DE19742028A1 - Kathodenstrahlröhre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kathodenstrahlröhre der im Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 genannten Art.

Derartige Kathodenstrahlröhren finden insbesondere Einsatz in Monitorröhren und dergleichen zur Erzeugung von Bildern auf einen anodenseitigen Leucht­ schirm. Zur Erzeugung eines flächigen Bildes wird der Elektrodenstrahl in zwei Dimensionen senkrecht zur Strahlrichtung abgelenkt und dabei in der Intensität moduliert. Die Detailauflösung des erzeugten Bildes ist maßgeblich mit bestimmt durch die Abbildungseigenschaften des elektronenoptischen Systems der Röhre. Ein Maß für die Abbildungsqualität ist die Linienbreite eines abgelenkten Strahl oder die Punktgröße bei einer bestimmten Strahlrichtung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Abbildungseigenschaften einer solchen Kathodenstrahlröhre zu verbessern.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Unteransprüche enthal­ ten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.

Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, daß mit zunehmender Strahlin­ tensität (Strahlstrom) sich der Ort der Strahlkreuzung (reeller cross-over) in Strahlrichtung verschiebt und der danach divergierende Strahlabschnitt dann die Randabschnitte der Vorfokussierlinse weniger durchsetzt. Der Elektronenstrahl ist dann bei höherer Strahlintensität nach der Vorfokussierlinse stärker divergierend. Die Verstärkung der Fokussierwirkung (im lichtoptischen Fall einer Verkürzung der Linsenbrennweite entsprechend) wirkt einer solchen stärkeren Strahldiver­ genz entgegen und führt damit zu über einen großen Strahlstrombereich gleich­ mäßigeren Abbildungseigenschaften.

Die Veränderung der Fokussierung der Vorfokussierlinse erfolgt vorteilhafterwei­ se durch Beeinflussung einer oder mehrerer diese Linse beeinflussender elektri­ scher Potentiale von Gitterelektroden. Die Mittel zu Variation solcher Gitterpoten­ tiale über die Ansteuerung zugehöriger Videoverstärker sind dem Fachmann an sich bekannt, so daß die Realisierung der Erfindung unter Rückgriff auf bekannte und bewährte Techniken problemlos möglich ist.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug­ nahme auf die Abbildungen noch eingehend veranschaulicht. Dabei zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Strahlsystems einer Kathodenstrahlröhre

Fig. 2 die Veränderung der Linienbreite für die Variation einer Gitterelektrodenspannung für verschiedene Strahlströme

Fig. 3 den Verlauf der optimalen Gitterelektrodenspannung in Abhängigkeit vom Strahlstrom für das Beispiel nach Fig. 2.

Die Skizze nach Fig. 1 zeigt einen typischen Aufbau eines Strahlsystems mit ei­ ner Trioden-Gitteranordnung mit den Elektroden Kathode K, erstes Gitter G1 ge­ wöhnlich als Gitter 1 bezeichnet, zweites Gitter mit zwei Elektroden G21 (Gitter 2/1) und G22 (Gitter 2/2), Gitter 3 G3 mit Fokusöffnung und Hülse sowie Anode A. Als strichpunktierte Linie eingetragen ist die Strahlachse des nicht abgelenkten Elektronenstrahls.

Als elektronenoptische Elemente werden hauptsächlich unterschieden eine Ka­ thodenlinse KL im Bereich von Kathode K und erstem Gitter G1 eine Vorfokus­ sierlinse VL im Bereich von Gitter 2 mit Elektroden G21, G22 und Fokusöffnung von Gitter G3, sowie eine Hauptlinse HL im Bereich des Oberteils der Hülse von Gitter 3 und Anode A.

Durch die elektronenoptische Wirkung der Kathodenlinse KL werden die aus der Kathode austretenden und in Strahlrichtung beschleunigten Elektroden in einen reellen Strahlschnittpunkt (cross-over) im Bereich der Elektrode G21 des Gitters 2 fokussiert. Der Verlauf des Elektronenstrahls nach dem cross-over ist divergent. Durch die fokussierende Wirkung der Vorfokussierlinse wird der nach dem cross-over stark divergente Strahl wieder gebündelt und durchläuft die Hülse der Elek­ trode G3 mit geringer Divergenz. Die Hauptlinse HL dient zur optimalen Fokussie­ rung des Elektronenstrahls auf den Schirm.

