DE1539800C3 - Kathodenstrahlröhre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kathodenstrahlröhre mit einem Vakuumgehäuse, einem Leuchtschirm, einem Strahlerzeugersystem zur Erzeugung eines auf den Leuchtschirm gerichteten Elektronenstrahls, einer Ablenkeinrichtung mit zwei in Richtung der Röhrenachse hintereinanderliegenden Ablenksystemen zur Ablenkung des Elektronenstrahls in zwei zu einander senkrechten Richtungen und mit einer Nachbeschleunigungseinrichtung, bestehend aus einer zum Leuchtschirm hin gewölbten kugelkalottenförmigen Elektrode, deren Krümmungsmittelpunkt mit dem Ablenkzentrum eines Ablenksystems der Ablenkeinrichtung zusammenfällt und die einen zur Ablenkebene dieses Ablenksystem parallelen Schlitz zum Durchtritt des Elektronenstrahls aufweist, und ferner bestehend aus einem auf der Innenwand des Vakuumgehäuses vorgesehenen leitenden Belag, der vom Leuchtschirm bis zur Höhe der kugelkalottenförmigen Elektrode reicht und derart ausgebildet und elektrisch vorgespannt ist, daß zwischen der kugelkalottenförmigen Elektrode und dem Leuchtschirm ein die in Schlitzrichtung abgelenkten Elektronen ohne Richtungsänderung nachbeschleunigendes Feld entsteht.

ίο Die Nachbeschleunigung der Elektronen nach ihrer horizontalen und vertikalen Ablenkung in einer Kathodenstrahlröhre hat den Zweck, die Energie der Elektronen zu erhöhen und damit auf dem Leuchtschirm eine größere Helligkeit zu erzielen. Es muß allerdings dafür gesorgt werden, daß das Nachbeschleunigungsfeld nicht zu einer Ablenk- oder Rasterverzerrung führt.

Solche Verzerrungen kann man verhindern, indem man das Nachbeschleunigungsfeld so ausbildet, daß es die aus der Ablenkeinrichtung austretenden Elektronen ohne Richtungsänderung beschleunigt. Bei einer aus der britischen Patentschrift 8 49 600 bekannten Kathodenstrahlröhre der eingangs beschriebenen Art ist zu diesem Zweck der auf der Innenwand des Vakuumgehäuses vorgesehene leitende Belag aus widerstandsbehaftetem Material gebildet und so ausgelegt, daß sich sein spezifischer Widerstand längs der Röhre umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung vom Ablenkzentrum desjenigen Ablenksystems ändert, welches mit dem Krümmungsmittelpunkt der kugelkalottenförmigen Elektrode zusammenfällt und dessen Ablenkebene dem Schlitz in der kugelkalottenförmigen Elektrode parallel verläuft. Da dieser Schlitz bei der bekannten Röhre sehr schmal sein muß, andererseits aber eine Ablenkung quer zum Schlitz ebenfalls noch möglich sein muß, ist die bekannte Röhre so ausgebildet, daß das senkrecht zum Schlitz ablenkende Ablenksystem nahe an der kugelkalottenförmigen Elektrode liegt, während das andere Ablenksystem, dessen Ablenkzentrum den Krümmungsmittelpunkt der kugelkalottenförmigen Elektrode bildet, dieser Elektrode am weitesten entfernt liegt. Hierdurch gerät der Krümmungsradius der kugelkalottenförmigen Elektrode relativ groß und somit die Krümmung dieser Elektrode relativ schwach, so daß keine großen Ablenkwinkel möglich sind.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Kathodenstrahlröhre mit Nachgeschleunigung der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, daß ein größerer Ablenkwinkel als bei der bekannten Röhre möglich ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen der kugelkalottenförmigen Elektrode und dem ihr am nächsten liegenden Ablenksystem der Ablenkeinrichtung eine die Ablenkung des Elektronenstrahls verstärkende vierpolige Elektronenlinse angeordnet ist und daß der Krümmungsmittelpunkt der kugelkalottenförmigen Elektrode im Ablenkzentrum dieser Ablenkung liegt, daß ferner die Mittellinie des Schlitzes der kugelkalottenförmigen Elektrode durch den Bündelknoten der beim Betrieb der Röhre die Elektronenlinse durchlaufenden Elektronen geht, und daß der auf der Innenwand des Vakuumgehäuses vorgesehene Belag bei Betrieb der Röhre auf ein gegenüber der kugelkalottenförmigen Elektrode positives Gleichspannungspotential gelegt ist.

