DE2225172C3 - Ablenkspulensystem, insbesondere für eine Bildaufnahmeröhre und Fernsehkamera mit einem solchen Ablenkspulensystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Ablenkspulensystem zum Ablenken eines Strahls geladener Teilchen, insbesondere eines Elektronenstrahls in einer Bildaufnahmeröhre, mit einem ersten Spulenpaar zuxAblenkung des Strahls in einer ersten, senkrecht zur Fortbewegungsriehtung der Teilchen stehenden Richtung, und einem zweiten Spulenpaar zur Ablenkung des Strahls in einer zweiten, senkrecht zur Fortbewegungsrichtung und senkrecht zur ersten Richtung stehenden zweiten Richtung sowie eine Fernsehkamera mit einem solchen Ablenksystem.

Die heutzutage allgemein angewendeten Spulensysteme zum Fokussieren und Ablenken des Elektronenstrahls in Elektronenstrahlröhren enthalten eine Fokussierspule zum Erregen eines im wesentlichen parallel zur Röhrenachse verlaufenden konstanten Magnetfelds, das zum Fokussieren des Elektronenstrahls dient, und zwei Spulenpaare zum Erregen von veränderlichen und, wie eingangs erwähnt wurde, senkrecht zueinander verlaufenden Magnetfeldern zur Ablenkung des Elektronenstrahls.

Für Bildaufnahmeröhren sind außerdem im allgemeinen noch vier Richtspulen erforderlich, mit denen der aus dem Elektronenstrahlerzeugungssystem heraustretende Strahl parallel zur Röhrenachse gerichtet wird. Das gesamte Spulensystem ist recht kompliziert, umfangreich und mithin kostspielig. Insbesondere die Anwendung in Farbfernsehkameras, in denen für jede der drei Grundfarben eine gesonderte Bildaufnahmeröhre angewendet wird, erfordert eine hohe Reproduzierbarkeit der Spulensysteme, da die drei Bilder kongruent gemacht werden müssen. In der Praxis führt diese Anforderung zu Ausschuß bei der Herstellung, was wiederum eine kostenerhöhende Auswirkung hat.

Die Erfindung bezweckt, ein Ablenkspulensystem zu schaffen, dessen Konstruktion so einfach ist, daß es leicht mit großer Reproduzierbarkeit herzustellen ist, während es außerdem die Verwendung einer gesonderten Fokussierspule und der Richtspule überflüssig macht. Hierzu hat die Erfindung das Kennzeichen, daß wenigstens eines der erwähnten Spulenpaare aus zwei koaxialen, zylinderförmigen Spulen besteht, die jeweils aus einem Leiter bestehen, der schraubenlinienförmig gewickelt ist, derart, daß die zentrale Normale jeder Windungsebene einen spitzen Winket zur Zylinderachse bildet, wobei alle zentralen Normalen einer Spule in einer Ebene und an einer Seite der Zylinderachse liegen, während die zentralen Normalen der zweiten Spule in derselben Ebene und an der anderen Seite der Zylinderachse liegen. Die Windungsebene ist die Ebene, in der eine Windung (dies ist ein Teil des Leiters, der genau einmal um den Zylinder herum verläuft) liegt, wenn man die beiden Enden der Windung abschneidet und in gleichen Abständen zueinander hinschiebt, bis sie jeweils auf derselben Längsachse liegen. Die zentrale Normale einer derartigen Windungsebene ist die vom Schnittpunkt der Windungsebene mit der Zylinderachse aus in Richtung des vorderen Endes der Spule verlaufende Senkrechte auf der Windungsebene. Welches Ende der Spule das vordere ist, kann beliebig gewählt werden, mit der Einschränkung, daß es für beide zu einem Paar gehörige Spulen dasselbe sein soll. Die erwähnten Vorteile der Konstruktion entsprechend der Erfindung zeigen sich am deutlichsten, wenn die Anordnung des zweiten Spulenpaars die gleiche ist wie die des ersten Spulenpaars, wobei die Achsen der beiden Spulenpaare zusammenfallen und wobei die Ebene, in der die zentralen Normalen des zweiten Spulenpaars liegen, senkrecht zu der Ebene steht, in der die zentralen Normalen des ersten Spulenpaars liegen. Man kann dann in einer Fernsehkamera vorteilhaft ein inneres Spulenpaar anwenden, das mit einem Generator für

bildfrequeme Ablenkströme verbunden ist, und ein äußeres Spglenpaar, das mit einem Generator für zeilenfrequente Ablenkströme verbunden ist. Durch eine Verbindung der vier Spulen außer mit den Schaltungen für die Ablenkströme auch mit einer Schaltung zum Erzeugen eines Gleichstroms, können die Spulen außerdem sowohl zur Ablenkung als auch zum Fokussieren des Elektronenstrahls benutzt werden.

