DE2429113B2 - Strahlungsdetektor mit zweifacher Verstärkung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Strahlungsdetektor mit einer Eingangsphotokathode, einer elektronenoptischen Verstärkeranordnung, einer eine dielektrische Schicht enthaltenden Auftreffplatte und einer der Verstärkeranordnung zugewandten zweiten Photokathode.

Ein derartiger Strahlungsdetektor ist z. B. aus der US-PS 34 05 309 bekannt. In dem dort beschriebenen Detektor wird durch die Photoelektronen ein Ladungsbild an der Kehrseite einer Auftreffplatte aufgebaut, die an der der Photokathode abgewandten Seite ein Material mit einem hohen Sekundäremissionskoeffizienten enthält. Das Ladungsbild wird durch rasterweises Anstrahlen einer zweiten Photokathode und durch Detektieren der Schwankungen im Elektronenstrom, der das Ladungsbild neutralisiert, gelesen. Das Strahlungsbild wird somit in Form eines Videosignales detektiert.

Nachteile dieses Detektors sind der verhältnismäßig komplizierte Aufbau, die Möglichkeit von Übersprechen aus dem Abieiikfcld dc5 Lichipuriktabtastcrs in ^ie Abtastung des Ladungsbildes und die Beschränkung in der Eigenverstärkung des Detektors. Um zu vermeiden, daß während der verhältnismäßig langen Integrationszeit das Ladungsbild verwischt, müssen an die sekundäremittierende Schicht hohe Anforderungen gestellt werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Strahlungsdetektor der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß er bei einfacherem Aufbau eine

ίο weitere Eigenverstärkung des Bildes ermöglicht und zum Lesen kein abtastender Elektronenstrahl erforderlich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Strahlungsdetektor der eingangs genannten Art nach der Erfindung die elektronenoptische Verstärkeranordnung eine nacheinander in zwei Richtungen zu verwendende Kanalverstärkerplatte, die zweite Photokathode weist eine verhältnismäßig geringe elektrische Querleitfähigkeit auf und ist auf der einen Seite der dielektrischen Schicht angebracht, während die andere Seite der dielektrischen Schicht eine durchsichtige elektrisch leitende Schicht trägt.

Durch die zweiseitige Verwendung einer an sich bekannten Kanalverstärkerplatte nach der Erfindung als elektronenoptische Verstärkeranordnung ist nicht nur ein einfacher Aufbau erzielt, sondern es ist gleichfalls eine Aufteilung der Verstärkung in eine Schreibverstärkung und in eine Leseverstärkung verwirklicht worden.

Dies läßt sich sehr einfach durch Polaritätsumkehr der an die Kanalverstärkerplatte angelegten Potentiale durchführen. Weil also auch beim Lesen eine Bildverstärkung erreicht wird, sind in dem durch das einfallende Bild aufzubauenden Potentialfeld nur verhältnismäßig geringe Potentialunterschiede möglich.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die zweite Photokathode aus gegeneinander elektrisch isolierten diskreten Teilen aufgebaut sein, auch kann die zweite Photokathode aus einer homogenen Schicht aus einem Material mit einer geringen elektrischen Leitfähigkeit bestehen.

Die zweite Photokathode kann auch in Form einer homogenen Schicht angebracht sein, in der durch eine thermische oder mechanische Nachbehandlung elektrisch isolierende Übergänge angebracht sind. Weiterhin kann der Strahlungsdetektor zum Analysieren von Linienspektren eine Lichtquelle zum Erzeugen eines Lichtstrahles mit linienförmigem Querschnitt und Mittel zum geradlinigen Bewegen dieses Lichtstrahles über die Auftreffplatte aufweisen und die zweite Photokathode kann in Form eines Streifenmusters angebracht sein.

Schließlich kann narh der Erfindung das Streifenmuster in Bahnen einheitlicher Breite aufgeteilt sein und in der Lichtquelle können Mittel zum sequentiellen Abtasten dieser Bahnen vorgesehen sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine skizzenhafte Wiedergabe eines Strahlungsdetektors mit einer linienförmigen, zweiten Photokathode zum Analysieren eines Linienspektrums und F i g. 2 Potentialaufteilungen, die beim Schreiben und Lesen in diesem Detektor auftreten.
Die nach Fig. 1 dargestellte bevorzugte Ausführungsform enthält in einem Gehäuse t mit einem Eingangsfenster 3 und einem Ausgangsfenster 5 eine Eingangsphotokathode 7, eine Kanalverstärkerplatte 9 mit Endflächen !1 und 13 und eine Auftreffplatte 15, die

