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Vorrichtung mit einer Elektronenstrahlröhre und Elektronenstrahlröhre für eine solche Vorrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung mit einer Elektronenstrahlröhre, in der ein von einer
Elektronenkanone erzeugtes Elektronenbündel einen Bündelbahn-Regelraum durchläuft und auf einen
Leuchtschirm gerichtet ist, für Positionswahl, Abtastung u. dgl., und auf eine Elektronenstrahlröhre für eine solche Einrichtung. Solche Einrichtungen eignen sich z. B. für Fernseh-Wiedergabe- oder Aufnahmesysteme, Gedächtnisspeicher, Schaltvorrichtungen u. dgl.
Die Erfindung bezweckt u. a. eine Röhre mit einer geringen Tiefe zu schaffen, d. h. mit einer geringen Abmessung in der zur abgetasteten Oberfläche senkrechten Richtung.
Erfindungsgemäss ist der Regelraum an einer Seite der Bündelbahn von einer Rückstosselektrode, an der andern Seite von einer zweiten Elektrode und dem nahe dieser liegenden Schirm begrenzt, wobei 'sich die Elektroden nahezu längs dessen ganzer wirksamer Oberfläche erstrecken und wobei eine Spannung zwischen der Rückstoss- und der zweiten Elektrode angelegt ist, um das Bündel nach dem erwähnten Schirm abzulenken.
Bei einer Einrichtung vorerwähnter Art wird das Bündel in den Steuerraum mit einer Geschwindigkeitskomponente parallel zum Schirm eingestrahlt. Weiter sind die Spannungen, weiter unten als Steuerspannungen bezeichnet, die den Steuerelektroden (d. h. der Rückstoss-Steuerelektrode und der zweiten Steuerelektrode) zugeführt werden, derart gewählt, dass das in dem Steuerraum erzeugte Steuerfeld eine solche Konfiguration besitzt, dass eine Komponente auftritt, welche die Elektronen des Bündels zurückstösst und in einer gekrümmten Bahn auf den Schirm richtet. Die Auftreffstelle des Bündels auf dem Schirm hängt von der Geschwindigkeit der Elektronen, der Dichte und der Konfiguration des Feldes und von der Richtung ab, in der das Bündel in den Steuerraum hineintritt.
Die Änderung der Bahn des Bündels und somit der Auftreffstelle kann auf verschiedene Weise erfolgen, was weiter unten auseinandergesetzt wird.
Vorteilhafterweise ist zwischen der Rückstoss- und der zweiten Elektrode eine veränderliche Spannung angelegt. Nach einer ebenfalls vorteilhaften Variante besteht die Rückstosselektrode aus zwei leitenden Rändern, von denen einer möglichst. nahe dem Eintrittsgebiet des Bündels in den erwähnten Regelraum und der andere von diesem Gebiet entfernt liegt, mit dazwischen angeordnetem Widerstandsmaterial und es wird eine veränderliche Spannung zwischen den erwähnten Rändern angelegt. Hiebei be- steht zweckmässigerweise die zweite Elektrode ebenfalls aus zwischen zwei leitenden Rändern, welche in ihrer Lage denen der Rückstosselektrode entsprechen, angeordnetem Widerstandsmaterial und ist zwischen den erwähnten Rändern eine Spannung angelegt.
Die Steuerelektroden können gut leitend sein, womit gemeint wird, dass ihre Leitfähigkeit mit der Leitfähigkeit von Metall vergleichbar und mit andem Worten so gross ist, dass eine an einen bestimmten Punkt einer Elektrode angelegte Steuerspannung praktisch in dem gleichen Augenblick an allen andern Punkten der Elektrode auftritt und dort gleich gross ist. Es sei in dieser Beziehung bemerkt, dass unter einer gut leitenden Elektrode auch ein Komplex mehrerer gut leitender Elektroden verstanden wird, denen dieselbe Steuerspannung zugeführt wird.
Es können auch Steuerelektroden verwendet werden, die ganz oder grösstenteils aus Widerstandsmaterial bestehen, wobei ein gewisser Potentialverlauf über der Elektrode auftritt, wenn man an zwei Punkte
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einer solchen Elektrode einen Spannungsunterschied anlegt.
Vorteilhafterweise wird das Elektronenbündel vor Eintritt in den erwähnten Regelraum aus seiner ur- sprünglichen Richtung in eine Bahn abgelenkt, längs der es von einem Ende her in diesen Raum eintreten kann. Zweckmässigerweise tritt das Elektronenbündel parallel zur wirksamen Oberfläche der Elektrode in den Regelraum ein.
Unter der"wirksamen Oberfläche"wird derjenige Teil des Schirmes verstanden, der von dem Bündel bei Änderung der Bündelbahn getroffen werden kann.
Die Art des Schirmes ist selbstverständlich ganz von dem Zweck abhängig, zu dem die Einrichtung verwendet werden wird. Für Speichereinrichtungen, die mit elektrostatischen Ladungen wirken, kann z. B. der Schirm aus Glas mit einer Metallschicht bestehen, welche die zweite Steuerelektrode bildet. Bei
Einrichtungen mit einer Abtastung in zwei Richtungen kann der Schirm für Aufnahmesysteme z. B. aus einem photoempfindlichen Mosaik mit einer Signalplatte bestehen, welche die zweite Steuerelektrode bildet.
Eine der wichtigsten Ausführungsformen der Erfindung hat einen Schirm, der luminesziert. Bei sol- chen Einrichtungen kann die zweite Steuerelektrode selbst mit lumineszierendem Material überzogen sein oder sie kann aus einer für Elektronen durchlässigen, leitenden Schicht bestehen, die auf der Oberfläche eines Leuchtschirmes angebracht ist. Welche von diesen zwei Möglichkeiten angewendet wird, hängt davon ab, von welcher Seite her man den durch das Auftreffen des Bündels auf den Schirm hervorgerufenen Lichtpunkt beobachten soll. In beiden Fällen sind die Auftreffplatte und die zweite Steuerelektrode als ein Ganzes wirksam mit Rücksicht auf den Aufbau des Steuerfeldes.
