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Verfahren zum Justieren einer nachfokussierten Kathodenstrahlröhre
mit ebenem Leuchtschirrn und Vorrichtung zur Durchführun- des Verfahrens
C
Die Erfindune, bezieht sich auf ein Verfahren zum Justieren einer nachfokussierten
Kathodenstrahlröhre mit ebenem Leuchtschirm, bei dem der Kathodenstrahl in bezug
auf das Magnetfeld durch ein Strahlausrichtsystem ausgerichtet wird und bei dem
die Röhre in bezug auf das lichtoptische Abbildungssystern verschiebbar ist.
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In der Fernsehtechnik werden Kathodenstrahlröhren hoher Strahlleistung
und Schärfe zur übertragung von Diapositiven und zum Abtasten von Filmen bzw. Aufzeichnen
von Fernsehsignalen auf Film benötigt. Diese Kathodenstrahlröhren benutzen ein Fokussier-und
Ablenksystem für höchste Bildqualität und bedürfen auch einer sehr sorgfältigen
Justierung der elektrischen und mechanischen Größen, damit ein Raster auf dem Schirm
erhalten wird, welches eine hohe und gleichmäßige Auflösung gewährleistet.
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Durch die deutsche Patentschrift 961644 ist es bereits bekanntgeworden,
eine Halterungsvorrichtung für eine Kathodenstrahlröhre mit Mitteln zu versehen,
durch die die Lage der Elektronenstrahlröhre exakt auf ein optisches System ausgerichtet
wird. Zu dem Zweck sind in drei zueinander senkrecht stehenden Richtungen Verschiebemöglichkeiten
sowie Kippmöglichkeiten für die Kathodenstrahlröhren vorgesehen, um diese in eine
exakt koaxiale Lage in bezug auf das optische System zu bringen. Diese mechanischen
Maßnahmen genügen jedoch nicht, um zu einer den heutigen Anforderungen entsprechenden
Bildgüte zu gelangen.
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Eine Kathodenstrahlröhre läßt sich in größeren Stückzahlen nicht mit
solcher Präzision bauen, daß der von der Kathode ausgehende Strahl genau in der
Achse der Röhrenhülle verläuft und daß weiterhin die Röhrenachse senkrecht auf dem
Schirm steht. Die magnetische Fokussiereinrichtung, welche vorzugsweise aus einer
langen, einen großen Teil des Röhrenhalses umgebenden Fokussierspule besteht, besitzt
ebenfalls nicht von vornherein eine solche Präzision, daß die magnetische Achse
des Systems mit der mechanischen Achse übereinstimmt.
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Zur Erzielung einer Fokussierebene des Kathodenstrahls, welche mit
der Schirrnebene zusammenfällt, ist zwischen Ablenksystern und Fokussiersysteni
eine Nachfokussierspule an 'gebracht, die mit parabolischen Strömen, d. h.
Strömen mit einer dem Ablenkwinkel quadratisch proportionalen Amplitude gespeist
wird.
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Zur Kompensation des mechanischen Fehlers des Strahlsysterns benutzt
man üblicherweise zwischen Kathode und Fokussiersystern liegende Ausrichtspulen,
mit denen der Elektronenstrahl auf die magnetische Achse der Fokussierspule ausgerichtet
werden C
kann. Eine solche Ausrichtung ist nötig, um astigmatische Fehler
zu vermeiden. Das Ablenksystem wird C aewöhnlich mit Einstellmitteln versehen, durch
die der in den Ablenkspulen fließende Ruhestrom so ein-(Yestellt werden kann, daß
das auf dem Schirm aufgezeichnete Raster eine gewünschte Lage erhält.
