DD228394A5 - Bildwiedergaberoehre - Google Patents

Abstract

Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen darin, eine Bildwiedergaberoehre zu schaffen, in der es moeglich ist, mehrere nahezu gleiche Auftreffflecke auf dem Bildschirm zu erhalten. Das Elektronenstrahlerzeugungssystem enthaelt zumindest zwei Elektronenstrahlquellen, deren Elektronen in jedem Elektronenstrahl mit Hilfe eines elektrischen Feldes mit einer Feldstaerke ueber 600 V/mm kurz nach der Elektronenstrahlquelle beschleunigt werden, wobei die zentralen Bahnen der Elektronenstrahlen im wesentlichen parallel zueinander verlaufen und alle Strahlen von der Fokussierungslinse in oder nahe beim Brennpunkt der Fokussierungslinse konvergiert werden, wonach auch bei Ablenkung mit Hilfe der Ablenkmittel jeder einzelne Strahl von der Fokussierungslinse auf dem Bildschirm zu einem Auftrefffleck fokussiert wird. Der Astigmatismus und die Coma der Fokussierungslinse, insbesondere fuer nicht auf der Achse liegende Gegenstaende, werden schnell kleiner bei fallendem Gegenstandspotential bei einem gleichgehaltenen Strahloeffnungswinkel. Die Elektronen, die bei einem niedrigen Potential aus der Quelle heraustreten, werden anschliessend in einem kraeftigen elektrischen Feld ueber 600 V/mm beschleunigt. Fig. 3

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Bildwiedergaberöhre mit einem Elektronenstrahlerzeugungssystem in einem evakuierten Kolben zum Erzeugen zumindest zweier Elektronenstrahlen und zum Fokussieren dieser Strahlen mit Hilfe einer Fokussierungslinse auf einem Bildschirm. Die Strahlen werden mit Ablenkmitteln abgelenkt und beschreiben am Bildschirm ein Raster.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Eine derartige Bildwiedergaberöhre ist aus der US-PS 4301389 bekannt, in der eine Matrix getrennt steuerbarer Elektronenstrahlquellen verwendet wird, die einige Elektronenstrahlen erzeugen. Eine derartige Mehrstrahlbildwiedergaberöhre ist als Projektionsfernsehbildwiedergaberöhre verwendbar, weil ein größerer Strahlstrom mit einer größeren Auflösung im Vergleich zu einer Einstrahlbildwiedergaberöhre kombinierbar ist. Sie kann jedoch auch als D.G.D.-Röhre (D.G.D. = Data Graphic Display) oder als Röhre mit einer hohen Wiedergabegeschwindigkeit zum Wiedergeben von Computerdaten verwendet werden. Linsenfehler der Fokussierungslinse, wie z. B. sphärische Aberration, Astigmatismus, Coma und Bildfeldkrümmung vergrößern den Auftrefffleck eines Elektronenstrahls auf dem Bildschirm der Röhre. Bei Verwendung mehrerer Elektronenstrahlquellen in einer Reihe oder in einer Ebene ist es sehr schwer, mehrere identische Auftreffflecke auf dem Bildschirm zu erhalten, weil der Einfluß der Linsenfehler bei sich vergrößerndem Abstand zur Achse der Fokussierungslinse wächst.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, Nachteile bekannter Lösungen zu vermeiden

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Bildwiedergaberöhre zu schaffen, in der es möglich ist, mehrere nahezu gleiche Auftreffflecke auf dem Bildschirm zu erhalten.

Diese Aufgabe wird mit einer Bildwiedergaberöhre der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Elektronenstrahlerzeugungssystem zumindest zwei Elektronenstrahlquellen besitzt, deren Elektroden in jedem Elektronenstrahl mittels eines elektrischen Feldes mit einer Feldstärke über 600 V/mm kurz nach der Elektronenstrahlquelle beschleunigt werden, wobei die zentralen Bahnen der Elektronenstrahlen im wesentlichen parallel zueinander verlaufen und alle Strahlen von der Fokussierungslinse in oder nahe beim Brennpunkt der Fokussierungslinse konvergiert werden, wonach auch bei der Ablenkung der Strahlen mittels der Ablenkmittel jeder einzelne Strahl von der Fokussierungslinse auf dem Bildschirm zu einem Auftrefffleck fokussiert wird.