Daher ist in der nachfolgenden Beschreibung der verschiedenen Ausführungsformen, die alle eine solche lumineszierende Auftreffplatte besitzen, oft von einer Auftreffplatte die Rede ohne weitere'Angabe der Tatsache, dass diese Auftreffplatte gleichzeitig die zweite Steuerelektrode bildet.
Bei einer besonderen Ausführungsform einer Einrichtung mit Abtastung in einer einzigen Richtung kann die zweite Steuerelektrode einen Spalt oder eine Gaze an der Stelle der Auftreffpunkte besitzen, so dass das Bündel aus dem Steuerraum heraustreten und einen Leuchtschirm treffen kann, der hinter dem Spalt angeordnet ist. Bei einer solchen Einrichtung kann die lumineszierende, streifenförmige Auftreffplatte Sekundärelektronen aussenden, so dass der Streifen das Potential der zweiten Steuerelektrode annimmt und somit zur Erzeugung des Steuerfeldes beiträgt. Der Leuchtstreifen kann auch mit einer zusätzlichen Beschleunigungselektrode zusammenwirken, die mit der zweiten Steuerelektrode zusammenwirkt.
Die Auftreffstelle des Bündels an der Platte lässt sich durch Änderung der Anfangsgeschwindigkeit der Elektronen ändern, aber dieses Verfahren hat den Nachteil, wenigstens bei Wiedergaberöhren, dass eine Kompensation der Änderung der Helligkeit des Bildpunktes erforderlich ist. Die Auftreffstelle des Bündels an der Platte lässt sich weiter dadurch ändern, dass bei konstanter Geschwindigkeit der Elektronen im Bündel und bei einer bestimmten Eintrittsrichtung der Spannungsunterschied zwischen den Steuerelektroden, welcher Spannungsunterschied weiter unten die Steuerspannung genannt wird, geändert wird. Dazu ist keine einzige Änderung der Anfangsgeschwindigkeit der Elektronen oder der Eintrittsrichtung erforderlich.
Eine Elektronenstrahlröhre nach der Erfindung besitzt vorteilhafterweise einen langgestreckten Vakuumkolben, der einen langgestreckten Leuchtschirm, eine erste, langgestreckte Elektrode in einem gewissen Abstand längs dieses Schirmes und eine zweite, langgestreckte Elektrode nahe diesem Schirm nahezu längs der ganzen wirksamen Oberfläche desselben enthält, wobei die Elektronenkanone derart vorgesehen ist, dass die effektive Kanonenachse in einer Ebene liegt, die die wirksame Oberfläche des erwähnten Schirmes längs einer geraden Linie schneidet, die sich über die ganze Länge der erwähnten wirksamen Oberfläche erstreckt.
Die vorerwähnten Mittel zur Änderung der Eintrittsrichtung des Bündels können gewünschtenfalls in Vereinigung mit den Mitteln verwendet werden, durch die das Steuerfeld geändert wird ; in einem solchen Falle kann eine der beiden Steuerungen für die Abtastbewegung des Bündels und die andere Steuerung für Korrektionen z. B. der Linearität verwendet werden. Wenn jedoch die Auftreffstelle nur durch Änderung der Eintrittsrichtung des Bündels bestimmt wird, kann die Konfiguration und die Intensität des Steuerfeldes zeitlich konstant gehalten werden. Das statische Feld kann somit genau bestimmt werden und z. B. auch eine nicht gleichmässige Verteilung haben, um eine gewisse Fokussierungswirkung zusätzlich der bereits vorhandenen Fokussierung des Bündels zu erzielen, welche Fokussierung vor dem Eintritt in den Steuerraum erfolgt.
In bestimmten Fällen kann. auch eine zusätzliche magnetische Steuerung des Steuerfeldes vorgesehen werden. Bei einer besonderen Ausführungsform kann die Konfiguration der ersten und zweiten Steuerelektrode derart sein, dass beim Anlegen eines Potentialunterschiedes zwischen ihnen
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ein Feld in der Bahnebene erzeugt wird, dessen Äquipotentialebenen die die Achse der Elektronenkanone enthaltende Ebene überall zwischen der ersten und der zweiten Steuerelektrode orthogonal schneiden.
Langgestreckte Röhren eignen sich zur Abtastung in einer einzigen Richtung, z. B. längs einer Linie oder einer sehr kleinen Anzahl unmittelbar benachbarter Linien. Ein Beispiel bildet eine Röhre, in der der Leuchtschirm aus drei schmalen Streifen aus Leuchtstoffen besteht, die in verschiedenen Farben aufleuchten, um Farbfernsehbilder zusammenzubauen. Beide Arten von Röhren, sowohl die mit einer einzigen Farbe als auch die mit drei Farben, lassen sich auch beiLichtpunktabtastern für Filme anwenden, oder bei besonderen Fernseh-Wiedergabesystemen, bei denen die Zeilenabtastrichtung sich mit der Längsrich- tung der beschriebenen Röhre deckt und die Bildabtastung, die sich senkrecht dazu erstreckt, durch me- chanische Mittel, z. B. Drehspiel oder Linsen, erzielt wird.
Bei Röhren, bei denen die Eintrittsrichtung des Elektronenbündels sich parallel zur wirksamen Ober- fläche der zweiten Steuerelektrode erstreckt oder von dieser abgerichtet ist und einen spitzen Winkel damit einschliesst, können die wirksamen Oberflächen der ersten und der zweiten Steuerelektrode durch eine erzeugende, gerade Linie gebildet werden, die parallel zu sich selbst verschoben wird. Es entsteht dann somit eine zylindrische Oberfläche. Die Oberflächen können weiter vollkommen eben sein oder aus einer Anzahl Ebenen bestehen, die einen Winkel miteinander einschliessen. Bei Anwendung mehrerer Ebenen wird vorzugsweise der Abstand zwischen den Flächen kleiner gewählt als die grösste Abmessung der Steuerelektrode.
