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Brauuselle Riihre.
Die bekannten, mit Gaskonzentration arbeitenden Röhren zeichnen sich durch grosse Einfachheit aus. Die heute praktisch bei ihnen gegebenen Fleckhelligkeiten sind noch nicht ausreichend, um beispielsweise die Projektion von Fernsehbildern in wirklich befriedigender Weise zu ermöglichen. Da aus Gründen der Gaskonzentrationswirkung und der Wirtschaftlichkeit höhere. \nodenspannungen als einige tausend Volt nicht in Frage kommen und in letzter Zeit auch durch Massnahmen am Strahlerzeugungssystem keine sehr erheblichen Steigerungen der Fleckhelligkeiten mehr gelungen sind, werden die in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Wege von besonderem Interesse sein, da bei ihrer gleichzeitigen Anwendung in einer Röhre eine Helligkeitssteigenmg um mehr als eine Grössenordnung gegenüber den bisherigen Gaskonzentrationsröhren gelungen ist.
Bei den üblichen Kathodenstrahlenrohren mit unmittelbar auf den Kolbenboden aufgebrachtem, durchscheinendem Fluoreszenzschirm wird nur ein kleiner Teil des gesamten Fluoreszenzlichtes nutzbar : 1. weil die Liehtenergie sich auf zwei Seiten verteilt,
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3. weil infolge Totalreflexion an der äusseren Kolbenwand ein erheblicher Teil des Lichtes ausgeschaltet wird und sogar zu einer störenden Lichthoferscheinung führt.
4. weil infolge der schlechten Wärmeabführung durch Glas die vom Strahl getroffenen Fluoreszenz- schirmteilchen sich sehr stark erhitzen unter gleichzeitiger Abnahme des Fluoreszenzwirkungsgrades-
Alle die eben genannten Fluoreszenzsehirmverluste lassen sich vermeiden, wenn auf die Beobachtung des Fluoreszenzschirmes von der Kolbenrückseite verzichtet wird und die Beobachtung von der Vorderseite geschieht. Ganz besonders vorteilhaft gestalten sich die Verhältnisse, wenn das Fluoreszenzmaterial auf eine Platte gebracht wird (Metallplatte), die eine gute Wärmeabführung ermöglicht.
Die Wärmeabführung kann erleichtert werden durch Schwärzung der Aussenseite der Platte oder bei besonders grossen Strahlenenergien durch Anwendung von Kühlvorrichtungen, insbesondere von Luftrippenkühlvorrichtungen wie bei Röntgenröhren. Die Steigerung der optischen Ausbeute gelingt weiterhin. wenn die Seite der den Schirm tragenden Metallplatte, auf welche die Fluoreszenzschicht aufgetragen wird, spiegelnd oder stark lichtreflektierend ausgeführt wird. Beispielsweise erwies sich Aluminium, das an seiner Oberfläche poliert wurde, als gut geeignet. Der beschriebene Schirm allein ermöglicht noch nicht den Bau von Röhren, die für die praktische Verwendung, insbesondere für Fernseh-, Projektions-oder die photographische Registrierung bei Anwendung elektrischer Zeitablenkung, in Frage kommen.
Eine Beobachtung aus der Richtung der Flächennormale des Schirmes ist nicht möglich. Die Glasschlieren des Kolbenbodens bewirken kritische Verzerrungen des Bildes. Die eben erwähnten Nachteile können durch Schrägstellung des Schirmes, beispielsweise durch Neigung der Schirmebene um 450 gegen die Röhrenaehse, vermieden werden. Schrägstellung von Schirmen ist an sich bereits häufiger vorgeschlagen worden. Aber erst durch die in Fig. 1 abgebildete Formgebung gelingt die Betrachtung oder optische Abbildung des Schirmes aus der Richtung der Flächennormale des Schirmes.