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Es hat sich gezeigt, daß bei Röhren mit hoher Schirmbelastung und
sehr scharfem Leuchtpunkt auf dem Schirm der Braunschen Röhren trotz Nachfokussierung
eine ungleichmäßig große Signalamplitude entsteht und daß die bisher bekannten Justiermittel
wie Strahlausrichtung, Rasterverschiebung auf dem Schirm und Einstellung des Nachfokussierstromes
nicht ausreichen, um eine gleichmäßige Signalamplitude über das gesamte Schirmbild
zu erzielen. Die Ursache liegt darin begründet, daß die um die INTullauslenkung
des Strahls symmetrisch abgelenkten Strahlen ungleiche Längen haben, verursacht
durch ein nicht axiales Feld der feststehenden Fokussierspule, durch einen schief
durch den Röhrenhals schießenden Elektronenstrahl oder durch einen nicht orthogonal
zur Röhrenachse liegenden Fluoreszenzschirm der Röhre. Mit den bisher bekannten
Mitteln kann man zwar den Elektronenstrahl parallel zur Fokussierfeldachse bringen,
die Rastermitte auf die optische Achse des an die Röhre sich anschließenden optischen
Systems justieren und die Nachfokussierung
in einer auf der Röhrenachse
senkrechten Ebene erreichen. Die Fehler infolge verschiedener Länge der abgelenkten
Strahlen bleiben jedoch bestehen. Schon bei einer kleinen Neigung der Schärfeebene
gegenüber der Schirmebene tritt eine Helligkeitsvariation im Bild ein, da der Leuchtstoff
an den Stellen schärferer Fokussierung weniger hell ist als an denen unscharfer
Fokussierung, so daß bei einer Größe dieses Neigungswinkels von 20' ein Helligkeitsunterschied
von 15 % entstehen kann.
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Ferner sind Kathodenstrahlröhren bekannt, bei denen im Innern der
Röhre eine Strahlausrichtung vorgenommen wird. Zum Beispiel in der deutschen Auslegeschrift
899 095 Justiermittel für Elektronenmikroskope in Gestalt von Ablenkplatten
oder kombinierten Ablenkplatten und Justierspulen beschrieben, mit denen der Strahl
einerseits auf einen bestimmten Ort des zu vergrößernden Objektes gerichtet und
andererseits hinsichtlich seiner Lage zur elektronenoptischen Achse korrigiert werden
kann. Die speziellen Probleme der Fernsehabtaströhre, die mit der Forderung möglichst
hoher Bildqualität des Leuchtschirinbildes bei hoher Strahlenintensität zusammenhängen,
treten jedoch bei Elektronenmikroskopen nicht auf und können auch nicht mit den
genannten Mitteln und Verfahren gelöst werden.
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Beim Justieren einer nachfokussierten Kathodenstrahlröhre mit ebenem
Leuchtschirin für Punktlichtabtastung, bei dem der Kathodenstrahl in bezug auf das
Magnetfeld durch ein Strahlausrichtsystem ausgerichtet und die Röhre in bezug auf
das lichtoptische Abbildungssystem verschoben wird, wird erfindungsgemäß zuerst
der Kathodenstrahl durch das Feld des Strahlausrichtsystems derart abgelenkt, daß
er senkrecht auf den Schirm trifft, und wird anschließend die Röhre mit dem Fokussier-
und Ablenksystem relativ zur Achse des lichtoptischen Systems derart verschoben,
daß die lichtoptische Achse die Mitte des Rasters trifft.
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Unter Strahlausrichtsystem werden an sich bekannte einzelne oder kombinierte
Mittel verstanden, mit denen der Kathodenstrahl in eine gewünschte Richtung und
Lage gebracht werden kann. Sie umfassen z. B. Ablenkspulen nahe dem Strahlsystem
oder etwa durch den dem Sägezahn überlagerten Gleichstrom erzeugte Ablenkfelder.
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Bei Durchführung dieses Justierverfahrens erhält man zwar nicht in
jedem Fall eine Deckung der Rastermitte mit der Mitte des Schirms, aber dafür ein
so weitgehendes Zusammenfallen der Schärfenebene mit der Schirmebene, daß das vom
Kathodenstrahl auf dem Schirm gezeichnete Raster an allen Stellen eine gleichmäßige
Helligkeit aufweist. Es kann vorteilhaft sein, die Einstellung für das senkrechte
Auftreffen des Mittelstrahls dadurch zu erleichtern, daß ein weiteres Strahlausrichtsystem
ähnlich demjenigen, welches zwischen Kathode und Fokussierspule angebracht ist,
zwischen Fokussierspule und Ablenksystem vorgesehen wird.
