AT393759B

AT393759B - Kathodenstrahlroehre

Info

Publication number: AT393759B
Application number: AT0273784A
Authority: AT
Original assignee: Sony Corp
Priority date: 1983-08-26
Filing date: 1984-08-27
Publication date: 1991-12-10
Also published as: JPH0147852B2; GB2145874B; ATA273784A; FR2551264B1; AU568868B2; CA1219304A; JPS6047351A; GB2145874A; FR2551264A1; NL8402609A; KR850002162A; GB8421504D0; AU3206984A; US4910429A; KR910007801B1

Description

AT 393 759 B

Diese Erfindung betrifft eine Kathodenstrahlröhre mit einem Röhrenkolben, einer Elektronenstrahlquelle, die an einem Ende des Röhrenkolbens angeordnet ist, zwei Gitterelektroden zur Regelung des Elektronenstrahls, die im Bereiche der Elektronenstrahlquelle in Strahlrichtung nach dieser und hintereinander angeordnet sind, einer Auffangelektrode, die am anderen Ende des Röhrenkolbens gegenüber der Elekronenstrahlquelle angeordnet ist, einer Maschenelektrode, die gegenüber der Auffangselektrode angeordnet ist, und einer elektrostatischen Linseneinrichtung, die aus einer ersten, einer zweiten und einer dritten jeweils längs des Elektronenstrahlweges angeordneten zylindrischen Elektrode besteht und zwischen der Elektronenstrahlquelle und der Maschenelektrode angeordnet ist, wobei die zweite Elektrode vier Schlitze in Form eines Pfeil- oder Zick-Zack-Musters zur Ablenkung des Elektronenstrahls aufweist.

Als Stand der Technik sind Bildaufnahmeröhren mit magnetischer Fokussierung und magnetischer Ablenkung oder elektrostatischer Fokussierung und magnetischer Ablenkung bekannt. Bei diesen Bildaufnahmeröhren kann man üblicherweise gute Kenndaten erreichen, wenn die Röhre lang ist. Wird jedoch die Bildaufnahmeröhre z. B. in einer Videokamera mit kleinen Abmessungen verwendet, muß die Länge der Röhre vorzugsweise kurz sein, da die Videokamera als Ganzes kompakt gemacht werden soll.

Wenn die Bildaufnahmeröhre in einer Videokamera mit kleinen Abmessungen verwendet wird, ist eine kleine Leistungsaufnahme von Vorteil.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kathodenstrahlröhre zu schaffen, die kompakt und leicht ist, sowie eine geringe Leistungsaufnahme besitzt, ohne dabei die Kenndaten zu beeinträchtigen.

Diese Aufgabe wird bei einer Kathodenstrahlröhre der eingangs angeführten Art dadurch gelöst, daß der Abstand (/) zwischen der Elektronenstrahlquelle und der Maschenelektrode im Bereich von 2 0 bis 4 0 liegt, wobei 0 der Innendurchmesser der Kathodenstrahlröhre ist

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnungen beschrieben, in denen zeigt

Fig. 1 den Schnitt durch eine Kathodenstrahlröhre gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 die Abwicklung der Elektroden (Gj, G4, Gg) von Fig. 1;

Fig. 3 ein Diagramm, in dem die Äquipotentialfläche von elektrostatischen Linsen dargestellt ist, die von der Kathodenstrahlröhre in dieser Ausführungsform gebildet werden;

Fig. 4A, 4B Diagramme, in denen die Linsenwiikung der Erfindung dargestellt wird;

Fig. 5 ein Diagramm, in dem das Verhältnis zwischen der Strahlabweichung und der Röhrenlänge dargestellt ist; und

Fig. 6 den Schnitt durch den Hauptteil einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

In Zusammenhang mit Fig. 1 wird nun eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Die Ausführungsform stellt ein Beispiel dar, wie die Erfindung auf eine Bildaufnahmeröhre mit elektrostatischer Fokussierung und elektrostatischer Ablenkung angewandt werden kann.

