DE1022258B

DE1022258B - Kathodenstrahlroehre

Info

Publication number: DE1022258B
Application number: DER11207A
Authority: DE
Inventors: Edward Granville Ramberg
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1952-03-18
Filing date: 1953-03-16
Publication date: 1958-01-09
Also published as: GB726569A; US2728024A; NL176924B; FR1076290A; USRE25091E

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Farbwiedergaberöhren und andere Kathodenstrahlröhren der sogenannten Linsengitterform und auf Verbesserungen der Elektroden und der Schaltungen für solche Röhren. Die Kathodenstrahlröhren und Schaltungen gemäß der Erfindung finden Anwendung beim Farbfernsehen und beim stereoskopisehen Fernsehen, wo sie in der Kamera des Senders bzw. auf der Empfangsseite als Bildwiedergabeeinrichtung verwendet werden können.

Die französische Patentschrift 866 065 sowie die entsprechende deutsche Patentschrift 736 575 (W. Flechsig) enthalten eine Farbwiedergaberöhre mit einem zweiteiligen Schirm, dessen erster Teil aus einer durchsichtigen, zur Betrachtung bestimmten Fläche besteht, die auf ihrer von den Kathodenstrahlen getroffenen Seite eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Streifen verschiedener (roter, blauer, grüner) Leuchtstoffe besitzt. Der andere Teil des Schirms besteht aus einem Gitter mit einer großen Zahl paralleler Drähte dicht vor der obengenannten Auftreffseite. Die Strahlelektronen verlaufen längs annähernd gerader Bahnen in dem Raum zwischen dem Gitter und dem Leuchtschirm. Diese geradlinigen Strahlbahnen enden im Idealfall auf verschiedenen der streifenförmigen (roten, blauen, grünen) Schirmflächen. Die geeignete geometrische Anordnung der Gitterdrähte erzeugt einen Crookes-Schatten, welcher die streifenförmigen Leuchtschirmflächen abdeckt, die zu einem gewissen Zeitpunkt unbeleuchtet bleiben sollen.

Eine große .Schwierigkeit bei der Benutzung derartiger Röhren besteht darin, daß nur ein kleiner Prozentsatz der Strahlelektronen überhaupt den Leuchtschirm erreicht und daß der größere Anteil durch Aufprall auf die undurchlässigen Drähte des Gitters dort nur Wärme erzeugt. Diese Schwierigkeit wurde von Flechsig auch bereits erkannt, und daher ist in den genannten Patentschriften auch erwähnt, daß man den Übelstand dadurch verkleinern kann, daß man a) die Gitterdrähte so dünn wählt, daß der Schatten beim Betrieb der Röhre keine Rolle mehr spielt, und daß man b) die Schattenwirkung durch eine Zylinderlinsenwirkung ersetzt, welche dadurch erreicht werden kann, daß man den Leuchtschirm unter eine verhältnismäßig hohe Spannung gegenüber den dünnen Gitterdrähten setzt.

Wenn auch Farbröhren mit einem derartigen Linsengitter den mit Schattenwirkung arbeitenden Röhren weit überlegen sind, so werden die Farbbilder doch häufig durch eine Farbverdünnung, durch Lichthofeffekte und durch zu geringe Kontraste und durch andere Bildfehler verdorben, die häufig bei Kathodenstrahlröhren mit einer sogenannten Nachbeschleuni-

Anmelder:

Radio Corporation of America,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,
München 23, Dunantstr. 6

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 18. März 1952

Edward Granville Ramberg,

Huntingdon Valley, Pa. (V. St. A.),

ist als Erfinder genannt worden

gung auftreten. (Unter einer Nachbeschleunigung wird bei einer Kathodenstrahlröhre diejenige Arbeitsweise verstanden, bei welcher der Elektronenstrahl unmittelbar vor seinem Auftreffen auf den Schirm, d. h. innerhalb des gesamten vom Kathodenstrahl getroffenen Bauteils der Röhre, einer zusätzlichen Beschleunigung ausgesetzt wird.)

In derartigen Kathodenstrahlröhren mit Nachbeschleunigung (mit Einschluß der Linsengitterröhren) lassen sich die Bildfehler hauptsächlich auf eine Zurückstreuung des nachbeschleunigten Strahls beim Auftreffen auf den Schirm und die dort ausgelösten Sekundärelektronen zurückführen. Die zurückgestreuten oder reflektierten Elektronen verlieren nämlich ihre rückwärts gerichtete Geschwindigkeit und treffen dann wieder auf den Leuchtschirm mit der hohen Geschwindigkeit auf, die sie an ihrem Zerstreuungspunkt auf dem Schirm gewonnen hatten. Die rückwärts gerichteten Wege der zurückgestreuten Elektronen sind gekrümmt und enden an Punkten der Schirmfläche, die von denen, die vom primären Strahl

4-5 getroffen werden, verschieden sind. Diese Punkte bilden die Grenze eines optisch störenden Lichthofs. Somit können und werden verschiedene Schirmflächen mit verschiedener Emissionsfarbe gleichzeitig angeregt werden, wenn der Strahl nur eine Schirmfläche einer bestimmten Farbe erregen soll. Solche unerwünschte sogenannte Farbverdünnung und Lichthofeffekte werden noch durch das Auftreten von anderen sogenannten Störelektronen verstärkt, nämlich von den Sekundärelektronen, die durch den Strahl auf

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dem Linsengitter ausgelöst werden. Die Sekundärelektronen besitzen zwar anfänglich eine sehr geringe Geschwindigkeit, werden aber durch das starke positive Feld zum Schirm beschleunigt und treffen ebenso wie die zurückgestreuten oder reflektierten Elektronen falsche Farbflächen auf dem Schirm.

Dementsprechend besteht der Hauptzweck der Erfindung darin, in einer Kathodenstrahlröhre den abtastenden Strahl gut auszunutzen, ohne an Kontrastwirkung zu verlieren und im Falle einer Farbröhre unter Vermeidung einer Farbverdünnung zu arbeiten, welche a) von der Rückkehr der mit hoher Geschwindigkeit zurückgestreuten Elektronen auf den Leuchtstoff herrührt und b) von der Beschleunigung der Sekundärelektronen herrührt, die auf anderen Elementen der Röhre ausgelöst werden.

Die Erfindung betrifft eine Kathodenstrahlröhre mit einem eine Vielzahl von aus verschieden strahlempfindlichen Flächen bestehenden Gruppen tragenden Bildschirm, weiterhin mit einer Elektronenquelle und mit Mitteln zur Lenkung der Elektronen auf jeweils eine Fläche innerhalb jeder Gruppe, ferner mit Feldelektroden, die getrennt erregt werden und Öffnungen enthalten, welche von den Elektronen durchsetzt werden, und schließlich mit einer Hilfselektrode und einer Fokussierungselektrode innerhalb dieser beschränkt, welche erregt werden soll. Wenn ein sogenannter Streifenschirm in Verbindung mit zwei Linsengittern verwendet wird, wird die Farbverdünnung, die von der Defokussierungs- und Zerstreuungswirkung des einen Linsengitters herrührt, erfindungsgemäß entweder dadurch vermieden, daß dieses Gitter so orientiert wird, daß die Zerstreuung in Richtung der Farbstreifen des Bildschirms erfolgt und dadurch keine Farbverdünnung hervorrufen kann, oder dadurch, daß die Drähte des Gitters, welches die Zerstreuung hervorruft, so dünn ausgebildet und in so geringer Entfernung vom Bildschirm angeordnet werden, daß die Zerstreuungswirkung im Vergleich zur Größe der Farbphosphorbereiche zurücktritt und vom Betrachter nicht mehr bemerkt werden kann. Die letztgenannte Lösung ist sowohl auf Bildschirme mit streifenförmigen als auch mit punktförmigen Phosphorbereichen anwendbar.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Farbwiedergaberöhre eines sogenannten Streifenschirms mit einem aus drei Teilen bestehenden, von den Strahlen getroffenen Gesamtschirm, deren einzelne Bestandteile gemäß der Erfindung bemessen und angeordnet

Fig. 1 a bis 1 d sind Darstellungen des Spannungsverlaufs, die zur Erläuterung des Feldverlaufs im Gesamtschirm der Röhre nach Fig. 1 dienen.

