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La présente invention est relative à des tubes à rayons cathodi-
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et circuits qui sont utilisés pour fournir une amplification d'images électroniques.
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sous le titre "Amplificateur à rayons cathodiques", un tube à rayons cathodiques fournissant l'amplification d'image est décrit. Suivant ce brevet, l'amplification d'une image électronique est accomplie au moyen d'un tube à rayons cathodiques pourvu de deux canons électroniques destines à émettre des électrons d'une façon générale dans la même direction. Dans le chemin des faisceaux d'électrons émanant de ces canons, se trouve montée une grille perforée ou structure à mailles constituée par un écran métallique de fils entourés d'un isolant. Une électrode anodique maintenue à un potentiel positif plus élevé que
le potentiel de grille est montée sur le côté de la structure de grille le plus
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vitesse, concentrés de façon à couvrir toute l'aire de la structure de grille. L'autre canon émet un faisceau d'électrons concentrés de façon à couvrir seulement une aire élémentaire de la structure de grille:, et ces électrons ont une vitesse suffisamment élevée de façon à provoquer une émission'secondaire plus grande que l'unité de la substance isolante couvrant la structure de grille. Si des signaux d'image sont appliqués au second canon à électrons pour faire varier la vitesse d'électrons ou au conducteur de la structure de grille pour faire varier la différence de potentiel de la cathode du second canon à électrons par rapport à celui-ci, tandis que le faisceau de ce canon est exploré pour couvrir la structure de grille, une charge d'image positive est produite sur l'écran et varie en concordance avec les signaux d'images.
En conséquence, la variation du faisceau des électrons du premier canon à électrons à travers la structure de grille produira en fait une image électronique ampli-
<EMI ID=5.1> Le système tel que décrit ci-dessus nécessite une vitesse relativement élevée pour le second canon à électrons ou canon d'exploration, si bien qu'une émission secondaire plus grande que l'unité est produite. De plus, le degré de charge d'image qui peut être produit sur la structure de grille dépend largement de la vitesse du faisceau d'exploration et de la nature de la surface émissive d'électrons secondaires de la grille. Le tube fonctionne seulement dans la région positive servant à réduire le nombre d'électrons passant à travers la grille par l'attraction des électrons par celle-ci en raison des charges positives.
De plus, la perte des charges appliquées doit se produire par le revêtement isolant des conducteurs de la structure de grille, et ceci peut être contrôlé seulement par l'épaisseur du revêtement isolant et par les propriétés diélectriques de celui-ci.
Une autre construction proposée de tube d'enregistrement basée sur l'emploi d'un réseau ou écran d'emmagasinage a été proposée par le demandeur et est décrite dans "Proceedings of the Institute of Radio Engineers" de juil-
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sinage est pourvu d'une structure à mailles métalliques, revêtue sur la surface la plus éloignée d'un canon à électrons au moyen d'un matériau diélectrique. Une électrode combinée collectrice et réflectrice est placée et fait face à la surface isolante. Dans le fonctionnement, cette électrode collectrice et réflectrice est maintenue à un potentiel négatif pendant l'application des signaux d'images pour charger l'écran, tandis que l'écran supportant le matériau diélectrique se trouve à un potentiel positif.
Les électrons émis par le canon pénètrent à travers les ouvertures de l'écran et, en raison de l'électrode réflectrice, sont amenés à retourner et à bombarder la surface isolante y arrachant des électrons secondaires, si bien qu'une charge positive est produite sur le revêtement isolant dépendant des variations imparties au faisceau par les signaux d'images. Ainsi, lorsque le faisceau est exploré, une image électro-statique positive est emmgasinée sur le revêtement isolant. Pour la reproduction de cette image, l'électrode collectrice est rendue positive, si bien que le faisceau, lorsqu'il est exploré sur la surface chargée, variera
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ge. Dans un arrangement proposé dans l'article sus-mentionné, le faisceau peut être déconcentré pendant cette période de reproduction de façon que la surface entière de l'écran d'emmagasinage soit couverte par le faisceau et l'image peut être reproduite toute entière sans exploration.
On notera, dans ce cas particulier, que la charge électro-statique doit être positive. ainsi, l'action effective de la grille de contrôle est limitée à la région positive. De plus, cette construction nécessite que le revêtement isolant soit disposé sur la face la plus éloignée du canon à électrons, et ceci nécessite des arrangements de contrôle relativement complexes.
Un objet de la présente invention est de fournir un tube amplificateur d'image du type dans lequel une charge d'image est appliquée sur une structure de grille perforée par un faisceau à électrons d'exploration et destinée à contrôler le faisceau des électrons fournis par un canon à électrons à travers les ouvertures et dans lequel la structure de grille est actionnée à tous les instants dans la région négative. Le faisceau du canon à électrons d'exploration peut être à basse vitesse de façon à constituer une charge d'image négative sur la grille, la grille comprend un écran conducteur dont la surface vers la source de faisceau d'exploration seulement est revêtue avec un diélectrique émetteur d'électrons secondaires. Dans ce cas, l'écran conducteur est polarisé positivement.
Si un faisceau d'exploration à vitesse plus élevée est utilisé de façon que le diélectrique tend à devenir plus positif, une polarisation négative est utilisée sur l'écran conducteur pour maintenir les caractéristiques de fonctionnement de la région négative de la surface diélectrique par rapport au canon à électrons de la cathode de projection de surface.
électrons peut être excité de façon que deux faisceaux d'électrons soient fournis dont l'un est concentré pour couvrir une aire élémentaire et l'autre pour couvrir sensiblement une aire plus grande ou la surface entière d'un écran diélectrique couvert sur la face la plus éloignée des canons à électrons avec du quartz par exemple. Le conducteur de cet écran composite peut être maintenu à un potentiel légèrement plus positif que la cathode du canon à électrons, la cathode du canon à électrons d'exploration étant négative par rapport au canon à électrons de surface. Si le faisceau d'exploration est amené
à une plus grande vitesse si bien qu'il provoque une émission secondaire tendant à charger positivement la surface isolante, alors l'écran est maintenu à un potentiel légèrement négatif par rapport à la cathode du canon à électrons de surface totale. Préférablement, des canons à électrons séparés sont utilisés pour produire le faisceau de surface entière et le faisceau d'exploration, soit simultanément ou séparément. A titre de variante, un seul canon peut être utilisé avec des contrôles variables de façon à changer .ses caractéristiques de fonctionnement alternativement pour servir soit de canon d'exploration, soit de canon de surface totale.
Des moyens sont prévus pour explorer le faisceau élémentaire sur l'écran composite ou sur la grille d'image d'emmagasinage dans une relation choisie dans le temps par rapport aux signaux d'images à emmagasiner et à reproduire. En même temps des variations dans le voltage correspondant avec
des signaux d'images sont produites entre la source du faisceau d'exploration et la grille d'emmagasinage d'image. La fuite de la charge emmagasinée se produit par le revêtement isolant et par la fuite de surface au voisinage des bords de ce revêtement sur les mailles métalliques, cette dernière produisant un effet prédominant. Le second ou canon de surface totale peut être exploré sur la surface de la grille d'emmagasinage si cette surface entière n'est
pas couverte par le faisceau. En raison des difficultés à obtenir un faisceau dont l'épaisseur soit uniforme pour la surface entière, il peut être préférable d'utiliser un faisceau qui ne couvre pas la surface entière et qui l'explore pour obtenir une plus grande uniformité de couverture moyenne de la surface de l'écran.
De façon à fournir une cathode virtuelle uniforme ou une source d'électrons au voisinage de la grille d'emmagasinage, une électrode collectrice peut être montée et espacée de la surface isolante de celle-ci. Cette électrode collectrice peut être sous la forme d'une maille ouverte, préférablement plus grossière que la maille de l'écran d'emmagasinage. Une petite différence de potentiel prédéterminée existera entre ces éléments suivant les potentiels de polarisation et les électrons introduits dans cet espace par les canons.
