DE1439615A1

DE1439615A1 - Kathodenstrahlroehre fuer Messzwecke

Info

Publication number: DE1439615A1
Application number: DE19631439615
Authority: DE
Inventors: Toshio Tanaka
Original assignee: Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1962-03-08
Filing date: 1963-02-27
Publication date: 1968-11-28
Also published as: GB1039344A; BE629147A; LU43301A1; CH403972A; US3369179A

Description

Kathodenstrahlröhre für Meßzwecke

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kathodenstrahlröhre für Meßzwecke, bei der der Kathodenstrahl in Abhängigkeit von der von der zu messenden Größe in einer Ebene abgelenkt wird und der auf dem Fluoreszenzschirm erzeugte leuchtende Bereich den abzulesenden Meßwert darstellt.

Bei einer bekannten Meßröhre ist der Fluoreszenzschirm im wesentlichen senkrecht zur Ablenkebene angeordnet, wie es bei Kathodenstrahlröhren allgemein üblich ist. Der Meßwert wird durch einen Leuchtpunkt dargestellt und kann mit Hilfe einer auf dem Schirm abgebildeten und sich in Ablenkrichtung erstreckenden Skala abgelesen werden. Will man den Meßwert aufzeichnen, z. B. mit Hilfe eines Films, muß an der Stirnseite der Röhre eine Aufzeichnungsvorrichtung aufgebaut werden. Diese behindert aber die vorher mögliche Beobachtung des Meßwertes. Es ist ferner bekannt, die Skala von außen auf die Meßröhre aufzusetzen oder mit Hilfe eines Projektors auf der Stirnseite der Röhre abzubilden.

Des weiteren ist es bekannt, vor den Leuchtschirm einer Kathoden strahlröhre optische Systeme zu setzen, sei es um das erzeugte Bild an einer anderen Stelle betrachten zu können, um die Bilder mehrerer Kathodenstrahlröhren auf eine gemeinsame Bildfläche

Neue Unterlagen

8098 10/0793

zu werfen, um das Bild durch fotografische Mittel (Film) aufzuzeichnen oder dgl..

Bei einer weiteren bekannten Röhre wird der Kathodenstrahl so geformt, daß er auf dem Fluoreszenzschirm eine leuchtende Linie ergibt. Der Meßwert wird dabei durch einen längs der Linie wandernden Schattenfleck dargestellt.

Bei einer Fernseh-Aufnahmeröhre befindet sich im Innern ein schräg angeordneter fotoaktiver Schirm, auf dessen dem Kathodenstrahlerzeuger zugewandte Fläche das Bild eines beweglichen Filmes mit Hilfe einer Optik geworfen wird. Dieses Bild wird vom Kathodenstrahl punktweise abgetastet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kathodenstrahlröhre für Meßzwecke anzugeben, bei der zwei Möglichkeiten zur Beobachtung des Meßwertes vorhanden sind_s so daß insbesondere das Aufzeichnen des Meßwertes eine gleichseitige Ablesung oder Beobachtung des Meßwertes nicht behindert.

Diese Aufgabe wird bei exnev eingangs^beschriebenen Röhre dadurch gelöst, daß der Kathodenstrahl in einer Richtung senkrecht zur Ablenkebene verformt ist und daher leuchtende Bereich eine auseinandergezogene Form, insbesondere die einer Linie hat, daß der Fluoreszenzschirm zur Ablenkebene geneigt verläuft und die Stirnwand der Röhre zu beiden Seiten des Meßbereichs in unterschiedlich lange Seitenwände übergeht, so daß der Meßwert nicht nur auf der Außenfläche des Fluoreszenzschirms von der Stirnseite der Röhre her, sondern auch auf der Innenfläche des Fluoreszenzschirms durch die längere Seitenwand der Röhre hindurch beobachtbar ist.

