DE1539976A1 - Elektrostatisches Ablenk- und Fokussiersystem - Google Patents

Description

• Elektrostatisches Ablenk- und Pokussiersystem Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein System von Elektroden, durch die einander überlagernde elektröstatische Felder erzeugt werden können. Sie befaßt sich besonders, jedoch nicht ausschließlich, mit elektrostatischen Ablenksysteinen mit wenigstens zwei Ablenkrichtungen, die ein gei:ieinsarnes Ablenkzentrum besitzen. Weitere Gegenstände der Erfindung sind Verfahren, uni zur Konstruktion von Ableriksysteinen mit gewünschter geometrischer Qualität zu gelangen. Bei der Schaffung kombinierter elektrostatischer Ablenkfelder mit zwei Ablenkrichtungen und gemeinsamem Ablenkzentrunihandelt es sich um die Uberlagerung zweier voneinander unabhängiger zeitlich wechselnder elektrischer Felder. Ini magnetischen Fall ist dies besonders einfach. hier können verschiedene magnetische Felder unbedenklich überlagert werden, sofern die erregenden Spulen keinen fern omagnetisehen Kern enthalten. Würde man beim Überlagern mehrerer elektrostatischer Felder die zu den einzelnen Feldern gehörigen Elektroden ineinandersetzen, so wurde das resultierende Feld nicht die Summe der einzelnen Felder darstellen. In diesem Falle wirken sich nämlich die, bei den einzeln betrachteten Feldern, nicht vorhandenen Kapazitäten aus und zwar derart, daß einige Elektroden durch andere teilweise oder ganz abgeschirmt werden, was zu starken Feldverzerrungen führt. Deshalb ist es Üblich, bei Oszillograph enröhren die Vertikal-und Iorizontalableniculig und dio Fokussierung an.getronnten Stellen unabhängig voneinander anzuordnen. Aus der Tendenz nach kleineren Uöhrenabtiessungen erwächst aber die Forderung nach Feldern, die mehrere .Funktionen zugleich erfüllen und einander überlagert sind.
• So wurden bereits voii Sehlesinger Elektrodenformen angegeben, die eine horizontale und vertikale Ablenkung eines I@@lelctroneiistrahls gleichzeitig erlauben. Sie bestellen aus in Umfangriehtung (in Bezug auf den unabgelenkten Elektronenstrahl) ineinander verzahnten und längs der Wichse hintereiliander aufgereihten Elektroden.
• Dieser Oleg führt zu relativ ums-tUndlichen Konstruktionen und eignet sieh allenfalls nur für Ablenkfolder.
• ::ach dein erfindungsgemäßen Verfahren werden die zu erzeugenden einander überlagerten Felder durch Elektroden erzeugt, die in der Längsrichtung des Strahls zusaimnenhängen und in der Umgangsrichtung nach eineng bestimmten Verfahren unterteilt sind' derart, daß für jede Komponente des zusammengesetzten Feldes nur je ein Plus- und Minuspol benötigt werden. Dieses Verfahren besteht aus folgenden Schritten: 1. Es wird die Form der Elektroden hinsichtlich der Berandung des gewünschten Feldes festgelegt, so daß die Elektroden in einer für die zu überlagernden Felder gemeinsamen Berandungsfläehe liegen.
• 2. Die Derandung wird in mehrere Elektrodengruppen nach Maßgabe des räumlichen Bereiches und der Arti in welcher der zu beeinflussende Strahl erfaßt werden soll, unterteilt. -

  Diese Maßnalitien werden im einzelnen aiii.13c;ispicl für ein-

  ander überlagerte Horizontal- und Vortikalablenkfelder eines

  Elektronenstrahls an späterer Stelle erläutert werden.

  Zur einführenden Erklärung der honstruhtiv en :lal)iialii@ic:ij der

  Eifindung wird zunächst auf die Figuren 1 bis 5 Bezug ge-

  nommen, welche Schnitte senkrecht zur ltöhrenaehse darstellen,

  in welchen Feldbereiche, Elektroden und Hilfskonstruktionen

  skizziert sind.

