärbild und die auf der Bildfläche entworfene
Abbildung als von Elektronen erzeugtes Sekundärbild oder kurz Sekundärbild bezeichnet.
-Es ist schon vorgeschlagen worden, die Elektronen auf ihrem Wege vom Primärbild
nach der Bildfläche dem Einfluß eines magnetischen Feldes auszusetzen. Die Entladungsbahn
wird zu diesem Zweck teilweise mit einer .öfters als magnetische Elektronenlinse
bezeichneten Magnetspule umgeben, die
derart angeordnet und bemessen
wird, daß das magnetische Feld .eine fokussierende Wirkung auf das Elektronenbündel
ausübt, so, daß eine bessere Ähnlichkeit des Sekundär bildes mit dem Primärbild
erzielt wird.i@@, .4 Bei der Verwendung einer einzigen Magnex=' spule tritt eine
Drehung des Sekundärbildes auf. Bei gewissen geometrischen Anordnungen der Ebene
des Primärbildes, der Bildtäche und der Magnetspule tritt die Drehung nicht gegenüber
dem umgekehrten Primärbild, sondern gegenüber dem Primärbild selbst auf.
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Es ist bekannt, daß diese Verdrehung durch Benutzung zweier entgegengesetzt
gerichtete magnetische Felder erzeugender Magnetspulen, vermieden werden kann.
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Die Erfindung bezweckt, die Drehung des Sekundärbildes auf einfachere
Weise zu vermeiden.
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Das Gerät gemäß der Erfindung enthält einen ringförmigen Dauermagneten,
der nur einen Teil der Bahn zwischen dem Primärbild und der Bildfläche umgibt und
derart, gestaltet und angeordnet ist, daß das Sekundärbild gegen das Primärbild
bzw. das umgekehrte Primärbild nicht verdreht ist.
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Es hat sich gezeigt, daß mit einem einzigen Dauermagneten die gleiche
Wirkung wie mit zwei Magnetspulen erreicht werden kann. Dies ließe sich folgendermaßen
erklären: Bei einer Magnetspule haben die magnetischen Kraftlinien auf der ganzen
Länge der Spulenachse die gleiche Richtung, was bei einem ringförmigen Dauermagneten
nicht der Fall ist, da die von den Polen ausgehenden Kraftlinien teilweise durch
die Öffnung des Magneten, aber teilweise auch außen um den Magneten herum verlaufen.
Es tritt keine Bildverdrehung ein, wenn das Integral der magnetischen Feldstärke
über die Achse des Magneten gleich null ist. Da das magnetische Feld in der Achse
eines ringförmigen Dauermagneten seine Richtung ändert, kann die Form eines einzigen
Dauermagneten derart gewählt werden, daß das erwähnte Integral ,gleich null ist.
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Da die Verdrehung des Sekundärbildes gleichzeitig von der elektrischen
Spannung zwischen den Elektroden abhängig ist, bedingen Spannungsschwankungen Veränderungen
der Verdrehung, die das Sekundärbild unscharf machen können. Da in dem Gerät gemäß
der Erfindung keine Verdrehung Auftritt, üben auch Spannungsschwankungen keinen
Einfluß auf sie aus, so daß man sogar eine Wechselspannung zwischen den Elektroden
anlegen kann.
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Die richtige 'Form und Anordnung des ringförmigen Dauermagneten kann
in jedem praktischen Fall durch Berechnung und Versuche auf einfache Weise ermittelt
werden. Im allgemeinen ist zu beachten, daß die Öffnung des ringförmigen Magneten
erheb-@#`lich größer als das Primärbild ist. Nachsl".@hend wird an Hand der Abbildungen
bei-'sp'ielsweise ein Gerät gemäß der Erfindung ,Beschrieben, mit dem günstige Ergebnisse
erreicht werden.
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Die in der Abbildung schematisch dargegestellte Vorrichtung enthält
eine entlüftete zylindrische Glasröhre i, in der senkrecht zu der Röhrenachse zwei
plankonvexe Linsen und 3 untergebracht sind, die mit ihren Bachen Seiten einander
zugekehrt sind. Diese Linsen sind in Ringe q. gefaßt, die an der. Röhrenwand anliegen
und mit kleinen Löchern 5 versehen sind, welche die Entlüftung der Röhre erleichtern.
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Auf dem mittleren Teil der flachen Seite der Linse z ist eine photoelektrische
Elektrode 6 angebracht, die in bekannter Weise aus einer Silberhaut bestehen kann,
auf der sich eine Schicht aus einem Gemisch von Silberteilchen, Cäsiumoxydteilchen
und Cäsium befindet, von der .eine dünne Cäsiumhaut adsorbiert ist. Diese photoelektrische
Elektrode ist mit einem nach außen geführten Stromzuführungsdraht versehen.
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Die Linse 3 ist auf dem mittleren Teil der flachen Seite mit einer
Anode 7 versehen, die aus einer Metallhaut, z. B. aus Silber, besteht, auf die eine
dünne Haut aus einem Stoff aufgebracht ist, der, wenn er von Elektronen getroffen
wird, fluoresziert. Dieser Stoff besteht z. B. aus fluoreszierendem Zinksilicat.
Auch diese Anode ist mit einem nach außen geführten Stromzuführungsdraht versehen,
so daß zwischen der Kathode 6 und der Anode ; eine Gleichstromquelle, z. B. von
5ooo Volt, eingeschaltet werden kann.
