DD273718A5 - Farbbil-kathodenstrahlroehre - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Farbbild-Kathodenstrahlroehre und bezieht sich insbesondere auf Einrichtungen in den Strahlenerzeugern zum Kompensieren des Astigmatismus eines selbstkonvergierenden Ablenkjochs, das in Verbindung mit der Roehre im Wiedergabesystem verwendet wird. Die Kathodenstrahlroehre hat ein Strahlsystem, das drei Elektronenstrahlen erzeugen und entlang zugeordneter Wege auf einen Schirm der Roehre richten kann. Das Strahlsystem enthaelt Elektroden, die einen strahlformenden Bereich bilden und Elektronen, die eine Hauptfokussierungslinse bilden und ferner Elektronen, um in jedem der Elektronenstrahlwege eine mehrpolige Linse zwischen dem strahlformenden Bereich und der Hauptfokussierungslinse zu bilden. Die mehrpolige Linse weist zwei Elektroden auf, wovon die erste zwischen den Elektroden des strahlformenden Bereiches und den Elektroden der Hauptfokussierungslinse liegt. Die zweite Elektrode liegt zwischen der ersten Elektrode der Mehrpollinse und der Hauptfokussierungslinse. Es ist eine Einrichtung vorgesehen, um eine feste Fokussierungsspannung an die zweite Elektrode der Mehrpollinse zu legen und eine Einrichtung, um ein dynamisches Spannungssignal an die erste Elektrode zu legen. Fig. 1

Description

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Farbbild-Kathodenstrahlröhre Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Farbbild-Kathodenstrahlröhre mit einem Strahl3ystem, das drei Elektronenstrahlen erzeugen und sie längs zugeordneter Wege auf einen Schirm der Röhre richten kann und das Elektroden enthält, die einen strahlformenden Bereich aufweisen, und Elektroden zur Bildung einer Hauptfokussierungslinse. Die Erfindung kann in der Farbbild-Wiedergabetechnik angewendet werden.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Die heutigen Ablenkjoche sind so beschaffen, daß sie einen selbst!.onvergierenden Einfluß auf die drei Elektronenstrahlen in einer Kathodenstrahlröhre nehmen, jedoch auf Kosten einer Verschlechterung in den Formen der einzelnen Elektronenstrahlflecke. Das Magnetfeld des Jochs ist astigmatisch, es bringt zum einen eine Unterfokussierung der in

vertikaler Ebene verteilten Bestandteile des Elektronenstrahls ("vertikale Teilstrahlen"), was zu einer merklichen vertikalen Aufweitung der Flecke abgelenkter Strahlen führt, und zum anderen eine Unterfokussierung der "horizontalen Teilstrahlen", die zu einer leicht vergrößerten Fleckbreite führt. Zur Kompensation dieser Erscheinungen ist es bisher üblich gewesen, einen Astigmatismus in den strahlformenden Bereich des Strahlerzeugers einzuführen, um eine Defokussierung der vertikalen Teilstrahlen und eine verstärkte Fokussierung der horizontalen Teilstrahlen zu bewirken. Solche astigmatischen strahlformenden Bereiche wurden dadurch geschaffen, daß man die Strahldurchtrittsöffnungen der Steuergitter (G1-Elektroden) oder der Schirmgitter (G2-Elektroden) schlitzförmig ausbildete. Solche schlitzförmigen' Öffnungen lassen Felder entstehen, die nicht axialsymmetrisch sind und quadrupolare Komponenten haben, welche auf die Strahlbestandteile in der vertikalen Ebene anders wirken als auf die Strahlbestandteile in der horizontalen Ebene. Derartige schlitzförmige Öffnungen 3ind in der US-Patentschrift 4 234 814 offenbart. Solche Konstruktionen sind statisch; das Quadrupol-Feld erzeugt den kompensierenden Astigmatismus auch dann, wenn die Strahlen unabgelenkt sind und vom Astigmatismus des Jochs nicht beeinflußt v/erden.

Zur Erzielung einer verbesserten dynamischen Korrektur lehrt die US-Patentschrift 4 319 163, eine gesonderte stromaufwärts liegende ("hintere") Schirmgitterelektrode G2a vorzusehen, die horizontal geschlitzte Öffnungen aufweist und durch eine variable oder modulierte Spannung beaufschlagt wird. Die stromabwärts liegende ("vordere") Schirmgitterelektrode G2b hat runde Öffnungen und wird

durch eine feste Spannung beaufschlagt. Die variable Spannung an der G2a-Elektrode variiert die Stärke des Quadrupol-Feldes derart, daß der erzeugte Astigmatismus jeweils proportional zu demjenigen Maß ist, um welches der Elektronenstrahl aus der Mittelachse abgelenkt ist.

