DE2815691C2

DE2815691C2 - Optoelektronische Bildlesevorrichtung

Info

Publication number: DE2815691C2
Application number: DE2815691A
Authority: DE
Inventors: Satoru Ebina Kanagawa Itoh; Takashi Ozawa; Mutsuo Takenouchi; Syoji Wako
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1977-04-11
Filing date: 1978-04-11
Publication date: 1987-03-05
Also published as: DE2815691A1; DE2858221C2; GB1600772A; US4177487A

Description

Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Bildlesevorrichtung mit einer Photoelektronen-Emissionsebene, mit einer Bildprojektionsvorrichtung zum Projizieren eines optischen Bildes auf die Photoelektronen-Emissionsebene, wodurch Photoelektronen in Abhängigkeit von der Helligkeit des optischen Bildes emittieren, mit einem Sekundärelektronen- Vervielfacher, mit einer Spannungsquelle zur Lieferung einer Beschleunigungsspannung für die Sekundärelektronen und mit einer Anode zum Auffangen der vervielfachten Sekundärelektronen.
Aus der US-PS 40 15 159 ist eine halbleiterintegrierte Schaltung mit einer transistorisierten Detektorreihe für einen Elektronenvervielfacher bekannt. Unter einer Glasplatte befindet sich eine Photokathodenschicht, unterhalb der eine mit Öffnungen versehene metallisierte Schicht angeordnet ist. Zwischen der Photokathodenschicht und der gelochten Metallschicht befindet sich eine Batterie. Unterhalb dieser mit Öffnungen versehenen Metallschicht sind sog. isolierte Säulen vorgesehen, welche Kanäle für die Elektronen der Photokathodenschicht bilden. Die Innenseiten dieser Kanäle sind mit einer Schicht versehen, welche als Sekundärelektronen-Vervielfacherschicht arbeiten.
Am unteren Ende dieser Säulenschicht befindet sich eine weitere, mit Öffnungen versehene Schicht, die ebenfalls elektrischleitend ist. Zwischen der oberen und unteren elektrischleitenden und gelochten Schicht ist eine Hochspannungsquelle angeordnet, die für ein entsprechendes Spannungsgefälle zur Sekundäremission der Sekundärelektronen sorgt. Unterhalb dieses Photoelektronen-Vervielfachers befindet sich ein Halbleiter mit entsprechenden Halbleiterschichten und eingelegten Elektroden.
Diese bekannte Vorrichtung weist den Nachteil auf, daß unterhalb des Photoelektronen-Vervielfachers über seine gesamte Länge ein Halbleiterdetektor mit freiem Zugriff vorgesehen sein muß. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß eine Vielzahl von Kanälen für den Photoelektronen-Vervielfacher notwendig ist, was besonders aufwendig ist. Auch ist es nachteilig, daß zwischen der Photokathodenschicht und dem Photoelektronen-Vervielfacher keine Steuerungsmöglichkeiten vorhanden sind.
Aus der US-Zeitschrift "IEEE Transactions on Nuclear Science" ist ein für photometrische Messungen gedachtes Photoelektronen- Vervielfachergerät bekannt, bei dem eine Photokathode durchgehend bzw. einstückig ausgebildet ist, während die Anode in Segmente unterteilt ist. Dieses bekannte Photovervielfachergerät weist keine Steuerbarkeit in bezug auf die Emission der Elektronen der Emissions-Segmente mit Hilfe von Gittersegmenten auf. Auch zeigt dieses bekannte Gerät keinen Lösungsweg, mit möglichst wenig Energieaufwand die Emission der Elektronen aus den Emissions-Segmenten in den Photoelektronen-Vervielfacher mit Hilfe einer Steuervorrichtung zu steuern.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine optoelektronische Bildlesevorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit deren Hilfe ein Originalbild oder eine andere optische Information auf einem Dokument in zeitlich sequentielle elektrische Signale mit hoher Auflösung und hoher Geschwindigkeit umgesetzt wird, wobei der elektrische Stromverbrauch der Vorrichtung möglichst gering sein soll.
Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß die in einer Richtung angeordnete Photoelektronen-Emissionsebene eine Vielzahl von Emissions-Segmenten aufweist, deren Größe an die Größe der Bildelemente angepaßt ist, daß eine Vielzahl von Gitterelektroden-Segmenten zwischen der Emissionsebene und der Anode vorgesehen ist, von denen jedes einer Gruppe von mehreren Emissions-Segmenten gegenüberliegt, daß mit einer Gittersteuerschaltung das Potential der Gitterelektroden-Segmente nacheinander auf einen Durchlaßpegel abgesenkt und das Potential der Emissions-Segmente der einzelnen Gruppen nacheinander so angehoben wird, daß nacheinander von je einem Emissions-Segment die Photoelektronen in den allen Emissions-Segmenten gemeinsamen Sekundärelektronen-Vervielfacher gelangen.
