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Gegenstand der Erfindung ist eine Hochvakuumfernsehröhre mit elektrostatischer Konzentration und elektrostatischer Ablenkung. Das Wesentliche der erfindungsgemässen Röhre ist die Ausführung der elektrostatischen Konzentration. Diese arbeitet mit zwei Sammellinsen, welche hintereinander- geschaltet sind und welche eine Abbildung eines in unmittelbarer Nähe der Kathodenoberfläche befind- lichen Strahlteiles herstellen.
Für die Erfindung wesentlich ist 1. das Fehlen einer Blende, 2. die Fähig- keit der Röhre, Bildpunkte verschiedener Grösse auf den Schirm zu erzeugen, je nach der Einstellung der Brechkräfte der beiden Linsen, 3. die Tatsache, dass die kathodennahe Linse, die sogenannte erste oder hintere Linse (vom Schirm aus gesehen), für sich allein kein reelles Bild der Kathode auf den Leuchtschirm entwerfen kann, sondern ein virtuelles Bild der Kathode ergibt, und dass erst durch die zweite Linse (Vorderlinse) ein reelles scharfes Kathodenbild auf dem Leuchtschirm entsteht.
Die Patentinhaberin hat bereits früher Fernsehröhren beschrieben, welche der konstruktiven Form, welche in der die Erfindung schematisch veranschaulichenden Fig. 1 dargestellt ist, weitgehend entsprechen. Insbesondere ist im Patent Nr. 147069 bereits die Benutzung von zwei Linsen, von denen die erste allein nur ein virtuelles Zwischenbild erzeugt, genau beschrieben. Gemäss dieser Anmeldung arbeitet man aber mit einer Blende als Abbildungsgegenstand und es wird daher ein besonderer Kondensor benötigt, um den Strahl vorzukonzentrieren und allzu grosse Verluste in der Blende zu vermeiden. Die Röhre nach Fig. 1 bedarf einer solchen Vorkonzentration nicht mehr, sondern bildet die Kathode bzw. einen dicht vor der Kathode liegenden Querschnitt ab. Wesentlich für das Verständnis der Erfindung ist die Aufzeichnung des Strahlenganges.
In Fig. 1 besteht die Glühkathode 1 aus einem Nickelzylinder, in dem ein definierter Oxydpunkt 2 eingegraben ist. Dieser hat beispielsweise 1/2 mm im Durchmesser. Durch ein Schutzgitter 3 wird aus dieser Kathode eine erhebliche Emission herausgeholt und durch ein Lochgitter 4 wird diese Emission gesteuert. Die Durchmesser der Löcher von 4 und 3 betragen 1 mm ; diese Gitter nehmen nichts vom Strahlstrom weg. Die Vorspannung von 3 beträgt einige 100 Volt und dieses Gitter kann auch direkt mit der rohrförmigen Elektrode 6 verbunden sein.
Zwischen 3 und 6 befindet sich ein Zylinder 5. Der Zylinder liegt näher an 6 als an 3 und ist gegenüber den genannten Elektroden negativ. Je länger der Zylinder ist, desto stärkere Brechkraft hat er und desto positiver muss man seine Vorspannung 5'einstellen, um eine gegebene Breckhraft zu erhalten ; insbesondere ist es möglich, die nachstehend geschilderte Brechkraft bei der Vorspannung Null des Zylinders 5, d. h. bei seinem Anschluss an die Kathode dadurch einzustellen, dass man seine Länge, die Strecke 7, geeignet dimensioniert. Dadurch könnte eine besondere Durchführung für 5 gespart werden. Für die erfindungsgemässe Optik ist diese Massnahme zum Verständnis unwesentlich.
Verändert man die Vorspannung von 5, beginnend mit positiven Werten, etwa dem Wert 6', welcher die Vorspannung für Schutzgitter 3 und Metallrohr 6 darstellt, und macht die Vorspannung immer weniger positiv, so beobachtet man am besten mit Hilfe von in das Metallrohr 6 eingeschobenen Platten. die mit Leuehtsatz bestrichen sind, dass die engste Stelle des Strahlenbüschels vom Schirm her allmählich der Kathode immer näher rückt. Bei sehr stark positiver Einstellung verläuft der Strahl stark divergent und bei mehr und mehr verringerter Vorspannung rückt das Kathodenbild, d. i. nämlich die engste Stelle des Stahlenbüschels, mehr und mehr auf die Kathode zu. Die von der Patentinhaberin im Patent Nr. 147069 beschriebene Fernsehröhre mit Kondensoroptik war so vorgespannt, dass das Kathodenbild in die Hauptlinse 8 hineinfiel.
