DE1539985B2 - Als Lichtventil wirkende Kathodenstrahlröhre - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine als Lichtventil wirkende Kathodenstrahlröhre mit einem ein lichtdurchlässiges Ausgangsfenster aufweisenden evakuierten Gefäß, mit einer im Gefäß vor dem Ausgangsfenster angeordneten drehbaren lichtduchlässigen Scheibe, die derart durch einen Vorrat einer Flüssigkeit drehbar angeordnet ist, daß sich beim Drehen eine Schicht der Flüssigkeit auf der vom Fenster abgewandten Seite der Scheibe ergibt, und mit einem Elektronenstrahlerzeuger, dessen Strahl auf die Schicht gerichtet ist und auf der Schicht ein optisches Beugungsgitter auszubilden vermag. Die Erfindung befaßt sich insbesondere mit einer als Lichtventil wirkenden Kathodenstrahlröhre, die zur Projektion von Fernsehbildern geeignet ist.

Es ist bereits eine als Lichtventil wirkende Kathodenstrahlröhre der eingangs erwähnten Art bekannt, bei der durch die drehbare Scheibe eine sich ständig erneuernde Schicht der lichtmodulierenden Flüssigkeit auf der Scheibe vorgesehen wird. Bei dieser Kathodenstrahlröhre wird der Elektronenstrahl durch eine elektrostatische Strahlablenk- und Fokusiereinrichtung geleitet und über einen Teil der lichtmodulierenden Flüssigkeitsschicht ausgelenkt. Dabei wird der Strahl so gesteuert, daß er die Schicht deformiert. Die so gebildeten Deformationen der Flüssigkeit stellen Beugungsgitter dar, die in Verbindung mit einer Lichtquelle und einer Schlierenoptik zur Steuerung des Lichtdurchgangs von der Quelle durch die drehbare Scheibe zu einem Ausgangsfenster in dem Röhrengehäuse dienen.

Bei Betrieb einer solchen als Lichtventil wirkenden Kathodenstrahlröhre ergeben sich mehrere Probleme. Zunächst ist die lichtmodulierende Flüssigkeit bestrebt, sich an dem Ausgangsfenster niederzuschlagen und Tröpfchen darauf auszubilden. Dadurch ergeben sich ungleichförmige optische Eigenschaften, die die Qualität des projizierten Bildes beeinträchtigen. In ähnlicher Weise bildet sich, da die drehbare Scheibe durch den Vorrat einer lichtmodulierenden Flüssigkeit gedreht werden muß, eine Flüssigkeitsschicht auf der dem Ausgangsfenster zugekehrten Fläche der Scheibe neben dem Ausgangsfenster, die infolge der Flieh- oder Schwerkraft nicht gleichförmig ist und somit die Wirkungsweise der Kathodenstrahlröhre beeinträchtigt, sofern die Schicht nicht geglättet und entfernt wird. Ferner verschlechtern innere Lichtreflexionen zwischen der drehbaren Scheibe und dem Ausgangsfenster den Kontrast eines projizierten Bildes. Auch geringfügige Fehler auf der Oberfläche der drehbaren Scheibe und dem Ausgangsfenster, z. B. kleine Kratzer, rufen Lichtbeugungen hervor, die den Kontrast noch weiter verschlechtern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zur Projektion von Fernsehbildern geeignete, als Lichtventil wirkende Kathodenstrahlröhre zu schaffen, bei der der Raum zwischen der drehbaren Scheibe und dem Ausgangsfenster gleichförmigere optische Eigenschaften aufweist, nachteilige Einflüsse infolge eines nicht gleichförmigen Flüssigkeitsüberzugs auf der dem Ausgangsfenster zugekehrten Seite der drehbaren Scheibe und infolge kondensierender Flüssigkeit oder Tröpfchen auf dem Ausgangsfenster beseitigt sind und der Kontrast des projizierten Bildes durch Beseitigung interner Lichtreflexionen und Oberflächenunregelmäßigkeiten verbessert wird.