Die genaue Position des reellen cross-overs ist abhängig vom Strahlstrom (Intensität) des Elektronenstrahl s und verschiebt sich aufgrund der Abstoßung der Elektronen untereinander mit zunehmendem Strahlstrom von der Kathode weg in Strahlrichtung. Die Verschiebung des cross-overs bei zunehmenden Strahlstrom hat zur Folge, daß die fokussierende Wirkung der Vorfokussierlinse abnimmt. Damit nimmt bei ansteigendem Strahlstrom die Divergenz des Elektronenstrahls in der Hülse der Elektrode G3 (Fokuszylinder) zu. Dadurch wird wiederum der Querschnitt des Elektronenstrahls in der Hauptlinse vergrößert, was aufgrund der sphärischen Aparationen der Hauptlinse dann bei höheren Strahlströmen einen stärkeren Hof eines abgebildeten Punktes auf dem Bildschirm verursacht.

Wird dagegen die Vorfokussierlinse so dimensioniert, daß eine optimale Abbil­ dungsqualität bei hohem Strahlstrom erreicht wird, so vergrößert sich der abge­ bildete Punkt bei kleinen Strahlströmen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun die Wirkung der Vorfokussierlinse in Abhängigkeit von der Strahlintensität (Strahlstrom) variiert. Als Maß für den Strahlstrom wird dabei vorzugsweise ein der Steuerelektronik der Röhre zuge­ führtes Helligkeitssteuersignal oder ein daraus abgeleitetes Signal herangezogen. Hierdurch kann erreicht werden, daß sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Strahl strömen eine optimale Abbildungsqualität erzielt wird. Die fokussierende Wirkung der Vorfokussierlinse nimmt dabei mit ansteigendem Strahlstrom zu. Zur Realisierung sind nachfolgend mehrere vorteilhafte Alternativen angeführt.

Bei der Erläuterung der verschiedenen Alternativen werden Elektrodenspannun­ gen erwähnt, welche gegen ein gemeinsames Bezugspotential (Masse) gemes­ sen sind, wobei häufig die an Kathode oder Gitter 1 angelegte Spannung auf oder in die Nähe von Masse gelegt wird. Für die aus der Kathode austretenden Elek­ tronen bedeutet eine positive Spannung ein Potentialgefälle und damit ein Be­ schleunigungsfeld. Den verschiedenen Varianten gemeinsam ist, daß die An­ odenspannung als konstant angesehen wird und z. B. bei ca. 30 kV liegt. Die an Gitter 3 anliegende Spannung wird zwar in der Praxis in Abhängigkeit vom Ab­ lenksignal variiert, um die unterschiedlichen Strahlwege bei der Auslenkung in verschiedene Bereiche des Bildschirms bei der Fokussierung der Hauptlinse zu berücksichtigen, wird jedoch bei den nachfolgenden Ausführungen, da für die Unterscheidung nach verschiedenen Strahlströmen unerheblich, gleichfalls als unverändert angesehen, was einer Betrachtung der Abbildung des nicht abge­ lenkten Elektronenstrahls entspricht.

Für die Beeinflussung der Intensität des Elektronenstrahls sind im wesentlichen die Kathodensteuerung, die Gittersteuerung sowie die Kathoden-Gitter1- Gegentaktsteuerung bekannt und gebräuchlich. Bei der hauptsächlich eingesetz­ ten Kathodensteuerung wird die Gitter1-Elektrode G1 auf konstantem Potential gehalten und die an die Kathode angelegte, gegenüber G1 positive Spannung derart variiert, daß ausgehend von einem Anfangswert, bei welchem kein Elektro­ nenstrahl erzeugt wird, die Kathodenspannung für zunehmende Strahlintensität verringert wird, beispielsweise von +100 V auf + 50 V bei an 0 V liegender Gitte­ relektrode G1. Bei der sogenannten Gittersteuerung liegt die Kathode K auf kon­ stantem Potential, beispielsweise 0 V und an die Gitterelektrode G1 ist eine ge­ genüber der Kathode negative Spannung gelegt, die beispielsweise von -100 V nach -50 V (von dunkler Röhre bis maximaler Helligkeit) variiert wird. Bei der Ge­ gentaktsteuerung schließlich werden sowohl die an der Kathode anliegende Spannung als auch die an Gitter 1 anliegende Spannung variiert, wobei die Ver­ änderung gegenläufig in dem Sinne ist, daß die Kathodenspannung verringert wird (z. B. von +50 V nach 0 V) und die Spannung an G1 erhöht wird (z. B. von -50 V nach 0 V) Bei der Gegentaktsteuerung wird, bei gleichem Spannungshub der einzelnen, diese Spannungen erzeugenden Signalverstärker, der Spannungshub zwischen Kathode und Gitter 1 vergrößert und die Strahlstromkennlinie dadurch versteilert.

Eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäß vorgesehenen Veränderung der Fokussierwirkung der Vorfokussierlinse sieht vor, die an der Gitterelektrode G22 anliegende Spannung zu variieren. Durch Variation dieser Spannung in Ab­ hängigkeit von der Strahlintensität (bzw. einer äquivalenten Größe wie Kathoden und/oder Gitter1-Spannung, Helligkeitssteuersignal, usw.) kann die erfindungs­ gemäße Veränderung der Fokussierwirkung der Vorfokussierlinse gesteuert wer­ den. Hierzu wird die an der Gitterelektrode G 22 anliegende, typischerweise ne­ gative Spannung mit zunehmenden Strahlstrom verringert, beispielsweise von -150 V nach -200 V. Die Veränderung der Spannung U22 an der Gitterelektrode G22 verläuft damit in gleicher Richtung (also Verringerung der Spannung mit zu­ nehmenden Strahlstrom) wie die Kathodenspannung und/oder in zur Gitter1- Spannung gegenläufiger Richtung. Es zeigt sich, daß zur wirkungsvollen Steue­ rung der Fokussierwirkung der Vorfokussierlinse bei der Spannung an der Gitte­ relektrode G22 ein Spannungshub ungefähr in der Größenordnung des Span­ nungshubs an Kathode oder Gitter 1 ausreicht.

Die Fig. 2 zeigt schematisch den Verlauf von Linienbreiten WL eines abgebilde­ ten Punktes bzw. einer abgebildeten Linie auf dem Bildschirm in Abhängigkeit von der an der Gitterelektrode G22 angelegten Spannung U22. Die Kurven zeigen Minima, das heißt Orte geringster Linienbreite, zu verschiedenen Spannungs­ werten von U22, wobei die Minima mit zunehmendem Strahlstrom Ik als Parame­ ter sich zu niedrigeren Spannungswerten von U22 verschieben und gleichzeitig stärker ausgeprägt sind.

In Fig. 3 ist als Auswertung einer solchen Kurvenschar nach Fig. 2 die Abhän­ gigkeit der für optimale Abbildungsschärfen zu wählenden Spannung U22 vom Strahlstrom Ik aufgetragen, wobei die Tendenz zu negativeren Spannungswerten für U22 mit zunehmendem Strahlstrom Ik deutlich zum Ausdruck kommt. Wenn, wie im Beispiel nach Fig. 2, die Minima der dort skizzierten Kurven für kleine Strahlströme nicht besonders ausgeprägt sind, kann der Spannunghub des Ver­ laufs nach Fig. 3 in der Art vermindert werden, daß für niedrige Strahlströme nicht die optimalen Spannungswerte für U22 gewählt werden sondern für diese kleinen Strahlströme das Optimum, das heißt bezüglich der Kurven in Fig. 2 das Kurvenminimum, lediglich angenähert wird. Im Spannungsverlauf nach Fig. 3 kann beispielsweise der zu kleinen Strahlströmen hin erfolgende Spannungsan­ stieg auf den durch die gestrichelte Linie angedeuteten Grenzwert beschränkt werden. Ein geringerer Spannungshub ist vorteilhaft für die Dimensionierung des zugehörigen Steuersignalgenerators.