Der Astigmatismus und die Coma der Fokussierungslinse, insbesondere für nicht auf der Achse liegende Gegenstände, werden rasch kleiner bei sich verringerndem Gegenstandspotential bei einem gleichgehaltenen Strahlöffnungswinkel. Die Elektronen, die bei einem niedrigen Potential aus der Quelle heraustreten, werden anschließend in einem kräftigen elektrischen Feld über 600V/mm beschleunigt. Auf diese Weise wird fast direkt nach dem Heraustreten der Elektronen aus der Elektronenstrahlquelle ein sehr schlanker Elektronenstrahl erhalten, der seine Schlankheit bis zum Bildschirm aufrechterhält. Die Fokustiefe dieser Strahlen ist daher sehr groß. Durch diese schlanken Strahlen wird auch die Auswirkung der Bildfeldkrümmung der Fokussierungslinse stark herabgesetzt. Wenn alle Elektronenstrahlen durch die Fokussierungslinse in oder nahe beim Brennpunkt der Fokussierungslinse zusammenkommen, wird ein Minimum an Aberrationen infolge der Ablenkung erhalten. Der Brennpunkt der Fokussierungslinse liegt möglicherweise nahe beim Ablenkpunkt der Ablenkmittel. Da das Gesamtsystem mit sehr schlanken Strahlen arbeitet, verringern sich die Konvergenzfehler stark beim Ablenken dieser Strahlen. Eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenstrahlquellen P-N-Kathoden sind. P-N-Kathoden sind in der DE-OS 3025945 beschrieben. Eine derartige P-N-Kathode enthält einen Halbleiterkörper mit einem P-N-Übergang zwischen einem an eine Oberfläche des Halbleiterkörpers grenzenden N-Gebiet und emem P-Gebiet. Durch Anlegen einer Spannung in entgegengesetzter Richtung über den P-N-Übergang im Halbleiterkörper werden durch Lawinenmultiplikationen Elektronen erzeugt, die aus dem Halbleiterkörper heraustreten. Mit einem Potential in der Gegenstandsebene nahe bei O V sind P-N-Kathoden sehr gut anwendbar. P-N-Kathoden bieten

außerdem einige Vorteile. Hohe Kathodenbelastungen lassen sich verwirklichen. Jede Elektronenstrahlquelle mit einer P-N-Kathode kann leicht gesteuert werden. Die hohe Feldstärke kurz vor den Kathoden gibt keine Probleme. Da die P-N-Kathoden mit der üblichen Halbleitertechnologie herstellbar sind, ist es möglich, die Elektronenstrahlquellen an beliebigen Stellen anzubringen, so daß jeder gewünschte gegenseitige Abstand verwirklichbar ist. Dies ist für die Korrektur der Bildverzerrung der Fokussierungslinse wichtig. Der Verlauf des gegenseitigen Abstandes zwischen den Elektronenstrahlquellen läßt sich nämlich derart wählen, daß auf dem Bildschirm die Abstände zwischen den Auftreffflecken gleich sind und beispielsweise gleich dem doppelten Linienabstand zwischen zwei Bildlinien.

Eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenstrahlquellen Diodenelektronenstrahlerzeugungssysteme sind. Diodenelektronenstrahlerzeugungssysteme sind in der US-PS 3831058 und in der noch nicht offengelegten niederländischen Patentanmeldung 8302754 beschrieben. In derartigen Diodenelektronenstrahlerzeugungssystemen erfolgt Diodenbeschleunigung zwischen einer thermischen Kathode und einem mit einer Öffnung versehenen Gitter, das ein positives Potential in bezug auf die Kathode hat. Durch das niedrige Gegenstandspotential wird die Verwendung der erwähnten Typen von Elektronenstrahlquellen möglich, während auch die Gesamtvergrößerung abnimmt.

Auch ist es möglich, die Ebene, in der sich die Elektronenstrahlquellen befinden, zu krümmen, um Korrekturen des Musters von Auftreffflecken auf dem Bildschirm zu bewirken.

Es ist klar, daß, wenn die Elektronenstrahlquellen auf einer Linie liegen, die Elektronen des Fokussierungslinsensystems keine Rotationssymmetrie zu haben brauchen, sondern durch ein Plattensystem ersetzt werden können, zwischen denen in nur einer Richtung, der Richtung der erwähnten Linie, fokussierende Zylinderlinsen gebildet werden.

Ausführungsbeispiel

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1: eine erfindungsgemäße Bildwiedergaberöhre schematisch und im Schnitt; Fig.2: schematisch die Wirkung einer erfindungsgemäßen Bildwiedergaberöhre; Fig.3: einen Schnitt durch das Elektonenstrahlerzeugungssystem einer erfindungsgemäßen Bildwiedergaberohre; Fig.4a: ein Detail der Fig.3 und

Fig.4b: die in Fig.4a dargestellten Elektronenbahnen nahe beim Bildschirm.

