DE3225278A1

DE3225278A1 - Kathodenstrahlroehre

Info

Publication number: DE3225278A1
Application number: DE19823225278
Authority: DE
Inventors: David J. 97068 West Linn Oreg. Bates; Dan Franklin 97229 Portland Oreg. Denham; Ronald C. 97005 Beaverton Oreg. Robinder
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 1981-07-06
Filing date: 1982-07-06
Publication date: 1983-06-01
Also published as: GB2102195B; JPS5825042A; JPH0339374B2; GB2102195A; DE3225278C2; US4456853A; NL8202573A

Description

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kathodenstrahlröhre mit einem Anzeigeschirm aus phosphoreszierendem Material und einer einen Elektronenstrahl erzeugenden Elektronenkanone.

Der generelle Aufbau einer konventionellen Kathodenstrahlröhre mit drei Elektronenkanonen und einer Schattenmaske sowie deren Betrieb zur Erzeugung eines Raster-Farbbildes sind bekannt. Es ist weiterhin bekannt, daß das durch eine derartige Röhre erzeugte Bild bei Fehlen einer dynamischen Korrektur bestimmte Verzerrungen enthält. Dabei handelt es sich primär um Kissenverzerrungen, welche dadurch bedingt sind, daß das Ablenkzentrum-der drei Elektronenstrahlen gegen das Zentrum der Krümmung des Anzeigeschirms der Röhre verschoben ist (dies ist sowohl bei Schwarz-Weiß- als auch bei Farbröhren der Fall). Weiterhin handelt es sich um TrapezVerzerrungen, die durch wenigstens zwei der Elektronenkanonen hervorgerufen sind, welche außerhalb der Längsachse des Röhrenkolbens angeordnet sind. Schließlich handelt es sich um Fehlkonvergenzen der Strahlen auf der Schattenmaske der Röhre, welche durch einen lateralen Versatz der Kanonen zueinander hervorgerufen sind. Bei einem deltaförmigen Aufbau der Kanonen sind alle drei Kanonen in einem Abstand von der Längsachse der Kanonenanordnung angeordnet. Bei einer in einer Linie angeordneten Kanonenanordnung ist eine Kanone auf der Achse angeordnet, während die beiden anderen Kanonen einen entsprechenden Abstand nach jeder Seite hin besitzen.

Das gebräuchliche Verfahren zur Korrektur von geometrischen Verzerrungen besteht darin, den zur Ablenkung eines Elektronenstrahls oder mehrerer Elektronenstrahlen auf dem Anzeigeschirm zur Erzeugung eines Bildrasters verwendeten Ablenksignalen bestimmte analoge Korrekturfaktoren aufzuprägen. Eine Fehlkonvergenz wird gewöhnlich durch ein entsprechendes Aufprägen anderer analoger Korrekturfaktoren auf die magnetischen Felder durchgeführt, welche zur Konvergenzrealisierung der drei Strahlen im Schirmzentrum verwendet werden. Bei den beiden Verzerrungsarten ist es besonders schwierig, die Fehlkonvergenz genau und gleichförmig zu korrigieren, wobei eine periodische Justierung erforderlich ist.

Bei einem grundsätzlichen Schema zur Durchführung der Strahlkonvergenz werden einzelne Vertikal- und Horizontalsignale für jeden der Strahlen in der Röhre erzeugt. Die Korrektursignale, welche näherungsweise die Form von geringfügig abgeschrägten Parabeln besitzen, gewährleisten einen Null-Korrektur im Zentrum des Schirms sowie eine zunehmende Korrektur mit zunehmender Ablenkung der Strahlen aus dem Zentrum. Eine derartige grundsätzliche Maßnahme reicht gewöhnlich für Heim-Fernsehgeräte aus, da die Betrachter nicht zu kritisch sind, und die Betrachtungsabstände in der Größenordnung von etwa 1,8 bis 3 m liegen. Bei einer Informationsanzeige, bei der die Betrachter kritischer und die Betrachtungsabstände weit kürzer sind, und, was wesentlicher ist, die Auflösungsanforderungen weit schräfer sind, ist der durch diese grundsätzlichen Maßnahmen unkorrigiert verbleibende Anteil der Fehlkonvergenz unannehmbar.

Eine grundlegende Verbesserung gegenüber dem vorgenannten grundlegenden Schema, das beispielsweise in einem Farb-Terminal des Typs 4027 der Anmelderin realisiert ist,

besteht darin, den Anzeigeschirm in mehrere Unterbereiche zu unterteilen und für jede derartige Teilung unabhängig justierbare unterschiedliche Korrektursignale zu erzeugen. Eine derartige Maßnahme ermöglicht eine genauere Konvergenz der drei Strahlen im gesamten Bereich des Schirms. Bei dem Gerät des Typs 4027 ist der Anzeigeschirm in neun Unterbereiche geteilt, wobei die Strahlen in jedem Bereich durch Justierung von drei Potentiometern mit jeweils einem Potentiometer für einen Strahl zur Konvergenz gebracht werden können. Obwohl damit eine genauere Korrektur möglich ist, muß bei einem derartigen Schema dennoch eine zeitaufwendige Justierung von 27 unterschiedlichen Potentiometern, nämlich von jeweils drei Potentiometern für die neun Unterbereiche durchgeführt werden. Gemäß anderen bekannten Schemata wird der Anzeigeschirm in eine noch größere Anzahl von Unterbereichen (beispielsweise der Farbmonitor 650 der Anmelderin verwendet 13 Unterbereiche) geteilt, wobei eine entsprechende Justierung einer noch größeren Anzahl von Potentiometern erforderlich ist. Ein gemeinsamer Nachteil derartiger Schemata ist darin zu sehen, daß eine Bedienungsperson erforderlich ist, um eine vollständige Regelung des Anzeigesystems in der für die Durchführung der verschiedenen Justierungen in jedem einzelnen Unterbereich notwendigen Zeit durchzuführen.

