DE1215262B - Kathodenstrahlroehre zur Darstellung von Schriftzeichen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIj

Deutsche Kl.: 21 g -13/27

Nummer: 1215 262

Aktenzeichen: L 40483 VIII c/21 g

Anmeldetag: 15. November 1961

Auslegetag: 28. April 1966

Die Erfindung betrifft eine Kathodenstrahlröhre mit einem Strahlerzeugungssystem, mit einem Ablenksystem, mit einem Auftreffschirm und einer zwischen dem Ablenksystem und dem Auftreffschirm angeordneten, mit Öffnungen versehenen Schablone, wobei die Öffnungen als Schriftzeichen ausgebildet sind.

Bei elektronischen Rechenanlagen sowie bei zahl-. reichen anderen Anwendungen besteht ein Bedarf an Aufzeichnungsvorrichtungen hoher Geschwindigkeit für in verschlüsselter Form vorliegende Informationen. Es sind, bereits zahlreiche mechanische und elektromechanische Schreib- und Anzeigevorrichtungen für diesen Zweck verwendet worden. Allen diesen Einrichtungen wohnt jedoch eine unvermeidliche Trägheit inne, welche die Arbeitsgeschwindigkeit begrenzt.

Um diese Geschwindigkeitsbegrenzungen der mechanischen Druck- und Anzeigevorrichtungen zu vermeiden, sind bereits besondere Kathodenstrahlröhren entwickelt worden, die Schriftzeichen wie Buchstaben und Zahlen auf einem Leuchtschirm erscheinen lassen oder die Schriftzeichen auf Papier oder einem anderen Material aufzeichnen, das am Schirm der Röhre vorbeigeführt wird. Diese schreibenden Kathodenstrahlröhren sind im Aufbau ähnlich den bekannten Kathodenstrahlröhren, abgesehen davon, daß sie eine ebene Schablone enthalten, die eine Anzahl von Öffnungen in Form von Schriftzeichen enthält.

Diese Speziairöhren enthalten ein Ablenksystem, das von einem verschlüsselten Informationssignal aus einem magnetischen Speicher gesteuert wird. Hierdurch wird der Elektronenstrahl aus seiner ge^- raden Bahn so weit abgelenkt, daß er durch die gewählte Öffnung der Schablone hindurchgeht. Ferner ist zwischen der Schablone und dem Schirm der Röhre eine Konzentrationswicklung angebracht, die eine Verbreiterung des Elektronenstrahls nach dem Durchgang der Schablone verhindert. Schließlich befinden sich hinter der Schablone zwei Ablenkplatten, die von einem dem verschlüsselten Signal entsprechenden Korrektursignal beaufschlagt werden, um die Ablenkung des Elektronenstrahls aus seiner geraden Bahn vor der Schablone wieder auszugleichen und zu bewirken, daß der Elektronenstrahl stets an der gleichen Stelle auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre auftrifft.

Bei diesen bekannten Röhren ist die Intensität des Elektronenstrahls dadurch begrenzt, daß ein erheblicher Teil des Strahls auf die ebene Schablone auftrifft, die hierdurch eine Erwärmung und Ausdeh-Kathodenstrahlröhre zur Darstellung von
Schriftzeichen

Anmelder:

Litton Industries, Inc.,
Beverly Hills, Calif. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. G. Weinhausen, Patentanwalt,

München 22, Widenmayerstr. 46

Als Erfinder benannt:

Norman F. Fyler, Menlo Park, Calif. (V. St. A.)

nung erfährt, welche der Intensität des Elektronenstrahls unmittelbar proportional sind. Durch die Wärmeausdehnung verzieht sich die ebene Schablone in unyorhersehbarer Weise, so daß die in ihr angebrachten Öffnungen sich gegenüber dem Ablenksystem unkontrolliert verlagern. Demzufolge werden nur Teile des gewählten Schriftzeichens abgebildet oder gedruckt, oder in manchen Fällen erscheint überhaupt kein Schriftzeichen mehr auf dem Schirm. Es ist sogar möglich, daß ein falsches Schriftzeichen auftritt. Es ist deshalb sehr wesentlich, die Intensität des Elektronenstrahls verhältnismäßig gering zu halten, um die Wärmeausdehnung der Schablone mögliehst zu vermeiden. Darum ist die Schreibgeschwindigkeit der bekannten Röhren begrenzt.