Fig. 2 ist eine Seitenansicht der Kathodenstrahlerzeuger und des Gesamtschirms in der Röhre nach

Feldelektroden, wobei die Öffnungen dieser Fokussierungselektrode entsprechend der Verteilung der strahlempfindlichen Flächen angeordnet sind. Sie ist dadurch
gekennzeichnet, daß die Hilfselektrode so vorgespannt 3o Fig. 1; jedoch sind in Fig. 2 die drei Kathodenstrahlist, daß Elektronen, die vom Bildschirm selbst und erzeuger nebeneinander angeordnet und nicht im Dreiden ihm benachbarten Elektroden ausgehen, einem eck wie in Fig. 1. Die Fig. 2 enthält auch Darstellunelektrischen Feld solcher Richtung ausgesetzt sind, gen der Strahlbahnen für die drei Strahlen und Bedaß sie vom Schirm abgeführt werden, und daß die zugszeichen, welche den Abstand und die Spannungen Öffnungen in der Hilfselektrode von den Öffnungen 35 der drei getrennten Elemente des Gesamtschirms anin der Fokussierungselektrode derart abweichen, daß geben, und enthält ferner Linien, welche die Sammeldie Wirkungen von Verzerrungen des Strahlquer- wirkung des fokussierenden Gitters auf die Strahlschnitts am Auftreffpunkt möglichst klein werden. elektronen andeuten.

Bei einer bevorzugten Aus füll rungs form der Erfin- Fig. 3 ist eine ähnliche Darstellung wie Fig. 2. bei

dung wird die Spannung der der Auftreffelektrode zu- 4o der jedoch die Röhre gegenüber Fig. 2 um 90° ge-

nächst liegenden felderzeugenden Elektrode des ganzen dreht ist, um die Defokussierung oder die strahlzer-

Schirms annähernd gleich oder größer gemacht als die streuende Wirkung des Hilfsgitters auf die Strahl-

an der Auftreffelektrode liegende Spannung. Infolge- elektronen zu zeigen.

dessen besteht kein bremsendes Feld vor dem Schirm. Fig. 4 ist ebenfalls eine der Fig. 2 ähnliche Anord-

welches die zurückgestreuten Elektronen wieder auf ⁴5 nung, jedoch nur mit einem einzigen Strahl, wobei in

den Schirm lenken könnte. Ebenso ist kein Feld vorhanden, welches Sekundärelektronen, die beim Auftreffen der Strahlelektronen auf den Feldelektroden entstehen, zum Schirm hin beschleunigen kann. Somit werden auf dem Schirm nur diejenigen Teile erregt, welche unmittelbar in der Richtung des Weges des abtastenden Strahls liegen. (Etwaige Sekundärelektronen von hoher Geschwindigkeit, welche durch die Strahlelektronen auf den dünnen Drähten der diese Figur eine bevorzugte Spannungsverteilung für die drei Elektroden des Gesamtschirms in der Röhre nach Fig. 1 und 2 eingetragen ist.

Fig. 5 ist eine Darstellung ähnlich der Fig. 4, jedoch mit einer anderen Anordnung der beiden Gitterelemente des Gesamtschirms und einer anderen Spannungsverteilung.

Fig. 6 ist eine Ansicht der Gitteranordnung nach

Fig. 5 mit nochmals einer anderen Spannungsvertei-Feldelektroden ausgelöst werden, sind von so geringer 55 lung für die drei Elemente des Gesamtschirms.
Zahl, daß sie im Bild keine nennenswerte Störung her- Fig. 7 zeigt die Erfindung in der Anwendung auf

vorrufen können.) eine Kathodenstrahlröhre, bei der eine sogenannte

Wenn die Feldelektroden und die Auftreffelektrode Umschaltung auf dem Schirm stattfindet,
in der oben angegebenen Weise erregt werden, kann Fig. 8 ist eine Ansicht von der Rückseite des zwei-

die ganze Schirmanordnung dahingehend beschrieben 60 teiligen Fokussierung- und Schaltungsgitters bei der

werden, daß sie ein Elektronenlinsensystem enthält. welches eine Reihe von Sammellinsen und eine Reihe von Zerstreuungslinsen enthält. Das elektrische Feld der Zerstreuungslinsen verzerrt die Querschnittsform des Strahls und verzerrt daher das Muster, welches der Strahl auf der Mosaikfläche der Auftreffelektrode erzeugt. Jedoch wird durch die Anordnung der Linsenelemente und ihre neue Orientierung gegenüber dem Schirm die Grenze des zerstreuten Strahls eingeengt d d

Röhre nach Fig. 7.

Fig. 9 zeigt die Verteilung bestimmter Betriebsspannungen auf die Elemente der Röhre nach Fig. 7.

Fig. 10 ist eine perspektivische Ansicht eines Gesamtschirms mit zwei Lochgittern, und zwar für einen Leuchtschirm mit punktförmigen Leuchtstoffbelegungen.

Fig. 11 ist ein Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Röhre in der Anwendung auf eine Färb-

gg g
und auf die gewünschte Elementarfläche des Schirms 7o kamera oder Aufnahmeröhre.

Fig. 12 ist eine im Schnitt gehaltene Darstellung eines Teils eines bei Belichtung emittierenden Schirms der Aufnahmeröhre nach Fig. 11.

Fig. 13 ist eine der Fig. 12 ähnliche Darstellung, jedoch unter Verwendung eines bei Belichtung leitfähig werdenden statt eines bei Belichtung Elektronen emittierenden Schirms.

Fig. 14 ist eine Seitenansicht einer stereoskopischen Schwarzweißwiedergaberöhre, und

Fig. 15 bis 45 enthalten Gleichungen für die Be-Schreibung der Erfindung.

Die Farbwiedergaberöhre nach Fig. 1 enthält einen evakuierten Kolben 1 mit einer Hauptkammer 3 von Kegelstumpfform, welche an ihrem weiten Ende ein Fenster 5 besitzt, durch welches hindurch die Rückseite des Betrachtungsschirms 7 eines dreiteiligen Gesamtschirms 7, 9. 11 betrachtet werden kann. Der Betrachtungsschirm 7 ist vom sogenannten Streifentypus, wie er in der französischen und deutschen Patentschrift von Flechsig beschrieben ist. Er ist auf seiner den Elektronenstrahlen zugewendeten Seite mit einer Vielzahl, beispielsweise mit 1500 oder mehr, paralleler Leuchtstoffstreifen R (rot), B (blau), G (grün) verschiedener Leuchtfarbe belegt, die regelmäßig miteinander abwechseln. Diese parallelen Streifen R, B und G verlaufen nach der Zeichnung horizontal, können aber auch senkrecht oder unter einem beliebigen Winkel zur Horizontalrichtung angeordnet werden. Der für Elektronen durchlässige lichtreflektierende Überzug 13. der z. B. aus aufgedampftem Aluminium bestehen kann, macht die ganze Auftrefffläche des Schirms leitfähig. Die anderen Elemente des Gesamtschirms bestehen aus den Paralleldrahtgittern 9 und 11 in zueinander parallelen Ebenen voider Auftrefffläche des Schirms 7. Die Abstände, die Orientierung und die Funktion dieser Gitter 9 und 11 werden im folgenden noch erläutert.

Die Elektronenstrahlerzeuger, die Strahlfokussierungsmittel und die Ablenkeinrichtungen zur Abtastung des Gesamtschirms 7, 9, 11 können Einzelstrahlerzeuger oder einen Mehrstrahlerzeuger enthalten, wie bei Farbfernsehröhre!! an sich bekannt. Wenn, wie in Fig. 1 und 2, die Röhre drei Kathodenstrahlerzeuger enthält, sind diese drei Erzeuger 15, 17 und 19 den drei Leuchtstoffarben zugeordnet. Wie ⁴^ durch die punktierten Linien r, b und g in Fig. 2 angedeutet, verlaufen die Strahlen zum Gesamtschirm hin unter verschiedenen Winkeln und treffen dann auf getrennte Leuchtstoffstreifen R, B und G auf. Wenn die Röhre nur einen Strahlerzeuger besitzt, müssen geeignete Ablenkmittel verwendet werden, um den Strahl auf Punkte hinzulenken, die den Ursprungspunkten der drei Strahlen im Dreistrahlenerzeuger entsprechen, so daß der Strahl dann wieder den Gesamtschirm unter den den verschiedenen Leuchtfarben zugeordneten Winkeln erreicht. (Bezüglich dieses Punktes kann in Fig. 2 der Patentschriften von Flechsig Bezug genommen werden.)

Die Strahlerzeuger enthalten eine indirekt geheizte Kathode 21, ein Steuergitter 23, eine kurze becherförmige Schirmgitterelektrode 25, eine erste Beschleunigungselektrode 27 und eine zweite Beschleunigungselektrode, die im wesentlichen aus einem rohrförmigen und allen drei Strahlerzeugern gemeinsam zugeordneten Teil 29 besteht. Ein leitfähiger Überzug 31 auf der Innenfläche der Hauptkammer 3 und des Halses des Kolbens 1 bildet eine dritte Beschleunigungselektrode. Beim Betrieb der Röhre werden die drei Strahlen gleichzeitig durch Ablenkfelder über den Gesamtschirm geführt, wobei die Ablenkfelder durch zwei Paare von Ablenkspulen gebildet werden, die im sogenannten Ablenkjoch 35 enthalten sind. Somit wird jeder Strahl auf die elementaren Schirmflächen der ihm zugeordneten Leuchtfarbe gelenkt.

