DE1130938B - Kathodenstrahlroehre mit Nachbeschleunigung - Google Patents

Description

INTTERNAT. KL. HOIj

DEUTSCHES

PATENTAMT

R 28280 Vine/21g

ANMELDETAG:

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABEDER AUSLEGESCHRIFT:

6. JULI 1960

7. JUNI 1962

Die Erfindung betrifft eine Kathodenstrahlröhre mit Nachbeschleunigung, mit einem im Röhrenhals angeordneten Strahlerzeugungssystem und mit einer Ablenkeinrichtung.

Es sind bereits die verschiedensten Maßnahmen bekannt, um bei Kathodenstrahlröhren die Leistung bzw. Spannung herabzusetzen, die zur Ablenkung des Elektronenstrahls über den Bildschirm erforderlich ist. Bei einem Röhrentyp ist die Elektrodenanordnung so getroffen, daß die Strahlablenkung bei verhältnismäßig niedrigen Geschwindigkeiten des Elektronenstrahles vorgenommen werden. Anschließend an die Ablenkung werden die Strahlelektronen dann in Richtung auf den Bildschirm der Röhre hin nachbeschleunigt. Hierfür kann eine ^s gitterartige, durchbrochene Elektrode Verwendung finden, die sich in nächster Nähe des Bildschirmes befindet und annähernd die gleichen Abmessungen wie dieser hat. Die bekannten Röhren dieser Art zeigen einen oder mehrere folgender Nachteile:

a) Schwierigkeiten bei der Befestigung der Gitterelektrode;

b) Verlust an Auflösung, da der Elektronenstrahl während des größten Teils seines Weges verhältnismäßig niedrige Geschwindigkeiten besitzt;

c) Schattenwurf der Gitterelektrode auf den Schirm infolge der engen Nachbarschaft, und

d) Verschlechterung des Bildkontrastes durch langsame Sekundärelektronen, die von der Gitterelektrode ausgehen und vom Schirm angezogen werden und durch schnelle, vom Bildschirm zurückgesteuerte Elektroden, die durch die Gitterelektrode zurück auf den Bildschirm gelenkt ■werden.

Diese Nachteile werden vermieden, wenn erfindungsgemäß eine quer zur Strahlrichtung verlaufende, durchbrochene Elektrode unmittelbar im Anschluß an den Strahlablenkbereich angeordnet ist.

Bei dieser Röhre soll außerdem eine Elektrodenanordnung Verwendung finden, die nur eine geringe Ablenkleistung benötigt und eine anderweitig verursachte Rasterverzerrung zu korrigieren erlaubt.

Bei der beschriebenen Röhre ist ein Strahlerzeugungssystem vorgesehen, das einen Elektronenstrahl verhältnismäßig geringer Geschwindigkeit durch einen Strahlablenkbereich in Richtung auf einen Phosphorschirm liefert. Unmittelbar im Anschluß an den Strahlablenkbereich ist eine mit vielen Öffnungen versehene, quer zur Strahlrichtung gelegene Gitterelektrode vorgesehen. Die Gitterelektrode ist Kathodenstrahlröhre mit Nachbeschleunigung

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 7. Juli 1959 (Nr. 825 531)

Harold Bell Law, Princeton, N. J. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

vorzugsweise kuppeiförmig und in Richtung auf das Strahlerzeugungssystem hin geöffnet. Sie bildet vorzugsweise einen Teil des Strahlerzeugungssystems und liegt innerhalb oder in der Nähe des Röhrenhalses.

Die beschriebene Einrichtung soll nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt einen teilweise schematisierten Längsschnitt durch eine Kathodenstrahlröhre gemäß der Erfindung;

Fig. 2 und 3 zeigen einen Längsschnitt bzw. eine Stirnansicht der Viellochelektrode der Röhre nach Fig.l;

Fig. 4 bis 8 zeigen entsprechende Ansichten anderer Ausführungsformen für die Gitterelektrode gemäß der Erfindung;

Fig. 9 zeigt in einem Diagramm die Abhängigkeit der für die Röhre nach Fig. 1 benötigten Ablenkleistung von dem Verhältnis von den an der Gitterelektrode und dem Phosphorschirm liegenden Potentialen, auf der Ordinate ist dabei das Verhältnis von Gitterelektrodenspannung zu Schirmspannung und auf der Abszisse die Ablenkleistung in Prozent, bezogen auf die bei einer üblichen Röhre benötigten Ablenkleistung, aufgetragen;

Fig. 10, 11 und 12 zeigen schematisch verschiedene Formen von Gitterelektroden gemäß der Erfindung mit den zugehörigen Äquipotentiallinien;

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elemente. Bei dieser speziellen Gitterelektrode 46 hat der kuppeiförmige Teil 54 eine annähernd sphärische Gestalt, die Kuppel ist dabei etwas kleiner als eine vollständige Halbkugel.