Le dispositif d'utilisation de l'image électronique formée par les électrons passant à travers le dispositif d'emmagasinage peut être un écran luminescent tel qu'un écran fluorescent. Etant donné que les électrons passant à travers la maille de l'écran d'emmagasinage de commande couvre une aire substantielle de l'écran luminescent, une brillance moyenne
plus grande est obtenue sans nécessiter de densités de courants excessivement élevés par rapport à ce que l'on a lorsqu'un faisceau de section élémentaire est utilisé. En conséquence, une image plus brillante convenant pour la projection peut: aisément être obtenue. De plus, une charge d'emmagasinage relativement faible contrôle un faisceau d'électrons beaucoup plus grand émanant de la cathode virtuelle, ce qui conduit à une amplification électronique.
Les caractéristiques et objets qui précèdent ainsi que d'autres
et la manière de les obtenir deviendront plus clairs ainsi que l'invention elle-même qui sera mieux comprise, en se référant à la description suivante d'un exemple de réalisation de l'invention pris en relation avec les dessins ci-joints dans lesquels:
La Fig. 1 est une vue en perspective partiellement brisée montrant un tube à image mettant en oeuvre des caractéristiques de l'invention.
thode de canon à électrons, telle que montrée dans la Fig. 1.
La Fig. 3 est un diagramme de circuit schématique pour un tube tel que celui montré dans la Fig. 1.
La Fig. 4 est une illustration schématique montrant le fonctionnement du système représenté dans la Fig. 3.
La Fig. 5 est une caractéristique typique de fonctionnement de la structure de la Fig. 3.
Les Figs. 6 et 7 sont des diagrammes de constructions de tubes donnés à titre de variante du tube représenté dans la Fig. 1.
La Fig. 8 est un diagramme schématique du circuit montrant un système pour le fonctionnement alterné du canon de surface entière et du canon d'exploration conformément à des caractéristiques de l'invention.
La Fig. 9 est un diagramme schématique d'un arrangement modifié destiné à actionner les canons à électrons alternativement, comme montré. dans la Fig. 8.
La Fig. 10 est un diagramme schématique d'une modification d'un tube à rayons cathodiques, conformément à la présente invention.
La Fig. 11 est un schéma détaillé de la structure du canon à électrons utilisé dans le circuit de la Fig. 10.
En se reportant maintenant aux dessins, un tube suivant cette invention, construit pour des buts de test, est représenté. Le tube comprend une enveloppe 1 ayant une partie 2 d'un diamètre relativement petit et une autre partie 3 de diamètre plus grand. A l'une des extrémités de l'enveloppe^ est monté un système de canon électronique 4 en vue de fournir deux rayons électroniques dont l'un .est concentré pour couvrir une surface élémentaire sur un
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une surface importante de celle-ci. Des connexions pour les différentes électrodes du canon traversent la base 5. Un revêtement conducteur 6 est prévu à l'intérieur de la partie enveloppante 2 pour le contrôle du faisceau ainsi qu'il est généralement prévu dans les tubes à rayons cathodiques. A l'extrémité opposée de l'enveloppe 1 on a prévu un écran 7 pour la reproduction de l'image qui peut être par exemple un écran fluorescent avec un revêtement de substance phosphoreuse qui entrera en fluorescence sous le choc des électrons. Un
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"Covar", sert à sceller l'écran fluorescent 7 à la partie du corps 3 de l'enveloppe. Un écran à couverture de mailles fines 9 est monté sensiblement à michemin entre les extrémités de la partie 3. Cet écran ou maille peut être désigné sous le nom d'électrode collectrice et est convenablement réalisé par une méthode de revêtement électrolytique. Cet écran peut être, par exemple, d'approximativement 600 mailles par pouce (2cm5). A l'intérieur du tube et entre l'écran 9 et l'écran fluorescent 7, est monté l'écran ou maille d'emmagasinage de l'image 10. Cet écran perforé peut avoir 1.000.000 de perforations ou plus par pouce carré (6cm2 environ). Dans la construction d'un tel tube, on a utilisé
un écran de 1.000 mailles dans lequel les ouvertures constituaient approximativement 60 % de la surface de l'écran. Sur la surface de l'écran 10 faisant face à l'électrode collectrice 9, on a prévu un film mince en substance isolante qui peut être appliqué sur celle-ci, par évaporation. Ceci peut être de n'importe quel diélectrique désirable, par exemple du quartz. L'épaisseur du film diélectrique est déterminée par'le fait que la capacité électro-statique doit être relativement haute, de l'ordre de 0,7 x 10-9 farads à 7 x 10-9 farads par centimètre carré. Ceci fournira une épaisseur de quartz de 5 mi-
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supportés par des supports et conduisent à l'extérieur les conducteurs 11 à partir de l'épaulement entre les parties 2 et 3 de l'enveloppe. Dans le but de contrôler la focalisation des rayons sur les écrans 9 et 10 et l'exploration des rayons sur ces écrans la bobine de focalisation magnétique 12 et les bobines de déflexion 13, 14 peuvent être prévues. Une bobine de focalisation ad-ditionnelle 15 peut être prévue autour de la partie enveloppante 3 entre l'électrode 10 et l'écran fluorescent 7. La surface intérieure de cette partie de l'enveloppe est aussi pourvue préférablement d'un revêtement conducteur 16 pour les mêmes buts que le revêtement 6.
Etant donné qu'on désire que le canon produise deux rayons dont l'un est concentré dans une surface élémentaire et l'autre couvre une plus grande surface, une construction typique de canon électronique pour ce but est
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sont pourvus d'ouvertures étroites 20 et 21 au travers desquelles se trouve dirigé le rayon électronique venant de la cathode 17..à l'intérieur de la coquille de l'élément 19 se trouve montée une seconde cathode indirectement chauffée 22 qui peut être formée par un anneau recouvert ayant une ouverture 23 en alignement avec les ouvertures 20 et 21 de façon à ce que le rayon étroit venant de la cathode 17 puisse passer par le centre. Un filament chauffant 24 peut être prévu pour chauffer la cathode 23 et une électrode d'accélération
25 est prévue pour diriger l'émission venant de la cathode 22 extérieurement
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de 17 seront focalisés en un rayon très étroit qui peut être restreint pur couvrir une surface élémentaire de l'image. Cependant les électrons de la cathode
22 seront projetés en vue de couvrir une surface relativement grande dans l'espace compris entre les écrans 9 et 10.
Dans la Fig. 3 on a représenté un dispositif de circuit typique pour le fonctionnement d'un tube ainsi que représenté dans les Figs. 1 et 2. Des signaux d'entrée à fréquence video peuvent être appliqués par le condensateur 29 à l'électrode collectrice 9. Une batterie de polarisation négative
30 peut être connectée à la cathode du canon. L'électrode 19 peut être au potentiel de terre ainsi qu'il est représenté. Les parties 17 et 18 du canon à électrons sont négatives par rapport à la terre et produiront un rayon électronique élémentaire de vitesse relativement basse. La deuxième cathode 23 sera aussi au potentiel de terre. L'électrode 25 est maintenue à un potentiel positif par rapport à la cathode 19 au moyen de la batterie 31.