Bei der erfindungsgemäßen Röhre fällt also der Krümmungsmittelpunkt der kugelkalottenförmigen Elektrode mit dem dieser Elektrode am nächsten liegenden Ablenkzentrum zusammen. Der Krümmungs-

radius der Elektrode kann somit kleiner als bei der bekannten Anordnung gemacht werden, wodurch auch die Krümmungsradien der' Äquipotentialflächen des Nachbeschleunigungsfeldes kleiner werden, so daß größere Ablenkwinkel möglich sind. Dank der vierpoligen Elektronenlinse kann das andere Ablenksystem, dessen Ablenkebene senkrecht zum Schlitz liegt, weiter entfernt von der kugelkalottenförmigen Elektrode liegen, ohne daß der maximal mögliche Ablenkwinkel in dieser Ebene infolge der begrenzten Schlitzbreite sehr klein wird, denn die durch die vierpolige Elektronenlinse laufenden Elektronen haben ihren Bündelknoten auf der Mittellinie des Schlitzes. Die vierpolige Elektronenlinse bewirkt somit eine Vorverlegung des scheinbaren Ablenkzentrums infolge einer Ablenkverstärkung.

Kombinationen von Nachbeschleunigung und Ablenkverstärkung sind in verschiedenen Formen an sich bekannt. So zeigt die deutsche Auslegeschrift 11 30 938 eine Kathodenstrahlröhre, bei der die Ablenkverstärkung gleichzeitig im Nachbeschleunigungsraum erfolgt, und zwar durch besondere Ausbildung des Nachbeschleunigungsfeldes, welches eine vergrößerte, radial nach außen gerichtete Komponente hat. Dies erfordert jedoch eine Netzelektrode am Eingang des Nachbeschleunigungsraums, was aber zur Verminderung der Bildhelligkeit führt und die Gefahr der Anregung von Sekundärelektronen mit sich bringt. Bei anderen aus der USA.-Patentschrift 30 42 832 bekannten Anordnungen zur Ablenkverstärkung und Nachbeschleunigung muß ein großer Aufwand in Kauf genommen werden, um dem Feld im Nachbeschleunigungsraum den richtigen Verlauf zu geben, damit die Ablenkverstärkung verzerrungsfrei bleibt. Bei einigen dieser Anordnungen findet die Nachbeschleunigung und Ablenkverstärkung praktisch über die gesamte Länge und Breite des erweiterten Röhrenteils statt, so daß äußerst große Elektroden erforderlich werden, deren Halterung und Justierung schwierig ist und die das Gewicht der Röhre beträchtlich erhöhen. Bei einer anderen Ausführungsform erfolgt die Ablenkverstärkung durch eine Zweipol-Zweiloch-Linse, die ähnlich einer optischen Konvexlinse das von der Ablenkeinrichtung kommende Elektronenstrahlbündel vergrößert auf dem Schirm abbildet. Hierbei wird die Nachbeschleunigung dadurch erreicht, daß die beiden Elektroden der Linse konzentrisch zum schirmbildseitigen Bündelknoten der Linse sphärisch gewölbt sind. Obwohl hier das kombinierte Nachbeschleunigungs- und Ablenkverstärkungsfeld räumlich begrenzter ist, wird der bauliche Aufwand für diese Ausführungsform nicht kleiner, da hinter der Linse ein großräumiger, sich über den ganzen erweiterten Röhrendurchmesser erstreckender Trichter vorgesehen sein muß, um den Raum zwischen der Linse und dem Bildschirm feldfrei zu halten.

Vierpolige Elektronenlinsen in Kathodenstrahlröhren sind bisher nur als Ablenkeinheiten verwendet worden (vgl. deutsche Patentschrift 7 49 574). Ihr Einsatz in Verbindung mit einer kugelkalottenförmigen Elektrode und einem leitenden Belag auf der Innenwand des Röhrengehäuses gemäß der Erfindung ermöglicht eine verzerrungsfreie Nachbeschleunigung auch für große Ablenkwinkel, ohne daß die vorstehend beschriebenen Nachteile der bekannten Bauformen in Kauf genommen werden müssen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung liegt der auf der Innenwand des Vakuumgehäuses vorgesehene Belag bei Betrieb der Röhre auf einem gegenüber der kugelkalottenförmigen Elektrode positiven Gleichspannungspotential von zwischen 10 und 20 kV. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Ablenksystemen der Ablenkeinrichtung eine zweite vierpolige Elektronenlinse angeordnet ist. Diese Linse kann zur Korrektur des durch die andere vierpolige Elektronenlinse hervorgerufenen Astigmatismus dienen.

