DE3121456A1 - "bildroehre mit vergroesserter horizontalablenkung" - Google Patents

Description

US-Ser.No. 154-602

AT: 29. Mai 1980 RCA 74437/Sch/Ro.

RCA Corporation, New York, N.Y. (V.St.A.) Bildröhre mit vergrößerter Horizontalablenkung.

Die Erfindung bezieht sich auf Ablenksysteme für Bildröhren und betrifft insbesondere eine Vergrößerung der Horizontalablenkung für derartige Vorrichtungen;

Bildröhren enthalten typischerweise einen konusförmigen evakuierten Kolben, dessen breites Ende durch eine lichtdurchlässige Frontplatte verschlossen ist. Die Innenseite der Frontplatte ist mit einem oder mehreren Leuchtstoffmaterialien beschichtet, die aufleuchten, wenn sie von Elektronen getroffen werden. Am dünnen Ende des Konus ist ein Halsteil angebracht, der ein Elektronenstrahl system beherbergt. Das Elektronenstrahl system liefert die Elektronen, die als Strahlen zu dem Leuchtstoff auf der Frontplatte wandern und eine sichtbare Ausgangserscheinung liefern, die je nach Anzahl der Elektronenstrahlen und Leuchtstoffe auf der'Frontplatte farbig oder schwarzweiß.ist. Zur horizontalen und vertikalen Ablenkung der Elektronenstrahlen wird ein Ablenksystem benutzt, mit Hilfe dessen die gesamte Frontplatte von den Elektronenstrahlen abgetastet wird. Typischerweise enthält das Ablenksystem ein Magnetjoch, das um das äußere des Röhrenhalses herum angeordnet ist.

Der horizontale Ablenkwinkel einer Bildröhre ist definiert als gesamte Winkelablenkung des Elektronenstrahls nach beiden Seiten von der Mittellinie des Röhrenkolbens. Dieser Winkel ändert sich mit der die Ablenkung

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bewirkenden magnetischen Feldstärke und hängt somit von der an die Ablenkspule angelegten Spannung ab. Daher kann der Ablenkwinkel vergrößert werden, indem man die Ablenkspannung erhöht. Jedoch bedeutet dies eine Erhöhung des Leistungsverbrauchs und widerspricht den Bestrebungen den ' Bildröhrenwirkungsgrad zu erhöhen. Verzichtet man andererseits auf eine Erhöhung der Ablenkspannung, dann erfordert eine Vergrößerung der Frontplatte eine Erhöhung des Abstandes zwischen dem Elektronenstrahl system und der Frontplatte. Dadurch vergrößert sich aber wiederum unerwünschterweise die Gesamtlänge der Röhre. Außerdem richtet man heute alle Anstrengungen darauf, sowohl den Leistungsverbrauch als auch die Gesamtlänge der Röhre herabzusetzen. Diese Anstrengungen sind allerdings bisher nicht von Erfolg gekrönt worden, weil man den Ablenkwinkel nicht vergrößern kann., ohne gleichzeitig einen derjenigen Parameter zu vergrößern, die vorzugsweise verkleinert werden sollen. Infolge dieser Verhältnisse ist es bisher auch nicht möglich gewesen, eine dünne Bildröhre zu konstruieren, also eine Bildröhre mit einer Gesamtlänge in der Größenordnung von 15,25 cm (6-.ZoIl).

Die Erfindung ist nun auf eine Einrichtung gerichtet, welche eine Vergrößerung der Horizontalablenkung einer Bildröhre ohne Erhöhung des Leistungsverbrauches erlaubt und auf diese Weise eine erhebliche Verringerung der Gesamtlänge der Röhre, gestattet.

