DE2352119C2 - Elektronenoptisches System mit einer als Einheit ausgebildeten magnetischen Fokussier- und elektromagnetischen Ablenkanordnung - Google Patents

Description

einheit für Bildaufnahmeröhren beschrieben. Diese bekannte Spulensatz-Einheit hat eine übliche längs erstreckte Fokussierungsspule, deren insgesamt homogenes Feld längs der Achse lediglich zum Targetende hin durch eine Zusatzspule (focus boost) derart abgewandelt ist, daß durch den bewirkten steilen Feldabfall der Landefehler zum Verschwinden gebracht wird. Diese bekannte Spuleneinheit hat jedoch drei entscheidende Nachtete, die eine Anwendung bisher nicht sinnvoll erscheinen ließen:

1. Weil die axiale Ausdehnung des Ablenkfeldes sehr klein ist, besitzt die Spule eine sehr geringe Ablenkemplindlichkeit, so daß aufwendige Ablenkverstärker benötigt werden, deren Liniarität in vielen Fällen nicht für die üblichen Büdqualitäianforderungen ausreicht.

2. Die Fokussierspule erzeugt ein fast homogenes axiales Feld, so daß keine verkleinernde Abbildung der Aperturblende auf das Target mit dem Elektronenstrahl möglich ist. Für eine hochauflösende Aufnahmeröhre ist nämlich gerade eine verkleinernde Abbildung deshalb notwendig, weil die Aperturblende wegen des erforderlichen Strahlstromes nicht unter 10 μΐη Durchmesser verkleinert werden kann.

3. Weil in Targetnähe ein steiler Abfall der axialen Fokussierfeldkomponente erreicht werden muß, wird mit einer Zusatzspule (focus boost) ein axial eng begrenztes Zusalzfeld erzeugt. Diese Zusatzspule ist einerseits technisch aufwendig und hai außerdem in der gewählten Anordnung den Nachteil, daß eine Verzeichnung des Bildes auftreten kann.

Diese aufgezeigten Nachteile der bekannten Anordnung zu vermeiden, mil dem eingangs genannten Ziel einer hohen Auflösung, einem sehr geringen oder gar keinem Landefehler bei geringer Verzeichnung, ist Aufgabe der Erfindung.

Erreicht wird dies bei einem elektronenoptischen System mit einer als Einheit ausgebildeten magnetischen Fokussier- und elektromagnetischen Ablenkanordnung, sowie zwischen diesen beiden Anordnungen angeordnetem Abschirmmittel, z. B. in Form einer Spule aus magnetischem Draht, oder anderen 'iblichen Ausführungsformen, insbesondere für hochauflösende Fernsehaufnahmeröhren, z. B. vom Typ eines Vidikons od. dgl., mit einem durch einen Elektronenstrahl abzutastenden Targel und einem davor angeordneten feinmaschigen Feldnetz nach der Erfindung dadurch, daß die Fokussierspule in Richtung von der Aperturblende S" zum Target hin eine zunehmende (steigende) Wickeldichte hat, und die Ablenkspulen derart kurz dimensioniert ausgebildet und entweder innerhalb oder außerhalb der Fokussierspule angeordnet sind, daß im Zusammenwirken mit dem zum Target hin ansteigenden Fokussierfeld infolge eines Ablenkfeldes von geringerer als etwa halber üblicher Ausdehnung in Achsrichtung der Elektronenstrahl bei verkleinernder Abbildung mit geringen Landefehlern im Ablenkfeld eine geringere Drehung als 90" erfährt.

Zu diesem Zweck nehmen zum Target hin die Windungslagen stufenweise derart zu, daß der äußere Durchmesser und/oder der innere Durchmesser stufenweise anwächst.

Mit besonderem Vorteil werden im Hinblick auf eine verkleinernde Abbildung der Aperturblende die Ablenkspulen in der näher zum Target als zur Aperturblende hin ausgebildeten Hauptlinsen-Ebene angeordnet. Zur Erhöhung der Ablenkempfindlichkeit enthaiten mit Vorteil die Ablenkspulen einen magnetisch leitenden Ring, eventuell mit Polschuhen, als magnetischen Rückschluß zur Verringerung des magnetischen Widerstandes.