Le revêtement de la paroi intérieure 6 du tube est maintenu à un potentiel positif moindre que celui de l'électrode 25 pour attirerles électrons dispersés. L'électrode
9 est maintenue à un potentiel quelque peu positif par rapport à la cathode 23 mais avec un potentiel positif moindre que les éléments 25 ou 6. L'électrode d'emmagasinage 10 qui comprend la partie métallique de la grille 32 et le revêtement isolant 33 à l'élément métallique maintenu à un potentiel légèrement positif par rapport au potentiel de l'élément 9 au moyen de la source réglable représentée en tant que batterie 34. Cette source peut être rendue réglable en vue de fournir toute différence de potentiel désirable entre ces deux élec-
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rieure 16. A titre de variante, une électrode additionnelle polarisée positivement peut être utilisée pour accélérer les électrons passant à travers l'écran d'emmagasinage ou de contrôle 10. Diverses bobines de focalisation et de
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une partie agrandie de l'électrode d'emmagasinage et de contrôle 10, comportant des parties conductrices et isolantes 32 et 33 respectivement, et une'partie de l'électrode collectrice écran 9 dans la Fig. 3. Le-contrôle du faisceau
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à électrons de surface sont indiqués par des lignes inclinées '36. On peut d'abord considérer l'action du faisceau d'exploration de contrôle 35 comme si le faisceau de surface 36 était supprimé. Lorsque le faisceau 35 est exploré sur l'électrode 10, une charge apparaîtra sur le revêtement 33. Il sera évident que la charge qui peut être établie sur cet isolateur dépendra en partie de la différence de voltage entre l'électrode 9 et l'électrode 10. Elle dépendra aussi de la fuite entre la surface du diélectrique et la base de métal. Cette résis-tance de fuite est symboliquement indiquée par la résistance en pointillé 37. La constante de temps de l'écran composé peut être définie par RI, Cl dans laquelle RI est la résistance de fuite à travers 37, et Cl est la capacitance entre les deux surfaces de 33.
Pour de bons diélectriques, la fuite à travers le revêtement est faible par rapport à la fuite de surface, et elle peut être négligée. La valeur convenable de-cette constante de temps variera pour les diverses applications, et pourrait par exemple être d'environ un dixième de seconde pour la télévision.
On peut supposer d'abord que le faisceau de contrôle 35 frappe l'écran 33 avec une vitesse suffisante pour éjecter plus d'un électron secondaire par électron primaire. Lorsque ce faisceau de contrôle bombarde un élément isolant, le courant circule dans ou hors cet élément jusqu'à ce que le voltage de l'élément soit changé par juste la quantité requise pour amener le courant dans l'élément, y compris le courant de fuite, à être égal au courant de sortie. Ainsi un équilibre de courant est obtenu pour certaines valeurs définies de la différence de potentiel entre l'isoleur et le collecteur. L'électrode collectrice 9 sera toujours maintenue à un potentiel quelque peu-plus positif que l'élément isolant 33.
Certains des électrons du faisceau de contrôle passeront à travers les ouvertures dans les mailles lors de l'exploration, mais cet effet est négligeable et n'a pas de résultat appréciable sur l'image produite sur l'écran fluorescent.
Une idée de la valeur approximative de la différence de potentiel entre l'électrode collectrice 9 et l'élément isolant 33 pour une valeur particulière du courant du faisceau 35 peut être obtenue en appliquant la loi de la puissance trois demies de Langmuir. Etant donné que les électrons secondaires qui quittent les isolateurs divergent comme s'ils quittaient l'élément, la géométrie du champ électrostatique peut être supposée se trouver quelque part entre celle de "sphères concentriques" et celle de plan parallèle. Des calculs simples, basés sur les deux types de géométrie, indiquent:
1) la différence de potentiel d'équilibre E entre un élément isolant et l'écran collecteur est donnée par la relation.
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dans laquelle i est le courant dans et hors de l'élément isolant, c'est-à-dire la composante du courant du faisceau de contrôle qui frappe l'élément isolant.
2) La constante A dans l'équation 1 est déterminée par la géométrie de la structure.
3) pour un circuit i de 5 microampères, le potentiel d'équilibre
E se trouve entre 5 et 10 volts.
On peut .supposer que le courant du faisceau est tel qu'à un potentiel constant d'exactement 5 volts, il-existe exactement 5 volts entre le potentiel d'équilibre de l'isolateur et du collecteur. Si le potentiel du collecteur est changé par des voltages vidéo lorsque le faisceau de contrôle est exploré par le film isolant suivant une figure d'exploration, une charge de figure sera établie laquelle constitue une image électrostatique de l'image définie par les signaux vidéo d'entrée. En rendant la capacité électrostatique du film isolant 33 par rapport au support métallique 32 de valeur approxima- <EMI ID=17.1>
valeur d'équilibre de 5 volts. Dans ces conditions, l'élément isolateur qui est en cours de'bombardement à tout instant donné par le faisceau de contrôle, prendra un potentiel négatif de 5 volts par rapport au voltage de l'électrode collectrice à cet instant.
Le canon de surface excité par la cathode 22 établit une charge de courant d'espace immédiatement voisine des perforations de la grille isolée d'emmagasinage 10; ainsi, les électrons de cette charge d'espace produits par le faisceau 36 circuleront à travers les ouvertures de l'électrode 10 dans une quantité dépendant des voltages de charge d'image établis sur cette surface.
Si l'électron ou le courant circulant à travers les ouvertures de la grille isolée 10 est représenté sur un diagramme par rapport au potentiel de l'élé-
<EMI ID=18.1> surface sera recueilli par les éléments isolateurs lorsque l'élément est négatif par moins d'environ 0,5 volts. Ces électrons recueillis peuvent être évités en limitant la variation de l'élément de grille 10 à des voltages plus négatifs que -0,5 volts. Il apparaît désirable de choisir la partie de fonctionnement de la caractéristique 38 représentée dans la Fig. 5 aussi longue
que possible. Le voltage à courant continu sur la base 32 de l'électrode 10 doit être aussi élevé que possible-sans tirer des électrons de l'isolateur
vers celui-ci. Ce potentiel peut être,par exemple, de 5 à 20 volts positif
par rapport au voltage de l'électrode collectrice 9.
Le faisceau d'électron 35 qui est utilisé pour contrôler la distribution de charge de la surface isolante 33 doit être focalisé en un point ayant les dimensions d'un élément, par exemple, 0,002 inch (0,005 centimètres) de diamètre. Le courant du faisceau est relativement petit par exemple de 10 micro-ampères, si bien que. cette précision requise -pour le foyer est tout à fait possible à obtenir. La focalisation de ce faisceau est convenablement obtenue en utilisant une bobine entourant la base du tube.
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tuelle source d'électrons entre l'écran collecteur et l'isolateur perforé sur l'électrode-'; 10. La surface couverte par la cathode virtuelle doit s'étendre sur une partie substantielle de là surface de l'isolateur. Le faisceau de surface peut être exploré sur l'isolateur simultanément avec l'exploration du faisceau de contrôle. Ceci sert à contrôlerl'uniformité de l'image finale résultante. Il n'est cependant pas nécessaire que le canon de surface explore l'isolateur dans la même séquence que le faisceau de contrôle, ni même qu'il soit infléchi. Dans certaines applications, par exemple,-il peut être avantageux d'explorer le faisceau de surface dans une direction'seulement.
Il peut être utile;, dans certains cas, d'avoir la partie de l'aire
<EMI ID=20.1> .l'aire couverte par l'écran peut être modifiée en changeant la dimension de la cathode 22, la géométrie de la structure de canon à électrons ou les voltages employés. Dans un tube donné, la dimension de faisceau de surface peut être changée soit en utilisant un système de bobine de focalisation différent, soit en changeant l'ordre du foyer magnétique utilisé. De larges variations dans la structure du canon à électrons peuvent être envisagées-, -la structure montrée-dans la Fig. 2 étant seulement considérée à titre d'exemple.
Bien que l'on ait décrit ci-dessus une méthode pour établir une image de charge électrostatique sur le film diélectrique de l'électrode 10,
il y a d'autres procédés qui peuvent être utilisés à titre de variantes. Dans un tel procédé, la cathode source du faisceau de contrôle 17 peut être action-
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de de surface 22. Le faisceau d'électrons 35 frappe alors l'isolateur avec une vitesse qui est insuffisante pour éjecter plus d'un électron secondaire par électron- primaire. Le faisceau de contrôle, en conséquence, fournit toujours une charge négative sur l'élément isolant. Ce faisceau de contrôle peut être modulé avec des signaux vidéo préférablement en faisant varier le potentiel
'de la cathode 17. Une image à charge négative est ainsi placée sur l'isolateur. Cette charge fuira au moins en partie entre les explorations vers la plaque arrière 35. Le temps requis pour unetelle fuite de la charge est directement
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tiel entre l'isolateur 33 et son support 32. Dans ce type de fonctionnement,
la plaque arrière de l'isolateur 32 est normalement amenée à un potentiel légèrement positif par rapport à la cathode de surface. La valeur de ce voltage positif détermine la brillance moyenne de l'image.
