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"Vorrichtung mit einer Nathodenstrahlröhre, welche Vorrichtung mit
einer Vierpollinse zur Ablenkverstärkung v@rs@hen ist, und Kathoden@trahlröhre zur
Anwendung in einer derartigen Vorrichtung".
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- - - - -Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung lit einer
Kathodenstrahlröhre, in der ein Elektronenstrahl der von einem mindestens eine Kathode,
ein erstes Gitter und ein letztea als Beschleunigungselektrode wirkendes Gitter
enthaltenden Strahlerzeugungssystem erzeugt wird, mit Hilfe einer Fokussierungslinse
nahezu auf eine Auftreffplatte fokussiert wird, welche Vorrichtung mit eine@ Ablenkmittel
zur Ablenkung des Elektronenstrahls in einer
ersten Richtung mit
einem Ablenkmittel zur Ablenkung des Elektronenstrahls in einer zweiten zu der erwäm.ten
ersten Richtung nahezu senkr@chten Richtung und mit einer Vierpollinse zur Ablenkverstärkung
versehen ist.
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Eine derartige Vorrichtung kann z.5. zur Wiedergabe von Fernsehsignalen
oder zur Wiedergabe von Signalen in einem Oszillographen verwendet werden. lurch
das iorhandensein der Vierpollinse zur Ablenkverstärkung benötigt eine derartige
Vorrichtung nur eine verhältnismässig geringe Ablenkenergie zum Erhalten einer befriedigenden
Ablenkung des Elextronenstrahls. Mit Hilfe einer derartigen Vierpollinse können
in einem Oszillogra@hen sehr kleine Signale vorzüglich wiedergegeben werden. Die
Vierpollinse wirkt jedoch als eine astigmatische Linse. In einer Ablenkrichtung
hat sie eine konvergierende und in der anderen Ablenkrichtung eine divergierende
Wirkung.
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Daher sind in einer Vorrichtung mit einer Vierpollinse besondere Massnahmen
erfor@erlich, damit der Elektronenstrahl ür die beiden Ablenkrichtungen nahezu auf
die Äuftreffplatte fokussiert ist.
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In einer bekannten Vorrichtung iit einer magnetischen Vierpollinse
zur Ablenkv@rstärkung wird dies dadurch erzielt, dass ein drehsymmetrisches Strahlerzeugungssystem
einen Elektronenstrahl erzeugt, der mit Hilfe einer nicht drehaymmetrischen und
mindestens eine Vierpollinse enthaltenden Fokussierungslinse fokussiert
ist.
Diese Vorrichtung hat verschiedene Nachteile. Durch das Vorhandensein einer oder
mehrerer Vierpollinsen der Fokussierungslinse muss die @atnodenstrahlröhre der Vorrichtung
eine ver@ältnismässig grosse Län@e haben. Die Kombination des drehsynmetrischen
Strahlerzeugungssystems mit der nicht drehsymmetrischen Fokussierungslinse er.ibt
eine verhältnismässig niedrige Strahlgüte, d.h., dass die Abmessungen des Strahls
in der Ablenkebene und auf der Au@tre@fplatte nicht jeweils klein sein können.
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Die @rfindung bezweckt, eine Vorrichtung zu schaffen, die diesen
Nachteilen entgegenkommt.
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In einer Vorrichtung mit einer Kathodenstrahlröhre, in der ein @lektronenstrahl,
der von einem mindestens eine Kathode, ein erstes Gitter und ein letztes als eschleunigungs@lektrode
wirkendes Gitter enthaltenden Strahlerzeugungssystem erzeugt wird, mit Hilfe einer
Fokussierungslinie nahezu auf eine Auftreffplatte fokussiert wird, welche Vorrichtung
nit einem @hlen@mittel zur Ablenkung des Elektronen strahls in einer ersten richtung,
nit einem ablenkmittel zur Ablenkung des nlektronenstrahlq in einer zweiten zu der
ersten @ichtung nahezu senkrechten Nichtung und mit einer Vierpollinse zur Ablenkverstärkung
versehen ist, hat das erste Gitter nach der rrfindung zum ausgleich der astigmatischen
Wirkung der Vierpollinse eine nicht drehsymmetrische Oeffnung, deren kurze @chse
zu einer der erwähnten Ablenk-
richtungen und deren lange Achse
zu der anderen Ablenkrichtung parallel ist und die in bezug auf diese Achse; symmetrisch
ist.