Die Verwendung astigmatischer strahlformender Bereiche ist zwar effektiv, hat jedoch mehrere Nachteile. Erstens sind die strahlfcrmenden Bereiche wegen der verwendeten kleinen Abmessungen hochempfindlich gegenüber Konstruktionstoleranzen. Zweitens muß die effektive Länge odr-r "Dicke" der G2-Elektrode gegenüber dem optimalen Wert, den sie beim Fehlen geschlitzter Öffnungen hat, geändert werden. Drittens kann sich der Strahlstrom ändern, wenn an eine Gitterelektrode des strahlformenden Bereichs eine variierende Spannung angelegt wird. Viertens ändert sich die Wirksamkeit des Quadrupöl-Feldes mit der Position des Strahlbündelknotens und folglich mit dem Strahlstrom.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Bildqualität von Farbbild-. Wiedergabesystemen zu erhöhen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Farbbild-Kathodenstrahlröhre zu schaffen, in deren Strahlerzeugungssystem eine Astigmatismus-Korrektur vorgesehen ist, die die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß im Strahlsystem Elektroden vorgesehen sind, um zwischen dem strahlformenden Bereich und der Hauptfokussierungslinse in jedem der Elektronenstrahlwege jeweils eine mehrpolige Linse zu bilden. Dabei ist diese mehrpolige Linse so orientiert, daß sie auf den jeweils zugeordneten Elek-

tronenstrahl eine Korrekturwirkung ausübt, um zumindest teilweise den Einfluß des astigmatischen magnetischen Ablenkfeldes auf den betreffenden Strahl zu kompensieren.

In weiterer Ausbildung der Erfindung enthalten -iie jeweils eine mehrpolige Linse bildenden Elektroden eine orste Mehrpollinsen-Elektrode und eine zweite Mehrpollinsen-Elektrode, wobei die zweite dieser Elektroden ein Teil einer der die Hauptfokussierungslinse bildenden Elektroden ist. Dabei liegt die erste Mehrpollinsen-Elektrode zwischen der zweiten Mehrpollinsen-Elektrode und dem atrahlformenden Bereich, und zwar nahe an der zweiten Mehrpollinsen-Elektrode.

Die Erfindung ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß jede mehrpolige Linse genügend nahe an der Hauptfokussierungslinse sitzt, um zu bewirken, daß sich die Stärke der Hauptfokussierungslinse als iunktion der Spannungsänderung des dynamischen Spannungssignals ändert. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die mehrpolige Linse zweckmäßigerweise durch einander gegenüberliegende und fingerartig ineinandergreifende Teile der. ersten und der zweiten Mehrpollinsen-Elektrode gebildet. Dabei ist die mehrpolige Linse vorzugsweise eine Quadrupol-Linse.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel anhand von Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 zeigt in einer Sicht von oben, teilweise axial aufgeschnitten, ein erfindungsgemäßes Farbbild-Wiedergabe sys tem;

Fig. 2 zeigt von der Seite, ebenfalls teilweise axial aufgeschnitten, das in Fig. 1 gestrichelt ange-

deutete Strahlsystem;

Pig. 3 zeigt einen Axialschnitt durch das Strahlsystem gemäß der Linie 3-3 der Pig. 2;

Pig. 4 ist eine Stirnansicht von Teilen des Strahlsystems gemäß der Linie 4-4 der Fig. 35

Pig. 5 ist eine Stirnansicht von Teilen des Strahlsystems gemäß der Linie 5-5 der Pig. 35

Figuren 6 und 7 zeigen von vorn bzw. von der Seite eine Gruppe von Mehrpollinsen-Sektoren des Strahlsystems nach Fig. 2;

Fig. 8 zeigt den oberen rechten Quadranten der Vierpollinsen-Sektoren nach den Figuren 6 und 7 mit eingezeichneten elektrostatischen Potential-' linien;

Fig. 9 ist eine dreidimensionale, perspektivisch gezeichnete graphische Darstellung, die drei getrennte Fokussierungskurven in ihrer relativen Lage bezüglich eines querliegenden "Kreuzdiagramms" zeigen, das die Fokussierungsspannung_i über der Vorspannung darstellt;

Pig. 10 ist ein Kreuzdiagramm der Fokussierungsspannung über der Vorspannung und zeigt Punkte eines Astigmatismus vom V/ert Null in der Mitte und an der Ecke eines Bildschirms;

Fig. 11 int ein Kreuzdiagramm ähnlich wie Fig. 10 und zeigt Daten, die aus dem Betrieb eines tatsächlich gebauten Strahlsystems entnommen wurden.

Das in Fig. 1 dargestellte Parbbild-Wiedergabesystem 9 enthält eine rechteckige Farbbildröhre 10 mit einem Glaskolben 11, der aus einer rechteckigen Prontkappe 12 und einem rohrförmigen Hals 14 besteht, die über einen sich

