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Bildwiedergaberöhre für ein Dreifarben-Fernsehsystem
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zusammenfällt, parallel zu einer Ebene verläuft, in der zwei der drei Kanonen liegen, während durch dynamische Konvergenz, die ausschliesslich auf das Elektronenbündel ausgeübt wird, das von der Kanone, die ausserhalb der zuletzt erwähnten Ebene liegt, erzeugt wird, dieses Elektronenbündel während der Ab- lenkung über den ganzen Schirm auf dem Schirm mit den beiden andern Elektronenbündeln zur Deckung i gebracht ist und die letztgenannten Elektronenbündel infolge des Zusammenfallens der erwähnten Bild- ebenen mit dem Schirm der Bildröhre, unabhängig vom Mass der Ablenkung, auf dem Schirm unter- einander zur Deckung gebracht sind.
Eine mögliche Ausführungsform des Bildwiedergabesystems nach der Erfindung wird an Hand der
Figuren näher erläutert. t Fig. l zeigt schematisch ein Ablenksystem, in dem die Einfallstellen der Elektronenbündel und die erzielten Abbildungen dargestellt sind, Fig. 2 eine mögliche Ausführungsform der Ablenkspulen für die
Ablenkung in senkrechter Richtung, Fig. 3 einen nachfolgend beschriebenen Teil der mittels der Spulen nach Fig. 2 erzeugten Feldstärke, Fig. 4 eine mögliche Ausführungsform der Ablenkspulen für die Ab- lenkung in waagrechter Richtung und Fig. 5 einen nachfolgend beschriebenen Teil der mittels der Spulen nach Fig. 4 erzeugten Feldstärke.
Die Fig. 6, 7 und 8 zeigen weitere Ausführungsformen der Spulen in waagrechter und senkrechter Richtung, und die Fig. 9 und 10 zeigen mögliche Schaltbilder zum Schalten der Spulen nach den Fig. 7 und 8.
In Fig. l ist ein rechteckiges Koordinatensystem dargestellt, in dem die z-Achse die Achse der Bild- röhre darstellt, wobei die positive z-Richtung jene Richtung ist, in der sich die Elektronen bewegen, während x und y die Richtungen sind, in denen die Elektronen abgelenkt werden. In dieser Figur ist vorausgesetzt, dass die von drei Elektronenkanonen erzeugten Elektronenbündel B, R und G, welche die blauen, roten und grünen Phosphorelemente treffen müssen, bei z = Zo noch nicht abgelenkt sind.
Weiterhin ist vorausgesetzt, dass durch Fokussierung und statische Konvergenz die drei Bündel derart ein- gestellt sind, dass sie auf der Maske der Bildwiedergaberöhre an derselben Stelle, nämlich an der
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Die Einfallstellen der Bündel an der Stelle z = Zo sind in Fig. l gleichfalls mit B, R und G bezeichnet. Aus dieser Figur ist ferner ersichtlich, dass, wenn mit Polarkoordinaten gerechnet wird, für die Einfallkoordinaten in der Ebene z = Zo geschrieben werden kann :
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<tb>
<tb> rB <SEP> =r <SEP> B <SEP> = <SEP> 90 <SEP>
<tb> j-=r <SEP> < , <SEP> cR=210 <SEP>
<tb> rG <SEP> = <SEP> r <SEP> < pG <SEP> = <SEP> 3300 <SEP>
<tb>
Die Maske ist durch die Linien l, 2,7 und 10 schematisch dargestellt und liegt in der zur Röhrenachse senkrechten Ebene an der Stelle z=Zs'Werden die drei Bündel abgelenkt, so stellt man die Anforderung, dass sie beim Durchgang durch die Maske stets durch nahezu nur einen Punkt hindurchgehen, unabhängig vom Mass der Ablenkung.
Es sei z. B. angenommen, dass die Bündel nach dem Punkt x =Xs, Y = -Ys, z=Zs abgelenkt werden.
Die Bündel B, R und G würden dann alle drei durch diesen Punkt hindurchgehen müssen, aber infolge der Abbildungsfehler gehen sie durch die Punkte :
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<tb>
<tb> XB <SEP> = <SEP> X3 <SEP> ¯ <SEP> #XB <SEP> (la)
<tb> YB <SEP> =-YS <SEP> i <SEP> AyB <SEP> (2a)
<tb> XR <SEP> = <SEP> AXR <SEP> (lb) <SEP>
<tb> YR <SEP> =-Y <SEP> VR <SEP> (2b) <SEP>
<tb> XG <SEP> = <SEP> Xs <SEP> AxG <SEP> (lc) <SEP>
<tb> YG <SEP> =' <SEP> s <SEP> AYG <SEP> (2c) <SEP>
<tb>
Wird ausschliesslich in der x-Richtung abgelenkt und ist der Fehler in dieser Richtung auf Null herabgesetzt (d. h. AxB = AXR = AxG = O), so entsteht anstatt eines Punktes eine Linie, welche als "Abbildung"oder"Fokuslinie"definiert wird, während die Ebene, in der die meridionale Fokuslinie liegt, meridionale Bildebene genannt wird.
