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Elektronenstrahlröhre mit einer Elektronenstrahlquelle zum Erzeugen mehrerer Elektronenbündel
Die Erfindung betrifft eine Elektronenstrahlröhre mit einer Elektronenstrahlquelle zum Erzeugen mehrerer Elektronenbündel und einem Leuchtschirm, an dessen der Elektronenstrahlquelle zugekehrter
Seite in geringem Abstand eine Farbwählelektrode angeordnet ist, in deren Ebene die verschiedenen
Elektronenbündel konvergieren, wobei die Elektronenstrahlquelle für jedes Elektronenbündel eine ge- trennte Kathode enthält, sowie ein gemeinsames erstes Gitter, das für jedes Bündel mit einer Öffnung versehen ist, ein gemeinsames zweites Gitter. das als Beschleunigungselektrode dient und für jedes Bündel eine Öffnung aufweist, ein gemeinsames drittes Gitter, das für jedes Bündel mit einer Öffnung ver- sehen ist, und ein gemeinsames viertes Gitter mit einem kreisförmigen Querschnitt.
In einer solchen Elektronenstrahlröhre, in der die verschiedenen Elektronenbündel von nur einer Elektronenstrahlquelle erzeugt werden, tritt gegenüber einer Elektronenstrahlröhre, in der für jedes Elektronenbündel eine besondere Elektronenstrahlquelle vorhanden ist, der Vorteil auf, dass die Anordnung der Elektronenstrahlquelle gedrängter wird und somit ein kleinerer Abstand zwischen den Bündeln möglich ist. Bei einer beschriebenen Ausführungsform besteht das gemeinsame dritte Gitter aus einem kreiszylinderförmigen Teil, der an jedem Ende durch eine für jedes Bündel mit einer Öffnung versehene Platte verschlossen ist und zwischen diesen Platten eine weitere durchlöcherte Platte aufweist. Das gemeinsame vierte Gitter ist kreiszylinderförmig. Der Kolbenteil zwischen dem vierten Gitter und dem Schirm ist mit einem leitenden Belag versehen.
Wenn die Spannung des leitenden Belages die des gemeinsamen vierten Gitters überschreitet und letztere Spannung ihrerseits höher ist als die des gemeinsamen dritten Gitters, so tritt zwischen dem dritten und dem vierten Gitter für jedes Elektronenbündel eine fokussierende Linsenwirkung auf, aber gleichzeitig erfahren die Elektronenbündel gegenseitig eine divergierende Linsenwirkung, während die Linsenwirkung zwischen dem vierten Gitter und dem leitenden Belag die Elektronenbündel in der Ebene der Farbwählelektrode, z. B. einer Schattenmaskenelektrode, gegenseitig nahezu konvergiert und gleichzeitig jedes Elektronenbündel noch weiter fokussiert.
Im beschriebenen Falle bilden die Bündelmitten in der Elektronenstrahlquelle die Eckpunkte eines gleichseitigen Dreiecks. Die in diesem Fall notwendige dynamische Konvergenz ist aber im Prinzip mit einer bestimmten Ablenkspulenart entbehrlich, wenn die Elektronenbündel in der Elektronenstrahlquelle nahezu in einer Ebene liegen. Würde dies unter Beibehaltung des gegenseitigen Bündelabstandes verwirklicht, so ist der Abstand der nicht auf der Achse der Elektronenstrahlquelle liegenden Elektronenbündel an der Stelle der Linsenwirkung zwischen dem vierten Gitter und dem leitenden Belag gross gegenüber dem Durchmesser des vierten Gitters.