Die erfindungsgemässe Röhre wird viel weniger stark vorkonzentriert. Sie wird so schwach vorkonzentriert, dass das Bild der Kathode, welches man auf
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dem Leuchtschirm 9 scharf einstellen kann, wenn die Anode 10 am Metallrohr 6 anliegt und die Brechkraft 8 nicht vorhanden ist, auf dem Schirm eben gerade wieder unscharf wird. Man stellt den Schleifer des Potentiometers 5'etwas positiver ein, als einer scharfen Abbildung der Kathodenoberfläche bei positivem Steuergitter 4 auf dem Leuchtschirm entspricht. In diesem Falle gibt es keine eingeschnürte Stelle des Strahlenganges mehr zwischen Schirm und Kathode, sondern der Strahlengang verläuft etwa so, wie es durch den Linienzug 11, 12, 13 gezeigt wird.
Unter dieser Voraussetzung, dass also von der Linse 5, 6, die am Ort 14 eine erste Brechung macht, ein reelles Kathodenbild, d. h. also eine reelle Einschnürung auf dem gesamten Strahlenwege von Kathode bis Schirm nicht existiert, dass also am Ort der zweiten Linse 15 ein dicker Strahlquerschnitt vorhanden ist, lässt sich nun durch Einschaltung der zweiten Linse 8, welche durch die Kante des Metallrohres 6 und die Anode 10 gebildet wird, ein sehr scharfer heller Leuchtpunkt einstellen. Alle Öffnungen der Lochblende innerhalb der gesamten Röhre sind so gross zu machen, dass diese Blenden keine Strahlektronen abfangen. Nähere Einzelheiten über die Durchmesser, die dazu nötig sind, gehen aus Fig. 2 hervor.
Die beiden Linsen 14 und 15 wirken nach bekannten optischen Gesetzen miteinander so, als ob sich an einer resultierenden Stelle zwischen den beiden etwa in der Ebene 16 eine einzelne Sammellinse befinden würde. Je nachdem, ob diese resultierende Linse 16 näher an der Kathode oder näher am Leuchtschirm liegt, fällt das Bild der
Kathode 2 am Leuchtschirm 9 in seiner Grösse verschieden aus. Das Bild ist kleiner, wenn die Linse 16 mehr nach dem Schirm zu gelegen ist. Dies ist der Fall, wenn die Brechkraft der Hinterlinse 5/6 schwächer und die Brechkraft der Vorderlinse 8/10 entsprechend stärker eingestellt ist.
Macht man umgekehrt die Brechkraft der Hinterlinse etwas stärker und die Brechkraft der Vorderlinse schwächer, indem man den Schleifer 5'nach der Kathode zu, den Schleifer 6'nach der Anode zu verschiebt, so erhält man wiederum ein scharfes Kathodenbild mit vergrössertem Durchmesser. Treibt man diesen Vorgang immer weiter, so erhält man zuletzt ein ganz verschwommenes, unscharfes und grosses Fleckbild, nämlich dann, wenn die Brechkraft von 14 allein bereits ein reelles Bild auf dem Schirm erzeugt. Dann steht die Spannung am Metallrohr 6 schon auf Anodenpotential und man hat ein Elektronenmikroskop.
Das entgegengesetzte Extrem tritt auf, wenn man bei dem Bestreben, einen möglichst kleinen Bildpunkt zu erhalten, die Brechkraft der Hinterlinse 14 immer geringer macht, indem man die Vorspannung 5'mehr nach der Anode hin verschiebt und dementsprechend die Brechkraft der Vorderlinse 15 immer weiter steigert. Hier tritt schliesslich ein Grenze dadurch ein, dass infolge des in der Anodenbohrung 10 bzw. am Orte der das Metallrohr 6 abschliessenden Lochscheibe immer grösser werdenden Strahlquerschnittes stark anwachsende Helligkeitsverluste entstehen.