Der Ring besteht dabei beispielsweise aus iameiliertem Eisenblech oder aus Ferrit- bzw. Sirufer-Maierial.

Je nach Anwendung kann die Fokussierspule entweder die unittelbar auf der Aufnahmeröhre anliegenden Ablenkspulen außen umschließen oder aber auch selbst unmittelbar auf dem Aufnahmeröhrenkolben angeordnet sein. In diesem Faü weist die Fokussierspule zum Target hin einen stufenweise größer werdenden sowohl Innen als auch Außendurchmesser auf, während die Ablenkspulen dann außen auf den Teil mit etwa mittlerem Durchmesser geschoben sind.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung wird zur Abschirmung zwischen Fokussier- und AbJenkspulen ein in axialer Richtung geschlitztes Rohr aus unmagnetischem, aber elektrisch leitendem Material oder ein lsolierruhr mit in Achsrichtung leitenden Bahnen angeordnet.

Da die beschriebene Maßnahme ganz allgemein für magnetisch fokussierte Aufnahmeröhren Bedeutung hat, kann an Stelle einer magnetischen Längsspule auch ein Permanentmagnet mit in Achsrichtung steigender Packungsdichte verwendet werden.

Nähere Einzelheiten der Erfindung sollen an Hand der in den Zeichnungen rein schematisch dargestellten spezieilen Ausführungsbeispielen erläutert werden, ohne daß diese darauf beschränkt sind. Teile, die nicht unbedingt zum Verständnis der Erfindung beitragen, sind darin unbezeichnet oder fortgelassen.

Während in den F i g. 1 und 3 je ein Längsschnitt durch eine Aufnahmeröhre sowie deren magnetische Fokussier- und Ablenkspuleneinheit dargestellt ist, gibt die F i g. 2 den Verlauf der Feldkomponente der Fokussierspule in Röhrenachsrichtung bzw. der Feldkomponente der Ablenkspulen in der dazu senkrechten Richtung wieder.

In der F i g. 1 ist mit 1 das im wesentlichen aus einem zylindrischen Kolben bestehende elektrische Entladungsgefäß, insbesondere Vidikon, bezeichnet, dessen eines Ende durch die Frontscheibe 2 abgeschlossen ist. Im Inneren des Entladungsgefäßes ist hinter der Frontscheibe 2 nicht näher dargestellt, das Target derart angeordnet, daß dieses an der Frontscheibe und diese wiederum am Röhrenkolben befestigt werden.

Es ist z. B. als Si-Multidioden-Target ausgebildet und hat damit die vorteilhaften Eigenschaften einer hohen Empfindlichkeit bei geringer Nachzieherscheinung infolge einer kleinen Trägheit, einer linearen Kennlinie sowie eines von der Targel-Spannung praktisch unabhängigen, etwa konstanten Signals. Die öffnung der Aperturblende 3 in de; betreffenden Aufnahmeröhre stellt das Objekt der Elektronenoptik dar und wird deshalb mit einer entsprechenden als Einheit ausgebildeten Spulensatz-Anordnung, z. B. im Verhältnis 1 :0,7, auf das Target abgebildet.

Auf das Entladungsgefäß 1 ist nämlich als Einheit ausgebildet das aus Fokussier- und Ablenkspulen 5, 6 bestehende Magnetspulensystem derart geschoben, daß sich die Fokussierspule 5 etwa von der Aperturblende 3 des Eleklronenstrahlerzeugersystems 4 bis zur Frontscheibe 2 des Entladungsgefäßes 1 erstreckt. Von diesem kombinierten Spulensystem wird die öffnung der Aperturblende als Objekt unter möglichst senkrechtem Auftreffen des Elektronenstrahls auf das Tar-