Eine andere vorteilhafte Ausführungsform zur Beeinflussung der Fokussierwirkung der Vorfokussierlinse sieht vor, nicht nur die an der Gitterelektrode G22 anliegen­ de Spannung U22 mit dem Strahlstrom zu variieren, sondern auch die an der Gitterelektrode G21 anliegende Spannung zu verändern. Diese Spannung wird üblicherweise zur Einstellung des sogenannten cut-off-Punktes verwandt, indem bei fest eingestellten Anfangswerten für die Kathodenspannung und/oder die Git­ ter1-Spannung die Spannung an der Elektrode G21 so eingestellt wird, daß gera­ de kein Punkt auf dem Bildschirm abgebildet wird. Die Veränderung der an der Gitterelektrode G21 anliegenden Spannung erfolgt zur Beeinflussung der Fokus­ sierwirkung der Vorfokussierlinse in der Weise, daß mit zunehmenden Strahlstrom die an der Gitterelektrode G21 anliegende Spannung ausgehend von Ihrem cut-off-Einstellungswert erhöht wird. Die Veränderung der an der Gittere­ lektrode G21 anliegenden Spannung erfolgt in dieser Ausführung damit gegen­ läufig zur Veränderung der Spannung an der Gitterelektrode G22 sowie gegen­ läufig zu der Kathodenspannung und/oder gleichlaufend zu der an Gitter G1 an­ liegenden Spannung. Die Spannung an der Gitterelektrode G21 durchläuft für den Helligkeit- Aussteuerbereich der Röhre beispielsweise einen Spannungshub von 750 V bis 800 V. Durch die gleichzeitige Variation der Spannungen an den Gitte­ relektroden G21 und G22 kann der Spannungshub für beide Spannungen verrin­ gert oder bei vergleichbarem Spannungshub der Wirkungsbereich erweitert wer­ den. Die Variation der Spannung an der Gitterelektrode G21 wirkt darüber hinaus auch noch versteilernd auf die Strahlstrom-Kennlinie, indem sie mit zunehmen­ dem Spannungswert stärker beschleunigend auf die emittierten Elektronen wirkt und damit durch den Verlauf Ihrer Veränderung selbst noch einen Beitrag zur Er­ höhung des Strahlstroms liefert.

Für die erfindungsgemäße Variation der an den Gitterelektroden G21 und G22 anliegenden Spannungen ist eine kapazitätsarme Ausführung der Gitteranord­ nung von besonderem Vorteil.

Die Erfindung ist durch die vorstehend angegebenen Zahlenwerte lediglich ver­ anschaulicht, ohne daß die Anwendbarkeit des Erfindungsgedankens auf derarti­ ge Zahlen oder Zahlenbereiche in irgendeiner Weise eingeschränkt sein soll. Die Maßnahmen zur Ausgestaltung der Elektronischen Mittel zur Erzeugung der ein­ zelnen Spannungen sind dem Fachmann allgemein geläufig und daher an dieser Stelle nicht weiter angesprochen. Für die zur Beurteilung der Abbildungsqualität gebrachten Begriffe der Punktgröße oder der Linienbreite gelten die in Fachkrei­ sen bekannten Inhalte zur Definition dieser Begriffe, insbesondere prozentuale Helligkeiten bezüglich der Punktmitte.

Claims (7)

1. Kathodenstrahlröhre mit mehreren Gitterelektroden, welche über zwischen die­ sen bestehenden Potentialdifferenzen mindestens eine Hauptfokussierlinse und mindestens eine Vorfokussierlinse für den Elektronenstrahl bilden, und bei wel­ cher die Strahlintensität des Elektronenstrahls veränderbar ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Fokussierwirkung der Vorfokussierlinse in Abhängigkeit von der Steuerung der Strahlintensität variiert ist.

2. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit zu­ nehmender Intensität des Elektronenstrahls die Fokussierwirkung der Vorfokus­ sierlinse verstärkt wird.

3. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Gitterelektroden in Strahlrichtung nach dem ersten Gitter aufeinan­ derfolgend zwei getrennte Elektroden (G21, G22) eines zweiten Gitters umfassen und die Vorfokussierlinse im wesentlichen durch die Potentialdifferenz zwischen diesen beiden Elektroden bestimmt ist

4. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ver­ änderung der Fokussierwirkung das Potential einer der beiden Elektroden des zweiten Gitters variierbar ist.

5. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ver­ änderung der Fokussierwirkung die Potentiale beider Elektroden des 2. Gitters variierbar sind.

6. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß mit zunehmender Strahlintensität das Potential der kathodennäheren (G21) der beiden Elektroden des zweiten Gitters erhöht wird.

7. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß mit zunehmender Strahlintensität das Potential der kathodenferneren (G22) der beiden Elektroden des zweiten Gitters abgesenkt wird.