In Fig. 1 ist schematisch und im Schnitt eine Bildwiedergaberöhre nach der Erfindung dargestellt. Sie enthält einen Glaskolben 1 mit einem Hals 2, einem konusförmigen Teil 3 und einem Bildfenster 4. An der Innenseite des Bildfensters 4 ist ein Bildschirm 5 angebracht, der Leuchtstoff enthält. Im Röhrenhals 2 ist ein Elektronenstrahlerzeugungssystem 6 zum Erzeugen von zumindest zwei Elektronenstrahlen und zum Fokussieren dieser erzeugten Elektronenstrahlen mit Hilfe einer Fokussierungslinse (nicht dargestellt) auf dem Bildschirm 5 angeordnet. Das Elektronenstrahlerzeugungssystem 6 ist mittels einer Leitung 7 an eine Steuersignalquelle 8 angeschlossen, mit der jede Elektronenstrahlungsquelle gesteuert wird. Das Elektronenstrahlerzeugungssystem ist um die Röhrenachse 9 zentriert. Die Elektronenstrahlen werden über den Bildschirm mit hier nicht dargestellten Ablenkmitteln abgelenkt.

In Fig.2 ist schematisch die Wirkung einer erfindungsgemäßen Bildröhre dargestellt. Die Elektronenstrahlquellen bestehen in diesem Fall aus einer Reihe von P-N-Kathoden, von denen nur die Kathoden 20 bis 27 auf einer Seite der Röhrenachse 9 dargestellt sind. Die Anfangsgeschwindigkeit der Elektronen der Eiektronenstrahlen 28 bis 35 entspricht bei diesem Typ von Kathoden einem Potential von 1V. Das stark beschleunigende elektrische Feld im Gebiet A für die Elektronenstrahlquellen zwingt die Elektronenstrahlen zu einem parallelen Verlauf mit der Achse der Fokussierungslinse. Nur der Strahl 28 ist (schraffiert) vollständig dargestellt. Von den Elektronenstrahlen 29 bis 35 sind nur die zentralen Bahnen 36 dargestellt. Die als Linse 37 schematisch dargestellte Fokussierungslinse mit dem Brennpunkt F konvergiert die Elektronenstrahlen in diesem Brennpunkt und fokussiert jeden Strahl auf dem Bildschirm 5, der ebenfalls als Linie angegeben ist. Da die Elektronenstrahlen im Ablenkfeld sehr schlank sind, sind die vom Ablenkfeld in den Elektronenstrahlen ausgelösten Ablenkfelder sehr gering. Die Ablenkung kann elektrostatisch beispielsweise mit einem System von Ablenkplatten oder magnetisch mit Hilfe von Ablenkspulen erfolgen. Der Ablenkpunkt wird durch die Bestimmung des Schnittpunktes der Berührungslinie an einem vollständig abgelenkten Elektronenstrahl mit der Achse 9 gefunden. Die Fokussierungslinse kann eine aus zwei oder mehreren Elektroden zusammengesetzte elektrostatische Elektronenlinse sein. Jedoch ist es auch möglich, eine magnetische Fokussierungslinse zu verwenden. Statt einer Reihe von Elektronenstrahlquellen kann selbstverständlich auch eine Matrix von Elektronenstrahlquellen angewendet werden.

In Fig.3 ist ein Längsschnitt durch ein Elektronenstrahlerzeugungssystem einer erfindungsgemäßen Bildwiedergaberöhre dargestellt. Die teilweise in Fig.4 dargestellte und einen zylinderförmigen Kragen 41 aufweisende Kathodeneinheit 40 enthält eine Reihe von Elektronenstrahlquellen. Da die Kathodeneinheit 40 und der Kragen 41 ein Potential von 1V haben und die folgende Elektrode 42 entlang der Achse 9 ein Potential von 8850 V hat, entsteht bei dieser besonderen Konfiguration kurz vor den Elektronenstrahlquellen ein stark beschleunigendes elektrisches Feld von 1100V/mm. Wenn die Potentiale an den zylinderförmigen Elektroden 43; 44 und 45 Werte wie in der Figur angegeben, erhalten, wird eine Kombination einer beschleunigenden Linse mit einer Unipotentiallinse erhalten. Es ist klar, daß auch andere Typen von Fokussierungslinsen mit weniger oder mehreren Elektroden verwendbar sind. Bisher wurde der Abstand zwischen dem Gegenstand (in den meisten Röhren der Bündelknoten oder Crossover im Triodenteil des Elektronenstrahlerzeuger) groß genug gewählt, um einen unerwünschten Einfluß des Feldes des Fokussierungslinsensystems auf den Gegenstand zu vermeiden. Im Gegensatz dazu wird in diesem Fall die Gegenstandsfläche 46 mit den Elektronenstrahlquellen sehr nahe bei der Fokussierungslinse angeordnet. Das stark beschleunigende Feld für die Elektronenstrahlquellen arbeitet ein sog. „Näherungsbrennpunkt" und zwingt sowohl die Elektronen als auch die Elektronenstrahlen zu einem parallelen Verlauf mit ihren jeweiligen Strahlachsen und zur Achse 9.