get 2 mit geringen Landefehlern abgebildet. Die sich etwa von der Aperturblende bis zum Target hin erstreckende Fokussierspule 5 hat in dieser Richtung eine steigende Wicklungsdichte, d. h., sie hat eine zunehmende Windungszahl. Außerdem ist ihr Durchmesser zumindest in Targetnähe erheblich größer als der der Aufnahmeröhre. Die Ablenkspulen 6, die etwa in der nicht näher bezeichneten Linsenhaupt-Ebene angeordnet sind, sind in axialer Richtung derart kurz bemessen, daß in Achsrichtung die Ausdehnung des von ihnen erzeugten Ablenkfeldes nur etwa von halbem üblichem Ausmaß ist, so daß der Elektronenstrahl durch das gleichzeitig auf ihn einwirkende Fokussierfeld eine geringere Drehung als 90° erfährt.

Zwischen beiden Spulenanordnungen ist zur gegenseitigen Abschirmung, z. B. in üblicher Weise, eine Abschirmspule 7 aus magnetischem Draht angeordnet.

Der Feldverlauf der Fokussierspule 5 längs der Röhrenachse ζ ist in der F i g. 2 in einem Diagramm über der z-Achse, d. h. über der Röhrenachse, insbesondere zwischen der Aperturblenden-Ebene 3 und der Targetebene 2 als Kurvenzug 21 aufgetragen. Danach ist die Fokussierspule 5 so dimensioniert, daß infolge steigender Wicklungsdichte die axiale Feldkomponente des Fokussierfeldes zum Target 2 hin ansteigt, um noch vor dem Target, am Ort der betreffenden nicht näher dargestellten Kollimationslinse, wieder steil abzufallen, so daß die radiale Geschwindigkeitskomponente des Elektronenstrahls wegen der 180°-Drehung am Target Null ist und die tangentielle Komponente durch die radiale Komponente des Fokussierfeldes zum Verschwinden gebracht wird; d. h., daß der Landefehler für einen weiten Bereich der Elektrodenspannungen der Aufnahmeröhre zum Verschwinden gebracht wird. Außerdem ist der Feldverlauf so beschaffen, daß die axiale Feldstärke am targetnahen Ende mit einem steilen Abfall größer als am anderen Ende im Bereich der Apcrturblende ist. Hierdurch ergibt sich unter anderem eine verkleinernde Abbildung der Aperturblende auf dem Target. Dadurch, daß außerdem der Durchmesser des Elektronenstrahls kleiner als üblich, bis zu 10 μίτι groß ist. nämlich gemäß der auf 10 bis 20 μηι verkleinerten Aperturblendenöffnung, wird zusätzlich eine erheblich höhere Auflösung erzielt. Während die Fokussierfeldkomponente in Achsrichtung eine allgemein übliche Ausdehnung hat, ist die Ausdehnung des Ablenkfeldes derart geringer, als diese nur etwa die Hälfte der sonst üblichen Ausdehnung ausmacht. Die den Feldkomponentenverlauf der Ablenkkomponente in Richtung senkrecht zur Röhrenachse darstellende Kurve 22 läßt durch ihre Form mit einem ausgesprochenen Maximum die starke Ablenkwirkung bei kurzer Feldausdehnung erkennen. Durch diese Maßnahme wird vorteilhafterweise ermöglicht, daß der Elektronenstrahl im Ablenkfeld eine geringere Drehung als 90° erfährt und nach Verlassen des Ablenkfeldes bereits das Target nach einer 180°- Drehung erreicht, so daß durch den steilen Abfall der axialen Fokussierfeldkomponente der Landefehler praktisch verschwindet. Die mit der verkleinernden Abbildung der Aperturblenden-Öffnung verbundene höhere Emissionsanforderung an die Kathode läßt sich dadurch bewerkstelligen, daß diese als Vorratskathode, insbesondere als imprägnierte Vorratskathode, ausgebildet wird.