Hieraus ergibt sich der Vorteil, daß mittels der einzelnen Emissions-Segmente elektrische Bildpunktsignale erzeugt werden, wobei die Bildpunktsignale den einzelnen Emissions- Segmenten zugeordnet sind, die Bildpunktgröße aufweisen und ein optisches Bildpunktäquivalent darstellen. Mit Hilfe der Gittersteuerschaltung ist es möglich, daß die Gitterelektroden-Segmente gruppenweise den Elektronenfluß von den einzelnen Emissions-Segmenten zum Elektronen-Vervielfacher hin steuern. Hierbei ist es möglich, daß über die gesamte Breite der Emissions-Segmentenkette hin zeitlich hintereinanderliegende und damit serielle elektrische Bildsignale erzeugt werden. Dies bedeutet, daß die gleichzeitig abgetasteten und umgewandelten Bilddaten seriell weitergeleitet und weiterverarbeitet werden. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß bestimmte Gitterelektroden-Segmente ausgewählt werden können, so daß nur bestimmte Bereiche der Emissions-Segmentenkette anzusteuern sind. Für die Durchlaßsteuerung der Elektronen braucht nur ein relativ niedriges Spannungssignal an die Gitterelektroden-Segmente angelegt zu werden, wodurch der Stromverbrauch entsprechend niedrig gehalten wird.
Da die Gitterelektroden-Segmente direkt unterhalb der Emissions-Segmente angeordnet sind, ergibt sich der weitere Vorteil, daß die Kraftwirkung für den Elektronenfluß direkt in Richtung auf den Photoelektronen-Vervielfacher erfolgt. Hieraus ergibt sich der Vorteil, daß keine Elektronenhäufungen oder Kraftrichtungsänderungen gegeben sind.
Auch ist es vorteilhaft, daß unabhängig von den Lichtverhältnissen und unabhängig von der Emissionsbereitschaft von Photoelektronen aus den Emissions-Segmenten der Photoelektronenstrom nur dann fließt, wenn ein entsprechendes Steuerpotential an den zugehörigen Gitter-Segmenten anliegt. Auf diese Weise erhält man eine stromarme Vorrichtung. Der Stromfluß wird seriell gesteuert. Da die Emissions-Segmente Bildpunktgröße aufweisen, erfolgt die serielle Steuerung bildpunktweise. Wenn ein optisches Bild in zeitlich sequentielle elektrische Signale umgewandelt wird, wird die Anzahl der einen ausgewählten bzw. angesteuerten Segmentteile durchlaufenden Elektronen gesteuert, wobei diese auf die Helligkeit jedes Bildelementes ansprechen.
Gemäß weiterer Ausbildung wird als Gittersteuerschaltung eine Schieberegisterschaltung verwendet, die die zeitlich aufeinanderfolgende Ansteuerung bewirkt. Hierbei erfolgt nach Einschaltung eines Photoelektronen-Emissions-Segmentes in einer Gruppe die Ausschaltung der zuvor eingeschalteten anderen Segmente. Die Schieberegisterschaltung steuert demnach einerseits die einzelnen Photoelektronen-Emissionssegmente und andererseits die Gitterelektroden-Segmente. Die von den Emissions-Segmenten abgegebenen Photoelektronen gelangen nur dann durch die Gitterelektroden-Segmente hindurch zu der Sekundärelektronen-Vervielfachervorrichtung, wenn gleichzeitig sowohl ein Photoelektronen-Emissionssegment als auch das zugeordnete Gitterelektroden-Segment eingeschaltet ist. Damit hat man den Vorteil, daß eine zeitliche Kombination zwischen den beiden zugeordneten Schieberegisterschaltungen möglich ist. Mit Hilfe einer Gitterelektrode und der zugeordneten Schieberegisterschaltung wird das Gitterelektroden-Segment vorbereitend eingeschaltet. Die zugeordnete Gruppe der Emissions-Segmente wird dann Segment für Segment einzeln und seriell angesteuert.