Bei dieser Konstruktion können beide Seiten des Fluoreszenzschirms für die Auswertung bzw. Beobachtung des Meßwertes ausgenutzt werden, so daß beispielsweise gleichzeitig eine Aufzeichnung und eine Ablesung des Meßwertes möglich ist. Infolge der Schrägstellung des Fluoreszenzschirms wird eine größere Menge des fluoreszierenden Materials vom geformten Kathodenstrahl

809810/0793

getroffen, so daß sich eine höhere Lichtausbeute ergibt.

Des weiteren empfiehlt es sich, die unterschiedlich langen Seitenwände der Röhre parallel zueinander und zur Ablenkebene verlaufen zu lassen. Dies führt zu einer flachen Röhre mit guten Ableseigenschaften.

Des weiteren kann an der Stirnseite der Röhre eine Aufzeichnungsvorrichtung vorgesehen und der längeren Seitenwand eine Vorrichtung zu Ablesen bzw. Beobachten zugeordnet sein. Auch eine relativ große und unmittelbar an der Stirnseite anliegende Aufzeichnungsvorrichtung behindert nicht das Betrachten des leuchtenden Bereichs durch die längere Seitenwand hindurch.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der schräg stehende Fluoreszenzschirm kreisförmig gebogen und die Ablesevorrichtung besteht aus einer kreisbogenförmigen Skalenplatte an einer Kante des Schirms. Hierdurch wird eine verzerrungsfreie Wiedergabe des Meßwertes und trotzdem . ein genaues Ablesen von der Seite her ermöglicht.

Als Beobachtungsvorrichtungen können an sich bekannte Geräte verwendet werden, z. B. ein Drehspiegel.

Pur manche Anwendungszwecke ist es günstig, wenn nur ein Teil der Linie der Ablese- bzw. Beobachtungsvorrichtung zugeordnet ist, während die Aufzeichnungsvorrichtung Licht von einem anderen Teil der leuchtenden Linie als Punkt auf einen laufenden PiIm abbildet.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel· ist dafür gesorgt, daß der Fluoreszenzschirm aus zwei an sich in Ablenkrichtung erstreckenden Abschnitten unterschiedlichen Materials besteht, von denen das eine eine gewisse Nachleutwirkung und das andere im wesentlichen keine Nachleuchtwirkung hat. Der Abschnitt mit Nachleuchtwirkung dient dann der visuellen Betrachtung, während der Abschnitt ohne Nachleuchtwirkung für die fotografische Aufzeichnung bestimmt ist.

809 8 10/0 7 93

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Kathodenstrahlröhre, teilweise im Schnitt und teilweise in räumlicher Darstellung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Kathodenstrahlröhre gemäß Fig. 1, wobei die Oberseite weggeschnitten ist', um das Innere zu zeigen,

Fig. 3 eine Draufsicht auf ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei wiederum die Oberseite weggeschnitten ist, um das Innere zu zeigen, und

Fig. 4 eine vergrößerte Teildarstellung der Fig. 3.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 besitzt eine flache Kathodenstrahlröhre 1 einen Kathodenstrahlerzeuger 2, ein Ablenksystem 3 mit einem einzelnen Paar von Platten, die symmetrisch zur Achse des Strahlerzeugers mit Abstand angeordnet sind und aufgeweitete Enden besitzen, und einen Fluoreszenz-Schirm 4 am Ende der Röhre. Der Eluoreszenz-Schirm ist in einer länglichen rechteckigen Form dargestellt. Obwohl diese Form bevorzugt wird, kann auch jede beliebige andere Form verwendet werden Der Strahlerzeuger besteht aus einer Kathode 5, einem Steuergitter 5¹, einer ersten Beschleunigungselektrode 5'', einer zweiten Beschleunigungselektrode 5 "', einer Strahlformungselektrode '6 mit einem Schlitz^Larin, einem Fokussierungssystem 7 aus einem Paar im Abstand stehender Platten und einer dritten Beschleunigungselektrode 8. Die von der Kathode 5 emittierten Elektronen werden beschleunigt, wenn sie durch die Beschleunigungselektroden 5", 5"¹ hindurchtreten, sie werden durch den Schlitz der Elektrode 6 in einen Strahl mit einem rechteckigen, aber so schmal wie mög-