Diese Aufgabe wird bei einer als Lichtventil wirkenden Kathodenstrahlröhre der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß das Ausgangsfenster in den Vorrat reicht und von der drehbaren Scheibe durch einen so geringen Abstand getrennt ist, daß der Raum zwischen dem Ausgangsfenster und der drehbaren Scheibe durch Kapillarwirkung weitgehend mit der Flüssigkeit gefüllt ist.

Auf diese Weise ergibt sich zwischen der drehbaren Scheibe und dem Ausgangsfenster ein Raum mit gleichförmigen optischen Eigenschaften, so daß Schwierigkeiten infolge Reflexion und Beugung weitgehend beseitigt sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der zur Erzielung der gewünschten Kapillarwirkung notwendigerweise geringe Abstand durch Vorsprünge auf dem Ausgangsfenster erzielt, die auf den gewünschten Kapillarabstand geschliffen sind, wobei die drehbare Scheibe an den Vorsprüngen anliegt und so den gewünschten Abstand zum Ausgangsfenster einhält.

Vorzugsweise sind die Vorsprünge aus gefritteten Glaströpfchen hergestellt, die auf den gewünschten Kapillarabstand geschliffen sind.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch eine als Lichtventil wirkende Kathodenstrahlröhre in schematischer Darstellung,

F i g. 2 eine Vorderansicht der in Fig. 1 dargestellten

Kathodenstrahlröhre, wobei einige Teile herausgebrochen sind, und

Fig.3 eine bevorzugte Ausführungsform des Ausgangsfensters, das in der als Lichtventil wirkenden Kathodenstrahlröhrenach Fig. 1 verwendet wird.

Die in Fig. 1 dargestellte, als Lichtventil wirkende Kathodenstrahlröhre 1 wird zur Projektion eines Fernsehbildes auf einen nicht gezeigten Bildschirm zwischen einer Lichtquelle und dem Bildschirm angeordnet. In einem evakuierten Gehäuse 2 der Kathodenstrahlröhr 1 ist eine drehbare, durchsichtige Scheibe 3 angeordnet, auf deren Oberfläche ein durchsichtiger, leitender Überzug 4 aufgebracht ist.

Die drehbare Scheibe ist mit einem zentral angeordneten Lager 5 versehen. In dem Lager 5 sitzt eine Achse 6, um die sich die Scheibe 3 in ihrer eigenen Ebene um ihren Mittelpunkt durch einen Vorrat 7 einer lichtmodulierenden Flüssigkeit drehen kann.

Die Achse 6 wird von einer weitgehend ebenen Blende 8 gehalten, in deren Mitte sich eine Öffnung 9 befindet. Die Blende 8 ist durch irgendein geeignetes Mittel (nicht gezeigt) an dem Gehäuse 2 befestigt.

Die Scheibe 3 wird von einem Antrieb 10 gedreht, der sich in einem Vorsprung 11 des Gehäuses 2 befindet. Auf einer Welle 12 des Antriebs 10 sitzt ein Treibrad 12', das am Umfang der drehbaren Scheibe 3 angreift, wie in F i g. 2 deutlicher gezeigt ist.

Durch das Drehen der Scheibe 3 durch den Vorrat 7 bildet sich eine sich ständig erneuernde Schicht einer lichtmodulierenden Flüssigkeit 13 auf dem leitenden Überzug 4.

In einem abgesetzten Teil 15 des Gehäuses 2 ist ein Elektronenstrahlerzeuger 14 angeordnet. Der Elektronenstrahlerzeuger 14 enthält eine Kathode 16 in Verbindung mit einer Elektronenlinse, bestehend aus einer ersten Elektrode 17 und einer zweiten Elektrode 18. Der Elektronenstrahlerzeuger 14 erzeugt einen Elektronenstrahl 19, der durch die Öffnung 9 in der Blende 8 auf die Schicht aus lichtmodulierender Flüssigkeit 13 trifft, um elektrische Ladungen darauf aufzubringen. Die auf diese Weise aufgebrachten Ladungen werden von der leitenden Schicht 4 angezogen und rufen Deformationen 20 in der Schicht aus lichtmodulierende Flüssigkeit hervor. Der Elektronenstrahl wird mit Hilfe einer elektrostatischen Fokussier- und Ablenkvorrichtung (nicht gezeigt) über die Schicht aus modulierender Flüssigkeit 13 ausgelenkt und dabei so gesteuert, daß die lichtmoduiierende Flüssigkeit deformiert wird, um ein Beugungsgitter darauf auszubilden.

