Verfahren zur Aufnahme kurzzeitiger einmaliger Vorgänge mit einer
Braunschen Röhre.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur photographischen oder visuellen Aufnahme kurzzeitiger einmaliger Vorgänge mit einer Braunschen Röhre und bezweckt die Erzielung höchster Schreibgeschwindigkeiten, wozu hohe Strahlstrome erforderlich sind. Es ist bekannt, mittels der der Kathode einer Braunschen Röhre nächstliegenden Elek- trode, des Wehneltzylinders, die Intensität zu steuern. Der Wehneltzylinder arbeitet dabei im Raumladungsgebiet und ist im allgemeinen negativ vorgespannt. Er bewirlit auf diese Weise gleichzeitig eine Bündelung des Elektronenstrahls (Vorkonzentration).
Die Steuerung erfolgt überdies leistungslos.
Es wäre an sich auch denkbar, das Elektrodensystem so zu entwickeln, daB der Wehneltzylinder eine positive Vorspannung erhält. Das ist jedoch aus verschiedenen Gründen nachteilig. Es wird einmal die Kathode übermäBig stark beansprucht ; auBerdem ge- langt ein groBer Elektronenstrom auf den Zylinder, so daB eineunerwünschteBelastung der Spammngsquelle eintritt, und durch die Verlustleistung wird schlieBlich der Wehneltzylinder in solchem Masse erwärmt, wie dies aus Gründen der Röhrentechnik ebenfalls unangenehm ist.
Betreibt man eine Braunsche Rohre, deren Wehneltzylinderspannung im statischen Betrieb negativ ist, mit einer bestimmten Wehneltzylinderspannung, so wird man im allgemeinen eine bestimmte Linsenspan- nung einstellen müssen, um einen scharfen Fleck zu erhalten. Unter Linsenspannung wird dabei bei einer Braunschen Röhre mit elektrostatischer Strahlbündelung, die beispielsweise eine Kathode, einen sie umgebenden Wehneltzylinder, davor die Linsenelek- trode und anschliessend die Anode enthält, die Spannung der Linsenelektrode verstanden, während die Spannung der Anode bei dieser Uberlegung konstant zu denken ist.
Statt einer Linsenelektrode können auch deren mehrere vorgesehen sein. Steuert man nun den Elektronenstrahl heller oder dunk- ler, indem man die Wehneltzylinderspannung nach kleineren oder gröBeren negativen Wer- ten verschiebt, so wird im allgemeinen der Leuchtfleck etwas unscharf. Man kann dem durch eine Änderung der Linsenspannung Rechnung tragen. Diese Xnderung der Lin senspannung ist aber nur geringfügig, d. i. sie beträgt nur einen geringen Bruchteil der gesamten Linsenspannung.
Vor allen Dingen läBt sich aber bei solchen Röhren, die im statischen Betrieb mit negativer Wehneltzylinderspannung arbeiten, nicht erreichen, daB man auch bei positiver Wehneltzylinderspannung einen scharfen Fleck erhält. Will man nämlich den Wehneltzylinder über das Kathodenpotential hinaus nach positiven Spannungen, also zum Beispiel auf + 10 Volt oder höher steuern, dann erhält man auch durch Nachregelung der Linsenspannung keinen scharfen Fleck mehr.
Das Vorstehende gilt für den statischen Betrieb. Dem Verfahren nach der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, daB sich beim dynamischen Betrieb bei solchen Rfih- ren ganz andere Verhältnisse ergeben. Es ist nämlich bei solchen Röhren gelungen, auch bei positiver Wehneltzylinderspannung, zum Beispiel bei Spannungen von + 10 Volt und darüber, bei nur mäBiger Naehregelung der Linsenspannung, kurzzeitig einen scharfen Fleck zu erzeugen. Auch hier durfte allerdings die Wehneltzylinderspannung nieht beliebig hoch gewählt werden, wohl aber lie Ben sich noch scharfe Flecke bei überraschend hohen Werten der Wehneltzylinderspannung erzielen, die vom statischen Betrieb bereits völlig ausgeschlossen waren.