Andere für gewisse andere Zwecke besonders geeignete Formen der Gitterelektrode sind in den Fig. 4 bis 7 dargestellt. Fig. 4 und 5 zeigen eine Gitterelektrode mit einem ebenen durchbrochenen Teil 56, der einen Tragring 52 überspannt. Fig. 6 und 7

Fig. 13 und 14 zeigen Diagramme zum Vergleich der Betriebseigenschaften verschiedener Ausführungsformen der Erfindung, und

Fig. 15 zeigt einen Längsschnitt durch einen Teil einer weiteren, gemäß der Erfindung ausgebildeten Kathodenstrahlröhre.

Fig. 1 zeigt eine Kathodenstrahlröhre 10, deren vakuumdichter Kolben 12 aus einem Hals 14, einer Stirnplatte 16 und.einem konischen Teil 18 besteht.

Am Ende des Halses 14 befindet sieh ein Quetschfuß io zeigen ein von einem Ring 52 getragenes, doppelt

20, in den eine Anzahl von Stromeinführungen 22 gekrümmtes Element 58. Das durchbrochene EIe-

eingeschmolzen sind. ment 58 hat etwa die Form einer sphärischen Kuppel,

Im Hals 14 befindet sich ein Strahlerzeugungs- dessen Rand 60 nach außen verläuft. Die funktio-

system 24 zur Erzeugung eines auf einen Leucht- nellen Eigenschaften dieser drei Gitterformen nach

stoffschirm 26 gerichteten Elektronenstrahles, der 15 Fig. 2 bis 7 sollen später noch beschrieben und mit-

Leuchtstoffschirm ist dabei auf der Innenfläche der einander verglichen werden.

Stirnplatte 16 aufgetragen. Die freie Seite der Leucht- Die Teile 54, 56 und 58 sind besonders feine, Stoffschicht ist mit einer elektronendurchlässigen, siebartige Strukturen mit beispielsweise 200 Öffleitfähigen Schicht 27 überzogen, die beispielsweise nungen pro Zentimeter und können aus einem geaus aufgedampftem Aluminium bestehen kann. Das ao wobenenNetz, einer elektrisch gebildeten zusammen-Strahlerzeugungssystem 24 umfaßt eine Kathode 28, hängenden Kreuzgitteranordnung, einer mit Öffein Steuergitter 30, ein Schirmgitter 32, eine erste nungen versehenen Platte und ähnlichen Konstruk-Anode 34 und eine zweite Anode 36. Die Elektroden tionen bestehen. Eine sphärische Kuppel wie bei den 30, 32, 34 und 36 werden durch Stützen 38 getragen, Gitterelektroden 46 in Fig. I₃ 2 und 3 kann durch die ihrerseits an mehreren, beispielsweise zwei Glas- 25 irgendein geeignetes bekanntes Formverfahren aus stäben 40 befestigt sind. Der Hals 14 wird in der einem ebenen Gitter hergestellt werden. So kann Nähe des Konus 18 von einem Ablenkjoch 42 um- beispielsweise das kuppeiförmige Teil dadurch gefaßt, durch das in bekannter Weise der Elektronen- bildet werden, daß man ein ebenes Gitter mit einer strahl über den Bildschirm 26 beispielsweise in Form passenden Kugel in eine sphärische Form bringt, eines Rasters abgelenkt werden kann. Die Innen- 30 Nach dieser Formung wird der Teil 54 zugeschnitten wand des Konus 18 ist mit einer leitenden Schicht 44 und an dem Ring 52 befestigt, versehen, die bis zum Phosphorschirm 26 einerseits Eine aus manchen Gründen vorzuziehende Gitter- und bis in die Nähe des Halses 14 andererseits anordnung ist in Fig. 8 dargestellt, sie enthält eine reicht. . sphärisch gekrümmte Platte 62, die von einer Viel-

Unmittelbar bei der Hauptablenkzone 48 und 35 zahl von verlaufenden Öffnungen 64 durchsetzt wird, zwischen dieser Zone und dem Phosphorschirm 26 In der Zeichnung sind die verlaufenden Öffnungen befindet sich im Strahlweg eine eine Vielzahl von 64 der Deutlichkeit halber übertrieben groß im VerÖffnungen aufweisende Gitterelektrode 46. Die gleich zu den Abmessungen der Platte 62 dargestellt. Gitterelektrode 46 hat vorzugsweise eine kuppel- Die Öffnungen einer derartigen Elektrode können förmige Gestalt, wobei die konkave Fläche der Ab- 40 durch ein Photoätzverfahren hergestellt werden. Die lenkzone 48 zugewandt ist. Zur Vereinfachung der Öffnungen dieser Gitterelektrode haben, von der Herstellung der Röhre bildet die Gitterelektrode 46 Seite ihres kleineren Durchmessers aus gesehen, die aufbaumäßig vorzugsweise einen Teil des Strahl- Form einer Messerschneide oder -spitze. Wenn ein erzeugungssystems 24. Sie ist dementsprechend durch derartiges Gitter so angeordnet ist, daß die der Stützen 38 an den Glasstäben 40 befestigt. Dieser 45 Messerspitze entsprechende Seite dem Strahlerzeu-Aufbau gestattet es, die Gitterelektrode 46 mit den an- gungssystem der Röhre zugewandt ist, so wird die deren Elementen des Strahlerzeugungssystems durch Emission von Sekundärelektronen am Gitter wirkden Hals 14 in die Röhre 10 einzusetzen. Zusätzliche samer auf die dem Strahlerzeugungssystem zuge-Halterungsmittel sind daher nicht erforderlich. wandte Seite des Gitters beschränkt und beein-

