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Einrichtung mit Kathodenstrahlröhre.
Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen, die eine Kathodenstrahlröhre enthalten. Bei einer gebräuchlichen Ausführungsform besitzt die Kathodenstrahlröhre eine, meistens indirekt geheizte
Kathode, eine Elektrode zum Regeln der Stromstärke und zwei rohrförmige Anoden. Die Regelelektrode hat meistens die Form einer kleinen, die Kathode umgebenden Kappe und besitzt eine Öffnung, durch welche die Elektronen austreten können. Die Anoden der Röhre sind Rotationskörper ebenso wie die
Regelelektrode und sind mit Bezug auf die letztere koaxial angeordnet ; sie erhalten ein positives Potential mit Bezug auf die Kathoden, wodurch die Elektronen beschleunigt werden. Die der Kathode nähere Anode wird als die erste Anode bezeichnet, die andere als die zweite Anode.
Nachdem die
Elektronen durch die zweite Anode hindurchgegangen sind, gelangen sie in einen Raum, in dem das
Bündel durch quer zu ihm gerichtete veränderliche elektrische oder magnetische Felder abgelenkt wird ; dieser Raum wird im folgenden"Ablenkraum" genannt. Nach ihrem Durchgang durch den Ablenkraum treffen die Elektronen auf einen Fangschirm, meistens einen Schirm, der zufolge des Auftreffens der Elektronen aufleuchtet, auf.
Durch das elektrische Feld zwischen der Regelelektrode und der ersten Anode werden die Elektronen auf einen Punkt fokussiert, der meistens zwischen der Regelelektrode und der ersten Anode liegt. Das elektrische Feld zwischen der ersten und der zweiten Anode fokussiert die Elektronen auf den Auffangschirm.
Die Länge des Ablenkraumes ist zweckmässig verhältnismässig gross zu wählen. z. B. drei-oder viermal grösser als der Abstand zwischen dem ersten Überschneidungspunkt der Strahlen und der zweiten elektrostatischen Linse, damit eine genügend grosse Bündelablenkung erhalten wird. Dies bringt einen Nachteil mit sich : Je länger der Ablenkraum ist. um so grösser ist der Bündeldurchmesser. Dazu kommt, dass die Elektronen sich gegenseitig abstossen, wodurch das Bündel sich erweitert. Dieser Einfluss wirkt sich um so mehr aus, je länger er dauert, je grösser also die Bahnlänge der Elektronen ist ; auch wird er mit der Stromstärke grösser.
Nun soll der Bündeldurchmesser an der Auftreffstelle möglichst gering sein ; man musste aber bisher, um eine genügend grosse Stromstärke zu ermöglichen, einen grösseren Bündeldurehmesser zulassen oder man musste hinsichtlich der Stromstärke, also der Bildhelligkeit ein Opfer bringen, um den Bündeldurchmesser einzuschränken.
Die Erfindung bat nun zum Zweck, diesen Nachteil möglichst hintanzuhalten. Dies wird durch ein Elektrodensystem zum Erzeugen und Fokussieren eines Elektronenbündels erreicht, das den gebrauch- liehen Ausführungen gegenüber derart besehaffen ist, dass es das Elektronenbündel in verhältnismässig kurzem Abstand fokussiert, und die mit einem praktisch homogenen Magnetfeld, dessen Kraftlinien parallel zur Röhrenachse verlaufen, versehen ist, in dem das Bündel zwischen der Fokussierungsstelle und dem Auffangschirm verläuft, in welchem Raum (Ablenkraum) auch die Ablenkung des Bündels stattfindet.
Das homogene Magnetfeld hat eine konzentrierende Wirkung auf die Elektronenbahnen. Bei geeigneter magnetischer Feldstärke hat das Bündel an der Auftreffstelle denselben Durchmesser wie an der Fokussierungsstelle, d. h. an dem Überschneidungspunkt der Kathodenstrahlen vor dem Ablenkraum. Das Magnetfeld kann durch eine koaxial mit der Röhre um diese herum gelegte Spule erzeugt werden. Diese Spule kann sich von der Fokussierungsstelle bis nahe an die Auftreffstelle erstrecken.
Zum Ablenken des Bündels können weitere Magnetspulen mit zueiander senkrechten Achsen angeordnet
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sein. Die Ablenkspulen können sich über dieselbe oder nahezu dieselbe Länge wie die Konzentrationspulen erstrecken.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung nach der Erfindung schematisch veranschaulicht.
Fig. 1 zeigt einenLängssehnitt dureh die Rµhre längs derenAehse, Fig. 2 einen Querschnitt durch den Ablenkraum.
Die Röhre besteht aus einem hoehevakuierten Glasgefäss, das zwei zylindrische Teile 1 und 2 aufweist. Der Teil 1 enthält das Elektrodensystem und ist enger als der Teil 2, in dem der Ablenkraum liegt. Der Ablenkraum wird an der Rückseite dureh einen Fluoreszenzschirm 3 abgeschlossen. Das Elektrodensystem besteht aus einer indirekt geheizten Kathode 4, einer Regelelektrode 5 und zwei Anoden 6 und 7, die von Metallzylindern gebildet werden. Die zweite Anode 7, die einen grösseren Durchmesser als die erste hat, kann auch durch eine leitende Bekleidung der Gefässwand gebildet werden.
Zwischen der zweiten Anode 7 und dem Schirm 3 ist eine Magnetspule 8 angeordnet, die dazu dient, die Fokussierung des Biindels beizubehalten. Ferner sind Ablenkspulen 9 und 10 vorgesehen,
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im Elektrodensystem, vorzugsweise zwischen der Regelelektrode 5 und der ersten Anode 6, fokussiert und sodann nochmals in einem Punkt 12 vor dem Ablenkraum fokussiert, worauf das Bündel durch das magnetische Feld der Spule 8 abermals, u. zw. auf dem Schirm 3 fokussiert bzw. in seinem konzentrierten Zustand erhalten wird.