Gemäß der Erfindung ist nun zwischen dem Elektronenstrahl system und dem Bildschirm einer Bildröhre ein Quadrupol-Deflektor angeordnet, der eine konvergierende Wirkung in derselben Richtung wie die Horizontalablenkung ausübt und zu einer Vergrößerung der Horizontalablenkung führt. Die divergierende Wirkung des Quadrupols wird praktisch verringert,- indem das in vertikaler Richtung wirkende Magnetfeld kurzgeschlossen wird. Die Vertikalablenkung der Bildröhre bleibt daher durch den Quadrupol unbeeinflußt. "

In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Bildröhre zur Veranschaulichung der Horizontal abtastung über die Frontplatte₃

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Fig. 2a eine Draufsicht auf eine bevorzugte Ausführimcjsförm der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Vergrößerung der Ablenkung, welche mit dem Strahlsystem der Bildröhre gemäß Fig. 1 gekoppelt ist,

Fig. 2b eine Endansicht der bevorzugten Ausführungsform gemäß Fig. 2a und

Fig. 3 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung der vergrößerten und der normalen Horizontalablenkung für verschiedene Horizontal ablenkströme.

Fig. 1 veranschaulicht eine Bildröhre 10 mit einem Konus 11 und einem Hals 12. Der Konus ist an seinem breiten Ende mit einer transparenten Frontplatte 13 abgeschlossen, deren Innenseite mit einem Schirm aus Leuchtstoffmaterial 14 beschichtet ist, welches beim Auftreffen von Elektronen luminesziert. Innerhalb des Halses 12 befindet sich ein Elektronenstrahl system 16, welches einen Elektronenstrahl 17 liefert, der vom Strahlsystem 16 emittiert wird.und zu dem Leuchtstoffüberzug 14 auf der Frontplatte 13 wandert. Um die Außenseite des Halses 12 sind eine Horizontalablenkspule 18 und eine Vertikalablenkspule 19 angeordnet. Typischerweise sind beide Ablenkspulen 18 und 19 als separate Wicklungen auf einem einzigen toroidförmigen Joch ausgebildet, das koaxial um die Außenseite des Halses 12 angeordnet ist. Durch Anlegen einer sägezahnförmigen Ablenkspannung an die Horizontalablenkspule 18 wird der Elektronenstrahl 17 horizontal über die Frontplatte 13 zwischen zwei Extremlagen 17a und 17b ausgelenkt. Entsprechend wird eine Vertikalablenkspannung an die Vertikalablenkspule 19 angelegt, um den Elektronenstrahl vertikal über die Frontplatte 13 auszulenken. Zur Orientierung sei bezüglich Fig. 1 angegeben, daß die Vertikalablenkung rechtwinklig sowohl zur Papierebene als auch zur Horizontalablenkung- verläuft.

Die gesamte horizontale Auslenkstrecke über die Frontplatte 13 kann vergrößert werden, in dem man entweder den Ablenkwinkel θ oder den Abstand zwischen Strahlsystem 16 und Frontplatte 13 vergrößert. Der Ablenkwinkel θ läßt sich vergrößern durch Vergrößerung der an die Horizontal ablenkspule 18

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angelegten Ablenkspannung. Dies führt jedoch zu einer Erhöhung des Leistungsverbrauchs des Systems und ist daher zu mißbilligen. Eine Erhöhung des Abstandes zwischen dem Strahl system 16 und der Frontplatte 13 ist ebenfalls unerwünscht, weil das dadurch bedingte Anwachsen von Größe und Gewicht den Bestrebungen zuwiderläuft, Länge und Gewicht der Bildröhren zu verkleinern. Man hat bereits Anstrengungen unternommen, diese Probleme durch die Verwendung von Quadrupollinsen zu lösen. Diese Linsen enthalten, zwei positive und zwei negative Pole, die abwechselnd um 90°-Intervalle auseinr anderliegen und Flußlinien bilden, die innere Abschnitte innerhalb der Linse und äußere Abschnitte außerhalb der Linse haben. Während ein Elektronenstrahl durch eine Quadrupollinse hindurchläuft, wird er durch die inneren Flußlinien beeinflußt, und es ergibt sich eine konvergierende oder fokussierende Wirkung in einer Ebene und eine divergierende oder defokussierende Wirkung in der anderen Ebene. Nachdem der Strahl aus dem Quadrupol ausgetreten ist, neigen die äußeren Abschnitte derjenigen Flußlinien, welche die interne Fokussierung bewirkt haben, dazu, den Strahl nach'außen abzulenken, während die äußeren Abschnitte derjenigen Flußlinien, welche den Strahl defokussiert haben, dazu neigen, den Strahl zur Röhrenachse hin . abzulenken. Quadrupollinsen sind daher nicht völlig befriedigend, weil die· Defokussierungswirkung innerhalb der Linse den Durchmesser des Elektronenstrahls in einer Ebene vergrößert und damit zu einer Vergrößerung des Auftreffpunktes und einen Auflösungsverlust an der Frontplatte 13 führt. Außerdem vergrößert die Fokussierungswirkung außerhalb des Quadrupols die Ablenkung des Elektronenstrahls. Die hier zu beschreibende Erfindung benutzt mit Vorteil die innere Fokussierungswirkung und vermeidet ihre Nachteile.