Wie bereits gesagt, ist es möglich, das Steuerfeld nicht gleichmässig zusammenzubauen, um eine Fokussierungswirkung auf das Elektronenbündel auszuüben. Da diese Fokussierungswirkung im allgemeinen verhältnismässig schwach sein wird, wird das Elektronenbündel vor dem Eintreten in den Steuerraum bereits durch bekannte Mittel in der Elektronenkanone fokussiert. Die zusätzliche Fokussierung durch das nicht gleichmässige Steuerfeld kann in einer oder in zwei Richtungen erfolgen, je nach der Art der Röhre, in der diese Fokussierung erfolgt.
Eine nicht gleichmässige Verteilung des Steuerfeldes kann auch dadurch erzielt werden, dass eine oder beide Steuerelektroden aus Widerstandsmaterial hergestellt wird (werden) und dass ein Strom durch diese Widerstände geführt wird. Dazu werden die Enden dieser Widerstandsstreifen z. B. mit gut leitenden Rändern versehen, zwischen denen ein Spannungsunterschied angelegt wird.
In gewissen Fällen kann eine dynamische Fokussierung wichtig sein, unter der verstanden wird, dass die Fokussierung von der Auftreffstelle des Bündels abhängig ist.
Diese dynamische Fokussierung kann durch Anlegung veränderlicher Spannungen an eine oder an mehrere Elektroden der Elektronenspritze oder dadurch erzielt werden, dass diese veränderliche Spannung zwischen den zwei Steuerelektroden des Steuerraums angelegt wird.
Die Erfindung wird an Hand einer Zeichnung näher erläutert, aus der sich weitere Einzelheiten ergeben. Die Fig. 1 - 10 zeigen verschiedene Ausführungsformen, bei denen eine gleichmässige Steuerfeldkonfiguration zwischen flachen, parallelen Elektroden erzeugt wird : von diesen Figuren zeigen die Fig. 2-6 Systeme mit einer bidimensionalen Abtastung mit gut leitenden Steuerelektroden, während Fig. 10 eine Anordnung mit Elektroden aus Widerstandsmaterial zeigt ;
Fig. 11 zeigt eine Ausführungsform mit einer gleichmässigen Steuerfeldverteilung in einer Meridianebene, die gleichzeitig die Bahnebene ist, die durch in der Querrichtung gekrümmte Elektroden erhalten wird Fig. 12 zeigt verschiedene Ausführungsformen einer zylindrischen Hülle ; die Fig. 13-18 veranschaulichen Abtastverfahren in einer einzigen Richtung mittels leitender Steuerelektroden. wobei die Feldstärke von der Auftreffplatte her zunimmt, wodurch
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mit gut leitenden Steuerelektroden.
Die Fig. 20-24 zeigen Ausführungsformen, bei denen die Feldstärke von der Auftreffplatte her zunimmt ; die Ausführungsform nach Fig. 23 zeigt ausserdem eine gekrümmte Feldkonfiguration zur zusätzlichen Fokussierung ; Fig. 25 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Feldstärke sowohl in der Längsrichtung der Auftreffplatte als. auch in der dazu senkrechten Richtung veränderlich ist ; die Fig. 26 und 27 zeigen Ausführungsformen mit einer Rückstoss-Steuerelektrode aus Widerstandsmaterial ; Fig. 28 zeigt einen Querschnitt durch eine Röhre, in der die Auftreffplatte eine zylindrische Form hat und in zwei Richtungen abgetastet wird. Fig. 29 zeigt einen Längsschnitt durch die Röhre, von der Fig. 28 einen Querschnitt zeigt. Die Fig. 30-32 zeigen schematisch einige Einrichtungen nach der Erfindung zur Veranschaulichung der Grundsätze, die der Erfindung zugrunde liegen.
Die Fig. 33 und 34 zeigen einen Längs- bzw. einen Querschnitt durch Ausführungsformen, bei denen sowohl elektrostatische als auch elektromagnetische Mittel zur Erzeugung des Steuerfeldes verwendet werden.
Nach Fig. 1 befindet sich der Steuerraum zwischen einem Paar langgestreckter, paralleler, rechtwinkeliger, gut leitender Steuerelektroden 0 und 1. Die Elektrode 0 ist die Auftreffplatte und kann z. B.
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einen lumineszierenden Überzug haben. Die Elektrode 1 ist die Rückstoss-Steuerelektrode. Die Elektrode 0 hat eine Öffnung P zum Durchlassen des Elektronenbündels b, das von der Elektronenkanone G ausgesandt wird. Die Elektroden 0 und 1 erstrecken sich zur Verrreidung von Randwirkungen, die eine Störung des gleichmässigen Steuerfeldes in dem Steuerraum hervorrufen könnten, über die Eintrittsöffnung P hinaus. Der Wirkungsbereich des Bündels, der naturgemäss von den Spannungen zwischen den Elektroden 0 und 1 abhängig ist, ist mit S', S", S'" bezeichnet.
Die Spannungen der Elektroden 0 und 1 werden gegenüber der Kathode der Spritze G gemessen und werden durch V 0 bzw. V. bezeichnet.
Das Bündel b besteht aus Elektronen mit einer Energie. eV und tritt in das Feld E unter einem spitzen Winkel ct mit den Kraftlinien, d. h. mit einem Komplementärwinkel ssmit den Äquipotentialebenen ein.
Wenn die Elektroden vollkommen eben und vollkommen parallel zueinander sind und ausserdem gleiche Oberfläche haben, wird die Verteilung des Feldes, von Randwirkungen abgesehen, derart sein, dass die Äquipotentialebenen zwischen den Elektroden auch parallel liegen und für einen gleich gewählten Potentialunterschied zwischen den Elektroden ist auch der Abstand zwischen diesen derselbe. Dann bildet die Bündelbahn eine reine Parabel für eine beliebige Steuerspannung. Da der Eintrittswinkel ss konstant ist und die Auftreffplatte 0 durch den Punkt P verläuft, ist auch der Winkel unter dem die Elektronen die Platte treffen, dem Winkel B für alle Parabeln gleich.