In vorteilhafter Weise enthält die Sekundärelektronen- Vervielfachervorrichtung zwei Platten, die parallel zueinander angeordnet sind und deren einander zugewandte Seiten mit Sekundärelektronen-Vervielfacherschichten versehen sind. Zwischen den beiden Platten besteht ein durchgehender Raum vom einen zum anderen Ende der Emissions-Segmentenkette. Eine so aufgebaute Sekundärelektronen-Vervielfachervorrichtung zeichnet sich durch ihre besonders einfache Ausbildung aus.
Einzelne Elektronen-Vervielfacherkanäle sind daher nicht notwendig. Die treibende Spannung für die Elektronen-Vervielfachervorrichtung wird jeweils zwischen einer oberen und unteren Elektrode der beiden parallelen Platten angelegt.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines bekannten Bildverstärkers nach der DE-AS 14 89 172 mit einem Sekundärelektronenvervielfacher;
Fig. 2 eine vergrößerte Perspektivansicht eines Teiles des in Fig. 1 gezeigten Sekundärelektronenvervielfachers;
Fig. 3 eine schematische Darstellung des bekannten Sekundärelektronenvervielfachungsmechanismus;
Fig. 4 und 5 schematische Perspektiv-Teilschnittansichten einer ersten bzw. einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 6 ein Blockschaltbild einer Treiberschaltung zur Erläuterung des Abtastvorganges bei den beiden Ausführungsformen;
Fig. 7 eine graphische Darstellung der elektrischen Potentiale des Steuergitters und der Photokathode beim Abtasten;
Fig. 8 ein Schaltbild eines Vorverstärkers, der für jede der gezeigten Ausführungsformen geeignet ist;
Fig. 9 eine vergrößerte Teilperspektivansicht der Sekundärelektronen-Vervielfacherebene und der Steuerelektrode bei der zweiten Ausführungsform;
Fig. 10 eine vergrößerte perspektivische Teilansicht eines anderen Ausführungsbeispiels der Sekundärelektronen-Vervielfacherebene und der Gitterelektrode.
Es wird zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen. Der dort gezeigte aus der DE-AS 14 89 172 bekannte Bildverstärker enthält eine Sekundärelektronen-Vervielfacherplatte, bei der ein Bild 1 A eines Gegenstandes 1, wie z. B. ein Dokument oder eine Bildszene, auf einer Photokathode 4 durch eine Fokussierlinse 2 fokussiert wird. Die von der photoelektrischen Oberfläche der Photokathode 4 ansprechend auf ein darauf projiziertes Bild 1 A emittierten Elektronen werden auf einen Sekundärelektronenvervielfacher 5 gelenkt. Der Sekundärelektronenvervielfacher 5 ist, wie in Fig. 2 teilweise vergrößert gezeigt ist, aus einem Bündel von Sekundärelektronenvervielfacherröhren 9 zusammengesetzt, von denen jede einen Durchmesser von einigen 10 µm besitzt. Eine Gleichspannung E 2 wird an den Enden der Röhren angelegt. Fig. 3 zeigt schematisch den Mechanismus bei der Sekundärelektronenvervielfachung einer Vervielfacherröhre 9. Die auf der linken Seite in der Zeichnung eintretenden Elektronen werden durch ein Kaskadenverfahren vervielfältigt, so daß die Anzahl der an der Anode 10 entnommenen Sekundärelektronen mehrere 1000 mal so groß ist, wie die Anzahl der eingeleiteten Elektronen. Da der Sekundärelektronenvervielfacher 5 die Struktur eines Röhrenbündels 9 aufweist, sind die vervielfachten Ausgangselektronen den Eingangselektronen an ihren jeweiligen Röhren zugeordnet. Wenn in Fig. 1 die multiplizierten Elektronen auf dem fluoreszierenden Körper 6 der Anode 10 auftreffen, wird ein verstärktes sichtbares Bild erzeugt. Dieses Bild wird über optische Fasern 7 gesendet. Dieser Aufbau kann unter Zuhilfenahme der optischen Fasern 7 zur Bildübertragung und eines photoempfindlichen Filmes, der am Ausgangsende der Fasern angeordnet wird, für eine Kamera für geringe Lichtstärken verwendet werden, die ein schwaches Bild verstärkt, das von einer Kamera mit Wellenlängenumsetzung oder einem Teleskop aufgenommen wird. Das in Fig. 1 gezeigte System kann bei einer hochempfindlichen Gittersteuerung-Kamera, beispielsweise eine Streifenkamera, verwendet werden, wenn ein Siebgitter zwischen die Kathode 4 und den Sekundärelektronenvervielfacher 5 gesetzt wird oder eine EIN-AUS- Steuerung der Stromquellen E ₂ und E ₁ durchgeführt wird. Um jedoch eine Auflösung von 10 Zeilen/mm bei dem Sekundärelektronenvervielfacher 5 zu erreichen, beträgt die Anzahl der röhrenförmigen Vervielfacherröhren 9, die gebündelt werden müssen, 10⁴ für jeden Quadratzentimeter. Daher weist dieses System den Nachteil auf, daß es mit hohen Kosten verbunden ist. Da ferner das Sekundärelektronenvervielfachersystem ein Metallgitter für die Gittersteuerung aufweist, ist zwar eine simultane EIN-AUS-Steuerung des zweidimensionalen Bildes möglich. Die Information des Bildelementes kann jedoch nicht in zeitlich sequentielle Signale umgesetzt werden.