In den Quetschfuß der Röhre sind eine Reihe von 50 trächtigt daher weniger den Bildkontrast. Stromeinführungen 22 eingeschmolzen, die in be- Im Betrieb der Röhre 10 werden den Elektroden kannter Weise zum Anschluß der verschiedenen innerhalb des Kolbens 12 geeignete Betriebsspan-Elektroden des Strahlerzeugungssystems 24 und der nungen zugeführt, so daß ein Elektronenstrahl 50 Gitterelektrode 46 dienen. Die Verbindungen sind entsteht, dessen Geschwindigkeit im Ablenkbereich der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Die 55 48 verhältnismäßig klein ist. Bei geeigneter Vor-Gitterelektrode 46 kann in der Praxis verschiedene spannung der Gitterelektrode 46 und der leitenden Formen annehmen, der Kürze halber wird im folgen- Schichten 44 und 27 wird der Elektronenstrahl 50 den nur von einem Gitter oder einer Gitterelektrode also innerhalb der Ablenkzone 48 bei verhältnisgesprochen werden, mäßig niedriger Strahlgeschwindigkeit abgelenkt und Fig. 2 und 3 zeigen eine Form der Gitterelektrode, 60 dann nach dem Durchtreten durch die Gitterelekdie für bestimmte Anwendungen besonders geeignet trode 46 beschleunigt, so daß er mit einer verhältist. Die Gitterelektrode 46 umfaßt einen als Halte- nismäßig hohen Geschwindigkeit auf den Phosphorrung dienenden Metallring 52, der von einem eine schirm 26 auftrifft.

Vielzahl von Öffnungen aufweisenden Bauelement 54 Das in Fig. 1 dargestellte Strahlerzeugungssystem überspannt wird, Das Bauelement 54 kann in irgend- 65 24 ist ein Beispiel für ein geeignetes System. Die Beeiner geeigneten Weise mit dem Ring 52 verbunden triebsspannungen für das System 24 sind in Fig. 1 werden, z.B. durch Hartlöten oder durch Ein- an den schematisch als Pfeile dargestellten Stromklemmen zwischen zwei ineinandergreifende Ring- Zuführungen angegeben.

Die hohe Spannung an der ersten Anode 34 dient zur Beschleunigung des Elektronenstrahles beim Austreten aus der Steuerelektrode 30. Die Strahlgeschwindigkeit wird dann durch die verhältnismäßig niedrige Spannung an der zweiten Anode 36 wieder herabgesetzt, so daß die Strahlelektronen die Hauptablenkzone 48 mit einer verhältnismäßig geringen Geschwindigkeit durchlaufen. Nachdem der Strahl die Gitterelektrode 46 durchlaufen hat, die ebenfalls auf einem verhältnismäßig niedrigen Potential liegt, wird er durch die hohen Spannungen am Bildschirm 26 und der leitenden Schicht 44 auf der Innenwand des Konus 18 schnell in Richtung auf den Bildschirm beschleunigt. Es ist ersichtlich, daß die Geschwindigkeit des Elektronenstrahls infolge der hohen Potentiale an der ersten Anode 34 und der Schicht 44 nur im Bereich der Hauptablenkzone 48 geringgehalten wird. Die Gefahr eines Verlustes an Bildauflösung infolge langer Laufzeiten, wie sie bei den bekannten Röhren vorhanden ist, wird daher verringert. Da das Schirmgitter 32, die erste Anode 34 und die zweite Anode 36 abwechselnd ein niedriges, ein hohes bzw. wieder ein niedriges Potential führen, werden zwischen diesen Elektroden elektrostatische Linsenfelder gebildet, die zur Fokussierung des Strahles dienen.

Vorzugsweise wird die vorliegende Anordnung so betrieben, daß die zweite Anode 36 gegenüber der Gitterelektrode 46 geringfügig positiv ist. Dabei hat sich eine Potentialdifferenz von etwa 100 bis 300 V als zufriedenstellend erwiesen. Unter diesen Umständen werden die von der Gitterelektrode 46 emittierten Sekundärelektronen von der Anode 36 angezogen und aufgenommen. Diese Elektronen werden dadurch natürlich vom Schirm 26 ferngehalten und können den Kontrast nicht verschlechtern. Die bekannten Röhren, bei denen eine großflächige Gitterelektrode direkt beim Bildschirm vorgesehen ist, besitzen diese vorteilhaften Eigenschaften nicht. Bei bekannten Röhren dieser Art ist es nicht möglich, die von der Gitterelektrode emittierten Sekundärelektroden abzufangen.

Da sich die zweite Anode 36 zwischen dem Strahlweg und dem Ablenkjoch 42 befindet, muß sie aus einem unmagnetischen Material bestehen, um die Ablenkfelder nicht zu verzerren. Weiterhin soll der Widerstand der Anode 36 hoch sein, um Wirbelstromverluste zu verkleinern. Die Anode 36 kann zu diesem Zweck beispielsweise aus einem Material hohen spezifischen Widerstandes bestehen, wie aus einer Chromnickellegierung; man kann sie auch sehr dünn machen oder schlitzen.