Bei neueren Entwicklungen handelt es sich um digitale Konvergenzschemata, bei denen eine Korrekturinformation beispielsweise über ein Tastaturfeld oder eine andere entsprechende Einrichtung digital eingegeben werden kann, um in Analogsignale zur Realisierung des gewünschten Betrags der Strahl Justierung überführt zu werden. Beispiele derartiger Schematas sind in den US-PS 4 203 051 und 4 203 054 beschrieben sowie in einem Farbanzeigegerät SRL Modell 382 der Firma Systems Research Laboratories, Inc., Dayton, Ohio realisiert. Die in den genannten US-PS beschriebenen

sind weiterhin auch in "IBM J. Res. Develop.", Vol. 24, Nr. 5, September 1980, Seite 598 beschrieben. Das SRL-Konvergenzschema ist in einer Druckschrift mit dem Titel "A 25-In. Recision Color Display for Simulator Visual Systems" von R. E. Holmes und J. A. Mays der Firma Systems Research Laboratories beschrieben. Eine gemeinsame Eigenschaft beider Schemata bzw. Systeme besteht in der Verwendung eines Tastaturfelds, mit dem durch eine Bedienungsperson eine Digitalinformation eingegeben werden kann, welche den notwendigen Grad der Bewegung für jeden der drei Strahlen repräsentiert, um eine Konvergenz oder eine andere geometrische Justierung zu realisieren. Das IBM-System ermöglicht eine individuelle Justierung der Strahlen in 13 verschiedenen Punkten über dem Anzeigebereich, während das SRL-System eine Justierung in 256 unterschiedlichen Punkten ermöglicht. _t

'Ein halbautomatisches Schema zur Durchführung von Ablenkjustierungen ist in der US-PS 4 099 092 beschrieben. Bei diesem Schema werden ein Photodiodenfeld oder eine Festkörper-Bildkamera, welche vor einer Kathodenstrahlröhren-Anzeige angeordnet sind, sowie ein digitaler Computer verwendet, um Korrekturfaktoren zu erzeugen, welche den konventionellen Ablenksignalformen dann über einen programmierbafen Festwertspeicher überlagert werden.

Ein bekannter Nachteil aller bekannten Schemata besteht darin, daß eine Bedienungsperson erforderlich ist, um eine vollständige Regelung des Systems während der zur Realisierung der Konvergenz oder einer geometrischen Korrektur notwendigen Zeit zu realisieren.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,

eine verbesserte Elektronenstrahlröhre mit einer Rückkoppeleinrichtung anzugeben, wodurch eine genaue Lokalisierung eines abtastenden Elektronenstrahls möglich ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Kathodenstrahlröhre der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Kathodenstrahlröhre eignet sich zur Gewinnung einer Information, welche die Horizontal- und Vertikalposition eines abtastenden Elektronenstrahls angibt. Der Betrieb einer derartigen Röhre in einem Korrekturregel system ermöglicht die automatische Regelung sowohl der Konvergenz als auch der Geometrie in einem angezeigten Bild.

Bei der erfindungsgemäßen Kathodenstrahlröhre handelt es sich hinsichtlich eines Anzeigeschirms aus phosphoreszierendem Material, mindestens einer Elektronenkanone zur Erzeugung eines Elektronenstrahls und Führung dieses Elektronenstrahls auf den Anzeigeschirm um eine konventionelle Röhre. Wesentlich ist die Anordnung einer Rückkoppelanordnung zwischen der oder den Elektronenkanonen und dem Anzeigeschirm zur Erzeugung einer die genaue Lage des Elektronenstrahls in zwei Dimensionen angebenden Anzeige als Funktion des Beschüsses durch einen Elektronenstrahl .

Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kathodenstrahlröhre sieht eine Farbröhre mit an sich konventioneller Schattenmaske vor, auf deren Oberfläche eine Vielzahl von Rückkoppelelementen vorgesehen ist, wobei Schaltungen zur Erfassung von durch diese Elemente erzeugten Signale vorgesehen sind. Die Elemente sind so ausgebildet und räumlieh so angeordnet, daß sie bei Abtastung durch einen

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Elektronenstrahl mindestens ein, die gewünschte genaue Positionsinformation enthaltendes Signal erzeugen.

Weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Röhre werden durch eine monochromatische Kathodenstrahlröhre mit einer Vielzahl ,von kleineren Rückkoppelelementen gebildet, die auf der Innenfläche des Anzeigeschirms angeordnet sind.