rechteckig erweiternden Trichter 15 miteinander verbunden sind. Der Trichter 15 hat innen eine leitende Beschichtung (nicht gezeigt), die von einem Anodenanschluß 16 bis zum Hals 14 reicht. Die Prontkappe 12 besteht ihrerseits aus einer durchsichtiger. Frontscheibe 18 und einem nach hinten vorspringenden Umfangsrand 20, der über eine Glasfritte 17 dichtend mit dem Trichter 15 verbunden ist. Die innere Oberfläche der Frontscheibe 18 trägt einen dreifarbigen Leuch/ β toff schirm 22. Der Schirm 22 ist vorzugsweise ein Linienachirm, dessen Leuchtstofflinien in Dreiergruppen angeordnet sind, wobei jede dieser Dreiergruppen von jeder der drei Farben jeweils eine Leuchtstofflinie enthält. Alternativ kann es sich auch um einen Punkteschirm handeln. In einem vorbestimmten Abstand zum Schirm 22 ist durch herkömmliche Mittel eine mit vielen öffnungen versehene Farbwahlelektrode, die sogenannte Schattenmaske 24» lösbar befestigt. Zentral innerhalb des Halses 14 sitzt ein gestrichelt angedeutetes verbessertes Strahlsystem 26, um drei Elektronenstrahlen 28 zu erzeugen und sie längs konvergierender Wege durch die Maske 24 hindurch auf den Schirm 22 zu richten.

Die Röhre nach Fig. 1 ist zur Verwendung mit einem äußeren, magnetischen Ablenkjoch gedacht, wie es bei 30 in der Umgebung des Übergangs zwischen Trichter und Hals dargestellt ist. Bei Aktivierung unterwirft das Joch 30 die drei Strahlen 28 Magnetfeldern, welche die Strahlen veranlassen, in einem rechteckigen Raster horizontal und vertikal über den Schirm 22 zu tasten. Die Ursprungsebene der Ablenkung (Ort mit der Ablenkung Null) befindet sich etwa in der Mitte des Jochs 30. Wegen Randfeldern reicht die Ablenkzone der Röhre axial vom Joch 30 bis in den Bereich des Strahlsystems 26. Zur Vereinfachung sind die tatsächlichen Krümmungen, welche die abgelenkten Strahlwege in der Ablenkzone haben, in der Fiζ- ^Λ· nicht gezeigt. In bevorzugter Ausführungsform bewirkt

das Joch 30 eine Selbstkonvergenz der Mittelachsen (Schwerachsen) der drei Elektronenstrahlen an der Röhrenmaske. Ein solches Joch erzeugt ein astigmatisch.es Magnetfeld, welches die in der vertikalen Ebene liegenden Teilstrahlen der ßlektronenstrahlen überfokussiert und die in der horizontalen Ebene liegenden Teilstrahlen unterfokussiert. Das hier zu beschreibende verbesserte Strahlsystem 26 bewirkt eine Kompensation dieses Astigmatismus.

Die Pig. 1 zeigt außerdem einen Teil der Elektronik, die zur Anregung der Röhre 10 und des Jochs 30 verwendet wird. Diese Elektronik wird weiter unten nach der Beschreibung des Strahlsystems 26 erläutert.

Die Einzelheiten des Strahlsystems 26 sind in den Figuren 2 und 3 dargestellt. Das Strahlsystem 26 hat drei beabstandete Kathoden 34 in sogenannter InIine-Anordnung (d.h. in einer Linie nebeneinander ausgerichtet), für jeden Strahl jeweils eine, von denen nur eine in der Figur zu erkennen ist. Das Strahlsystem 26 enthält ferner eine Steuergitterelektrode (G1-Elektrode) 36, eine Schirmgitterelektrode (G2-Elektrode) 38, eine Beschleunigungselektrode (G3-Elektrode) 40, eine erste Quadrupol-Elektrode (G4-Elektrode) 42, eine kombinierte Elektrode (G5-Slektrode) 44» welche die Punktion einer zweiten Quadrupol-Elektrode und einer ersten Elektrode einer Hauptfokussierungslinse in sich vereinigt, und eine zweite Hauptfokussierungslinsen-Elektrode (G6-Elektrode^ 46. Diese Elektroden sind in der genannten Reihenfolge im Abstand zueinander angeordnet. Jede der Elektroden G1-G6 enthält drei in einer Linie nebeneinander angeordnete (Inline-) Öffnungen, um einen Durchtritt der drei Elektronenstrahlen zu erlauben. Die elektrostatische Hauptfokussierungslinse im Strahlsystem 26 ist durch die einander zugev/andten Teile der G5-Elektrode 44 und der G6-Elektrode 46 gebildet. Die G3-Elektrode 40 besteht aus

drei becherförmigen Elementen 48, 50 und 52. Die offenen Enden zweier dieser Elemente 48 und 50 aind miteinander verbunden, und die mit den erwähnten Öffnungen versehenen geschlossenen Enden des dritten Elementes 52 ist an dem mit den Öffnungen versehenen geschlossenen Ende des zweiten Elementes 50 befestigt. Obwohl die G3-Elektrode 40 hier als dreistückige Struktur dargestellt ist, könnte sie aus jeder beliebigen Anzahl von Elementen hergestellt sein, um dieselbe oder irgendeine andere gewünschte Länge zu erreichen.

Die eiste Quadrupol-Elektrode 42 besteht aus einer Platte 54 mit drei Inline-Öffrungen 56 und daran befindlichen Ausstoßungen, die sich von den Öffnungen 56 weg und fluchtend mit diesen erstrecken. Jede Ausstoßung bildet zwei sektorförmige Teile 62. Wie in Pig. 4 gezeigt,· liegen sich die beiden Sektorteile 62 einander gegenüber, und jeder Sektorteil 62 umfaßt ungefähr 45° dee Umfange eines Zylinders.