Ferner sind bei den bekannten Röhren die dargestellten Schriftzeichen in gewissem Ausmaß verzerrt, da der Elektronenstrahl nicht senkrecht zur Schablonenebene durch die Öffnungen hindurchgeht. Der Elektronenstrahl gibt also ein Schrägbild der Gestalt der Öffnungen statt der wahren Gestalt wieder.

Ein weiterer Nachteil der bekannten schreibenden Kathodenstrahlröhren liegt darin, daß in der Röhre selbst Ablenkplatten hinter der Schablone und zugehörige Spannungsquellen vorhanden sein müssen, um die Konvergenz des Elektronenstrahls nach dem Durchgang der Schablone zu gewährleisten. Es müssen komplizierte Koorrekturschaltungen vorgesehen sein, um festzustellen, daß der Elektronenstrahl nach dem Verlassen der Schablone unabhängig von der gewählten Öffnung auf die gleiche Stelle des

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Schirms auftrifit. Die Korrekturschaltungen müssen Zwei Ausführungsbeispiele werden nun an Hand

feststellen, durch welche Öffnung der Elektronen- der Zeichnung beschrieben. Hierin ist

strahl hindurchgegangen ist, und dementsprechende Fig. 1 eine teilweise geschnittene schematische

Korrektursignale an die Nachablenkplatten anlegen, Ansicht einer schreibenden Kathodenstrahlröhre,
um die Ablenkung auszugleichen. 5 . Fig. 2 eine Darstellung einer beschriebenen

Hieraus ergibt sich, daß die bekannten Typen der Schriftzeichenschablone und

schreibenden Kathodenstrahlröhren sowohl in der F i g. 3 eine teilweise geschnittene Ansicht einer Schreibgeschwindigkeit als auch in der Klarheit des zweiten Ausführungsform der Röhren,
erzeugten Bildes beschränkt sind. Ferner sind zur Die in Fig. 1 dargestellte schreibende Kathoden-Korrektur der Bahn des Elektronenstrahls kompli- io strahlröhre 10 ist imstande, gemeinsam mit den zuzierte Vorrichtungen innerhalb der Röhre und korn- gehörigen elektrischen und mechanischen VorrichplizierteSchaltungen außerhalb derselben erforderlich. tungen mit außerordentlich hoher Geschwindigkeit

Es ist ferner eine Elektronenstrahlröhre bekannt, klare und unverzerrte Schriftzeichen auf einen

in der ein bandförmiger Elektronenstrahl eine ge- dielektrischen Aufzeichnungsträger 11, der z. B. aus

krümmte Schablone abtastet. Die Krümmung ver- 15 Papier besteht, zu drucken. Hierzu wird ein Elek-

läuft in der Ablenkebene des Elektronenstrahls, wäh- tronenstrahl 13, der von einem Elektronenstrahl-

rend senkrecht dazu keine Krümmung vorhanden ist. erzeuger 15 in einem evakuierten Kolben 16 ausgeht,

Die Schreibgeschwindigkeit dieser Röhre ist sehr be- durch, zwei aufeinanderfolgende Ablenkplattenpaare

grenzt, da der weitaus größte Teil des Elektronen- 17 und 19 aus seiner Bahn abgelenkt, so daß er