Die Erfindung und ihre Wirkungsweise werden nachstehend an einem Ausführungsbeispiel an Hand von Zeichnungen erläutert.

F i g. 1 zeigt das Schema einer Kathodenstrahlröhre im Längsschnitt;
F i g. 2 zeigt schematisch eine in der Röhre nach F i g. 1 verwendbare vierpolige Elektronenlinse;

F i g. 3 zeigt eine Frontansicht der in der Röhre nach F i g. 1 enthaltenen kugelkalottenförmigen Elektrode.

Die in F i g. 1 dargestellte Kathodenstrahlröhre hat ein Vakuumgehäuse 1, welches beispielsweise aus Glas besteht. Innerhalb des Gehäuses 1 befindet sich eine emissionsfähige und durch einen Heizdraht 3 beheizte Kathode 2, eine Wehneltelektrode 4, Fokussierungs- und Beschleunigungselektroden 5, 6 und 7, Vertikalablenkplatten 8, eine erste vierpolige Elektronenlinse 9, Horizontalablenkplatten 10, eine zweite vierpolige Elektronenlinse 11, eine kugelkalottenförmige Elektrode 12 mit einem Schlitz 13, sowie ein Leuchtschirm 14. Die Innenwand des Gehäuses 1 ist mit einem leitenden Belag 15 versehen, der beispielsweise aus Graphit besteht und sich vom Leuchtschirm 14 bis in die Höhe der kugelkalottenförmigen Elektrode 12 erstreckt.

Abmessung und Lage der kugelkalottenförmigen Elektrode 12 sind so gewählt, daß ihr Krümmungsmittelpunkt im wesentlichen mit dem effektiven Zentrum der Horizontalablenkung zusammenfällt, d.h. mit dem virtuellen Schnittpunkt der Elektronenbahnen in der Ebene senkrecht zu den Platten 10.

Eine Gleichspannungsquelle Si dient dazu, die verschiedenen Elektroden der Röhre auf den gewünschten elektrischen Potentialen zu halten. Die in F i g. 1 eingetragenen Spannungswerte sind lediglich Beispiele, die als Größenordnungen zu betrachten sind.

Der Leuchtschirm 14 der Röhre und der leitende Belag 15 werden auf ein bezüglich Masse hohes Potential von etwa 10 bis 20 kV gelegt. Dieses Potential wird von der Quelle S2 geliefert.

Die F i g. 2 zeigt schematisch den bekannten Aufbau einer vierpoligen Elektronenlinse, wie er für die Linsen 9 und 11 in F i g. 1 verwendet wird. Es handelt sich um eine elektrostatische Linse, die durch vier halbzylindrische oder hyperbolische Elektroden 21, 22, 23 und 24 gebildet wird. Die in F i g. 2 eingezeichneten Potentiale gelten für die Linse 11. Die Achse X-X entspricht der Horizontalablenkebene (senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1), während die Achse Y-Y der Vertikalablenkebene entspricht. Die Elektroden 21 und 23 liegen an einem Potential + V und die Elektroden 22 und 24 an einem Potential — V. In dieser Art polarisiert hat die Linse eine divergente Wirkung in der Richtung X-X und eine konvergente Wirkung Y- Y.

Die für die Linsen 9 und 11 in F i g. 1 angegebenen Spannungswerte von 100 bzw. 300 Volt sind lediglich Beispiele.

In der Röhre nach F i g. 1 ist die vierpolige Linse 11 eine Vergrößerungslinse, während die Linse 9 zur Korrektur des durch die Linse 11 hervorgerufenen Astigmatismus dient. Außerdem ermöglicht die Lage der Linse 9 zwischen den beiden Ablenksystemen 8 und 11

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eine Vergrößerung der durch das Ablenksystem 8 er- Da der Krümmungsmittelpunkt der kugelkalotten-

zeugten Vertikalablenkung. förmigen Elektrode 12 und somit auch der besagten

Die F i g. 3 zeigt einen Aufriß der kugelkalottenför- Äquipotentialflächen mit dem effektiven Ablenkzen-

migen Elektrode 12 mit ihrem Schlitz 13, die in F i g. 1 trum der Horizontalablenkung zusammenfällt, erfahren

geschnitten dargestellt ist. Der Schlitz 13 ist hier recht- 5 die Elektronenbahnen nach Durchtritt durch den

eckig gezeichnet, er kann jedoch auch eine elliptische Schlitz 13 keine weitere Ablenkung in Horizontalrich-