Une troisième méthode de fonctionnement peut être utilisée. Cette méthode est analogue à la seconde méthode décrite ci -dessus,, excepté que le voltage du faisceau de.contrôle de la cathode 17 est choisi suffisamment plus négatif que celui que permet la cathode de surface pour obtenir un rapport d'é-mission secondaire de l'isolateur plus grand que l'unité. Le faisceau alors charge l'élément isolant positivement au lieu d'appliquer une charge négative et la polarité de l'image électrostatique est inversée. Dans ce cas, il est nécessaire de maintenir la plaque arrière 32 à un potentiel légèrement négatif par rapport à la cathode de surface 23. La figure de cnarge, cependant, se perd ou fuit vers la plaque arrière entre.les explorations, d'une manière analogue à celle décrite dans la seconde méthode.
Lorsque la plaque arrière de l'isolateur est maintenue à un potentiel négatif par rapport à la'cathode de surface, il devient nécessaire de maintenir un potentiel positif beaucoup plus grand sur le revêtement de paroi 16 pour tirer des électrons par les ouvertures de grille.
La conversion de la figure de charge en une image électronique
en tirant des électrons de la cathode virtuelle à travers les ouvertures est la même pour les deux méthodes d'application de la charge électrostatique, ainsi qu'il a été décrit dans le premier exemple.
Bien que la structure de tube décrite ci-dessus utilise une focalication électromagnétique des images électroniques, il est clair que d'autres types de focalisation peuvent être utilisés si on le désire. Dans la Fig. 6, on a indiqué une structure de tube analogue à celle de la Fig. 1, dans laquelle une focalisation électrostatique de l'image électronique amplifiée est utilisée au lieu de la focalisation électromagnétique. Dans ce cas, l'électrode collectrice 9 et l'électrode d'emmagasinage 10 sont préférablement concaves vers l'écran fluorescent 7. Un prolongement 40 est prévu sur la partie arrière de l'électrode 10. Un revêtement de paroi 41 se trouve à un potentiel positif plus élevé que 40, et un potentiel encoreplus élevé est appliqué à l'électrode 42 pourvue d'une ouverture centrale 43.
Comme il est bien connu dans la technique, cette disposition d'électrode avec des voltages convenable-
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cran luminescent 7.
Une version simplifiée de l'arrangement de focalisation électrostatique est montrée dans la Fig. 7. Dans cette figure, la focalisation électrostatique constitue simplement une disposition de l'écran fluorescent 7 avec un espacement relativement faible par rapport à l'électrode d'emmagasinage 10, si bien que l'image électronique amplifiée n'a pas suffisamment de temps de s'étaler après avoir passé à travers les ouvertures. Ainsi, l'image sera convenablement appliquée sur l'écran fluorescent 7. Si on le désire, un
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Dans tous les systèmes décrits jusqu'à présent, un canon commun double avec des arrangements pour appliquer simultanément de l'énergie au canon de contrôle et au canon de surface, ont été représentés. Il est clair, cependant, que le système de la demanderesse peut être utilisé avec des arrangements dans lesquels le canon de surface et le canon d'écran sont excités l'un après l'autre. Un circuit schématique pour un tube utilisant ce type de
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pe 45 est prévue avec deux branches à une extrémité, comme indiqué en 46 et en 47. En 46 est disposé un canon de surface qui peut comprendre une cathode à chauffage indirect 48, une anode 49 et une grille de contrôle 50. Le canon de surface est disposé de façon à projeter le faisceau sur tout ou sur une partie substantielle des électrodes 9 et 10. Dans la branche 46 de l'enveloppe, on a prévu un canon d'exploration normal comportant en addition une électrode de contrôle de commutation 51. Des plaques électrostatiques 52, 53 sont prévues pour fournir les explorations normales de ligne et d'image pour les
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ce récepteur les signaux vidéo peuvent être appliqués à travers un amplifi-
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gnaux de synchronisation sont appliqués à travers le séparateur de signaux de synchronisation 57 sur les générateurs de synchronisation de ligne et d'image représentés en 58 et 59. Un signal de sortie du générateur de synchronisation 59 peut être appliqué à la source de commutation 60 de façon à rendre alternativement le canon d'exploration et le canon de surface opératifs. Le canon d'exploration aura sa grille 51 positive pour une période suffisante pour explorer la surface entière et pour produire la charge électrostatique sur l'électrode 10. Après quoi, la grille 51 sera polarisée à la coupure, et la grille 50 sera rendue positive, si bien que le canon de surface peut projeter
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matiquement une partie de la structure du tube et du circuit montrant une variante du système analogue à certains points de vue à celui représenté dans
la Fig. 8. Dans cet arrangement, le canon d'exploration 60 et le canon de surface 23 sont représentés en allignement axial, comme ceci était représenté
en relation avec la Fig. 2. L'écran collecteur 9 et l'écran d'emmagasinage d'image 10 sont disposés de la même manière que décrite précédemment. Cependant, la partie arrière métallique 32 de l'écran 10 est maintenue négative par une source de batterie 61, et de façon analogue l'écran 9 peut être maintenu négatif par une source de batterie 62. Les signaux d'entrée vidéo montrés en
63 avec les impulsions de synchronisation 64 peuvent être appliqués par un condensateur 65 à une électrode arrière métallique 10 et par un condensateur 66
à l'électrode 9. Des commutateurs 67 et 68 sont prévus, si bien que les signaux peuvent être appliqués par une ou par les deux électrodes 9 et 10. Les batteries 61 et 62 sont de valeur telle que les électrodes 9 et 10 sont normalement maintenues suffisamment négatives pour -empêcher des électrons du canon de surface 23 d'atteindre ces électrodes. En même temps, une grille de contrôle
69 placée en avant de la cathode 60 est maintenue à un potentiel positif de façon à permettre aux électrons ducanon à électrons 60 de frapper le revêtement isolateur 33 sur l'électrode 10 et d'extraire de celui-ci des électrons secondaires si bien qu'ils tendent à se déplacer dans une direction positive en concordance avec les variations des signaux d'image 63 appliqués à l'écran. Les signaux de sortie de l'amplificateur vidéo 70 peuvent être appliqués par un séparateur de signaux de synchronisation 71 et un dispositif d'inversion 72 à
la grille 69. Les signaux séparés et renversés 73 sont d'amplitude négative suffisante pour polariser la grille 69 à la coupure. En même temps, les impulsions de synchronisation 64 appliquées suivant une polarité positive aux électrodes 10 et 9 sont de valeur positive suffisante mur surmonter l'effet de batterie de polarisation négative de façon à permettre ainsi aux électrons du canon de surface de passer à travers les ouvertures des écrans vers le dispositif de reproduction. Si on le désire,, les impulsions de synchronisation peuvent être appliquées à la cathode du canon à électrons 60 au lieu l'être à la grille de contrôle. Dans ce cas, des impulsions positives seront appliquées pour produire la coupure désirée. Le potentiel de polarisation sur l'électrode 10 est tel que même si l'émission secondaire se produit, le revêtement isolant 33
est encore actionné dans la région négative si bien qu'aucun courant de grille n'est obtenu. Avec cet arrangement, la modulation peut être appliquée directement sur l'écran d'emmagasinage des électrodes, tel que décrit précédemment. On notera également qu'en raison des potentiels utilisés la constante de temps de l'écran d'emmagasinage n'est pas critique pourvu qu'elle ne soit pas trop courte et que la perte de charge du revêtement d'emmagasinage se produise.