Strahls von der Schablone aufgefangen wird, so daß 20 durch die gewählte Schriftzeichenöffnung in einer

sich die Schablone erwärmt. Um Überhitzungen und gewölbten Schablone 20 hindurchgeht und so die

allzu große Verformungen der Schablone zu ver- Gestalt dieser Öffnung annimmt. Wenn somit der

hüten, kann nur mit geringen Strahlströmen gearbei- Strahl auf einen Mosaikschirm 21 auftrifft, der aus

tet werden. Das bedeutet aber bekanntlich eine ge- in die Röhrenabschlußplatte eingebetteten Drähten 23

ringe Ablenkgeschwindigkeit. 25 besteht, welche sich durch die Platte hindurch von

Die Erfindung geht dagegen von einer Kathoden- innen nach außen erstrecken, so werden die der

strahlröhre aus, bei welcher der Elektronenstrahl Gestalt des Schriftzeichens entsprechenden Drähte

etwa in der Mittelachse des Röhrenkolbens verläuft. elektrisch geladen, und es entsteht ein der gewählten

Diese Röhrenform, die auch bei Oszillographen an- Schablonenöffnung entsprechendes Ladungsbild,

gewandt wird, gestattet bekanntlich die Anwendung 30 Wie Fig. 1 zeigt, ist eine dem Schirm21 gegen-

sehr hoher Anodenspannungen und dadurch die Er- überstehende Elektrode 25 geerdet und so ange-

reichung höchster Schreibgeschwindigkeit und sehr ordnet, daß die äußeren Enden der Drähte 23 und

hoher Intensitäten. Wendet man nun bei einer sol- die Elektrode 25 die Belegungen eines Kondensators

chen Röhre zur Darstellung von Schriftzeichen ebene bilden, zwischen denen das dielektrische Papier 11

Schablonen an, so ergeben sich die oben geschilder- 35 hindurchgeht. Das von den geladenen Drähten 23

ten Schwierigkeiten, nämlich insbesondere die un- erzeugte elektrostatische Feld induziert somit eine

regelmäßige Verformung der Schablone bei höheren Ladung auf denjenigen Teilen des dielektrischen

Strahlintensitäten. Papieres, die jeweils einem geladenen Draht benach-

Demgegenüber ist bei einer Kathodenstrahlröhre, bart sind. Die geladenen Stellen des Papiers 11

in der ein etwa in der Mittelachse des Röhrenkolbens 40 können hiernach entwickelt werden, indem man das

verlaufender Elektronenstrahl derart abgelenkt wer- Papier an einem Pulvervorrat 27 vorbeiführt, der ein

den kann, daß er durch eine bestimmte Schrift- gefärbtes Pulver über die Papieroberfläche streut,

zeichenöffnung in einer in der Röhre angebrachten Das Pulver bleibt durch elektrostatische Kräfte an

Schablone hindurchgeht und anschließend bis zu den geladenen Stellen hängen, wodurch ein sicht-

einem Schirm beschleunigt wird, erfindungsgemäß 45 bares Schriftzeichen auf der Oberfläche des Papiers

die Schablone zweidimensional gewölbt. 11 erscheint. Um sicherzustellen, daß das gefärbte

Durch die Anwendung einer gewölbten Schrift- Pulver durch mechanische Kräfte wie Reiben des

zeichenschablone können verhältnismäßig hohe Elek- Papiers an anderen Gegenständen nicht entfernt wird,

tronenstromstärken Anwendung finden, ohne den kann das. Bild fixiert werden, indem man eine dünne

Betrieb zu stören. Ferner ist es möglich, die Röhre 50 erwärmte Wachsschicht niederschlägt, die bei der

ohne Konzentrationsspulen und Korrekturplatten Abkühlung erhärtet. Hierzu dient eine Wachsauftrag-

aufzubauen. vorrichtung 28.

