CZ278259B6 - Electron gun with a suppressed magnification of a trace - Google Patents

Description

Elektronová tryska s potlačeným zvětšením stopy

Oblast techniky

Vynález se týká elektronové trysky s potlačeným zvětšením stopy pro obrazovky, zvláště barevné, užívané v běžných televizních přijímačích.

Dosavadní stav techniky

Elektronové trysky v barevných obrazovkách obsahují souosé elektrody s katodou, řídicí mřížkou a stínící mřížkou, jakož i dvě nebo více zaostřovacích elektrod. Před stínící mřížkou je oblast formování paprsku, za ní oblast zaostřovací. Dosud se předpokládalo, že oblast formování paprsku a oblast zaostřování paprsku se navzájem ovlivňují jen velmi málo. Při činnosti elektronové trysky jsou elektrony emitovány z katody a sbíhají se ke křižišti u stínící mřížky. Protože v oblasti křižiště se prakticky vždy nalézají elektrická pole, dochází tam k určitému konstantnímu ohybu elektronových paprsků při vstupu do křižiště i při výstupu z něho. To má za následek nedokonalou ostrost obrazu v důsledku zvětšení stopy paprsku na stínítku obrazovky.

Za účelem odstranění tohoto nedostatku byly vytvořeny různé zlepšené konstrukce elektronových trysek se zvýšeným potenciálem a sníženým zvětšením stopy. Jsou známa provedení, kde ke katodě přiléhá řídicí mřížka a stínící mřížka, u níž jsou uspořádány dvě válcové zaostřovací elektrody, a sice první válcová zaostřovací elektroda s otvorem, jejíž délka je určitým násobkem průměru otvoru první zaostřovací elektrody, a kde je použita i druhá zaostřovací elektroda s otvorem. V důsledku dosud nevhodného dosavadního uspořádání těchto konstrukcí však nebylo dosaženo výrazného zlepšen,! v potlačení zvětšení stopy paprsku.

Je sice známo provedení trysky podle patentového spisu USA č. 3295001, kde je cílem vynálezeckého provedení zlepšení stopy elektronového paprsku na stínítku obrazovky a zvětšení citlivosti tím, že stínící mřížka má dvojitou přepážku. Tloušťka stínící mřížky má být větší než 0,5 násobek průměru jejího vzdálenějšího otvoru, avšak odstup a rozměry první zaostřovací elektrody a dalších zaostřovacích elektrod nejsou kritické. Ani tímto provedením se však nedosáhne tak významného potlačení zvětšení stopy paprsku na obrazovce, aby se výrazněji projevilo ve zvětšení citlivosti a zlepšení obrazu.

Podstata vynálezu

Uvedený nedostatek je do značné míry odstraněn elektronovou tryskou s pctlačeným zvětšením stopy, obsahující katodu, k níž přiléhá v daném pořadí destičková řídicí mřížka, opatřená otvorem a destičková stínící mřížka, opatřená otvorem, přičemž u této stínící mřížky jsou uspořádány v daném pořadí první válcová zaostřovací elektroda, opatřená otvorem, jejíž délka je nejméně 2,5 násobek průměru otvoru první zaostřovací elektrody, a druhá válcová zaostřovací elektroda, opatřená otvorem, kde podstata vynálezu spočívá v tom, že délka první válcové zaostřovací elektrody je nejvýše 5,0 násobek průměru otvoru první válcové zaostřova

-1CZ 278259 B6 cí elektrody, tloušťka stínící mřížky je 0,4 až 1,0 násobek průměru otvoru stínící mřížky a vzdálenost stínící mřížky od první válcové zaostřovací elektrody je 0,78 až 3,15 násobek průměru otvoru stínící mřížky.

V provedení podle přihlašovaného vynálezu se dosahuje výrazného potlačeni zvětšení stopy elektronového paprsku. Vstupní úhel křižiště elektronového paprsku je redukován, tloušťka stínící mřížky je v přesně určeném rozmezí násobku průměru otvoru stínící mřížky a dále je délka první zaostřovací elektrody přesně určeným rozmezím násobku průměru zaostřovací elektrody. Velikost elektrického pole mezi stínící mřížkou a první zaostřovací elektrodou se rovná 3937 až 15748 V/mm. Rozlišujícím bodem je pak kombinace tloušťky stínící mřížky s uvedenými dalšími význaky.

Takovéto vynálezecké provedení je velmi výhodné dosažením výrazného potlačení zvětšení stopy paprsku na stínítku obrazovky a tím i zlepšením ostrosti obrazu. Podrobněji budou pak dosažená zlepšení a výhody uvedeny v dalším popise.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže osvětlen pomocí výkresů, na nichž obr. 1 schématicky zobrazuje typickou dosavadní elektronovou trysku, obr. 2 je zvětšeným řezem oblasti formování paprsku u typické trysky dosavadní konstrukce, obr. 3 zobrazuje jiný typ dosavadní konstrukce elektronové trysky ve zvětšeném řezu, obr. 4 znázorňuje- svislý řez obrazovkou se zabudovanou zlepšenou elektronovou tryskou, obr. 5 je podélným řezem příkladného provedení zlepšené trysky podle obr. 4, obr. 6 je zvětšeným řezem oblastí formování paprsku zlepšené elektronové trysky podle obr. 5, obr. 7 znázorňuje graf, zobrazující vztah mezi velikostí stopy v křižišti a velikostí elektrického pole mezi G2 a G3, obr. 8 je grafem, zobrazujícím vztah mezi tloušťkou G2 a délkou G3 ve zlepšené elektronové trysce, obr. 9a až 9d jsou schématickými zobrazeními srovnání činností formování a zaostřování paprsku u zlepšené elektronové trysky a u trysky dosavadního typu, a konečně obr. 10 a 11 představují řezy alternativních provedení silných elektrod G2 , použitých ve zlepšené elektronové trysce.