Der Abstand S zwischen dem Punkt P und dem Auftreffpunkt des Bündels hängt dann ausschliesslich von der Feldintensität E und von dem Potential Vo ab, gemäss der Gleichung :
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Durch Änderung des Potentials V und somit von E kann eine lineare Abtastung in der S-Richtung bei einer konstanten. Elektronenenergie und einem konstanten Winkel y erzielt werden. Da E umgekehrt proportional zu S ist, ist die zum vollständigen Abtasten einer Zeile bestimmter, gewählter Länge erforderliche Steuerspannung umso grösser, je kleiner der gewählte Minimalwert von S ist.
Da das elektrische Steuerfeld nach Fig. 1 eine gleichmässige Feldverteilung mit parallelen, Äquipotentialebenen hat, eignet sich diese Ausführungsform besonders zur Abtastung in zwei Richtungen. Dazu können die Steuerelektroden eine grosse Abmessung in der zur Zeichnungsebene senkrechten Richtung haben. Dabei sind jedoch Mittel erforderlich, um die Bündelbahn senkrecht zur Zeichnungsebene zu verschieben. Diese Mittel können z. B. elektromagnetische Systeme oder an sich bekannte, elektrostatische Ablenkmittel sein, die in der Nähe der Spritze angeordnet werden.
Die Fig. 2 und 3 zeigen eine Ausführungsform einer Elektronenstrahlröhre zur Abtastung in zwei zueinander praktisch senkrechten Richtungen, wobei zweimal der Grundsatz nach Fig. 1 zum Erzielen der Abtastung in den zwei Richtungen benutzt wird. Fig. 2 zeigt einen Querschnitt längs der Linie II-II der Fig. 3.
Bei der Ausführungsform nach den Fig. 2 und 3 erzeugt die Elektronenkanone G ein Elektronenbün- del b, das durch eine Öffnung P in den Steuerraum zwischen den Elektroden 0 und 1 eintritt. Das Bündel tritt unter einem Winkel a von etwa 700 zu den Kraftlinien A zwischen den Elektroden 0 und 1 ein. Die Kathode der Kanone G kann geerdet sein und die Elektrode 0 und die Endanode der Spritze erreichen ein konstantes Potential Vo von z. B. 5 kV gegen die Kathode, so dass die Eintrittsenergie der Elektronen bei P 5 kV beträgt.
Das Feld A wird durch die Spannung V der Steuerelektrode 1 bedingt ; sie kann sich. z. B. gemäss einem Sägezahn zwischen 1,2 bis 4,3 kV ändern, wodurch in der Elektrode 0 der Spalt So in der Längsrichtung abgetastet wird. Das Elektronenbündel tritt also durch diesen Spalt hindurch an einer andern Stelle in dem übrigen Raum'der Röhre auf, aber stets unter einem konstanten Winkel zur Elektrode 0.
Nach dem Durchgang durch den Spalt So gelangt das Elektronenbündel in das gleichmässige Beschleunigungsfeld B, das mittels der Elektrode 2 gebildet wird, die an einer festen Spannung V, von z. B. 15 kV
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feldfreienDas Bündel gelangt darauf in das gleichmässige Feld in dem Raum D unter einem Winkel von z. B.
700 zu den Kraftlinien. Die Ebene des Bündels in den Räumen mit den Feldern A, B und C weist somit einen Winkel von etwa 20 zu den Steuerelektroden 3 und 4, die das Feld D bilden, auf. Die Bildablen-
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kung wird durch Änderung der Spannung Vs der Rückstoss-Steuerelektrode 3 zwischen z. B. 6,3 und 9,8 kV hervorgerufen. Die Auftreffplatte 4, die ein Ganzes mit der Lumineszenzschicht R bildet, wird auf einem Potential V gleich dem Potential V von z. B. 15 kV gehalten.
Trotz der Tatsache, dass durch diese Röhre ein gutes Bild aufgebaut werden kann, eignet sie sich weniger gut für die Praxis wegen ihrer grossen Abmessungen. Um diese zu verringern, kann man eine Bauart benutzen, wie diese in den Fig. 4 und 5 dargestellt ist. Dabei zeigt Fig. 5 einen Querschnitt längs der Linie V-V der Fig. 4.
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2. Er verschiebt das Bündel von dem hinteren, feldfreien Raum zu dem auf der Auftreffplatte 0 gebildeten Schirm.
3. Er macht alle reflektierten Elektronenbahnen parallel.
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Die Auftreffplatte 0 mit der Leuchtschicht. wird auf einer Spannung von 15 kV gehalten. Indem die
Spannung der Elektrode 1 geändert wird, wird die Auftreffplatte in der Bildrichtung abgetastet. Die Elektro- de 5 dient zur Abschirmung des vorderen und hinteren Raumes der Röhre.
Ein 53 cm-Bild erfordert bei dieser Ausführungsform eine Hülle, die etwa 113 cm Oberfläche hat und eine Tiefe von 7,6 cm besitzt.
Statt der elektrostatischen Ablenkmittel, können naturgemäss elektromagnetische Ablenkmittel angewendet werden.
Fig. 6 zeigt perspektivisch eine Röhre, die aus einer schachtelförmigen Hülle mit einem unter einem Winkel an ihr befestigten Hals besteht, in dem sich eine Elektronenkanone G befindet. Die Vorderwand der Hülle enthält die Kombination der Steuerelektrode 0 und des Leuchtschirms ; auf der Rückwand der Hülle ist die Rückstoss-Steuerelektrode l vorgesehen. Die Achse der Kanone schliesst z. B. einen Winkel von etwa 200 mit der Elektrode 0 ein. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, ist die Tiefe der Hülle verhältnismässig gering.
An sich bekannte Ablenkmittel D, die elektromagnetisch oder elektrostatisch wirken können, lenken das Bündel ab, bevor es durch einen Spalt Sp in der Elektrode 0 in den Steuerraum zwischen den Elektroden 0 und 1 gelangt. Vorzugsweise wird die Zeilenablenkung durch die Mittel D herbeigeführt ; dabei können die Elektroden 0 und 1, die Hochspannung führen, mit der niedrigeren Bildfrequenz gespeist werden.