809810/0793

lichen Querschnitt geformt, mit Hilf,e des Fokussierungssystems 7 gebündelt, nochmals durch die Elektrode. 8 beschleunigt und dann durch die Ablenkplatten 3 hindurchgeschickt. Die auseinandergezogene Form des Schlitzes in der Elektrode 6 hängt davon ab, in welcher Form der Strahl auf dem Schirm fokussiert werden soll. In den ve rs baulich ten Ausführungsbeispielen ist er so geformt, daß er sich auf dem Schirm als Linie abbildet,obgleich keinerlei Absicht besteht, die Erfindung hierauf zu beschränken.

An die Ablenkplatten sind Zuleitungen 9,9' angeschlossen, über welche an die Ablenkplatten eine Spannung angelegt werden kann, die einer zu messenden elektrischen Größe, wie Spannung und Strom, Jj proportional ist. Wenn an die Ablenkplatten eine Spannung angelegt wird, ergibt sich in dem Raum zwischen den Platten ein elektrisches Feld, das der angelegten Spannung proportional ist. Dieses lenkt den hindurchtretenden Elektronenstrahl um einen Betrag ab, der der Größe des Feldes und daher der zu messenden elektrischen Größe proportional ist. Der in dieser Weise abgelenkte Strahl trifft schließlich an einer bestimmten Stelle auf den Fluoreszenz-Schirm und erzeugt an dieser Stelle eine leuchtende Linie. Die Linie erstreckt sich längs der kurzen Achse des Schirms, vorzugsweise von der oberen bis zur unteren Kante. Wenn die angelegte Spannung sich ändert, ändert sich auch der Ablenkwinkel des Strahls, so daß sich die leuchtende Linie auf dem Schirm um ein Stück bewegt, das der Strahlablenkung längs der langen Achse des Schirms ent- % spricht.

Der Strahl wird derart abgelenkt, daß die Verschiebung des leuchtenden Bereichs auf dem Schirm nur längs einer Achse des Schirms erfolgt. In den veranschaulichten Ausführungsbeispielen mit länglichen rechteckigen Schirmen wird der Strahl nur über die lange Achse des Schirms abgelenkt. Der Strahl unterliegt also nur einer Ablenkung durch ein einziges Paar von Ablenkplatten, so daß er beispielsweise nur in horizontaler Richtung abgelenkt wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bestehen die Mittel zum Anzeigen der Lage der leuchtenden Linie auf dem Schirm aus zwei verschiedenen Teilen, von denen der eine dem Betrachten und der andere dem Aufzeichnen dient. Die Anordnung ist insbesondere ge-

809810/0793

eignet, wenn es notwendig ist, beide Mittel gleichzeitig zu betreiben. Die Fläche 1o der Kathodenstrahlröhre 1 ist um 3o bis 6o°, vorzugsweise 45°, zur Achse der Röhre geneigt. Die Fläche 1o und ein Teil der oberen Wand der Röhre 1 in der Nähe der Fläche ist durchsichtig. Der Fluoreszenz-Schirm 4 deckt die Innenseite der Fläche 1o und ist in zwei sich längs erstreckende Teile oder Streifen 11, 11' unterteilt, von denen der untere Streifen 11 keine Persistenz oder Nachleuchtwirkung hat, während der obere Streifen 11' eine gewisse Kachleuehtwirkung besitzt. Wenn der Elektronenstrahl den Schirm trifft, kreuzt die von ihm erzeugte leuchtende Linie die beiden Streifen 11 und 1.1' zur gleichen Zeit. Wie bereits beschrieben, verläuft die leuchtende Linie senkrecht zu derErstreckung der beiden Streifen 11, 11'. Das Licht, das von dem Teil der leuchtenden Linie auf dem unteren Streifen 11 des Schirms ausgeht, durchdringt die Röhrenfläche Io und tritt in die Aufzei chnungs Vorrichtung ein, während das Licht von dem anderen Teil der Linie auf dem oberen Streifen 11' des Schirms die Betrachtimgsvorrichtung erreicht.