In der F i g. 3 ist, mit gleichen Bezugszeichen versehen, ein Längsschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels schematisch dargestellt, das sich von dem der F i g. 1 dadurch unterscheidet, daß die Fokussierspule 5 unmittelbar auf der Aufnahmeröhre 1 angebracht ist und darüber die kurzen Ablenkspulen 6 außen aufgeschoben sind. Bei dieser Ausführung hat die Fokussierspule 5 mit ihrer steigenden Wicklungsdichte zum Target hin einen stufenweise wesentlich größer werdenden Durchmesser als die betreffende Aufnahmeröhre.

Weiter abweichend von dem Beispiel der F i g. 1 besteht das zwischen Fokussier- und Ablenkspulen vorgesehene Abschirmmittel 7 entweder z. B. aus einem elektrisch leitenden aber unmagnetischen, in Achsrichtung geschlitzten Zylinder oder aber aus einem mit in Achsrichtung leitenden Längsbahnen, z. B. beklebten Isolierrohr.

Die beschriebene Anordnung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern hat vielmehr ganz allgemein Bedeutung für magnetisch fokussierte Elektronenstrahlröhren, also auch für solche mit Permanentmagneten, bei denen zu diesem Zweck der Magnet, z. B. mit steigender Packungsdichte, ausgebildet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche: 23

1. Elektronenoptisches System mit einer als Einheit ausgebildeten magnetischen Fokussier- und elektromagnetischen Ablenkanordnung sowie zwischen diesen beiden Anordnungen angeordnetem Abschirmmittel, ζ. B. in Form einer Spule aus magnetischem Draht, oder anderen üblichen Ausführungsformen, insbesondere für hochauflösende Fernsehaufnahme-Röhren, z. B. vom Typ eines Vidikons od. dgl., mit einem durch einen Elektronenstrahl abzutastenden Target und einem davor angeordneten feinmaschigen Feldnetz, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierspule (5) in Richtung von der Aperturblende (3) zum Target (2) hin eine zunehmende (steigende) Wickeldichte hat, und die Ablenkspulen (6) derart kurz dimensioniert ausgebildet und entweder innerhalb oder außerhalb der Fokussierspule (5) angeordnet sind, daß im Zusammenwirken mit dem zum Target (2) hin ansteigenden Fokussierfeld infolge eines Ablenkfeldes von geringerer als etwa halber üblicher Ausdehnung in Achsrichtung der Elektronenstrahl bei verkleinernder Abbildung mit geringen Landefehlern im Ablenkfeld eine geringere Drehung als 90° erfährt.

2. Elektronenoptisches System nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierspule (5) zum Target (2) hin einen stufenweise zunehmenden inneren und/oder äußeren Durchmesser hat.

3. Elektronenoptisches System nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkspulen (6) etwa in der entsprechend einer verkleinernden Abbildung der Aperturblende (3) näher zum 3s Target (2) ills zur Aperturblt.nde (3) hin ausgebildeten Hauptlinsen-Ebene angeordnet sind.

4. Elektronenoptisches System nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkspulen (6) einen magnetisch leitenden Ring als magnetisehen Rückschluß haben.

5. Elektronenoptisches System nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierspule (5) die unmittelbar auf der Aufnahmeröhre (1) anliegenden Ablenkspulen (6) außen umschließt.

6. Elektronenoptisches System nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierspule (5) zum Target (3) hin einen stufenweise größer werdenden Innen- und Außendurchmesser aufweist und die Ablenkspulen (6) außen über den Teil mit etwa mittlerem Durchmesser geschoben sind.

7. Elektronenoptisches System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abschirmung (7) zwischen Fokussier- und Ablenkspulen (5, 6) ein in axialer Richtung geschlitztes Rohr aus unmagnetischem, elektrisch leitendem Material oder aus einem Isolierrohr mit in Achsrichtung leitenden Bahnen angeordnet ist.

8. Elektronenoptisches System nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß für die Fokussierung an Stelle einer Fokussierspule (5) ein Permanentmagnet mit in Achsrichtung steigender Packungsdichte vorgesehen ist.