Die Erfindung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert Es zeigt;

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Bildaufnahmeröhre mit einem heute üblichen Spulensystem,

F i g. 2 gleichfalls eine schematische Darstellung der gleichen Bildaufnahmeröhre mit einem Ablenkspulensystern entsprechend der Erfindung,

F i g. 3,4 und 5 den Aufbau eines erfindungsgemäßen Spulensystems,

Fig.6 ein Prinzipschema einer Schaltung für die Zufuhr der erforderlichen Ströme zu einem erfindungsgemäßen Spulenpaar und

Fig.7 die mit Hilfe der Schaltung nach Fig.6 in diesem Spulenpaar erregten Magnetfelder.

Die in Fi g. 1 dargestellte Bildaufnahmc-röhre 1 enthält ein Elektronenstrahlerzeugungssystem 3 zum Erzeugen eines Elektronenstrahls 5, der durch eine Blendenöffnung 7 nach außen treten kann. Die von einer zylinderförmigen Anode 9 beeinflußten Elektronen gelangen über ein feinmaschiges Gitter 11 auf eine Auftreffplatte 13 aus photoleitendem Material, die an jo ihrer vom Elektronenstrahlerzeugungssystem 3 abgekehrten Seite mit einer durchsichtigen Elektrode 15 versehen ist. Mittels eines Linsensystems 17 wird auf die Auftreffplatte 13 eine Abbildung eines Objekts 19 projiziert Diese Abbildung wird vom Elektronenstrahl 5 abgetastet, wodurch das Bild auf allgemein bekannte Weise in ein elektrisches Signal umgewandelt werden kann.

Zum Abtasten der Auftreffplatte 13 durch den Elektronenstrahl 5 ist ein Ablenkspulensystem 21 vorhanden, das normalerweise aus zwei Paar flachen, nach dem Wickeln wenigstens teilweise in die Form einer Zylinderoberfläche gebogenen Spulen besteht. Zum Fokussieren des Elektronenstrahls ist eine Fokussierspule 23 vorhanden, die üblicherweise aus einem schraubenlinienförmig um eine Zylinderoberfläche gewickelten Leiter besteht. Vier Richtspulen 25 sollen dafür sorgen, daß Abweichungen zwischen der Richtung des Elektronenstrahls und der Röhrenachse korrigiert werden. Derartige Abweichungen entstehen % beispielsweise dadurch, daß das Elektronenstrahlerzeugungssystem nicht völlig gerade in der Röhre montiert ist.

Die in V i g. 2 dargestellte Bildaufnahmeröhre ist völlig gleich derjenigen nach Fi g. 1. Das Spulensystem 21, 23, 25 ist hier jedoch durch ein aus vier koaxialen, zylinderförmigen Spulen bestehendes Ablenkspulensystem 27 ersetzt worden. Jede dieser Spulen wird durch einen Leiter gebildet, der entsprechend einer in F i g. 3 dargestellten Schraubenlinie gewickelt ist. _M