Zwischen der erfindungsgemäßen Röhre und Einrichtungen, wie Prüfröhren, Lichtpunkt-Abtaströhren und Strahlzeigerröhren bestehen gewisse Ähnlichkeiten. Eine Prüfröhre wird durch eine konventionelle Kathodenstrahlröhre gebildet, welche ein Target besitzt, das in eine Vielzahl von Zeichen definierenden Bereichen aus einem speziellen Sekundärelektronen-Emissionsmaterial gebildet ist. Eine Abfragung eines bestimmten Bereichs mit einem Abtastraster führt zur Erzeugung einer ein bestimmtes Zeichen definierenden Anzeige. Eine Lichtpunkt-Abtaströhre ist insoweit ähnlich ausgebildet, als sie einen phosphoreszierenden Schirm aufweist, auf dem ein lichtundurchlässiges Material vorgesehen ist, das Zeichen definierende Öffnungen aufweist. Wenn eine bestimmte Öffnung mit einem entsprechenden Raster abgetastet wird, so wird eine Anzeige erzeugt, welche ein bestimmtes Zeichen definiert. Strahlzeigerröhren sind ebenfalls bekannt. Ihr wesentliches Merkmal ist in einem vielbändigen Anzeigeschirm zu sehen, auf dessen einer Seite ein Muster von mit Zwischenräumen versehenen Anzeigebändern vorgesehen ist. Wie sich aus den folgenden Ausführungen noch ergibt, sind die Ähnlichkeiten zwischen derartigen Einrichtungen und der erfindungsgemäßen Röhre jedoch nur auf den ersten Blick gegeben. Die primäre Funktion der erfindungsgemäßen Röhre ist darin zu sehen, sowohl eine automatische Konvergenzjustierung als auch eine geometrische Justierung in einem

Kathodenstrahlröhren-Anzeigesystem zu ermöglichen (im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff "geometrische Ausrichtung" Strahl Justierungen, welche zur Beeinflussung der Größe, der Lage, der Linearität, der Rechtwinkligkeit und ähnlicher Charakteristiken eines angezeigten Bildes notwendig sind, sowie Justierungen, die zur Korrektur von Bildverzerrungen, wie Kissenverzerrungen und Trapezverzerrungen erforderlich sind). Die Konvergenz (oder geregelte Fehlkonvergenz) ist zwar in überwiegendem Maße ein Problem von Schattenmasken-Farb-Kathodenstrahlröhren. Sie ist jedoch für den Betrieb aller anderen Kathodenstrahlröhren, wie Schwarz-Weiß- oder Farb-Röhren mit mehreren Elektronenkanonen und einem gemeinsamen, diesen Kanonen zugeordneten Ablenksystem ebenfalls ein wesentlicher Gesichtspunkt.

Ein Korrekturregelsystem zur Verwendung in Verbindung mit einer erfindungsgemäßen Röhre ist in einer gleichzeitig eingereichten Anmeldung der Anmelderin beschrieben.

Eine speziell brauchbare Konfiguration der Rückkoppelelemente, insbesondere zur Verblendung in einer Schattenmasken-Kathodenstrahlröhre wird durch zwei unterbrochene Schenkel eines rechtwinkligen Dreiecks gebildet, von denen einer vertikal und der andere geneigt ausgerichtet ist. Diese Schenkel sind an vorgegebenen Stellen auf der Oberfläche der Schattenmaske gegenüber den drei Elektronenkanonen angeordnet. Gemäß einer Ausführungsform werden die Elemente durch phosphoreszierendes Material mit schneller Abfallzeit gebildet, wobei eine Einrichtung zur Erfassung des Rückkoppelsignals durch mindestens eine Photovervielfacherröhre oder durch mindestens einen Halbleiter-Photodetektor gebildet wird, die optimal derart ausgelegt sind, daß sie auf ein spezielles Belichtungsspektrum ansprechen, bei dem die Erfassung einer Beleuchtung im sieht-

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baren Spektrum möglich ist, die bei Erregung durch einen auftreffenden Elektronenstrahl auf den Phosphor erzeugt wird- Bei einer anderen Ausführungsform wird das Element durch ein Material gebildet, das bei Erregung Sekundärelektronen zu emittieren vermag, wobei eine Detektoreinrichtung durch mindestens einen Sekundärelektronenkollektor gebildet wird. Eine andere Ausführungsform der Elemente ist durch Öffnungen in einer leitenden Beschichtung gebildet, die von der Maskenoberfläche isoliert ist, wobei eine Detektoreinrichtung Ströme erfaßt, die in der leitenden Beschichtung und/oder in der Schattenmaske selbst durch den Elektronenstrahl induziert werden. Da die Elemente insgesamt auf der Hinterfläche der Schattenmaske der Röhre vorgesehen sind, beeinflussen sie das angezeigte Bild nicht.

