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Experimente mit Vidikons

Vor dem Aufkommen der CCD-Bildaufnehmer waren Fernsehkameras meist mit Vidikon- oder Plumbikonröhren bestückt.Bei Röhrentypen unterscheiden sich nur durch die Zusammensetzung der lichtemfindlichen Schicht. In diesen Röhren wird, ähnlich wie in Bildröhren, ein feiner Elektronenstrahl erzeugt mit dem die lichtelektrischen Ladungen auf der Schicht abgetastet und in ein elektrisches Signal umgewandelt werden. Im Gegensatz zu Bildröhren ist aber die abgerasterte Fläche sehr klein und entsprechend fein muß der Elektronenstrahl sein um die geforderte Auflösung von einigen Hundert Zeilen zu erreichen.

Der feine Elektronenstrahl brachte Rapp-Instruments auf die Idee ein Vidikon als Rasterelektronenmikroskop (REM) zu missbrauchen. Auch beim REM wird mit einem feinen Strahl die Probe abgerastert und das Signal der entstehenden Sekundärelektronen zur Bilderzeugung verwendet. Zu diesem Zweck muß das Vidikon geöffnetund in eine Vakuumkammer eingebaut werden. Diese Arbeiten müßen recht zügig von statten gehen da längerer Lufteinfluß die empfindliche Kathode schädigt. Am Besten wird die Röhre gleich nach dem Abschneiden der Frontplatte mit Ballongas (Helium) geflutet und beim Hantieren mit der Öffnung nach unten gehalten. Auch bei späteren Probenwechsel zu dem die Kammer geöffnet werden muß, wird die Kammer nicht mit Luft sondern mit Helium geflutet. Auf diese Weise übersteht die Kathode viele Wechselzyklen. Als Vakuumkammer wurde ein handelsübliches T-Stück verwendet in das die geöffnete Röhre eingeklebt wird. Zum Betrieb ist ein Druck von < 10-4 mbar erforderlich, der hier mit einer kleinen Diffussionspumpe erreicht wird.
Für die folgenden Messungen wurde ein 2/3 Zoll Vidikon vom Typ XQ 1272 vrwendet. Bei einer Heizspannung von 6 V wird mit dem Emissionregler ein Strom von einigen Mikroampere eingestellt. Der an der Probe entstehende Sekundärelektronenstrom beträgt dann einige Nanoampere.
Die Rasterströme für die X- und Y-Ablenkung werden über DA-Wandler vom PC erzeugt. Das Signal zum Bildaufbau wird über einen AD-Kanal vom PC eingelesen.

Normaler Weise werden die auf der Probe entstehenden Sekundärelektronen auf eine Szintillator beschleunigt dessen Licht mit einem Fotomultiplier gemessen wird. Auf diesen Weise wird eine relativ rauscharme, hohe Verstärkung des schwachen Stromes erreicht. Für den einfachen Versuchsaufbau wurde ein anderer Weg eingeschlagen. Die Sekundärelektronen werden durch eine Elektrode auf hohem Potenzial abgesaugt. Dieser Elektronenstrom kann an der Probenhalterung gemessen werden und ergibt das Signal zur Erstellung des Rasterbildes. Auf diese Weise kann die Strommessung auf Erdpotenzial erfolgen was den Messaufbau stark vereinfacht.
Die Bilder eines feines Drahtgitter bei verschiedenen Vergrößerungen (20-, 40-, und 80fach) zeigen die Brauchbarkeit des Experiments zur Demonstration des Prinzips. Die Auflösung beträgt circ 20 µm, ein Wert der durch die Elektronenoptik des Vidikons gegeben ist und im Bereich des zu Erwartenden liegt.