  Zur Durehführting des ersten Verfahrensschrittes wird die

  Derandung des aufgebauten Feldes vorzugsweise so lewälilt,

  daß das Potential auf der Derandung mit i:iiiglielist wenig

  variablen Parametern beschrieben werden kann. Für zwei ge-

  kreuzte homogene Ablenkfelder mit den Ablenkspannungen UIi

  und UV ergibt sich z.13. längs des Umfangs eines Itreis-

  zylinders die Forriel

  U = (1-.' 11 cosoC+ I:V # sin dC) # a, (i)

  wobei I: (lie Fel(istärke bedeu-lot.

  liier liefert also der Winkel o-' zwischen einem Enrandungs-

  punkt und einer gewählten Vorztibsachse, z.13. der Horizontal-

  richtung, den einen Parameter, lrährend der zweite Parameter

  mit den iladilts l; eilfeil konstanten Wert darstellt. Die

  Feldberandung ist liier ein Kreiszylinder, tlii Stelle dieser

  einfaelisten Beschreibtuig des Feldes kann natürlich auch

  eine solche mit mehreren Parametern gewählt werden, bei

  der die Ui:trandung z.D. elliptisch oder noch komplizierter

  ausgebildet ist.

  Deim zweiten Verfahrensschritt wird zunächst nach Figur 1

  innerhalb der bereits festgelebten Umrandung I3 des Feldes

  das Gebiet G eingezeichnet, das der l;lektronenstrahl

  während des Ablenkvorganges überstreichen soll. Dann wird

  die Umrandung B in Abschnitte A 13i eingeteilt derart, daß die LängsausdelÜnung ®Bi eines Abschnittes etwa das Doppelte des Abstands zur Umrandung von G beträgt, oder - je nach der Genauigkeitsanforderung an das zu erzeugende Feld -gleich einen bestimmten Bruchteil dieses Abstandes.
• Figur 2 zeigt diesen Verfahrensschritt für die kreisförmig angenommene Berandung eines Fernseh-Kippfeldes mit dem normgemäßen Seitenverhältnis 4:3. Bei der gezeigten Einteilung wurden natürlich auch die Symmetrieverhältnisse der Anordnung berücksichtigt. Dieser Verfahrensschritt kann kontrolliert werden, indem. man um den Mittelpunkt eines jeden Abschnitts einen Kreisbogen durch die Randpunkte des Abschnitts schlägt. Tangiert dieser Kreisbogen annähernd das Gebiet G, so ist die Einteilung richtig gewählt® Diese Kontrolle wird durch Figur 3 illustriert. Werden die Ab-Schnitte 43i zur Steigerung der Genauigkeit um ein bestimmtes Verhältnis kleiner gewählt als der Abstand nach G hin, so müssen die Radien der Kontrollkreise um eben dieses Vzrhältnis vergrößert werden. Man kann natürlich eine größere Genauigkeit auch dadurch erreichen, daß man schon a@-,ifangs von einem Gebiet G ausgeht, das um einen bestimmten Faktor gegenüber G vergrößert ist, etwa wie Figur 4 andeutet. Man erspart sich dadurch das Umrechnen der Radien der Kontrollkreise.
• Der letzte Schritt des Verfahrens besteht in der Aufteilung der Abschnitte AB i in ®bensoviele Unterabsohnitte dBik wie Einzelfelder überlagert werden müssen. Beispieleweiee hat bei der Überlagerung von einem Horizontal- und Vertikalkippfeld jeder Abschnitt dBi zwei Unterabsohnitte d Big und Ani., jeder dieser Unterabschnitte wird später von einer streifenförmigen Blektrode ausgefüllt, die mit einen der beiden Pole verbunden wird, die das zu überlagernde Feld erzeugen sollen. Die Breite der Unterabschnitte richtet sieh nach dem Mittelwert des betreffenden (k-ten) Potentials Üik im Abschnitt ,di3ik; und zwar sollen sich die Unterabschnitte ADik wie die r"Iittelwerte C ih der zugehörigen Potentiale verhalten, also AB ik' 4ßi,k+1: AB i,k+2"'- Cik,:Ci,k+l:ßi,k+2*.. (2) Da schließlich auch sein muß so folgt, daß alle dB ik durch die Formeln 2 bis 4 festgelegt sind. Mit Rücksicht auf Gleichung 2 gilt also ,AB ik - const. ' pik (5) Der Übergang von den bisherigen Überlegungen zu der Dimensionierung der Elektroden erfolgt so, daß man jedem Unterabschnitt dBik eine Elektrode Bik zuordnet, die das gleiche Profil wie ,d ßik hat, und daß man alle Elektroden mit gleiehlautendem zweiten Index zu einer Elektrodengruppe zusammenfaßt. Alle Bik mit positivem Üik werden an den positiven Pol, alle Bik (i = 1, 2, 3 o@499) mit Uik' Z U an den negativen Pol der k-ten Spannungsquelle gelegt. Die notwendigen Isolationsabstände zwischen benachbarten Elektroden können im wesentlichen auf zweierlei Weise singehalten werden. Entweder man läßt die Elektroden einander überlappen, wie Figur 5 zeigt, oder aber man gibt die notwendigen Isolationsabstände entweder absolut oder prozentual vor und berüoksiohtigt dies in den Gleichungen 2 bis 4. Es kann nun vorkommen, daß gewiooe Vik sehr klein oder gleich Null werden. Die zugehörigen Blektroden werden dann eben-