Eine Rückkoppelelementanordnung, welche sich speziell für eine Schwarz-Weiß-Kathodenstrahlröhre eignet, wird durch einen kleinen Fleck bzw. Punkt gebildet, der durch eine Folge von Rasterlinien-Abtastungen abgefragt werden kann. Die Elemente sind an vorgegebenen Stellen auf der Innenseite einer mit Aluminium versehenen Oberfläche des Anzeigeschirms der Kathodenstrahlröhre vorgesehen. Werden die Elemente ausreichend klein gemacht, so können sie im Betrachtungsbereich angeordnet werden, ohne daß sie das angezeigte Bild wesentlich beeinflussen. Anderenfalls können sie außerhalb des Betrachtungsbereichs angeordnet werden. In beiden Fällen können die Elemente durch ein phosphoreszierendes Material mit schneller Abfallzeit gebildet werden, wie es auch bei den vorgenannten Ausführungsformen mit Schattenmaske oder bei den anderen bereits erwähnten Ausführungsformen Verwendung findet.

Unabhängig von der Ausführungsform der Rückkoppelelemente enthalten die durch die abtastende Erregung erzeugten Si-

gnale bestimmte Zeittaktzusammenhänge, welche die genaue Lage jedes Elektronenstrahls in der Röhre relativ zu den anderen Strahlen und gegebenenfalls zu der räumlichen Lage der einzelnen Elemente angeben. Diese Zeittaktzusammenhänge können erfaßt und durch einen Mikroprozessor oder andere geeignete Verarbeitungsanordnungen weiterverarbeitet werden, um Korrekturfaktoren festzulegen, welche zur Durchführung der gewünschten Geometrie- und Konvergenzjustierungen notwendig sind. Die so festgelegten Korrekturfaktoren können in die Konvergenz- und Ablenkschaltungen mittels an sich bekannter Analog- oder Digitalschaltungen eingespeist werden, wobei es sich um Schaltungen gemäß den oben bereits genannten Druckschriften handeln kann.

Der primäre Vorteil der erfindungsgemäßen Röhre ist darin zu sehen, daß Konvergenzjustierungs- und Geometriekorrekturprozesse ohne menschliche Beteiligung durchführbar sind. Die Prozesse können darüber hinaus mit ausreichender Geschwindigkeit und mit ausreichendem Wirkungsgrad durchgeführt werden, ohne daß eine Unterbrechung des normalen Betriebs des umgebenden Anzeigesystems merkbar wird.

Weitere spezielle Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in entsprechenden ünteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert; es zeigt:
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Fig. 1 eine symbolische Darstellung von in einer konventionellen Schattenmasken-Kathodenstrahlröhre mit Delta-Kanonen möglichen Strahl Justierungen;
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Fig. 2 eine symbolische Darstellung des gewöhnlich auf die Konvergenz der Strahlen nach Fig. 1 folgenden Verfahrens;

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines bekannten Korrektursystems;

Fig. 4 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Kathodenstrahlröhre und eines Korrekturregelsystems unter Verwendung dieser Röhre;

Fig. 5 eine Darstellung von Rückkoppelelement-Konfigurationen, welche sich für die Verwendung in einer erfindungsgemäßen Kathodenstrahlröhre eignen;

Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung einer speziell geeigneten Rückkoppelelement-Konfiguration;

Fig. 7 eine Darstellung der Schattenmaske einer erfindungsgemäßen Kathodenstrahlröhre mit einem Raster von Rückkoppelelementen;

Fig. 8 eine vereinfachte Darstellung einer Posicions-Detektorschaltung, welche einen Teil des Sy

stems nach Fig. 4 bildet;

Fig. 9 ein Zeittaktdiagramm bestimmter, in der Schaltung nach Fig. 8 erzeugter Signale; 30

Fig. 10 eine zweite Darstellung des Rückkoppelelements nach Fig. 6, aus der bestimmte Zeittaktzusammenhänge während des Betriebs der Röhre und des Systems nach Fig. 4 ersichtlich sind; 35

Fig. 11 eine Darstellung zweier in einem speziellen Betrieb des Systems nach Fig. 4 erzeugter Rasterliniengruppe; und

Fig. 12 eine symbolische Darstellung der in einer konventionellen Schattenmasken-Kathodenstrahlröhre mit in einer Linie angeordneten Elektronenkanonen möglichen Strahl Justierungen.

In den folgenden Ausführungen wird die grundlegende Funktionsweise von Kathodenstrahlröhren-Anzeigeeinrichtungen und insbesondere von Schattenmasken-Farbkathodenstrahlröhren als bekannt vorausgesetzt. Wie bekannt, müssen die drei Elektronenstrahlen einer konventionellen Schattenmasken-Kathodenstrahlröhre in Schattenmaskenöffnungen konvergieren, um ein Bild mit annehmbarer Farbtreue zu erzeugen. Bei einer Röhre mit einer Delta-Kanonenanordnung wird eine derartige Konvergenz gewöhnlich durch Modulation bestimmter elektromagnetischer Felder erreicht, welche die Strahlen auf ihrem Weg zu den Maskenöffnungen zwingen. Bei einer Anordnung mit auf einer Linie ausgerichteten Kanonen verläuft dieser Vorgang etwas anders, wobei das grundlegende Konzept jedoch ebenfalls gilt. Aus Zweckmäßigkeitsgründen wird im Zusammenhang mit vorliegender Erfindung eine Kathodenstrahlröhre mit Delta-Kanonen angenommen. Diese Annahme ist jedoch nicht als beschränkend zu betrachten. Die Erfindung ist dabei nicht auf Schattenmasken-Farb-Kathodenstrahlröhren beschränkt. Wie im folgenden noch ausgeführt wird, gelten die erläuterten Prinzipien auch für einstrahlige oder mehrstrahlige monochromatische Röhren.