Die gewölbte Schablone wird vorzugsweise in Die Auswahl des aufzuzeichnenden Schriftzeichens Zusammenarbeit mit einem Ablenksystem verwendet, auf dem Papier 11 wird durch zwei Schriftzeichendas den Elektronenstrahl so ablenkt, daß er durch 55 wählschaltungen 31 und 33 gesteuert, die mit den die Öffnungen in der Schablone senkrecht zur jewei- Ablenkplatten 17 und 19 zusammenwirken. Wie ligen Tangentialebene an die Schablone hindurch- Fig. 1 zeigt, werden die Schriftzeichenwählschaltungeht. Hierdurch wird der Elektronenstrahl selbsttätig gen 31 und 33 durch codierte binäre Informationsauf einen bestimmten Punkt konzentriert, so daß signale 35 und 37 gesteuert und erzeugen z. B. zwei keine Korrektionsvorrichtungen erforderlich sind. 60 verschiedene Ablenkspannungsstufen. Damit kann

Bei der Wärmeausdehnung der gewölbten Scha- der Elektronenstrahl 13 vier verschiedene Bahnen blone erhöht oder vermindert sich ihr Krümmungs- zur Schablone 20 einschlagen,
radius gleichmäßig, wodurch die jeweilige Öffnung In diesem Falle hat die in Fig. 2 gezeigte gemit dem abgelenkten Elektronenstrahl ausgerichtet wölbte Schablone 20 vier Öffnungen, die je die Gebleibt. Ferner wird durch den senkrechten Durchgang 65 stalt einer anderen Zahl haben. Je nach der Zusamdes Elektronenstrahls durch die gewählte Öffnung menstellung der von den Schaltungen 31 und 33 gewährleistet, daß die Gestalt des Strahls genau der- gelieferten Spannungen wird der Elektronenstrahl so jenigen des betreffenden Schriftzeichens entspricht. abgelenkt, daß er durch eine der vier Öffnungen

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hindurchgeht und damit die von den Leitungen 35 schirms in Zeilen oder Spalten hervorzurufen, so daß

und 37 gelieferte Information wiedergibt. eine Schriftzeichenfolge auf dem Schirm erscheint.

Selbstverständlich wird man in Wirklichkeit Hinsichtlich der Erzeugung des elektrostatischen wesentlich mehr als vier Öffnungen auf der Schablone Feldes sei zunächst bemerkt, daß bei den bekannten vorsehen. Beispielsweise läßt sich eine Schablone 5 Röhren der angegebenen Art eine leitende Fläche mit 64 Schriftzeichenöffnungen leicht herstellen, die die gesamte Innenwand des Röhrenkolbens überzieht acht horizontale Reihen und in jeder Reihe acht und an einer Spannung liegt, so daß die Fläche als Öffnungen aufweist. Eine solche Schablone mit Beschleuniger für den Elektronenstrahl wirkt und 64 verschiedenen Schriftzeichen kann jede sechs- außerdem Sekundärelektronen aufnimmt. Im vorstellige Dualzahl eindeutig darstellen. Zur Ablenkung io liegenden Fall ist dagegen die leitende Fläche in zwei kann entweder eine verhältnismäßig große Anzahl getrennte Bereiche 41 und 43 unterteilt. Die beiden von Ablenkplatten dienen, die jeweils mit zwei- Bereiche sind durch eine Isolierfläche 44 voneinander wertigen Signalen gespeist werden, oder es werden getrennt. Die Schablone 20 und die leitenden Flächen nur wenige Ablenkplatten verwendet, denen mehr- 41 und 43 werden mit drei verschiedenen Spannungen wertige Signale zugeführt werden. Statt der elektro- 15 aus einer Hochspannungsquelle 39 versorgt. Die statischen Ablenkung läßt sich auch magnetische Werte der einzelnen Spannungen hängen natürlich Ablenkung verwenden. vom Abstand zwischen der Schablone und den leiten-