Erst mit dieser Anordnung ist es daher möglich, mit liehtstarken Optiken, welche geringe Tiefenschärfe
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Seite nahezu schlierenfrei herzustellen. Die Einschnürung des Röhrenhalses vor dem Fllloreszenzschirmraum erweist sich als notwendig, um extrem liehtstarke Optiken kurzer Brennweite genügend dem Fluoreszenzschirm nähern zu können. Die Abmessungen liegen bei der abgebildeten Anordnung gerade so. dass insbesondere für Projektionen noch ausreichend billige Optiken möglich sind. In Verbindung mit der gezeichneten Röhre kommen Optiken der Lichtstärke F 1, die aus einer kleineren asphärischen Linse und einer grösseren Normallinse bestehen und eine Brennweite von 12 cm aufweisen, zur Anwendung.
Auch die Schrägstellung des Schirmes in Verbindung mit der besprochenen Ausgestaltung des Kolbens genügt noch nicht, um die Röhre für allgemeine Zwecke verwendbar erscheinen zu lassen. Wohl sind optische Fehler und optisch perspektivische Verzerrungen vermieden. Dafür
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Elektronenstrahl. Diese Verzerrungen sind ganz besonders stark, wenn die Röhren mit geringer Länge gebaut werden, eine Massnahme, die aus den später besprochenen Gründen sich als sehr vorteilhaft erwiesen hat. Im allgemeinen, insbesondere aber für Fernsehzwecke ; wird verlangt, dass beide Platten- paare gleiche Empfindlichkeit haben.
Durch die Neigung des Schirmes ergibt sich. dass bei gleichen Plattenabständen das in Fig. 1 der Anode zugekehrte Ablenksystem, das ausserdem auch weiter vom
Schirm entfernt ist. eine erheblich grössere Ablenkempfindlichkeit erhält. Um diesen Empfindliehkeits- unterschied auszugleichen, muss dem in Fig. 1 der Anode zugekehrten Plattenpaar eine geringe Empfind- lichkeit erteilt werden. Dies geschieht in dem Beispiel Fig. 1 durch Einführung eines grösseren Platten- abstandes. Bei der Ablenkung durch das zweite in der Zeichnung dem Fluoreszenzsehirm zugekehrte t Ablepkplattenpaar bewirkt die Schrägsteilung des Schirmes eine Verzerrung des Fluoreszenzschirm- bildes insofern, als die Partien, die dem Ablenksystem näher sind. zusammengedrängt erscheinen.
Diese
Verzerrung lässt sieh dadurch vermeiden. dass die Ablenkplatten schräg gestellt werden (s. Fig. 1 rechts).
In Gebieten kleinerer Zeigerausschläge besteht auf diese Weise eine grössere Feldstärke zwischen den
Ablenkplatten und umgekehrt.
Die übliehe runde Form des Fluoreszenzfleckes geht durch die Schrägstellung des Schirmes in eine ovale Form über. Um trotzdem den für allgemeine Verwendung zweckmässigen runden Brenn- fleck entstehen zu lassen ; wird eine Kathode mit ovaler Emissionsfläche angewendet. Eine etwas läng- liche Form der Emissionsfläche ergibt sich bereits bei fast allen Sehleifenkathoden. Es ist daher nur notwendig, die Sehleifenebene oder die grosse Achse des Kathodenovals in Richtung des dem Fluoreszenz- schirm zugekehrten Plattenpaares in Fig. 1 zu stellen, um einen für die Beobachtung aus der Flächen- normale des Schirmes runden Brennfleck zu erzielen.
Die der Erfindung gemässe Rohre liefert eine völlig verzermngsfreie Aufzeichnung und bietet die Möglichkeit völlig verzerrungsfreier Abbildungen.