Andererseits sind in der Technik bereits mechanische Ablenksysteme, elektronische Ablenksysteme und dergleichen als Bildaufzeichnungssysteme mit Ablenkung bzw. Abtastung bekannt. Die elektronischen Ablenksysteme werden hauptsächlich für Hochgeschwindigkeitsaufzeichnung bzw. -auslesung verwendet.
Fig. 4 zeigt eine schematische perspektivische Teilschnittansicht der ersten Ausführungsform der Erfindung. Ein elektrooptisches Bildsignal-Verarbeitungssystem, d. h. ein Dokumentlesesystem, enthält ein optisches System zur Erzeugung eines Bildes des Dokuments 21, eine photoelektrische Umsetzvorrichtung 22 vom Typ eines Photoelektronenvervielfachers, eine Gittersteuerschaltung 23 und einen Vorverstärker 24. Dem Fachmann ist wohlbekannt, daß es ausreicht, eine mechanische Ablenkvorrichtung zur Bewegung des Dokumentes oder eines Sensors zu einem eindimensionalen Ablenksystem bzw. Abtastsystem hinzuzufügen, um Informationen, wie Bilder und Buchstaben eines Originaldokumentes in zeitlich sequentielle elektrische Signale umzusetzen. Die nachfolgende detaillierte Beschreibung erfolgt also nur unter Bezugnahme auf ein eindimensionales Abtast- bzw. Ablenksystem und dessen Arbeitsweise.
Das optische System 21 ist zusammengesetzt aus einer Glasplatte 25 und einer optischen Linse 26 (z. B. SELFOC-Linse), deren Brennebene auf der Photokathode 27 liegt. Statt der SELFOC-Linse kann auch eine gewöhnliche Fokussierlinse verwendet werden. Die Photokathode 27 ist in eine Anzahl von Segmenten unterteilt, von denen jedes die Größe eines Bildelementes aufweist, welche in einer Dimension angeordnet sind. Zusätzlich sind diese Segmente elektrisch voneinander isoliert und werden mit ihren jeweiligen Spannungen versorgt. Wenn die Umsetzung von Informationen auf einem Dokument in elektrische Signale mit einer solchen Genauigkeit erfolgen soll, daß eine Auflösung von 8 Zeilen pro mm erforderlich ist, so kann die Segmentgröße der Photokathode 27 100 µm × 100 µm betragen, mit einem Abstand von 125 µm. Die photoelektrische Umsetzvorrichtung 22 ist zusammengesetzt aus der Photokathode 27, einer Sekundärelektronen-Vervielfachervorrichtung 30, einer Anode 31 und einem evakuierten Gehäuse 32, das diese Elemente in der genannten Reihenfolge angeordnet enthält. Die Vorrichtung 22 ist mit der Gittersteuerschaltung 23 zum eindimensionalen Ablenken und mit den Vorverstärkern 24 zum Verstärken des erfaßten Signals verbunden.