Ist dagegen bei Ablenkung in der x-Richtung der Fehler in der y-Richtung auf Null herabgesetzt (d. h. AYB = YR =VG = ), so entsteht anstatt eines Punktes eine Linie, welche als sagittale Abbildung
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oder Fokuslinie definiert wird, während die Ebene, in der die sagittale Fokuslinie liegt, sagittale Bildebene genannt wird.
Ebenso wird, wenn bei Ablenkung in der y-Richtung der Fehler in der x-Richtung auf Null herab-
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einer meridionalen Fokuslinie gesprochen.
So ist in Fig. l, in der deutlichkeitshalber noch ein viertes, vom Punkt P ausgehendes Bündel dar- gestellt ist, die Sachlage wie folgt. Bei Ablenkung in der positiven x-Richtung ist die Linie 5 die. meridionale Fokuslinie (oder die in der meridionalen Bildebene liegende Stelle der Bündel B, R, G und P) und die Linie 6 die sagittale Fokuslinie (oder die in der sagittalen Bildebene liegende Stelle der Bundel B, I R, G und P), während bei Ablenkung in der negativen y-Richtung die Linie 8 die sagittale Fokuslinie und die Linie 9 die meridionale Fokuslinie darstellt.
Man kann also sagen :
1. In der sagittalen Bildebene liegt die Fokuslinie in der Richtung der Ablenkung.
2. In der meridionalen Bildebene liegt die Fokuslinie senkrecht zur Richtung der Ablenkung.
Im allgemeinen sind die sagittalen und die meridionalen Bildebene gekrümmte, nicht zusammen- fallende Oberflächen. Im nachfolgenden wird nachgewiesen, dass, wenn nach der Erfindung für die Ab- lenkung in der x-Richtung, die parallel zur Ebene verläuft, in der die roten und die grünen Kanonen liegen,
1. die Krümmung der meridionalen Bildebene bis auf Null herabgesetzt wird, 2. die meridionale Bildebene zum Zusammenfallen mit der Maske gebracht wird und
3. die sogenannten Komafehler möglichst herabgesetzt werden, die roten und grünen Bündel unabhängig von der Ablenkung in der x-Richtung auf der Maske stets an denselben Stellen auftreffen, so dass nur das blaue Bündel mittels dynamischer Konvergenz zur Deckung mit den roten und grünen Bündeln gebracht werden muss.
Ebenso ist nachweisbar, dass, wenn nach der Erfindung für die Ablenkung in der y-Richtung
1. die Krümmung der sagittalen Bildebene auf Null herabgesetzt wird,
2. die sagittale Bildebene zum Zusammenfallen mit der Maske gebracht wird und
3. die sogenannten Komafehler möglichst herabgesetzt werden, die roten und grünen Bündel unabhängig von der Ablenkung in der y-Richtung auf der Maske stets an denselben Stellen auftreffen, so dass nur das blaue Bündel mittels dynamischer Konvergenz zur Deckung mit den roten und grünen Bündeln gebracht werden muss.
Bei Ablenkung in einem Magnetfeld treten sogenannte astigmatische Fehler auf, die mit Hilfe der
Formeln :
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bestimmt werden können. (Für die Ableitung dieser Formeln s. Haantjes, J. und G. I. Lubben, Phillps Research Report 12, S. 46 - 48, Febr. 1957). Darin sind An und Bn (n = 4,5, 6) integrale Funktionen
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und Y ist das Mass der Ablenkung in der y-Richtung an der Stelle z = Zs.
Zo. Z, r und sind die in Fig. l angegebenen Koordinaten. Substituiert man in den Formeln (3) und (4) die Einfall-Koordinaten für das blaue Bündel, so findet man die Aberrationen aus den Formeln (la) und (2a), nämlich :
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In gk icher Weise findet man durch Substituierung der Einfall-Koordinaten der roten und grünen Bundel da übrigen Aberrationen, nämlich :
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Betrachtet man ausschliesslich die Ablenkung in der y-Richtung, so ist YS ; é 0 und Xs = 0, so dass die Formeln (5) und (6) übergehen in :
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Aus den Formeln (5') und (6') ist ersichtlich, dass, wenn B5 = 0, die Aberration in der x-Richtung gleich Null wird und nur eine Aberration in der y-Richtung bestehen bleibt.