  falls sehr schmal oder können überhaupt entfallen, falls

  nicht andere Röhrenteile, die außerhalb des !in Güiet auf-

  zubauenden Feldes liegen, störend iinstreuen' In diesem

  Fall ist es notwendig" den t,.littelwert @ik _ durch eine

  Reihe gleich breiter Elektroden nachzubilden, lobwechselnd

  an rlus oder Minus gelegt worden müssen.

  Alles in allem erhält man auf die eben beschreLzne reise

  für jedes der zu überlagernden Felder zwei Elektrelen, die

  an den Plus-® oder den Minuspol der -zugehörigen Spannungsquelle

  geführt sind und die kammförmige Ausspartuigen :enthalten" in

  die die Elektroden für die restlichen Felder

  Dle Elektroden sind in Cir,ö,ngsricht-ig zusammnhngend;

  die einzelnen Zinken der Kämme können durch einer U:@n,*leinsamen

  Steg zusammengefaßt und: mit einer Spanungszufiii-ir-äi-'- ver-

  sehen werden® Derartige Elektroden besitzen gelte .M.)er den-

  jenigen des bekannten Typs von Schles inger d dah

  sio frextragond ausgebildet, z,, arz, Tileeli ausgt3stanzt

  werden können' und daß die dä.ontaktz-#ie sehr .einf Lü-l

  Die ausgestanzteL eile 4i-. ü.$5#.# man dann züiC.l##'zyliR,.dern auf-

  rellen' ineinander steekem , in d@.eser Lage zusa 1T .@imoii-gie

  und in die Röhre einschiebün::atü@:#lioh kUnne: @Adrse El-- .-. -

  auch auf Zylinder aus @soliermarial aufgedampft werden -,

  wobei sich ebenfalls eine sehr einfache Kontaktgabe ergibt i,

  Schließlich kann auch das Innere der Röhre rwand selbst mit

  den Elektroden durch Aufdampfung durch eine Schablone hin-

  durch versehen worden. Lias vorgeschlagene System eignet sich

  wegen seiner Einfachheit und raumsparenden Ausbildung be-

  sonders für Ablenk- und Fokussiersysteme vom Orthikon- odek

  Vidikßntyp.

  Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird nauf _ie

  nachstehenden Figuren Bezug genommen, Von diesen,it

  Figur 6 ein Konstruktionsschema zur Ermittlung der Breite der Streifenpaare bei einem elektrostatischen - Ablenksystem für ein kreisrundes Raeter, Figur 7 ein solches 4ür ein rechteckiges Raster, Figur 8 ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ermitteltes Ablenksystem für Rechteckraster für Fernsehformat und Figur 9 ein vollständiges Blektrodensystem für elektro-statisch fokussierte und abgelenkte Vidikonrühren in abgewickelter Darstellung.
• In Figur 6 sei 1 die Derandung des zu erzeugendes' elektro- statischen Feldes mit einander überlagerten horizontalen und vertikalen Ablenkfeldern. Der im Inneren des Kreises f-liegende Kreis 2 stellt den vom Elektronenstrahl bei der Ablenkung ausgeschriebene Bereich darf wie er etwa am schirmseitigen Ende des Ablenksystems entsteht.
• Um zu der erforderlichen Unterteilung der Elektroden zu ge-langen, werden zunächst an den Durchstoßpunkten der Symanetrieaohsen mit dem Kreis 1 Kreisbögen 3 gezogen. Zwei weitere Kreisbögen 4 können in jeden Quadranten eingezeichnet, werden, die sowohl den Innenkreis 2 als auch die benachbarten Kreise berühren. Auf eine exakte Berührung der Kreisbögen untereinander kommt es nicht an, jedoch sollen die Kreise nach Möglichkeit nicht Uas Rasterfeld 2 durchschneiden. Den Mittel-punkten der Kreisbögen 4 können Winkel aC 1, c(2 usw. zuge- ordnet werden. Die Abschnitte der Kreisbogen 3 und 4 auf dem Umfang des Kreises i entsprechen der Breite der Streifenpaare; die Unterteilung der einzelnen Paare ergibt sich aus der Formel a Wenn die Streiten eines Paares mit usw. bezeichnet werden, so erfolgt die Unterteilung entsprechend sinus oCi : cosinus oCi. Liier