Der Einfluß der Gitterelektrode 46 auf die Ablenkung des Elektronenstrahls kann am besten in Verbindung mit Fig. 9 gezeigt werden. In diesem Diagramm ist auf der Ordinate das Verhältnis der Spannung U_e an der Gitterelektrode 46 zu der Spannung U_s am Bildschirm 26 aufgetragen. Die Abszisse des Diagramms zeigt in Prozent die von dem Ablenkjoch 42 für eine volle Zeilenablenkung benötigte Ablenkleistung, bezogen auf eine bekannte Kathodenstrahlröhre, die ohne Nachbeschleunigung des Elektronenstrahls arbeitet. Die Kurve 66 zeigt, daß mit 5 kV am Gitter und 20 kV am Bildschirm 26, wie in Fig. 1 angegeben ist (d. h. mit einem Spannungsverhältnis U_g/U_s von 0,25), nur ungefähr 15% der Ablenkleistung einer bisherigen Röhre nötig sind. Die Kurve zeigt ferner, daß der Leistungsbedarf auf den bei einer bekannten Röhre erforderlichen Wert steigt, wenn das Potential der Gitterelektrode auf das Potential des Bildschirms erhöht wird, was einem Verhältnis U_s/U_s = 1 entspricht. Es wurde gefunden, daß Verhältnisse von U_g/U_s im Bereich von etwa 0,2 bis 0,6 gute Ergebnisse liefern.

Kathodenstrahlröhren mit einer Gitterelektrode der oben beschriebenen Art lassen sich wie die bekannten, mit Nachbeschleunigung arbeitenden

ίο Kathodenstrahlröhren mit niedrigen Ablenkleistungen betreiben und vermeiden zur gleichen Zeit die diesen Röhren üblicherweise anhaftenden Nachteile. Bei einem Vergleich der beschriebenen Röhren mit vergleichbaren bekannten Röhren ergibt sich, daß

a) die bei der Anbringung der Gitterelektrode 46 auftretenden Schwierigkeiten vernachlässigbar sind, im Vergleich mit den bekannten, sich über die gesamte Schirmfläche erstreckenden Gittern, da die Gitterelektrode 46 verhältnismäßig kleine Abmessungen hat;

b) die Strahlauflösung infolge langsamer Bahngeschwindigkeit nicht so störend ist wie bei den bekannten Röhren, da der Strahl den Hauptteil seines Weges durch den Konus 18 des Kolbens auf höhere Geschwindigkeit beschleunigt zurücklegt und nicht mit relativ langsamer Geschwindigkeit, wie es bei den bekannten Röhren der Fall ist; c) infolge des verhältnismäßig großen Abstandes der Gitterelektrode 46 vom Schirm 26 kein Schattenwurf bemerkbar ist, und d) die Beeinträchtigung des Bildkontrastes durch Sekundärelektronen vom Gitter und durch vom Schirm zurückgestreute Elektronen weitgehend beseitigt wird, da die vom Gitter ausgehenden Sekundärelektronen von der rohrförmigen Anode 36 aufgenommen werden und da die meisten rückgestreuten Elektronen den Schirm 26 frei verlassen können und von der leitenden Schicht 44 aufgenommen werden, anstatt auf den Schirm reflektiert zu werden, wie es bei den bekannten Röhren der Fall ist, in denen in nächster Nachbarschaft vom Schirm ein auf niedrigem Potential liegendes Netz vorhanden ist.

Im Hinblick auf den Vorteil niederer Ablenkleistung bei mit Nachbeschleunigung arbeitenden Kathodenstrahlröhren kann die Gitterelektrode 46 eine beliebige Form besitzen, sie kann z. B. auch eben sein. Die Funktion und die entsprechenden körperlichen Anforderungen an die Elektrode erfordern, daß diese Elektrode elektronendurchlässig, potentialhaltend und abschirmend ist, so daß eine Beschleunigung des Elektronenstrahles beim Durchlaufen der Hauptablenkzone 48 durch das am Bildschirm liegende hohe Potential nicht eintreten kann.

Die Gitterelektrode 46 kann jedoch zusätzlich zwei neue Funktionen erfüllen, die zu erfüllen den bekannten Elektroden der üblichen Röhren nicht möglieh war. Diese beiden zusätzlichen Funktionen oder Aufgaben sind mit der Form der Gitterelektrode 46 verknüpft. Die Form des Gitters wird dabei durch die der speziellen Röhre anhaftenden Eigenschaften bestimmt, bei der die vorliegende Gitterelektrode Verwendung finden soll und durch die Aufgaben, die durch die Ausbildung des Gitters erfüllt werden sollen.