Dans la Fig. 10, on a montré un diagramme, schématique d'une variante de construction et un arrangement de circuit conforme à la présente invention qui, en pratique, a donné de bons résultats. Dans cet arrangement, le faisceau cathodique d'exploration 74 est pourvu d'une étroite ouverture 75 et une cathode additionnelle 76 est montée dans la cathode 74 au voisinage de cette ouverture. Les cathodes 74 et 76 peuvent être chauffées par le même filament de chauffage. Une troisième cathode fournissant les électrons du canon de surface est montrée en 77. L'électrode accélératrice 78 est prévue pour les cathodes 74 et 76 et une autre électrode accélératrice 79 est prévue pour l'ensemble de ces canons à électrons. L'écran collecteur 9 est préférablement maintenu à sensiblement le même potentiel que l'électrode 79. La cathode 76
est maintenue suffisamment négative par rapport à la cathode 77 si bien qu'elle surmontera toujours l'éjection de plus d'un électron secondaire du revêtement
33 de l'électrode 10 pour chaque électron arrivant sur elle. La cathode 74
est maintenue légèrement plus négative que la cathode du canon de surface 77
si bien qu'elle contribuera à fournir une charge négative du revêtement isolant 33. La cathode 'du canon de surface peut être mise au potentiel de la Pour expliquer le principe de fonctionnement de ce système on peut considérer d'abord que le revêtement isolant 33 est initialement chargé à un potentiel négatif de quelques volts par rapport à la terre. Dans ces conditions seulement les électrons de la cathode 76 peuvent frapperl'isolateur.Etant donné que les électrons de la cathode 76 frappent avec une vitesse suffisante pour éjecter plus d'un électron secondaire par électron primaire, et étant donné que ces électrons secondaires seront entraînés de
<EMI ID=29.1>
charger vers une direction positive et continuera à agir ainsi jusqu'à ce
qu'il ait atteint un point sensiblement égal au potentiel instantané de la cathode 74. Lorsque le potentiel de l'isolateur atteint celui de la cathode
74, des électrons de cette cathode arriveront sur l'isolateur et l'empêcheront de devenir plus positif que le voltage instantané de cette cathode. Cependant, le potentiel de la cathode 74 n'est pas constant mais il varie avec les signaux vidéo d'entrée appliqués par le condensateur 80 et la résistance 81. Ainsi, lorsque le faisceau des cathodes 74 et 76 est exploré sur l'écran, la figure de charge sur l'isolateur sera changée à chaque exploration pour correspondre aux variations instantanées dans les explorations vidéo. Il sera évident que le courant du faisceau de la cathode 74 doit être plus grand que le courant qui circule de l'isolateur par suite d'électrons émanant de la cathode 76 y compris le courant de fuite.
Cette condition sera généralement satisfaite en s'arrangeant pour que le faisceau de la cathode 74 soit au moins aussi grand que celui de la cathode 76. On verra ainsi qu'une charge d'image sera placée sur le revêtement 33 qui contrôlera la circulation des électrons
de la cathode 77 vers le circuit d'utilisation 7 en concordance avec les signaux d'image. Dans ce cas, de nouveau la constante de temps de l'électrode 10 n'est pas critique pourvu qu'elle ne soit pas si faible qu'une perte excessive se produise.
Dans la Fig. 11, une disposition pratique du dispositif canon à électrons de la Fig. 10 est représentée.
La cathode 74 est établie sous forme d'un manchon ayant son extrémité pourvue d'une ouverture 75 et revêtue d'une substance convenablement émissive. La cathode 76 est montée à l'intérieur du manchon de cathode 74 voisin de l'ouverture 75 et un filament de chauffage commun 82 est prévu pour chauffer cet ensemble. Préférablement, un voltage négatif de -30 à - 50 volts est appliqué à la cathode 76 à partir de la batterie 83, et une batterie ayant un potentiel négatif, par exemple de 1,5 volt , est connectée à la cathode 74. L'anode ou électrode isolante 78 peut être en forme d'un manchon mettant sous écran le dispositif de cathode 74 et 76 comportant une ouverture 84 alignée avec l'ouverture 75.
La cathode de surface 77 peut.être montée à l'intérieur d'une coquille 85 maintenue sensiblement au potentiel de la terre alors que l'anode
79-peut être maintenue à un potentiel positif de 100 à 300 volts. De façon à empêcher l'interaction entre les faisceaux d'électrons à partir des cathodes
<EMI ID=30.1>
78 au bord extérieur de la cathode de surface 77.
On appréciera, d'après la description qui précède, qu'un certain nombre de caractéristiques particulières sont mises en oeuvre dans la présente invention, et qui sont tout à fait différentes de celles antérieurement connues. Il sera évident que dans les méthodes de fonctionnement décrites les électrons de surface n'atteignent jamais en fait le revêtement isolant sur la grille de contrôle d'emmagasinage car, dans toutes les conditions de fonctionnement, cette grille est maintenue à un potentiel négatif. Ce type de fonctionnement est entièrement nouveau.
Il est clair que bien que certains exemples de réalisations de l'invention ont été décrits avec précision;, des modifications et alternatives apparaîtront à l'homme de l'art.
De plus, bien que les principes de l'invention aient été exposés en relation avec des dispositions spécifiques, il doit-être bien compris que cette description est donnée simplement à titre d'exemple et ne doit en aucune manière limiter la portée de l'invention.
<EMI ID = 1.1>
The present invention relates to cathode ray tubes.
<EMI ID = 2.1>
and circuits which are used to provide electronic image amplification.
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Under the title "Cathode ray amplifier", a cathode ray tube providing image amplification is described. According to this patent, the amplification of an electronic image is accomplished by means of a cathode ray tube provided with two electron guns intended to emit electrons generally in the same direction. In the path of the electron beams emanating from these guns, there is mounted a perforated grid or mesh structure consisting of a metal screen of wires surrounded by an insulator. An anode electrode maintained at a positive potential higher than
the gate potential is mounted on the side of the gate structure more
<EMI ID = 4.1>
speed, concentrated to cover the entire area of the grid structure. The other gun emits a beam of electrons concentrated so as to cover only an elementary area of the grid structure :, and these electrons have a sufficiently high speed so as to cause a secondary emission greater than the unity of the insulating substance covering the grid structure. Whether image signals are applied to the second electron gun to vary the electron velocity or to the conductor of the grid structure to vary the potential difference of the cathode of the second electron gun relative to it , as the beam from this gun is scanned to cover the grid structure, a positive image charge is produced on the screen and varies in accordance with the image signals.
As a result, varying the electron beam from the first electron gun through the grid structure will in fact produce an amplified electronic image.
<EMI ID = 5.1> The system as described above requires a relatively high speed for the second electron gun or exploration gun, so that a secondary emission greater than unity is produced. In addition, the degree of image charge that can be produced on the grid structure largely depends on the speed of the scanning beam and the nature of the secondary electron emissive surface of the grid. The tube operates only in the positive region serving to reduce the number of electrons passing through the grid by the attraction of electrons by it due to the positive charges.
In addition, the loss of applied charges must occur by the insulating coating of the conductors of the grid structure, and this can be controlled only by the thickness of the insulating coating and by the dielectric properties thereof.
Another proposed recording tube construction based on the use of a storage array or screen has been proposed by the applicant and is described in "Proceedings of the Institute of Radio Engineers" of July.
<EMI ID = 6.1>
sinage is provided with a metal mesh structure, coated on the far surface of an electron gun by means of a dielectric material. A combined collecting and reflecting electrode is placed and faces the insulating surface. In operation, this collecting and reflecting electrode is maintained at a negative potential during the application of the image signals to charge the screen, while the screen supporting the dielectric material is at a positive potential.
The electrons emitted by the gun enter through the apertures of the screen and, due to the reflective electrode, are caused to flip over and bombard the insulating surface tearing off secondary electrons therein, so that a positive charge is produced. on the insulating coating depending on the variations imparted to the beam by the image signals. Thus, when the beam is explored, a positive electrostatic image is stored on the insulating coating. For the reproduction of this image, the collecting electrode is made positive, so that the beam, when scanned on the charged surface, will vary
<EMI ID = 7.1>
ge. In an arrangement proposed in the above-mentioned article, the beam can be deconcentrated during this reproduction period so that the entire surface of the storage screen is covered by the beam and the image can be reproduced in its entirety without exploration.