Die G5-Elektrode 44 und die Gö-Elektrode sind einander ähnlich im Aufbau dahingehend, daß ihre einander zugewandten Seiten jeweils einen umlaufenden Bordrand 86 bzw. 88 und jeweils einen mit Öffnungen versehenen Teil haben, der unter Bildung einer jeweils großen Vertiefung 78 bzw. 80 gegenüber dem betreffenden Bordrand surückspringt. Die Bordränder 86 und 88 sind die einander am nächsten liegenden Teile der beiden Elektroden 44 und und haben den dominierenden Einfluß auf die Bildung d^rr Hauptfokussierungslinse.

Die G5-Elektrode 44 enthält drei InIine-Öffnungen 82, deren jede Ausstoßungen hat, die sich in Richtung auf die

G4-Elektrode 42 erstrecken. Die Ausstoßungen einer jeden Öffnung 82 bilden zwei sektori'örmige Teile 72. V/ie in Pig. 5 gezeigt, liegen die beiden Sektorteile 72 einander gegenüber, und jeder Sektorteil 72 umfaßt ungefähr 45° des Zylinderumfangs. Die Lage der Sektorteile 72 ist um 90° gegenüber der Lage der Sektorteile 62 der G4-Elektrode 42 versetzt, und die vier Sektorteile eines jeden Paare gegenüberliegender Öffnungen greifen fingerartig ineinander, ohne sich zu berühren. Obwohl die Sektorteile 62 und 72 mit rechtwinkligen Ecken dargestellt sind, können ihre Ecken auch, gerundet sein.

Alle Elektroden des Strahlsystems 26 sind entweder direkt oder indirekt mit zwei isolierenden Haltestäben 90 verbunden. Die Stäbe 90 können sich bis zur G1-Elektrode 36 und zur G2-Elektrode 38 erstrecken und diese Elektroden halten, oder die beiden genannten Elektroden können durch irgendwelche anderen isolierenden Mittel an der G3-Elektrode befestigt sein. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Haltestäbe aus Glas, das nach Erhitzung auf von den Elektroden wegstehende Klauen gedrückt wurde, um die Klauen in die Stäbe einzubetten.

Die Figuren 6 und 7 zeigen die Sektorteile 62 und 72 mit gleichen Abmessungen, gleichem Krümmungsradius a und einer Überlappungslänge t. An die Sektorteile 62 wird eine Spannung V^V.-t-V , gelegt, und die Sektorteile 72 werden mit einer Spannung Vc=V c beaufschlagt. Der bei den vorstehend geschriebenen Termen im Index stehende Buchstabe "o" bedeutet Gleichspannung, während der Indexbuchstabe "m" anzeigen soll, daß es sich um eine modulierte Spannung handelt. Die beschriebene Struktur liefert eine quadrapolare Potentialverteilung für Ortskoordinaten χ

- ίο -

und y gemäß der Formel

0 = (V₄ + V₅)/2 + (V₄ - V₅)(X² - y²)/2a² + .... und ein Querfeld

E_x = - (AV/a²)x = (-x/y)E_y, wobei

Δ ν = V₄ - V₅.

Dieses Feld lenkt einen ankommenden (Teil-)Strahl (des Elektronenstrahlbündels) um einen Winkel

Q C LE_x/2V₀

ab, wobei L die effektive Länge des Wechselwirkungsbereichs ist, für welche gilt:

L ^ 0,4a + t. Das mittlere Potential ist

V₀ = (V₄ + V₅)/2.

Somit ergibt sich für diese Quadrupol-Linse eine parachsiale Brennweite

f_x = s/G ~/2a²/(0,4a + t) J (V_Q/A V) = -f_y.

Ein zusätzliches Maß an Kontrolle wird durch die Möglichkeit geboten, für die Quadrupole, welche die beiden äußeren Elöktronenstrahlbündel umgeben, einen anderen Linsenradius a und/oder eine andere Länge t zu wählen als für den das mittlere Elektronenstrahlbündel umgebenden Quadrupol.

Die elektrostatischen Potent'allinien, die durch die einander gleichen Sektorteile 62 und 72 hergestellt werden, sind in der Pig. 8 für einen Quadranten dargestellt. Speziell ist der Fall gezeigt, daß an die Sektorteile und 62 Nominalspannungen mit den Werten 1,0 bzw. -1,0 gelegt werden. Das elektrostatische Feld bildet eine Quadrupol-Linse, deren resultierender Gesamteinfluß auf ein Elektronenstrahlbündel darin besteht, das Bündel in der einen Richtung zusammenzudrücken und in einer dazu senkrechten Richtung auseinanderzudehnen.