Der Deutlichkeit halber sind die hinter der Zeichenebene liegenden Teile des Leiters 29 in F i g. 3 gestrichelt wiedergegeben. Eine Windung der Schraubenlinie besteht aus einem Teil des Leiters 29, der in einem beliebigen Punkt 31 anfangend, einmal um die _h-, Zylinderachse 33 herum verläuft und in einem Punkt 35 aufhört. Die Ebene, in der der betreffende Leiterteil lieeen wird, wenn der Leiter 29 in den Punkten 31 und 35 durchgeschnitten wird, und wenn die beiden Enden der Windung in der Richtung der bei den Punkten 31 und 35 gezeichneten Pfeile über gleiche Abstände zueinander hinbewegt werden, bis die Enden der Windung jeweils auf derselben Längenachse liegen, so daß die Punkte 31 und 35 im Punkt 37 zusammenfallen, ist die Windungsebene 39, die in Fig.3 durch ihre Schnittlinie mit der Zeichenebene angegeben ist Die Windungsebene 39 schneidet die Zylinderachse 33 in einem Punkt 41. Die von diesem Schnittpunkt 41 aus in Richtung des vorderen Endes — d. h. in F i g. 3 nach rechts — verlaufende Senkrechte auf der Windungsebene 39 ist die zentrale Normale 43 der Windungsebene. Diese bildet mit der Zylinderachse 33 einen Winkel α. Bei den üblichen schraubenlinienförmig gewickelten Spulen, wie der Fokussierspule 23, beträgt dieser Winkel 0°. Bei den Spulen entsprechend der Erfindung ist λ jedoch ein spitzer Winkel.

Die in der beschriebenen Windung bei Stromdurchgang durch den Leiter 29 erregte magnetische Feldstärke Hist nahezu parallel zur zentralen Normalen 43 gerichtet. Die Feldstärke W kann ir iwei Komponenten zerlegt werden. Eine, Hi verläuft parallel zur Zylinderachse 33 und kann zum Fokussieren eines in axialer Richtung durch die Spule gehenden Elektronenstrahls dienen. Die andere Komponente Hd ist senkrecht zur Zylinderachse 33 gerichtet und sie erteilt dem Elektronenstrahl eine senkrecht zur Zeichenebene gerichtete Ablenkung.

In der Praxis ist es erforderlich, daß die axiale Komponente Hi nahezu konstant bleibt, während sich die radiale Komponente Hd zwischen einem maximalen positiven und einem aximalen negativen Wert ändert Dies kann man dadurch erreichen, daß zur Ablenkung in einer Richtung zwei koaxiale, zylinderförmige Spulen 45 und 47 verwendet werden. In Fig.4 ist ein derartiges System dargestellt, wobei die innere Spule 45 der Deutlichkeit halber gestrichelt dargestellt ist. Die zentralen Normalen 43 der inneren Spule 45, von denen nur eine dargestellt ist, liegen alle in der Zeichen^bene und an einer Seite (in Fig.4 der oberen Seite) der Zylinderachse (33). Die zentralen Normalen 44 der äußeren Spule 47 liegen gleichfalls in der Zeichenebene, jedoch an der anderen Seite der Zylinderachse 33.

Mit Hilfe der in Fig.6 im Prinzip dtrgestellten Schaltung ist es möglich, die erwünschten Magnetfelder im Spulenpaar 45, 47 zu erregen. Die beiden Spulen 45 und 47 werden hierzu an entsprechenden Enden, beispielsweise dem rechten Ende in F i g. 4, geerdet Das nicht geerdete Ende der Spule 45 wird über einen Kondensator 49 mit einem Ende der Sekundärwicklung eines Transformators 51 verbunden. Das entsprechende Ende der Spule 47 wird über einen Kondensator 53 mit dem anderen Ende der Sekundärwicklung des Transformator; 51 verbunden. Die Sekundärwicklung ist in der Mitte geerdet. Die Primärwicklung des Transformators 51 ist mit einem an sich bekannten Sägezahngenerator 55 verbunden. Es wird einleuchten, daß die durch den Sägezahngenerator 55 erzeugten und über den Transformator 51 und die Kondensatoren 49 und 53 den Ablenkspulen 45 L,zw. 47 zugeführten veränderlichen Ströme /' die Ablenkspulen in entgegengesetzter Richtung durchlaufen. Die Ströme / erregen in einer Windung der Spule 45 ein Magnetfeld H_n (siehe Fig. 7a) und in einer Windung der Spule 47 ein Magnetfeld Hn- Die Resultante H, dieser beiden Magnetfelder ist senkrecht /ur Zylinderachse gerichtet, wenn die zentralen Normalen 43 und 44 der

Windungsebenen der beiden Spulen 45 und 47 gleiche Winkel zur Zylinderachse 33 bilden und wenn die Winkelrichtung beider Spulen die gleiche ist. H₁ ändert sich in der Zeit zwischen zwei äußersten Werten.