It will be noted, in this particular case, that the electrostatic charge must be positive. thus, the effective action of the control grid is limited to the positive region. In addition, this construction requires the insulating coating to be disposed on the far side of the electron gun, and this requires relatively complex control arrangements.
An object of the present invention is to provide an image amplifier tube of the type in which an image charge is applied to a grid structure perforated by a scanning electron beam and intended to control the beam of electrons supplied by an electron gun through the openings and in which the grid structure is actuated at all times in the negative region. The beam from the scanning electron gun may be at low speed so as to form a negative image charge on the grid, the grid comprises a conductive screen whose surface towards the scanning beam source only is coated with a dielectric emitting secondary electrons. In this case, the conductive screen is positively polarized.
If a higher velocity scanning beam is used such that the dielectric tends to become more positive, negative bias is used on the conductive screen to maintain the operating characteristics of the negative region of the dielectric surface with respect to the surface projection cathode electron gun.
electrons can be excited so that two electron beams are provided one of which is focused to cover an elementary area and the other to cover substantially a larger area or the entire area of a dielectric screen covered on the opposite side. more distant from electron guns with quartz for example. The conductor of this composite screen can be maintained at a potential slightly more positive than the cathode of the electron gun, the cathode of the scanning electron gun being negative with respect to the surface electron gun. If the scanning beam is brought
at a higher speed so that it causes a secondary emission tending to positively charge the insulating surface, then the screen is maintained at a potential slightly negative with respect to the cathode of the full surface electron gun. Preferably, separate electron guns are used to generate the entire surface beam and the scanning beam, either simultaneously or separately. Alternatively, a single gun can be used with variable controls so as to change its operating characteristics alternately to serve as either an exploration gun or a full area gun.
Means are provided for exploring the elementary beam on the composite screen or on the storage image grid in a relation chosen over time with respect to the image signals to be stored and reproduced. At the same time variations in the corresponding voltage with
image signals are produced between the source of the scanning beam and the image storage grid. Leakage of the stored charge occurs by the insulating coating and by surface leakage near the edges of this coating on the metal mesh, the latter producing a predominant effect. The second or full area cannon can be explored on the storage grid area if that entire area is not
not covered by the beam. Because of the difficulties in obtaining a beam that is uniform in thickness for the entire surface, it may be preferable to use a beam that does not cover the entire surface and explores it to achieve greater uniformity of average coverage of the screen surface.
In order to provide a uniform virtual cathode or an electron source in the vicinity of the storage grid, a collecting electrode can be mounted and spaced from the insulating surface thereof. This collecting electrode may be in the form of an open mesh, preferably coarser than the mesh of the storage screen. A small predetermined potential difference will exist between these elements according to the polarization potentials and the electrons introduced into this space by the guns.
The device for using the electronic image formed by the electrons passing through the storage device may be a luminescent screen such as a fluorescent screen. Since the electrons passing through the mesh of the control storage screen cover a substantial area of the luminescent screen, an average brightness
greater is obtained without requiring excessively high current densities compared to what one has when a beam of elementary section is used. Accordingly, a brighter image suitable for projection can easily be obtained. In addition, a relatively low storage charge controls a much larger electron beam emanating from the virtual cathode, which leads to electronic amplification.
The above features and objects as well as others
and the manner of obtaining them will become clearer as well as the invention itself which will be better understood, with reference to the following description of an exemplary embodiment of the invention taken in relation to the accompanying drawings in which :
Fig. 1 is a partially broken away perspective view showing a picture tube embodying features of the invention.
electron gun method, as shown in Fig. 1.
Fig. 3 is a schematic circuit diagram for a tube such as that shown in FIG. 1.
Fig. 4 is a schematic illustration showing the operation of the system shown in FIG. 3.
Fig. 5 is a typical operating characteristic of the structure of FIG. 3.
Figs. 6 and 7 are diagrams of tube constructions given as a variant of the tube shown in FIG. 1.
Fig. 8 is a schematic circuit diagram showing a system for the alternating operation of the entire surface gun and the exploration gun in accordance with features of the invention.
Fig. 9 is a schematic diagram of a modified arrangement for actuating the electron guns alternately, as shown. in Fig. 8.
Fig. 10 is a schematic diagram of a modification of a cathode ray tube, in accordance with the present invention.
Fig. 11 is a detailed diagram of the structure of the electron gun used in the circuit of FIG. 10.
Referring now to the drawings, a tube according to this invention, constructed for testing purposes, is shown. The tube comprises a casing 1 having a part 2 of relatively small diameter and another part 3 of larger diameter. At one end of the envelope ^ is mounted an electron gun system 4 for providing two electron rays, one of which is concentrated to cover an elementary surface on a
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a large area thereof. Connections for the various electrodes of the gun pass through the base 5. A conductive coating 6 is provided inside the enveloping part 2 for controlling the beam as is generally provided in cathode ray tubes. At the opposite end of the envelope 1 there is provided a screen 7 for the reproduction of the image which can be for example a fluorescent screen with a coating of phosphorous substance which will fluoresce under the impact of the electrons. A
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"Covar", serves to seal the fluorescent screen 7 to the body part 3 of the envelope. A fine mesh cover screen 9 is mounted substantially midway between the ends of part 3. This screen or mesh may be referred to as the collecting electrode and is conveniently made by an electroplating method. This screen can be, for example, approximately 600 meshes per inch (2cm5). Inside the tube and between the screen 9 and the fluorescent screen 7 is mounted the image storage screen or mesh 10. This perforated screen can have 1,000,000 perforations or more per square inch. (About 6cm2). In the construction of such a tube, we used
a 1,000 mesh screen in which the openings made up approximately 60% of the screen area. On the surface of the screen 10 facing the collecting electrode 9, there is provided a thin film of insulating substance which can be applied thereon by evaporation. This can be any desirable dielectric, for example quartz. The thickness of the dielectric film is determined by the fact that the electrostatic capacitance must be relatively high, in the range of 0.7 x 10-9 farads to 7 x 10-9 farads per square centimeter. This will provide a quartz thickness of 5 mi.
<EMI ID = 10.1>
supported by supports and lead outside the conductors 11 from the shoulder between parts 2 and 3 of the casing. In order to control the focusing of the rays on the screens 9 and 10 and the exploration of the rays on these screens the magnetic focusing coil 12 and the deflection coils 13, 14 can be provided. An additional focusing coil 15 may be provided around the enveloping part 3 between the electrode 10 and the fluorescent screen 7. The inner surface of this part of the envelope is also preferably provided with a conductive coating 16 for this purpose. the same purposes as the coating 6.
Since it is desired that the gun produce two rays of which one is concentrated in an elementary area and the other covers a larger area, a typical construction of an electron gun for this purpose is
<EMI ID = 11.1>
are provided with narrow openings 20 and 21 through which is directed the electron ray coming from the cathode 17 ... inside the shell of the element 19 is mounted a second indirectly heated cathode 22 which can be formed by a covered ring having an opening 23 in alignment with the openings 20 and 21 so that the narrow ray from the cathode 17 can pass through the center. A heating filament 24 may be provided to heat the cathode 23 and an acceleration electrode.
25 is intended to direct the emission coming from the cathode 22 externally
<EMI ID = 12.1>
of 17 will be focused into a very narrow radius which can be restricted to cover an elementary area of the image. However the electrons of the cathode
22 will be projected in order to cover a relatively large area in the space between screens 9 and 10.
In Fig. 3 shows a typical circuit device for the operation of a tube as shown in Figs. 1 and 2. Input signals at video frequency can be applied by the capacitor 29 to the collecting electrode 9. A negative polarization battery
30 can be connected to the cathode of the gun. Electrode 19 may be at earth potential as shown. Parts 17 and 18 of the electron gun are negative with respect to the earth and will produce an elementary electron beam of relatively low speed. The second cathode 23 will also be at earth potential. Electrode 25 is maintained at a positive potential with respect to cathode 19 by means of battery 31.