  wurde also der Einfachheit halber der Mittelwert sin aC des

  Potentials durch den Wert sinotl ersetzt, also durch das

  Potential in der Mitte des Abschnitts. Bei langsam veränder-

  lichen Potentialen ist der Fehler vernachlässigbar. Bei der

  in Figur 6 gezeigten Anordnung beträgt etwa 3009 der

  Tangens --,, demnach und die Unterteilung für das dem

  3liiil@el, 1 zugehörige Streifenpaar ist 1:0958, Demnach

  wird der der ;-Achse zugewendete Teil des betrachteten

  Streifens der V-Ablenkung zugeordnet und der der Y-Achse

  zugewendete `feil der 11-Ablenkung. Der V-Abschnitt verhält

  sich zum 11 -Abschnitt wie i:0,58. In entsprechender Vieise

  wird auch die Unterteilung für den Winkel 2 = 60o vorge-

  nonmeii, wobei jetzt der V -Abschnitt der größere und der

  :i-Abschnitt der kleinere wird" Beii:i Winkel . #7- = 900 wird

  die gesamte Breite des Streifens von der V-Ablenkelektrode

  gebildet, beirr Jinkel .z = 0 von der I1 @tblenlcelektrode. In

  dem Außenkreis C sind die Elektroden für V und II Ablenkung

  durch schwarze und helle Sinusbögen angedeutet.

  In Figur 7 ist in das Umrandungsfeld des IC.r eises 1 ein

  lä.ngsgestrechtes ltechteckraster eingetragen. hie durch die

  Iireisliogenl@oiistruktion gefundene "Elektrodenunter teilung be-

  steht aus den Vertikalablenkelektroden 6, 61 und 7' 7f9

  ferner den Idorizontalablenkelektroden 8, 8 t und 9, 9t. Die

  l:.lektroüen 7 liegen mit der Elektrode 6 auf gleichem

  Potential, ebenso die Elektroden 72 mit der Elektrode 6t,

  ebenso die Elelbtrode 81 finit den Elektroden 91 und ebenso

  8 iait 9.

  In Figur 8 ist eine weitere Elektrodenkonfiguration für ein

  Rechteckraster finit noch feinerer Unterteilung dargestellt,

  wobei die Verbindung der zusammengehörigen Elektrodenteile

  eingezeichnet sind. Line solche Unterteilung ist z.i3. für

  Fernsehraster mit guter Geometrie bis in die Ecken hinein

  brauchbar, wobei der Querschnitt der Elektrodenanordnung von

  dem Elektrodenstrahlbündel gut ausgenutzt wird. (Es ist

  klar, daß bei einer schlechten Ausnutzung, cl.ii. der Inanspruchnahiiie nur eines ganz geringen Bruchteils des von den Elektroden umschlossciien iLaiiries eine wesentlich gröbere Unterteilung verwendet werden kann. Im liinbliclz auf die gewünschte Verkleinerung der Elektrodenabmessungen und die benötigten Ablenkspannungen sind solche i#'ä11e jedoch relativ uninteressant.
• Der Aufbau eines insgesamt aus 20 Streifen bestehenden Elektrodensystems für ein elektrostatisch abgelenktes Vidikon wird in Figur 9 in abgewickelter Form gezeigt. Die abgewickelte Darstellung bringt es mit sich, daß die üiektr Oden Ili und 1I2, die an sich aus einem Stück bestehen, getrennt gezeichnet sind. I,lan erkennt aus dieser Figur, daß nur je zwei 2lektrodenzuführungen an den Streifengruppen erforderlich sind und zwar je eine Zuführung für V:, V2, 110 und Ii1 - 'I2. Die dargestellten Streifen können z.13. aus einei"i Stück Blech durch eine geeignet geformtes Werkzeug in einem Arbeitsbang lierausgcstänzt worden; dann erfolgt die Nontage entsprechend in der an vorhergehender Stelle beschriebenen Weise.
• In einer Elektronenröhre vom r Vidikon- oder Orthikontyp kann es unter Umständen erforderlich sein, zur Erzielung eines senkrechten Auftreffens das Übergreifen des Ablenkfeldes in benachbarte Elektrodensysteme zu verhindern. In diesem Falle können an den Enden des Ablenksystems zylindrische Elektroden im Inneren des von den Ablenkelektroden umschlossenen Raumes angebracht worden, die in Figur 9 in abgewickelter Form durch die gestrichelten Bereiche A;, A2 dargestellt sind. Diese zylindrischen Elektroden werden zweckmäßig auf dem mittleren Potential des Ablenkfeldes gehalten. Feie eingangs erwähnt, kann mit dem Ablenkfold noch ein Vierpolfeld von konstantem oder zeitabhängigem Betrage kombiniert werden. Bei einem