Das Strahlsystem 26 enthält eine dynamische Quadrupollinse, die anders angeordnet und anders konstruiert ist als die in bisherigen Strahlsystemen verwendeten Quadrupol-Linsen. Die neue Quadrupol-Linse enthält gekrümmte Platten, dt ι Oberflächen parallel zu den Elektronenstrahlwegen liegen und die elektrostatische Feldlinien bilden, welche senkrecht zu den Strahlwegen verlaufen. Die Quadrupol-Linse liegt zwischen dem strahlformenden Bereich und der Hauptfokussierungslinse, jedoch näher an der Hauptfokussierungslise. Die Vorteile dieser Ortswahl sind folgende: Erstens ist die Empfindlichkeit gegenüber Konstruktionstoleranzen gering; zweitens braucht die effektive Länge der G2-Elektrode nicht anders gemacht zu werden als ihr Optimalwert; drittens führt die dichte Nähe des Quadrupole an der Hauptfokussierungslinse dazu, daß die Strahlbündel in der Hauptlinse ziemlich genau kreisrund sind und ein Abfangen von Teilen des Bündels durch die Hauptfokussierungslinse weniger wahrscheinlich ist; viertens wird der Strahlstrom nicht durch die variable Quadrupol-Spannung moduliert; fünftens ist die effektive Stärke der Quadrupol-Linse umso größer, je dichter diese Linse an der Hauptlinse liegt; sechstens hat die Quadrupol-Linse, da sie von der Hauptfokussie-

rungslinse getrennt ist, keinen nachteiligen Einfluß auf die Hauptlinse, Die Vorteile der neuen Konstruktion sind folgende: Erstens werden die Qurrfelder des Quadrupole direkt erzeugt und sind stärker als die Querfelder, die wie bei der Röhre nach der o.g. US-Patentschrift 4 319 163 in indirekter Weise nur als Bogleiterscheinung des differentiellen Eindringens der G2b-Spannungen in den Schlitz der G2a-Elektrode auftreten; zv/eitens gibt es keine sphärische Aberration durch Mehrpole höherer Polzahl, wie sie zusätzlich durch Gitterelektrodenlinsen mit geschlitzten Öffnungen entstehen können; drittens ist der Aufbau in sich geschlossen, was die Konstruktion unabhängig von benachbarten Elektroden macht.

Es sei nun wieder auf die Fig. 1 zurückgekommen, worin ein Teil der Elektronik 100 gezeigt ist, die das System als Fernsehempfänger oder als Computermonitor betreiben kann. Die Elektronik 100 kann auf Rundfunksignale ansprechen, die über eine Antenne 102 empfangen werden, und auf direkte Rot-, Grün- und Blau-Videosignale R, G und B, die über Eingangsanschlüsse IO4 kommen. Das Rundfunksignal wird auf eine Tuner- und Zwischenfrequenzschaltung IO6 gegeben, deren Ausgangssignal an einen Videodetektor 108 gelegt wird. Das Ausgangssignal des Videodetektors 108 ist ein zusammengesetztes Videosignal, das auf eine Synchronsignal -Abtrennstufe 110 und auf einen Farbart- und Leuchtdichtesignalprozessor 112 gegeben wird. Die Abtrennstufe 110 erzeugt Horizontal- und Vertikalsynchronimpulse, die an eine Horizontal- bzw. eine Vertikal-Ablenkschaltung bzw. 116 gelegt werden. Die Horizontalablenkschaltung erzeugt einen Horizontalablenkstrom in einer Horizontalabi enkwicklung des Jochs 30, während die Vertikalablenkschaltung 116 einen Vertikalablenkstrom in einer Vertikalablenkwicklung des Jochs 30 erzeugt.

7 3 7

Neben dem zusammengesetzten Videosignal aus dem Videodetektor 100 kann der Farbart- und Leuchtdichtesignalprozessor 112 über die iischlüsse 114 alternativ auch individuelle Rot-, Grün- und Blau-Videosignale von einem Computer empfangen. Synchronimpulse können der Abtrennstufe 110 über eine gesonderte Leiter oder, wie in Pig, I gezeigt, über eine vom Grün-Videosignaleingang abgezweigte Leitung zugeführt werden. Der Ausgang des Parbart- und Leuchtdichtesignalprozessors 112 liefert die Rot-, Grün- und Blau-Farbsteuersignale, die über zugehörige Leitungen RD, GD und BD an das Strahlsystem 26 der Kathodenstrahlröhre 10 gelegt werden.

Die Betriebsleistung für das System kommt aus einer Versorgungsspannungsquelle 118, die an eine Wechselspannungs.quelle angeschlossen ist. Die Versorgungsspannungsquelle 118 erzeugt einen stabilisierten Gleichspannungspegel +V₁, der z.B. zur Versorgung der Horizontalablenkschaltung 114 verwendet wird. Die Quelle 118 erzeugt außerdem eine Gleichspannung +Vp» die dazu verwendet werden kann, verschiedene Schaltungen der Elektronik wie z.B. die Vertikalablenkschaltung 116 zu speisen. Schließlich erzeugt die Versorgungsspanraungsquelle eine Hochspannung V_u, die an den Endanodenanschluß 16 gelegt wird.