Příklady provedení vynálezu

V dalším budou popsány jednotlivé příklady provedení vynálezu, které budou pro názornost srovnány s dosavadními typickými provedeními elektronových trysek pro televizní obrazovky.

Jak je schématicky označeno na obr. 1, elektronové trysky, typicky užívané v barevných obrazovkách, obsahují množinu souosyu-n elektrod, zahrnujících katodu 2, řídicí mřížku 3, stínící mřížku 4 a dvě nebo více zaostřovacich elektrod 5 a 6. Část mřížky až ke stínící mřížce vytváří oblast Ί_ formování paprsku a část za stínící mřížkou vytváří zaostřovací oblast 8. Jsou-li tyto trysky v činnosti, jsou elektrony 9 emitovány z katody a sbíhají se ke křižišti 10 v blízkosti stínící mřížky 4. Toto křižiště 10 je pak znázorněno v zobrazovací rovině na stínítku 11 jako malá stopa hlavní zaostřovací čočkou, zabudovanou mezi elektrodami 5 a 6 v zaostřovací oblasti 8 trysky. Úhel sbíhavosti a, pod kte

-2CZ 278259 B6 rým elektrony 9 přicházejí ke křižišti 10, je zde nazván vstupním úhlem křižiště 10 a rozbíhavý úhel B, pod kterým elektrony křižiště opouštějí, je zde nazván výstupním úhlem křižiště 10. Úhly α a B se budou sobě rovnat v případě, že v křižišti 10 nebude žádné vychylovací pole. Ve skutečné praxi ovšem přítomnost elektrických polí v této oblasti způsobuje konstantní ohýb elektronových paprsků při vstupu do a výstupu z křižiště 10 a takto vytváří komplexní křižiště 10 a rozdíl v úhlech α a B.

Většinou se všeobecně předpokládalo, že oblast 7 formování paprsku a oblast zaostřovací 2 se navzájem jen málo ovlivňují. Když se zkoumala jedna z těchto oblastí pro zlepšení elektronové trysky, obvykle se věnovala jen malá pozornost oblasti druhé. Nehledě na tento předpoklad bylo zjištěno, že první křižiště 10, které je zobrazeno na stínítku 11, je v trysce mnohem více vpředu, než se dříve předpokládalo. Tím došlo k uvědomění si vzájemné závislosti mezi oblastí 7 formování paprsku a následnou zaostřovací oblastí 2· Z toho vyplynulo, že rozumným výběrem a kombinací konstrukčních parametrů trysky se může dosáhnout nečekaného zlepšení stopy paprsku trysky.

Hlavní rysy zlepšené elektronové trysky podle vynálezu v porovnání s dosavadními tryskami téže třídy jsou silná elektroda G2, silné elektrické pole mezi G2 a G3 a/nebo zvětšená předmětová vzdálenost hlavního zaostřovacího systému. Pro dosažení optimálních výsledků při tomto konstrukčním uspořádání je výhodné, aby předfokusace elektronového paprsku za křižištěm byla eliminována nebo alespoň značně zmenšena.

Obr. 2 je zvětšeným řezem dosavadní typické trysky 84 podle dosavadního stavu techniky, mající konvenční, tenkostěnnou G2 namísto silné G2 zlepšené elektronové trysky 26. Elektronová tryska 84 obsahuje katodu 86., θΐ θθ. G2 90 a G3 92. Elektronová tryska 84 podle dosavadního stavu techniky má identickou rozteč elektrod a identické rozměry s elektronovou tryskou 26 s výjimkou toho, že její G2 90 je z tenké destičky konvenčního typu oproti silné desce G2 38 elektronové trysky 26.

Elektronová tryska 84 dává silnější konvergentní pole, reprezentované ekvipotenciálními čarami 94 v otvoru G1 v sousedství katody. Toto pole konverguje elektronové paprsky 98, opouštějící katodu směrem ke křižišti 96. Ovšem působením tenkosti elektrody G2 pronikají siločáry z vysokého napětí G3 zcela otvorem G2, vytvářeje dostatečné konvergentní pole v oblasti mezi G1 a G2, jak je znázorněno siločarami 100. Výsledkem této přídavné konvergenční činnosti je vytvoření většího vstupního úhlu a křižiště (viz obr. 1) a přesunutí křižiště 96 blíže ke katodě, než je u zlepšené elektronové trysky 26.· Z toho vyplývá, že výstupní úhel B elektronových paprsků 102 z křižiště 96 je větší a takto vytváří na téže zvolené vzdálenosti od katody svazek 104 paprsků s menší proudovou hustotou, než je svazek paprsků 78 elektronové trysky 26.