Fig. 1 zeigt die gewöhnlich zur Verfügung stehenden vier Freiheitsgrade für die Strahl justierung, welche für die Konvergenz einer Kathodenstrahlröhre mit Delta-Kanonen notwendig sind. Jede Strahlposition, gesehen von der Au-

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ßenseite des Anzeigeschirms der Kathodenstrahlröhre ist in Fig. 1 durcheinen Kreis angegeben,, welcher die Buchstaben R, G oder B einschließt, wodurch die spezielle durch den Strahl erzeugte Farbe Rot, Grün oder Blau angegeben ist. Pfeile geben dabei die möglichen Justierungsrichtungen an. In konventioneller Weise können der Rotund der Grün-Strahl in einer Diagonalrichtung jeweils auf einen gemeinsamen Konvergenzpunkt zu- oder von diesem wegbewegt werden, wobei dieser Könvergenzpunkt in Fig.l durch ein kleines Kreuz angedeutet ist. Der Blau-Strahl kann sowohl horizontal als auch vertikal bewegt werden. In der Praxis werden gemäß Fig. 2 zunächst der Rot- und Grün-Strahl zur Bildung einer Gelb-Anzeige zur Konvergenz gebracht, wonach der Blau-Strahl sodann in räumliche Koinzidenz bewegt wird, um die weiße Anzeige der vollständigen Konvergenz zu bilden. Das tatsächlich auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre angezeigte Symbol für eine Vereinfachung des Konvergenzprozesses ist frei wählbar.

Ein grundlegendes bekanntes System zur Durchführung des Konvergenzprozesses ist schematisch in Fig. 3 dargestellt. Dieses System enthält eine Kathodenstrahlröhre 20 mit einer aus drei Elementen bestehenden Kanonenanordnung 22, einer Schattenmaske 23, einer Konvergenzanordnung 24, einem Ablenkjoch 26 (oder Ablenkplatten), einer Quelle 28 für Z-Achsen- oder Bildsignalen, einer Quelle 30 für Horizontal- und VertikalsynchronsignaIe, einem Funktionsgenerator 32 zur Erzeugung der Grobkonvergenz- und Ablenksignale sowie einer Einrichtung 34 zur manuellen Auswahl bestimmter Korrekturfaktoren für die Grobsignale des Generators 32 durch eine Bedienungsperson 36. Beispiele für ein derartiges bekanntes System sind das Farbgraphik-Terminal 4027 der Anmelderin sowie die bereits erwähnten IBM- und SRL-Systeme. Im Terminal 402 7 der Anmelderin sind der Funktionsgenerator 32 und die manuelle Justiereinrichtung 34

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analoge Komponenten. Im SRL-System ist der Funktionsgenerator eine analoge Komponente und die Justiereinrichtung eine digitale Komponente, während im IBM-System beide Funktionen digital sind. Ein gemeinsames Merkmal dieser Systeme besteht darin, daß während der zur Durchführung des Korrekturvorgangs notwendigen Zeit eine vollständige Bedienung durch eine Bedienungsperson 36 erforderlich ist. Wie bereits ausgeführt, besteht die primäre Funktion des bekannten Systems darin, daß die Bedienungsperson 3 6 manuell bestimmte Korrektursignale in einer Weise einstellen kann, daß drei Elektronenstrahlen 38a, b und c zunächst auf der Schattenmaske 23 konvergieren und daß sodann ein geometrisch akzeptables Bild definiert wird. In dem bereits ebenfalls oben zitierten Bristow-System wird die Bedienungsperson 36 durch eine externe Sensoreinrichtung unterstützt, wobei die Korrektursignale automatisch erzeugt werden. Nichtsdestoweniger bleibt jedoch die Bedienung durch eine Bedienungsperson notwendig.

Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kathodenstrahlröhre und ein grundlegendes Korrekturregel system zur Verwendung dieser Röhre. Eine Kathodenstrahlröhre 40 besitzt dabei einen Röhrenkolben 42 mit einem mit Phosphor beschichteten Anzeigeschirm 44 an einem Ende und einer aus drei Elementen bestehenden Kanonenanordnung 46 am anderen Ende. Im Bereich des Anzeigeschirms 44 ist eine perforierte Metallschattenmaske 48 vorgesehen, auf deren kanonenseitiger Oberfläche eine Vielzahl von Rückkoppelelementen 5 0 angeordnet ist, die im folgenden noch genauer beschrieben werden. Mit Ausnahme der Rückkoppelelemente 50 bildet die Röhre 40 eine konventionelle Schattenmasken-Farb-Kathodenstrahlröhre.