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Der Abstand der -Linsen z und 3 und die Form der Linse ß sind derart
gewählt, daß -der nicht von der Anode 7 bedeckte Randteil der Linse 3 ein Lichtbild
irgendeines Gegenstandes 8 auf der photoelektrischen Kathode 6 entwirft. Die Lichtstrahlen
bewirken, daß diese Kathode Elektronen aussendet, wobei die Emission jedes Teiles
der Kathode von der Stärke der Belichtung dieses Teiles abhängig ist. Das Lichtbild
wird somit von der Kathode in ein von Elektronen erzeugtes Bild umgewandelt.
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Die ausgesandten Elektronen wandern unter dem Einfluß des elektrischen
Feldes nach der Anode 7, auf der ein von Elektronen erzeugtes Sekundärbild erhalten
wird. Die Elektronen treffen dort den auf der Anode angebrachten fluoreszierenden
Stoff, wobei die Intensität der von jedem Teil der'Anode ausgesandten Fluoreszenzstrahlen
wieder von der Intensität des diesen Teil treffenden Elektronenbündels
abhängig
ist. Das Sekundärbild wird so auf der Anode in ein Bild von Fluoreszenzstrahlen
umgewandelt. Auf diese Weise erzielt man eine Umwandlung des auf der Kathode entworfenen
Lichtbildes in das von den Fluoreszenzstrahlen erzeugte Bild. Da 'die Wellenlänge
der das erste Bild erzeugenden Lichtstrahlen im allgemeinen von der der Fluoreszenzstrahlen
verschieden ist, wirkt das Gerät als Wellenlängentransformator. Das auf die photoelektrische
Kathode geworfene Bild kann beispielsweise von unsichtbaren (infraroten, ultravioletten)
Strahlen erzeugt werden und kann durch Benutzung eines fluoreszierenden Stoffs,
- dessen Fluoreszenzstrahlen im sichtbaren Gebiet liegen, in ein sichtbares Bild
umgewandelt werden. Das Fluoreszenzbild kann durch das Röhrenende io und den nicht
von der Kathode 6 bedeckten Randteil der Linse 2 hindurch beobachtet werden.
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Um die Röhre i herum ist ein gleichachsig angeordneter ringförmiger
Dauermagnet 9 angebracht, der die Entladungsbahn zwischen der Kathode 6 und der
Anode 7 teilweise um= gibt. Dieser Dauermagnet dient zum Fokussieren des Elektronenbündels,
wodurch ein schärferes Bild auf der Anode erhalten wird.
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Die Gestalt und die Anordnung dieses. Magneten sind derart gewählt,
daß das auf der Anode entworfene Sekundärbild gegen das Primärbild nicht verdreht
ist. Diese Wirkung kann mit den folgenden Abmessungen des Geräts erreicht werden
Abstand der Linsen 2 und 3 ioomm, Durchmesser dieser Linsen 4.o mm, Durchmesser
der Kathode und der Anode 2o mm, Innen- bzw. Außendurchmesser des Magneten i 5o
bzw. 2 i o mm, Länge dieses Magneten i oo mm. Der Magnet 9 ist derart angeordnet,
daß seine Symmetrieebene mit der Ebene der flachen Seite der Linse 2 übereinstimmt.
Die Höchstfeldstärke in der Achse des Magneten ist i ooo Gauß. Der Innendurchmesser
des Magneten ist in diesem Fall also fast achtmal so groß als der Durchmesser der
Photokathode.
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Die photoelektrische Elektrode kann auch derart gebaut werden, daß
die Lichtstrahlen auf die von der Anode abgewendete Seite der photoelektrischen
Kathode geworfen werden können. In diesem Fall muß deren Bauart so sein, daß die
Strahlen bis zum photoelektrischen Material weiterdringen können. Auch kann die
Anode derart ausgebildet werden, daß sie für die Fluoreszenzstrahlen durchlässig
ist, so daß das Fliftoreszenzbild auf der Rückseite der Anode beobachtet werden
kann.
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Das Primärbild braucht nicht immer auf photoelektrischem Wege entworfen
zu werden. Es ist z. B. auch möglich, ein Sekundärbild von einem durch thermionische
Elektronenemission erzeugten Primärbild zu entwerfen. Das Sekundärbild braucht auch
nicht immer zum Erzeugen des Fluoreszenzbildes verwendet zu werden; vielmehr kann
es für andere Zwecke angewendet, z. B. photographisch festgelegt werden; zu diesem
Zwecke können die Elektronen zum unmittelbaren Auftreffen auf eine photographische
Platte gebracht werden.
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Entwirft man das Sekundärbild auf einer Hilfselektrode, die sekundäre
Elektronen aussenden `kann, so kann das Sekundärbild wieder in ein verstärktes,
von Elektronen erzeugtes Bild umgewandelt und von diesem Bild wiederum eine Abbildung
auf einer Bildfläche entworfen werden. Bei dieser Abbildung erfüllt somit das von
der Hilfselektrode emittierte Bild die Rolle eines Primärbildes.
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Das Sekundärbild braucht nicht immer auf der Anode oder einer anderen
Elektrode entworfen zu werden. Es ist auch möglich, die Einrichtung derart zu treffen,
daß die Bildfläche nicht mit einer der Elektroden des Geräts zusammenfällt.