Obr. 3 znázorňuje elektronovou trysku 108 podle dosavadního stavu techniky, která je stejná jako elektronová tryska 84 podle dosavadního stavu techniky s výjimkou elektrody G2. Tryska 108 obsahuje katodu 110, G2 112 a G3 113. G2 je baňkovitého tvaru včetně přímé obvodové stěny 114. Úkolem stěny 114 je vytvarovat ekvipotenciální čáry 115 v oblasti mezi G2 a G3 pro vytvoření předfokusačního konvergentního působení na elektronové paprsky 116, opouštějící křižiště 118 paprsku. Výsledkem je sbíhavé zakřivení paprsků 116 po opuštění křižiště, získání větší proudové hustoty svazku 120, jehož velikost se podobá svazku 78 zlepšené elektronové trysky. Jak bude ovšem vysvětleno dále detailněji, dosažení větší proudové hustoty svazku 120 v elektronové trysce 108 neumožňuje zároveň dosažení poklesu zvětšení ekvivalentního tomu, které bylo dosaženo zlepšeným vynálezeckým provedením elektronové trysky.

Je to právě předfokusační působení, vytvářené sbíhavými siločárami 115 v oblasti mezi G2 a G3, kterému má konstrukce zlepšené trysky zabránit. Toho se ve vynálezeckém provedení, které bude dále popsáno, dosahuje tím, že se konstrukce vyhýbá všemu, co by_ mohlo jakožto přímá obvodová stěna elektrody G2 křivit siločáry od relativně plochého tvaru v blízkosti paprsků elektronového svazku.

Obr. 4 znázorňuje barevnou obrazovku 10 s obdélníkovým stínítkem ve skleněném obalu, obsahujícím pravoúhlou čelní plochu 12 a válcové hrdlo 14, navzájem spojené nálevkou 16. Plocha 12 obsahuje zobrazovací čelní plochu 18 a vnější boční stěnu 20, připojenou k nálevce 16 zatavením 21. Mozaikové fosforescenční stínítko 22 je umístěno na vnitřním povrchu čelní plochy 18. Stínítko 22 je nejlépe čárové s fosforovými čarami, táhnoucími se ve směru kolmém k zamýšlenému směru vysokofrekvenčního rastru. Mnohootvorová stínící elektroda 24 (maskovací) výběru barev je konvenčním způsobem odmontovatělně připevněna v předurčeném prostorovém vztahu ke stínítku 22. Zlepšená elektronová in line tryska 26, schématicky znázorněná tečkované, je centrálně zabudována uvnitř hrdla 14 pro vytvoření a směrováni tří elektronových paprsků 28 podél komplanárních konvergentních drah přes masku 24 ke stínítku 22.

Obrazovka podle obr. 4 je konstruována pro použití s vnějším jhem 30 magnetického vychylování, umístěném okolo hrdla 14 a nálevky 16 v blízkosti jejich spojení pro rastrování tří elektronových paprsků 28 horizontálně a vertikálně v pravoúhlém rastru na stínítku 22.

S výjimkou zlepšení zde popsaných je elektronová tryska 26 třípaprsková typu in line podobná té, která je popsána v americkém patentu č. 3.772.554.

Obr. 5 je bokorys části podélné sekce třípaprsková bipotenciálové trysky 26 v rovině kolmé k rovině koplanárních paprsků 28. Obr. 6 je pak zvětšeným řezem oblastí formování paprsku této trysky.

Na obrázcích 5, 6 je znázorněna konstrukce, vztahující se pouze k jednomu ze tří paprsků. Elektronová tryska 26 obsahuje dvě skleněné nosné tyčky 32., na kterých jsou připevněny různé elektrody. Tyto elektrody zahrnují tři stejně rozmístěné koplanární katody 34 (jedna pro každý paprsek, přičemž pouze jedna z nich je zakreslena), elektrodu řídicí mřížky 36 (Gl), elektrodu stínící mřížky 38 (G2), první válcovou zaostřovací elektrodu 40 (G3) a druhou válcovou zaostřovací elektrodu 42 (G4). Elektroda

-4CZ 278259 B6

G4 obsahuje elektrickou stínící baňku 44. Všechny tyto elektrody jsou souměrné podél osy centrálního paprsku A - A a zabudovány v určitém vztahu podél skleněných tyček 32' v uvedeném pořadí. Zaostřovací elektrody G3 a G4 působí zároveň i jako urychlovací elektrody v bipotenciálové elektronové trysce 26.

V elektronové trysce 26 je také ukázána množina magnetických členů 46, připevněná ke dnu stínící baňky 44 za účelem korekce komy rastru, vytvořené elektronovým paprskem, rozmítaným po stínítku 22. Magnetické členy 46 korekce komy mohou být např. takové, jaké jsou popsány v US patentu č. 3.772.554.

Trubicovitá katoda 34 elektronové trysky 26 zahrnuje planární emitující povrch 48 na její čelní stěně. Elektrody Gl a G2 zahrnují části příčných desek 50., respektive 52 které mají zcentrované centrální otvory 54 respektive 56. G3 obsahuje prodloužený, trubicovitý člen s příčnou stěnou 58, sousedící s G2, který má centrální otvor 60. G4 stejně jako G3 obsahuje trubicovitý člen, a tyto dvě elektrody mají na svých čelních plochách trubicovité hubičky G2, G4, mezi nimiž je uspořádána zaostřovací čočka elektronové trysky.