Außer mit dem Sägezahngenerator 55 sind die Ablenkspulen 45 und 47 auch mit einer Gleichspannungsquelle 57 verbunden. Diese Verbindungen verlaufen über einen regelbaren Widerstand 59 und eine Drosselspule 61, bzw. über einen regelbaren Widerstand 63 und eine Drosselspule 65. Die Spannungsquelle 57 verursacht in den beiden Ablenkspulen 45 und 47 konstante Ströme, nämlich I₁ und h, welche die Ablenkspulen in derselben Richtung durchlaufen. Der Wert der magnetischen Feldstärke Hn bzw. Hn. die hierdurch erregt wird, ist mit Hilfe der Widerstände 59 bzw. 63 regelbar. Die hervorgerufene Feldstärke Hi (siehe Fig. 7b) hat im allgemeinen eine entlang der Zylinderachse 33 gerichtete Komponente Hu und eine senkrecht zur Zylinderachse verlaufende Knmnnnonip Hu- Wenn Hi₁ = Hn ist, so wird /^gleich Null. Die beim Ablenkspulenpaar nach Fig.4 angewendete Schaltung von Fig. 6 ergibt mithin ein konstantes Magnetfeld in Richtung der Zylinderachse 33 und ein konstantes Magnetfeld mit einem ihm überlagerten Magnetfeld in einer senkrecht zur Zylinderachse verlaufenden Riehlung.

Durch eine geeignete Wahl der verschiedenen Ströme und der Winkel <\ ist es möglich, mit dem Spulenpaar nach Fig. 4 sowohl eine Fokussierung als auch eine Ablenkung des Elektronenstrahls zu bewirken.

Bei der Wahl des Winkels λ wird folgendes berücksichtigt. Einerseits darf der Winkel nicht zu klein sein, weil sonst zu große Ablenkströme erforderlich wären, wie ohne weiteres aus F i g. 7 hervorgeht. Ebenso unerwünscht ist ein zu großer Winkel λ, da dies zur Folge hat, daß die Spule unnötig lang wird. Dies wird dadurch verursacht, daß das Magnetfeld hinter der letzten Windung zu sehr verformt worden ist, um zur Ablenkung verwendet werden zu können. Dies bedeutet, (siehe Fig.4) daß ein Teil χ = Dig λ der Spule unbrauchbar ist. Je größer λ ist, umso größer ist x.

Dies ist besonders nachteilig, da sich gezeigt hat, daß sich das in Fig. 2 dargestellte erfindungsgemäße Ablenkspulensystem 27 vorzugsweise vom Elektronen-Strahlerzeugungssystem 3 bis zur Auftreffplatte 13 erstreckt. Ist dies nicht der Fall, so besteht die Gefahr, daß die Elektronen unter einem falschen Winkel auf der Auftreffplatte 13 auftreffen. Dies bedeutet, daß der Teil * sich über die Auftreffplatte hinaus erstreckt, wodurch das Ablenkspulensystem 27 mit dem Linsensystem 17 in Konflikt geraten kann. In der Praxis hat sich ein Winkel λ von 3° bis 20° gut bewährt. Die Winkel λ können gewünschtenfalls für die verschiedenen Spulenpaare unterschiedliche Werte aufweisen. Die Winkel sind sehr

in reproduzierbar, wenn die Spulen auf Spulenkörper gewickelt werden, die mit Nuten im erwünschten Winkel zur Achse versehen sind.

Mit dem Spulenpaar nach Fig. 4 kann der Elektronenstrahl in einer senkrecht zur Zylinderachse 33

ΐί stehenden Richtung abgelenkt werden. Die Ablenkung in der anderen Richtung kann gewünschtenfalls mit Hilfe anderer, beispielsweise elektrostatischer Mittel bewirkt werden. Es wird jedoch bevorzugt, hierfür ein zweites, das erste Spulenpaar koaxial umgebendes

2" Spulenpaar mit der in F i g. 4 beschriebenen Anordnung zu verwenden. Von einem derartig gebildeten Ablcnkspulensystem 27 ist in Fig. 5 ein senkrecht zur Zylinderachse 33 verlaufender Schnitt dargestellt. Das innere Spulenpaar besteht aus den Ablenkspulen 45 und

?^r> 47. Ihre zentralen Normalen 43 bzw. 44, deren Projektion in der Zeichenebene angegeben ist, liegen in einer horizontalen Ebene. Diese Spulen dienen als Bildabler!<spulen. Die Zeilenablenkspulen 67 und 69 umgeben die Bildablenkspulen 45 und 47 koaxial. Ihre zentralen Normalen 71 bzw. 72 liegen in einer vertikalen Ebene.