Nach dem Durchgang durch den Spalt Sp unter einem veränderlichen waagrechten Ablenkwinkel wird das Bündel von der Elektrode 1 nach vorne zu dem Bildschirm in einer Höhe oberhalb des Spaltes gelenkt, welche Höhe durch die Grösse der Bildablenksignale bedingt wird, welche zwischen den Elektroden 0 und 1 angelegt werden.
Die Elektroden 0 und 1, die bei den so weit geschilderten Ausführungsformen stets flach sind, können auch eine zylindrische Form haben, wie dies in Fig. 11 beispielsweise für eine Röhre mit einer Abtastung in nur einer Richtung parallel zur Länge der Steuerelektroden dargestellt ist. Die Steuerelektroden können jedoch auch in einer dazu senkrechten Richtung gekrümmt sein. Solche Ausführungsformen sind schematisch in den Fig. 7 und 8 dargestellt. Sie haben den Vorteil, dass die Elektroden und bzw. oder die Leuchtschicht unmittelbar auf der Wand angebracht werden können.
Gegebenenfalls kann eine Krümmung in zwei Richtungen verwendet werden.
An Hand der Fig. 9 wird eine weitere Analyse der Parabelbildung gegeben, wobei ausserdem der Fokussierung des Elektronenbündels Aufmerksamkeit gewidmet werden wird.
In dieser Figur sind wieder die zwei Elektroden 0 und 1 dargestellt, die als Auftreffplatte bzw. als Rückstoss-Steuerelektrode wirken und als unendlich gross gedacht werden.
Ein Elektronenbündel b tritt bei P unter einem Winkela mit den Kraftlinien und unter einem Winkel ss zu der Elektrode 0 ein. Infolge der Form der verschiedenen Parabeln wird stets eine gewisse Fokussierung von Elektronenbahnen eintreten, die bei P etwas divergieren. Eine maximale Fokussierung ergibt sich dabei für einen Wert der Winkel und ss von etwa 450, da Elektronen, die unter einem Winkel ss von etwas mehr als 450 in den Steuerraum eintreten, etwas näher dem Punkt P auf die Auftreffplatte gelangen als Elektronen, die unter einem Winkel ss von genau 450 eintreten. Dies gilt auch für
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der Bahnen aller bei P parallel eintretenden Elektronen.
Man kann diese Tatsache benutzen, indem an der Stelle der Linie Ro eine Auftreffplatte aus Widerstandsmaterial angeordnet wird, welche am oberen bzw. unteren Rand elektrisch mit den zwei Steuerelektroden 0 und 1 verbunden wird, so dass über sie ein Potentialabfall auftritt. Bei geringer Abweichung von der optimalen Stelle R., z. B. in den Lagen R'0 und R'te. kann ein Kompromiss für die Fokussierung der parallel und divergent eintretenden Elektronenbahnen erzielt werden.
Auch gegenüber der vorstehend beschriebenen Widerstandselektrode kann eine Elektrode aus Widerstandsmaterial angeordnet werden. Es entsteht dann eine Röhre wie diese in Fig. 10 angegeben ist. Der Bildschirm kann dabei auf der Wand R'o angebracht werden.
Nach Fig. 10 ist die Röhre und der Steuerraum durch die Elektroden 0 und 1 verschlossen, was jedoch
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R'elektrisch leitend verbunden werden.
Nach Fig. 11 haben die leitenden Steuerelektroden 0 und 1 die Gestalt gerader Zylinder, wodurch die Äquipotentialebenen e auch zylindrisch gestaltet werden, aber mit verschiedenen Krümmungen. Diese Äquipotentialebenen schneiden die Meridianebene M in annähernd gleichen Abständen längs paralleler Linien 1. Dieses Beispiel veranschaulicht somit die Möglichkeit einer Feldkonfiguration, die in einer einzigen Bahnebene gleichmässig und orthogonal ist, während sie nicht gleichmässig in einer dazu senkrechten Richtung ist. Die Auftreffplatte am Schirm wird in diesem Falle durch Leuchtstreifen p gebildet.
Bei den Ausführungsformen der Fig. 12 - 24 haben die zwei gut leitenden Steuerelektroden parallele erzeugende Linien und parallele Kanten, wodurch das Feld zylindrische Äquipotentialebenen mit parallelen, erzeugenden Linien hat. Solche Ebenen schneiden eine Meridianebene orthogonal ; in einer solchen Ebene ändert sich die Feldstärke in einer zur Auftreffplatte senkrechten Richtung, wodurch Fokussierung erzielt wird.
Fig. 12 zeigt schematisch, dass der Hals unter verschiedenen Winkeln und an verschiedenen Stellen an der zylindrischen Hülle B befestigt werden kann. Die verschiedenen Lagen sind mit Nol N, und N bezeichnet ; die Auftreffplatte mit dem Leuchtstreifen ist mit p bezeichnet.
In den Fig. 13 und 14 sind Querschnitte von zwei Elektrodenanordnungen gezeigt, durch die praktisch gleiche, nicht gleichmässige Steuerfeldkonfigurationen in einer Meridianebene erhalten werden können.
In beiden Fällen erstreckt sich der Steuerraum zwischen zwei langgestreckten, parallelen Steuerelektroden 0 und 1. Die Elektrode 0 ist die Auftreffplatte und ist z. B. mit dem Leuchtstreifen p überzogen.
Das Steuerfeld wird durch die Potentialebenen e und die Kraftlinien f angegeben.
Fig. 15 zeigt einen Längsschnitt durch die Elektrodenanordnung der Fig. 13 oder 14 in der Meridianebene M, die gleichzeitig die Symmetrieebene bildet. Die Elektronenkanone ist mit G bezeichnet ; sie strahlt ein Elektronenbündel in das Steuerfeld in der Meridianebene M ein, die gleichzeitig eine Bahnebene in einer zu den Äquipotentialebenen parallelen Richtung bildet. Mit Vo wird eine leitende, mit der Kathode verbundene Schicht auf der Wand bezeichnet.