Zlepšená elektronová tryska, může být- charakterizována těmito svými vlastnostmi:

A. Silné pracovní elektrické pole mezi G2 a G3 100 až 400 V/mil (3937-15748 V/mm), s výhodou 150 až 250 V/mil (5906-9843 V/mm) pro získání paprsku s minimálním průměrem v křižišti.

B. Silná plochá část G2 desky 52, jejíž tloušťka se rovná 0,.4 až 1,0 násobku průměru otvoru 56 v G2 za účelem zmenšení úhlů křížení elektronového paprsku.

C. G3 je neobvykle dlouhá, a to 2,5 až 3 násobek průměru hlavní zaostřovací čočky, a to pro maximalizaci vzdálenosti předmětů a redukci zvětšení v elektronové trysce, což bude ve většině případů 40 až 60 násobek tloušťky G2.

D. G2 má plochou část, obklopující její otvor, jejíž průmér je rovný nebo větší než dvojnásobek vzájemné vzdálenosti G2 od G3 pro zabránění předfokusace elektronového paprsku.

Obr. 6 znázorňuje zvětšený řez oblasti 7 formování elektronového paprsku u nové elektronové trysky 26,. Zobrazuje povahu siločar pole se stejným potenciálem, které vznikají mezi katodou, Gl, G2 a G3 při činnosti trysky, a též povahu stop elektronů, opouštějících katodu, konvergujících ke křižišti a divergujících při výstupu z něj směrem k hlavní zaostřovací čočce.

Pro elektronově trysky, pracující s křižištěm paprsku, jr typické silně konvergentní pole v blízkosti katody a Gl, představované siločarami 66. Toto pole slouží k silné konvergenci elektronových paprsků 68, opouštějících katodu 34 a formuje je do křižiště 70, ze kterého se rozbíhají, když pokračují k hlavní zaostřovací čočce.

Tryska 26 je konstruována s relativné malou vzdálenosti G2 - G3 a/nebo je opatřena relativné vysokým napětím na G3 pro vy

-5CZ 278259 B6 tvoření silného pole mezi G2 a G3. Toto vysoké napětové pole z G3 vniká do otvoru v G2, jak je zobrazeno ekvipotenciálními čarami 72. Ovšem na rozdíl od elektronových trysek podle dosavadního stavu techniky, kde elektroda G2 může být v podstatě stejné tloušťky jako elektroda Gl a kde vysoké napětí z G3 kompletně proniká otvorem v G2, je tlouštka G2 této trysky vzhledem k průměru otvoru 56 G2 tak veliká, že pole 72 proniká do otvoru pouze částečně. Toto zase dovoluje poli, tvořenému napětím na Gl, představovanému siločarami 74 , vniknout do otvoru 56 G2 ze strany Gl a vnést tam tak divergentní sílu na elektronové paprsky 68. Toto slouží ke zmenšení vstupního úhlu křižiště - viz obr. 1 - oproti stavu, který by jinak nastal, a k posunutí křižiště 70 dále dopředu ke stínítku oproti stavu, který by jinak nastal. Toto má zase za následek menší výstupní úhel křižiště B a odtud větší proudovou hustotu svazku elektronů, když se elektronové paprsky 73 rozbíhají z křižiště a pokračují směrem k hlavní zaostřovací čočce. V libovolně zvolené vzdálenosti od katody 34 je ukázáno, že elektronové paprsky 76 tvoří relativně malý či hustý svazek 78.

/

Zlepšená elektronová tryska26 se také vyznačuje tím, že má relativně plochou příčnou část destičky 52 G2. Tak plochá konstrukce elektrody má za následek, že mezi G2 a G3 se vytvářejí siločáry 82., které samy jsou relativně ploché a prosté jakékoliv významnější přefokusace. Nepřítomnost přefokusace v této oblasti elektronové trysky má za následek pokles zvětšení, jak bude ještě podrobněji vysvětleno.

Obr. 7 znázorňuje vztah mezi velikostí stopy paprsku a silou elektrického pole mezi G2 a G3 trysky obecné třídy zde popsané. Síla pole je graficky znázorněna v závislosti na poměru skutečné velikosti stopy paprsku S_er v křižišti k teoretické velikosti stopy paprsku S_til v křižišti a je určena příspěvkem tepelné emise k velikosti stopy v křižišti. Z obrázku je zřejmé, že poměr velikosti stop se ostře zmenšuje, jakmile síla pole E_G2__G3 se zvětší na asi 150 až 250 V/mil (5906 až 9843 V/mm) a vyrovnává se na obou koncích tohoto rozsahu.