Die Komponenten der A^fjssiobnungsvorrichtung befinden sich in einem dunklen Kasten 12, der so mit Bezug auf die Kathodenstrahlröhre angeordnet ist, daß eine seiner Seitenwände an die Außenseite der Röhrenfläche 1o anstößt. In dieser Seitenwand ist ein Schlitz 13 vorgesehen, der über die gesamte Länge des unteren Streifens 11 des Schirms lauft. Innerhalb des dunklen Kastens wird ein Film F von einer Spule 14 in der Richtung des Pfeiles X über Walzen 16, 17 und zwischen einer Winde 19 und einer Walze bewegt sowie schließlich auf eine Aufwickelspule 15 gewickelt, wobei ein Synchronmotor M sowohl die Spule 15 als auch die Walze 2o über Riemen B und B¹ antreibt. Zwischen den Rollen 16 und 17 wird der Film an dem Schlitz 13 vorbeigeführt, wo er durch das Licht von der leuchtenden Linie auf dem Schirm belichtet wird. Um den Abstand zwischen dem Schlitz 13 und der Fläche des Films konstant und so klein wie möglich zu halten, ist ein® Platte 18 unterhalb des Schlitzes 13 in einem vorbestimmten kleinen Abstand davon so angeordnet, daß der auf der Platte gleitende Film sicher durch sie abgestützt wird. Die durch den Elektronenbeschuß auf

809810/0793

dem Schirm erzeugte leuchtende Linie kreuzt den Schlitz 13, so daß das hindurchtretende Licht, das in den dunklen Kasten 12 eintritt, durch die Breiten der Linie und des Schlitzes als kleiner Bereich oder Punkt auf dem Film definiert ist. Es braucht nicht erwähnt zu werden, daß der Film in seiner Breite dsr Länge des Schlitzes entsprechen muß.

Wenn der Elektronenstrahl in einem Winkel proportional zu der an die Ablenkplatten angelegten Spannung abgelenkt wird, ersehe inteine leuchtende Linie in einer Lage auf dem Schirm, die dieser Strahlablenkung entspricht, und ein Teil des von dieser Linieausgesandten Lichts tritt in den dunklen Kasten ein und triff auf den Film, wobei ein kleiner Bereich oder Punkt in einer Lage auf dem Film belichtet wird, welcher der Lage der leuchtenden Linie auf dem Schirm entspricht. Wenn sich die angelegte Spannung ändert, ändert sich auch die Ablenkung des Elektronenstrahls. Dann wird aer Lichtpunkt, der auf den Film geworfen wird, quer über dessen Breite um ein Stück bewegt, das proportional der Änderung der angelegten Spannung ist. Und da sich der Film mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit in der Richtung senkrecht zu derjenigen der Strahlablenkung bewegt, hinterläßt das Licht eine bleibende Spur auf dem Film in der Form einer kontinuierlichen Linie im wesentlichen in Filmlängsrichtung. Bei Entwicklung des belichteten^ilms wird die kontinuierliche Linie sichtbar. Da auf dem Film die Zeitachse durch die Filmlänge vorgegeben ist, zeigt ein Punkt der kontinuierlichen Linie eine Ablenkung des Elektronenstrahls und demzufolge die elektrische Größe, die zu einem gegebenen Zeitpunkt gemessen worden ist. Auf diese Weise kann die Aufzeichnung der zu messenden elektrischen Größen fotografisch vorgenommen werden.