Die parallelen Schnittlinien der Ebene M und der Äquipotentialebene können gemäss einer quadratischen Funktion verteilt sein, so dass in einem Abstand y von der Auftreffplatte, in der Ebene M, das Potential V durch die Gleichung :
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Ebene Mbezeichnen. die Potentiale der Elektroden 0 bzw. 1. Unter diesen Bedingungen bildet die Bahn in der Ebene M einen Teil einer Sinuskurve und ein parallel zu der Elektrode 0 eintretendes Elektron erreicht die Auftreffplatte In einem Abstand S, der von derSpannung V der Elektrode 0 und von der Spannung Vl der Elektrode 1 abhängig ist, gemäss der Gleichung :
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gemes-bedingt. In dieser Gleichung bezeichnet ss den Winkel zwischen dem Bündel und der Auftreffplatte an dem Eintrittspunkt des Bündels.
In diesem Falle sind die Längsfokussierungswerte verschieden. Wenn der Winkel ss konstant ist, ist auch der Winkely konstant und gleich B, unabhängig von Änderungen in der Spannung V und und von der konsequenten Änderung des Wirkungsbereiches.
Bei den Ausführungsformen der Fig. 15 und 16 kann der Auftreffpunkt des Bündels sich längs einer geraden Linie durch Änderung der Spannung Vi bewegen. Bei der Ausführungsform nach Fig. 14 könnte man die Spritze G und den Röhrenhals in der Lage N2 der Fig. 12 anordnen.
Man kann auch die Spannung V auf einem Wert von weniger als V. konstant halten ; die Abtastung längs einer geraden Linie kann dann durch Änderung des Eintrittswinkels des Bündels erzielt werden, was in Fig. 17 dargestellt ist. In dieser Figur sind Ablenkplatten D dargestellt, denen veränderliche Spannungen zugeführt werden können. (Statt der Ablenkplatten könnte man auch elektromagnetische Ablenkmittel anwenden.) Wenndas Bündel an dem Punkt D'in einem Abstand y von der Auftreffplatte unter einem Winkel 8 zu derAuftreffplatte eintritt, wird der Wirkungsbereich S durch die Gleichung
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bedingt.
Diese Gleichung ist die allgemeine Formel, von der die vorstehend angegebenen Formeln (2) und (4) Spezialfälle bilden.
Die in Fig. 17 dargestellten drei Bahnen können z. B. mittels einer festen Spannung Vt an der Rückstosselektrode, welche Spannung gleich 3/4 Vo ist, und mittels Ablenkwinkel von etwa 230, erzielt werden. Die Wirkungsbereiche S und die Einfallswinkel an der Auftreffplatte sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben.
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<tb>
<tb> B <SEP> S/d <SEP> Einfallswinkel <SEP> y
<tb> + <SEP> 230 <SEP> 4, <SEP> 56 <SEP> 270 <SEP>
<tb> 0 <SEP> 3, <SEP> 03 <SEP> 150
<tb> -23 <SEP> 1,06 <SEP> 27
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Aus dieser Tabelle ist also ersichtlich, dass der Einfallswinkel an der Mitte vorbei mit dem Wirkungsbereich S grösser wird und dass ein Winkel y von 270 einem Winkel von etwa 100 bei demselben Wirkungsbereich und bei axialer Symmetrie nach Fig. 15 entspricht.
Somit schafft die Anordnung nach Fig. 17 in der Praxis eine bessere Fokussierung in der Längsrichtung bei einem maximalen Wirkungsbereich als bei Abtastung durch Änderung der Spannung Vt, da die Fokussierung nach Fig. 18 infolge Raumladungseffekten nicht vollständig verwirklicht werden kann.
Fig. 19 zeigt, wie die Enden der Bündel stark abgebogen werden können, so dass die Bündel nicht unter den Winkeln y, y und y, sondern unter den Winkeln y,', Y.'und y,'einfallen. Eine solche starke Krümmung kann dadurch erzielt werden, dass die Auftreffplatte in der Breitenrichtung gekrümmt wird, u. zw. konvex, von der Rückstoss-Steuerelektrode her gesehen.
An Hand der Fig. 20-24 sind verschiedene Ausführungsformen beschrieben, bei denen die Feldstärke von der Röhrenachse her zu den beiden Steuerelektroden zunimmt. Man erzielt dann gleichzeitig die Fokussierungswirkung, die in den Fig. 18 und 19 veranschaulicht ist.
In Fig. 20 hat die Hülle die Form eines geraden Zylinders wie bei B angegeben ist. Die zwei Steuerelektroden 0 und 1 sind parallel zueinander und als Wandüberzüge in Form von Streifen angebracht. Die Elektrode 0 bildet die Auftreffplatte und hat einen'Überzug aus Lummeszenzmaterial p. Mit G ist die Elektronenkanone bezeichnet, die das Bündel aussendet.
Fig. 21 zeigt einen Querschnitt durch die Röhre nach Fig. 20, in der die Konfiguration des Steuerfeldes durch die Äquipotentialebenen e angegeben ist. Da die Elektroden 0 und 1 sehr schmal sind im Vergleich zu ihrem gegenseitigen Abstand, nimmt die Felddichte von der Mitte zwischen den zwei Elektroden zu den Elektroden 0 und 1 zu.
Mit M ist die Meridianebene bezeichnet, die als Bahnebene für das Bündel b dient.
Fig. 22 zeigt einen Schnitt in der Längsrichtung durch die Meridianebene M nach Fig. 20.
Da die Äquipotentialebenen in der Nähe der Elektrode 0 gekrümmt sind, wie dies aus Fig. 21 er- sichtlich ist, Übt das Steuerfeld in der Nähe der Auftreffplatte eine zusätzliche Fokussierung auf das Bündel aus in einer Richtung quer zur Ebene M.
"Indem die Oberfläche der Rückstoss-Steuerelektrode konkav gestaltet wird, von der Achse der Röhre her gesehen, kann die Entfokussierung in der Richtung quer zur Ebene M, welche Wirkung durch die Krüm-
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Fig. 23 zeigt einen Querschnitt durch eine Röhre, in der dieser Grundsatz durchgeführt ist. Die Auftreffplatte 0 hat eine konvexe Oberfläche und ist mitLumineszenzstreifen P überzogen. Die Elektrode 0 selbst ist einMetallstreifen mit einer'wesentlichen Stärke und ist an der Rückseite zur Verbesserung der Wärmeableitung mit Rillen versehen. Diese Rillen können weiter noch geschwärzt sein.