Wie oben erwähnt, rühren die Vorteile der Erfindung von der Anbringung eines oder mehrerer geeignet orientierter und geeignet erregter Hilfsgitter zusätzlich zu den Linsengittern von Flechsig her. Das Hilfsgitter kann entweder auf der Strahlerzeugerseite des Fokussierungsgitters (wie in Fig. 1 bis 4, 7, 10 und 11) angebracht werden oder zwischen dem Fokussierungsgitter und dem Leuchtstoffschirm (wie in Fig. 5 und 6). Die Drähte des Fokussierungsgitters 9 verlaufen in jedem Falle annähernd parallel zu den elementaren Leuchtstoffstreifen R, B und G, und der Abstand (d in Fig. 2) zwischen diesen Drähten wird vorzugsweise entsprechend der Gesamtbreite dreier Leuchtstoffstreifen gewählt. Dabei soll die Mittellinie zwischen zwei Drähten mit der Mittellinie des blauen Leuchtstoffstreifens B in Deckung sein. Die Drähte des Hilfsgitters 11 verlaufen annähernd rechtwinkelig zu den Leuchtstoffstreifen R, B und G. Unabhängig von der relativen Lage der Gitter 9 und 11 ist es erwünscht, die Feldstärke auf der Kathodenstrahlerzeugerseite des Gesamtschirms zu Null zu machen, da hierdurch eine Verzerrung des Bildfeldes durch Unregelmäßigkeiten der Elektroden verhindert wird. Wie in Fig. 1 dargestellt, läßt sich die Feldstärke Null auf der Strahlerzeugerseite des Gesamtschirms einfach dadurch erreichen, daß man die erste Feldelektrode (in diesem Fall das Hilfsgitter 11) an den leitenden Innenüberzug 31 des Kolbens 1 anschließt.

Man kann nun die Spannung an dem leitenden Überzug 13 des Leuchtschirms 7 von der Größenordnung 12000 Volt wählen. Bei dieser Spannung werden die primären Elektronen des auftreffenden Strahls, nachdem sie den Leuchtschirm getroffen haben, aber zurückgestreut, d. h., sie lösen an dem Überzug 13 Sekundärelektronen von hoher und niedriger Geschwindigkeit aus. Wie oben erwähnt, werden bei der Anordnung nach der deutschen Patentschrift, die nur ein Linsengitter besitzt, die zurückgestreuten Elektronen und andere Störelektronen, nachdem sie ihre rückwärts gerichtete Geschwindigkeit verloren haben, längs gekrümmter Bahnen wieder dem Schirm zustreben und auf Schirmpunkte auftreffen, die einen gewissen Abstand von der ursprünglichen Auftreffstelle des Elektronenstrahls besitzen und dadurch sogenannte Farbverdünnungseffekte und andere Bildfehler erzeugen. Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Mehrgitterröhren wird vorzugsweise die Spannung an dem jeweils dem Leuchtschirm zunächst liegenden Gitter gleich oder größer als die Spannung am Leuchtschirm 7 selbst gewählt. (Im vorliegenden Fall werden alle Spannungen in bezug auf die Kathode der Strahlen als Nullpunkt gemessen.) Bei einer solchen Spannungsverteilung ist kein bremsendes Feld vor dem Leuchtschirm vorhanden, welches die zurückgestreuten Elektronen wieder auf den Schirm hinlenken könnte, noch ist ein Feld zur Beschleunigung von Sekundärelektronen geringer Geschwindigkeit, die an den Gitterdrähten entstehen, zum Leuchtschirm vorhanden.

Vor der weiteren Beschreibung der Erfindung sei daran erinnert, daß die Linsenwirkung an einer Feldelektrode von dem Vorzeichen der Änderung des Feldes an dieser Elektrode abhängt. Wenn das Feld vor einer solchen Elektrode (d.h. an ihrer Strahlerzeugerseite) den Strahl stärker beschleunigt als das Feld auf der anderen Elektrodenseite, so ist die Feldände-

rung positiv und bewirkt eine Strahlzerstreuung-Wenn andererseits eine negative Feldänderung vorhanden ist, so konvergiert der Strahl nach dem Passieren der Elektrode,

Mit Rücksicht hierauf sieht man, daß ein Gesamtschirm mit nur einem einzigen Gitter (wie bei (Flechsig) eine Feldänderung von negativem Vorzeichen haben muß, da das Feld zwischen dem Gitter und dem Leuchtschirm die Strahlelektronen beschleunigen muß. In einem derartigen Feld werden die zurückgestreuten Elektronen und die am Fokussierungsgitter ausgelösten Sekundärelektronen aber auf den Leuchtschirm zurückgeführt. Wenn die Spannung zwischen dem einzigen Gitter von Flechsig in bezug auf den Leuchtschirm umgekehrt wird, so wird zwar das Auftreffen von Störelektronen auf den Leuchtschirm vermieden, aber es wird dann am Gitter auch keinerlei Sammelwirkung erzeugt. Somit kann man offenbar mit einem nur aus zwei Elementen bestehendie tatsächliche Potentialverteilung unterhalb einer Linie liegen muß, welche die Punkte 11 und 7 verbindet. Die Linie 11-7 verläuft nach abwärts, gleichgültig, ob das Potential des Leuchtschirms 7 gleich dem Potential des Fokussierungsgitters 9 (wie in Fig. 1 a.) ist oder das Potential des Leuchtschirms 7 niedriger als das Potential sowohl der Elektrode 9 wie der Elektrode 11 (wie in Fig. Ib).

Wenn jedoch wie in Fig. 1 c und 1 d das Hilfsgitter 11 zwischen dem Fokussierungsgitter 9 und dem Leuchtschirm 7 liegt (wie z. B. in Fig. 5 und 6), muß das Potential des Hilfsgitters 11 notwendigerweise oberhalb der Verbindungslinie 9-7 liegen, damit der Winkel bei 9 sich nach oben öffnet. Der Winkel bei 11 öffnet sich dann nach unten, was einer Zerstreuungslinsenwirkung entspricht.

Als ein Beispiel für die Spannungen, die gemäß der Erfindung benutzt werden können, sei angeführt, daß, wenn der Leuchtschirm 7 auf 12000VoIt liegt,

den Gesamtschirm nicht die durch die Erfindung er- 20 die Fokussierungselektrode 9 ebenfalls auf 12000VoIt

strebten Effekte erzielen.

Die Hinzunahme eines Hilfsgitters macht es möglich, die gewünschte negative Feldänderung zu erreichen und daher zu einer Sammellinsenwirkung zu kommen, und zwar ohne daß dabei Felder im Gesamtschirm auftreten, bei denen Störelektronen auf den Leuchtschirm auftreffen. Außerdem brauchen die Öffnungen in diesem Hilfsgitter nicht geometrisch mit denen des Fokussierungsgitters zur Deckung gebracht zu werden.

Bei Röhren gemäß der Erfindung bewirkt das Fokussierungsgitter 9 unabhängig von seiner Lage eine Konzentration der Strahlelektronen auf die gewünschten streifenförmigen oder punktförmigen Leuchtstoffflächen in derselben Weise wie das Gitter des Zweielektrodenschirms nach Flechsig. Die Funktion des Hilfsgitters 11 besteht bei jeder Lage dieses Gitters darin, eine Feldverteilung im Gesamtschirm 7, 9, 11 zu ermöglichen, welche erstens die Rückkehr von zurückgestreuten Elektronen auf den Leuchtschirm 7 verhindert und zweitens die Beschleunigung der Sekundärelektronen vom Fokussierungsgitter 9 auf den Leuchtschirm verhindert, ohne die obenerwähnte Fokussierungswirkung des Fokussierungsgitters unmöglich zu machen.

Wenn die beschriebenen Funktionen des Fokussierungsgitters 9 und des Hilfsgitters 11 erfüllt werden sollen, muß die Linsenwirkung an den Öffnungen des Hilfsgitters 11 eine Zerstreuungswirkung sein, weil erstens die Feldänderung am Fokussierungsgitter 9 ein negatives Vorzeichen haben muß. um zu einer Sammelwirkung zu führen, zweitens zur Ablenkung der zurückgestreuten Elektronen und der Sekundärelektronen vom Leuchtschirm das Potential des Leuchtschirms gleich oder tiefer als das Potential an jedem der Gitter 9 und 11 sein muß, drittens das Feld auf der Strahlerzeugerseite zu Null angenommen worden ist. Dies läßt sich an Hand der Spannungsdarstellungen in Fig. 1 a bis Id ohne weiteres verstehen.

und das Hilfsgitter 11 auf 15 000 Volt gelegt werden kann. Eine Fokussierungswirkung wird durch das Gitter 9 dann ausgeübt, weil die Feldänderung am Fokussierungsgitter negativ ist. Wenn in gleicher Weise die Spannungen am Gitter 11, am Gitter 9 und am Schirm 7 zu 20000 bzw. 15000 bzw. 10000 Volt angenommen \verden und wenn der Abstand zwischen den beiden Gittern geringer ist als der Abstand zwischen dem Gitter 9 und dem Leuchtschirm 7, so wird eine Sammelwirkung wegen der negativen Feldänderung am Fokussierungsgitter 9 erhalten. Bei beiden obengenannten Beispielen ist die Feldänderung am Hilfsgitter 11 positiv und daher die Linsenwirkung an diesem Gitter eine Zerstreuungswirkung. Die Tatsache, daß die Feldänderung am Hilfsgitter 11 ganz allgemein positiv und die Linsenwirkung an diesem Gitter daher eine Zerstreuungswirkung ist, wird also durch die beiden obengenannten Beispiele bestätigt.