Die Fig. 1 zeigt einen Glaskolben (1), eine Stimplatte (2), einen Auffangschirm (3) (Fotoleiterschirm), einen Kaltverschluß aus Indium (4), sowie einen Metallring (5). Der Auffangschirm (3) wird mit einer Vorspannung von beispielsweise +50 V versorgt. Mit der Bezugsziffer (6) ist eine Stiftelektrode für den Signalabgriff bezeichnet, die über die Stimplatte (2) vorspringt und mit dem Auffangschirm (3) in Berührung steht Eine Maschenelektrode (Gg) ist auf einer Maschenhalterung (7) befestigt Die Maschenelektrode (G^) ist über die Maschenhalterung (7) und dem Kaltverschluß aus Indium (4) mit dem Metallring (5) verbunden. Eine vorgeschriebene Spannung, z. B. +950 V, wird über den Metallring (5) an die Maschenelektrode (G^) angelegt

In Fig. 1 sind eine Kathode (K), eine erste Gitterelektrode (Gj) sowie eine zweite Gitterelektrode (G2) dargestellt, die zusammen einen Strahlerzeuger bilden. Die (Gj)-Elektrode und die (G2)-Elektrode werden mit einer

Spannung von beispielsweise +4 V bzw. +320 V angespeist Mit der Bezugsziffer (8) ist ein Glaswulst für die Befestigung dieser Elektroden und mit (LA) eine Strahlbegrenzerblende bezeichnet hi Fig. 1 sind eine dritte Gitterelektrode (G3), eine vierte Gitterelektrode (G4) sowie eine fünfte Gitterelektrode (G5) dargestellt die bei dieser Erfindung jeweils der ersten, zweiten und dritten Zylinderelektrode entsprechen. Diese Elektroden werden in einem Verfahren hergestellt bei dem ein Metall, z. B. Chrom oder Aluminium, auf die Innenfläche des Glaskolbens (1) aufgedampft oder geschichtet wird, worauf in einem Laser-Schneide- oder einem Foto-Ätz-Vorgang die oben beschriebenen Muster ausgebildet werden. Bei dieser Erfindung wird das Fokussierelektroden-System von den Elektroden (G-j, G4 und Gg) gebildet, wobei die Elektrode (G4) auch als Ablenkelektrode dient

Die Elektrode (G5) ist mit einer leitenden Schicht (10) verbunden, die auf einer Räche eines Keramikrings (11) ausgebildet ist, der an einem Ende des Glaskolbens (1) dicht angeschmolzen ist Die leitende Schicht (10) wird beispielsweise von einer sinternden Ag-Paste gebildet. Der Elektrode (Gg) wird über den Keramikring (11) eine vorgeschriebene Spannung von beispielsweise +500 V aufgeprägt

In der Fig. 1 sind die Elektroden (G3, G4 und G5) so ausgebildet, wie dies die Abwicklung von Fig. 2 -2-

AT 393 759 B zeigt. Das bedeutet, daß die Elektrode (G4) ein Muster bildet, bei dem vier Elektroden (H+), (H-), (V+), (V-) isoliert, verschachtelt und abwechselnd angeordnet sind (Pfeil- oder Zick-Zack-Muster). Von diesen Elektroden (H+), (H-), (V+), (V-) werden weiters an der Innenfläche des Glaskolbens (1) gleichzeitig mit den Elektroden Zuleitungen (12H+), (12H-), (12V+) und (12V-) ausgebüdet. Die Zuleitungen (12H+), (12H-), (12V+) und (12V·) sind von den Elektroden (Gg) isoliert und kreuzen sie. In Fig. 2 ist ein Schlitz (SL) dargestellt, der verhindert, daß die (G^)-Elektrode erhitzt wird, wenn die Elektroden (Gj und G2) zum Evakuieren von außerhalb des Röhienkolbens erhitzt werden.

Fig. 1 zeigt eine Kontaktfeder (13), von der ein Ende an einem Stift (14) befestigt ist und das andere Ende mit den Zuleitungen (12H+), (12H-), (12V+) und (12V-) in Berührung steht. Feder und Stift sind für jede Zuleitung (12H+), (12H-), (12V+) und (12V-) vorgesehen. Die Elektroden (H+) und (H-), die die Elektrode (G4) bilden, werden über den Stift, die Feder und die Zuleitungen (12H+), (12H-), mit der vorgeschriebenen Spannung, beispielsweise der Zeilenablenkspannung, angesteuert, die sich von der Mittenspannung +13 V symmetrisch in einem Bereich von +50 V und -50 V ändert. Die Elektroden (V+) und (V-) werden gleichfalls über den Stift, die Feder und die Zuleitungen (12V+), (12V-) mit der vorgeschriebenen Spannung, beispielsweise der Bildablenkspannung, angesteuert, die sich von der Mittenspannung +13 V in einem Bereich zwischen +50 V und -50 V ändert.