V typické bipotenciálové trysce podle dosavadního stavu techniky s prostou jedinou hlavní zaostřovací čočkou, jak byla zveřejněna v již zmíněném US patentu č. 3.772.554, může být rozteč G2-G3 asi 55 mil (1,397 mm), napětí na G3 asi 6000 V a napětí na G2 asi 600 V. Taková konstrukce a pracovní parametry dávají trysku, pracující s polem E_G2__G3 asi 98 V/mil (3858 V/mm). Pro srovnání typické příkladné provedení zlepšené elektronové trysky 26 má rozteč G2-G3 nejlépe 33-48 mil (0,838 až 1,219 mm), napětí na G3 8500 V a napětí na G2 652 V, což dává pole E_G2__G3 asi 239 až 164 V/mil (9409 až 6457 V/mm). Jak je ukázáno na obr. 7, graficky znázorněný poměr velikosti stop (což je měřítko kvality velikosti stopy, přičemž optimum nastává, je-li poměr roven jedné), je asi 2,5 pro trysku podle dosavadního stavu techniky ve srovnání se zlepšenou elektronovou tryskou 26., kde je při práci s polem ^eG2-G3 ^{rovnam 239} V/mil (9409 V/mm) roven asi 1,6.

-6CZ 278259 B6

Zlepšení poměru velikosti stop z 2,5 na 1,6 by napovídalo, že jsou žádoucí vyšší hodnoty pole E_G2-g3· ^Ovšem při nepřítomnosti některých kompenzačních změn v elektronové trysce má pouhý vzrůst síly pole Eg2-G3 ^za následek přídavný vzrůst velikosti výstupního úhlu B elektronového svazku z křižiště působením ustavení velmi zvětšeného konvergentního pole v otvoru v G2 před křížištěm a ustavení velmi zvětšeného divergentního pole v otvoru v G3 za křižištěm. Standardní postup podle dosavadního stavu techniky pro kompenzaci zvětšeného výstupního úhlu z křižiště by bylo vložení předfokusační čočky mezi G2 a G3. Jak bude ovšem později detailně vysvětleno, takové předfokusační pole nemůže zajistit optimální kompenzaci pro zvětšený výstupní úhel z křižiště.

Obr. 8 je graf, ukazující výstupní úhly B z křižiště a optimalizované délky G3 jako funkce různých tlouštěk G2 v provedení zlepšené elektronové trysky 26., mající průměr ·otvoru v G2 25 mil (0,635 mm a průměr čočky G3 214 mil (5,436 mm)’. Křivka ukazuje, že mění-li se tloušťka G2 od 10 mil (0,254 mm) nebo 0,4 násobek velikosti otvoru v G2 do 25 mil (0,635 mm) nebo 1,0 násobek velikosti otvoru v G2, výstupní úhel B z křižiště se zmenšuje z 0,0675 radiánu na 0,042 radiánu. Jak se zmenšuje úhel B křižiště, zmenšuje se průměr paprsku a je možno použít prodlužující se elektrody G3, aniž by se čočka přeplnila paprskem, a takto se získá zvětšení předmětové vzdálenosti zaostřovacího systému a tomu odpovídající pokles zvětšení. Křivka dále ukazuje, že pro G2 silnou 10 mil (0,254 mm) se požaduje optimální délka 550 mil (13,970 mm) a že pro G2 silnou 25 mil (0,635 mm) se požaduje optimální délka 1060 mil (26,924 mm). Tloušťka G2 může takto být určena poměrem délky G3 ku průměru čočky G3. Tento poměr se mění od 2,57 až ke 4,95,. mění-li se tloušťka G2 od 10 do 25 mil (0,254 až 0,635 mm). Rozsah vhodných délek G3 se takto pohybuje od asi 2,5 až k 5,0 pro vhodné změny tloušťky G2 od 0,4 po 1,0 násobek průměru otvoru v G2. Z těchto údajů je možno si všimnout, že u tohoto provedení zlepšené trysky 26 se optimální délky G3 pohybují v rozmezí 40 až 60 násobku tloušťky G2 při zvoleném pracovním rozsahu zde popsaných rozměrových variací.

Obr. 9a až 9d schematicky znázorňují účinky konstrukce elektronové trysky podle dosavadního stavu techniky ve vztahu.ke zlepšené elektronové trysce s přihlédnutím k dosažení poklesu

zvětšení. Jak je v oboru	dobře známo,	je zvětšení elektronové
trysky vyjádřeno vzorcem
	Q	vc
M	= '
	P	va
kde M je zvětšení stopy	svazku,

Q je obrazová vzdálenost, t.j. vzdálenost mezi hlavní zaostřovací čočkou a rovinou zobrazení, na které má být stopa svazku zobrazena,

P je předmětová vzdálenost, t.j. vzdálenost mezi křižištěm svazku a hlavní zaostřovací čočkou,

V_c je napětí na křižišti a

V_& je napětí na anodě nebo rovině obrazu.