Die Betraohtungsvorrichtung der Fig. 1 besteht aus einem Prisma 21» einer Konvexlinse'und einem Drehspiegel 23 auf einer Welle 24. Diese optischen Elemente sind so angeordnet, daß das Licht von demjenigen Teil der leuchtenden Linie, der sich auf dem oberen Streifen 11^f des Schirms befindet, durch das Prisma 21 reflektiert und durch die Linse 22 auf den Spiegel 23 geworfen wird.

809810/0793

12

Da sich die zu messende elektrische Größe und demzufolge die Ablenkspannung ändert, ändert sich auch die Strahlablenkung» was zu einer Verschiebung der leuchtenden Linie auf den Schirm längs ihrer Llingeachse und demzufolge ihrer Projektion auf den Drehspiegel führt. Auf diese Weise kann eine zu messende elktrische Größe durch die relative Lage der leuchtenden Linie auf dem Drehspiegel angezeigt werden.

Die an die Ablenkplatten anzulegende Spannung kann entweder eine Gleichspannung oder eine Wechselspannung sein. Wenn es Gleichspannung ist, bleibt die leuchtende Linie auf dem Schirm stationär in einer Lage, und daher geht die Spur der Linie auf einem laufenden Film gerade über die Länge des Films, bis sich die Spannung ändert. Wenn es sich um eine Wechselspannung handelt, verursacht. die zyklische Änderung ein Hin- und Her3chwingen der leuchtenden Linie um ein Stück längs der Längsachse des Schirms, üo daii die Spur auf einem laufenden Film Wellenform hat. Wenn die Wechselspannung ihren Wert ändert, ändert sich auch die Amplitude, um die aich die leuchtende Linie auf dem Schirm hin- und herbewegt, so daß aich eine entsprechende Änderung in der Amplitude der auf dem Film aufgezeichneten W&lenlinie ergibt.

Die Anordnung der Fig. 1 ist insbesondere für das gleichseitige Betrachten und Aufzeichnen einer elektrischen Größe geeignet. Bei dieser Ano-dnung werden die Betrachtungsvorrichtung und die Aufzeichnungevorrichtung mit Licht von verschiedenen Teilen der leuchtenden Linie versorgt, so daß der einzelnen Vorrichtung mehr Licht zugeführt werden kann als sonst.

Die Fig. 3 und 4 zeigen ein anderes AusfUhrungsbeispiel der Erfindung, bei dem eine flache Kathodenstrahlröhre 31 einen Elektronenstrahlerzeuger 32, ein Ablenksystem 33 mit einem einzelnen Plattenpaar und einen Fluoreszonz-Schirm 34 aufweint. Der Kathodenstrahlerzeuger besteht auo einer Kathode 55, einem Steuergitter 35', einer ersten Beschleunigungaelektrode 35". einer zweiten Beschleunigungselektrode 35 "', einer Strahl, formungnel ektrode 36 mit einem Schlitz darin, einem FokunsierunKUMytitom *V, dae aus einem Plattenpaar bentoht, und einor dritten Be-

ό G 9 8 10/0793 ^C0PY

BAD ORIGINAL

schleunigungBelektrode 38. Die von der Kathode 35 emittierten Elektronen werden durch die Elektroden 36 und 37 in einen dtrahl mit möglichst Bchmalem rechteckigen Querschnitt geformt und fokussiert. Wenn eine einer zu messenden elektrischen Größe proportionale Spannung an die Ablenkplatten über die Leitungen 39» 39' gelegt wird, ergibt sich eine entsprechende Ablenkung des hindurchtretenden Elektronenstrahls, und die Elektronen treffen den Schirm an einer der Strahlablenkung entsprechende Stelle.

Soweit ist die Konstruktion und Arbeiteweise dieses Ausführungsbeispiels die gleiche wie bei dem zuvor beschriebenen Au9führung3-beiapiels. Hier besitzt jedoch der Schirm die Form eines Kreisbogens und 1st gleichzeitig in einem vorbestimmten Winkel zu der Richtung geneigt, in der der Strahl zugeführt wird, wie es klar Fig. 4 ZQifSt. Der Schirm sieht daher in Draufsicht sektorförmig aus. Auf der oberen Kante den Schirms ist eine Skalenplatte 4o angebracht.