Die Photokathode 27 ist ein unter Vakuum aufgedampfter Film aus Sb-Cs, Ag-O-Cs oder Ag-Bi-O-Cs, der in einer Anzahl von elektrisch diskontinuierlichen Segmenten 27 a, 27 b, . . . unterteilt ist. Jedes Segment ist hergestellt durch ein Siebgitter-Verdampfungsverfahren und chemische Behandlung mit Cäsiumdampf und bildet eine eindimensionale photoelektrische Platte. Die Vervielfachervorrichtung 30 ist zusammengesetzt aus einer Gitterelektrode 28 an dem Ende, wo die Elektronen eintreten, aus Sekundärelektronen-Vervielfacherplatten (kontinuierliche Binode) 29, die parallel zueinander angeordnet sind, um einen Raum für den Elektronenweg zu bilden, und aus Elektroden 42, 43 , die jeweils an den Sekundärelektronen-Vervielfacherplatten 29 ausgebildet sind. Obwohl die Gitterelektrode 28 in Fig. 4 als eine Anzahl von parallel angeordneten dünnen Leitern gezeigt ist, kann sie in der Praxis ersetzt werden durch ein Metallgitter mit Löchern, durch die Photoelektronen hindurchgelangen können. Im übrigen besteht die Gitterelektrode 28 aus einer Mehrzahl von großen Segmenten 28 a, 28 b, . . ., die jeweils eine solche Größe aufweisen, daß sie den Durchgang von Elektronen aus einem oder mehreren Photokathodensegmenten gleichzeitig steuern können. Jegliches leitende Material, wie Gold, Silber, Aluminium, Wolfram oder eine rostfreie Legierung usw., kann für die Gitterelektrode 28 verwendet werden. Die Sekundärelektronen- Vervielfacherplatte (kontinuierliche Binode) 29 ist eine Kombination aus zwei parallelen isolierten Substraten, die jeweils eine Innenoberfläche aufweisen, auf der eine Schicht zur Emission von Sekundärelektronen gebildet ist. Werkstoffe für eine Sekundärelektronen-Vervielfacherplatte 29 sind gewöhnlich PbO-Glas, bei dem eine Oberfläche durch ein Wasserstoffreduktionsverfahren in einen n-Leitungstyp-Halbleiter umgesetzt ist, anorganische Substanzen wie Halbleiterkeramik, die hauptsächlich aus Bariumtitanat zusammengesetzt ist, und Halbleiterkeramik, die hauptsächlich aus Zinnoxid zusammengesetzt ist, oder organische Substanzen wie Polyäthylen, Polyvinylchlorid und Polystyrol. Die Anode 31 kann eine Metall- oder eine Glasplatte sein, auf der unter Vakuum Aluminium aufgedampft ist. Die Anode ist nahe dem Austrittsende der Sekundärelektronen-Vervielfacherplatten 29 angeordnet.
Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform der Gittersteuerschaltung 23. Eine Photokathoden-Ablenkschaltung 40 enthält einen Multiplexer oder ein Schieberegister mit einem Zähler oder einen Ringzähler 33, einen Photokoppler 34 und Eingangsanschlüsse für Taktimpulse 35. Die Photokathodensegmente sind unterteilt in viele Gruppen, von denen jede dieselbe Anzahl von Segmenten 27 a bis 27 n aufweist. Kathodensegmente an denselben relativen Stellen in den jeweiligen Gruppen sind gemeinsam miteinander mit den jeweiligen Ausgangsanschlüssen des Ringzählers 33 verbunden. Eine Gitterelektroden-Ablenkschaltung 41 enthält einen Ringzähler 36, der den gleichen Aufbau wie Ringzähler 33 aufweisen kann, einen Photokoppler 37 und Eingangsanschlüsse für Taktimpulse 38. Die Ausgänge des Ringzählers 36 werden an die Gitterelektroden 28 a, 28 b . . . angelegt. Eine Stromquelle ist mit Anschluß 39 verbunden. Jedes Gitterelektrodensegment 28 a, 28 b . . . liegt einer Gruppe von Photokathodensegmenten 27 a, 27 b . . . 27 n gegenüber und dient zur Steuerung der dort hindurchlaufenden Photoelektronen. Wenn ein Taktsignal C ₁ dem Anschluß 35 zugeführt wird, wird ein Ausgangsanschluß des Ringzählers 33 in den Zustand EIN versetzt, während die anderen Ausgänge im Zustand AUS verbleiben, und zwar aufgrund der Wirkung eines eingebauten Adressenzählers (nicht dargestellt). Bei dieser Ausführungsform beträgt an jedem Ausgangsanschluß die Spannung -503 Volt im Zustand EIN und -497 Volt im Zustand AUS. Wenn ein Taktsignal C ₂ mit einer Impulswiederholungsfrequenz, die n-mal größer ist als diejenige des Taktsignals C ₁ (n steht für die Zahl der Photokathodensegmente in einer Gruppe), an einem anderen Anschluß 38 angelegt wird, wird einer der Ausgangsanschlüsse des Ringzählers 36 in den Zustand EIN geschaltet. Die übrigen verbleiben im Zustand AUS, und zwar aufgrund der Wirkungsweise eines eingebauten Adressenzählers (nicht dargestellt). Bei dieser Ausführungsform beträgt die Spannung an jedem Ausgangsanschluß -500 Volt im Zustand EIN und -506 Volt im Zustand AUS. In