-7CZ 278259 B6

Obr. 9a znázorňuje povahu vytváření elektronového svazku ve zlepšené elektronové trysce 26, kde se elektrony sbíhají od katody 34 k prvnímu křižišti 70 v relativně dlouhé vzdálenosti od katody a s relativně malým vstupním úhlem křižiště a . Elektrony se pak z křižiště rozbíhají k hlavní zaostřovací čočce MF, kde jsou zaostřovány pro zobrazení křižiště na anodě A. Působením relativně malého výstupního úhlu křižiště B je rozpětí svazku paprsků při dosažení hlavní zaostřovací čočky stále relativně malé a takto umožňuje činnost v' centrální oblasti čočky s malou sférickou aberací a tím i vytvoření stopy s malou aberací na stínítku. Také díky relativně malému výstupnímu úhlu B svazku z křižiště je předmětová vzdálenost P-|_ relativně veliká. Odtud se vůči tryskám podle dosavadního stavu techniky dosahuje příznivého či zmenšeného zvětšení prostřednictvím zmenšení poměru Q]./Pj_·

Obr. 9b znázorňuje, jak by dopadl pokus o dosažení téhož zvětšení s elektronovou tryskou 84 podle dosavadního stavu techniky tím, že se postaví P-^, rovno P₂. Poněvadž tryska 84 pracuje s větším výstupním úhlem B z křižiště, její elektronové paprsky se rychle rozbíhají z křižiště 96 a v okamžiku, kdy dosahují hlavní zaostřovací čočku MF, jsou rozběhlé do takové šíře, že při průchodu otvorem čočky trpí silnou sférickou aberací.

Obr. 9c znázorňuje u elektronové trysky 84 pokus o řešení problému, popsaného u obr. 9b. Zde je katoda 86 trysky přiblížena k hlavní zaostřovací čočce MF, takže předmětová vzdálenost P₃ je zmenšena, takže rozšíření svazku paprsků nebude v okamžiku dosažení hlavní zaostřovací čočky nadměrné. Toto ovšem zamezí veliké sférické aberací, ale má to za následek nárůst zvětšení, což je způsobeno zmenšením předmětové vzdálenosti P₃ a odtud zvětšení poměru Q₃/P₃.

Obr. 9d znázorňuje, jak by podle dosavadního stavu techniky dopadl pokus řešit problémy, naznačené v popisu k obrázkům 9b a 9c použitím předfokusační čočky v elektronové trysce 108. Poněvadž elektrony opouštějí křižiště 118 v relativně velikém výstupním úhlu B, jsou předfokusovány v oblasti mezi G2 a G3 předfokusační čočkou PF, jak bylo popsáno v souvislosti s obr. 6. Elektrony pak opouštějí předfokusační čočku PF v malém rozptylovém úhlu tak, že když doletí k hlavní zaostřovací čočce MF, mají relativně velkou proudovou hustotu s průměrem svazku přibližně stejným jako u zlepšené elektronové trysky 26 /obr. 9a/. Toto by napovídalo, že se dosáhlo ekvivalentního zvětšení, poněvadž Q₄/P₄ 3^e rovno Q^/Pj. Tento úspěch je však pouze zdánlivý, poněvadž v elektronové trysce 108 z obr. 9d se zaostření dosahuje párem čoček, a to předfokusační čočkou PF a hlavní zaostřovací čočkou MF. Tyto dvě čočky vytvářejí ekvivalentní zaostřovací čočku EF, situovanou mezi předfokusační a hlavní zaostřovací čočku a takto vytvářejí efektivní předmětovou vzdálenost P₅ a efektivní obrazovou vzdálenost Q₅. Výsledkem je zvětšení úměrné Q5/P5, které je větší než to, dosažené zlepšenou elektronovou tryskou 26, mající zvětšení úměrné Q^/P^ podle obr. 9a.

Porovnání souvislostí v obr. 9a a 9b ukazují výhody, kterých je možno dosáhnout větší proudovou hustotou svazku, získanou ne

-8CZ 278259> B6 zaostřovací funkcí předfokusační čočky za G2, ale paprsek formující funkcí, zabudovanou v oblasti G1 a G2. Této výhody se dosahuje použitím silného pole E_G2~_G3 a tloušťkou G2 vzhledem k otvoru v G2.

Při výhodném vynálezeckém provedení se zlepšenou elektronovou tryskou 26 se používají následující rozměry, rozteče a pracovní potenciály:

mil mm

Rozteč	katoda	- G1 a	3	0,076
Tloušťka G1	b	5	0,127
Průměr	otvoru	v G 1 c	25	0,635
Rozteč	G1 -	G2 d	11	0,279
Tloušťka G2	e	20	0,508
Průměr	otvoru	v G2 f	25	0,635
Rozteč	G2 - G3	g	33	0,838
Průměr	otvoru	V G3 h	60	1,524
Délka	G3 i		925	23,495
Průměr	čočky	G3 j	214	5,436
Průměr	čočky	G4 k	227	5,766
Rozteč	G3 -	G4 1	50	1,270

V

Mezní potenciál katody	150
Potenciál na G1	0
Potenciál na G2	625
Potenciál na G3	8500
Potenciál na G4	30000

Tloušťka G2 zlepšené trysky 26 zde byla popsána jako sestávající z jediné silné destičky 52 s otvorem. Ovšem destička s otvorem o tloušťce G2 může být vytvořena nakupením či navrstvením množiny tenčích destiček s otvory vůči sobě vycentrovanými.

Obr. 10 ukazuje alternativní silnou G2 130, obsahující pár relativně tenkých destiček 132 s otvory, které jsou odděleny podložkou 134. Účinná tloušťka G2 130 je vzdálenost mezi ven obráceným povrchem jedné z destiček 132 s otvorem a mezi na opačnou stranu, ven odvráceným povrchem druhé destičky 132.