In diesem Falle würden infolge der sphärischen Aberration dieser Linse grosse Fehler in der Bündelfokussierung auftreten, da die sphärische Aberration dem Quadrat des Verhältnisses zwischen dem Abstand vom Bündel zur Achse der Elektronenstrahlquelle und dem Innendurchmesser des vierten Gitters proportional ist. Ein weiterer Nachteil würde darin bestehen, dass infolge des Umstandes, dass die Bündel einander nicht nahe genug liegen, beim Durchlaufen der Ablenkspule Fehler in der Konvergenz entstehen, so dass dennoch eine dynamische Korrektur der Kon-
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genommen werden kann. Auch wird infolge der Aberrationen der Bündel beim Durchlaufen der Ablenkspule die ursprüngliche Geometrie der Bündel gestört, so dass Probleme hinsichtlich der zu einem Maskenloch gehörenden Auftreffstellen am Rand des Leuchtschirmes auftreten würden.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass zur Vermeidung dieser Nachteile der Abstand zwischen den Mitten der nicht auf der Achse der Elektronenstrahlquelle liegenden Bündel und der Achse der Elektronenstrahlquelle im Feld der Konvergenzlinse möglichst klein sein muss, jedoch nicht kleiner als ein bestimmtes Mass, das von dem beim Höchststrom auftretenden örtlichen Bündeldurchmesser abhängig ist, da sonst bei hohen Strömen keine vollständige Farbwahl am Leuchtschirm erfolgen würde, d. h., dass sonst ein bestimmtes Bündel auch einen nicht diesem Bündel zugeordneten Leuchtstoff des Leuchtschirmes treffen würde. Im Falle von in einer Ebene liegenden Bündel bedeutet dies, dass der Abstand zwischen den Mitten der aufeinanderfolgenden Bündel im Feld der Konvergenzlinse möglichst klein sein muss.
Wegen der divergierenden Linsenwirkung zwischen dem dritten und dem vierten Gitter ist der Abstand zwischen den Mitten der nicht auf der Achse der Elektronenstrahlquelle liegenden Bündel und der Achse der Elektronenstrahlquelle im Feld der Konvergenzlinse grösser als der Abstand zwischen den Achsen der betreffenden Öffnungen im dritten Gitter und der Achse der Elektronenstrahlquelle. Um einen kleinen Abstand zwischen den Bündeln im Feld der Konvergenzlinse zu verwirklichen, müssen die betreffenden Öffnungen im dritten Gitter also näher an die Achse der Elektronenstrahlquelle angebracht werden. Diese Öffnungen können aber nicht unbeschränkt nahe aneinander liegen, da sonst zwischen den Bündeln zu wenig leitende Teile des Gitters vorhanden wären.
Dies gilt auch für die vorherigen Gitter, aber die Schwierigkeit tritt insbesondere beim dritten Gitter auf, da die Bündeldurchmesser dort grösser sind und folglich grössere Öffnungen im Gitter beanspruchen. Um nun zu erreichen, dass beim dritten Gitter dennoch in ausreichendem Masse leitende Teile zwischen dem Bündel vorhanden sind, muss der Bündeldurchmesser beim Eintreten in dieses Gitter möglichst klein sein und beim Durchlaufen dieses Gitters möglichst wenig zunehmen. Letzteres kann erreicht werden, wenn das Gitter möglichst kurz gewählt wird.
Nach der Erfindung beträgt der Abstand zwischen den aufeinanderfolgenden Mitten der Öffnungen im dritten Gitter, wobei diese Mitten wenigstens angenähert in einer durch die Achse der Elektronenstrahlquelle gehenden Ebene liegen, weniger als 7 mm und die Abmessung des dritten Gitters in Richtung der Achse der Elektronenstrahlquelle ist an der Stelle der Öffnungen höchstens gleich 4 mm. Insbesondere ist diese Abmessung des dritten Gitters kleiner als 1 mm. Die infolge sphärischer Aberration der Konvergenzlinse in der Fokussierung der ausserhalb der Achse der Elektronenstrahlquelle liegenden Bündel auftretenden Fehler sind dann beträchtlich geringer.
Ausserdem entstehen beim Durchlaufen der Ablenkspule weniger Fehler in der Konvergenz, so dass bei Verwendung eines dazu geeigneten Ablenksystems, unter anderem infolge der Tatsache, dass die Bündel nahezu in einer Ebene liegen, eine ausschliesslich gemeinsame statische Konvergenz genügt. Die kleineren Aberrationen der Bündel beim Durchlaufen der Ablenkspule bewirken auch, dass die ursprüngliche Geometrie der Bündel besser beibehalten wird, so dass die Probleme hinsichtlich der Auftreffstelle am Leuchtschirm kleiner werden, d. h., dass die Möglichkeit einer falschen Auftreffstelle eines Bündels kleiner wird, und folglich ein grösserer Ablenkwinkel, z. B. 1100, in der Röhre möglich ist.