Man wird mit um so kleineren und daher billigeren Optiken auskommen, je kleinere Fluoreszenz- sehirme gegeben sind. Eine Verkleinerung der Fluoreszenzschirmabmessungen ist jedoch nur solange möglich, als es gelingt, gleichzeitig auch den Fleckdurchmesser zu verkleinern. Während bei den bisher üblichen Röhren mit in den Kolbenboden eingebrannten Schirmen Fluoreszenzsehirmdurehmesser von
12 bis 20 cm in Anwendung kamen, weist die in Fig. 1 gezeichnete Röhre nur einen Fluoreszenzsehirm- durchmesser von 7'5 cm auf. Trotz dieser kleinen und gegebenenfalls bei noch kleineren Fluoreszenz- schirmabmessungen ist eine hervorragend scharfe Zeichnung möglich, wenn gleichzeitig mit der Schirm- verkleinerung eine Verkleinerung der Strahllänge vorgenommen wird.
Es zeigt sich nämlich, dass mit abnehmender Strahllänge in gasgefüllten Kathodenstrahlröhren die Fleeksehärfe ausserordentlich zu- nimmt. Die elektronenoptische Abbildung der Kathode erfolgt bei den üblichen Röhren mit erheblicher
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des Strahlweges ab. Eine Verkürzung der Röhre ist jedoch, wie weitere Untersuchungen ergeben haben. nicht nur zweckmässig wegen der eintretenden Fleekverkleinerung, sondern auch wegen der gleichzeitig erfolgenden starken Zunahme des Strahlstroms an der Strahlspitze. Messungen an üblichen Kathodenstrahlröhren mit Gasfüllung, die unter Verwendung abgeschirmte Fangelektroden durchgeführt wurden.
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beträgt. Der restliche Stromanteil wird durch Streuelektronen verursacht, die seitlich vom Strahl abgehen.
Durch Verkürzung der Strahlbahn wird der Streuelektronenverlust ausserordentlich verringert, und der Strahlstrom an der Sehreibstelle steigt auf 50 und mehr Prozent des Gesamtanodenstromes an. Hiedurch ergibt sieh nicht nur eine Helligkeitszunahme auf etwa das Doppelte, sondern gleichzeitig eine Abnahme des durch die Streuelektronen verursachten Nebenleuchtens auf etwa die Hälfte. Nach diesen Vorschlägen gebaute Röhren liefern daher ungemein kontrastreiche Bilder, zumal bei ihnen die schon erwähnte Lichthofstörung fortfällt.
Wird der Metallschirm abgeleitet und mit der Anode verbunden. so wird gleichzeitig ein Rückstrom der Elektronen über dem Gasraum in der Röhre vermieden und damit auch eine Reihe mit dem Rückstrom verbundener Störerscheinungen.
Störungen durch Wandladungen an der verengten Stelle des Röhrenhalses lassen sich in bekannter Weise dadurch vermeiden, dass diese Partie mit einer äusseren, geerdeten Metallbelegung versehen wird.
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der Schirm Helligkeiten, die für die Projektion auf sehr grosse Formate (2 < 2 m in verdunkelten Räumen) ausreichen und bei oszillographischer Verwendung Schreibgeschwindigkeiten bis zu 20 k'm/s-bei Verwendung lichtstarker Optiken zulassen.
Eine mit der beschriebenen Röhre hergestellte Anordnung für Projektionszwecke ist in Fig. 2 schematisch gezeichnet. Die Röhre ist geneigt und in ihrer Höhe und Stellung gegenüber der Optik in gewissen Grenzen verschiebbar. Dem Schirm gegenüber ist in einem Ausschnitt des Schutzkastens eine lichtstarke Optik angebracht. Ein in der Abschrägung des Sehutzkastens unterhalb der Optik angebrachte Beobachtungsfenster gestattet die Betrachtung des Strahlerzeugungssystems. speziell zur Überwachung der Kathodentemperatur. Wird die photographische Aufzeichnung erwünscht, so kann ein analoger Aufbau zur Anwendung kommen, wobei die lichtstarke Optik mit Kamera sinngemäss umgekehrt zu orientieren ist.
Die im vorstehenden beschriebene Anordnung hat gewisse Nachteile, die darin bestehen, dass der abgebildete Punkt infolge der Schrägstellung unscharf wird. Durch die Schrägstellung wird nämlich
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mit sehr hohen Bildpunktzahlen unzulässig sind.