Obr. 11 znázorňuje jiné alternativní provedení silné G2 140 s otvorem. G2 140 obsahuje pár středně silných destiček 142 s otvory, které k sobě na tupo přiléhají a jejichž otvory jsou scentrovány. Účinná tloušťka síly G2 140 je vzdálenost dvou protilehlých, ven obrácených povrchů obou destiček 142.

Všeobecně řečeno, pro dané napětí na G3, čím je menší rozteč G2 - G3, tím žádoucnější jsou elektronově optické charakteristiky elektronové trysky. Při zvětšování síly pole až k hodnotě 400 V/mil (15748 V/mm) se velikost stopy na stínítku stále zmenšuje při neměnnosti všech ostatních faktorů. Např. zlepšená tryska 26 kde rozteč G2 - G3 je 33 mil (0,838 mm), pracující při síle pole E_G2__G3 239 V/mil (9409 V/mm), dává při daném proudu paprsku

-9CZ 278259 B6 velikost stopy 2,75 mm, zatímco tatáž tryska s roztečí G2 - G3 48 mil (1,219 mm) a při téže síle pole ^eq2-G3 ^a tomže proudu paprsku dává velikost stopy 2,95 mm. Je-li rozteč G2 - G3 zmenšená natolik, aby se síla pole zvýšila na hodnotu větší než 400 V/mil (15748 V/mm), vyvstane následkem toho problém veliké napěťové nestability a mezi elektrodami G2 - G3 dochází k přeskokům. Ukázalo se, že optimální pracovní rozsah síly pole EG2-G3 ^{150 až} 250 V/mil (5906 až 9843 V/mm). Tento rozsah pokrývá nejstrmější část křivky, kde pro danou změnu síly pole se získá nejmarkantnější zlepšení vlastností paprsku. Spodní konec tohoto optimálního rozsahu zajišťuje význačné zlepšení vůči tryskám podle dosavadního stavu techniky, které pracují při ^E _G2-G3 rovném asi 100 V/mil, zatímco u horního konce optimálního rozsahu ještě nenastávají vážnější problémy s přeskoky mezi elektrodami.

Průměry otvorů v G1 a G2 se vybírají podle kritérií, běžných při konstrukci elektronových trysek. Přihlíží se k maximálnímu požadovanému proudu paprsku, velikosti stopy a vychylovací citlivosti. Tloušťka G2 je pak určena v souhlase s kritériemi konstrukce podle současných teorií. Tloušťka G2 asi 0,4 až 1,0 krát průměr otvoru v G2 se ukázala být schopná zajistit rozptyl na vstupu G2. Je-li tloušťka G2 menší než 0,4 krát průměr otvoru G2, dosahuje se příliš malého rozptylu nebo se nedosáhne žádného. Začne-li tloušťka G2 přesahovat velikost otvoru G2, začnou se projevovat aberační jevy a vnější elektronové paprsky svazku začínají být směrovány dovnitř do předčasného křižiště, což má za následek nezaostřenou stopu, která pak má formu hutného jádra, obklopeného halačním kruhem. Navíc, vzrůstá-li poměr tloušťky G2 k otvoru v G2 nad hodnotu 1, vytváří se v G2 neužitečná prorážená oblast a stává se obtížnějším ji běžnou prorážecí technikou z mřížky vyrobit. Takto hodnoty 0,4 až 1,0 vytvářejí praktický rozsah nejen z hlediska elektronové optiky, ale i z hlediska technologie mechanické výroby.

Délka G3 se vybírá tak, že elektronový paprsek má průměr v hlavní zaostřovací čočce na vzdáleném konci G3 o velikosti zhruba poloviny či o něco méně než poloviny průměru čočku tvořícího otvoru v G3, pracuje-li tryska s libovolně zvoleným standardním světelným budícím proudem 3,5 mA. V trysce se zde udanými konstrukčními rozměry a pracovními napětími byl průměr elektronového svazku v hlavní zaostřovací čočce asi 87,74 milů (2,229 mm), či 0,41 krát průměr G3 v oblasti čočky při proudu paprsku 3,5 mA. Je-li G3 delší, zvětšuje se předmětová vzdálenost a zvětšení tím dále klesá. V takovém případě se ovšem průměr paprsku v čočce zvětší a sférická aberace se stane vážnějším problémem. Udělá-li se G3 kratší, zmenší se sice sférická aberace, ale na úkor nárůstu zvětšení. Konstrukce trysky pro dosažení maximálního akceptovatelného průměru paprsku v hlavní zaostřovací čočce má i výhodu menší proudové hustoty svazku a tím také lepší odolnosti vůči prostorovým nábojům. Mérií-li se tloušťka G2 od 0,4 do 1,0 průměru otvoru v G2, mění se výstupní úhel β křižiště v rozmezí 0,0675 do 0,042 radiánů, takže délka G3 je optimální v rozmezí 2,5 až 5,0 krát průměr otvoru v čočce G3.

-10CZ 278259 B6

Pokusy ukázaly, že poměr 2,5 až 5,0 mezi délkou G3 a průměrem čočky G3 platí nejen pro dvacetipětimilové (0,635 mm) otvory v G2 (obr. 7), ale i pro další vhodné velikosti otvorů.