Die Zerstreuungswirkung am Hilfsgitter 11 wirkt jedoch in der Längsrichtung der Leuchtstoffstreif en R, B und G und hat daher keine Farbverdünnung zur Folge, weil die Drähte des Hilfsgitters ungefähr senkrecht zu den Drähten des Fokussierungsgitters verlaufen. Jedoch wird der Abtaststrahl astigmatisch, so daß, wenn er scharf in einer senkrecht zu den Leuchtstoffstreifen verlaufenden Richtung fokussiert wird, in der Längsrichtung der Streifen keine Schärfe vorhanden ist. Dieser Effekt kann jedoch (wie an Hand der Gleichung in Fig. 17 erläutert werden soll) durch Verwendung genügend kleiner Gitterdrahtabstände im Hilfsgitter sehr stark verkleinert werden. Wenn dieser Abstand d' in Fig. 3 jedoch vergleichbar mit dem Zeilenabstand wird, können Moiree-Effekte auftreten, die jedoch wieder dadurch zum Verschwinden gebracht werden können, daß man den Schirm unter 45° zu den Leuchtstoffstreifen abtastet.

Wenn die Feldänderung am Fokussierungsgitter 9 negativ ist. so ist das sich ergebende Linsenfeld auf

In Fig. 1 a bis Id sind die Elektrodenspannungen ^6o jeder Seite des Fokussierungsgitters das Feld einer

als Ordinate und die Elektroden selbst längs der Abszisse dargestellt. Ein Winkel zwischen den die Spannungsverteilung darstellenden ausgezogenen Linien, der sich nach oben öffnet, entspricht einer negativen Feldänderung und einer Sammellinsenwirkung. Ein sich nach unten öffnender Winkel entspricht einer positiven Feldänderung und einer Zerstreuungslinsenwirkung. Man sieht, daß, wenn das Fokussierungsgitter 9 zwischen der Hilfselektrode 11 und dem Zylinderlinse, deren Erzeugende annähernd parallel zu den Leuchtstoffstreifen des Leuchtschirms 7 verlaufen. Infolgedessen besteht die Linsenwirkung des Gitters 9 in einer Sammelwirkung auf die Strahlelektronen auf diese Leuchtstoffstreifen und die Linsenwirkung des Gitters 11 in einer Zerstreuungswirkung.

Die Fig. 4 und 5 veranschaulichen zwei Ausführungsformen der Erfindung, welche den Vorteil haben.

Schirm 7 liegt, wie es z.B. in Fig. 1 bis 4 der Fall ist. 7° nur eine zusätzliche Spannung gegenüber einer Drei-

ίο

Aufspreizung des Abtastflecks b' in Richtung der Leuchtstoffstreifen (Fig. 3). Diese Aufspreizung nimmt ein Maximum bei einem scharf fokussierten Elektronenstrahl an, der einen Draht des Hilfsgitters trifft.

Wenn die oben angegebene Bedingung einer scharfen Fokussierung erfüllt wird, wird der Strahl in zwei Teile aufgespalten, welche den Leuchtschirm in einem durch die Gleichung in Fig. 17 gegebenen Abstand treffen. In dieser ist d' der Abstand der Drähte des Hilfsgitters. Λ Z ist die maximale Verlagerung des Auftreffpunktes auf dem Leuchtschirm infolge des Vorhandenseins des Hilfsgitters. Der Abstand d^r gibt somit die maximale Verbreiterung des Abtast-

farbenröhre zu erfordern, bei der ohne eine Sammelwirkung gearbeitet wird. Diese zwei verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung werden als System I und als System II bezeichnet.

In Fig. 4 liegt wie in Fig. 1 das Fokussierungsgitter 9 unmittelbar benachbart dem Leuchtschirm und das Hilfsgitter 11 näher am Strahlerzeuger.

In Fig. 5 liegt das Hilfsgitter 11 näher am Leuchtschirm 7 und das Fokussierungsgitter 9 weiter von ihm entfernt.

In beiden Fällen ist die Spannung Y des Fokussierungsgitters 9 gleich der Spannung V des Leuchtschirms 7 und ferner in beiden Fällen die Spannung Ύ' des Hilfsgitters 11 höher als V und Y.

Wie durch die punktierten Linien in Fig. 4 und 5 15 flecks in der Richtung der Leuchtstreifen an, die angedeutet, werden die vom Leuchtschirm zurück- durch das Hilfsgitter hervorgerufen werden kann, gestreuten Elektronen vom Schirm 7 weggeführt und Für ein Hilfsgitter mit kreisförmigen Öffnungen gilt können also von dem leitenden Innenüberzug 31 der annähernd dieselbe Gleichung, wenn d' den Durch-Röhre aufgenommen werden. messer der Gitteröffnungen bedeutet. Die Verbreite-

Das Verhalten der Elektronen beim Durchtritt durch ²⁰ rung findet jedoch dann in allen Richtungen statt, die Gitter läßt sich von der Linsenwirkung einer
Spaltlinse ableiten, welche bekanntlich ein Elektron,
das in einem Abstand h von der Spaltmitte in der
Spaltebene auffällt, um einen Winkel nach der Formel
in Fig. 15 ablenkt, in welcher E₂ und E₁ die Feld- ²5
stärken vor bzw. hinter der Linse sind und V die Beschleunigungsspannung des Elektrons, wenn es die
Mitte des Schlitzes durchfällt. Außerdem ist für das
Verhalten dieses Elektrons noch die bekannte parabolische Bahnkurve in homogenen elektrischen Feldern 3° blaue Strahlerzeuger in der Mittelebene der Röhre maßgebend. Man kann sagen, daß die Formel für die parallel zu den Leuchtstoffstreifen liegt, dann sind die Linsenwirkung sehr genau erfüllt wird, solange die Ablenkungszentren für den roten und grünen Strahl Winkel der Konvergenz und Divergenz klein sind, um einen Abstand y_c gegenüber der Mittelebene verwas im vorliegenden Fall durchweg gilt. schoben, und außerdem erhalten der rote und der

Im folgenden werden die berechneten Eigenschaften 35 grüne Strahl noch Neigungen unter rechten Winkeln von zwei Gitterschirmanordnungen nach Fig. 4 und 5 zu der Mittelebene von + α. Der Winkel α soll der mitgeteilt. In Fig. 2 und 3 und in den folgenden Glei- Konvergenzwinkel genannt werden. Für eine gegebene chungen ist der Abstand zwischen dem Schirm 7 und Anordnung der Strahlerzeuger, d.h. für einen gegebedem Gitter (9 oder 11), welches auf den Schirm 7 nen Wert von y_c, müssen die Abstände α und α' so gefolgt, mit α bezeichnet und der Abstand zwischen 4° wählt werden, daß bei einem Wert von α der die

Beziehung zwischen der Strahlkonvergenz und den geometrischen Abmessungen der Anordnung

(scharfe Fokussierung angenommen)

Die drei Strahlerzeuger in einer Dreifarbenröhre sind so angeordnet und die von ihnen ausgehenden Strahlen so zueinander geneigt, daß .diese Strahlen jederzeit den roten, grünen und blauen Leuchtstreifen treffen. Wenn man beispielsweise annimmt, daß der

beiden Gittern mit a', der Abstand zwischen den Drähten des Fokussierungsgitters mit d und zwischen den Drähten des Hilfsgitters mit d'.

System I (Fig. 4). Scharfe Fokussierung

Strahlen auf ■ einem Punkt des Fokussierungsgitters sich vereinigen läßt, jeder Strahl nur die richtige Leuchtstoffbelegung trifft. Die Bedingung, daß die drei Strahlen denselben Punkt auf dem Fokussierungsgitter erreichen (genauer gesagt dieselbe parallel zu den Leuchtstreifen verlaufende Linie), wird durch die Gleichung in Fig. 18 gegeben. In dieser ist L der Abstand des Hilfsgitters vom Ablenkungszentrum der Kathodenstrahlen.