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Das beschriebene Verfahren wird nun an Hand eines Ausführungsbeispiels,
das in der Figur dargestellt ist, näher erläutert.
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Der von der Braunschen Röhre 1 erzeugte Lichtstrahl wird durch
den Bildinhalt eines Diapositivs oder eines Films 11 in seiner Helligkeit
moduliert und über eine Optik 13 auf eine Photozelle oder Fernsehkamera 14
projiziert, die die Helligkeitsschwankungen in elektrische Impulse umsetzt. Man
richtet den von der Kathodenstrahlröhre 1 erzeugten Elektronenstrahl 2 durch
die Ausrichtspulen 3 so aus, daß er parallel zu den von der Fokussierspule
4 erzeugten magnetischen Feldlinien F verläuft und sodann durch die Ablenkspulen
5 in der Ablenkebene 6 um die Winkel" vom Mittelstrahl
1,
abgelenkt wird. Ist die Linie 4" auf der sich der Mittelstrahl bewegt,
um den Winkel #c zur mechanischen Achse 7 gedreht, so trifft der Mittelstrahl
den Schirm 8 der Braunschen Röhre 1 im Punkt M', der von dem mechanischen
Mittelpunkt M um die Strecke b verschoben ist. Dies bedeutet aber, daß die
Randstrahlen 1, und 1., nicht gleich lang sind. Ist der Strahl
1, dann so fokussiert, daß sein kleinster Durchmesser in der Schirmebene
8 liegt, so liegt der kleinste Durchmesser des Strahls 1., bereits außerhalb
der Schirmebene 8. Für eine exakte Nachfokussierung durch die Spule
9 ist es aber erforderlich, daß die Längen der Strahlen 11 und 1, gleich
sind. Nach dem beschriebenen Verfahren wird die Gleichheit der Längen durch Variation
eines Gleichstroms in den Spulen 5 erzielt. Der Mittelstrahl darf aber nur
so weit um den Punkt A geschwenkt werden, bis der Winkel ß = 0 ist.
So ergibt sich ein neuer Rastermittelpunkt Af', in dem der Mittelstrahl
1, senkrecht auf den Schirm 8 auftrifft. Ist der Winkel fl =
0, so sind bei Auslenkung um den Winkel y die beiden Strahlen 11 und
12 gleich lang; die Voraussetzung für eine exakte Nachfokussierung ist damit gegeben.
Der elektrische Mittelpunkt M' ist nun aber um die Strecke a vom mechanischen Mittelpunkt
M verschoben. Für die Abtastung von Filmen bzw. Diapositiven 11 müssen die
Rasterachse 10 des Abtastsysterns und die Achse 12 des optischen Systems
identisch sein, da sonst nicht der gesamte Bildinhalt des Diapositivs bzw. Films
11 erfaßt wird. Wird wie bisher üblich, der Unterschied a der beiden Mittelpunkte
V#-M durch Gleichstromlageverschiebung in den Ablenkspulen 5 ausgeglichen,
dann ist wieder 11 =b 12; es ist keine exakte Nachfokussierung mit
Parabelströmen mehr möglich.
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Im Gegensatz zu dem bekannten Justierverfahren wird die übereinstimmung
der beiden Mittelpunkte M#-M nicht mit Hilfe des Gleichstroms in den Ablenkspulen,
sondern durch eine Verschiebung des gesamten Röhrensystems relativ zum optischen
System erreicht. Diese Verschiebung kann in an sich bekannter Weise mit Hilfe eines
Schlittens oder um einen hinter dem Röhrenfuß vorgesehenen Drehpunkt erfolgen.
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Die im Zusammenhang mit der Figur beschriebene Methode ist ebenfalls
anwendbar für Braunsche Röhren, deren Achse nicht senkrecht zum Schirm steht.