Der Elektronenstrahl aus dem Kathodenstrahlerzeuger wird proportional zu der zu messenden elektrischen Größe abgolenkt und trifft auf den Schirr, wo er oine leuchtende Linie L erzeugt, deren Lago durch die Skala der Platte angezeigt wird. Wegen der Bogenform des Schirms 34 ändert sich die Breite des Elektronenstrahls, auch wenn er auf eines tier Enden des Schirms geworfen wird, nur wenig im Vergleich zur Breite Inder Mitte des Schirmo. Daher sind Fehler bei der Ablesung, die aufgrund einer Breitenänderung der leuchtenden Linie auf dem Schirm auftreten können, vollständig elerainiert. Die Skalenplatte 4o kann entweder innerhalb oder außerhalb der Röhre 31 angeordnet sein.

809810/0793

Copy
bad origimal

Claims

.Ii l.i 1 ·' Patentansprüche

1. Kathodenstrahlröhre für Meßzwecke, bei der der Kathodenstrahl in Abhängigkeit von der zu messenden Größe in einer Ebene abgelenkt wird und der auf dem Fluoreszenzschirm erzeugte leuchtende Bereich den abzulesenden Meßwert darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodenstrahl in einer Richtung senkrecht zur Ablenkebene verformt ist

• /der
und daher leuchtenda Bereich eine auseinandergezogene Form, insbesondere die einer Linie (L) hat, daß der Fluoreszenzschirm (4, 34) zur Ablenkebene geneigt verläuft und die Stirnwand der Röhre (1, 31) zu beiden Seiten des Meßbereichs in unterschiedlich lange Seitenwände übergeht, so daß der Meßwert nicht nur auf der Außenfläche des Fluoreszenzschirms von der Stirnseite der Röhre her, sondern auch auf der Innenfläche des Fluoreszenzsch^ rms durch die längere Seitenwand der Röhre hindurch ^v':^Lr\chtbar ist.

2. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlich langen Seitenwände der Röhre (1, 31) parallel zueinander und zur Ablenkebene verlaufen.

3- Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekannzeichnet, daß an der Stirnseite der Röhre (1) eine Aufzeichnungsvorrichtung (12) vorgesehen und der längeren Seitenwand eine Vorrichtung (21 - 24, 4o) zum Ablesen bzw. sum Beobachten zugeordnet iat.

4. Kathodenstrahlröhre nach Anspruoh 3, dadurch gekennzeichnet, daß der schräg stehende Fluoreszenzschirm (34) kreisförmig gebogen 1st und die Ablesevorrichtung aus einer Jcreisboganförmigen Skalenplatte (40) an einer Kante des Schirma boateht.

8 09810/0793
Neu· Unterlagen (Art 7 J1 ad* ι Mr. 18*t» 8.·»»» XniMtwa**. ν. λ. 9.1«* COPY

BAD ORIGINAL

U39615

5. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beobachtungsvorrichtung (21 - 24) in an eich bekannter Weise einen Drehspiegel (23) aufweist.

6. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 3-5» dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Teil der Linie (L) der Ablese- bzw. Beobachtungsvorrichtung (21 ·- 24, 4o) zugeordnet ist, während die Aufzeichnungsvorrichtung (12) Licht von einem anderen Teil der leuchtenden Linie als Punkt euf einen laufenden Film (P) abbildet.

7. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluoreszenzschirm (4) aus zwei sich in Ablonkriohtung erstreckenden Abschnitten (11, 11') unternohiedlichen Materials besteht, von denen das eine eine gewisse Naohleuchtvrirkung und das andere im wesentlichen keine fJachleuohtwlrkung hat. .

Copy

809810/0793 BAD ORIGINAL