Gleichzeitig muß der Wert α so groß sein, daß ein Strahl mit der anfänglichen Neigung α den Schirm mit einer Verschiebung gleich dem Abstand zwischen zwei aneinandergrenzenden Leuchtstoffstreifen (z. B. blau und rot) trifft. Da dieser Abstand M₀ ■ d/3 ist,

Ein paralleler Strahl von Elektronen, der in Fig. 4 als der blaue Strahl b angenommen wird, wird nach dem Auffall auf das Fokussierungsgitter 9 in eine Reihe von scharfen Linien (&' in Fig. 2) fokussiert, 5<> und zwar für eine bestimmte Beziehung zwischen dem Verhältnis des Abstandes a' zwischen den beiden Gittern und dem Gitterabstand α vom Schirm und dem Verhältnis der Hilfsgitterspannung V zur Fokussie-

rungsgitterspannung V. Diese Beziehung ist in Fig. 16 a 55 worin M₀ die Vergrößerung bedeutet, mit der ein Ab- und 16b wiedergegeben. taststrahl· das Fokussierungsgitter auf den Leucht-

Typische Werte, welche diese Beziehung erfüllen, schirm projiziert, müssen α und α die Beziehung nach sind' F = 15 000 Volt, V = 12 000 Volt, a = 0,75 Zoll Fig. 19 befriedigen.

(19 mm) und a! = a/S = 0,09375 Zoll (2,38 mm). Die Eliminierung von «aus den letzten beiden Glei-

Wenn diese Beziehung nicht erfüllt ist, werden die ^5o chungen und die Umformung des. Spannungsverhält-Linien, auf die der Strahl konzentriert wird, verbrei- nisses als Funktion von a'/a mit Hilfe der Bedingung

für scharfe Fokussierung führt zu der in Fig. 20 angegebenen Gleichung für. a. Nun ist die Vergrößerung M₀ des Fokussierungsgitters auf den Schirm durch einen Strahl, der vom Ablenkungszentrum ausgeht, durch die Gleichung in Fig. 21 gegeben. In dieser ist L (vgl. Fig. 2) der Abstand vom Ablenkungszentrum zum zunächst gelegenen Gitter. Für L = 13 Zoll (33 cm) und a = 0,75 Zoll (19 mm) sowie

tert, und diese Verbreiterung nimmt dabei mit zunehmender Abweichung von den oben angegebenen Zahlenwerten zu.

Maximale Verbreiterung des Abtastflecks in Richtung der Drähte des Fokussierungsgitters und der

Leuchtstoffstreifen

Die elektrischen Felder um die Drähte des Hilfs

gitters 11 bewirken eine Zerstreuungswirkung oder 7° a! = a/8 wird M₀

= 1,064. Außerdem ergeben mit

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ti

d = 0,0208 Zoll (0,528 mm) die vorstehenden Gleichungen als geeignete Werte für α und y_e die Werte α = 0,0088 absolute Winkeleinheiten (0,5°) und y_c = 0,115 Zoll (2,92 mm).

Beziehung zwischen der Leuchtstreifenverteilung und der Projektion des Fokussierungsgitters

Wenn man einen Strahl betrachtet, der das Ablenkungszentrum unter dem Winkel Θ zur Röhrengitters und des Fokussierungsgitters gegenüber Fig. 4 vertauscht sind. Auch hier ist das Hilfsgitter 11 auf einer höheren Spannung V als die gemeinsame Spannung V des Fokussierungsgitters 9 und des Leuchtschirms 7.

Bedingung für scharfe Fokussierung

Die Beziehung zwischen den geometrischen Parametern des Gitter-Schirm-Systems und den angelegten

achse verläßt und so gerichtet ist, daß er durch die io Spannungen, welche zur Konzentration eines par-Mittelpunkte der Schlitzlinsen in beiden Gittern hin- allelen auffallenden Strahls in scharfe parallele Linien

auf dem Leuchtschirm führen, ist durch die Formeln nach Fig. 25 a und 25 b gegeben. Wenn also wie oben a = 19 mm und ά = a/8 = 2,38 mm sowie

durchfällt, so- ist die radiale Koordinate r_s des Auftreffpunktes auf dem Leuchtschirm zur radialen Koordinate r_g des Auftreffpunktes auf dem Fokussierungsgitter durch die Gleichung in Fig. 22 gegeben.

Die Abschnitte dieses Strahls auf dem Schirm definieren die Lage der Mitten der blauen Leuchtstreifen. Das Verhältnis von r_s: r_g gibt somit den Maßstab an, um welchen das Fokussierungsgitter bei seiner Projektion durch den blauen Abtaststrahl auf den Leuchtschirm vergrößert wird. In der Bildmitte ist die Projektion geometrisch ähnlich, und die Vergrößerung beträgt M₀. Für größere Werte des Ablenkwinkels Θ wird jedoch durch das Glied sin² Θ eine zu- V= 12000VoIt ist, so muß V= 14850VoIt beagen.

Maximale Verbreiterung des Abtastflecks in der

Richtung der Drähte des Fokussierungsgitters

und der Richtung der Leuchtstreifen

Die maximale Verbreiterung des Abtastflecks in der Richtung der Leuchtstreifen, die von dem Zerstreuungsfeld der Hilfsgitterdrähte herrührt, gehorcht der Gleichung in Fig. 26, in welcher d' der Drahtnehmende Vergrößerung nach den Rändern des BiI- 25 abstand des Hilfsgitters ist. Für das oben gegebene des hin bewirkt. Die Zeilen müssen daher eine Beispiel wird die maximale Verbreiterung 0,9 d'. kissenförmige Verzeichnung zeigen. Diese Verbreiterung beeinträchtigt nicht die Farb-

Diese Verzeichnung ist im allgemeinen sehr klein reinheit des Bildes, sondern nur dessen Schärfe. Sie und nimmt mit abnehmendem Abstand a' zwischen ist etwas geringer als im System I und kann ebenso den beiden Gittern ab. Die Abweichung der notwendi- 30 wie dort durch A^erkleinerung des Abstandes der gen Streifenverteilung von einer geometrisch ahn- Drähte des Hilfsgitters verkleinert werden,
liehen Streifenverteilung mit der Vergrößerung M₀
ist durch die Formel in Fig. 23 gegeben.

Wenn der größte Halbwinkel der Ablenkung 30° beträgt und die oben angegebenen geometrischen Parameter (α = 19 mm, a'fa = 1/8, L = 33 cm) gelten, ist

■■■--■·—■■ ■ - - - j)j_e Beziehungen zwischen dem Konvergenzwinkel a,

dem Abstand y_c der Kathodenstrahlerzeuger (beides wie beim System I definiert) und den übrigen geometrischen Parametern der Röhre sind wie in Fig. 27 a und 27 b angegeben. Für den Wert α gilt somit die Gleichung nach Fig. 28,

Die Vergrößerung in der Nähe der Bildmitte erhält daher den Wert nach Fig. 29. Wenn also wie oben

Beziehung zwischen der Konvergenz der Strahlen und den geometrischen Abmessungen der Anordnung

(scharfe Fokussierung angenommen)

der maximale Unterschied 0,014 Zoll. Außerdem ist die maximale Abweichung von einem geometrisch ähnlichen Muster mit dem Optimum der Vergrößerung, welches etwas größer ist als M₀, nur ein Viertel dieses Betrages, d. h. weniger als 1 mm. Daher kann für die angegebenen Parameter eine äquidistante Verteilung von geraden Leuchtstoffstreifen verwendet werden, wenn ein Gitter aus äpuidistanten Drähten, die alle in einer gemeinsamen Ebene liegen, verwendet 45 a = 19 mm, wird. Die Breite jedes einzelnen Leuchtstoffstreifens würde etwa den in Fig. 24 angegebenen Wert haben, der nur sehr wenig größer ist als ein Drittel des Drahtabstandes d des Fokussierungsgitters.

Allgemeiner gesagt kann eine Schablone zur Herstellung des Leuchtschirms durch elektronische Projektion gewonnen werden. In diesem Fall bestehen auch keine Beschränkungen hinsichtlich des verwendeten Ablenkwinkels mit Ausnahme derjenigen Grenzen, welche durch das Ablenkjoch gegeben sind und dem entsprechenden übergroßen Astigmatismus in den Linsenelementen des Gitters. Die Wirkung des Hilfsgitters auf die Verbreiterung der Streifen, auf welche ein anfänglich paralleler Elektronenstrahl auf den a'/a = 1/8, L = 33 cm, d = 0,528 mm ist, so wird M₀ = 1,062, a = 0,0092 absolute Winkeleinheiten (0,53°) und y_c = 3,05 mm.