Geeignete Schaltungen und Bauteile für den Tuner 106, den Videodetektor 108* die Synchronsignal-Abtrennstufe 110, den Prozessor 112, die Horizontalablenkschaltung 114, die Vertikalablenkschaltung 116 und die Versorgungespannungsquelle 118 sind allgemein bekannt und brauchen daher hier nicht im einzelnen beschrieben zu werden.

Zusätzlich zu den o.e. Teilen enthält die Elektronik 100 noch einen Generator 120 für eine dynamische Wellenform.

Dieser Wellenformgenerator 120 erzeugt die sich dynamisch ändernde Spannung V . zum Anlegen an die Sektorteile 62 des Strahlsystems 26.

Der Generator 120 empfängt die Horizontal- und Vertikalablenksignale von der Horizontalablenk3chaltung 114 und der Vertikalablenkschaltung 116. Für den Wellenformgenerator 120 kann eine Schaltungsanordnung verwendet werden, wie sie z.B. aus der US-Patentschrift 4 214 188, der US-Patentschrift 4 258 298 oder der US-Patentschrift 4 316 128 bekannt ist.

De.« erforderliche dynamische Spannungssignal hat seinen Maximalwert, wenn der Elektronenstrahl zur Ecke des Schirms abgelenkt ist, und dei; Vfert Null, wenn der Strahl auf die Mitte des Schirms trifft. Während der Strahl entlang jeder Rasterzeile tastet, wird das dynamische Spannungssignal von hohem Wert auf niedrigen Wert und dann wieder auf hohen Wert geändert, wobei dieser Verlauf parabelfö'rmig sein kann. Dieses sich mit der Zoilenfrequenz parabolisch ändernde Signal kann durch ein weiteres parabelförmiges Signal moduliert sein, das mit Bildfrequenz auftritt. Wie das speziell verwendete Signal im einzelnen ausaieht, hängt von der Konstruktion dss verwendeten Jochs ab.

Im folgenden seien die Prinzipien der Arbeitsweise beschrieben.

Y/enn man an einer gegebenen Position des Schirms die Höhe (Y) und die Breite (X) des Elektronenstrahlflecks als Punktion der Pokussierungsspannung V,- bei konstant

gehaltener Vorspannung ^\ V ( /N^ V = V. - V₁-) zwischen V₁- und der Quadrupolspannung V. mißt, dann haben die sich ergebenden "Fokussierungskurven" Y = f (V^) und X =·. f (V,-)

jeweils ein Minimum, wie es in Fig. 9 gezeigt ist. Die Differenz zwischen den Vr--Werten für das X-Minimum und das Y-Minimum ist die sogenannte Astigmatismusspannung für den betreffenden Vorspannungswert. Alternativ kann der Astigmatismus auch aus einem sogenannten "Kreuzdiagramm" ermittelt werden, wie ea in Pig. 9 gezeigt ist. Solche Diagramme erhält man, indem man die Fokussierungsspannung Vr- auf irgendeinen Wert einstellt und die Vorspannung ^ V durch Änderung der Quadrupolspannung V₄ ändert. Man notiert dann die beiden Werte von V., bei denen die Fleckhöhe und die Fleckbreite ihr jeweiliges Minimum haben. Dieser Vorgang wird für einen Bereich von V_c-Werten wiederholt.

Wenn man Kreuzdiagramme für Flecke sowohl in der Schirmmitte als' auch in der Schirmecke ermittelt, dann sieht das Ergebnis im allgemeinen so aus, wie es in Fig. 10 dargestellt ist, wobei die Näherung gemacht wurde, daß beide X-Linien (gestrichelt) gleiches Steigungsmaß und beide Y-Linien (durchgezogen) ebenfalls gleiches Steigungsmaß haben. Einuii Astigmatismus von Null, wenn auch nicht unbedingt einen runden Fleck, erhält man an den Punkten P und P¹, v/o sich die jeweiligen X- und Y-Linien schneiden. Im Falle einer Vorspannung von Null gilt allgemein, daß sich die Höhe des in der Schirmmitte liegenden Flecks bei geringerer G5-Spannung fokussiert als die Fleckbreite; die Differenz zwischen den V[--Werten ist der Astigmatismus A des Strahlsystems, der sich bei unmodifiziertem Strahlsystem ergibt. Die Höhe des in der Schirmecke liegenden Flecks fokussiert sich im Falle einer Vorspannung von Null bei einem viel höheren Vp--Wert, weil die Fokussierung der Hauptlinse geschwächt werden muß, um die fokussierende Wirkung des kissenförmigen Horizontalablenk-

feldes des selbstkonvergiereMen Jochs auf die vertikalen Strahlbestandteile zu kompensieren. Die Kompensation der durch, das kissenförmige Feld verursachten kleinen horizontalen Defokussierung geschieht durch eine kleine Verminderung der G5-Spannung, gewöhnlich von 50 bis 100 Volt. Nachfolgend wird diese kleine Verminderung ignoriert, und die beiden gestrichelten X-Linien für den auf die Schirmmitte und den auf die Schirmecke treffenden Strahl werden so betrachtet, als fielen sie zusammen. Die Differenz A' zwischen der Fokussierungsspannung für die Horizontalausdehnung und die Fokussierungsspannung für die Vertikalausäehnung des in der Schirmecke liegenden Flecks ist der Joch-Astigmatismus und wird aus dem Kreuzdiagramm bei /\ V + abgelesen, wo die Vorspannung den Strahlsystem-Astigmatismus kompensiert.