Nach der oben gegebenen
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diese sagittale Fokuslinie liegt, annähernd durch die Formel Ps = 1/2B5 gegeben wird, folgt daraus, dass, wenn B5 sich Null nähert, die sagittaLe Bildebene in eine mit der Maske der Bildwiedergaberöhre zusammenfallende flache Ebene übergeht.
Es verbleibt dann eine Aberration in der y-Richtung. Diese ist jedoch für die roten und grünen Bündel gleich, so dass diese Bündel, unabhängig vom Wert von B4 und Ys, auf der Maske überall an denselben Stellen auftreffen. Durch Beeinflussung des blauen Bündels in proportionalem Verhältnis zu Y, wird dieses Bündel die Maske gleichfalls an denselben Stellen treffen wie die roten und grünen Bündel. Es genügt also, durch nur einen Satz zusätzlich angebrachter Ablenkspulen einen parabolischen Strom mit der Rasterfrequenz zu schicken (wenn Ys die Ablenkung in senkrechter Richtung ist), wobei das Feld dieser Spulen ausschliesslich das blaue Bündel beeinflussen darf und parallel zur x-Achse gerichtet ist.
Für die x-Richtung ist Ys = 0 und Xs ; é 0, so dass die Aberrationen
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werden.
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1Wenn A4. = 0, ist wieder die Aberration in der x-Richtung auf Null herabgesetzt und trotz der Abweichung in der y-Richtung treffen die roten und grünen Bündel auf der Maske an denselben Stellen auf, unabhängig vom Wert von As und Xs. Das blaue Bündel kann wieder zur Deckung mit den roten und grünen Bündeln gebracht werden, indem ein parabolischer Strom mit der Zei1enfrequenz (wenn Xs die Ablenkung in waagrechter Richtung ist) durch einen zweiten Satz zusätzlich angebrachter Ablenkspulen geschickt wird, wobei auch von diesen Spulen ein parallel zur x-Achse gerichtetes Feld erzeugt werden muss.
Da in den beiden Fällen ein zur x-Achse parallel gerichtetes Feld erzeugt werden muss, genügt nur ein Satz zusätzlicher Spulen, und durch diese Spulen muss ein Strom fliessen, der sowohl X als auch Y proportional ist.
Da in letzterem Falle nur eine Aberration in der y-Richtung verbleibt, während in der x-Richtung abgelenkt wird, handelt es sich hier um eine meridionale Fokuslinie. Der Krümmungsradius dieser meridionalen Bildebene, in der die meridionale Fokuslinie liegt, lässt sich annähernd durch die Formel Pm = 1/2A4. darstellen, so dass auch diese meridionale Bildebene in eine flache Ebene übergeht, wenn A4 0, wobei diese flache Ebene mit der Maske der Bildröhre zusammenfällt.
Wird sowohl in der x-Richtung als auch in der y-Richtung abgelenkt, so bleibt alles, was oben beschrieben wurde, gültig, doch kommt sowohl in der x-Richtung als auch in der y-Richtung infolge der ganz rechts in den Formeln (3) und (4) enthaltenen Glieder eine Aberration hinzu. Diese Aberration kann immer gleich Null gemacht werden, wenn das Glied A + B. = 0.
Bei der Ablenkung treten auch sogenannte Komafehler auf, die mit Hilfe der Formeln
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bestimmt werden können, wobei An und Bn (n = 7, 8) wieder integrale Funktionen der Feldstärke und der Ablenkung sind und die übrigen Symbole die gleiche Bedeutung wie in den Formeln (3) und (4) haben.
Aus (7) und (8) ergibt sich, dass das Nicht-Zusammenfallen der blauen, roten und grünen Bündel
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Um die für dieses Ablenksystem erforderlichen Spulen herzustellen, werden die oben gefundenen Bedingungen ausgearbeitet.
Zur Beseitigung des Astigmatismus in der y-Richtung muss Bg = 0 sein oder :
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H, o und HI2 sind die Koeffizienten aus der Potenzreihe
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md zwischen den Werten Zz = Zo und Zz = Zi dasselbe Vorzeichen (hier positiv angenommen), während las Vorzeichen von HI2 zwischen denselben Werten sich als Funktion von z ändert. Dabei ist z = Zo ier Anfang und zz = Zl das Ende des Ablenkspu1ensystems. k ist eine Proportionalitätskonstante und lie Glieder Y und Y'stellen das Mass der Ablenkung und deren Änderung in der y-Richtung dar und ind durch die Verhältnisse Y = Y (z) und Y'= dY/dz gegeben, wobei für z = Z@ Y' = Y = 0 gilt.