Beziehung zwischen der Leuchtstoffstreifenverteilung und der Projektion des Fokussierungsgitters

Für einen Strahl, welcher vom Ablenkungszentruni ausgeht und durch die Mittelpunkte der Gitteröffnungen hindurchläuft, ist das A^erhältnis der radialen Koordinate des Schnittpunktes mit dem Schirm zur radialen Koordinate des Schnittpunktes mit dem Fokussierungsgitter in Fig. 30 angegeben.

Beim System II nimmt die Vergrößerung also nach den Kanten des Bildes ab, so daß die Leuchtstoffstrei-

Schirm konzentriert wird, ist, wie man zeigen kann. ^6o fenverteilung eine schwache tonnenförmige Verzeich-

außerordentlich klein für mittlere Werte des Drahtabstandes im Hilfsgitter (z. B. 0,5 mm) und des Ablenkungshalbwinkels (z.B. 30°). Die Verbreiterung durch das Hilfsgitter existiert nur bei schräger Ablenkungsrichtung, also insbesondere in den ecken.

System II (Fig. 5) nung annehmen muß im Vergleich mit den Drähten des Fokussierungsgitters. Die Abweichung von einer geometrisch ähnlichen Verteilung mit der Vergrößerung M₀ ist. wie aus Fig. 31 hervorgeht, weniger als Bild- 65 halb so groß als beim System I.

Diese wird für einen maximalen Halbwinkel von 30° und für dieselben geometrischen Parameter wie oben höchstenfalls gleich 0,127 mm. Die Abweichung von einer geometrisch ähnlichen Verteilung mit der

Ganz ähnliche Beziehungen können für das System II
aufgestellt werden, in welchem die Lage des Hilfs- 70 optimalen Vergrößerung beträgt nun nur noch etwa

13 14

0,25 mm, so daß die Leuchtstreifenverteilung ohne von Spannungen zwischen aufeinanderfolgenden Dräh-

weiteres in Form von äquidistanten geraden Streifen ten eines zweiteiligen Fokussierungsgitters, um die

gewählt werden kann. Strahlelektronen von einem Satz von Leuchtstreifen

auf dem Schirm auf einen anderen Leuchtstreifensatz

System III ^{5 zu} verschieben. Ein solches System ist in Fig. 7,

8 und 9 dargestellt. Das Hilfsgitter, welches in Fig. 7

Bei einem dritten in Fig. 6 dargestellten System mit 39 bezeichnet ist, ist in Fig. 8 der Deutlichkeit sind das Fokussierungsgitter 9 und das Hilfsgitter 11 halber fortgelassen. Jedoch sind, wie aus Fig. 8 herwie im System II (Fig. 5) angebracht, aber das Hilfs- vorgeht, die Drähte des Fokussierungsgitters (das in gitter 11 und der Leuchtschirm 7 sind miteinander ver- io Fig. 7 im ganzen mit 41 bezeichnet ist) über zwei bunden und liegen auf einer höheren Spannung V, isolierte Führungen 43 und 45 gespannt, so daß zwei als die Spannung ψ des Fokussierungsgitters beträgt. elektrisch miteinander verbundene Drahtsätze 46 und Bei diesem System wird die Rückstreuung von Elek- 47 entstehen. Für den einen Satz können seine Zuleitronen auf den Leuchtschirm nicht vollkommen ver- tungen auf der einen Seite des Gitters liegen und für mieden und ebensowenig die Beschleunigung der am 15 den anderen Satz auf der anderen Gitterseite. Die Fokussierungsgitter erzeugten und den Leuchtschirm Reihenfolge der Leuchtstreifen (vgl. Fig. 7) ist nuntreffenden Sekundärelektronen. Jedoch können beide mehr eine andere als bei den Röhren mit drei gerich-Effekte klein gehalten werden, wenn das Verhältnis teten Strahlen in Fig. 1 bis 6. Es ist wesentlich, daß a/a klein ist. Das System hat den Vorteil, daß die die Frequenz der Farbwiederkehr einer der drei Far-Schirmspannung die höchste Spannung in der Röhre 20 ben doppelt so hoch ist als die Frequenz jeder der ist und daß die Ablenkleistung etwas verkleinert wird. beiden anderen. Wie in Fig. 7 gezeigt, folgen die Die Bedingung für scharfe Abbildung ist in die- Leuchtstreifen in der Reihenfolge G, R₃ G₃ B₃ G, R, sem Fall die in Fig. 32a und 32b angegebene^JFür G, B, G, R, G, B aufeinander statt in der Reihen- a'/a= 1/8, V= 12 000 Volt muß die Spannung V am folge R, B, G, R, B, G, R. B, G, und die gewünschte Fokussierungsgitter 9630VoIt betragen (V/V = 1,246). 25 Verschiebung ist etwa ± d/2 an Stelle von ± d/3. Die maximale Verbreiterung des Abtastflecks in Die Ablenkspannung, die zwischen den Drähten Heder Längsrichtung der Leuchtstreifen ist in Fig. 33 gen muß, um diese Ablenkung zu erreichen, mag nach angegeben. Für die oben angegebenen Parameter be- Fig. 39 bemessen sein (und zwar für eine Gitterträgt sie 0,79 d', wobei d' wieder den Drahtabstand anordnung wie beim System I), \vobei D der Drahtim Hilfsgitter bedeutet. 3° durchmesser des Fokussierungsgitters ist, d. h., es

muß für d = 0,508 mm, D = 0,05 mm, a = 14,5 mm

Beziehung zwischen der Konvergenz der Strahlen (entsprechend a^l°), V= 12 000 Volt, M₀ = 1,049,

und den geometrischen Abmessungen der Anordnung V den Wert 720VoIt annehmen. Die Ablenkungsspan-

(scharfe Fokussierung angenommen) "-ung ν kann entweder eine treppenförmige Gestalt

35 (Kurve 51 in Fig. 9) erhalten, um die richtige Farb-

Die Beziehungen zwischen dem Konvergenzwinkel c, reihenf olge zu ergeben (nämlich B₃ G, R, B, G, R, B, dem Abstand y_c der Kathodenstrahlerzeuger (beide G, R), oder kann, was bequemer ist, sinusförmig verGrößen wie beim System I und II definiert) und den laufen (Kurve 53 in Fig. 9) mit einem quadratischen übrigen geometrischen Parametern der Röhre sind in Mittelwert nach Fig. 40; dem Gitter (oder der Kathode) Fig. 34 a und 34b angegeben. Der Wert von α ent- 40 des Kathodenstrahl erzeugers der Röhre muß ein Ausspricht der Gleichung in Fig. 35. tastsignal 55 von der dreifachen Frequenz des Farb-Die Vergrößerung in der Nähe der Bildmitte ist wechseis zugeführt werden, damit der Strahl 57 durch die Gleichung in Fig. 36 gegeben. Aus diesen (Fig. 7) verriegelt wird, außer wenn die Ablenkspan-Gleichungen kann man berechnen, daß für α= 19mm, nung am zweiteiligen Gitter 46, 47 so groß ist, daß a'/a = 1/8, L = 33 cm, d = 0,528 mm, M₀ = 1,059 45 der 'Elektronenstrom auf einen Satz von Leuchtstoffsich die Größe α zu 0,0097 absolute Winkeleinheiten streifen zentriert wird.

(0,56°) und y_c = 3,12 mm ergibt. Rein mechanisch gesehen ist das wesentliche Merk-Die Verzeichnung wird tonnenförmig und ist von mal der bisher beschriebenen Röhren erstens das Vorderseiben Größenordnung wie beim System I. handensein zweier ebener Gitter 9 und 11, die aus Die folgenden Gleichungen kennzeichnen die Bedin- 5° Drähten bestehen oder aus anderen Elementen, zwigung, daß ein paralleler Strahl, der auf den Gesamt- sehen denen parallele ScMitzöffnungen existieren, so schirm auftrifft, in eine Reihe von scharfen Linien daß die beiden Sätze von Drähten oder Schlitzen konzentriert wird, und zwar für den allgemeineren rechtwinklig zueinander verlaufen, und in Kombina-FaIl, daß alle drei Spannungen V₃ V und V' (am tion damit zweitens das Vorhandensein eines aus Leuchtschirm, Fokussierungsgitter und Hilfsgitter) 55 Leuchtstreifen bestehenden Schirms 7, in welchem die verschieden groß sind. Wenn das Fokussierungsgitter Streifen parallel zu den Drähten oder Schlitzen im näher am Leuchtschirm liegt, gilt die Gleichung in einen oder anderen dieser Gitter verlaufen. Elektronen-Fig. 37. Wenn das Hilfsgitter näher am Leuchtschirm optisch gesehen enthalten die Gesamtschirme der bisgelegen ist, gilt die Gleichung in Fig. 38. Wenn man her besprochenen Röhren, wenn sie, wie an Hand der die Größe der Leuchtschirmspannung zu den anderen ^6o Fig.l bis 9 beschrieben, betrieben werden, ein elek-Spannungen V und V nach diesen Gleichungen ein- tronenoptisches System, welches aus erstens wenigstellt, so kann man einen Zustand herstellen, bei dem stens einer Sammellinse und zweitens wenigstens einer einerseits die Strahlleistung weitgehend ausgenutzt Zerstreuungslinse besteht und drittens Mittel enthält wird und andererseits eine mehr oder weniger voll- (nämlich die beschriebene Orientierung der Drähte ständige Unterdrückung der Störelektronen mit Ein- 65 jedes Gitters zu den Leuchtstoffstreifen), um die Zerschluß der Elektronen hoher Geschwindigkeit, die an Streuungswirkung der Zerstreuungslinse in der Richden Gitterdrähten gestreut werden, erreicht wird. tung der Leuchtstoffstreifen zu erhalten, so daß keine