Fig. 1 zeigt eine mit dem Elektronenstrahl system 16 gekoppelte Quadrupollinse 21, die sich im Hals 12 der Bildröhre' 10 im Bereich des Joches 19 . befindet.

Wie die Fig. 2a und 2b erkennen lassen, ist die Quadrupollinse 21 so modifiziert worden, daß die innere Defokussierungswirkung eliminiert ist und der äußere Ablenkwinkel θ des Elektronenstrahls 17 vergrößert ist. Gemäß Fig. 2a

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ist die Quadrupollinse 21 dauernd am Strahlsystem 16 angebracht, so daß die Elektronenstrahlen durch die Linse laufen. Das Strahlsystem 16 enthält drei Kathoden K_R, K_ß und Kn, die zur Erzeugung von Ausgangsfarben auf der Frontplatte 13 benötigt werden. In Fig. 2a sind schematisch auch Vorspannungsgitter G^ , Gp, Gg und G* dargestellt,.welche die Elektronenstrahlen in bekannter Weise fokussieren und steuern.

Gemäß Fig. 2b enthält der.Quadrupol 21 vier Permanentmagnete 22a, 22b, 22c und 22d, die in 90°-Abständen in gleicher Entfernung'von der Mitte des Strahlsystems 16 mit abwechselnder Polarität angeordnet sind. Die X-Achse stellt die Horizontalablenkrichtung und die Y-Achse die Vertikal ab!enkrichtung dar. Für einen aus der Papierebene austretenden Elektronenstrahl erfolgt die Fokussierungswirkung innerhalb des Quadrupols entlang der Horizontalrichtung. Zwischen den entgegengesetzt gepolten Magneten 22a und 22b auf gegenüberliegenden Seiten der Magnete erstrecken sich ferromagnetische Glieder 23a und 23b. Ähnlich erstrecken sich ferromagnetische Glieder 23c und 23d zwischen den entgegengesetzt gepolten Magneten 22c und 22d auf gegenüberliegenden Seiten dieser Magnete. Die Magnete sind so angeordnet, daß. ihre Pole parallel zur Richtung der Vertikalablenkung weisen, wobei die beiden Magnete auf derselben Seite der Vertikal-Y-Achse mit ihren Nordpolen in dieselbe Richtung weisen und die Magnete auf gegenüberliegenden Seiten der Vertikalachse mit ihren Nordpolen in entgegengesetzte Richtungen weisen. Die beiden Magnete 22a und 22b sind oberhalb der Horizon^ •talablenkachse angeordnet, so daß die ferromagnetisehen Glieder 23a und 23b praktisch parallel zu dieser Achse verlaufen. Ähnlich liegen die Magnete 22c und 22d unterhalb der Horizontalablenkachse, wobei ihre Glieder 23c und 23d praktisch parallel zu dieser Achse verlaufen. Das Paar der Magnete 22a und 22b sowie das Paar der Magnete 22c und .22d haben auf entgegengesetzten Seiten den gleichen Abstand zur Horizontalablenkachse.