The coating of the inner wall 6 of the tube is maintained at a lower positive potential than that of the electrode 25 to attract the scattered electrons. The electrode
9 is maintained at a somewhat positive potential with respect to cathode 23 but with a lower positive potential than elements 25 or 6. The storage electrode 10 which comprises the metallic part of the grid 32 and the insulating coating 33 to the metallic element maintained at a potential slightly positive with respect to the potential of element 9 by means of the adjustable source shown as battery 34. This source can be made adjustable to provide any desirable potential difference between these two elec-
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16. Alternatively, an additional positively polarized electrode can be used to accelerate electrons passing through the storage or control screen 10. Various focusing and focusing coils.
<EMI ID = 14.1>
an enlarged part of the storage and control electrode 10, having conductive and insulating parts 32 and 33 respectively, and a part of the screen collecting electrode 9 in FIG. 3. Beam control
<EMI ID = 15.1>
surface electrons are indicated by slanted lines '36. The action of the control scanning beam 35 can first be considered as if the surface beam 36 were suppressed. When the beam 35 is scanned on the electrode 10, a charge will appear on the coating 33. It will be obvious that the charge which can be established on this insulator will depend in part on the voltage difference between the electrode 9 and the electrode. 10. It will also depend on the leakage between the surface of the dielectric and the metal base. This leakage resistance is symbolically indicated by the dotted resistance 37. The time constant of the compound screen can be defined by RI, Cl where RI is the leakage resistance across 37, and Cl is the capacitance between the two surfaces of 33.
For good dielectrics, the leakage through the coating is small compared to the surface leakage, and it can be neglected. The suitable value of this time constant will vary for various applications, and could for example be about a tenth of a second for television.
It can first be assumed that the control beam 35 strikes the screen 33 with sufficient speed to eject more than one secondary electron per primary electron. When this control beam bombards an insulating element, current flows into or out of that element until the voltage of the element is changed by just the amount required to bring current through the element, including the current of the element. leakage, to be equal to the output current. Thus a current balance is obtained for certain defined values of the potential difference between the insulator and the collector. The collector electrode 9 will always be maintained at a somewhat more positive potential than the insulating element 33.
Some of the electrons in the control beam will pass through the mesh openings when scanning, but this effect is negligible and has no appreciable effect on the image produced on the fluorescent screen.
An idea of the approximate value of the potential difference between the collector electrode 9 and the insulating element 33 for a particular value of the beam current 35 can be obtained by applying Langmuir's three-half power law. Since the secondary electrons leaving the insulators diverge as if leaving the element, the geometry of the electrostatic field can be assumed to lie somewhere between that of "concentric spheres" and that of the parallel plane. Simple calculations, based on both types of geometry, indicate:
1) the difference in equilibrium potential E between an insulating element and the collector screen is given by the relation.
<EMI ID = 16.1>
where i is the current in and out of the insulating element, i.e. the component of the control beam current that hits the insulating element.
2) The constant A in equation 1 is determined by the geometry of the structure.
3) for a circuit i of 5 microamperes, the equilibrium potential
E is between 5 and 10 volts.
It can be assumed that the beam current is such that at a constant potential of exactly 5 volts there exists exactly 5 volts between the equilibrium potential of the insulator and the collector. If the potential of the collector is changed by video voltages when the control beam is scanned by the insulating film following an scanning pattern, a pattern charge will be established which constitutes an electrostatic image of the image defined by the video signals of 'Entrance. By making the electrostatic capacity of the insulating film 33 with respect to the metal support 32 of approximate value - <EMI ID = 17.1>
balance value of 5 volts. Under these conditions, the insulator element which is being bombarded at any time given by the control beam will take a negative potential of 5 volts with respect to the voltage of the collector electrode at that time.
The surface gun excited by cathode 22 establishes a space current charge immediately adjacent to the perforations of the insulated storage grid 10; thus, the electrons of this space charge produced by beam 36 will flow through the apertures of electrode 10 in an amount dependent on the image charge voltages established on that surface.
If the electron or current flowing through the openings of the insulated gate 10 is shown in a diagram with respect to the potential of the ele-
<EMI ID = 18.1> surface will be collected by the insulating elements when the element is negative by less than about 0.5 volts. These collected electrons can be avoided by limiting the variation of gate element 10 to voltages more negative than -0.5 volts. It appears desirable to choose the operational portion of feature 38 shown in FIG. 5 as long
as possible. The direct current voltage on base 32 of electrode 10 should be as high as possible - without drawing electrons from the insulator
to this one. This potential can be, for example, 5 to 20 volts positive
with respect to the voltage of the collecting electrode 9.
The electron beam 35 which is used to control the charge distribution of the insulating surface 33 should be focused at a point having the dimensions of an element, for example, 0.002 inch (0.005 centimeters) in diameter. The beam current is relatively small, for example 10 micro-amps, so that. this precision required for the focus is quite possible to obtain. The focusing of this beam is conveniently obtained by using a coil surrounding the base of the tube.
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a current source of electrons between the collector screen and the insulator perforated on the electrode; 10. The surface covered by the virtual cathode should extend over a substantial part of the surface of the insulator. The surface beam can be scanned on the isolator simultaneously with the scan of the control beam. This serves to control the uniformity of the resulting final image. However, it is not necessary for the surface gun to explore the isolator in the same sequence as the control beam, or even for it to be bent. In some applications, for example, it may be advantageous to scan the surface beam in one direction only.
It may be useful ;, in some cases to have the part of the area
<EMI ID = 20.1>. The area covered by the screen can be modified by changing the size of the cathode 22, the geometry of the electron gun structure or the voltages used. In a given tube, the surface beam dimension can be changed either by using a different focusing coil system or by changing the order of the magnetic focus used. Wide variations in the structure of the electron gun can be envisaged -, - the structure shown - in FIG. 2 being considered only as an example.
Although a method has been described above for establishing an electrostatic charge image on the dielectric film of electrode 10,
there are other methods which can be used alternatively. In such a method, the source cathode of the control beam 17 can be actuated.
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of surface 22. The electron beam 35 then strikes the insulator with a speed which is insufficient to eject more than one secondary electron per primary electron. The control beam, therefore, always provides a negative charge on the insulating element. This control beam can be modulated with video signals preferably by varying the potential
'of cathode 17. A negatively charged image is thus placed on the insulator. This charge will at least partially leak between scans to backplate 35. The time required for such leakage of the charge is straightforward.
<EMI ID = 22.1>
tiel between the insulator 33 and its support 32. In this type of operation,
the back plate of insulator 32 is normally brought to a slightly positive potential with respect to the surface cathode. The value of this positive voltage determines the average brightness of the image.
A third method of operation can be used. This method is analogous to the second method described above, except that the voltage of the control beam of the cathode 17 is chosen sufficiently more negative than that which the surface cathode allows to obtain a secondary emission ratio. of the insulator larger than unity. The beam then charges the insulating element positively instead of applying a negative charge and the polarity of the electrostatic image is reversed. In this case, it is necessary to maintain the backplate 32 at a slightly negative potential with respect to the surface cathode 23. The cnarge figure, however, gets lost or leaks to the backplate between scans, from a distance. analogous to that described in the second method.
When the backplate of the insulator is held at a negative potential with respect to the surface cathode, it becomes necessary to maintain a much larger positive potential on the wall covering 16 to draw electrons through the gate openings.
Converting the charge figure into an electronic image
pulling electrons from the virtual cathode through the openings is the same for both methods of applying the electrostatic charge, as was described in the first example.