So wurde beispielsweise bei der AEG-Hochleistungsröhre folgendes festgestellt : Diese Röhre besitzt eine Kathode, einen Wehneltzylinder, eine Linsenelektrode und zwei Anoden. Diese beiden Anoden liegen auf 5 bezw. 20 kV gegen über der cathode. Die Linsenelektrode befindet sich auf einigen 100 Volt. Im statischen Betrieb wird ein scharfer Leuchtfleck, zum Beispiel bei einer Wehneltzylinderspan- nung von-10 Volt erhalten.
Beim dynamischen Betrieb dagegen war es möglich, die Wehneltzylinderspannung kurzzeitig, d. h. für etwa 10-6 Sek. auf +100 Volt zu erhöhen, und damit Schreibgeschwindigkeiten von über 50000 km/Sek. in solcher Hellig- keit zu erzielen, dass die Aufzeichnung kopierbar photographiert werden konnte. Geht man dann allerdings zu noch höheren Weh neltzylinderspannungen, beispielsweise zu + 200 Volt, über, so läBt sich auch im dynamischen Betrieb kein seharfer Fleck mehr erzielen.
Diese Beobachtung legt die Deutung nahe, dass auch im dynamischen Betrieb eine Raumladungsstenerung vorhanden ist, die sich aber erst bei den letztgenannten Span- nungen praktisch auswirkt. Die Entstehung des erwähnten scharfen Fleckes wird wahr- scheinlich durch die Intensitätsverteilung der Elektronen im Strahl begünstigt, da nur die helle Alitte des Fleckes zu sehen ist, während der äussere Teil desselben wegen des etwa exponentiellen Helligkeitsabfalles nicht wahrnehmbar ist.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren wird daher zur Aufnahme kurzzeitiger ein maliger Vorgänge mit einer Braumschen Röhre, deren Wehneltzylinderspannung im statischen Betrieb negativ ist, dem den Strahl im Ruhezustand sperrenden Wehneltzylinder zur Erzielung hoher Strahlströme wäh- rend des einmaligen Vorganges eine. vorzugs- weise einstellbare positive Spannung solcher Grosse erteilt, dass bei derselben statisch kein scharfer Leuchtfleck mehr erhalten wiirde, während dies dynamisch noch der Fall ist.
Die im statischen Betrieb bei positiver Weh neltzylinderspannung auftretenden Nachteile sind hierbei nicht zu befiirehten. Auch tritt bei dem dynamischen Betrieb eine Beschädi- gung der Kathode nicht ein, und die auf den Wehneltzylinder gelangenden Strome, sowie seine Erwärmnung halten sich in mässigen Grenzen.
Es war bereits an Hand eines Beispiels erläutert worden, dass für Impulse von etwa 1 O-6 Sek. Dauer eine Wehneltzylinderspan- nung von beispielsweise +100 Volt vorteilhaft angewendet werden kann. Dabei war übrigens vorausgesetzt, dass vor und nach dieser dynamischen Hellsteuerung der Strahl verdunkelt war. Es scheint nun verständlich, dass man zur Erzielung höherer Schreib- geschwindigkeiten, bei denen der Strahl entsprechend nur kürzere Zeit hell gesteuert zu werden braucht, zu hoheren Wehneltzylin- derspannungen übergehen kann, un. d da, B um- gekehrt bei geringeren Strahlgeschwindig- keiten die positive Wehneltzylinderspannung kleinere Werte annehmen muss.
Die Höhe der anzulegenden Wehneltzylinders pannung wird daher zweckmässig in Abhängigkeit von der Oszillogrammzeit eingestellt. Insbesondere kann diese Einstellung in Abhängigkeit von der Einstellung des Zeitablenkkreises der Braunschen Röhre erfolgen. Diese Einstellung kann auch selbsttätig, zum Beispiel durch mechanische Kopplung des betreffenden Potentiometers, von dem die Wehneltzylinderspannung abgegriffen wird, mit dem Umschalter, der die verschiedenen Zeitkreiskondensatoren (: ippkondensatoren) einschal- tet, erfolgen.