Das System zur Verwendung der Röhre 40 besitzt neben dieser

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Röhre selbst eine Konvergenz-Magnetanordnung 54 und ein auf (oder in) einem Hals 52 des Röhrenkolbens 42 montiertes Ablenkjoch 56 (oder Platten), eine Quelle 60 für Z-Achsen-Signale, eine Quelle 62 für Horizontal- und Vertikalablenksignale sowie einen Funktionsgenerator 64. Weiterhin ist eine Detektorschaltung 66 zur Erfassung bestimmter Rückkoppelsignale über eine geeignete Schnittstelle 58 vorgesehen, als Funktion dessen zweite Signale erzeugt werden, welche die Position von Elektronenstrahlen 47a, b, c in der Röhre angeben. Ein Prozessor 68 nimmt diese zweiten Signale auf, um bestimmte Korrekturfaktoren zu erzeugen, welche den Grob-Konvergenz- und Ablenksignalformen des Generators 64 überlagert werden.

Die durch Abtastung der Rückkoppelelemente 50 mit einem Elektronenstrahl 47 erzeugte Positionsinformation wird im Prozessor 66 verarbeitet, um Korrektursignale zu erzeugen, die den durch den Generator 46 erzeugten Konvergenz- und Ablenksignalformen überlagert werden, um sowohl die Konvergenzals auch die Geometriekorrekturen durchzuführen. Eine genauere Erläuterung des Systems nach Fig. 4 findet sich in der bereits genannten schwebenden Anmeldung der Anmelderin.

Die Rückkoppelelemente 50 können in verschiedenen Formen realisiert werden. Bei einer Ausführungsform handelt es sich um ein phosphoreszierendes Material mit schneller Abfallzeit, beispielsweise den Phosphor P47, das an bestimmten Stellen auf der kanonenseitigen Fläche der Schat- tenmaske 48 aufgebracht wird. Andere Ausführungsformen werden im folgenden noch angegeben. Mit Elementen 50 aus phosphoreszierendem Material wird die Schnittstelle 58 durch eine Photovervielfacherröhre gebildet, die außerhalb der Röhre 40 und im Bereich eines transparenten Sichtfensters im Röhrenkolben 42 angeordnet ist. Ein klei-

ner Kreis in Fig. 4 deutet symbolisch die Schnittstelle 58 an. Es handelt sich dabei nicht um eine spezielle mechanische, optische oder elektrische Verbindung. Wie im folgenden noch ausgeführt wird, kann die Schnittstelle 58 auch andere Ausführungsformen annehmen.

Die Element 50 können eine Größe und eine Form besitzen, wodurch sowohl eine Horizontal- als auch eine Vertikal-Positionsinformation eines sie überlaufenden Elektronen-Strahls gewonnen werden kann. Eine Ausführungsform von Rückkoppelelement-Konfigurationen ist in Fig. 5 dargestellt. Die Elemente sind dabei so dargestellt, wie sie gegebenenfalls von der Seite eines Betrachters des Anzeigeschirms der Kathodenstrahlröhre wahrnehmbar sind. In der Anordnung auf der Oberfläche der Schattenmaske 48 sind die Elemente dann von links nach reciits spiegelbildlich. Elementkonfigurationen sowohl mit vertikal ausgerichteten als auch geneigten Schenkeln erweisen sich als zuverlässigst mit geringstfügig mehrdeutigen RückkoppelSignalen.

Im Rahmen der Erfindung können jedoch auch andere Elementkonfigurationen zur Erzeugung der notwendigen Horizontal- und Vertikal-Positionsinformation verwendet werden. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß ein Rückkoppelelement in Form eines sich vollständig über die Schattenmaske oder den Anzeigeschirm erstreckenden einzigen Bandes nach Art einer Strahlanzeigeröhre eignet sich jedoch lediglich zur Erzeugung einer Strahllageinformation in einer Dimension.

Eine Ausführungsform einer Rückkoppelelement-Konfiguration, welche sich als speziell vorteilhaft erwiesen hat, ist in Fig. 6 dargestellt. Diese Ausführungsform bildet die Basis für die folgenden Ausführungen. Gemäß dieser Figur besitzt das Element zwei unterbrochene Schenkel 80 und 82 eines rechtwinkligen Dreiecks, von denen der erste bzw. vordere Schenkel 80 vertikal und der zweite oder

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hintere Schenkel 82 unter einem Winkel von 30° gegen die Horizontale (bzw. 60° gegen den Schenkel 80) orientiert ist. Die Begriffe "vorne" und "hinten" sind in bezug auf die Richtung des Strahls definiert, welcher in der Figur als von links nach rechts laufend angenommen ist (es ist wiederum darauf hinzuweisen, daß das Element in Fig. 6 so dargestellt ist, wie es von der Seite des Anzeigeschirms erscheinen würde, von der es durch eine Bedienungsperson beobachtet würde. Von der Kanonenseite der Schattenmaske würde das Element umgekehrt erscheinen und die Strahlbewegung von rechts nach links laufen). Die Betriffe "horizontal" und "vertikal" haben ihre gebräuchliche Bedeutung in bezug auf die Elektronenstrahlablenkung in einer Anzeige-Kathodenstrahlröhre.