Das Doppelgitterprinzip gemäß der Erfindung Farbfälschung entsteht.

kann vorteilhaft auch bei einem System mit nur einem Die Vermeidung einer solchen Farbfälschung (die

einzigen Strahl benutzt werden unter Verwendung 70 als Begleiterscheinung der notwendigen Zerstreuungs-

linsen auftreten kann) läßt sich auch unabhängig von der Orientierung des Hilfsgitters dadurch erreichen, daß man dieses Hilfsgitter aus sehr dünnen Drähten mit sehr engem Abstand aufbaut. Als ein Beispiel sei folgender Fall erwähnt: Bei praktischen Ausführungen der Röhre nach Fig. 1 bis 8 würden Gitterdrähte von einem Durchmesser von 0,05 mm mit einem Abstand von etwa 0,1 mm mit befriedigendem Erfolg verwendet werden können. Es wurde gefunden, daß die Zer-

Linsengitters so klein, daß die Strahlelektronen nicht bis über den Umfang der betreffenden Leucht-Stoffbelegungen hinaus aufgespreizt werden.

Wenn wie in Fig. 10 das Fokussierungsgitter 9' näher am Schirm 7' liegt, werden die Strahlelektronen auf die getrennten sublementaren Leuchtstoffflächen R, B und G begrenzt, wenn die in Fig. 41 angegebene Beziehung besteht. Diese enthält den Ab-

g stand α zwischen dem Schirm 7' und dem Gitter 9',

Streuungswirkung des Hilfsgitters 11 am kleinsten io den Abstand af zwischen dem Fokussierungsgitter 9' ausfiel, wenn ein Drahtnetz (H' in Fig. 10) aus Ketten- und dem Hilfsgitter 11', die Spannung V am Schirm 7', und Schußdrähten mit 200 Öffnungen je Zoll (linear F ' ⁷

gemessen) an Stelle der Paralleldrahtanordnung für das Hilfsgitter 11 in Fig. 1 bis 8 eingesetzt wurde. Der Hauptvorteil des Hilfsgitters, welches aus so *5 dünnen Drähten in so geringem Abstand besteht, ist der, daß es in einen Gesamtschirm ohne Rücksicht auf die Orientierung zu den Drähten des Fokussierungsgitters eingesetzt werden kann. Dadurch wird offenbar die Fabrikation des Gesamtschirms sehr vereinfacht. Es braucht nicht betont zu werden, daß ein Gitter oder Netz aus so feinen Drähten aber auch mehr Elektronen absorbiert als die weiter oben besprochenen Paralleldrahtgitter. Dieser Nachteil wird

jedoch in weitem Maße durch die Tatsache aufge- ²5 Größen in Fig. 43 ist dieselbe wie in Fig. 41. wogen, daß die Öffnungen im Fokussierungsgitter (9 in Wenn die Spannung V am Schirm 7' und die Span-

Fig. 1 bis 6, 9' in Fig. 10) mehrfach größer gewählt ß

werden können als bei einer Röhre, die nach dem Schattenprinzip arbeitet.

Alle Farbröhren, die bisher beschrieben wurden, 3°
verwenden Leuchtschirme mit Leuchtstoff streifen. Die
Erfindung ist aber auch auf Röhren mit aus Leuchtstoffpunkten aufgebauten Schirmen anwendbar. Ein
solcher Schirm ist in Fig. 10 dargestellt und mit T
bezeichnet. Seine Auftrefffläche besteht aus einer Viel- 35 ein bei Belichtung leitfähig werdender Schirm nach zahl von Gruppen von roten (R), bläuen (B) und grü- Fig. 13 sein. In jedem Falle befinden sich auf deinen (G) Leuchtstoffbelegungen, welche in diesem Fall Rückseite der photoempfindlichen Fläche (61 α in nach einem hexagonalen System angeordnet sind. Fig 12, 61 b in Fig. 13) eine transparente Elektrode

Ein hexagonales System ist ein solches, in welchem (63 a in Fig. 12, 63 b in Fig. 13), z. B. aus Nesa-Glas, jede Leuchtstoffbelegung, mit Ausnahme an den Bild- 4o und ein Satz von parallelen Filterstreifen R, G und B, kanten, von sechs anderen Belegungen umgeben ist. welche rotes, grünes und blaues Licht durchlassen. Wie bei einem Streifenleuchtschirm ist der Schirm 7' Das Fokussierungsgitter 65 (Fig. 11) befindet sich in mit einem zusammenhängenden, für Elektronen durch- einem Abstand α vor der photoempfmdlichen Seite des lässigen leitfähigen Überzug 13' versehen. Die anderen Schirms 61. Es besteht aus dünnen parallelen Drähten, beiden Elemente des Gesamtschirms sind erstens ein ⁴⁵ die parallel zu den Filterstreifen verlaufen, und zwar Fokussierungsgitter in Form einer dünnen Metall- entfällt auf je drei Filterstreifen jeweils ein Draht, platte 9' mit einer Vielzahl von hexagonal angeord- Das Hilfsgitter 67 befindet sich im Abstand a' vor dem neten Öffnungen, deren Zahl der Zahl der Gruppen der Fokussierungsgitter 65, und seine Drähte verlaufen in Leuchtstoffbelegungen auf dem Schirm T entspricht. diesem Fall vertikal. Der Gesamtschirm wird von und zweitens ein Hilfsgitter in Form eines dünnen 5° einem einzigen Strahl 69 abgetastet, dessen Auffall-Drahtnetzes 11' auf der dem Schirm 7' abgewandten richtung auf den Schirm 61 sich periodisch ändert. Si d F d

g , pg ,

die Spannung "F am Gitter 9' und die Spannung V⁷ am Gitter 11'. Alle diese Spannungen sind hier wieder gegenüber der Strahlkathode als Nullpunkt zu messen.

Wenn das Fokussierungsgitter 9' und der Schirm 7' leitend miteinander verbunden sind, so daß Y~ V, wird diese Bedingung zu derjenigen in Fig. 42.

Wenn die Lage des Hilfsgitters und des Fokussierungsgitters vertauscht werden (vgl. Fig. 4 und 5), so daß das Hilfsgitter 11' am Schirm 7' liegt, so gilt die Gleichung in Fig. 43, die erfüllt werden muß, damit der parallel auffallende Elektronenstrahl auf die kleinen Leuchtstoffpunkte auf dem Leuchtschirm konzentriert wird. Die Bedeutung der verschiedenen

pg p

nung'F am Fokussierungsgitter 9' gleich groß sind, so muß die in Fig. 44 angegebene Bedingung erfüllt werden.

Die Erfindung ist auch auf Farbaufnahmeröhren oder Kameraröhren anwendbar. Eine derartige Röhre ist in Fig. 11 dargestellt. In dieser kann der photoempfindliche Schirm 61 entweder ein bei Belichtung Elektronen emittierender Schirm nach Fig. 12 oder

Seite des Fokussierungsgitters 9'.