Although the tube structure described above uses electromagnetic focusing of the electronic images, it is clear that other types of focusing can be used if desired. In Fig. 6, a tube structure similar to that of FIG. 1, in which electrostatic focusing of the amplified electronic image is used instead of electromagnetic focusing. In this case, the collecting electrode 9 and the storage electrode 10 are preferably concave towards the fluorescent screen 7. An extension 40 is provided on the rear part of the electrode 10. A wall covering 41 is located at the back. a positive potential higher than 40, and an even higher potential is applied to the electrode 42 provided with a central opening 43.
As is well known in the art, this electrode arrangement with suitable voltages
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luminescent screen 7.
A simplified version of the electrostatic focusing arrangement is shown in Fig. 7. In this figure, the electrostatic focusing is simply an arrangement of the fluorescent screen 7 with a relatively small spacing from the storage electrode 10, so that the amplified electronic image does not have sufficient time. to spread after passing through the openings. Thus, the image will be properly applied to the fluorescent screen 7. If desired, a
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In all of the systems described so far, a dual common gun with arrangements for simultaneously applying energy to the control gun and the surface gun has been shown. It is clear, however, that Applicants' system can be used with arrangements in which the surface gun and the screen gun are energized one after the other. A schematic circuit for a tube using this type of
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pe 45 is provided with two branches at one end, as indicated at 46 and at 47. At 46 is disposed a surface gun which may comprise an indirectly heated cathode 48, an anode 49 and a control grid 50. The gun barrel surface is arranged so as to project the beam on all or on a substantial part of the electrodes 9 and 10. In the branch 46 of the casing, there is provided a normal exploration gun including in addition a switching control electrode 51 Electrostatic plates 52, 53 are provided to provide the normal line and image scans for the
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this receiver video signals can be applied through an amplifier
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Sync signals are applied through the sync signal splitter 57 to the line and picture sync generators shown at 58 and 59. An output signal from the sync generator 59 can be applied to the switching source 60 of so as to make the exploration gun and the surface gun alternately operative. The scanning gun will have its grid 51 positive for a period sufficient to scan the entire surface and to produce the electrostatic charge on the electrode 10. After which, the grid 51 will be polarized at cut-off, and the grid 50 will be made positive. , so that the surface gun can project
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matically part of the structure of the tube and of the circuit showing a variant of the system similar in certain points of view to that represented in
Fig. 8. In this arrangement, the scan gun 60 and the surface gun 23 are shown in axial alignment, as shown.
in relation to FIG. 2. The collector screen 9 and the image storage screen 10 are arranged in the same manner as described above. However, the metallic rear portion 32 of screen 10 is held negative by a battery source 61, and likewise screen 9 can be held negative by a battery source 62. The video input signals shown in
63 with the sync pulses 64 can be applied by a capacitor 65 to a metal back electrode 10 and by a capacitor 66
to electrode 9. Switches 67 and 68 are provided so that the signals can be applied by one or both electrodes 9 and 10. The batteries 61 and 62 are of such value that the electrodes 9 and 10 are normally maintained sufficiently negative to prevent electrons from the surface gun 23 from reaching these electrodes. At the same time, a control grid
69 placed in front of the cathode 60 is maintained at a positive potential so as to allow the electrons of the electron gun 60 to strike the insulating coating 33 on the electrode 10 and to extract therefrom secondary electrons so that ' they tend to move in a positive direction in accordance with the variations of the image signals 63 applied to the screen. The output signals of the video amplifier 70 can be applied by a synchronization signal splitter 71 and an inverting device 72 to
the gate 69. The separated and inverted signals 73 are of sufficient negative amplitude to bias the gate 69 at cut-off. At the same time, the sync pulses 64 applied with positive polarity to electrodes 10 and 9 are of sufficient positive value to overcome the negative bias battery effect so as to thus allow the surface gun electrons to pass through them. openings of the screens towards the reproduction device. If desired, the sync pulses can be applied to the cathode of electron gun 60 instead of to the control grid. In this case, positive pulses will be applied to produce the desired cutoff. The bias potential on the electrode 10 is such that even if the secondary emission occurs, the insulating coating 33
is still operated in the negative region so that no gate current is obtained. With this arrangement, modulation can be applied directly to the electrode storage screen, as previously described. Note also that due to the potentials used the storage screen time constant is not critical as long as it is not too short and the storage coating pressure drop occurs.
In Fig. 10, there is shown a diagram, schematic of an alternative construction and a circuit arrangement according to the present invention which, in practice, has given good results. In this arrangement, the exploration cathode beam 74 is provided with a narrow opening 75 and an additional cathode 76 is mounted in the cathode 74 in the vicinity of this opening. Cathodes 74 and 76 can be heated by the same heating filament. A third cathode supplying the electrons of the surface gun is shown at 77. The accelerating electrode 78 is provided for the cathodes 74 and 76 and another accelerating electrode 79 is provided for all of these electron guns. The collector screen 9 is preferably maintained at substantially the same potential as the electrode 79. The cathode 76
is kept sufficiently negative with respect to cathode 77 so that it will always overcome the ejection of more than one secondary electron from the coating
33 of electrode 10 for each electron arriving on it. Cathode 74
is held slightly more negative than the cathode of the surface gun 77
so that it will contribute to provide a negative charge of the insulating coating 33. The cathode of the surface gun can be put to the potential of the. To explain the principle of operation of this system we can first consider that the insulating coating 33 is initially charged to a negative potential of a few volts with respect to earth. Under these conditions only the electrons from cathode 76 can strike the insulator. Since the electrons from cathode 76 strike with sufficient speed to eject more than one secondary electron per primary electron, and since these secondary electrons will be entrained of
<EMI ID = 29.1>
charge in a positive direction and will continue to do so until
that it has reached a point substantially equal to the instantaneous potential of the cathode 74. When the potential of the insulator reaches that of the cathode
74, electrons from this cathode will arrive on the insulator and prevent it from becoming more positive than the instantaneous voltage of this cathode. However, the potential of cathode 74 is not constant but it varies with the input video signals applied by capacitor 80 and resistor 81. Thus, when the beam of cathodes 74 and 76 is scanned on the screen, the load figure on the isolator will be changed on each scan to match the instantaneous variations in the video scans. It will be obvious that the beam current from cathode 74 must be greater than the current flowing from the insulator as a result of electrons emanating from cathode 76 including the leakage current.
This condition will generally be satisfied by arranging for the beam from cathode 74 to be at least as large as that from cathode 76. It will thus be seen that an image charge will be placed on the coating 33 which will control the flow of particles. electrons
from the cathode 77 to the utilization circuit 7 in accordance with the image signals. In this case, again the time constant of electrode 10 is not critical as long as it is not so small that excessive loss occurs.
In Fig. 11, a practical arrangement of the electron gun device of FIG. 10 is shown.
Cathode 74 is established as a sleeve having its end provided with an opening 75 and coated with a suitably emissive substance. Cathode 76 is mounted inside cathode sleeve 74 adjacent to opening 75 and a common heating filament 82 is provided to heat this assembly. Preferably, a negative voltage of -30 to -50 volts is applied to cathode 76 from battery 83, and a battery having a negative potential, for example 1.5 volts, is connected to cathode 74. L ' anode or insulating electrode 78 may be in the form of a sleeve shielding the cathode device 74 and 76 having an opening 84 aligned with the opening 75.
The surface cathode 77 may be mounted within a shell 85 maintained substantially at earth potential while the anode
79-can be maintained at a positive potential of 100 to 300 volts. So as to prevent the interaction between the electron beams from the cathodes
<EMI ID = 30.1>
78 at the outer edge of the surface cathode 77.
It will be appreciated from the foregoing description that a number of particular features are implemented in the present invention which are quite different from those previously known. It will be evident that in the operating methods described the surface electrons never actually reach the insulating coating on the storage control grid because, under all operating conditions, this grid is held at negative potential. This type of operation is entirely new.
It is clear that although certain examples of embodiments of the invention have been described with precision, modifications and alternatives will appear to those skilled in the art.
Furthermore, although the principles of the invention have been set out in relation to specific provisions, it should be understood that this description is given merely by way of example and should in no way limit the scope of the invention. invention.