In Fig.4a ist ein Detail der Fig.3 dargestellt. Die Kathodeneinheit 40, der Kragen 41 und ein Teil der Elektrode 42 sind an einer Seite der Achse 9 dargestellt. Die Kathodeneinheit hat elf Elektronenstrahlquellen, in diesem Falle P-N-Kathoden, von denen hier die Elektronenstrahlquellen 50 bis 55 an einer Seite der Achse 9 dargestellt sind. Die Abstände der Elektronenstrahlquellen zur Achse 9 sind in nachstehender Tabelle angegeben.

Elektronenstrahlquelle Abstand r

Nummer (μπη)

50 918

51 760

52 587

53 401

54 204

55 0

Zwischen der Kathodeneinheit mit dem Kragen 41 und der Elektrode 42 sind einige Schnittlinien 56 der Äquipotentialebene mit der Zeichenebene angegeben. Bei diesen Schnittlinien sind die Potentiale entlang der Achse 9 (der z-Richtung) angegeben und in der r-Richtung Skalenteilungen angebracht. Die von den Elektronenstrahlquellen 50 bis 54 erzeugten Elektronenstrahlen sind je durch ihre Zentralbahn 57 und mit ihren zwei Bahnen 58 und 59 der Elektronen wiedergegeben, die in der Elektronenstrahlquelle unter Winkeln von +30° bzw. —30° mit der Zentralbahn gestartet sind.

In Fig.4bsind die in Fig.4a dargestellten Elektronenbahnen kurz vor dem Bildschirm 5 dargestellt, nachdem sie die in Fig.3 dargestellte Linse durchsetzt haben.

Die mit den Elektronenstrahlquellen 50 bis 55 erzeugten Elektronenstrahlen bilden auf dem Bildschirm 5 die Auftreffflecke bis 65. Die Abstände der Auftreffflecke 60 bis 65 zur Achse 9 sind in nachstehender Tabelle angegeben.

Auftefffleck Abstand r

Nummer (/xm)

_ 2000

61 1600

62 1200

63 800

64 400

65 0

Daraus geht hervor, daß es möglich ist, durch geeignete Wahl der Abstände zwischen den Elektronenstrahlquellen die Abstände zwischen den Auftreffflecken gleich und beispielsweise 400 oder 200 /xm groß zu machen.

Claims (6)

1. -1- 714 51

   Erfindungsansprüche:

   1. Bildwiedergaberöhre mit einem Elektronenstrahlerzeugungssystem in einem evakuierten Kolben zum Erzeugen zumindest zweier Elektronenstrahlen und zum Fokussieren dieser Strahlen mit Hilfe einer Fokussierungslinse auf einem Bildschirm, welche Elektronenstrahlen mit Ablenkmitteln abgelenkt werden und auf dem Bildschirm ein Raster beschreiben, gekennzeichnet dadurch, daß das Elektronenstrahlerzeugungssystem zumindest zwei Elektronenstrahlquellen besitzt, deren Elektronen in jedem Elektronenstrahl mit Hilfe eines elektrischen Feldes mit einer Feldstärke über 600 V/mm kurz nach der Elektronenstrahlquelle beschleunigt werden, wobei die zentralen Bahnen der Elektronenstrahlen im wesentlichen parallel zueinander verlaufen und alle Strahlen durch die Fokussierungslinse in oder nahe beim Brennpunkt der Fokussierungslinse konvergiert werden, wonach auch bei Ablenkung mit Hilfe der Ablenkmittel jeder einzelne Strahl von der Fokussierungslinse auf dem Bildschirm zu einem Auftrefffleck fokussiert wird.
2. 2. Bildwiedergaberöhre nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Elektronenstrahlquellen P-N-Kathoden sind.
3. 3. Bildwiedergaberöhre nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Elektronenstrahlquellen Diodenelektronenstrahlerzeugungssystemesind.
4. 4. Bildwiedergaberöhre nach den Punkten 2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß die gegenseitigen Abstände zwischen den Elektronenstrahlquellen von der Achse derart eingestellt sind, daß die gegenseitigen Abstände zwischen den Auftreffflecken auf dem Bildschirm im wesentlichen konstant sind.
5. 5. Bildwiedergaberöhre nach einem der vorangehenden Punkte, gekennzeichnet dadurch, daß die Oberfläche, in der sich die Elektronenstrahlquellen befinden, gekrümmt ist.
6. 6. Bildwiedergaberöhre nach einem der vorangehenden Punkte, gekennzeichnet dadurch, daß diese Bildwiedergaberöhre eine Projektionsfernsehbildwiedergaberöhre ist.

   Hierzu 2 Seiten Zeichnungen