Weiters zeigt Fig. 1 eine Kontaktfeder (15), von der ein Ende mit einem Zapfen (16) und das andere Ende mit der Elektrode (Gj) verbunden ist. Eine vorgeschriebene Spannung, beispielsweise +500 V, wird der Elektrode (G3) über den Zapfen (16) und die Feder (15) aufgeprägt.

Fig. 3 zeigt strichliert die Äquipotentialfläche der elektrostatischen Linsen, die von den Elektroden (G-j-Gg) gebildet werden, wobei durch die elektrostatischen Linsen eine Fokussierung des Elektronenstrahls (Bm) «folgt. Die zwischen den Elektroden (Gg und Gg) ausgebildete elektrostatische Linse korrigiert den Auftreffehler. Die in Fig. 3 strichliert dargestellte Äquipotenialfläche enthält nicht das elektrische Ablenkfeld durch die Elektrode (G4).

Die Ablenkung des Elektronenstrahls (Bm) erfolgt durch das elektrische Feld (E) der Elektrode (G^.

Obwohl beim obigen Beispiel die elektrostatische Fokussierung durch die drei Elektroden (G3, G4, G5) erfolgt, ist die Anzahl der Elektroden nicht darauf beschränkt.

Bei einer Bildaufnahmeröhre mit elektrostatischer Fokussierung und elektrostatischer Ablenkung, wie sie Fig. 1 zeigt, kann die Länge der Röhre kürzer gemacht werden, ohne daß daraus im Vergleich zu anderen Röhren qualitative Nachteile entstehen.

Bei Bildaufnahmeröhren mit elektrostatischer Fokussierung und magnetischer Ablenkung und magnetischer Fokussierung und magnetischer Ablenkung erfolgt die Ablenkung beispielsweise durch ein Magnetfeld. Wenn ein Elektron von einem Magnetfeld abgelenkt wird, ändert sich die kinetische Energie des Elektrons nicht, doch nimmt während der Ablenkung der Geschwindigkeitsanteil in axialer Richtung ab. Dies führt zu einer Bildfeldwölbung, durch die eine Entfokussierung am Randbereich des Auffangschirms auftritt. Die Entfokussierung wird üblicherweise mit einer dynamischen Fokussierung korrigiert, doch nimmt bei einer Verkürzung der Röhrenlänge der Ablenkwinkel zu, wobei die Bildfeldwölbung ebenfalls größer wird und eine verstärkte Korrektur erforderlich ist. Bei einer Magnetablenkung ändert sich die Ablenkmitte in Abhängigkeit vom Ablenkbetrag. Wenn daher die Länge der Röhre verkürzt wird, wird der Ablenkwinkel größer und die Änderung der Ablenkmitte wird ebenfalls größer. Wenn der Auftreffehler in diesem Zustand mit der Kollimationslinse korrigiert wird, werden die Kenngrößen des Auftreffwinkels verschlechtert Weiters ist bei Bildaufnahmeröhren mit elektrostatischer Fokussierung und magnetischer Ablenkung und magnetischer Fokussierung und magnetischer Ablenkung die Ablenkleistung etwa dem Faktor l/(Röhrenlänge) proportional. Wenn daher die Röhrenlänge kürzer gemacht wird, steigt die für die Ablenkung erforderliche Leistungsaufnahme erheblich an.

Im Gegensatz dazu erfolgt die Ablenkung bei Bildaufnahmeröhren mit magnetischer Fokussierung und elektrostatischer Ablenkung oder elektrostatischer Fokussierung und elektrostatischer Ablenkung durch ein elektrisches Feld. Wenn daher die Länge der Röhre verkürzt wird, treten die oben erwähnten Schwierigkeiten nicht auf, die bei der magnetischen Ablenkung vorhanden sind.

Weiters ist bei Bildaufnahmeröhren mit magnetischer Fokussierung und magnetischer Ablenkung oder magnetisch« Fokussierung und elektrostatischer Ablenkung die Fokussierleistung dem Faktor l/(Röhrenlänge)^ proportional. Wenn daher die Röhre kürzer gemacht wird, steigt die für die Fokussierung erforderliche Leistungsaufnahme drastisch an.

Es kann nur bei Bildaufnahmeröhren mit elektrostatischer Fokussierung und elektrostatischer Ablenkung die Röhrenlänge verkürzt werden, ohne daß an sich Schwierigkeiten entstehen.