In diesem Falle eines in der Achsenrichtung kurzen gemeinsamen dritten Gitters erfolgt die fokussierende Linsenwirkung für jedes Elektronenbündel zwischen dem zweiten und dem vierten Gitter. Diese fokussierende Linsenwirkung muss derart sein, dass der Bündelknoten jedes Bündels nahezu im Schnittpunkt der Achse des Bündels beim Eintreten in das dritte Gitter und der Achse der Elektronenstrahlquelle abgebildet wird. Lediglich in diesem Falle kann bei einer bestimmten Stärke der Konvergenzlinse sowohl eine vollständige Konvergenz der Bündel in der Ebene der Farbwählelektrode als auch eine vollständige Fokussierung jedes Bündels in dieser Ebene erreicht werden.
Im besonderen Falle, dass die Achsen der Bündel beim Eintreten in das dritte Gitter parallel zur Achse der Elektronenstrahlquelle verlaufen, in welchem Falle die Achse eines Bündels noch mit der Achse der Elektronenstrahlquelle zusammenfallen kann, liegt der erwähnte Schnittpunkt im Unendlichen und muss der Bündelknoten jedes Bündels dort abgebildet werden. In letzterem Falle liegen die Mitten der Öffnungen in dem ersten, zweiten und dritten Gitter auf zur Achse der Elektronenstrahlquelle parallelen Linien. Aus baulichen Gründen ist diese Ausführungsform im allgemeinen vorzuziehen.
Dabei brauchen die Achsen der Kathoden nicht mit denen der Öffnungen in den Gittern zusammenzufallen. Der zulässige Mindestabstand zwischen den Kathoden ist daher nicht ohne weiteres ein beschränkender Faktor bei der Wahl des Abstandes der Öffnungen im dritten Gitter.
Die Konvergenzlinse kann eine Beschleunigungslinse sein, die aus zwei Elektroden besteht, d. h.
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dem gemeinsamen vierten Gitter und entweder einem gemeinsamen fünften Gitter oder einem leitenden Belag, oder sie kann eine Drei-Elektrodenlinse sein, z. B. vom sogenannten Unipotentialtyp. Eine Be- sottleunigungslinse bietet an sich den Vorteil, dass die sphärische Aberration kleiner ist als die einer Drei-Elektrodenlinse gleichen Durchmessers und gleicher Stärke. Insbesondere enthält die Elektronenstrahlquelle ein gemeinsames, nahezu kreiszylinderförmiges fünftes Gitter. Dies bietet den Vorteil, dass das fünfte Gitter in bezug auf die ändern Einzelteile der Elektronenstrahlquelle gut zentrierbar ist.
Besteht die Beschleunigungslinse aus dem gemeinsamen vierten Gitter und einem leitenden Belag, so können Schwierigkeiten auftreten, da die mit dem leitenden Belag bedeckte Innenwandung des Glashalses keine Abweichungen von der Zylinderform haben darf und die Achse der Elektronenstrahlquelle mit grösster Präzision mit der Halsachse zusammenfallen muss.
Für die fokussierende Linsenwirkung auf jedes Elektronenbündel ist es erwünscht, dass das Fokussie- rungsfeld für jedes Elektronenbündel möglichst drehsymmetrisch um die Achse des Elektronenbündels ist.
In der Röhre erfolgt die fokussierende Linsenwirkung zwischen dem zweiten und dem vierten Gitter. Die Achse des gemeinsamen vierten Gitters liegt exzentrisch gegenüber den Achsen der ausserhalb der Achse der Elektronenstrahlquelle liegenden Elektronenbündel, wodurch die Drehsymmetrie um diese Bündelachsen im Prinzip gestört wird. Man kann diese Störung hintanhalten, wenn am dritten Gitter eine be- sondere Massnahme getroffen wird. Vorzugsweise ist das dritte Gitter an der dem vierten Gitter zugekehrten
Seite mit einer ringförmigen Erhöhung versehen, deren Durchmesser grösser als der Umkreis um die Öffnungen und höchstens gleich dem Durchmesser des dem dritten Gitter zugekehrten Teiles des vierten Gitters ist.
Das in der Achsenrichtung kurze dritte Gitter bietet ausserdem noch die Möglichkeit, die Bündel an der Stelle des ersten, zweiten und dritten Gitters näher aneinander zu bringen als es im Zusammenhang mit dem Abstand zwischen den nicht auf der Achse der Elektronenstrahlquelle liegenden Bündeln und dieser Achse im Feld der Konvergenzlinse notwendig wäre. Unter Beibehaltung des letzteren Abstandes ist dann eine stärkere Divergenz der Bündel an der Stelle der Linsenwirkung zwischen dem dritten und vierten Gitter möglich, was bestimmte Vorteile bietet. Diese stärkere Divergenz ist in diesem Falle erzielbar, ohne dass das vierte Gitter kürzer gewählt wird.