Es liegt der Betriebszustand eines derartigen zweilinsigen, die Kathode bzw. einen zwischen Kathode und erster Anode 3 gelegenen Strahlquerschnitt abbildenden Systems zwischen den beiden eben erwähnten Einstellungsgrenzen.
Die praktischen Dimensionen, mit welchen eine solche Röhre, wie vorstehend physikalisch beschrieben wurde, praktisch mit Erfolg benutzt wurde, gehen aus der in Millimeter kotierten Massskizze, Fig. 2, hervor. Derartige Röhren leisteten bis zu Milliampere Strahlstrom mit praktisch zu vernachlässigenden inneren Verlusten. Für den Fall, dass doch noch während des Steuerungsvorganges nennenswerte Strahlströme auf eine der Zwischenelektroden 5 oder 6 auftreffen, empfiehlt sich die Einschaltung von Kurzschlusskondensatoren 17 bzw. 18 (Fig. 1), welche für Konstanthaltung der Vorspannungen sorgen. Die Kondensatoren sollen zirka 1 Mikrofarad betragen.
In Fig. 3 ist eine optische Bildkonstruktion für den vorliegenden Fall gegeben, aus welcher weitere Gesichtspunkte für die Dimensionierung der Fleckgrösse hervorgehen. In dieser Figur bedeutet 19 den abzubildenden Kathodenradius. Der Ort der ersten Linse, der Hinterlinse M, und der zweiten Linse, der Abbildungslinse 15, ist unter gleicher Ziffer in Fig. 3 eingetragen. Der Bildschirm ist mit 9 bezeichnet. Der Brennpunkt 20 der Hinterlinse 14 wird so eingestellt, dass er hinter den Abbildunggegenstand, also hinter die Kathodenoberfläehe 19 zu liegen kommt. In diesem Falle findet man
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und ei die Spannung im Linsenraum bedeuten. Die erstgenannte Spannung ist relativ gering.
Der Spannungsfaktor bringt daher eine starke Verkleinerung mit sich, wie überhaupt die Abbildung von Ebenen in der Nähe der Kathode wegen der dort herrschenden geringen Elektronengeschwindigkeiten praktisch Vorteile und eine gute Verkleinerung dieser Bilder mit sich bringt. Das Zwischenbild ist bei 23' dargestellt. Der Spannungsfaktor ist mit 1/3 angesetzt, entsprechend einer Spannungsverteilung von 20 : 200 Volt. Von diesem virtuellen Zwischenbild 23 entwirft nun die Vorderlinse 15 das reelle Punkt-
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In der Praxis ist dieser Faktor zirka 0'6, entsprechend einem Spannungsverhältnis in der Hauptlinse von 1 : 2'5 (z. B. 800 Volt Spannung am Metallrohr 6 bei 2000 Volt Anodenspannung). Bei Fernsehröhren mit sehr kurzem Schirmabstand, z. B. für Röhren für Projektionszwecke, bei denen sehr kleine Bilder grosser Schärfe erzeugt werden sollen, ist dieser Faktor für die Vorderlinse günstiger. Der Faktor wird um so günstiger, je grösser die Brechkraft von 15 sein muss, je grösser also die Spannungsdifferenz zwischen den Vorspannungen von Anode und Metallrohr ist.
Eine zweckmässige Massnahme, um diese Spannungsdifferenz möglichst gross zu gestalten, besteht darin, den Abstand zwischen den beiden felderzeugenden Elektrodensystemen 6 und 10 der Fig. l möglichst gross zu wählen. Dadurch wird die Feldstärke bei gegebener Spannungsdifferenz wegen der vergrösserten Weglänge, auf der das Feld sich ausbildet, geschwächt und um trotzdem die erforderliche Brechkraft herzustellen, muss die Potentialdifferenz vergrössert, d. h. die Vorspannung des Metallrohres 6 verringert werden, wodurch die Elektronengesehwindigkeit im Innern der rohrförmigen Elektrode verlangsamt und der verkleinernde Spannungsfaktor weiterhin verringert wird.