Es gibt verschiedene Wege, um diese durch die Schrägstellung des Abbildungsschirmes hervorgerufene Abbildungsunschärfe auszugleichen, die nachstehend im einzelnen erläutert werden.
In Fig. 3 ist eine Braunsche Röhre schematisch gezeigt, bei der am Bildschirm ein Spannungabfall zwischen parallelen geraden Äquipotentialelektroden erzeugt wird.
Der Bildschirm besteht zu diesem Zweck aus Widerstandsmaterial 1F, das an den gegenüberliegenden Kanten in Metall gefasst ist. An den Enden ist eine Gleichspannung B angelegt. Die übrige Schaltung ist die für Braunsche Röhren übliche und bra uelht im weiteren nieht erläutert zu werden. Das Widerstands- material kann z. B. durch Kathodenzerstäubung od. dgl. hergestellt sein. Die Wirkungsweise der dargestellten Anordnung ist einfach die, dass nach der Stelle des Widerstandsmaterials Weine zur Anoden- spannung zusätzliche, von der Stelle abhängige Spannung der Batterie B als Anodenspannung angelegt
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Für kreissymmetrische Bildfehler, wie sie bei der sphärischen Aberration auftreten. muss die vorgeschlagene Anordnung kreissymmetrisch sein mit demselben Symmetriezentrum wie der Bildfehler.
Die Anordnung kann in genau der gleichen Weise getroffen werden, nur mit dem Unterschied, dass die Anordnung nicht rechteckig getroffen werden muss wie in Fig. 3, sondern kreissymmetrisch, wie in
Fig. 4 angedeutet.
In allen Fällen lassen sich durch entsprechend ? Dosierung der Leitfähigkeit an den verschiedenen Zonen des Bildschirmes beliebige Potentialverteilungen auf dem Bildschirm hervorrufen. Es können auch gleichzeitig andere, von Ablenkwinkeln abhängige Bildfehler ausgeglichen werden. Beispielsweise lassen sich noch Beschleunigungen zwischen dem Schirm und der vorhergehenden Beschleunigungselektrode, die insbesondere in der Nähe des Ablenksystems sich befinden mögen, herstellen, die auch für grosse Divergenzwinkel einen gewünschten Verlauf haben.
In allen Fällen. in denen Widerstandsmaterial Verwendung findet, ist zu beachten, dass der Widerstand des Schirmträgers zwischen den Abschlussstellen so klein ist. dass durch den abfliessenden Strahlstrom kein Spannungsabfall entsteht, der die Feldlinien in ungewünschter Weise verändert. Beispielsweise soll bei den üblichen, mit niedrigen Spannungen arbeitenden Röhrenkonstruktionen der durch den Strahlstrom verursachte Spannungsabfall am Schirmträger weniger als 10 Volt betragen. Da bei den üblichen Röhren Strahlströme von etwa 10- Amp. fliessen, entspricht dieser Wert einem Widerstand von 100. 000 Ohm, der leicht, wie schon angedeutet, durch Kathodenzerstäubung oder andere Niederschlagsverfahren erreicht werden kann.
Bei den im vorstehenden angegebenen Röhren lässt'sich gemäss der weiteren Erfindung die Leistung noch dadurch erhöhen, dass das an sich bekannte Verfahren der Nachbeschleunigung durch Anlegen einer geeigneten Spannung an den schräggestellten Schirm angewandt wird. Hiedurch wird die Lichtausbeute weiter erhöht, ohne dass die sonst für das Verfahren der Nachbesehleunigung bekannten Nachteile, wie im einzelnen noch dargelegt. auftreten.
Es ist an sich bei Kathodenstrahlröhren bekannt, zusätzliche Beschleunigungen (ausser den an der Kathode bewirkten), sogenannte Naehbeschleunigungen, zu verwenden.
Es ist nun möglich, diese Nachbeschleunigung vor oder hinter dem Ablenksystem anzubringen, wobei sieh jedoch jeweils folgende Nachteile ergeben, die dazu geführt haben, dass man heute in der Praxis Nachbeschleunigungen nicht anwendet.