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Durch die nicht drehsymmetrische Oeffnung im ersten Gitter werden
in dem Strahlerzeugungssystem Strahl schnittiinien von ieilstrahlen erhalten. Es
kann sogar erzielt werden, dass nur eine einzige Strahlschnittlinie in dem Strahlerzeugungssystem
gebildet wird. Von der Fokussierungslinse her gesehen, rühren die Elektronen/scheinbar
von zwei Linien her, die als virtuelle Strahlschnittlinien bezeichnet werden. Die
Bemessung des Strahlerzeugungssystems und die der Vierpollinse sind einander derart
angepasst, dass die beiden virtuellen Strahlschnittlinien auf der Auftreffplatte
abgebildet werden. Zum Brhalten eines runden suitrefffleckens auf der Auftreffplatte
muss die Anpassung derart sein, dass die beiden virtuellen Strahlschnittlinien mit
einer ihrer Länge umgekehrt proportionalen Vergrösserung auf der Auftreffplatte
abgebildet werden. Durch- das Auftreten von Strahlschnittlinien ist die durch die
Raumladung herbeigeführte Strahlquerschnittsvergrösserung in dem Strahlerzeurungssystem
geringer als in einem drehsymmetrischen Stralilerzeugungssystem, in dem ein einziger
puiiktförmiger Strahlknoten von Teilstrahlen gebildet wird, und lasst sich ein Strahl
hoher Güte erhalten. Weiterhin kann die Kathoden strahlröhre eine geringe Lange
haben, weil eine kurze, gegebenenfalls drehsymmetrische, Fokussierungslinse ge-
nügend
ist.
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Die Fokussierungslinse ist vorzugsweise eine drehsymmetrische Fokussierungslinse.
Eine solche Linse lässt sich einfacher herstellen rd leichter zentrieren als eine
nicht drehsymmetrische i?okussierungslinse.
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Für die Oeffnung im ersten Gitter können verschiedene geometrische
Formen mit zwei orthogonalen Symmetrioachsen gewählt werden. Diese Oeffnung kann
elliptisch seine Eine elliptische Oeffnung kann auf einfache Weise, z.B. lurch Stanzen,
im Gitter angebracht werden.
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Für eckige Oeffnungen sind meistens verwickeltere Techniken, wie Funkenzerspannung,
erforderlich.
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In der einfachsten Forn ist d£s Strahlerzeugungssystem ein "Triodenstrahlerzeugungssystem",
das aus der kathode, dem ersten Gitter und dem letzten Gitter Lesteht. Die virtuellen
Strahlschnittlinien entsprechen dabei zwei gesonderten Strahlschnittlinien in dem
Triodenstrahlerzeugungasystecs, und zwar einer in der durch die Achse des Elektronenstranls
und durch die kurze achse der Oeffnung im ersten ritter gehenden ebene und einer
in der durch die Achse des Elektronenstrahls und durch die lange Achse der Oeffnung
im ersten Gitter gehenden Ebene.
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Es sei noch be@erkt, dass ein Triodenstrahlerzeugungssystem, das
aus einer Nat@ode, einem ersten Gitter mit einer nicht drehsymmetrischen Oeffnung
und einen letzten als Beschleunigungsele@trode wirkenden Gitter
besteht,
an sich bekannt ist. Dieser Triodenstrahlerzeugungssysten wird zum rhalten eines
Elektro@enstra@@s it einem nicht drehsymmetrischen @uerschnitt verwendet.