Auch wird die erforderliche Einstellung der Elektronenoptik des Strahlerzeugungssystems vorteilha, ft selbsttätig, zum Beispiel durch mechanische Kopplung der Potentiometer für die Spannung des Wehneltzylinders und der Linse vorgenom- men. Entsprechendes gilt selbstverständlich für den Fall magnetischer Strahlkonzentration, bei der die Linsenströme in Abhängigkeit von der anzulegenden Wehneltzylinderspannung gesteuert werden.
Die Spannungsimpulse können entweder als positive Spannungsimpulse dem Wehneltzylinder oder aber als negative Impulse der Kathode zugeführt werden. Auf beide Fälle beziehen sich sinngemäB die vorstehenden Ausführungen, bei denen von einer positiven Wehneltzylinderspannung die Rede ist. Die Impulse erhalten zweckmässig Rechteckform, um eine möglichst gleichmäBige Hellsteuerung des Strahls während des ganzen Schreibvorganges zu erhalten.
Um Spannungs- impulse verschiedener Hoche zu erhalten, kann man die Höhe der Rechteckimpulse ver- ändern ; in vielen Fällen einfacher ist es jedoch, stets Rechteckimpulse von gleicher Höhe zu verwenden und zur Einstellung der Wehneltzylinderspannung die während der Dunkelsteuerung des Strahls verwendete Vor- spannung einzuregeln. Es können also beispielsweise stets Impulse von 150 Volt Hiihe verwendet werden, wobei dann positive Weh neltzylinderspannungen für die Hellsteuerung zwischen-+-80-und-+-100 Volt dadurch erhalten werden, dass die Vorspannung zwischen-70 und-50 Volt geregelt wird.
Die Schaltung zur Erzeugung des Rechteckimpulses kann in der Weise ausgebildet sein, wie es in der Zeitschrift"Archiv für Elektrotechnik", 1941, Band 35, Seite 337 ff. beschrieben ist.
Procedure for recording brief, one-off processes with a
Braun's tube.
The invention relates to a method for the photographic or visual recording of brief, one-off processes with a Braun tube and aims to achieve the highest writing speeds, for which high jet currents are required. It is known to control the intensity by means of the electrode closest to the cathode of a Braun tube, the Wehnelt cylinder. The Wehnelt cylinder works in the space charge area and is generally negatively biased. In this way, it simultaneously causes the electron beam to be bundled (pre-concentration).
The control is also performed without power.
It would also be conceivable to develop the electrode system in such a way that the Wehnelt cylinder receives a positive bias. However, this is disadvantageous for various reasons. On the one hand the cathode is stressed excessively; In addition, a large flow of electrons reaches the cylinder, so that an undesired load on the voltage source occurs, and the power loss ultimately heats the Wehnelt cylinder to such an extent that it is also unpleasant for reasons of tube technology.
If you operate a Braun tube, the Wehnelt cylinder voltage of which is negative in static operation, with a certain Wehnelt cylinder voltage, you will generally have to set a certain lens voltage in order to obtain a sharp spot. In the case of a Braun tube with electrostatic beam bundling, which contains, for example, a cathode, a Wehnelt cylinder surrounding it, in front of the lens electrode and then the anode, the lens voltage is understood to be the voltage of the lens electrode, while the voltage of the anode is to be considered constant with this consideration is.
Instead of one lens electrode, several can also be provided. If you now control the electron beam brighter or darker by shifting the Wehnelt cylinder voltage to smaller or larger negative values, the light spot generally becomes somewhat blurred. You can take this into account by changing the lens tension. However, this change in the lens tension is only slight; i. it is only a small fraction of the total lens tension.
Above all, however, it cannot be achieved with tubes that work in static operation with a negative Wehnelt cylinder voltage that a sharp spot is obtained even with a positive Wehnelt cylinder voltage. If you want to control the Wehnelt cylinder beyond the cathode potential for positive voltages, for example to +10 volts or higher, then you no longer get a sharp spot even by readjusting the lens voltage.