Fig. 7 zeigen eine durchgezogene bzw. eine punktierte Linie jeweils, wie die Spannungen der Photokathodensegmente bzw. der Gittersteuerungssegmente sich vom Zustand EIN in den Zustand AUS verändern. Das Gitterelektrodensegment erlangt eine höhere Spannung als das Photokathodensegment, das diesem gegenüberliegt, und wird folglich positiv gegenüber der Photokathode nur dann vorgespannt, wenn beide Segmente gleichzeitig im Zustand EIN sind. Nur wenn also beide Segmente im Zustand EIN sind und Licht auf das Photokathodensegment projiziert wird, werden also die von den Segmenten der Photokathode 27 emittierten Elektronen von der Gitterelektrode 28 angezogen. Wegen des Hochspannungsgradienten zwischen dem Binodenanschluß 42 und der Gitterelektrode werden fast alle Photoelektronen von den Sekundärelektronen-Vervielfacherplatten 29 angezogen und treffen auf diese auf. Da diese Elektronen auf der Sekundärelektronen-Abgabeebene 29 aufschlagen, um eine vergrößerte Anzahl von Elektronen darin freizusetzen, ist die Anzahl der am anderen Ende bzw. am Ausgang emittierten Elektronen einige Male größer als die Anzahl am Eingang, wenn die Reihenfolge der Figur zugrundegelegt wird. Die vervielfachten Elektronen werden an der Anode 31 aufgefangen. Ein an der Anode erzeugter elektrischer Strom wird von einem Vorverstärker 24 verstärkt. Bildelementsignale werden durch Detektion des elektrischen Stromes erhalten. In Fig. 6 wird übereinstimmend mit der Ankunft jedes Taktsignals C ₁ eines der Photokathodensegmente im Zustand EIN des entsprechenden Gitterelektrodensegmentes eingeschaltet, so daß die Aktivierung der Photokathodensegmente beispielsweise vom linken Ende 27 a zum rechten Ende 27 n verschoben wird. Das bedeutet, daß die eindimensionale Ablenkung bzw. Abtastung der Photokathodensegmente erreicht wird.
Fig. 8 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des Vorverstärkers 24. Der Pegel des ursprünglichen Ausgangssignals an der Anode 31 ist so klein, daß eine Stromverstärkungsschaltung mit niedriger Eingangsimpedanz und hoher Ansprechgeschwindigkeit bevorzugt wird.
Bei der Bildlesevorrichtung ist eine nur sehr kurze Zeit von weniger als 10 Nanosekunden erforderlich, um Ausgangssignale an der Anode 31 zu erhalten, nachdem die Photoelektroden die Photokathode 27 verlassen haben. Eine hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit von 100 MHz kann möglich sein, wenn nur die Zeit für die photoelektrische Umwandlung berücksichtigt wird. Ferner wird die eindimensionale Ablenkung mit einem Niederspannungsignal von einigen wenigen Volt durchgeführt. Der Stromverbrauch ist niedrig, weil die Sekundärelektronen-Vervielfachungsvorrichtung mit parallelen flachen Platten arbeitet. Folglich kann ein Dokumentlesesystem geschaffen werden, das kompakt und kostengünstig ist und eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit aufweist. Ferner ist es offensichtlich, daß das Dokumentlesesystem imstande ist, eine beliebige Breite abzutasten, indem geeignete Längen für die Photokathode und die Steuergitterelektrode gewählt werden, die in einer Dimension angeordnet sind, und indem die Größe der Photokathodensegmentleitungen möglichst gering gemacht wird, um die Auflösung zu verbessern. Die Helligkeit der zur Beleuchtung des Dokumentes erforderlichen Lichtquelle ist niedriger als bei den bekannten Lichtquellen, so daß eine kleine und einfache Lichtquelle verwendet werden kann.
Fig. 5 zeigt eine schematische perspektivische Teilschnittansicht der zweiten Ausführungsform, wobei dieselben bzw. äquivalente Teile mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 4 bezeichnet sind. Beim Vergleich mit Fig. 4 fällt auf, daß diese Ausführungsform durch eine Gitterelektrode 28 und eine Sekundärelektronen-Vervielfacherplatte 29 gekennzeichnet ist, die auf einem einzelnen isolierenden Substrat gebildet sind. Fig. 9 zeigt eine vergrößerte Perspektivansicht eines Teiles der Gitterelektrode 28 und der Sekundärelektronen-Vervielfacherplatte 29. Jedes der Gitterelektrodensegmente 28 a, 28 b . . . ist wie bei der ersten Ausführungsform gegenüber einer entsprechenden Gruppe von Photokathodensegmenten 27 a, 27 b . . . 27 n angeordnet und dient zum gatterartigen Steuern der Photoelektronen, die von dem Photokathodensegment emittiert werden. Die Treiberschaltung weist denselben Aufbau und dieselbe Arbeitsweise wie diejenige in Fig. 6 auf.