Wird die Nachbeschleunigung vor der Ablenkung angewendet, so ist es bei der praktischen Ausführungsform der Röhre sehr schwer, den Durchgriff zwischen Kathode und Raum klein zu halten, so dass leicht Ionen aus dem Raum mit hoher Geschwindigkeit auf die Kathode gelangen können.
Wird die Nachbeschleunigung hinter dem Ablenksystem bewirkt, so tritt dieser Nachteil nicht auf, und man hat weiterhin den Vorteil, dass infolge geringer Elektronengeschwindigkeit im Ablenk-
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können. In der Regel versuchte man nämlich, die Nachbeschleunigung dadurch zu erreichen, dass kurz vor dem Sehirm netzförmige Elektroden mit entsprechendem Potential angeordnet wurden. Dies hat jedoch den Nachteil, dass infolge der begrenzten Durchlässigkeit der Netze, die sehr feinmaschig sein müssen, Elektronenverluste eintreten. Ausserdem stören die Schattenwirkungen der Netze.
In einzelnen Fällen wurde daher, um diesen Fehler zu vermeiden, die Naehbesehleunigung dadurch bewirkt, dass der am Kolbenboden angebrachte durchsichtige Fluoreszenzschirm leitend gemacht und an eine entsprechende Nachbeschleunigungsspannung gelegt wurde. Diese Röhren besitzen jedoch den
Mangel, dass nicht nur allein an den Schirm, sondern auch an die gesamte Innenmetallisienmg die Nach- beschleunigungsspannung gelegt wurde, wodurch der Feldlinienverlauf im Naehbesehleunigungsraum ungünstig beeinflusst und gleichzeitig bewirkt wird, dass in den Ablenkungsbereich sehr verschiedene
Elektronengeschwindigkeiten gegeben sind.
Ein anderer Nachteil dieser Anordnungen ist, dass zwangsläufig mit der Erteilung einer ausreichenden Leitfähigkeit sehr erhebliche Elektronen-oder Liehtverluste' verbunden sind, so dass die Lichtausbeute trotz Anwendung der Nachbeschleunigung sehr gering ist.
Aus all diesen Gründen ist man daher heute von der Anwendung der Nachbesehleunigung bei den bekannten Rölrrenkonstru1.'iionen wieder abgegangen.
Die im vorstehenden beschriebenen Röhren gestatten, die Nachbeschleunigung anzuwenden. ohne dass die geschilderten Nachteile auftreten, so dass die Vorteile der Nachbeschleunigung in vollen Umfang genutzt werden können.
Die in Fig. Ï beispielsweise dargestellte Ausführungsform weicht von den im vorstehenden be- schriebenen, soweit sie für den Erfindungsgegenstand in Frage kommt, nur insofern ab, als der Metallsehirm 111 an ein geeignetes Potential P gelegt ist, was ohne weiteres durchgeführt werden kann. da derSchirm aus Metall ist und daher eine hervorragende Leitfähigkeit besitzt.
Diese Anordnung besitzt folgende Vorteile :
Die Nachbeschleunigungselektrode, die identisch ist mit dem l\1etallschirm J1, befindet sich in möglichst grossem Abstande von den Ablenkplatten, die sich in unmittelbarer Nähe der Anode befinden. Die Ablenkung wird also an einer Stelle vorgenommen, an der die Elektronen keine wesentliche Gesehwindigkeitszunahme erfahren haben. Die Ablenkempfindliehkeit bleibt daher hoch, und insbesondere können beide Ablenkplattensysteme gleiehspannungsmässig das Potential der Anode aufweisen, was schaltungsmässig von nicht unerheblicher Bedeutung ist.