Unter Einsetzung des Faktors 0'6 ist mit 25'das sich tatsächlich ausbildende Punktbild am Schirm in Fig. 3 konstruiert. Vergleicht man die Grösse dieses Bildes, welches man mit der Zweilinsenröhre herleiten kann, mit der Grösse eines Bildes 26, welches man bei Anwesenheit von nur einer einzigen Linse, der Hauptlinse 15, erhalten hätte, so erkennt man, dass das mit der Zweilinsenröhre erzielte Punktbild kleiner ist als das mit der Einlinsenröhre erhaltene.
Hinzu kommt, dass bei einer Verteilung der resultierenden Brechkraft auf zwei Linsen die Hindurchtransportierung aller Strahlelektronen ohne Verluste bis zum Schirm praktisch ausführbar ist, während das gleiche bei Vorhandensein nur einer Brechkraft am Orte 15 ohne Kondensoroptik überhaupt nicht möglich ist und mit Kondensoroptik nur durch Einfügung einer kleinen Blendenöffnung in der Nähe von 14 ausführbar ist, wenn anders man überhaupt einen kleinen Bildpunkt am Schirm herleiten will.
Eine weitere zweckmässige Massnahme zur Erzielung eines möglichst kleinen Bildpunkte besteht in der Vergrösserung des Abstandes 19/14 zwischen Kathode und erster Linse. Eine Durchführung dieser Konstruktion zeigt Fig. 4. Fig. 4 unterscheidet sich von Fig. 1 lediglich durch die Einführung einer hinteren rohrförmigen Elektrode 27. Diese braucht nur eine vergleichsweise geringe Länge zu haben, da sie von den Elektronen mit geringer Geschwindigkeit durchlaufen wird. Sie rückt den Ort des Abbildungsgegenstandes, nämlich die Kathodenoberfläche 2 weiter vom Ort der Hinterlinse, nämlich der Ebene 14 des Zylinders 5, weg. 27 und 5 liegen auf niedrigerer Spannung als 6. 5 kann mit 27 zusammengeschaltet werden.
Durch Änderung der Länge 7 von ö kann wiederum erreicht werden, dass die Röhre mit virtueller Zwischenabbildung arbeitet, wenn die Vorspannung von 27 einen möglichst niedrigen Wert hat. Je kleiner 7 ist, und je grösser der Abstand zwischen 5 und 6 ist, desto niedriger kann 27 am Schleifer 5'vorgespannt werden, und desto kleiner fällt unter sonst gleichen Bedingungen der Bildpunkt am Schirm 9 aus. Es ist selbstverständlich, dass eine weitere Einstellung der Bildpunktgrösse durch Einstellung der Kathodenoberfläche möglich ist.
Der durch die hintere rohrförmige Elektrode 27 erreichte Effekt lässt sich in gleicher Weise dadurch erreichen, dass, wie in Fig. 4 a dargestellt, ist, die Glühkathode 2 ins Innere des sie umschliessenden Führungszylinders 28 zurückgezogen wird. Dadurch entsteht im Zusammenwirken der vorstehenden Kanten 29 des Wehneltzylinders und der ersten Anode 3 in bekannter Weise ein schwach vorkonzentrierendes Feld, welches durch die gekrümmte Niveaulinie 30 angedeutet ist. Dieses Feld sorgt dafür, dass der Strahlquerschnitt von der Kathode 2 bis zur Anode 3 fast konstant ist, die Strahlen also fast parallel laufen. Durch Einstellungen der beiden Abbildungslinien 14 und 15 bei 5 und 6 kann dann eine besonders weitgehende Bildpunktgrössenänderung eingestellt werden.
Röhren dieser Konstruktion eignen sich vorzüglich zum Empfang von Sendern verschiedener Zeilenzahlen, da es mit ihnen möglich ist, stets diejenige Bildpunktgrösse einzustellen, bei der die Zeilen gerade lückenlos aneinanderschliessen, um einer Veränderung des Rasters durch einfache elektrische Nachstellung empfangsseitig nachzukommen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Fernsehröhre, dadurch gekennzeichnet, dass von der Oberfläche der Kathode (1) bzw. einer der Kathode (1) benachbarten Querschnittsebene eine Abbildung auf den Leuchtschirm (9) mit Hilfe zweier Sammellinsen (14, 15) entworfen wird, von denen die erste Linse (14) für sich allein eine zu schwache Brechkraft besitzt, um ein reelles Bild der Kathode (1) auf dem Leuchtschirm (9) zu entwerfen.