  Vierpolfeld mu13 die Potentialverteilung auf dem Begrenzungs-

  kreis der Funktion U = L7_@ s cos 2 c. gehorchen, r.lt der-

  artigen Vier polieldern kaim aan z.B. die Fori ees Str ahl-

  ;luerschnitts in gewünschter Ueise iLial)tiä-tagi g vom A.Ulenk-

  winkel beeinflussen.

  #i,'s kann auch hei anderen Füldern ziaec-#loxtüLig sein zum Angleich

  der Felder an' den Enden des _.eltr o@etsstcg_LS entucder an

  einett oder an beidendesselben, über diese .Anden hin-

  übergreifende zylindrische Elektroden anzubringen, die auf

  deta mittleren PGtelltial des Jeweiligen P3ldes liegen.

Claims (1)

1. Patentansprüche Öl Ei lektrodenan urdnung zum Überlagern mehrerer voneinander unabhängig einstellbarer bzw. zeitlich veränderlicher elektrostatischer Felder, insbesondere Pokussier- und Ablenkfelder mit Zylindersyi;iuietrie, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden aus Streifen bestehen, die, um die Zylinderachse herw:i angeordnet, sich in hichtung dieser Achse erstrecken und in Umfangs- (azimutaler) LVichtung gruppenweise derart unterteilt und ineinander v erkäi,uiit sind, dafl zu jeder Gruppe eine Elektrode für jedes Feld gehört, daß die Ausdehnung jeder Gruppe etwa das doppelte ihres Abstands von dem durch den Elektronenstrahl auszunutzenden Gebiets beträgt, oder einen bestimmten Bruchteil davon, daß die Breite jedes Streifens proportional zum mittleren Potential des zugehörigen Einzelfeldes ist und daß die zu einem bestimmten Einzelfeld gehörigen Elektroden mit gleichem Vorzeichen des mittleren Potentials leitend untereinander verbunden sind und an einer gemeinsamen llerausführung angeschlossen sind. 2. futordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß beim Auftreten störend großer Abstände zwischen benachbarten Streifen mehrere Streifen dazwischen geschaltet werdun, so daß in der jetzt ausgefüllten Lücke das mittlere Potential gleich dem mittleren Potential aller Streifen wird. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, datl die t_ 3lenkplatten aus freitragendem Blech bestellen. Anerdntuig nach Anspruch l p dadurch gekennzeichnet; daß die Ablenkelektroden auf einen Rotationskörper aus Isoliermaterial aufgedampft sind® Anordnwag nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper aus einem Zylinder aus foflen be- steht. ner dng nach flimem fier vorhergehenden Ansprüche g dadurch gekennzeichnet, dß ani Eintritt® und/oder am Austrittsende des Ablenksysteins Gine über die Enden der Ablenkelelitroden hinübergreifende zylindrische Elektrode eingesetzt ist 9 die auf dem mittleren Potential im Ablenkfegd Meet, 7e, Anordnung nach Anspruch , d,ur9@. gelzennzGiehnet, daß die zylindrische Elektrode zwecke kontinuierlicher Abschirmung des Ablenkfeldes durchbrechen ausgebilevt :@ ä t Anordnung nach einam dor vorhergehenden Ansprüche fl dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrostatisches Vi°er- pel.f'eld Überlagert :Lstg dessen Elektroden ebenfalls in AchsenQ'iehtung s-l.eli erstreekendon Streifen ge- bildet iveäden.