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Vorzugsweise enthält das Strahlerzeugungssystem zwischen der ersten
t;itter und deL letzten Gitter mindestens ein zweites Gitter. Ein derartiges Strahlerzeugungssystem
schafft eine brossere Freiheit in der Wahl er Lagerung der virtuellen Strahlschnittlinien
als ein @rio@enstrahlerzeugungssystem beim...ufbau einer Vorrichtung gemäss der
Erfindung, Die Reihenordnung der virtuellen @trahlsc@nittlinien kann sogar der @ei
dem Triodenstrahlerzeugungssystem entgegengesetzt sein. Die Oeffnung im zweiten
Gitter Kann verschiedene veonetrische Formen aufweisen. Diess @effnung ist vorzugsweise
drensymmetrisch, so dass das zweite Gitter sich leicht herstellen und zentrieren
lässt. Das Strahlerzeugungssystem kann ein "Tetrodenstrahlerzeugungssystem" sein,
das aus der Kathode, dem ersten Gitter, der erwännten zweiten Gitter und dem erwähnten
letzten Gitter bestsht. Die sphärische Abberration kann bei passender Rahl der Geometrie
und des Potentials des zweiten Gitters in dem Tetrodenstrahlsrzeugungssystem geringer
als in dem Triodenstrahlerzeugungssy:3tem behalten werden. Ausserdem kann die Geometrie
der Oeffnung im ersten -itter sogar derart gewählt werden, dans in dem Strahlerzeugungssystem
keine Strahlschnitt linie durch Elektronen in zu der durch die Ach@e des
Ele@tronenstrahls
und durch die lange Achse der Oeffnung im ersten Gitter gehenden @bene parallelen
Ebenen gebili@t wird, was mit Rücksicht auf die durch die Raumladung herheigeführte
Strahlquerschnittsvergrösserung in dem Strahlerzeugungssystem günstig@s@.
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Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Kathodenstrahlröhre
zur Anwendung in einer Vor@@chtung der obenbeschriebenen Art. In der Vorrichtung
können die Fokussierungslinse. je Ablenkmittel und die Vierpollinse aus elektrostatischen
undjoder magnetischen Mitteln aufgebaut sein. In einer günstigen Ausführungsform
haben diese Mittel alle eine elektrostatische Wirkung und die Erfindung bezieht
sich insbesondere auf @ine @athodenstrahlröhre zur anwendung in einer derart aus«el;ildeten
Vorrichtung. Diese Natnodenstrahlrönre enthält in einer evakuierten Umhüllung zwischen
dem Strahlerzeugungssystem ung der Auftreffplatte nacheinander drehsymmetrische
Fokussierungs
elektroden, mindestens ein / Ablenkplattenpaar zur elestrostatischen Ablenkung des
Elektronenstrahls und Elektroden zur Bildung eines elektrostatischen Vierpollinsenfeldes
zum Verstärken der erwähnten Ablenkung. In dieser Nathodenstrahlröhre können das
Strahlerzeugungssystem, die Fokussierungslinie, die Ablenkmittel und die Vierpollinse
leicht als ein Gebilde angebracht werden.
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Die Erfindung wird nachstehend an lland der beiliegenden Zeichnung
naher erläutert. E zeigen:
Fig. 1 eine Ausführungsform einer Kathodenstrahlröhre
nach der Erfindung mit einem Triodenstrahlerzeugungssystem; Fig. 2 einen Teil einer
Kathodenstrahlröhre nach der erfindung mit einem Tetrodenstrahlerzeugungssystem;
Fig. 3 im Schnitt das Strahlerzeugungssystem und die Fokussierungslinse der Röhre
nach Yig. li Fig. 4 im Schnitt das Strahlerzeugungssystem und die Fokussierungslinse
der Röhre nach Fig. 2; Fi. 5 teilweise einen Schnitt längs der Linie V-V der Fig.
4; Fig. b scilsmatisch das Verhalten des Elektronenstrahls in einer Kathodenstrahlröhre
nach ilig. 1, wobei die bahn eines abgelenkten Elektronenstrahls dargestellt ist;
Fig. 7 schematisch das Verhalten des Elektronenstrahls in einer. Kathodenstrahlröhre
nach Fig 1, wobei Slektronenbahnen in der
ebene dargestellt sind; Fig. 8 schematisch das Verhalten des Elektronenstrahls.in
einer Kathodenstrahlröhre nach Fig. 1, wobei Elektronenbahnen in der
Ebene dargestellt sind; Fig. 9 schematisch das Verhalten des Elektronenstrahls in
dem Strahlerzeugungssystem nach Fig. 3; Fig. 10 schematisch das Verhalten des Elek-
tronenstrahls
in dem Strahlerzeugungssystem nach Fig.