Vom Ablenkspulensystem 27 wird das innere Spulenpaar 45, 47 auf die in Fig. 6 dargestellte Weise mit einem Generator 55 für bildfrequente Ablenkströmc

'j verbunden, während das äußere Spulenpaar 67, 69 auf entsprechende Weise mit einem (nicht dargestellten) Generator für zeilenfrequente Ablenkströme verbunden wird. Außerdem werden die vier Spulen 45, 47, 67, 69 auf die in Fig. 6 für zwei Spulen 45, 47 angegebene

*(> Weise mit einer Gleichspannungsquelle 57 verbunden.

Das erfindungsgemäße Ablenkspulensystem, wie vorstehend erläutert, eignet sich besonders zur Anwendung in einer Bildaufnahmeröhre. Es ist aber auch für andere Elektronenstrahlröhren, wie z. B. Wiedergaberöhren mit kleinen Ablenkwinkeln, sehr brauchbar.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche;

1. Ablenkspulensystem zum Ablenken eines Strahls geladener Teilchen, insbesondere eines Elektronenstrahls in einer Bildaufnahmeröhre, mit einem ersten Spulenpaar zur Ablenkung des Strahls in einer ersten, senkrecht zur Fortbewegungsrichtung der Teilchen verlaufenden Richtung, und einem zweiten Spulenpaar zur Ablenkung des Strahls in einer zweiten, senkrechten zur Fortbewegungsrichtung und senkrecht zur ersten Richtung verlaufenden Richtung, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der erwähnten Spulenpaare aus zwei koaxialen, zylinderförmigen Spulen (45,47) besteht, die jeweils aus einem Leiter (29) bestehen, der schraubenlinienförmig gewickelt ist, so daß die zentrale Normale (43 bzw. 44) jeder Windungsebene (39 bzw. 40) einen spitzen Winkel zur Zylinderachse (33) bildet, wobei alle zentralen Normalen (43) einer Spule (45) ic einer Ebene und an einer Seite der Zylinderachse 33 liegen, während die zentralen Normalen (44) der zweiten Spule (47) in derselben Ebene und an der anderen Seite der Zylinderachse (33) liegen.

2. Ablenkspulensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen den zentralen Normalen (43, 44) und der Zylinderachse (33) größer als 3° und kleiner als 20° ist.

3. Ablenkspulensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung des zweiten Spulenpaars (67, 69) die gleiche ist wie die des ersten Spulenpaars (45, 47), wobei die Achsen (33) der beiden Spulei:paare <*5, 47 und 67, 69) zusammenfallen, und wobei die Ebene, in der die zentralen Normalen (71, 72) de zweiten Spulenpaars (67,69) liegen, senkrecht zu der Ebene steht, in der die zentralen Normalen (43, 44) des ersten Spulenpaars (45,47) liegen.

4. Ablenkspulensystem nach Anspruch 3, dadurch -to gekennzeichnet, daß das erste Spulenpaar (45, 47) innerhalb des zweiten Spulenpaars (67,69) liegt.

5. Ablenkspulensystem nach Anspruch 3 oder 4, das für eine Bildaufnahmeröhre mit einem Elektronenstrahlerzeugungssystem und einer Auftreffplatte bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Ablenkspulensystems (27) wenigstens gleich dem Abstand zwischen dem Elektronenstrahlerzeugungssystem (3) und der Auftreffplatte (13) ist.

6. Fernsehkamera, versehen mit einem Ablenkspulensystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das innenliegende Spulenpaar (45, 47) mit einem Generator für bildfrequente Ablenkströme, und das äußere Spulenpaar (67, 69) mit einem Generator für zeilenfrequente Ablenkströme verbunden ist.

7. Fernsehkamera nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die vier Spulen (45, 47, 67, 69) außerdem mit einer Schaltung zum Erzeugen eines Gleichstroms verbunden sind, der im Ablenkspulensystem ein Magnetfeld erregen kann, das zum Fokussieren des Elektronenstrahls (5) dient.