Eine Verkürzung des vierten Gitters stösst an sich auf Schwierigkeiten, da es als erste Elektrode der Konvergenzlinse stets länger sein muss als eine bestimmte Länge, damit das an der Stelle des dritten Gitters auftretende Fokussierungsfeld in ausreichendem Masse vom Konvergenzfeld getrennt ist. Die stärker divergierende Linsenwirkung zwischen dem dritten und vierten Gitter ist durch eine Herabsetzung des Querschnittes des vierten Gitters bei gleicher Spannung an diesem Gitter erzielbar. Der Querschnitt des vierten Gitters muss aber an der Stelle der Konvergenzlinse maximal sein, damit die sphärische Aberration minimal ist. Insbesondere ist daher der Querschnitt des vierten Gitters an der Seite des dritten Gitters kleiner als an der andern Seite. Die Konvergenz der stärker divergierenden Bündel muss naturgemäss stärker sein.
Dies kann im Falle einer Beschleunigungslinse durch eine niedrigere Spannung am vierten Gitter erreicht werden, was an sich vorteilhaft ist, und im Falle einer Drei-Elektronenlinse durch Verlängerung der Mittelelektrode erreicht wird. Die niedrigere Spannung am vierten Gitter, die im Falle einer Beschleunigungslinse für die stärkere Konvergenz erwünscht ist, verursacht an sich zwar eine Abschwächung der divergierenden Linsenwirkung zwischen dem dritten und vierten Gitter, aber diese Abschwächung ist wesentlich geringer als die Erhöhung der divergierenden Linsenwirkung durch die Herabsetzung des Querschnittes. Die erwähnte Gestalt des vierten Gitters kann noch auf verschiedene Weise verwirklicht werden. Das vierte Gitter kann aus wenigstens zwei miteinander verbundenen, nahezu kreiszylinderförmigen Teilen bestehen.
Bei einer andern Ausführungsform ist das vierte Gitter wenigstens teilweise konisch.
Besteht das vierte Gitter aus wenigstens zwei miteinander verbundenen, nahezu kreisförmigen Teilen. so sind besonders günstige Ergebnisse mit einem Aufbau erzielbar, bei dem die Länge des an der Seite des dritten Gitters liegenden Teiles nahezu gleich dem Innenradius dieses Teiles ist.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Schnitt durch eine Elektronenstrahlröhre und Fig. 2 bestimmte Teile des Schnittes nach Fig. l in vergrösserem Massstab.
Die Elektronenstrahlröhre --1-- enthält eine schematisch dargestellte Elektronenstrahlquelle --2--, die drei Elektronenbündel erzeugt, deren Mitten in einer durch die Achse der Elektronenstrahlquelle gehenden Ebene liegen, wobei die Achse des mittleren Elektronenbündels mit der Achse der Elektronenstrahlquelle zusammenfällt. Die von der Elektronenstrahlquelle --2-- erzeugten drei Elektronenbündel konvergieren auf der Schattenmaske --3--, worauf jedes Elektronenbündel auf bestimmte Teile des Leuchtschirmes --4.. - auftrifft. Die Abtastung des Schirmes erfolgt durch die schematisch dargestellte Ablenkvorrichtung --5--.
In Fig. 2 ist der Halsteil der Röhre in einem Schnitt durch die Achse der Elektronenstrahlquelle dar-
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gestellt. Die Elektronenstrahlquelle enthält drei Kathoden-6, 7 und 8--, ein gemeinsames ersten Git- ter-9--, das für die von den Kathoden-6, 7 und 8-herrührenden Bündel mit Öffnungen --10, 11 und 12-- versehen ist, ein gemeinsames zweites Gitter --13--, das mit Öffnungen-14, 15 und 16-- ver- sehen ist, und ein gemeinsames drittes Gitter --17--, das die Öffnungen-18, 19 und 20-aufweist. Die Mitten der Öffnungen --11, 15 und 19--liegen auf der Achse --21--der Elektronenstrahlquelle, während die Mitten der Öffnungen --10,
14 und 18-- auf einer zur Achse --21-- parallelen Linie --22-- und die Mitten der Öffnungen-12, 16 und 20-- auf einer gleichfalls zur Achse parallelen Linie --23-- liegen. In diesem Falle fällt die Linie --22-- mit der Achse der Kathode --6--, die Achse --21-- mit der Achse der Kathode --7-- und die Linie --23-- mit der Achse der Kathode --8-- zusammen. Die Elektronenstrahlquelle enthält weiterhin ein gemeinsames viertes Gitter --24-- und ein gemeinsames kreiszylinderförmiges fünftes Gitter --25--. Das vierte Gitter besteht aus zwei miteinander verbundenen kreiszylinderförmigen Teilen --26 und 27--. Das plattenförmige dritte Gitter --17-- ist an der dem vierten Gitter --24-- zugekehrten Seite mit einer ringförmigen Erhöhung --28-- verschen.