eine zweite Photokathode 17, eine dielektrische Zwischenschicht 19 und einen durchsichtigen elektrischen Leiter 21 enthält Die Eingangsphotokathode 7 hat eine elektrische Durchführung 23 und ist in der skizzierten Ausführungsform an der Innenseite des Eingangsfensters 3 angeordnet Das Material der Eingangsphotokathode kann der Art der zu detektierenden Strahlung angepaßt werden und z.B. aus Cäsiumjodid bestehen. Das Material muß, um ein feiies Schichtpotential zu gewährleisten, genügend elektrische Leitfähigkeit aufweisen, oder die Schicht muß mit einer zusätzlichen elektrisch leitenden Schicht ergänzt werden, die dann selbstverständlich mit der Durchführung 23 verbunden sein muß. Die Eingangsphotokathode kann auch auf der Endfläche 11 der Kanalverstärkerplatte angeordnet sein und, wenn nur genügend elektrisch leitfähig, dabei gleichfalls als Elektrode arbeiten.

Die Kanalverstärkerplatte 9 ist an den Er.Jflächen 11 und 13 mit Elektroden 25 und 26 mit Durchführungen 27 und 29 versehen. Die Kanalverstärkerplatte ist von einem bekannten Typ, aber muß hinsichtlich der elektronenoptischen Eigenschaften in beiden P.ichtungen verwendet werden können. Nach Bedarf kann hier auch eine Kanalverstärkerplatte mit nicht geraden Kanälen verwendet werden.

Um Störungen elektrischer Art zu vermeiden, ist die Auftreffplatte 15 vorzugsweise freiliegend zwischen der Kanalverstärkerplatte und dem Ausgangsfenster montiert, sie kann jedoch auch an der Innenseite des Ausgangsfensters 5 angeordnet sein. Da für eine gute Auflösung die zweite Photokathode 17 eine geringe elektrische Querleitfähigkeit haben und elektrisch schwebend angeordnet sein muß, kann sie nicht ohne weiteres an der Endfläche 13 der Kanalverstärkerplatte angeordnet werden. Bei der Auftreffplaiie hat die durchsichtige Elektrode 21 eine elektrische Durchführung 31. Die zweite Photokathode 17 ist in der dargestellten Ausführungsform in Form eines Linienmusters von Streifen 33 auf der dielektrischen Schicht angeordnet, welche Streifen voneinander durch öffnungen 35, die alle quer zur Zeichenebene gerichtet sind, elektrisch isoliert sind. Bei diesem Aufbau braucht das Material der Photokathode als solches nicht elektrisch isolierend zu sein und kann sie aus dem gleichen Material wie die Eingangsphotokathode aufgebaut sein. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform besteht die zweite Photokathode aus einer homogenen Schicht eines elektrisch schlecht leitenden Materials, z. B. eines bekannten Trialkaliphotokathodenmaterials. In diesem Falle kann das Potentialbild auch zweidimensional sein und z. B. mit einem Lichtpunkt gelesen werden. Die dielektrische Zwischenschicht 19 bewirkt eine kapazitive Kopplung zwischen den Streifen und dem transparenten Leiter 21 und besteht zum Beispiel aus einer Glimmerschicht. Die durchsichtige Elektrode 21 besteht vorzugsweise aus einer homogenen Zinnoxidschicht oder einem anderen für Leselicht 37 durchsichtigen elektrisch leitenden Material, kann jedoch auch als Gazeelektrode ausgeführt sein.

Das Leselicht 37 wird z. B. durch eine Lichtquelle 39 erzeugt, von der ein Heizelement 40, z. B. ein Heizdraht oder eine Gasentladung, mit einer Linse 42 an einer linienförmigen Blende 44 dargestellt wird, deren Längsrichtung den Streifen 33 parallel gerichtet ist. Eine b5 zweite Linse 46 bildet die Blende 44 auf der Fläche der zweiten Photokathode 17 ab. Mit einem Drehspiegel 48 kann dabei eine Verschiebung über diese Fläche verwirklicht werden. Die Breite des Blendenspaltes 44 wird dabei beispielsweise derart gewählt, daß die Abbildung auf der zweiten Photokathode 17 nicht breiter ist als die Breite der Streifen der Photokathode.