Wenn man die Vorspannung definiert als Z^V = V.-Vf- und wenn man die Änderungen der G4- und G5-Spannungen zwischen jeweils ihrem Schirmecke-Wert und ihrem Schirmmitte-Wert definiert alscTCV^ = V_4cnr - V^ctr bzw. (f (V₅) = Vf-ctr, dann läßt sich das Steigungsmaß S-y. der X-Linie, wie sie in Fig. 10 dargestellt ist, in nachstehender Weise ausdrucken:

„ ^V5onr - ^V5ctr <V

^A Δ ν <Δν , 5" (v„) - ,

cnr- ctr ^ ^ν 4

woraus folgt:

(f ^V ' ^{+ b}x (D

Bezeichnet man das Steigungsmaß der Y-Linie mit Sy, dann läßt sich aus der Fig. 10 auch der folgende Ausdruck für den Joch-Astigmatismus ableiten:

A- = (S_x - Sy) /£(V₄) -S (V₅) 7 .

Mit Hilfe der Gleichung (1) erhält man dann:

1 + S_v

(ν,) = 4

4 S_x - s_{Y (2)}

S⁽V ⁼⁽§7^^{} AI}·

Der fingerartig ineinandergreifende Quadrupol kann so ausgelegt werden, daß er mit einem positiven Steigungsmaß für die X-Linien (und daher mit einem negativen Steigungsmaß für die Y-Linien) arbeitet. Für positives S_x sind die sich in Nord-Süd-Richtung (d.h. in Vertikalrichtung) gegenüberliegenden "Finger" des Quadrupole an der G4-Elektrode,' während die in Ost-West-Richtung (d.h. in Horizontalrichtung) einander gegenüberliegenden Finger an der G5-Elektrode sind. Folglich macht eine Erhöhung der Vorspannung £\ V = V^-V₁- die Nord-Süd-Finger positiver als die Ost-West-Finger, so daß die Strahlen in der horizontalen Ebene überfokussiert werden. Zur Wiederherstellung der horizontalen Fokussierung ist es dann notwendig, die Hauptlinse schwächer zu machen, also die G5-Spannung zu erhöhen.

Neben der Möglichkeit, die Vorzeichen der Steigungsmaße S_x und Sy durch die Orientierung der Quadrupol-Finger einzustellen, kann man die Beträge der Steigungen durch die Wahl

von Konstruktionaabmeasungen kontrollieren. Vernachläasigt man im Augenblick jede elektrostatische Kopplung zwischen der G4-Elektrode und der Hauptlinse, dann sind die Beträge von S_v und S_v in einem Kreuzdiagramm gleich und durch fol-

A. X

gende Gleichung gegeben:

S_v(0)

A.

s_y(o)

) /^(0,36^1) 7. (3)

v/obei t/a > 0,30. Für t/a < 0,30 wird der letzte Paktor in der Gleichung (3) ersetzt durch

und zwar wegen Änderungen im Randfeld. Hier isto'= Vg aas Verhältnis der Endanodenspannung zur Fokussierungsspannung,' f ist die Brennweite der Hauptlinse, g ist der Abstand zwischen den Mitten der Vierpol-Linse und der Hauptlinse, t ist das Überlappungsmaß der Quadrupol-Finger, und a ist der Radius der Apertur der Quadrupol-Linse.

In der Praxis gibt es jedoch immer eine gewisse elektrostatische Kopplung zwischen den beiden Linsen. Daher führt z.B. eine Erhöhung der Spannung des Nord-Süd-Pingerpaars an G. zu einer Erhöhung der effektiven G5-Spannung an der Hauptlinse. Dies schwächt die Fokussierung der Hauptlinse und verstärkt damit die vertikale Defokussierung des Quadrupole, während der horizontalen Fokussierung des Quadrupole entgegengewirkt v/ird. Daa Resultat ist ein Kreuzdiagramm, in welchem die Y-Linien um ein gewisses Maß steiler sind als beim Fehlen der genannten Kopplung und in welchem die Y-Linien um das gleiche Maß weniger steil sind. Dies läßt sich mit Hilfe eines empirischen Kopplungsfaktors <^. ausdrücken:

- 19 (effektiv) = V₅ -^ (V₄ - V₅)

= V₅ -ΛΔν, (4)

v/obei 0<<^'^<C 1. Für die Steigungsmaße in der Gleichung (2) ist dann zu schreiben:

S_v = S_v(0) -ei-

γ " Y^y

A A

Sy= Sy(O) -do (5)

S_v(0) = -S_Y(0),

X Ji.

wobei S_v(0) die Steigung der X-Linie beim Fehlen der

Jl

Kopplung int, wie es die Gleichung (3) beschreibt. Die Gleichungen (2), (3) und (5) werden bei der nachfolgend beschriebenen Konstruktion eines Strahlsystems für den Betrieb mit einer Einfach-Wellenform benutzt.