Eine der beiden zusätzlichen Funktionen der Gitterelektrode 46 besteht darin, ein radiales elektrostatisches Ablenkfeld zu erzeugen, um das durch das Joch 42 erzeugte Hauptablenkfeld zu unterstützen und damit die Ablenkempfindlichkeit zu erhöhen. Die Erzeugung eines derartigen zusätzlichen radialen Ab-

lenkfeldes kann etwa der Bildung einer Art halben Elektronenlinse zwischen der Hauptablenkzone und dem Schirm gleichgeachtet werden.

Bekanntlich besteht eine einfache Elektronenlinse aus zwei Teilen, einem konvergenten und einem divergenten. Von diesen beiden Teilen ist der erstere immer stärker, d. h. wirksamer, und dementsprechend entsteht eine im Endeffekt sammelnde Linse. Wenn die Gitterelektrode 46 aus der Röhre 10 in Fig. 1

lenkwinkel sind die Strahlwege 72 eingezeichnet. Durch das elektrische Feld zwischen der flachen Gitterelektrode 56 und dem Wandbelag 44 werden die Elektronen auf allen drei Strahlwegen 72 stark in 5 Richtung auf die Längsachse der Röhre gebrochen, wenn sie durch die flache Gitterelektrode 56 treten. Da die Kraft auf die Elektronen senkrecht auf den Äquipotentiallinien 70 steht, nimmt die Brechung in Richtung auf den Außenrand der Elektrode 56 zu,

entfernt würde, entstünde eine solche Linse zwischen io da der Einfallswinkel bezüglich der Äquipotentialder Anode 36 und der leitenden Schicht 44, da diese linien 70 ebenfalls zunimmt. Infolge der Krümmung auf verschiedenen Potentialen liegen. Durch Einfügen der Äquipotentiallinien 70 beginnt sich andererseits der Gitterelektrode 46 und dadurch, daß diese auf der Elektronenstrahl radial nach auswärts zu biegen, der niedrigeren der der Anode 36 und der leitenden wenn er sich nach dem Durchtreten durch das flache Schicht 44 zugeführten Spannungen gehalten wird, 15 Gitter 56 von diesem entfernt. Der endgültige Aufkann sich der konvergente Teil der sonst entstehen- treffpunkt der auf den Strahlen 72 laufenden Elekden einfachen Linse praktisch nicht bilden. Es ver- tronen auf dem Bildschirm wird dementsprechend bleibt daher nur der divergente Teil bzw. die diver- durch den resultierenden Einfluß der zuerst nach gente Hälfte der Linse, so daß eine im wesentlichen innen gerichteten und dann nach außen gerichteten nach auswärts, d. h. divergent radial gerichtete Ab- 20 Kräfte bestimmt.

lenkkraft vorhanden ist, die die durch das Joch 42 Zwei Feststellungen ergaben sich bezüglich dieses

erzeugte Hauptablenkkraft unterstützt. Auftreffpunktes. Als erstes ist festzustellen, daß bei

Das bedeutet, daß entweder die Gesamtlänge der einem flachen Gitter 56 die nach innen gerichtete Röhre verkürzt werden kann, da eine zusätzliche Kraft direkt hinter dem Gitter im Vergleich zu der Ablenkkraft vorhanden ist, die längs eines Teiles des 25 später wirksam werdenden, nach außen gerichteten im Konus 18 verlaufenden Strahlweges wirkt, oder Kraft überwiegt. Diesen Effekt kann man zeigen, indaß die Eingangsleistung des Ablenkjoches 42 weiter dem man das Verhältnis der Potentiale am Bildverringert werden kann, was die erforderliche Ab- schirm und am Gitter bei konstant gehaltenem Gitterlenkleistung zusätzlich herabsetzt. potential erhöht, wobei dann zu beobachten ist, daß Eine weitere neue Funktion und ein neuer Vorteil 30 das Raster auf dem Schirm kleiner wird. Dies kann der Gitterelektrode 46 besteht in einer Korrektur ver- damit erklärt werden, daß die nach innen und nach schiedener Formen der Rasterverzerrung, so kann außen gerichteten Kräfte, die in einer nach innen gebeispielsweise die kissenförmige Verzeichnung durch richteten Kraft resultieren, bei Vergrößerung des geeignete Formung der Kuppel der Gitterelektrode Verhältnisses von Bildschirmpotential zu Gitter-46 korrigiert werden. Durch eine besondere Formung 35 elektrodenpotential stärker werden. Eine Vergrößeder Elektrode 46 kann dem elektrostatischen Feld rung dieses Verhältnisses zeigt also, welche der beizwischen dieser Elektrode und dem Wandbelag 44 den Kräfte überwiegt. Fig. 13 zeigt die entsprecheneine gewünschte, ungleichmäßige Verteilung erteilt den Meßergebnisse. Dabei ist auf der Ordinate das werden. Das Feld kann so bemessen werden, daß die Bildschirmpotential in Kilovolt und auf der Abszisse durch das Joch bewirkte Ablenkung ungleichförmig 40 die Zeilenlänge aufgetragen. Die Gitterelektrode ergänzt wird, so daß durch andere Faktoren verur- wurde auf einem konstanten Potential von 1,0 kV sachte Rasterverzeichnungen kompensiert werden
können. Man hat z. B. die Ablenkspulen besonders
gewickelt, um zu verhindern, daß durch die Spulen
selbst eine kissenförmige Verzeichnung des Rasters 45
hervorgerufen wird. Bei der vorliegenden Anordnung
kann ein einfaches Ablenkjoch verwendet werden,
und die hierdurch hervorgerufene kissenförmige Verzeichnung wird dann durch entsprechende Formung

der Gitterelektrode 46 korrigiert. Wie diese Korrek- 50 zeigt den Betrag der kissenförmigen Verzeichnung in tür durchgeführt werden kann, soll im folgenden be- Abhängigkeit von dem Verhältnis der am Bildschirm schrieben werden. und an der Gitterlektrode liegenden Spannungen. Auf