Die relative Potentialverteilung an diesen drei Elektroden kann ebenso gewählt werden wie in Fig. 1 bis 8. Wenn die Potentialverteilung so gewählt ist, daß das elektrische Feld auf der Leuchtschirmseite des Fokussierungsgitters 9' stärker ist als das Feld auf seiner anderen Seite, so ist das Linsenfeld im Fokussierungsgitter eine axialsymmetrische oder sphäih Li (

Auf diese Weise wird ein Videosignal von der sogenannten Signalplatte, d.h. der Elektrode63α bzw. 63 b, erhalten, welches dem Ausgang eines Umschalters in einem Sender mit Umschaltung im BiIdelementenrhythmus entspricht, bei dem eine einzige Kamera benutzt wird, in welcher der Strahlauftreffwinkel mit der Farbwechselfrequenz geändert wird. Wenn man den Auftreffwinkel sich mit der BiId-

y p

rische Linse (statt einer Zylinderlinse), deren Mittel- ^6o frequenz ändern läßt, so entspricht der Ausgang der punkt so liegt, daß der rote, der blaue und der grüne Kamera der Ausgangsgröße einer Farbkamera mit Strahl beim Durchtritt durch die Linse (bei Ausgang Farbwechsel im Takt des Bildwechsels, von den drei Symmetriezentren in Fig. 10) nach den Wenn die Kathode des Strahlerzeugers 71 geerdet Mittelpunkten der Belegungen R, B und G konver- wird, wird eine Spannung V dem die Farbauswahl begieren. Daher ist die Linsenwirkung des Fokussie- ⁶5 wirkenden Fokussierungsgitter 65 zugeführt und eine rungsgitters 9' derart, daß die Strahlelektronen von Spannung V dem Hilfsgitter 67. Die bevorzugte Beiedem Kathodenstrahlerzeuger auf die zugehörigen ziehung zwischen den Spannungen und den Ab-Leuchtstoffbelegungen auffallen. Der gering Durch- ständen α, α ist durch die Formel in Fig. 45 gemesser und der geringe Abstand der Drähte des Hilfs- geben, welche für F = 30 Volt und Y' — 400 Volt zu gitters 11' nacht die Zerstreuungswirkung dieses 7o _a!a' = 0.16 führt. Dieser Wert entspricht der stärk

sten Strahlkonzentration auf die photoempfindlichen Flächen, die den Filtern R, G und B entsprechen. Wenn ein bei Belichtung leitfähig werdender Schirm 61 b nach Fig. 13 benutzt wird, wird dessen Elektrode 63 b, die ebenfalls als Signalplatte wirkt, gegenüber der Kathode des Strahlerzeugers wie in jeder Aufnahmeröhre vom Vidicon-Typ vorgespannt. Bei Benutzung einer solchen leitfähig werdenden Schicht (61 b) soll diese vorzugsweise eine erhebliche Spektralempfindlichkeit im sichtbaren Spektrum besitzen, also beispielsweise eine geeignete Antimonsulfid-Selen-Schicht sein.

Wegen der viel kleineren Spannungen (V = 400 Volt, "F=SOVoIt) ist es noch wichtiger als in Farbwiedergaberöhren, eine gute magnetische Abschirmung zu verwenden.

Im ersten Absatz der vorliegenden Beschreibung ist die Tatsache erwähnt, daß die Erfindung auch auf Kathodenstrahlröhren für stereoskopisches Fernsehen anwendbar ist. Bei einer solchen Ausführungsform be- ^teht nach Fig. 14 der Schirm aus einem gleichmäßig verteilten Leuchtstoff 81 (mit einem dünnen Metallüberzug) auf einem dünnen transparenten Träger 83, welcher Filterstreifen 85 und 87 aus polarisierendem Material trägt. Zwei aufeinanderfolgende Streifen polarisieren dabei das Licht in zueinander senkrechten Richtungen. Diese polarisierenden Streifen 85 und 87 liegen (ebenso wie die Farbstreifen R, B und G bei den weiter oben beschriebenen Ausführungsformen) parallel zu den Drähten des Fokussierungsgitters 89, und die Drähte des Hilfsgitters 91 verlaufen unter rechten Winkeln zu diesen Streifen. Der Abstand der polarisierenden Streifen wird gleich der Hälfte des Drahtabstandes der Fokussierungsgitterdrähte multipliziert mit der Vergrößerung M₀ des Gitters auf demLeuchtschirm gewählt. Die Reihenfolge der beiden Gitter 89 und 91 kann gewünschtenfalIs auch vertauscht werden.

Die Röhre enthält zwei Strahlerzeuger 93 und 95, welche so angeordnet sind, daß die Strahlelektronen des einen Erzeugers ausschließlich auf die Filterstreifen 85 fallen und die Strahlelektronen des anderen Erzeugers auf die Filterstreifen 87. Der Schirm wird durch eine Brille betrachtet, deren Gläser 97 und 99 in verschiedenen Richtungen polarisiert sind entsprechend der Polarisationsrichtung der Filterstreifen 85 und 87. Auf diese Weise sieht jedes Auge nur das durch den einen der beiden Streifensätze hindurchtretende Bild. Da angenommen wird, daß die den Gittern der Strahlerzeuger 93 und 95 zugeführten Signale den beiden Bildern einer stereoskopischen Fernsehkamera entsprechen, so nimmt der Beobachter ein dreidimensionales Bild der fernzuübertragenden Szene wahr.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß Kathodenstrahlröhren gemäß der Erfindung eine gute Ausnutzung der Abtaststrahlen ohne Kontrastverlust ermöglichen und im Fall von Farbröhren auch ohne Farbfälschung, die erstens vom Zurückfallen schneller zurückgestreuter Elektronen auf den Farbleuchtschirm herrühren kann und ferner zweitens von der Beschleunigung von langsamen Sekundärelektronen, die an anderen Röhrenelektroden entstehen, in Richtung auf den Leuchtschirm.

65

Claims

Patentanspruch ε-1. Kathodenstrahlröhre mit einem eine Vielzahl

von aus verschieden strahlempfindlichen Flächen bestehenden Gruppen tragenden Bildschirm, weiterhin mit einer Elektronenquelle und mit Mitteln zur Lenkung der Elektronen auf jeweils eine Fläche innerhalb jeder Gruppe, ferner mit Feldelektroden, die getrennt erregt werden und Öffnungen enthalten, welche von den Elektronen durchsetzt werden, und schließlich mit einer Hilfselektrode und einer Fokussierungselektrode innerhalb dieser Feldelektroden, wobei die Öffnungen dieser Fokussierungselektrode entsprechend der Verteilung der strahlempfindlichen Flächen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektrode so vorgespannt ist, daß Elektronen, die vom Bildschirm selbst und den ihm benachbarten Elektroden ausgehen, einem elektrischen Feld solcher Richtung ausgesetzt sind, daß sie vom Schirm abgeführt werden, und daß die Öffnungen in der Hilfselektrode von den Öffnungen in der Fokussierungselektrode derart abweichen, daß die Wirkungen von Verzerrungen des Strahlquerschnitts am Auftreffpunkt möglichst klein werden.
2. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß a) die strahlempfindlichen Flächen des Bildschirms die Form von Streifen besitzen, b) die Fokussierungs- und die Hilfselektrode elektronenoptische Zylinderlinsen bilden und mit gegenseitigem Abstand im Strahlweg aufeinanderfolgen und c) diese Elektroden so angeordnet sind, daß die Erzeugenden der Zylinderlinsen der Fokussierungselektrode wenigstens annähernd parallel zu den Streifen des Schirms liegen und die Erzeugenden der Linsenelemente der Hilfselektrode wenigstens annähernd senkrecht dazu.
3. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß a) die strahlempfindlichen Flächen des Bildschirms punktförmig sind,

b) die Fokussierungs- und Hilfselektrode in einem Abstand längs der Strahlbahn aufeinanderfolgen,

c) die Fokussierungselektrode elektronenoptische sphärische Linsen bildet und d) die Hilfselektrode aus einem Netz besteht, dessen Öffnungen so klein sind, daß die Verzerrungswirkung auf die Elektronen im Vergleich zum Durchmesser der einzelnen Belegungen des Schirms zurücktritt.
4. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1 und 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen der Fokussierungselektrode parallel zu den Streifen des Bildschirms und die Öffnungen der Hilfselektrode wenigstens annähernd im rechten Winkel zu diesen Streifen verlaufen.
5. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1 und 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Öffnungen in der Fokussierungselektrode der Anzahl der Gruppen der strahlempfindlichen Flächen auf dem Schirm entspricht und die Form der Öffnungen der Form der einzelnen strahlempfindlichen Flächen.
6. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektrode gegenüber der Fokussierungselektrode ein Vielfaches an öffnungen je Flächeneinheit enthält.
7. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektrode aus einem Gitter aus gekreuzten Drähten besteht.
8. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierungs- und die Hilfselektrode je aus einer Anordnung in einer gemeinsamen Ebene liegenden Drähten bestehen.
9. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die

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Fokussierungselektrode zwischen der Hilfselektrode und dem Schirm angeordnet ist.
10. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektrode zwischen der Fokussierungselektrode und dem Schirm angeordnet ist.
11. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die der Schirmelektrode zugeführte Spannung nicht höher als die Spannung an der Hilfselektrode ist.
12. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmelektrode und die Fokussierungselektrode etwa auf derselben Spannung liegen.
13. Kathodenstrahlröhre nach einem der Anspräche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die

der Fokussierungselektrode zugeführte Spannung höher ist als die Spannung an der Schirmelektrode.
14. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektrode auf einer höheren Spannung liegt.
15. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß an der Schirmelektrode und der Hilfselektrode annähernd dieselbe Spannung liegt.
16. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß an der Fokussierungselektrode eine niedrigere Spannung liegt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 581 499, 736 575.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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