Pie beiden ersten Glieder von (9) geben zusammen einen positiven Beitrag, so dass das dritte Glied tinten negativen Beitrag liefern muss. Für eine positive Hx ist bei der hier gewählten Fortpflanzungsichtung der Elektronen Y negativ, so dass, da der Beitrag der Ablenkung am Ende der Spulen am grössten st, der Beitrag HI2 am Ende der Spulen auch negativ sein muss.
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Zur Beseitigung des Astigmatismus in der x-Richtung muss A4 = 0 sein oder :
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Harz ist ein Koeffizient aus der Potenzreihe
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durch X = X (z)Das erste Glied von (11) gibt einen positiven Beitrag, so dass das zweite Glied einen negativen Beitrag liefern muss.
Für eine positive Hy ist bei den hier gewählten Richtungen X positiv, so dass HII2 am Ende der Spulen positiv sein muss.
Die Bedingung Ag + B6 = 0 ist erfüllt, wenn
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Die beiden ersten Glieder geben einen positiven Beitrag, so dass die beiden letzten Glieder einen negativen Beitrag liefern müssen.
Nun sind Y und Ys negativ am Ende der Spulen, während Xs positiv ist. HI, muss nach dem Vorhergehenden dort positiv sein, so dass der Gesamtbeitrag des dritten Gliedes positiv ist. Für das vierte Glied gilt X und Xs positiv, Ys negativ, während HI2, wie oben auseinandergesetzt, negativ ist. Das vierte Glied liefert somit einen negativen Beitrag, und soll die Summe des dritten und vierten Gliedes negativ sein, so muss # HI2 # > j H] j2 -
Zur Beseitigung der Komafehler ist es notwendig und ausreichend, dass die Glieder A7=A : =B7=Bs=0 gemacht werden.
Nun ist
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Ba : ; 1 - B7 (14)
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gemacht wird. Wird für HI2 eine Funktion gewählt wie in Fig. 3 dargestellt, so ist die obenerwähnte Bedingung erfüllt, wobei HI2 am Ende der Spulen (z = Zi) einen negativen Beitrag liefert.
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Ein ähnlicher Verlauf der Feldstärke ist mit einem Spulensatz nach Fig. 2 verwirklichbar. Diese Spulen dienen zur Ablenkung in der y-Richtung und müssen für Ablenkung in der negativen Richtung einen Strom i führen, dessen Richtung durch die Pfeile angegeben ist. Es entsteht ein Hx-Feld, wie durch die Formel (10) gegeben, und ein H12-Feld, wie in Fig. 3 dargestellt, da mit grosser Annäherung gilt :
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2erfüllt, wenn #I = 300.
Für z--- Zi ist #I > 300 und für z in der Umgebung von Zo ist h < 300.
Auf ähnliche Weise wird aus
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gefunden, dass die Bedingung A7 = Ag = 0 nicht erfüllt werden kann, dass es aber auch hier genügt, wenn
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gemacht wird.
Dazu muss für HU2 eine Funktion nach Fig. 5 gewählt werden ; dann wird das zuletzt genannte Integral
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Der in Fig. 5 dargestellte Verlauf der Feldstärke wird mit einem Spulensatz nach Fig. 4 erzielt. Für iiesen Spulensatz gilt dasselbe wie für die Spulen nach Fig. 2. Es wird ein Hy-Feld nach der Formel(12) md ein H-Feld nach Fig. 5 erzeugt, da mit grosser Annäherung gilt :
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wobel PU und #II die in Fig. 4 dargestellten Grössen sind. Die Bedingungen sind erfüllt, wenn hn < 0 in der Nähe von z = Zo, hn > 0 in der Nähe von z = Zj. und wieder
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-- > Zlgebung von Zo.
Gleichzeitig muss die Bedingung # HI12 # > # HII2 # erfüllt werden, was verwirklichbar st, wenn bei ungefähr gleicher Hro und HII0 die Winkel #I und #II derart gewählt werden, dass mmer gilet hui > # hn I.
Vollständigkeitshalber wird bemerkt, dass die Form der Spulenhälften vom Radius p von der Länge
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- Zo abhängt.inem Abstand Zs-Zo = 44 cm vom Schirm der Röhre, die Abmessungen : Zl - Zo = 12, 5cm ! pi = 3cm.