Bei einem Erprobungsaufbau wurden die in Fig. 5 gezeigte Anordnung der Teile und die in Fig. 6 gezeigte Ablenksteuerschaltung 23verwendet. Als optische Linse in dem optischen System 21 zur Erzeugung eines Bildes für die Duplikation eines Dokumentes wurde eine Linse vom Typ EPF 5.6/f 90 mm verwendet. Die Photokathoden-Ablenkschaltung 40 in der Steuerschaltung 23 ist zusammengesetzt aus zwei Schieberegistern mit 16 Gattern und eingebautem Zähler, einem Photokoppler und drei Zenerdioden usw. Die Gitterelektroden-Ablenkschaltung 41 ist zusammengesetzt aus einem Schieberegister und einem Photokoppler usw. Jedes Photokathodensegment 27 a, . . . 27 n hat im Zustand AUS -497 Volt und -503 Volt im Zustand EIN. Die Gitterelektrodensegmente 28 a, 28 b . . . haben hingegen -506 Volt im Zustand AUS und -500 Volt im Zustand EIN. Wenn also beide Elektrodensegmente im Zustand EIN sind, so wird das Potential der Gitterelektrode um +3 Volt höher, als dasjenige der Photokathode. PbO-Glasplatten der Größe 10 × 10 × 50 mm werden als Substrate für die Vervielfacherplatten 29 verwendet. Jede Platte ist poliert und weist abgeschrägtes bzw. verjüngtes Ende auf. Über dem verjüngten Teil sind sieben dünne Dünnschichten aus Gold mit 4 mm Breite durch Aufdampfen gebildet, um getrennte Gitterelektrodensegmente 28 a, 28 b . . . zu bilden. Zwei von diesen Platten, deren Oberflächen, die nicht die Sekundärelektronen-Vervielfacheroberflächen bilden, durch einen Schutzfilm abgedeckt sind, werden in einen Reduktionsofen gebracht, der auf 350-400°C gehalten wird, um kontinuierliche Binoden 29 zu bilden. Nach Befestigung der Binoden-Spannungsversorgungsanschlüsse 42, 43 an diesen Vervielfacherplatten 29 werden diese beiden Platten einander gegenüber mit 100 µm dicken Abstandshaltern (nicht gezeigt) dazwischen aufgebaut. Die Anode 31 ist ein Aluminiumfilm der Größe 200 µm × 50 mm, der auf einem Glassubstrat aufgedampft ist. Zur Herstellung der Photokathode 27 werden Sb-Dampf und Cäsiumdampf verwendet, die durch Erhitzen von CS₂CrO₄ erhalten werden. Die Größe jedes Segmentes beträgt 100 µm × 100 µm. Die Segmente werden jeweils einzeln alle 125 µm über 50 mm angeordnet. Nach Bildung der Photokathode 27 werden verschiedene Verfahren in Vakuum durchgeführt. Das Gehäuse 32 wird unter Vakuum mit Indium abgeschirmt, so daß es an Luft arbeiten kann. Bei Projektion eines eindimensionalen optischen Bildmusters auf der Photokathode 27 mittels des Optiksystems 21 wird die Abtaststeuerschaltung 23 aktiviert. Die aus dem Vorverstärker 24 erhaltenen elektrischen Signale werden an ein Speicheroszilloskop angelegt, wobei die auf dessen Schirm wiedergegebene Wellenform genau mit dem ursprünglichen Bildmuster übereinstimmt.
Da bei der zweiten Ausführungsform die Gitterelektrode 28 und die Sekundärelektronen-Vervielfacherplatten 29 auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet sind, weit diese insofern zusätzliche Vorteile auf, als ihre Herstellung, ihr Zusammenbau und ihre Abstimmung einfach ist. Gleichzeitig steigt auch die mechanische Festigkeit.