The above applies to static operation. The method according to the invention is based on the knowledge that completely different conditions result in dynamic operation with such conductors. With such tubes it has been possible to briefly produce a sharp spot even with a positive Wehnelt cylinder voltage, for example with voltages of + 10 volts and above, with only moderate approximation of the lens voltage. Here, too, the Wehnelt cylinder tension could not be chosen arbitrarily high, but sharp spots could still be achieved with surprisingly high values of the Wehnelt cylinder tension, which were already completely excluded from static operation.
For example, the following was found in the AEG high-performance tube: This tube has a cathode, a Wehnelt cylinder, a lens electrode and two anodes. These two anodes are on 5 respectively. 20 kV against the cathode. The lens electrode is at a few 100 volts. In static operation, a sharp light spot is obtained, for example with a Wehnelt cylinder voltage of -10 volts.
In dynamic operation, however, it was possible to temporarily reduce the Wehnelt cylinder voltage, i.e. H. for about 10-6 seconds to +100 volts, and thus writing speeds of over 50,000 km / sec. to be achieved in such brightness that the recording could be photographed copier. If, however, one then goes over to even higher Weh nelt-cylinder voltages, for example + 200 volts, then no more sharp spot can be achieved even in dynamic operation.
This observation suggests that space charge control is also present in dynamic operation, but this only has a practical effect at the last-mentioned voltages. The creation of the aforementioned sharp spot is probably favored by the intensity distribution of the electrons in the beam, since only the bright center of the spot can be seen, while the outer part of it is not perceptible because of the roughly exponential decrease in brightness.
According to the method according to the invention, a Braum's tube, whose Wehnelt cylinder voltage is negative in static operation, is used to record brief, one-time processes, the Wehnelt cylinder, which blocks the jet in the idle state, in order to achieve high jet currents during the one-time process. Preferably adjustable positive voltage of such a magnitude that with the same no more sharp light spot would be obtained statically, while this is still the case dynamically.
The disadvantages that occur in static operation with positive Weh nelt-cylinder voltage are not to be avoided here. The cathode is also not damaged during dynamic operation, and the currents reaching the Wehnelt cylinder and its heating are kept within moderate limits.
It has already been explained on the basis of an example that a Wehnelt cylinder voltage of, for example, +100 volts can advantageously be used for pulses of around 10 -6 seconds duration. Incidentally, it was assumed that the beam was darkened before and after this dynamic brightness control. It now seems understandable that one can switch to higher Wehnelt cylinder voltages in order to achieve higher writing speeds at which the beam only needs to be brightly controlled for a shorter time. d da, B conversely, at lower jet speeds the positive Wehnelt cylinder voltage must assume smaller values.
The level of the Wehnelt cylinder voltage to be applied is therefore appropriately set as a function of the oscillogram time. In particular, this setting can take place as a function of the setting of the time deflection circle of the Braun tube. This setting can also take place automatically, for example by mechanically coupling the relevant potentiometer, from which the Wehnelt cylinder voltage is tapped, to the switch that switches on the various time circuit capacitors.
The required setting of the electron optics of the beam generating system is advantageously carried out automatically, for example by mechanically coupling the potentiometers for the voltage of the Wehnelt cylinder and the lens. The same applies of course to the case of magnetic beam concentration, in which the lens currents are controlled as a function of the Wehnelt cylinder voltage to be applied.
The voltage pulses can either be fed to the Wehnelt cylinder as positive voltage pulses or to the cathode as negative pulses. The above explanations refer to both cases, which refer to a positive Wehnelt cylinder tension. The pulses are expediently rectangular in shape in order to obtain the most uniform possible brightness control of the beam during the entire writing process.
In order to obtain voltage impulses of different levels, one can change the height of the rectangular impulses; In many cases, however, it is easier to always use square-wave pulses of the same height and to regulate the bias voltage used during the dark control of the beam in order to set the Wehnelt cylinder voltage. For example, pulses of 150 volts height can always be used, in which case positive Weh neltzylinderspannungen for light control between - + - 80 and - + - 100 volts are obtained by regulating the bias voltage between -70 and -50 volts.
The circuit for generating the square pulse can be designed as described in the journal "Archiv für Elektrotechnik", 1941, Volume 35, page 337 ff.