Typische Abmessungen für das Element nach Fig. 6 sind eine Höhe 86 von etwa 0,762 bis etwa 2,54 cm, eine Gesamtlänge 88 von etwa 1,524 bis etwa 4,4"45 cm, eine Schenkelbreite 90 in Horizontalrichtung von etwa 0,0254 bis 0,254 cm und ein Schenkelabstand 92 etwa gleich der horizontalen Schenke!breite. Andere Abmessungen können in Abhängigkeit anderer Charakteristiken des Systems ebenfalls zweckmäßig sein, wobei die wesentlichen Kriterien darin bestehen, daß das Element durch einen abtastenden Elektronenstrahl genau lokalisierbar ist und daß die durch eine derartige Abtastung erzeugten Signale sowohl erkennbar als auch definiert sind. Darüber hinaus soll die Höhe 86 ausreichen, damit die abtastenden Strahlen in Vertikalrichtung um die Strecken justiert werden können, die für die Konvergenz ohne Verlassen des Schenkels notwendig sind, wobei der Schenkelabstand 92 so bemessen sein soll, daß die Erzeugung zweier definierter Signale ohne Rücksicht auf die vertikale Ebene, in der das Element abgetastet wird, sichergestellt ist. Die konstante bzw. gleiche Horizontalbreite der beiden Schenkel 80 und 82 ist so gewählt, daß die beiden Signale von gle\chaitiger Amplitude und Dauer sind. Der in Betracht gezogene Winkel 84 von 30° ist so gewählt, daß der Schenkel 82 zu den Perforationen der

Schattenmaske 48 ausgerichtet ist. Dieses letztgenannte Charakteristikum ist jedoch nicht kritisch, da die Zusammenhänge zwischen den Perforationsdurchmessern, den Strahldurchmessern und der Gesamtgröße des Elements dazu tendieren, durch Fehlausrichtung der Komponenten des Elements im Öffnungsraster hervorgerufene Ungleichförmigkeiten minimal zu halten. Die gleiche Konfiguration des Elements kann auch für eine Schattenmaskenröhre mit auf einer Linie ausgerichteten Kanonen und für Schwarz-Weiß-Röhren verwendet werden.

Fig. 7 zeigt die kanonenseitige Oberfläche der Schattenmaske 48. Gemäß dieser Darstellung und der Schnittdarstellung nach Fig. 5 sind die Rückkoppelelemente 70 (in Form von kleinen Kreuzen in Fig. 7) auf der Schattenmaskenoberflache in der Weise angeordnet, daß ein Raster derartiger Elemente mit regelmäßigen Abständen entsteht. In Abhängigkeit von der Wahl des Designers können die Elemente vollständig in einem vordefinierten Qualitätsbereich angeordnet sein, der durch ein geschlossenes gestrichelt dargestelltes Rechteck 94 angegeben ist. Andererseits können die Elemente auch teilweise außerhalb eines solchen Bereichs angeordnet sein. Da jedes Element den Mittelpunkt eines Unterbereichs des Anzeigeraums definiert, in dem die drei Strahlen der Kathodenstrahlröhre genau zur Konvergenz gebracht und ausgerichtet werden können, ist die Anzahl und die Lage der Elemente zum größten Teil eine Frage der Korrekturauflösung. Das in Fig. 7 dargestellte Muster ermöglicht die Durchführung einer Konvergenz und einer Geometriekorrektur an 17 Stellen, und zwar im Zentrum, an der Oberseite und der Unterseite, links und rechts, in den vier Ecken und an entsprechenden dazwischenliegenden Punkten. Für Systeme mit totaler digitaler Konvergenz sind größere Raster (beispielsweise 30 bis 256 Elemente) in Form von gleich beabstandeten, jedoch proportional kleineren Elementen zweckmäßiger. Wie im folgenden noch genauer erläutert wird, kann jedes EIe-

ment 50 einzeln durch einen abtastenden Elektronenstrahl abgefragt werden, wobei die Konvergenz- und Korrekturoperationen auf einer Punkt für Punkt-Basis oder gleichzeitig auf dem gesamten Anzeigebereich durchgeführt werden können.

Ein Ausführungsbeispiel einer Positionsdetektorschaltung zur Verwendung im System nach Fig. 4 ist in Fig. 8 dargestellt. Die Rückkoppelelemente 50 werden als aus phosphoreszierendem Material hergestellt angenommen, wie dies schon oben ausgeführt wurde, so daß die Schnittstelle 58 daher symbolisch als Photovervielfacherröhre dargestellt ist. Die Schaltung nach Fig. 8 enthält ein Flip-Flop 110, das als Funktion einer vorgegebenen Folge von geschalteten Eingangssignalen zwischen alternierenden Ausgangsschaltzuständen umschaltet. Weiterhin enthält die Schaltung einen Sägezahngenerator 112 zur Überführung eines Äusgangsschaltzustands des Flip-Flops 110 in eine analoge Größe sowie einen Analog-Digital-Wandler 114 zur Erzeugung einer digitalen Darstellung der analogen Größe. Der Sägezahngenerator 112 enthält einen Verstärker 116 und zwei Transistorschalter Ql und Q2 zur Steuerung der Ladung eines Kondensators C. Der Wandler 114 enthält einen digitalen Oszillator 118 sowie einen Zähler 120 zur Realisierung einer digitalen Zählung sowie einen Digital-Analog-Wandler 122 und eine Vergleichsstufe 124 zur Abschaltung des Zählers 120 sowie zur Rücksetzung des Sägezahngenerators 112, wenn die Zählung im Zähler der Ladung des Kodensators äquivalent ist. In der Schaltung nach Fig. 8 ist weiterhinein Verstärker 126 zur Steuerung der Amplitude des Photovervielfachersignals vorgesehen. Die Schaltung dient zur Erzeugung von digitalen Zeittaktsignalen, welche die Horizontal- und die Vertikalposition eines vorgegebenen Rasterliniensegme^ts bisw. einer Abtastlinie relativ zu einem ausgewählten Rückkoppe!element repräsen-