F i g. 1 zeigt, daß ohne besondere Vorkehrungen den Flächen sowie von der Gestalt der Schablone ab. die Bahn des Strahls 13 nach dem Verlassen der Bei einer gewölbten Schablone nach Fig. 1 wurden Ablenkplatten 17 und 19 die Schablonenfläche nicht 20 befriedigende Ergebnisse erzielt, wenn die Spannung senkrecht zur Tangentialebene der jeweiligen Auf- an der Schablone 20 etwas höher als die Spannung treffstelle treffen würde. Demnach würde der Elek- an der Fläche 41 war, während die Beschleunigungstronenstrahl hinter der betreffenden Öffnung einen spannung an der Fläche 43 einen wesentlich höheren Querschnitt haben, der einem Schrägbild der Öffnung Wert als diese beiden Spannungen hatte,
entspricht. Das Bild wäre also verzerrt und ergäbe 25 Zur Herstellung der leitenden Flächen 41 und 43 eine unklare Darstellung auf dem Papier 11. Ferner kann eine kolloidale Graphitlösung dienen. Falls würde ohne besondere Vorkehrungen eine allmäh- statt eines Glaskolbens ein Metallkolben verwendet liehe Verbreiterung des Elektronenstrahls hinter der wird, müssen Vorkehrungen getroffen sein, um die Schablone 20 auftreten, so daß eine besondere Kon- leitenden Flächen 41 und 43 voneinander zu isolieren, zentrationsvorrichtung erforderlich wäre, um eine 30 In diesem Fall können die Innenwände des Metallscharfe Abbildung auf einer bestimmten Stelle des kolbens selbst als leitende Flächen dienen. Der Mosaikschirms 21 zu gewährleisten. Röhrenabschnitt 44 zwischen ihnen muß dann aus

Dies wird dadurch vermieden, daß die gewölbte einem Isoliermaterial wie Glas bestehen.

Schablone 20 ein elektrostatisches Feld erzeugt, Das In der beschriebenen Kathodenstrahlröhre lassen

elektrostatische Feld zwingt den Elektronenstrahl 13, 35 sich Strahlströme von weit höherer Intensität als bei

seine Bahn so zu ändern, daß er durch die gewählte den bekannten Röhren anwenden, da erhebliche

Öffnung senkrecht zur Tangentialebene an dieser Teile des Elektronenstrahls unvermeidlich auf die

Stelle hindurchgeht und somit unabhängig von der Oberfläche der Schablone rings um die betreffende

gewählten Öffnung zum Krümmungsmittelpunkt der Öffnung auftreffen. Bei den bekannten ebenen Scha-

Schablone gerichtet ist. Infolgedessen sind keine 40 blonen ergibt die Wärmeausdehnung unter dem

Konzentrationsvorrichtungen mehr erforderlich. Elektronenbeschuß eine unregelmäßige Verformung

Der Verlauf des elektrostatischen Feldes ist in der Schablone, so daß die Schriftzeichenöffnungen Fig. 1 durch gestrichelte Äquipotentiallinien ange- verzerrt werden. Da es sich um vollkommen willkürgeben. Nahe der gewölbten Fläche der Schablone liehe Verformungen handelt, ist eine Kompensation haben die Äquipotentiallinien die gleiche Krümmung 45 nicht möglich.

wie die Schablone. In größerem Abstand von der Dagegen vergrößert sich der Krümmungsradius

Schablone erhöht sich dagegen die Krümmung der der gewölbten Schablone an der Auftreffstelle des

Linien. Da der Elektronenstrahl die Äquipotential- Elektronenstrahls gleichmäßig, so daß die Öffnung

linien stets senkrecht zu kreuzen sucht, wird auf den in Ausfluchtung mit dem Elektronenstrahl bleibt.