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@n Fig. 1 bezeichnet 1 den senkrechten schnitt durch die Umhüllung
der hathodenstrahlröhre. Innerhalb der Umhüllung 1 befinden sich das Strahlerzeugungssystem
2, die Foussierungslinse 3, das Ablenkmittel 4 zur sensrechten ablenkung, die Vierpollinse
5 zur Ablenkverstärkung, das ablenkmittel 6 zur waagerechten Ablenkung und die Auftreffplatte
7. Die achse der Röhre ist nit 30 bezeichnet. Das Strahlerzeugungssystem 2 enthält
eine Kathode 11, ein erstes Gitter 12 und ein letzten ritter 13, das durch die Schnauze
der elektrode 14 gebildet wird.
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Die Fokussierungslinae 3 besteht aus einer drehsymnetrischen Elektrode
$14 und den drehsymmetrischen Elektroden 15 und 16. Das ablenkmittel zur senkrechten
Ablenkung enthält die waagerechten ablenkplatten 17 und 18. Der Ablenkverstärker
5 enthält vier hyperbolische Elektroden 19, 20, 21 und 22 zur Bildung eines elektrostatischen
Vierpollinsenfeldes. Das Ablenkmittel 6 zur waagerechte Ablenkung enthält die senkrechten
Ablenkplatten 23 und 24. Die Auftreffplatte 7 wird durch einen Leuchtschirm gebildet,
auf den der Elektronenstrahl aufgefangen wird und die der Röhre zugeführten elektrischen
signale wiedergegeben werden. Die elektrischen @ufuhrleitungen. zu den unterschiedlichen
@lektroden und die Befestigungsmittel der Elektroden sind in der Figar nicht dargestellt.
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@n Fig. 2 bezeichnet 101 einen senkrechten
Schnitt
durch einen Teil der Umhüllurg der Kathodenstrahlröhre. Diese Röhre enthält ein
Strshlerzeugungesystem 102, eine Fokussierungslinse 103 und ein Ablenkmittel 104
zur senkrechten Ablenkung. Ferner enthält die Röhre nach einander eine Vierpollinse,
ein ablenknittel zur waagerechten Ablenkung und eine wuftreftplatte, welche Elemente
den elementen 5, 6 und 7 der Fig. 1 ähr.lich sind und in r1ig. 2 nicht dargestellt
sind. Die Achse der Röhre ist mit 13G hezeichnet. Das Strahler@eugungssystem 102
ist ein Tetrodenstrahlerzeugungssystem und wird durch eine Kathode 111, ein Steuergitter
112, ein zweites Gitter 125 und ein letztes aus der Schnauze einer Elektrode 114
bestehendes ritter 113 gebildet. Die Fokussierungslinse bestent auB der drehsymmetrischen
Elektrode 114 und den drehsymmetrischen Elektroden 115 und 11@. Das Ablenkmittel
104 zur senkrechten Ablenkung enthält die waagerechten ablenkplatten 117 und 116.
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Fig. 3 zeigt einen sen@rechten Schnitt durch das Strahlerzeugungssystem
2 und durch die Fokussierungslinse 3 der Fig. 1. Die Figur zeigt die Oeffnung 28
im ersten Gitter 12 zwischen der elektronenemittierenden Oberfläche 26 der Kathode
11 und der Schnauze 13. Die Oeffnung zO ist elliptisch. Die lange Achse liegt in
der Zeichenebene Fig. 4 zeigt einen senkrechten Schnitt durch das Strahlerzeugungssystem
102 und durch die Fokussierungs-
linse 1@3 der Fig. 2. Der elektronenemittierenden
Oberfläche @26 der @athode gegenüber liegt die elliptische Oeffnung 128 im ersten
Gitter 112. Das zweite Gitter 125 hat eine Oeffnung 12u,. Die Form dieser Oeffnungen
ist im Schnitt der Fig. @ veranschaulicht.
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Fig. 6 zeigt schematisch den Ablenkverstärkungseffekt der Vierpollinse.
Die Fo@ussierungslinse 3, der Ablenkverstär@er 5 und die Auftreffplatte 7 der Rönre
nach Fig. 1 sind in Fig. 6 symbolisch dargestellt.
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Ein Elektronenstrahl 32, das längs der Achse 30 der Rönre in die Fokussierungslinse
3 eintritt, wird am AblenkpunKt D in senkrechter Richtung abgelenkt. bei Abwesenheit
des Ablenkverstärkers 5 würde der Strahl der Bahn 31 folgen.