Gemäß einer Ausführung der Erfindung ist das Gehäuse 2 mit einem weitgehend kreisförmigen Ausgangsfenster 21 versehen. Auch das Ausgangsfenster 21 reicht in den Vorrat lichtmodulierender Flüssigkeit 7. Das Ausgangsfenster 21 ist im Abstand a und weitgehend parallel zur Oberfläche der drehbaren Scheibe 3 angeordnet, so daß der Raum zwischen diesen Teilen durch eine Kapillarwirkung mit lichtmodulierender Flüssigkeit gefüllt wird. Wie in F i g. 3 gezeigt ist, ist das kreis- oder scheibenförmige Ausgangsfenster mit ^₀ einem leicht abgestumpften Teil 2V versehen, um eine störende Beeinflussung durch den Antrieb 10 zu verhindern.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird der gewünschte Abstand zwischen dem Ausgangsfenster 21 und der drehbaren Scheibe 3 mittels mehrerer Vorsprünge 22 am Ausgangsfenster 21 eingehalten, wie es in Fig. 3 deutlicher gezeigt ist.

Die drehbare Scheibe 3 wird gegen die Vorsprünge 22 mit Hilfe geeigneter Mittel, z. B. der Federn 23, die die Achse 6 umgeben, gedrückt. Dadurch rotiert die Scheibe 3 in dem gewünschten Abstand zum Ausgangsfenster 21. Die Vorsprünge 22 sindso angeordnet, daß sie nicht störend auf die Fläche der sich drehenden Scheibe 3 einwirken, auf die der Elektronenstrahl trifft.

Die Vorsprünge 22 können vorzugsweise aus gefritteten Glaströpfchen hergestellt sein, die so geschliffen sind, daß sich der gewünschte Abstand zwischen dem Ausgangsfenster 21 und der drehbaren Scheibe 3 ergibt.

Bei Verwendung der in Fig. 1 gezeigten Kathodenstrahlröhre zur Projektion eines Fernsehbildes wird eine (nicht gezeigte) Lichtquelle hinter dem Elektronenstrahlerzeuger 14 angeordnet. Die Lichtstrahlen der Lichtquelle werden von einem Linsenraster 24 auf der Rückwand des Gehäuses 2 auf das durch die Deformationen gebildete Beugungsgitter 20 gerichtet. Der Linsenraster 24 dient zur Verbesserung der optischen Eigenschaften des Systems.

Durch Modulation des Elektronenstrahls 19 durch Anlegen entsprechender Spannungen an die elektrostatische Fokussier- und Ablenkvorrichtung wird das durch die Deformationen 20 in der Schicht aus lichtmodulierender Flüssigkeit 13 gebildete Beugungsgitter gesteuert. Auf diese Weise wird das durch die durchsichtige, drehbare Scheibe 3 und das Ausgangsfenster 21 dringende Licht gesteuert und projiziert in Verbindung mit außen angeordneten Linsen einer Schlierenoptik das Abbild der den Elektronenstrahl modulierenden Nachricht auf einen Bildschirm.

Die Nachteile ungleichförmiger optischer Eigenschaften in dem Raum zwischen der drehbaren Scheibe 3 und dem Ausgangsfenster 21 werden dadurch beseitigt, daß zwischen der drehbaren Scheibe 3 und dem Ausgangsfenster 21 ein Kapillarabstand eingehalten wird, der bewirkt, daß sich der fragliche Raum mit der lichtmodulierenden Flüssigkeit füllt, wodurch sich gleichförmige optische Eigenschaften ergeben.