Wird in einer oben beschriebenen Anordnung eine Abbildung 45, hier insbesondere ein Linienspektrum, direkt oder über ein optisches System 50 auf die erste Photokathode projiziert, so werden darin Elektronen freigemacht, die bei positivem Potential (von z. B. 100 Volt) der Elektrode 25 gegen die erste Photokathode in Richtung der Kanalverstärkerplatte beschleunigt werden, wobei eine örtliche Anstrahlung einer örtlichen Schwankung in der Anzahl der Photoelektronen entspricht Die Photoströme werden mit einer positiven Spannung der Elektrode 26 gegen die Elektrode 25 (ungefähr 1 kV) in der Kanalverstärkerplatte verstärkt. Der verstärkte Photostrom tritt an der Endfläche 13 aus der Kanalverstärkerplatte und trifft die zweite Photokathode. An der Photokathode 17 entsteht ein Ladungsbild entsprechend dem auf die erste Photokathode geworfenen Strahlungsbild. Das mittlere Potential der zweiten Photokathode muß dabei höher (z. B. 100 Volt) sein als das Potential der Elektrode 26, was durch das Potential der durchsichtigen Elektrode 21 erreicht werden kann. Der von Spannungsquellen 47, 49 und 51 einzustellende Potentialverlauf während der Schreibperiode ist mit einer Linie 53 nach Fig. 2 schematisch angegeben. Die Potentialverteilung auf der zweiten Photokathode 17 und der dielektrischen Zwischenschicht 19 ändert sich beim Schreiben derart, daß die Feldstärke auf der Schicht 19 vom Nullwert im unbelichteten Zustand auf einen maximalen zulässigen Wert bei Sättigung der Photokathode ansteigt. Der in der Auftreffplatte 15 liegende Teil der F i g. 2 verschiebt sich dabei in Richtung der Pfeilspitze 59 über eine mit einer gestrichelten Linie 61 angegebene Zwischensituation zu einer mit einer gestrichelten Linie 63 angegebenen Endsituation. In dieser Situation wird der ganze Potentialunterschied durch die Schicht 19 überbrückt, was, um Durchschlag zu verhindern, zum erwähnten Maximalwert führt. Diese letzte Situation wird bei normalem Gebrauch nicht oder nur in wenigen Punkten oder Linien erreicht werden, weil das Anstrahlen dafür eingestellt wird. In der Ableitung 31 kann ein Meßgerät aufgenommen werden, mit dem das Auftreten von Sättigung registriert werden kann.

Beim Lesen werden die Spannungsquellen 47,49 und 51 umgepolt und die Streifen 33 mit einem linienförmigen Lichtstrahl abgetastet, so daß sie Streifen für Streifen gelesen werden. Dabei wird von aufeinanderfolgenden Streifen der Potentialunterschied zwischen der zweiten Photokathode 17 und der Elektrode 26 nahezu auf Null reduziert und gleichzeitig positive Ladung an der schwebenden zweiten Photokathode 17, die für eine neue Aufnahme benötigt wird, aufgebaut. Die aus der zweiten Photokathode befreiten Elektronen treffen die Kanalverstärkerplatten und werden durch Sekundäremission darin abermals vervielfacht. Der auf diese Weise gebildete Elektronenstrom tritt an der Endfläche 11 aus der Kanalverstärkerplatte und wird von der ersten Photokathode, die elektrisch leitend ist, eingefangen. Weil hierbei keine Ortsabbildung mehr erwünscht ist, wird es bevorzugt, daß die Elektronen aus einer bestimmten Stelle der zweiten Photokathode in die Kanalverstärkerplatte auf einer möglichst großen Oberfläche eintreten. Dies kann dadurch gefördert weiden, daß zwischen der Endfläche 13 der Kanalverstärkerplatte und der zweiten Photokathode Streufei-

der, ζ. B. wechselnde magnetische oder elektrische Felder, angelegt werden. Das in der ersten Photokathode auftretende elektrische Signal wird über die Durchführung 23 abgeleitet und kann über einen Widerstand 55 und einen Verstärker 56 detektiert werden, z. B. indem es einem Schreiber zugeführt wird. Der Potentialverlauf im Detektor beim Lesen ist nach F i g. 2 mit der Linie 57 schematisch angegeben.

Der Potentialunterschied zwischen den Endelektroden 26 der Kanalverstärkerplatte wird beim Lesen auf Null reduziert, wobei sich der in der Auftreffplatte 15 verlaufende Teil der Potentiallinie 57 in Richtung der Pfeilspitze 65 über die gestrichelte Linie 67 in die gestrichelte Linie 69 ändert. Werden in dieser Situation noch Photoelektror.er. aus der zweiten Photokathode freigemacht, so werden sie nicht in Richtung der Kanalverstärkerplatte beschleunigt und infolgedessen auch nicht eingefangen. Es sei noch bemerkt, daß das absolute Potential dabei nicht von Interesse ist und daß die Höhe der beiden Potentiallinien gegenseitig beliebig gezeichnet worden ist, und zwar aus dem Blickpunkt der Symmetrie mit einem Schnittpunkt in der Mitte der Kanalverstärkerplatte. In der praktischen Ausführung wird vorzugsweise entweder das Potential der Schicht 7 oder das der Elektrode 21 bei der Umpolung ungeändert bleiben. Es ist aus Obenstehendem deutlich, daß der Abstand zwischen der Endfläche 13 der Kanalverstärkerplatte und der zweiten Photokathode vorzugsweise möglichst verringert werden muß. Es kann günstig iein, eine Hilfselektrode, vorzugsweise in Form einer Gazeelektrode, zwischen der Endfläche 13 und der zweiten Photokathode anzuordnen. Hiermit kann die Feldstärke an beiden Oberflächen, unabhängig vom bestehenden Potentialunterschied, geregelt und beim Lesen ein streuendes elektrisches Feld eingeführt werden.