Die Fig. 10 bis 14 zeigen die Feldverteilung und der Ordinate ist dabei das Verhältnis der BiIdden Einfluß von drei verschiedenen, repräsentativen schirmspannung U_s zur Gitterelektrodenspannung U_s Gitterformen auf die Rasterform und die Raster- 55 auf der Abszisse das reziproke des Krümmungsradius größe. Die Fig. 10 bis 12 zeigen schematisch den des Rasterrandes aufgetragen.

Einfluß des mit Äquipotentiallinien dargestellten Fig. 11 zeigt eine ähnliche Ansicht wie Fig. 10, mit

elektrischen Feldes zwischen einer Gitterelektrode der Ausnahme, daß die hier dargestellte Röhre ein bestimmter Form und der leitfähigen Schicht 44 auf sphärisch gekrümmtes Gitter 54, wie in Fig. 2 und 3 die Strahlwege. In den Fig. 10, 11 und 12 sind ein 60 dargestellt wurde, enthält. Die Gitterelektrode 54 ist ebenes, ein sphärisches und ein Gitter mit sich um- sphärisch gekrümmt, sie umfaßt jedoch etwas wenikehrender Krümmung entsprechend Fig. 4, 2 bzw. 6 ger als eine vollständige Halbkugel. Aus Fig. 11 ist dargestellt. ersichtlich, daß die Elektronenstrahlen 74 praktisch

Fig. 10 zeigt Teile des Halses 14 und des Konus 18 senkrecht auf das Gitter zulaufen, so daß die anfängeiner Kathodenstrahlröhre. Zwischen der ebenen 65 liehe radial nach innen gerichtete Kraft auf dem

gehalten. Die Kurve 92 zeigt die Verhältnisse für eine ebene Gitterelektrode 56, wie sie in den Fig. 4, 5 und 10 dargestellt ist.

Als zweites ist zu beobachten, daß die resultierenden Kräfte mit wachsendem Radius eine Erhöhung der radialen Ablenkung bewirken, was eine kissenförmige Verzeichnung des Rasters zur Folge hat. Dieser Effekt ist aus Fig. 14 ersichtlich, die Kurve 94

Gitterelektrode 56 und dem leitenden Wandbelag 44
wird ein durch Äquipotentiallinien 70 dargestelltes
elektrisches Feld gebildet. Für drei verschiedene AbStrahl nach dem Durchlaufen des Netzes sehr klein ist, im Gegensatz zu der ziemlich starken, nach innen gerichteten Kraft, die beim Durchlaufen des ebenen

Gitters 56 in Fig. 10 auftritt. Die nach außen gerichteten Kräfte, die auf die Elektronenstrahlen anschließend beim Durchlaufen der Äquipotentiallinien wirken, überwiegen daher ohne weiteres alle nach innen gerichteten Kräfte in der Nähe der Gitterelektrode 54. Die Kurve 96 in Fig. 13 zeigt, daß die Rastergröße bei einem sphärischen Gitter mit wachsendem Verhältnis von Schirmpotential zu Gitterpotential wächst.

Die Kurve 98 in Fig. 14 zeigt, daß auch bei einer sphärisch gekrümmten Gitterelektrode 46 noch eine kissenförmige Verzeichnung des Rasters auftritt. Ein Vergleich der mit einem ebenen Gitter gemessenen Kurve 94 und der einem sphärischen Gitter zugeordneten Kurve 98 zeigt jedoch, daß im letzteren Falle die kissenförmige Verzeichnung nicht so ausgeprägt in Erscheinung tritt.