Die fokussierende Wirkung eines Elektrodensystems wie die oben beschrieben wurde, kann mit der einer bikonvexen optischen Linse verglichen werden. Eine solche Linse erzeugt von einem Objekt mit der Grösse 0 ein Bild mit der Grösse 1. Wenn die Abstände des Objektes und des Bildes
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Bei den bekannten Kathodenstrahlröhren ist das Objekt, auf das es beim Vergleich mit der Wirkung einer optischen Linse ankommt, der Bündelquersehnitt an der Stelle, wo das Bündel zum ersten Male fokussiert wird, das ist meistens zwischen der Regelelektrode und der ersten Anode. Dadurch, dass die beiden Anoden auf verschiedenen Potentialen gehalten werden, wird von diesem Objekt ein Bild auf dem Fluoreszenzschirm erzeugt. Die erste Anode hat ein niedrigeres Potential als die zweite, beide sind positiv mit. Bezug auf die Kathode.
In einem solchen System kann die Beziehung zwischen Bild- und Objektgrösse durch folgende Formel dargestellt werden :
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in welcher 1 die Bildgrösse, 0 die Objektgrösse, a der Abstand der elektrostatischen Linse vom Bild, b der Abstand der elektrostatischen Linse vom Objekt, Ei der Potentialunterschied zwischen der ersten Anode und der Kathode, E2 der Potentialunterschied zwischen der zweiten Anode und der Kathode und K ein durch die gegenseitige Abstossung der Elektronen bestimmter Faktor ist.
Hieraus ist ersichtlich, dass der Bündeldurchmesser auf den Schinnen bei gegebenem Objekt- durchmesser von dem Verhältnis zwischen den Abständen des elektrostatischen Linsensystems vom
Objekt und vom Bild abhängt.
Nun ist der Abstand der Linse vom Objekt, der meistens durch die Daten des Elektrodensy. stems bestimmt wird, in der Regel verhältnismässig klein. Wenn man ihn grösser macht um eine kleinere Bildgrösse zu erhalten, so ist damit eine grössere Streuung des Bündels zwischen Objekt und Linse verknüpft, was die Fokussierung wieder nachteilig beeinflusst.
In der dargestellten Röhre wird das Kathodenstrahlbündel durch das Elektrodensystem auf den Punkt 12 zwischen der zweiten Anode 7 und dem Schirm 3 fokussiert, während das homogene magnetische Feld die Fokussierung auf dem Schirm 3 bewirkt. Es wird hiedurch möglich, dieipotentiale der Anoden 6 und 7 so zu wählen, dass der Punkt 12 dichter an der elektrostatischen Linse liegt als der Punkt 11, so dass, abgesehen von der Streuung durch gegenseitige Abstossung der Elektronen, die Bildgrösse im Punkte 12 kleiner ist als die Objektgrösse im Punkte 11.
Infolge der konzentrierenden Wirkung der Spule 8 kann der Fluoreszenzfleck auf dem Schirme dieselbe Grösse als das Bild im Punkte 12 haben. Gleichzeitig mit dieser konzentrierenden Wirkung durch die Spule 8 kann auf das Bündel durch die Spulen 9 und 10 eine ablenkende Wirkung ausgeübt werden.
Einrichtungen nach der Erfindung mit einer Röhre, deren Abmessungen mit den bisher gebräuchlichen übereinstimmen, können mit einem Potentialunterschied zwischen der zweiten Anode und der Kathode betrieben werden, der viele Male grösser ist als der Potentialunterschied zwischen der ersten Anode und der Kathode. Wenn bisher das Verhältnis dieser Spannungen bei einer Fokussierung unmittelbar auf dem Schirm ungefähr 4 betrug, so kann bei Anwendung der Erfindung dieses-Verhältnis auf
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mehr als das Fünffache gesteigert werden. Dabei beträgt die Länge und der Durchmesser der Spule 8, z. B. etwa 10 cm, und es kommt eine magnetomotorische Kraft von ungefähr 2000 Amperewindungen in Frage.
Durch die Erfindung kann der Bündeldurchmesser auf dem Schirm bei der üblichen Stromstärke um mehr als die Hälfte verringert werden, oder es kann bei dem üblichen Bündelquersehnitt die Stromstärke vergrössert werden. Da der Bündeldurehmesser zufolge der gegenseitigen Abstossung der Elektronen ungefähr mit der Wurzel aus der Stromstärke zunimmt, kann man, ohne den Fluoreszenzfleck zu vergrössern, durch Anwendung der Erfindung eine ungefähr fünfmal grössere Stromstärke zulassen als bisher ; der Durchmesser des Lichtfleckes ist hiebei nicht grösser als 0. 5 mm.
Die Anwendung der Erfindung ist keinesfalls auf Röhren einer bestimmten Bauart beschränkt. sondern sie kann für eine ganze Reihe von Zwecken bei Röhren von ganz verschiedener Bauart dienen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung mit einer Kathodenstrahlröhre, die ein Elektrodensystem zum Erzeugen und elektrostatischen Fokussieren eines Elektronenbündels enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das Bündel elektrostatisch auf einen Punkt zwischen dem Auffangsehirm (3) und dem Elektrodensystem fokussiert wird und zwischen diesem Punkt (12) und dem Auffangschirm (3) in einem praktisch homogenen Magnetfeld, dessen Kraftlinien parallel zur Röhrenachse verlaufen, der Raum (Ablenkraum) liegt, in dem die Ablenkung des Bündels erfolgt.