Untersuchungen ergaben, daß bei Bildaufnahmeröhren mit elektrostatischer Fokussierung und elektrostatischer Ablenkung die Kenndaten beeinträchtigt werden, wenn die Röhrenlänge nicht um einen gewissen Betrag gekürzt wird. -3-

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Dies wird im Zusammenhang mit Fig. 4 erläutert.

Parameter, die die Kenndaten der Bildaufnahmeröhre mit elektrostatischer Fokussierung und elektrostatischer Ablenkung bestimmen, sind die Länge (x) der (G^-Elektrode (Ablenkelektrode), der Abstand (y) zwischen der Strahlbegrenzerblende (LA) und dem Mittelpunkt der (G4)-Elektrode sowie die Röhrenlänge (1) (Abstand zwi-

Wenn die Röhrenlänge (1) beim Eintritt des Elektronenstrahls (Bm) in die elektrostatische Linse zu groß ist, wie dies Fig. 4A zeigt, wird der Strahlendurchmesser mit dem Streuungswinkel (γ) vergrößert Die Abweichung des Elektronenstrahls bei der Fokussierung auf den Auffangschirm wird daher wegen der Linsenabweichung größer. Um dies zu verbessern, muß der Elektronenstrahl (Bm) in die elektrostatische Linse eindringen, bevor er zu stark streut. Beispielsweise wird der Abstand (y) verkleinert, wie dies Fig. 4B zeigt In diesem Fall wird jedoch der Mittelpunkt der elektrostatischen Linse zur Seite der Strahlbegrenzerblende (LA) verschoben und die Vergrößerung wird groß (z. B. 2,0 und darüber). Damit muß der Durchmesser der Strahlbegrenzerblende (LA) kleiner gemacht werden, was jedoch vom Gesichtspunkt der Fertigung nicht vorzuziehen ist

Wenn andererseits die Röhrenlänge (1) kurz ist, tritt der Elektronenstrahl (Bm) in die elektrostatischen

Linsen ein, bevor er zu stark streut wodurch die Abweichung unterdrückt wird.

Da der Ablenkwinkel groß wird, wenn die Röhrenlänge 0) zu kurz ist muß der Auftreffehler durch eine Vergrößerung der Kollimation korrigiert werden, wodurch die Abweichung zunimmt, die auf auf einer Verzerrung der Kollimationslinse beruht.

Wenn daher die Röhrenlänge nicht um einen gewissen Betrag verkürzt wird, werden die Kenndaten bei Bildaufnahmeröhren mit elektrostatischer Fokussierung und elektrostatischer Ablenkung verschlechtert

Fig. 5 zeigt die Aberrationskennlinien, wenn die Röhrenlänge (1) bei vorgegebenen Werten von (x und y) verändert wird, wobei 0 der Röhrendurchmesser ist In der Fig. 5 stellen die volle Kurve (A), die strichlierte Kurve (B), die strichpunktierte Kurve (C) und die strichzweipunktierte Kurve (D) die Aberrationskennlinien dar. Dabei ist: (x = 1/31-1/10 1, y = 1/21 - 1/101), (x = 1/3 1 + 1/101, y = 1/2 1 - 1/101), (x = 1/31-1/101, y = 1/21) bzw. (x = 1/3 1 + 1/101, y = 1/21).

Aus Fig. 5 erkennt man, daß die Röhrenlänge (1) bei elektrostatischer Fokussierung und elektrostatischer Ablenkung vorzugsweise 2 0 bis 4 0 beträgt

Im Gegensatz zu den oben beschriebenen Bildaufnahmeröhren mit elektrostatischer Fokussierung und elektrostatischer Ablenkung ist bei magnetischer Fokussierung und magnetischer Ablenkung 1 = 40 oder größer und bei elektrostatischer Fokussierung und magnetischer Ablenkung 1 = 4 0 bis 5 0. Bei magnetischer Fokussierung und elektrostatischer Ablenkung kann 1 = 30 sein, doch kann dabei die Fokussierleistung nicht vernachlässigt werden. Um die Leistungsaufnahme ohne Beeinträchtigung der Kenndaten auf ein Minimum zu bringen, kann daher die Röhrenlänge am meisten gekürzt werden, wenn eine Bildaufnahmeröhre mit elektrostatischer Fokussierung und elektrostatischer Ablenkung gewährt wird

Beim Aufbau der Bildaufnahmeröhre mit elektrostatischer Fokussierung und elektrostatischer Ablenkung, wie die Fig. 1 zeigt, kann die Röhrenlänge 0) ohne Beeinträchtigung der Kenndaten verkürzt werden, wobei de Ablenkspule und die Fokussierspule nicht benötigt werden, wodurch man eine kompakte und leichte Kathodenstrahlröhre erhält. Da Ablenkung und Fokussierung elektrostatisch erfolgen, ist weiters nur eine geringere Leistungsaufnahme erforderlich.