Zum Vermeiden von Wandladungen ist die ganze Innenfläche der Hülle leitend gemacht. Die leitende Schicht wird vorzugsweise an eine Spannung zwischen der Spannung V, der Elektrode 1 und der
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0Die Querfokussierungswirkung der Feldkrümmung in der Nähe der Auftreffplatte kann durch dynamische Fokussierung in der Längsrichtung ergänzt werden. Ist der ursprüngliche Querschnitt des Bündels langgestreckt, wobei die Längsachse senkrecht zur Ebene M ist, so kann über praktisch die ganze Länge der Auftreffplatte ein praktisch runder Bildpunkt erzielt werden.
Die Auftreffplatte und die darauf angebrachten Lumineszenzstreifen können von der Richtung V her wahrgenommen werden.
Fig. 24 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausführungsform einer Röhre für Farbfernsehen. Die Auftreffplatte 0 enthält drei in verschiedenen Farben (rot, grün und blau) aufleuchtende Streifen Tr, Tg und Tb. In dieser Röhre werden vorzugsweise drei Spritzen verwendet, die mit je einem bestimmten Streifen zusammenwirken. Man'kann jedoch auch eine einzige Spritze verwenden und das Bündel in einer zur Ebene M senkrechten Richtung ablenken.
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Ein besonderer Vorteil dieser Ausführungsform ist der, dass man leicht einen zusätzlichen Streifen aus einem Leuchtstoff anbringen kann, der durch Elektronenaufprall weisses Licht ausstrahlt. Zur Wiedergabe von Fernsehbildern in Schwarz-Weiss braucht man dann die Farbstreifen nicht zu verwenden. Dies schafft bekanntlich eine grössere Freiheit bei der Wahl der Leuchstoffe.
Bei allen so weit geschilderten Ausführungsbeispielen haben sowohl die Auftreffplatte als auch die Rückstoss-Steuerelektrode eine konstante Querabmessung. Dies ist nicht stets erforderlich und es können bestimmte Vorteile erzielt werden, wie dies an Hand der Fig. 25 erläutert wird, wenn eine oder beide Elektroden in der Querrichtung eine Abmessung hat (haben), die grösser oder kleiner ist, je nachdem der Abstand von der Elektronenspritze grösser oder kleiner ist.
In Fig. 25 sind die geradzylindrischen, koaxialen Steuerelektroden mit 0 und 1 bezeichnet. Wie aus der Figur ersichtlich ist, nimmt die Breite der Elektrode 1 von der Elektronenkanone G her zu. Das Elektronenbündel, das von der Kanone G in dem Hals N längs der Achse eingestrahlt wird, wird von den Ablenkplatten D in einer Meridianebene M abgelenkt. In der Nähe der Ablenkplatten D hat die Elektrode 1 noch praktisch keinen Einfluss. Die Bahn bl wird also praktisch nur durch die Spannung zwischen den Ablenkplatten D bedingt. An dem Punkt, wo die Elektrode 1 anfängt, hat das Feld annähernd die Konfiguration, die in Fig. 13 angegeben ist ; da die Querabmessung der Elektrode 1 allmählich von der Elektronenkanone her zunimmt, wird die Feldstärke in der Meridianebene M stets gleichmässiger, wodurch eine Feldverteilung entsteht, die in Fig. 11 angedeutet ist.
Je länger die Bahnen des Elektronenbündels, wobei naturgemäss die Längsfokussierung stets kritischer wird, um so grösser ist der Einfallswinkel an der Auftreffplatte. Weiter erfährt das Bündel in grösserem Ausmass die Fokussierung, die an Hand der Fig. 18 erläutert ist.
Fig. 26 zeigt nochmals schematisch eine Röhre mit einer gutleitendenAuftreffplatte Oc und einer Rückstoss-Steuerelektrode R aus Widerstandsmaterial. Diese Widerstandselektrode ist mit leitenden Rändern R. und Rn versehen, zwischen denen ein bestimmter Spannungsunterschied angelegt wird. Bei einer
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nen e gerade Parabeln. In jedem Querschnitt senkrecht zu den Bahnebenen ist die Feldverteilung gleichmässig, d. h., über den ganzen Querschnitt der Röhre liegt ein gleicher Abstand zwischen den Äquipotentialebenen mit gleichem Potentialunterschied vor.
Bei der Ausführungsform nach Fig, 26 wird vorzugsweise die Bahn des Elektronenbündels durch die Ablenkplatten D bedingt, obgleich man eine veränderliche Spannung zwischen den Rändern Ra und Rn le- gen könnte, um eine Abtastung einer Zeile auf der Auftreffplatte Oc mit dem Leuchtstreifen p herbeizuführen.
Auch bei einer Röhre, in der nicht ein Streifen, sondern eine ganze Leuchtfläche abgetastet werden soll, kann man eine Elektrode aus Widerstandsmaterial anwenden. Dieser Widerstand muss dabei jedenfalls regelmässig zwischen zwei gut leitenden Rändern verteilt sein, was anHand der Fig. 26 auseÍl1andergesetzt ist. Eine solche Ausführungsform ist in Fig. 27 dargestellt.
Die ganze Anordnung des Elektrodensystems nach Fig. 27 ähnelt der Anordnung nach d en Fig. 2 und 3.
Für entsprechende Elektroden sind somit entsprechende Bezugsziffern verwendet. Die Auftreffplatte, die mit Oc bezeichnet ist, ist mit einem Leuchtschirm p überzogen. Gegenüber dieser Auftreffplatte ist die Elektrode R aus Widerstandsmaterial angebracht. Die Ränder Ra und Rn sind gut leitend. Ähnlich wie dies bei Fig. 26 beschrieben ist, wird zwischen diesen Rändern eine Spannung angelegt. wodurch ein Steuerfeld zwischen R und Oc entsteht. Zwischen der Elektrode 2 und dem System R-Oc sind die Ablenkplatten D angeordnet. Diese haben eine Abmessung, die annähernd gleich der Längsabmessung der Elektrode 2 ist.