Form od. dgl. haben. tung mehr. Andererseits hat die am Schlitz 13 durch

Im Betrieb der Röhre sind die der vierpoligen Linse Einwärtskrümmung der Äquipotentialflächen gebildete

11 zugeführten Spannungen so gewählt, daß alle Elek- dünne Konvergenzlinse zur Folge, daß auch vertikal

tronenbahnen durch den Schlitz 13 laufen. Das sich 10 abgelenkte Elektronen am Ende jn der gleichen Rich-

zwischen der Elektrode 12 und den leitenden Belag 15 tung weiterfliegen, in der sie zum Schlitz gelangt sind,

ausbildende elektrische Feld ist so beschaffen, daß sei- Folglich ist die Gesamtwirkung des durch die hohe

ne Äquipotentialflächen in der Umgebung der Elektro- Spannung des Leuchtschirms 14 und des Belags 15 ge-

de 12 im wesentlichen Halbkugeln sind, deren Mittel- bildeten Feldes eine reine Nachbeschleunigung ohne

punkt gleichzeitig der Krümmungsmittelpunkt der ku- 15 Richtungsänderung der Elektronen, so daß die Elektro-

gelkalottenförmigen Elektrode 12 ist. Nur in der Nähe nen mit erhöhter Energie und ohne Ablenkverzerrung

des Schlitzes 13 weichen die Äquipotentialflächen von auf den Leuchtschirm auftreffen. Die auf dem Schirm

der Kugelform ab, sie sind dort einwärts gekrümmt und erzeugten Leuchtflecke sind daher von großer Hellig-

bilden auf diese Weise eine dünne Konvergenzlinse, de- keit und ermöglichen es, sehr kurz auftretende vor-

ren Mittelpunkt in der Ebene des Schlitzes liegt. 20 übergehende Vorgänge sichtbar zu machen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Kathodenstrahlröhre mit einem Vakuumgehäuse, einem Leuchtschirm, einem Strahlerzeugersystem zur Erzeugung eines auf den Leuchtschirm gerichteten Elektronenstrahls, einer Ablenkeinrichtung mit zwei in Richtung der Röhrenachse hintereinanderliegenden Ablenksystemen zur Ablenkung des Elektronenstrahls in zwei zueinander senkrechten Richtungen und mit einer Nachbeschleunigungseinrichtung, bestehend aus einer zum Leuchtschirm hin gewölbten kugelkalottenförmigen Elektrode, deren Krümmungsmittelpunkt mit dem Ablenkzentrum eines Ablenksystems der Ablenkeinrichtung zusammenfällt und die einen zur Ablenkebene dieses Ablenksystems parallelen Schlitz zum Durchtritt des Elektronenstrahls aufweist, und ferner bestehend aus einem auf der Innenwand des Vakuumgehäuses vorgesehenen leitenden Belag, der vom Leuchtschirm bis zur Höhe der kugelkalottenförmigen Elektrode reicht und derart ausgebildet und elektrisch vorgespannt ist, daß zwischen der kugelkalottenförmigen Elektrode und dem Leuchtschirm ein die in Schlitzrichtung abgelenkten Elektronen ohne Richtungsänderung nachbeschleunigendes Feld besteht, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der kugelkalottenförmigen Elektrode (12) und dem ihr am nächsten liegenden Ablenksystem (10) der Ablenkeinrichtung (8, 10) eine die Ablenkung des Elektronenstrahls verstärkende vierpolige Elektronenlinse (11) angeordnet ist und daß der Krümmungsmittelpunkt der kugelkalottenförmigen Elektrode (12) im Ablenkzentrum dieser Ablenkung liegt, daß ferner die Mittellinie des Schlitzes (13) der kugelkalottenförmigen Elektrode (12) durch den Bündelknoten der beim Betrieb der Röhre die Elektronenlinse (11) durchlaufenden Elektronen geht, und daß der auf der Innenwand des Vakuumgehäuses (1) vorgesehene Belag (15) bei Betrieb der Röhre auf ein gegenüber der kugelkalottenförmigen Elektrode (12) positives Gleichspannungspotential gelegt ist.

2. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte Gleichspannungspotential zwischen 10 und 20 kV liegt.

3. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Ablenksystemen (8, 10) der Ablenkeinrichtung eine zweite vierpolige Elektronenlinse (9) angeordnet ist.