Für einen aus der Papierebene herauswandernden Elektronenstrahl, welcher durch den Vektor Z in Fig. 2b veranschaulicht ist, bewirken die Feldlinien 24 eine Horizontal fokussierung, während sich der Elektronenstrahl innerhalb der Linse befindet. Die Linien 24 werden durch die Parallel Schlüsse

23a, 23b, 23c und 23d geschwächt, sind jedoch noch genügend stark, um die-Elektronen infolge der Orientierung der Pole der Magnete 22a, 22b, 22c und 22d horizontal zu fokussieren. Jedoch schließen die ferromagnetisehen Glieder 23a, 23b, 23c und 23d die Magnetfelder, kurz, welche normalerweise eine interne Vertikal fokussierung bewirken würden. Wenn also die Elektronenstrahlen durch den Quadrupol laufen, dann werden die Strahlen in horizontaler Richtung konvergiert oder fokussiert und bleiben in vertikaler Richtung unbeeinflußt.. Wenn die Elektronenstrahlen jedoch den Quadrupol verlassen, dann gelangen sie unter den Einfluß der äußeren Magnetfelder .25, die in Fig. 2b aus der Papierebene herauslaufen, und werden horizontal aus der Mittellinie der Röhre abgelenkt. Den Quadrupol verlassende Elektronen bleiben wegen des Fehlens von Magnetfeldern, welche normalerweise eine Vertikal konvergenz zur Folge haben würden, vertikal unbeeinflußt. Damit wird der horizontale Ablenkwinkel θ in Fig. 1 wesentlich erhöht, jedoch .bleibt die Vertikalablenkung der Elektronenstrahlen unbeeinflußt, weil die ferromagnetisehen Glieder 23a, 23b, 23c und 23d zu der Quadrupollinse hinzugefügt· sind.

Fig. 3 stellt eine Graphik dar, die das erhebliche Anwachsen der Horizontalablenkung zeigt, die man bei Verwendung des modifizierten Quadrupols 21 in Verbindung mit der normalen Horizontalablenkspule 18 erhält. Die Ablenkungen sind gemessen von der horizontalen Mitte der Frontplatte 13. Die nur mit der Ablenkspule 18 erreichbaren Ablenkungen sind durch die Kurve 26 veranschaulicht, während die Kurve 27 die sowohl mit der Verstärkungseinrichtung wie auch dem Ablenkjoch 18 erreichten Ablenkungen zeigte Die Ab-; lenkung ohne die erfindungsgemäße Verstärkungseinrichtung beträgt für einen horizontalen Ablenkstrom von 0,14 Ampere etwa 10 cm. Bei Verwendung des · modifizierten Quadrupols 21 in Verbindung mit der Ablenkspule 18 erhält man dagegen bei einem Ablenkstrom von 0,14 Ampere eine Ablenkung von mehr als 40 cm. Aus Fig. 3 ist auch ersichtlich, daß"die verstärkte Ablenkkurve 27 bis zu einem Ablenkstrom von etwa 0,08 Ampere linear verläuft. Die Nichtliniarität oberhalb dieses Ablenkstromes läßt sich durch .die Schaltung . kompensieren, die sich vom Fachmann in geeigneter Weise bemessen läßt. Die leichte Nicht!inearität stellt daher kein Problem für die lineare Abtastung der Frontplatte dar.

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Typischerweise werden Bildröhren durch den gesamten Horizontal ablenkwinke 1 identifiziert. So steht die Angabe für eine 100°- oder 110°-Röhre für die gesamte Horizontalablenkung zwischen den Extremlagen der Strahlen. Gemäß der Darstellung in Fig. 1 würden die 100°- und 110°-Röhren Werte von 50Pbzw. 55° für den Ablenkwinkel θ haben. Durch Verwendung der Horizontalablenkwinkelverstärkungseinrichtung gemäß der Erfindung läßt sich ein Horizontalablenkwinkel θ von mehr als 80° erreichen. Durch Anwendung der Erfindung lassen sich also Röhren mit einem Gesamtablenkwinkel in der Größenordnung von. 160° bis 170° erreichen. Dies erlaubt eine erhebliche Verringerung des Abstandes zwischen Strahl system und Frontplätte und ermöglicht eine erhebliche Verkleinerung der Gesamtlänge der Bildröhre.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ablenkwinkel verstärkungseinrichtung besteht in der erheblichen Reduzierung der für die Horizontalablenkung benötigten Leistung. Fig. 3 zeigt, daß der Ablenkstrom um etwa 50% herabgesetzt werden kann, wenn man die erfindungsgemäße Einrichtung bei einem üblichen Joch verwendet.