Bei einer bestimmten Ausführungsform ist zwischen den Kathoden-6, 7 und 8-- und dem ersten Gitter --9-- ein Abstand von 0, 09 mm vorgesehen, zwischen dem ersten Gitter --9-- und dem zweiten Gitter --13-- ein Abstand von 1, 0 mm und zwischen dem zweiten Gitter --13-und dem dritten Gitter --17-- ein Abstand von 1, 5 mm. Das erste Gitter --9-- hat eine Stärke von 0, 20 mm, das zweite Gitter --13-- eine Stärke von 0, 50 mm und das dritte Gitter--17-- gleichfalls eine Stärke von 0, 50 mm. Die kreisförmigen Öffnungen --10, 11 und 12-- im ersten Gitter
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im dritten Gitter --17-- einen Durchmesser von 2, 0 mm. Der Abstand zwischen der durch die Mitten derÖffnungen--12,16und20--gehendenLinie--23--undderAchse--21--derElektronenstrahlquelle beträgt 3, 5 mm.
Der Innendurchmesser der Teile --26 und 27-- des vierten Gitters --24-- beträgt 14 bzw. 20 mm. Der Durchmesser der ringförmigen Erhöhung --28-- beträgt 14 mm und ist somit gleich dem Innendurchmesser des dem dritten Gitter --17-- zugekehrten Teiles --26-- des vierten Gitters --24--. Der Innendurchmesser des fünften Gitters --25-- beträgt 20 mm. Die Abmessung der Erhöhung --28-- in Richtung der Achse --21-- beträgt 1,5 mm, die des Teiles --26-- in dieser Richtung 7 mm, die des Teiles --27-- in dieser Richtung 18 mm und die des fünften Gitters --25-- in dieser Richtung 10 mm. Der Abstand zwischen der Erhöhung --28-- und dem Teil --26-- beträgt 2 mm und zwischen dem Teil --27-- und dem fünften Gitter --25-- gleichfalls 2 mm.
Die Elektronenstrahlquelle kann mit folgenden Spannungen betrieben werden :
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<tb>
<tb> Kathode <SEP> zwischen <SEP> 0 <SEP> und <SEP> 140 <SEP> V
<tb> erstes <SEP> Gitter <SEP> 0 <SEP> V <SEP>
<tb> zweites <SEP> Gitter <SEP> 1700 <SEP> V <SEP>
<tb> drittes <SEP> Gitter <SEP> 350 <SEP> V
<tb> viertes <SEP> Gitter <SEP> 4300 <SEP> V
<tb> fünftes <SEP> Gitter <SEP> 25000 <SEP> V. <SEP>
<tb>
Die veränderliche Spannung an der Kathode dient zur Bündelsteuerung.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektronenstrahlröhre mit einer Elektronenstrahlquelle zum Erzeugen mehrerer Elektronenbündel und einem Leuchtschirm, an dessen der Elektronenstrahlquelle zugekehrter Seite in geringem Abstand eine Farbwählelektrode angeordnet ist, in deren Ebene die verschiedenen Elektronenbündel konvergieren, wobei die Elektronenstrahlquelle für jedes Elektronenbündel eine getrennte Kathode enthält, sowie ein gemeinsames erstes Gitter, das für jedes Bündel mit einer Öffnung versehen ist, ein gemeinsames zweites Gitter, das als Beschleunigungselektrode dient und für jedes Bündel eine Öffnung aufweist, ein gemeinsames drittes Gitter, das für jedes Bündel mit einer Öffnung versehen ist, und ein gemeinsames
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Mitten wenigstens angenähert in einer durch die Achse (21) der Elektronenstrahlquelle (2) gehenden Ebene liegen,
weniger als 7 mm beträgt und die Abmessung des dritten Gitters in Richtung der Achse der Elektronenstrahlquelle an der Stelle der Öffnungen höchstens gleich 4 mm ist.