Es sei darauf hingewiesen, daß, da die drehbare Scheibe 3 beispielsweise mit ungefähr drei Umdrehungen pro Stunde gedreht wird, die Relativbewegung zwischen der Scheibe 3 und dem Ausgangsfenster bestrebt ist, den Zwischenraum auch dann mit lichtmodulierender Flüssigkeit zu füllen, wenn keine Kapillarwirkung vorhanden ist. Da es jedoch wünschenswert ist, den Raum zwischen Ausgangsfenster 21 und der rotierenden Scheibe 3 auch dann mit lichtmodulierender Flüssigkeit zu füllen, wenn sich die Scheibe 3 nicht dreht, muß der Kapillarabstand a so bemessen sein, daß die lichtmodulierende Flüssigkeit allein auf Grund der Kapillarwirkung um die Strecke b angehoben wird, um die nötige Füllung zu ergeben. Wenn jedoch entsprechend dem jeweiligen Anwendungsfall eine Zeitverzögerung zwischen Rotationsbeginn der Scheibe und dem Erreichen des gewünschten Flüssigkeitsabstandes im Zwischenraum zulässig ist, dann kann die Drehung der Scheibe 3 zur Unterstützung der Kapillarwirkung herangezogen werden. Beide Wirkungen tragen dann zur Anhebung der Flüssigkeit bis zur notwendigen Höhe b bei. Der hier verwendete Ausdruck Kapillarabstand bezieht sich also auf den Abstand a, der eingehalten werden muß, um die gewünschte Höhe b sowohl bei Drehung als auch im Stillstand der Scheibe 3 zu erzielen.

Der bis zur vollständigen Füllung des Zwischenraumes durch Kapillarwirkung einzuhaltende Abstand a im

Stillstand der Scheibe 3 kann nach folgender Formel berechnet werden, die für zwei ebene Teile gilt, deren Abstand a sehr viel kleiner als ihre Breite ist, was bei der erfindungsgemäßen Kathodenstrahlröhre der Fall ist:

α =

s (2 cos Θ) dgb

Dabeiist

b der gewünschte ölhub,
s die Oberflächenspannung der Flüssigkeit, d die Dichte der Flüssigkeit,

g die Erdbeschleunigung und
Θ der Winkel, unter dem die gebogene Flüssigkeitsoberfläche das Ausgangsfenster oder die drehbare Scheibe schneidet.

Bei einer mit Erfolg erprobten Ausführung der Erfindung, bei der als lichtmodulierende Flüssigkeit ein Polybenzyltoluol mit einer Viskosität von 1000 Zentistokes und einer Dichte von 1,1 Gramm pro ecm bei einer Betriebstemperatur von ungefähr 50⁰C verwendet wurde, ergab sich eine Höhe b von 75 mm, bei der der Zwischenraum völlig gefüllt war, die Scheibe 3 stillstand und ein Abstand a von 0,0075 mm eingestellt war.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Als Lichtventil wirkende Kathodenstrahlröhre mit einem ein lichtdurchlässiges Ausgangsfenster aufweisenden evakuierten Gefäß, mit einer im Gefäß vor dem Ausgangsfenster angeordneten drehbaren lichtdurchlässigen Scheibe, die derart durch einen Vorrat einer Flüssigkeit drehbar angeordnet ist, daß sich beim Drehen eine Schicht der Flüssigkeit auf der vom Fenster abgewandten Seite der Scheibe ergibt, und mit einem Elektronenstrahlerzeuger, dessen Strahl auf die Schicht gerichtet ist und auf der Schicht ein optisches Beugungsgitter auszubilden vermag, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsfenster

(21) in den Vorrat (7) reicht und von der drehbaren Scheibe (3) durch einen so geringen Abstand (a) getrennt ist, daß der Raum zwischen dem Ausgangsfenster und der drehbaren Scheibe durch Kapillarwirkung weitgehend mit der Flüssigkeit gefüllt ist.

2. Als Lichtventil wirkende Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsfenster (21) mit mehreren Vorsprüngen

(22) versehen ist, die den Kapillarabstand (a) bestimmen, und daß die Scheibe (3) beim Drehen die Vorsprünge berührt.

3. Als Lichtventil wirkende Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (22) aus gefritteten Glaströpfchen hergestellt sind, die auf den gewünschten Kapillarabstand geschliffen sind.

4. Als Lichtventil wirkende Kathodenstrahlröhre nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsfenster (21) weitgehend kreisförmig ist.