Fig. 12 zeigt eine den Fig. 10 und 11 entsprechende Ansicht eines Teiles einer Elektronenröhre, bei der jedoch eine Gitterelektrode 48 mit sich umkehrender Krümmung entsprechend Fig. 10 und 11 eingebaut ist. Bei dieser speziellen Form der Gitterelektrode ist praktisch keine kissenförmige Verzeichnung mehr festzustellen. Das von einer Röhre mit dieser speziellen Gitterelektrode geschriebene Raster stellt also eine genaue Wiedergabe des durch das Ablenkjoch geschriebenen Rasters dar. Wie an Hand der Strahlwege 78 in Fig. 12 ersichtlich ist, wird die Krümmung der Gitterelektrode so gewählt, daß der Strahl diese in der Nähe des Randes in einem relativ größeren Winkel trifft als in der Mitte. Die Ablenkung am Rande ist daher kleiner als im Bereich der Mitte. Die Wirkungsweise des Gitters 58 mit sich umkehrender Krümmung kann auch durch Vergleich mit dem flachen Gitter 56 in Fig. 10 analysiert werden. Während das doppelt gekrümmte Gitter 58 in der Nähe des Randes feldformende Eigenschaften aufweist, die dem flachen Gitter 56 entsprechen, wird die starke, nach innen gerichtete Brechung der Elektronen im mittleren Bereich dadurch vermieden, daß der Mittelbereich eine mehr sphärische Form besitzt. Verglichen mit dem ebenen Gitter ergibt sich also bei dem Gitter mit sich umkehrender Krümmung eine gleichmäßigere Ablenkkraft längs des Durchmessers. Die die kissenförmige Verzeichnung aufhebende Wirkung des doppelt gekrümmten Gitters 58 ist daher leicht verständlich, da die kissenförmige Verzeichnung ja durch eine Ungleichmäßigkeit der Ablenkkräfte in Radialrichtung verursacht wird.

Eine Gitterelektrode 58 mit sich umkehrender Krümmung kann außerdem noch so bemessen werden, daß sie ein tonnenförmig verzeichnetes Raster liefert, d. h. das Gegenteil eines kissenförmigen Rasters. Diese Elektrode kann daher für eine spezielle Röhre oder einen speziellen Röhrentyp so bemessen werden, daß sich die durch eine einfach gewickelte Ablenkspule verursachte kissenförmige Verzeichnung kompensiert.

Obwohl in Verbindung mit den Fig. 10 bis 14 hauptsächlich die Rasterverzeichnung besprochen wurde, kann mit den verschiedenen Kurven auch das Merkmal der zusätzlichen elektrostatischen Ablenkung gezeigt werden. Dieser Effekt, der als Ablenkvergrößerung bezeichnet werden kann, hängt sowohl von dem Abstand der Gitterelektrode vom Ablenkjoch 42 als auch von der Form der Gitterelektrode ab.

Die Ablenkvergrößerung ist im allgemeinen um so größer, je weiter die Gitterelektrode hinter dem Joch liegt. Ein größerer Abstand ergibt ein dementsprechend größeres Hauptablenkfeld, in dem die Elektronen verhältnismäßig langsam laufen, bevor sie durch die Gitterelektrode treten.
Durch einen ähnlichen Effekt beeinflußt auch die Form oder Krümmung der Gitterelektrode die Gesamtablenkung. Man vergleiche z. B. die flache Gitterelektrode 56 in Fig. 10 mit der sphärischen Gitterelektrode 54 in Fig. 11. Die Länge der drei

ίο Elektronenstrahlen 74 vom Ablenkzentrum zur Elektrode 54 ist praktisch gleich, die Strahlen werden daher durch das Joch praktisch gleich abgelenkt. Bei der flachen Gitterelektrode 56 in Fig. 10 ist die Länge der drei Elektronenstrahlen 72 zwischen dem Ablenkzentrum und der Gitterelektrode 56 jedoch ziemlich verschieden und daher auch der Einfluß des Ablenkfeldes des Joches. Diese ungleiche Länge kann benutzt werden, um eine zusätzliche Ablenkung oder Ablenkvergrößerung in gewünschten, speziellen Bereichen des Rasters zu erreichen.

Ein Vergleich der beiden Kurven 92 und 96 in Fig. 13 zeigt ebenfalls klar eine weitere Wirkung der Form der Gitterelektrode auf das elektrostatische Feld zwischen ihr und der leitenden Schicht 44. Für ein gegebenes Verhältnis von Bildschirmpotential zu Gitterelektrodenpotential besteht ein merklicher Unterschied in der Rastergröße zwischen einer Röhre mit einer ebenen Gitterelektrode und einer Röhre mit einer sphärischen Gitterelektrode. Die beiden Kurven zeigen deutlich eine stärkere Ablenkvergrößerung bei der Röhre mit der sphärischen Gitterelektrode.

Aus den beiden Kurven in Fig. 13 ist ersichtlich, daß man für jede spezielle Röhre mit gegebener Charakteristik eine Gitterform finden kann, mit der die Bildgröße praktisch unabhängig von Schwankungen des Bildschirmpotentials wird. Diese Eigenschaft ist beispielsweise besonders beim Betrieb von Farbbildröhren von großer Wichtigkeit, bei denen die Eindringtiefe der Elektronen in eine Mehrzahl von Phosphorschichten die Farbmodulation steuert. Bei den bekannten Röhren, bei denen die Strahlgeschwindigkeit am Phosphorschirm durch Veränderung des Schirmpotentials gesteuert wurde, um die Eindringtiefe des Strahls in die Phosphorschichten zu steuern,

zeigt sich eine Änderung der Rastergröße mit der Eindringtiefe. Diese Größenänderungen können praktisch ausgeschaltet oder zumindest weitgehend verringert werden, indem man eine entsprechend geformte Gitterelektrode der hier beschriebenen Art verwendet.

Ferner hat sich herausgestellt, daß bei Röhren mit einer beschriebenen Gitterelektrode die Strahlschärfe verändert werden kann, ohne daß dies einen merklichen Einfluß auf die Ablenkempfindlichkeit hat.