#II = 11030' ; #12 = 36 30'.
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Für die waagrechte Ablenkung (x-Richtung) wird dies : Zi-Zo =12, 5cm ; p =3cm. ni = 34 30' ; = 27 30'.
Eine weitere Ausführungsform ist in den Fig. 6, 7 und 8 dargestellt.
In diesen Figuren bezeichnen 11 und 12 ferromagnetische ringförmige Kerne, die auf den Hals der nicht dargestellten Bildwiedergaberöhre geschoben werden können und auf denen die Spulen 13 - 20 toroidal gewickelt sind, die zur Ablenkung in senkrechter Richtung dienen, und die Spulen 21 - 28, die zur Ablenkung in waagrechter Richtung dienen. Der Ring 12 befindet sich in kürzerem Abstand vom Schirm als der Ring 11. In Fig. 6 ist die z-Achse gleichzeitig die Achse der Bildröhre, wobei nur die Spulen 13, 14,17 und 18, u. zw. mit voll ausgezogenen Linien, und die Spulen 21,22, 25 und 26 mit gestrichelten Linien dargestellt sind.
In den Fig. 7 und 8 sind Querschnitte der Kerne 11 und 12 dargestellt und in diesen Querschnitten sind die Orientierungen der Spulen und die Richtungen der Ströme dargestellt.
So gibt das (x)-Zeichen an, dass der Strom dort in Richtung der positiven z-Achse fliesst, während ein (.)-Zeichen angibt, dass der Strom dort in Richtung der negativen z-Achse fliesst.
Auch für diese Spulen gelten die Formeln :
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enthalten, ist für dieses Ablenkspulensystem PI = pjj = p. wobei p der mittlere Radius der Kerne ist.
Eine mögliche Schaltung der verschiedenen Spulen für Ablenkung in senkrechter Richtung ist in den Fig. 9 und 10 dargestellt.
Dabei sind in Fig. 9 die auf dem Kern 11 angebrachten Spulen 13 - 16, ebenso wie die auf dem Kern 12 angebrachten Spulen 17-20 in Reihe geschaltet. Die beiden Reihenzweige werden an der unteren Seite mit der Klemme 32 und an der oberen Seite über die veränderliche Induktivität 30 mit der Klemme 29 verbunden.
Durch Verschiebung des Kernes 31 kann der den Zuführungsklemmen 29 und 32 zugeführte Sägezahnstrom beliebig über die beiden Zweige aufgeteilt werden. Selbstverständlich muss der Anschluss der Spulen derart sein, dass die Stromrichtung in jedem der Teile das richtige Vorzeichen in Richtung der z-Achse hat. Die Spule 30 muss derart angeordnet werden, dass sie die Bündelablenkung nicht beeinflusst.
In Fig. 10 ist eine andere Schaltung für dieselben Spulen dargestellt. Hier sind die beiden Reihenzweige in Reihe geschaltet, während eine Anzapfung zwischen den Spulen 16 und 17 über eine Leitung 36 mit einer Anzapfung der veränderlichen Induktivität 34 verbunden ist. Der Sägezahnstrom wird den Klemmen 33 und 37 zugeführt, und durch Verschiebung des Kernes 35 kann der Strom beliebig über die verschiedenen Zweige aufgeteilt werden, so dass die richtige Anzahl Amperewindungen je Zweig zustandegebracht werden kann.
Das Schalten der Spulensätze für die Ablenkung in waagrechter Richtung kann in beiden Fällen entsprechend erfolgen.
Es muss bemerkt werden, dass im vorliegenden Beispiel stets die roten und grünen Bündel untereinander zur Deckung gebracht worden sind und das blaue Bündel mittels dynamischer Konvergenz beeinflusst wird. Es ist aber einleuchtend, dass auch zwei andere Bündel untereinander zur Deckung gebracht werden können, entsprechend der Anordnung der Ablenkspulen. Notwendig ist nur, dass die Ablenkung in einer der beiden Richtungen parallel zur Ebene verläuft, in der zwei der drei Elektronenkanonen liegen.
Weiterhin ist es einleuchtend, dass, wenn der Fehler in der x-Richtung nicht völlig auf Null herabgesetzt werden kann, dynamische Konvergenz auch beim roten und grünen Bündel angewendet werden muss. Allerdings braucht man dann wieder drei zusätzliche Ablenkspulen, aber die für die Konvergenz der roten und grünen Bündel erforderliche Energie kann beträchtlich kleiner sein als bei Verwendung von nicht nach der Erfindung aufgebauten Ablenkspulen.