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Durch das Vorhandensein des Ablenkverstärkers 5 folgt der Strahl der
Bahn 33. Zu diesem Zweck ist an die Platten LO und 22 (siehe Fig. i) eine feste
positive Spannung in bezut- auf das @ündelpotential und an die Platten 19 und 21
(siehe ig. 1) eine gleich grosse negative Spannunet in bezug auf das Strahlpotential
gelegt. Der Ablenkverstärker hat dabei in der senkrechten Richtung eine divergierende
und in der waagerechten Richtung eine konvergierende Wirkung. Der vom Vierpol eingeführte
astigmatische Effekt wird dadurch ausgeglichen, dass durch das Vorhandensein des
nicht drehsymmetrischen Strahlerzeugungssystems und der drehsymmetrischen Fokussierungs
linse ein astigmatischer Strahl in die Vierpollinse ein
tritt.
Dies wird an Hand der Figuren 7, 8 und 9 veranschaulicht in denen die Struktur des
nicht abgelenkten Elektronenstrahls dargestellt ist.
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In Fig. 7 sind die Fokussierung@linse 3, der Ablenkverstärker 5 und
die Auftreffplatte 7 symbolisch dargestellt und liegen die Elektronenbahnen 34 und
35 in der waagerechten Ebene. Die Fokussierungslinse 3 und der Ablenkverstärker
5 sind in der Figur mit dem Zeichen "+" verschen, wodurch symbolisch die konvergierende
Wirkung in der waagerechten Ebene angedeutt wird. Die Elsktronen rühren scheinbar
von der virtuellen Strahlechnittlinie 36 her und werden auf den Schirm 7 fokussiert.
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In Fig. 8 sind die Fokussierungslinse 3, der Ablenkverstärker 5 und
die Auftreffplatte 7 symbolisch dargestellt und liegen die Elektronenbahnen 31 und
38 in der senkrechten Ebene. Der Ablenkverstärker 5 ist in der Figur mit dem Zeichen
"-" verschen, wodurch die divergierende Wirkung des Ablenkverstärkers in der senkrechten
Ebene angedeutet wird. Die Elektronen rühren scheinbar von der virtuellen Strahlschnittlinie
39 her und werden auf die Auftreffplatte 7 fokussiert.
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Der Verlauf der Bahnen 34 und 35 der Fig. 7 und der Bahnen 37 und
38 in dem Strahlerzeugungssystem ist in einer einzigen Ebene in Fig. 9 dargestellt.
Die elektronenemittierende Kathodenoberflache 26 und die Fokussierungslinse 3 sind
in Fig. 9 symbolisch darge-
stellt. Die Elektronen in der waagerechten
Ebene gehen durch ino Strahlschnittlinie 40, der die virtuell Strahlschnittlinie
36 entspricht. Die Elektronen in der senkrechten Ebene gehen durch eine Strahlschnittlinie
41, der die virtuelle Strahlschnittlinie 39 entapricht.
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Fig. 10 ist der Fi. 9 analog und bezi@ht sich auf ein Strahlerzeugungssystem
für eine Kathodenstrahlröhre nach den Figuren 2, 4 und 5. Die elektronenemittierende
Kathodenoberfläche 126 und die Fokussierungslinse 103 sind in Fig. 10 symbolisch
dargestellt. Die Elektronenbahnen 134 und 135 aus der waagerechten Ebene und die
Elektronenbahnen 137 und 138 aus der senkrechten ebene sind in derselben Ebene gezeichnet.
Die Figur veranschaulicht die besonderen Strahleigenschaften, die in einem Tetrodenstrahlerzeugungssystem
@rhslten werden könn@n.
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Die Elektronen in der senkrechten Ebene rühr@n, von der Fokussierungslinse
103 her gesehen, scheinbar von der virtuellen Strahlschnittlinie 139 her. Die Elektronen
in der waagerechten Ebene rühren, von der @okussierungslinse 103 her gesehen, @cheinbar
von der virtuellen Str@hlschnittlinie 136 her. Die R@ihenordnung von 136 und 139
ist der von 36 und 39 der Fig. 3 entgegeng@@@tzt.
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Die Bahnen 134 und 135 kreuzen sich in der Strahlschnittlinie 140,
aber die Bahnen 137 und 138 in der senkrechten Ebene kreuzen sich nicht, so dass
die durch die @au@ladung herbeigeführte Strahlquerschittsvergrö@serung in de@ Strahlerzeugungssystem
gering ist.