Man kann dies durch Änderung der Spannung an der zweiten Anode erreichen, während die Spannung an der Gitterelektrode 46 konstant gehalten wird. Bei magnetisch fokussierten Röhren kann daher die elektromagnetische Fokussierspule durch einen Permanentmagneten ersetzt werden. Die Feinjustierung des fokussierenden Feldes erfolgt dann durch Veränderung der Spannung an der röhrenförmigen Elektrode des Strahlerzeugungssystems neben der Gitterelektrode 46. Das Strahlerzeugungssystem 24 der Röhre 10 kann beispielsweise für eine magnetische Fokussierung eingerichtet werden, indem man die beiden Anoden 34 und 36 elektrisch miteinander verbindet und bei dem Ablenkjoch 42 einen Fokussier-

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magneten anordnet. Die Feineinstellung der Schärfe kann durch Veränderung der Spannung an den beiden rohrförmigen Anoden 34 und 36 erfolgen.

Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit, bei der Abtastung eine dynamische Schärfenkorrektur vorzusehen. Der Anode 36 kann eine Feineinstellspannung zugeführt werden, die im Rhythmus der Ablenkung schwankt, so daß das auf den Strahl wirkende fokussierende Feld mit der Lage des Strahlauftreffpunktes auf dem Raster schwankt.

Fig. 15 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform, die bei manchen Anwendungsgebieten Vorteile hat. Bei der in Fig. 15 dargestellten Ausführungsform bildet die Gitterelektrode 80 beispielsweise keinen Teil des Strahlerzeugungssystems, sondern ist in Strahlrichtung weiter außen im Konus 18 angebracht. Diese Anordnung erlaubt, das Häuptablenkfeld 48' weiter zu erstrecken, so daß auch die Randteile ausgenutzt werden können. Da eine Halterungsanordnung im Hals 14 entfällt, kann eine größere Primärablenkung durch das Joch erreicht werden. Der durch das Joch ohne Abschattierung des Strahls erreichbare Ablenkwinkel ist dann durch den Durchmesser des Halses bestimmt und nicht durch den kleineren Durchmesser der im Hals gelegenen Gitterhalterung. Die Gitterelektrode 80 in Fig. 15 umfaßt einen kuppeiförmigen, durchbrochenen Teil 82, der von einem kegelstumpfförmigen Ring 84 getragen wird, der einerseits, z. B. durch Kitten, am Konus 18 befestigt ist. In diesem Falle wird die Gitterelektrode 80 eingesetzt, bevor die in Fig. 15 nicht dargestellte Stirnplatte mit dem Hals 14 verbunden wird. Die Röhre kann am Konus 18 an irgendeiner geeigneten Stelle zwischen der Stirnplatte und der Gitterelektrode 80 nach bekannten Verfahren verschmolzen werden.

Claims (12)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Kathodenstrahlröhre mit Nachbeschleunigung, mit einem im Röhrenhals angeordneten Strahlerzeugungssystem und mit einer Ablenkeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß eine quer zur Strahlrichtung verlaufende, durchbrochene Elektrode unmittelbar im Anschluß an den Strahlablenkbereich angeordnet ist.

2. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durchbrochene Elektrode am Strahlerzeugungssystem befestigt ist

3. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durchbrochene Elektrode (80) im engeren Teil des Konus (18) angeordnet und am Röhrenkolben befestigt ist.

4. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die durchbrochene Elektrode eben ist (Fig. 4, 5).

5. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die durchbrochene Elektrode kuppeiförmig ist und daß die offene Seite zum Strahlerzeugungssystem hin gerichtet ist.

6. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die durchbrochene Elektrode sphärisch gekrümmt ist.

7. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand der Kuppel nach außen verlaufend gekrümmt ist (Fig. 6).

8. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die durchbrochene Elektrode so geformt ist, daß sie zusammen mit einer leitfähigen Schicht (44) im Konus (18) der Röhre ein zur Entzerrung des Rasters geeignetes elektrostatisches Feld liefert.

9. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Öffnungen in der durchbrochenen Elektrode in Strahlrichtung erweitern (Fig. 8).

10. Kathodenstrahlröhre nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Strahlerzeugungssystems mit zwei Anoden (34, 36), bei denen die erste Anode (34) auf einem höheren Potential als die zweite Anode (36) liegt, die durchbrochene Elektrode (46) auf einem, verglichen mit den Potentialen der ersten Anode (34) und des Bildschirmes (26), niederen Potential Hegt (Fig. 1).

11. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Potential der durchbrochenen Elektrode etwas weniger positiv ist als das Potential der benachbarten Anode (36) des Strahlerzeugungssystems.

12. Kathodenstrahlröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die durchbrochene Elektrode gegenüber den anderen Elektroden der Röhre und dem leitfähigen Belag im Konus der Röhre so vorgespannt ist, daß ein radial gerichtetes Ablenkfeld entsteht, das eine Vergrößerung der durch die Ablenkanordnung hervorgerufenen Strahlablenkung bewirkt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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