Eine statische Fokussierungsspannung £ (Vp-) = 0 wird gemäß der Gleichung (2) erhalten, wenn S_v - S_Y(0) -^=O. Der

-Λ. Jl

begleitende Ausschlag in der Quadrupol-Spannung ist

£ (V₄) = A'/2cC und ist umso kleiner, je größer der Kopplungsfaktor ist. Einen großen Kopplungsfaktor erhält man bei kleinem Linsenabstand; die Steigung der X-Linie ist positiv, wenn die Nord-Süd-Finger an der G4-Elektrode liegen. Der Steigungsbetrag S_v (0) wird durch Wahl von Abmessungen so eingestellt, daß er gleich C^ ist.

Ein fingerartig ineinandergreifender Quadrupol wurde in eine 26V110°-Röhre eingesetzt, deren Strahlsystem gemäß der Fig. 2 ausgebildet ist. Der Abstand g zwischen den Mittelebenen der Quadrupol-Linse und der Hauptlinse betrug 4,09 mm (0,161"). Die Längen der Sektorteile 62 und 72 an den G4- und G5-Eiektroden waren so bemessen, daß sich eine

Überlappungslänge t von 0,178 mm (0,007") ergab. Die gemessenen Kreuzdiagramme für die Schirmmitte und die Schirmecke sind in der Fig. 11 dargestellt. Die Tabelle innerhalb dieser Figur zeigt, daß die G5-Spannung bei den Arbeitspunkten für Null-Astigmatismus in der Mitte und in der Ecke praktisch die gleiche ist, bis auf weniger als 1,5 % ihres Wertes. Der begleitende Ausschlag oder Hub der G4-Spannung ist S (V₄) ? 1180V.

Der Kopplungsfaktor und die Steigung der X-Linie für eine Kopplung von Null kann geschätzt werden aus den gemessenen Steigungen der X- und Y-Linien für die Schirmmitte, wie sie in Fig. 11 gezeigt sind. Setzt man S_x^, 18 und Sy^-O,97 in die Gleichung (5) ein, dann erhält man^- 0,40 und S_v(0) ^0,58. Der Wert von σ° kann auch folgendermaßen abge-

leitet werden; Der gemessene Ausschlag der G4-Spannung, S (V₄) ~ 1880V, sollte gleich A'/2<^sein. Wenn also der gemessene Wert von A' ^ 8230 - 658Ο = I65O (bei der Vorspannung S> V =-600, die den Astigmatismus der Hauptlinse beseitigt) aus der Fig. 11 abgelesen wird, dann ist ch - 1620/2 . 1180 ^O,44. Dies stimmt recht gut mit der obigen Schätzung überein.

Das aus der Fig. 11 abgeleitete Steigungsmaß S_v(0) der X-Linie für eine Kopplung von Null ist gleich 0,58. Der V/ert von S^(O) .läßt sich auch folgendermaßen ableiten: Man setzt die V/'erte f = 19,05 mm (0,750"), g = 4,09 mm (0,161"), tf = 25000/6600 = 3,79, a = 2,03 mm (0,080") und t = 0,178 mm (0,007") in die Gleichung (3) ein und erhält dann einen errechneten Wert von S_v(0) ^0,52.

Claims (3)

1. 2737, β

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   Patentansprüche

   1. Farbbild-Kathodenstrahlröhre mit einem Strahlsystem, das drei Elektronenstrahlen erzeugen und sie längs zugeordneter Wege auf einen Schirm der Röhre richten kann und daa Elektroden enthält, die einen strahlformenden Bereich aufweisen, und Elektroden zur Bildung einer Hauptfokussierungslinse, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlsystem (26) Elektroden (42, 44) vorgesehen sind, die in jedem der Elektronenatrahlwege jeweils eine mehrpolige Linse zwischen dem strahlformenden Bereich und der Hauptfo-? kuasierungslinse bilden und die eine erste und eine zweite Mehrpollinsen-Elektrode (42 und 44) enthalten, v/obei die zv/eite Mehrpollinsen-Elektrode ein Teil einer der die Hauptfokuasierungalinae bildenden Elektroden (44, 46) iat und die erate Mehrpollinsen-Elektrode zwischen der zweiten Mehrpollinsen-Elektrode und dem strahlformenden Bereich liegt, und zv/ar nahe der zv/eiten Mehrpollinsen-Elektrode; daß jede mehrpolige Linse genügend dicht an der Hauptfokussierungslinse liegt, um zu bewirken, daß sich die Stärke der Hauptfokussierungslinse in Relation zur Stärke d<=r mehrpoligen Linse ändert.
2. 2. Farbbild-Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mehrpolige Linse durch einander zugewandte und fingerartig ineinandergreifende Teile (62, 72) der ersten und der zweiten Mehrpollinsen-Elektrode (42 und 44) gebildet ist.
3. 3. Farbbild-Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mehrpolige Linse eine Quadrupol-Linse ist.

   Hierzu 6 Seiten Zeichnungen