Soll jedoch erstrebt werden, dass die Elektronen während der Ablenkung völlig die geringe Gesehwindigkeit der durch die Anode erteilten Beschleunigung beibehalten, so kann durch eine zylindrische. die Ablenkplatten umgebende, nicht dargestellte Elektrode oder durch ring-oder ähnliche geformte Elektroden hinter den Ablen1. -plattenpaaren durch Anlegen derselben Spannung, die auch an der Anode liegt, erzwungen werden, dass die Geschwindigkeit innerhalb des Ablenksystems gleichbleibt. Die Nachbeschleunigung greift in diesem Falle erst an, nachdem die Elektronen den Ablenkraum verlassen haben.
Der Feldlinienverlauf der Nachbesehleunigung ist, wie auch durch praktische Versuche bestätigt werden konnte, trotz des schräg gestellten Schirmes günstig, d. h. Bildverzerrungen durch die Nach- besehleunigung sind praktisch kaum zu beobachten, da die mittlere Entfernung des Schirmes von der
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unterschied infolge der Sehirmneigung ist.
Sollten trotzdem infolge der Schrägstellung Verzerrungen auftreten, so können die Ablenkplatten 'entsprechend geformt oder schräg gestellt und hiedurch Verzerrungen vermieden werden.
Es ist in der Praxis lediglieh notwendig, die in dieser Richtung im vorstehenden vorgeschlagenen Massnahmen nicht nur zur Entzemmg des geometrischen Aufzeiehnungsfehlers anzuwenden, sondern auch für den durch die Nachbesehleunigung hervorgerufenen Fehler, der gegenüber diesem von unter- geordneter Bedeutung ist.
Gegenüber den erwähnten Anordnungen, bei denen mit einem Netz zur Erteilung der Nach- beschleunigung gearbeitet wurde, bietet die neue Anordnung den Vorteil, dass dieses Netz in Fortfall kommt, also eine Schattenwirkung nicht auftreten kann. Gegenüber den mit leitenden Fluoreszenz- schichten arbeitenden Röhren ergibt sich der Vorteil, dass eine Verringerung der Lichtausbeute nicht eintritt, da die Fluoreszenzschicht in ihrer Wirksamkeit voll erhalten bleibt.
Es ergeben sieh aber ausserdem noch folgende Vorteile für gasgefüllte Röhren : Die Neigung zu lonenschwingungen wird durch das. Vorhandensein des Naehbeschleunigungsfeldes. wie ebenfalls durch
Versuche bewiesen werden konnte, ausserordentlich herabgesetzt. Der Einfluss von Glaswandladungen wird ebenfalls durch das Naehbeschleunigungsfeld fast vollkommen unterdrückt.
Die Höhe der Naehbeschleunigungsspannung richtet sich nach der Röhrenkonstmktion und kann zwischen einigen hundert und einigen tausend Volt schwanken. Wenn die Anode und das Ablenksystem sich wie üblich auf Erdpotential befinden, kann die Naehbeschleunigungsspannung leicht von der Plusseite der.Anodenspannungsquelle der beim Betriebe der Gesamtanordnung verwendeten Ver-
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stärker oder Empfangseinrichtungen entnommen werden. Unter Umständen kommt es auch in Frage, die Kathode auf Erdpotential zu bringen, die Wehllelt-Zylinderspannung aus der Empfängeranordnung abzuleiten und die Spannung der Anode aus der Anodenspannungsquelle des Empfängers zu entnehmen.
Das Ablenksystem und die mit diesem verbundenen Schaltungsteile würden in diesem Fall gegenüber der Erde um den Betrag der Anodenspannung positiv sein. Die Nachbeschleunigungsspannung müsste dann einem besonderen Netzgerät entnommen werden, das zwischen Schirm und Anode zu schalten ist.
PATENT-ANSPRüCHE : 1. Braunsche Röhre mit grossen Fleckhelligkeiten, dadurch gekennzeichnet, dass ein undurchsichtiger, von der Vorderseite zu betrachtender und schräggestellter Schirm angewendet und gleichzeitig das Ablenksystem so ausgestaltet ist, dass die durch die Schrägstellung bewirkten Verzeichnungen wieder für die Betrachtung aus der Normale der Fluoreszenzschirmfläche entzerrt werden.