119 Die Erfindung betrifft ein elektronenoptisches System mit einer als Einheit ausgebildeten magnetischen Fokussier- und elektromagnetischen Ablenkanordnung, sowie zwischen diesen beiden Anordnungen angeordnetem Abschirmmittel, ζ. B. in Form einer Spule aus magnetischem Draht, oder anderen üblichen Ausführungsformen, insbesondere für hochauflösende Fernsehaufnahme-Röhren, z. B. vom Typ eines Vidikons od. dgl, mit einem durch einen Elektronenstrahl abzutastenden Target und einem davor angeordneten feinmaschigen Feldnetz.

Sie hat besondere Bedeutung für alle Fernsehaufnahmeröhren, insbesondere für Vidikon auch von Einröhren-Farbaufnahmekameras, die sowohl mit magnetischer Fokussierung als auch mit elektromagnetischer Ablenkung betneben werden.

Fernsehaufnahmeröhren vom Vidikontyp werden nämlich vorwiegend mit magnetischer Fokussierung und elektromagnetischer Ablenkung betrieben, weil dabei die Linsenfehler und die Strahlverbreiterung auf der lichtempfindlichen Schicht in Abhängigkeit vom Ablenkwinkel im Gegensatz zur elektrostatischen Fokussierung und Ablenkung klein sind. Allerdings treten mit magnetischen Ablenk- und Fokussierungseinheiten im Zusammenwirken mit den betreffenden elektrostatischen Feldern in der betreffenden Elektronenröhre Landefehler auf, die erhebliche Störungen hervorrufen können und deshalb möglichst klein gemacht werden müssen.

Unter Landefehlern wird in diesem Zusammenhang nachfolgender Effekt verstanden: Der Elektronenstrahl trifft infolge der Ablenkung, wenn keine zusätzlichen Korrekturmaßnahmen getroffen werden, schräg auf die lichtempfindliche Schicht auf, d. h., seine axiale Geschwindigkeitskomponente ist infolge dieser Erscheinungen bei der magnetischen Ablenkung kleiner als bei senkrechtem Auftreffen, z. B. in der Bildmitte, derart, daß das Maß der Abweichung vom senkrechten Auftreffen nach außen hin zunimmt. Die gelandeten Elektronen laden die Targetoberfläche so lange negativ auf, bis die axiale Elektronengeschwindigkeit zu weiterem Landen nicht mehr ausreicht. Das durch den Elektronenstrahl aufgebaute Potential wird somit bei schrägem Auftreffen des Strahls besonders am Bildrand weniger stark negativ als in der Bildmitte. Der Potentialunterschied zwischen einem beliebigen Punkt auf dem Target und der Bildmitte wird nun mit Landefehler bezeichnet und deshalb in Volt angegeben. Bei üblichen Spulensätzen und Betriebszuständen der betreffenden Bildaufnahmeröhre beträgt er bis zu 2 Volt. Auf Grund des Landefehlers ist das elektrische Feld innerhalb der fotoempfindlichen Schicht, d. h. zwischen Lichteinfallsseite und Abtastseite bzw. zwischen Vorder- und Rückseite des Targets an zwei, hinsichtlich der Bildmitte unterschiedlich gelegenen Punkten auf der Targetfläche verschieden, weil auf der dem Elektronenstrahl abgewandten Lichteinfallsseite des Targets das Oberflächenpotential örtlich konstant ist. Derart örtliche Unterschiede in der Feldstärke innerhalb der Schicht haben nicht nur eine ortsabhängige Änderung des Dunkelstromes, sondern auch eine entsprechende Variation der Empfindlichkeit zur Folge. Diese Erscheinung ist besonders ausgeprägt bei Targets mit Sb2S3- oder Se-Schichten. Daher zeigen unter diesen Umständen aufgenommene Bilder störende Abschattungen.

In »Journal of SMPTE«, Vol. 68, April 1959, ist auf den S. 226 bis 229 von I. Castleberry und B. H. Vine eine magnetische Ablenk- und Fokussier-