Anstelle von oben beschriebenem linienförmigem Lesen, was beim Analysieren eines Linienspektrums die geeignetste Methode ist, kann auch mit einem abtastenden Lichtpunkt gelesen werden. Dabei entsteht ein einmaliges Signal in Form eines Fernsehbildsignals. Auch wenn hier als Lichtquelle ein Lichtpunktabtaster (flying spot scanner) verwendet wird, werden die dabei zu verwendenden Ablenkfelder nicht stören, weil hier im Bildraum kein abtastender Elektronenstrahl verwendet wird.
Abhängig von der Lesemethode und der Form der zu

ίο analysierenden Bildinformation kann die zweite Photokathode auch in einer anderen Form auf die dielektrischen Schicht angeordnet sein. So können die Streifen zum Analysieren eines in Ordnungen aufgeteilten Linienspektrums in der Längsrichtung unterteilt sein

!5 und kann das Lesen mit einem linienförmigen Lichtstrahl, dessen Länge den aufgeteilten Streifen angepaßt ist, durchgeführt werden. Auch kann die zweite Photokathode in Form einer homogenen Schicht angebracht sein, wobei die geringe Querleitung durch die Materialwahl oder gegebenenfalls auch durch die Methode des Anbringens verwirklicht wird. Wenn keine Bildlinien, sondern Bildpunkte analysiert werden müssen, kann die zweite Photokathode in Form eines Mosaiks angebracht sein. Dies läßt sich z. B. durch Aufdampfen über eine Gazestruktur, aber auch gemäC der Beschreibung in der niederländischen Offenlegungsschrift 71 09 571 durch Anbringen von Kratzern odei Rissen in einer ursprünglichen homogenen Material schicht verwirklichen.

Die spektrale Empfindlichkeit der zweiten Photokathode kann dem Leselicht oder umgekehrt die Wellenlänge dieses Lichtes dem zu verwendender Photokathodenmaterial (z. B. 400 nm) angepaßt werden Ebenso kann die spektrale Empfindlichkeit der erster Photokathode den in der zu analysierenden Bildinformation auftretenden Wellenlängen angepaßt werder (z. B.240...350 ηm).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Strahlungsdetektor mit einer Eingangsphotokathode, einer eiektronenoptischen Verstärkeranordnung, einer eine dielektrische Schicht enthaltenden Auftreffplatte und einer der Verstärkeranordnung zugewandten zweiten Photokathode, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronenoptische Verstärkeranordnung eine nacheinander in zwei Richtungen zu verwendende Kanalverstärkerplatte (9) ist, daß die zweite Photokathode (17) eine verhältnismäßig geringe elektrische Querleitfähigkeit aufweist und auf der einen Seite der dielektrischen Schicht (19) angebracht ist, während die andere Seite der dielektrischen Schicht (19) eine durchsichtige elektrisch leitende Schicht^l) trägt

2. Strahlungsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Photokathode (17) aus gegeneinander elektrisch diskreten Teilen aufgebaut ist.

3. Strahlungsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Photokathode aus einer homogenen Schicht aus einem Material mit einer geringen elektrischen Leitfähigkeit besteht.

4. Strahlungsdetektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Photokathode in Form einer homogenen Schicht angebracht ist, in der durch eine thermische oder mechanische Nachbehandlung elektrisch isolierende Übergänge angebracht sind.

5. Strahlungsdetektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er zum Analysieren von Linienspektren eine Lichtquelle (39) zum Erzeugen eines Lichtstrahles mit linienförmigem Querschnitt und Mittel zum geradlinigen Bewegen dieses Lichtstrahles über die Auftreffplatte (15) enthält und daß die zweite Photokathode (17) in Form eines Streifenmusters angebracht ist.

6. Strahlungsdetektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Streifenmuster in Bahnen einheitlicher Breite aufgeteilt ist und daß in der Lichtquelle Mittel zum sequentiellen Abtasten dieser Bahnen vorgesehen sind.