Sie können somit jedes Bündel, das durch den Spalt S2 (unter einem konstanten Winkel zu der Elektrode 2) hineintritt, in einer Richtung ablenken, die senkrecht zu den Ebenen der Elektroden R und Oc ist.
Der Unterschied zu der Anordnung der Fig. 2 und 3 ist der, dass die Änderung der Bahnkrümmung zwischen derAuftreffplatte und der ersten Steuerelektrode durch die Ablenkplatte D und nicht durch eine veränderliche Spannung zwischen den Elektroden R und Oc bedingt wird. Infolgedessen liegt die ganze Elektrodenanordnung in einer Ebene.
Die Röhre lässt sich somit leichter in einem Gerät unterbringen als die Röhre nach den Fig. 2 und 3.
Die Fig. 28 und 29 zeigen einen Querschnitt bzw. einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform einer Röhre mit einem langgestreckten Spalt in der Auftreffplatte, durch den das Bündel aus dem Steuerraum heraustreten und der weitere Raum wieder beeinflusst werden kann. In diesen Figuren bezeichnet SO den Spalt in der Auftreffplatte 0, die gegenüber der ersten Steuerelektrode 1 angeordnet ist. Nach
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Durchgang durch den Spalt SO werden die Elektronenbündel durch die Ablenkplatten F über den Leucht- schirm p abgelenkt. Es ist ersichtlich, dass man auf diese Weise leicht ein bidimensionales Bild zusam- menbauen kann.
Die Fig. 30, 31 und 32 zeigen sehr schematisch einige Schaltungsanordnungen zum Erzielen der er- forderlichen Ablenkspannungen. Nach Fig. 30 werden die Elektronenbahnen durch Sägezahnspannungen TB bedingt, die zwischen den Elektroden 1 und 0 angelegt werden. Nach Fig. 31 ist zwischen den Elektro- den 1 und 0 ein fester Spannungsunterschied DC wirksam. Die Änderungen der Krümmungen der Elektro- nenbahnen werden durch die Sägezahnspannungen TB an den Ablenkplatten D hervorgerufen.
Nach Fig. 32 ist die Rückstoss-Steuerelektrode R aus Widerstandsmaterial hergestellt. Die leitenden Ränder Ro und Rn sind mit einer Gleichspannungsquelle DC verbunden. Die leitende Elektrode Oc, die als Auftreffplatte wirksam ist, ist mit einer festen Spannung gegenüber dem Rand R verbunden. Gegebenen- falls kann eine direkt leitende Verbindung W vorgesehen werden. Den Ablenkplatten D wird eine Säge- zahnspannung TB zugeführt, wodurch die Elektronenbahnen bedingt werden.
Wie bereits gesagt, ist das Bündel geneigt, sich in der Längsrichtung zu entfokussieren, wenn das Steuerfeld eine parallele Konfiguration hat. Es ist auch bereits erläutert, dass dieser Nachteil zulässig ist, um ein konvexes Feld in der Nähe der Auftreffplatte (s. Fig. 23) zu erzielen, wegen der auftretenden Fokussierung in der Querrichtung. Es ist jedoch möglich, eine Fokussierung in der Querrichtung ohne Entfokussierung in der Längsrichtung zu erzielen. Dies wird an Hand der Fig.. 33 und 34 erläutert.
Die Fig. 33 und 34 zeigen im Längs- bzw. im Querschnitt eine Röhre nach der Erfindung. In der Nähe des auf der Auftreffplatte 0 angebrachten Lumineszenzstreifens p ist eine Anzahl von Magneten m mit Polschuhen p'angeordnet. Die Magneten sind in einer Richtung quer zur Bahnebene M magnetisiert, was durch die Buchstaben S und N bezeichnet ist. Diese Magneten erzeugen mittels der Polschuhe ein magnetisches Feld, dessen Kraftlinien mit f bezeichnet sind. Die Form dieser Kraftlinien bringt eine Fokussierung des Bündels quer zu der Ebene M mit sich. Wenn alle Magneten gleiche Stärke hätten und regelmässig in der Längsrichtung der Röhre verteilt wären, würde das Bündel eine gewisse Abneigung zum Entfokussieren in der Längsrichtung haben, wie dies an Hand eines elektrostatischen Feldes erläutert ist.
Diese Entfokussierung ist jedoch bei der dargestellten Ausführungsform dadurch verhütet ; dass die Magneten näher aneinandergerückt sind, in dem Masse wie sie weiter von der Elektronenkanone G im Hals NO entfernt sind. Infolgedessen entsteht eine magnetische Feldkonfiguration mit geneigten Kraftlinien I. In der Ebene M ist die Feldverteilung, wie aus Fig. 34 ersichtlich, ausser in der Nähe des Schirmes p praktisch gleichmässig. Mit D sind in Fig. 33 die Ablenkplatten bezeichnet, durch welche die Eintrittsrichtung des Bündels in die Ebene M bedingt wird. Dann entstehen z. B. die Elektronenbahnen b,bundb. Es ist ersichtlich, dass längere Elektronenbahnen in ein stets stärkeres Magnetfeld gelangen, wodurch der Einfallswinkel an der Auftreffplatte zunimmt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung mit einer Elektronenstrahlröhre, in der ein von einer Elektronenkanone erzeugtes Elektronenbündel einen Bündelbahn-Regelraum durchläuft und auf einen Leuchtschirm gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelraum an einer Seite der Bündelbahn von einer Rückstosselektrode, an der andern Seite von einer zweiten Elektrode und dem nahe dieser liegenden Schirm begrenzt ist, wobei sich die Elektroden nahezu längs dessen ganzer wirksamer Oberfläche erstrecken und wobei eine Spannung zwischen der Rückstoss- und der zweiten Elektrode angelegt ist, um das Bündel nachdem erwähnten Schirm abzulenken.
2. Vorrichtung nachAnspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Rückstoss- und der zweiten Elektrode eine veränderliche Spannung angelegt ist.