Navíc ke sférické aberaci,. která je limitujícím faktorem přípustného průměru paprsku, je limitujícím faktorem i zkreslení, které je způsobeno polem jha na průřez paprsku, připustí-li se příliš veliký průměr paprsku v poli jha. Toto zvláště platí o nedávno vyvinutých samosbíhavých přesných kombinacích obrazovka-jho v obrazovkách typu in line.

Zmenšené úhly křižiště, jak je zde popsáno, vyžadují slabší hlavní zaostřovací čočku pro zobrazení křižiště na stínítku. Poněvadž hlavní zaostřovací čočka je ustavena mezi G3 a G4 a poněvadž na G4 je přivedeno napětí druhé anody, musí být napětí na G3 větší než u běžných trysek pro zajištění požadované slabší čočky. Toto ' má za následek větší pronikání napětí G3 do otvoru G2, což je teoreticky v rozporu s přáním zamezit úplný průnik pro umožnění vytvoření požadovaného rozptylu pole na vstupu otvoru v G2. Tento zjevný rozpor je však možno kompenzovat prostě zvětšením poměru tloušťky G2 a otvoru G2 za hodnotu, která by jinak byla vyžadována. Výhoda slabé hlavní čočky zahrnuje i nižší sférickou aberaci.

Pokusy ukázaly, že rozteč G2 - G2 v rozmezí 9 až 15 milů (0,229 až 0,381 mm) představuje optimální pracovní rozsah. Je-li rozteč větší než 15 milů (0,381 mm), dostává se rozptylové pole na vstupu G2 do nebo za křižiště a takto nedosahuje požadovaného účinku zmenšení vstupního úhlu a křižiště. Je-li rozteč menší než 9 milů (0,229 mm), začínají převažovat problémy mechanické tolerance, mající za následek zkraty mezi G1 a G2. Navíc je-li rozteč značně menší než 9 milů, může být výsledné rozptylové pole na vstupu G2 zesíleno tak, že elektronový paprsek je tak zhuštěn, že nabudou vrchu vlivy prostorových nábojů a eliminují tak přínos dosaženého malého úhlu křižiště. Podobné výsledky příliš silného rozptylového pole na vstupu G2 se objeví, je-li rozdíl napětí mezi G1 a G2 příliš veliký.

Změna síly rozptylového pole na vstupu otvoru v G2 má kromě vlivu na velikost vstupního úhlu křižiště i vliv na pohyb křižiště dopředu a dozadu. Ovšem tento pohyb křižiště je relativně malý a není tedy význačným konstrukčním kritériem.

Ačkoliv křivka z obr. 8 si vyžaduje délku G3 o něco menší než 900 mil (22,86 mm) pro velikost otvoru v G2 25 milů 0,889 mm), je v seznamu rozměrových dat pro příkladné provedení zlepšené elektronové trysky 26 dána délka G3 925 mil (23,495 mm). Přídavný rozdíl byl ke G3 přidán za tím účelem, aby byla po celé ploše dosažena struktura, která bude správně fungovat při napětí 8500 V na G3 a 30000 V na G4. Odklon od optimální délk ’ G3 je zanedbatelný, vezme-li se v úvahu vzájemný vztah sférické aberace a zvětšení.

Konstrukce zlepšené elektronové trysky byla popsána jako obsahující část třípaprskové trysky in line. Ovšem zlepšená konstrukce může být také zabudována v třípaprskové delta trysce, nebo v jednopaprskové trysce. Podobně, ačkoliv byla popsána jako zabudovaná v bipotenciálním typu trysky, může být zlepšená tryska

-11CZ 278259 B6 zabudována v jiných typech trysek, jako jsou tripotenciální a unipotenciální zaostřovací systémy.

Pro jiné než bipotenciální zaostřovací systémy,nemusí být hodnoty,_udané zde prodálku G3, použitelné. Ovsem vhodné délky použitých zaostřovácích elektrod mohou být určeny prostě zjištěním umístění zaostřovací čočky či zaostřovacích čoček tak, aby bylo dosaženo optimální proudové hustoty elektronového svazku v čočce či čočkách.

Průmyslová využitelnost

Elektronovou trysku s potlačeným zvětšením stopy podle vynálezu lze využít při výrobě obrazovek, zejména barevných, pro běžné televizní přijímače.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (1)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   Elektronová tryska s potlačeným zvětšením stopy, obsahující katodu, k níž přiléhá v daném pořadí destičková řídicí mřížka, opatřená otvorem a destičková stínící mřížka, opatřená otvorem, přičemž u této stínící mřížky jsou uspořádány v daném pořadí první válcová zaostřovací elektroda, opatřená otvorem, jejíž délka je nejméně 2,5 násobek průměru otvoru první zaostřovací elektrody, a druhá válcová zaostřovací elektroda, opatřená otvorem, vyznačující se tím, že délka /i/ první válcové zaostřovací elektrody /40/ je nejvýše 5,0 násobek průměru /j/ otvoru /62/ první válcové zaostřovací elektrody /40/, přičemž tloušťka /e/ stínící mřížky /38/ je 0,4 až 1,0 násobek průměru /f/ otvoru /56/ stínící mřížky /38/ a vzdálenost /g/ stínící mřížky /38/ od první válcové zaostřovací elektrody /40/ je 0,78 až 3,15 násobek průměru /f/ otvoru /56/ stínící mřížky /38/.