Bei der Ausführungsform von Fig. 1 werden an der Innenfläche des Glaskolbens Metallmuster aufgebracht, die die Elektroden bilden. Damit kann der Durchmesser da1 Kollimationslinse etwa genau so groß wie der Innendurchmesser des Glaskolbens gemacht werden. Wenn die Röhrenlänge verkürzt wird, nimmt der Ablenkwinkel zu, wodurch die Kollimationslinse stärker gemacht werden muß. Da jedoch der Durchmesser der Kollimationslinse so groß gemacht werden kann, wie dies oben beschrieben wurde, werden die Aberration nicht groß«: und die Kenndaten des Auftreffwinkels auch dann nicht beeinträchtigt, wenn die Kollimationslinse verstärkt wird.

Um der Elektrode (Gg) eine Spannung aufzuprägen, kann, wie in Fig. 6 eine andere Ausführungsform zeigt, ein Keramikring (18), dessen Oberfläche mit einer leitenden Schicht, z. B. einer Ag-Paste oder ähnlichem, überzogen ist, in der Mitte des Glaskolbens (1) gegenüber der (Gg)-Elektrode dicht eingeschmolzen werden, wobei die Spannung über den Keramikring (18) aufgeprägt wird. Obwohl dies in der Fig. 6 nicht gezeigt ist, kann durch den Glaskolben (1) gegenüber der (Gg)-Elektrode ein Loch gebohrt werden, wobei ein Metallstift eingelötet oder eine leitende Glasschmelze aufgebracht werden kann, um die Spannung über den Metallstift oder die leitende Glasschmelze an die Elektrode (Gs) zu legen.

Obwohl die obigen Ausführungsformen die Anwendung der Erfindung auf eine Bildaufnahmeröhre mit elektrostatischer Fokussierung und elektrostatischer Ablenkung offenbaren, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Erfindung kann auch auf Kathodenstrahlröhren, z. B. Speicherröhren, Abtastumsetzerröhren (scan Converter tubes) oder ähnliches angewandt werden.

Da die Kathodenstrahlröhre mit elektrostatischer Fokussierung und elektrostatischer Ablenkung aufgebaut ist, kann erfindungsgemäß, wie oben beschrieben, die Röhrenlänge 0) verkürzt werden, ohne die Kenndaten zu beeinträchtigen, wobei weiters die Ablenkspule und die Fokussierspule nicht benötigt werden, wodurch man eine körn- -4-

Claims

AT 393 759 B pakte und leichte Kathodenstrahlröhre erhalten kann. Da weiters Ablenkung und Fokussierung elektrostatisch erfolgen, ist nur eine geringe Leistungsaufnahme erforderlich. PATENTANSPRUCH Kathodenstrahlröhre mit einem Röhrenkolben, einer Elektronenstrahlquelle, die an einem Ende des Röhrenkolbens angeordnet ist, zwei Gitterelektroden zur Regelung des Elektronenstrahls, die im Bereiche der Elektronenstrahlquelle in Strahlrichtung nach dieser und hintereinander angeordnet sind, einer Auffangelektrode, die am anderen Ende des Röhrenkolbens gegenüber der Elektronenstrahlquelle angeordnet ist, einer Maschenelektrode, die gegenüber der Auffangelektrode angeordnet ist, und einer elektrostatischen Linseneinrichtung, die aus einer ersten, einer zweiten und einer dritten jeweils längs des Elektronenstrahlweges angeordneten zylindrischen Elektrode besteht und zwischen der Elektronenstrahlquelle und der Maschenelektrode angeordnet ist, wobei die zweite Elektrode vier Schlitze in Form eines Pfeil- oder Zick-Zack-Musters zur Ablenkung des Elektronenstrahls aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (1) zwischen der Elektronenstrahlquelle (K) und der Maschenelektrode (Gg) im Bereich von 2 0 bis 4 0 liegt, wobei 0 der Innendurchmesser der Kathodenstrahlröhre ist. Hiezu 4 Blatt Zeichnungen -5-