Fig. 10 ist eine perspektivische schematische Teilschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Sekundärelektronen-Vervielfacherplatte, die bei den beiden Ausführungsformen verwendet werden kann. Die Gitterelektrode und die Sekundärelektronen-Vervielfacheroberfläche sind nicht zu Isolierzwecken getrennt, sondern kontinuierlich auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet. Eine Seite 44 des Substrats wird als Gitterelektrode verwendet, die aus einer Anzahl von Segmenten 44 a, 44 b . . . besteht. Jede Sekundärelektronen-Vervielfacherplatte 29 ist unterteilt in eine Anzahl von Segmenten, die sich in Richtung des Elektronenweges erstrecken. Natürlich weist die Vorrichtung nach diesem Ausführungsbeispiel dieselbe Arbeitsweise und Wirkung auf, wie diejenige nach der zweiten Ausführungsform. Diese gleiche Arbeitsweise und Wirkung wird ferner auch dann erreicht, wenn die Unterteilung der Sekundärelektronen- Vervielfacherplatten 29 in Richtung der Elektronenbewegung nicht über die gesamte Länge vom Eintritt bis zum Austritt der Elektronen erfolgt, sondern nur in der Nähe des Elektroneneintritts, wo der größte Teil der Spannung abfällt, um die Elektronen anzuziehen.

Claims

1. Optoelektronische Bildlesevorrichtung mit einer Photoelektronen-Emissionsebene, mit einer Bildprojektionsvorrichtung zum Projizieren eines optischen Bildes auf die Photoelektronen-Emissionsebene, wodurch Photoelektronen in Abhängigkeit von der Helligkeit des optischen Bildes emittieren, mit einem Sekundärelektronen-Vervielfacher, mit einer Spannungsquelle zur Lieferung einer Beschleunigungsspannung für die Sekundärelektronen und mit einer Anode zum Auffangen der vervielfachten Sekundärelektronen, dadurch gekennzeichnet, daß die in einer Richtung angeordnete Photoelektronen-Emissionsebene (27) eine Vielzahl von Emissions-Segmenten (27 a, 27 b, 27 c . . .) aufweist, deren Größe an die Größe der Bildelemente angepaßt ist, daß eine Vielzahl von Gitterelektroden-Segmenten (28 a, 28 b, 28 c . . .) zwischen der Emissionsebene (27) und der Anode (31) vorgesehen ist, von denen jedes einer Gruppe von mehreren Emissions-Segmenten (27 a, 27 b, 27 c) gegenüberliegt, daß mit einer Gittersteuerschaltung (23) das Potential der Gitterelektroden-Segmente nacheinander auf einen Durchlaßpegel abgesenkt und das Potential der Emissions-Segmente der einzelnen Gruppen nacheinander so angehoben wird, daß nacheinander von je einem Emissions-Segment die Photoelektronen in den allen Emissions-Segmenten gemeinsamen Sekundärelektronen- Vervielfacher (30) gelangen.

2. Optoelektronische Bildlesevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gittersteuerschaltung (23) eine Schieberegisterschaltung (40) zum jeweils aufeinanderfolgenden Einschalten der Emissions-Segmente jeder Gruppe und eine Schieberegisterschaltung (41) zum jeweils aufeinanderfolgenden Einschalten der Gitterelektroden-Segmente aufweist.

3. Optoelektronische Bildlesevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärelektronen-Vervielfacher (30) zwei Platten (29) aufweist, die parallel zueinander angeordnet sind und deren einander zugewandte Innenseiten jeweils mit einer Sekundärelektronen-Vervielfacherschicht versehen ist, und daß ein Raum für den Durchgang der Elektronen freigelassen ist.

4. Optoelektronische Bildlesevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterelektroden-Segmente (28 a, 28 b, 28 c . . .) auf den Oberflächen der Platten (29) gebildet sind, welche die Sekundärelektronen-Vervielfacherschichten tragen, und zwar derart, daß sie von dieser isoliert sind.

5. Optoelektronische Bildlesevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterelektroden-Segmente (28 a, 28 b, 28 c, . . .) auf den Oberflächen der Platten (29) gebildet sind, welche die Sekundärelektronen-Vervielfacherschichten tragen, und zwar derart, daß sie mit ihnen in Berührung sind, und daß wenigstens Teile der Sekundärelektronen-Vervielfacherschichten, die in der Nähe der Gitterelektroden- Segmente liegen, in eine Vielzahl von Segmenten unterteilt sind, die längs des Elektronenweges verlaufen.

6. Optoelektronische Bildlesevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Emissions- Segmente in zahlenmäßig gleich große Gruppen zusammengefaßt sind, daß die Gitterelektroden-Segmente gleich groß ausgebildet sind, und daß bei Auswahl eines Emissions- Segmentes mittels einer Auswahleinrichtung von einem Ende zum anderen Ende der Emissions-Segmentenreihe mittels des zugehörigen angesteuerten Gitterelektroden- Segmentes eine Elektronen-Emission nur von dem betreffenden Emissions-Segment in den Elektronen-Vervielfacher erfolgt.