Strahl eine Kraft ausgeübt, während er sich der 5° Deswegen können wesentlich höhere Strahlströme

Schablone nähert, die zunächst die Bahn des Elek- angewendet werden, so daß die Druckgeschwindig-

tronenstrahls erheblich zu ändern sucht. In der Nähe keit erheblich steigt.

der Schablone sind dagegen die Ablenkkräfte auf Fig. 3 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform

den Elektronenstrahl weniger stark, so daß die ge- der beschriebenen Kathodenstrahlröhre, mit deren

ringeren Bahnänderungen durchgeführt werden kön- 55 Hilfe sich die Baulänge der Röhre noch weiter ver-

nen, die notwendig sind, um sicherzustellen, daß die kürzen läßt. Hierzu ist zwischen der Schablone 20

Bahn senkrecht zur Tangentialebene verläuft. und dem Mosaikschirm 21 ein leitender Trichter 45

Auf der anderen Seite der Schablone haben die eingefügt, dessen dem Schirm zugekehrte kleinere

Äquipotentiallinien nahe der Schablone die gleiche Fläche die Mittelöffnung 47 aufweist. Am Trichter 45

Gestalt wie diese. Sie beginnen sich jedoch in ver- 60 liegt eine weitere Spannung aus der Spannungsquelle

hältnismäßig geringem Abstand von der Schablone 39, so daß ein elektrostatisches Feld entsteht, das

in der anderen Richtung zu krümmen, so daß der mit dem von der Schablone 20 und den leitenden

Strahl in axialer Richtung abgelenkt wird und ohne Überzügen 40 und 43 erzeugten elektrostatischen

zusätzliche Ablenkkräfte einer Bahn folgt, die auf Feld derart zusammenwirkt, daß der Elektronenstrahl

dem Schirm 21 endet, und zwar unabhängig von der 65 einer Bahn längs der Achse des Trichters und damit

gewählten Öffnung. Es können auch zusätzliche der Längsachse der Röhre folgt und aus der Öffnung

magnetische oder elektrostatische Ablenkvorrichtun- 47 austritt. Dahinter folgt der Elektronenstrahl der

gen vorgesehen sein, um eine Abtastung des Mosaik- vorgeschriebenen Bahn längs der Achse der Röhre

bis zum Schirm 21. Wegen des zusätzlich vorgesehenen Trichters gelangt der Elektronenstrahl rascher in die Längsachse der Röhre, weshalb der Abstand zwischen der Schablone 20 und dem Mosaikschirm 21 erheblich verringert werden kann.

Beispielsweise kann der Mosaikschirm 21 durch einen Leuchtschirm ersetzt werden, wodurch sichtbare Schriftzeichen erzeugt und dann durch ein xerographisches Verfahren aufgezeichnet werden können. Ferner kann eine ganze Schriftzeile einfach dadurch geschrieben werden, daß man eine elektromagnetische Ablenkspule zwischen der Schablone und dem Mosaikschirm um die Röhre herumlegt und so den Elektronenstrahl längs einer Linie auf dem Mosaikschirm ablenkt.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Kathodenstrahlröhre mit einem Strahlerzeugungssystem, mit einem Ablenksystem, mit einem Auftreffschirm und mit einer zwischen dem Ablenksystem und dem Auftreffschinn angeordneten, mit Öffnungen versehenen Schablone, wobei die Öffnungen als Schriftzeichen ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schablone (20) zweidimensional gewölbt ist.

2. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schablone (20) in Richtung auf die Elektronenstrahlquelle (15) konvex ausgebildet ist.

3. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schablone einen konstanten Krümmungsradius in zwei zueinander senkrechten Richtungen aufweist.

4. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schablone an eine Hochspannungsquelle angeschlossen ist.

5. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schablone (20) zwischen zwei Elektroden (41,43) angeordnet ist, die an solchen Potentialen liegen, daß der Elektronenstrahl die Schablone stets senkrecht durchsetzt.

6. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden durch metallische Wandbelege (41, 43) der Röhre gebildet sind.

7. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine ringförmige Isolierfläche (44) die Schablone umgibt, die die metallischen Wandbelege beiderseits der Schablone voneinander trennt.

8. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der gewölbten Schablone (20) und dem Auftreffschinn (21) eine Fokussierungselektrode (45) angeordnet ist (Fig. 3).

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 571723.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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