Leerseite

Claims (7)

1. Patentansprüche

   \l) Bildröhre mit einem Schirm_s einem Elektronenstrahl system zur Erzeugung mindestens eines Elektronenstrahl es und mit einem Ablenksystem zur horizontalen und vertikalen Ablenkung des Elektronenstrahls zur horizontalen und vertikalen Abtastung des Schirms, gekennzei chn.et d u.r c h eine Einrichtung zur Verstärkung der Horizontalablenkung mit einer Quadrupollinse (21), welche innere und äußere Magnetfelder (24_S 25) aufweist, von denen die inneren Felder (24) eine Fokussierungswirkung und eine Defokussierungswirkung erzeugen und so orientiert sind, daß die Fokussierungswirkung den Elektronenstrahl in Richtung der Horizontalablenkung konvergiert, und mit einer Vorrichtung (23a, 23b, 23c, 23d) zur Verminderung der inneren Defokussierungswirkung derart, daß der Elektronenstrahl horizontal konvergiert wird, dagegen vertikal unbeeinflußt bleibt,

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   während er die inneren Felder des Quadrupols durchläuft, und daß die Horizontalablenkung verstärkt wird, die Vertikalablenkung dagegen unbeeinflußt bleibt, wenn der Strahl beim Austreten aus dem Quadrupol mit den äußeren Feldern (25) zusammentrifft.
2. 2.) Bildröhre nach Anspruch 1, dadurch· gekennzeichnet, daß der Quadrupol aus vier Permanentmagneten (22a, 22b, 22c, 22d) zusammengesetzt ist und daß die Einrichtung zur Abschwächung der inneren Defokussierungswirkung ferromagnetische Glieder zur überbrückung der die innere Defokussierungswirkung verursachenden Magnetfelder enthält. ■ .
3. 3.) Bildröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Quadrupol aus Nord- und Südpolen besteht, welche abwechselnd mit 90°-Abständen um die Mitte des Strahlsystems herum angeordnet sind, und daß die Einrichtung zur Abschwächung der inneren Defokussierungswirkung ferromagnetische Glieder enthält, welche die Nordpol- und Südpolpaare überbrücken, die die innere Defokussierungswirkung hervorrufen, derart, daß das defokussierende Magnetfeld des Quadrupols praktisch kurzgeschlossen wird.
4. 4.) Bildröhre nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Quadrupol mit dem Elektronenstrahl system gekoppelt ist und im Bereich des Ablenksystems angeordnet ist.
5. 5.) Bildröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pole Permanentmagnete umfassen, daß eines der ferromagnetisehen Glieder (23a, 23b) zwischen zwei entgegengesetzt, gepolten Magneten (22a, 22b) oberhalb und im wesentlichen parallel zur horizontalen Mitte des Quadrupols verläuft, und daß das andere der ferromagnetisehen Glieder (23c, 23d) zwischen zwei anderen entgegengesetzt gepolten Magneten (22c, 22d) oberhalb und praktisch parallel zur horizontalen Mitte des Quadrupols verläuft.
6. 6.) Bildröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die'Pole Permanentmagnete aufweisen und daß vier ferromagnetische Glieder

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   vorgesehen sind, daß zwei der Magnete (22a, 22b) entgegengesetzte Polarität aufweisen und oberhalb und im wesentlichen parallel zur Richtung der Horizontalablenkung und zwischen zweien der ferromagnetisehen Glieder (23a, 23b) angeordnet sind, und daß die anderen beiden Magnete (22c, 22d) unterhalb und praktisch parallel zur Richtung der Horizontalablenkung und zwischen den anderen beiden ferromagnetisehen Gliedern (23c, 23d) angeordnet sind. ■
7. 7.) Bildröhre nach Anspruch 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete so orientiert sind, daß die Nord- und Südpole im wesentlichen parallel zur Vertikalablenkrichtung verlaufen und die Magnete auf einer Seite der Vertikalachse in einer Richtung einander gegenüberliegen und die Magnete auf der anderen Seite der Vertikalachse in der entgegengesetzten Richtung einander gegenüberliegen.