tieren (der Begriff "Rasterliniensegment" ist im Rahmen der Erfindung nicht auf den Fall einer Rasterabtastung beschränkt- Vielmehr umfaßt dieser Begriff auch den Fall eines gerichteten Strahls, beispielsweise beim Schreiben von Zeichen).

Die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 8 wird zweckmäßigerweise anhand des Signaldiagramms nach Fig. 9 erläutert. Um die Position einer gegebenen Rasterlinie, beispielsweise einer durch das Zentrum des Anzeigebereichs laufenden Rotlinie in bezug auf ein ausgewähltes Rückkoppelelement, beispielsweise ein am linken mittleren Rand des Anzeigebereichs angeordnetes Element zu bestimmen, ist es lediglich notwendig, eine Abtastlinie ausreichender Länge und ausreichender räumlicher Verschiebung zu erzeugen, so daß sie beide Schenkel des ausgewählten Elements schneidet. Der erste Schnitt erzeugt der Horizontalposition der Linie entsprechende Signale, während der zweite Schnitt der Vertikalposition entsprechende Signale erzeugt. Durch Wiederholung des Vorgangs für jede der drei Farbkomponenten der gleichen Abtastlinie können die zur Erzeugung der Konvergenz oder eines anderen räumlichen Zusammenhangs notwendigen Justierungen in einfacher Weise festgelegt werden. Ist die räumliche Anordnung des Rückkoppelelements relativ zum Anzeigebereich bekannt, so können auch die zur Durchführung der geometrischen Korrekturen notwendigen Justierungen in einfacher Weise festgelegt werden.

In Fig. 9 sind die Z-Achsen-Signalen (Z), die durch die Schaltung nach Fig. 8 aufgenommenen Rückkoppelsignale (Photovervielfachersignale) sowie die Schaltzustände und die als deren Funktion erzeugte Kondensatorladung (C) dargestellt. Es ist darauf hinzuweisen, daß zwei Sätze von Schaltzustandssignalen und C-Signalen vorhanden sind, wo-

bei ein Satz für einen ersten Schnitt mit dem Rückkoppelelement und ein Satz für einen zweiten Schnitt mit dem Rückkoppelelement gilt. In Fig. 9 ist weiterhin die durch das Z-Achsen-Signal erzeugte Abtastlinie (LINIE) dargestellt. Über dem Abtastliniensignal ist ein Rückkoppelelement gemäß Fig. 6 dargestellt, um symbolisch die Position der erzeugten Linie relativ zu den beiden Schenkeln 80 und 82 des Elements darzustellen. Die horizontale Koordinate der Linien-Kurve wird daher sowohl 10' zeitlich als auch streckemäßig gemessen.

In einem Zeitpunkt t„ vor der Erzeugung der ausgewählten Abtastlinie werden durch den Prozessor 68 geeignete Steuersignale erzeugt, um das Flip-Flop 110 in einen Schaltzustand mit auf hohem Pegel liegendem Signal zu schalten und den Zähler 120 auf einen vorgegebenen Anfangswert, beispielsweise Null, zu setzen. Unter diesen Bedingungen ist der Eingang des Verstärkers 116 geerdet, so daß der Kondensator C entladen wird. Sodann wird eine Horizontalablenkung ausgelöst, so daß die drei Strahlen in der Kathodenstrahlröhre ihre Bewegung von links'nach rechts über den Anzeigebereich beginnen. In einem vorgegebenen Zeitpunkt t, vor Erreichen des ausgewählten Rückkoppelelements 50 wird das Z-Achsen-Signal für einen der Elektronenstrahlen, beispielsweise den Rot-Strahl, auf einer konstanten Amplitude gehalten, um eine Spur gleichförmiger Intensität zu erzeugen. Gleichzeitig werden die in die Grün- und die Blau-Elektronenkanonen eingespeisten Z-Achsen-Signale auf Null gestellt. Der Prozessor 68 liefert weiterhin ein geeignetes Steuersignal, um das Flip-Flop 110 in einen Schaltzustand mit auf tiefem Pegel liegenden Signal einzustellen, wie dies durch die obere Schaltzustand-Kurve angegeben ist. Bei einem auf tiefem Pegel liegenden Signal des Flip-Flops HG wird rl er Transistor Ql gesperrt, so daß sich der Kondensator C aufzuladen beginnt. Dies ist

durch die obere C-Kurve nach Fig. 9 angegeben. In einem Zeitpunkt t„ erreicht der Rot-Strahl den vorderen Schenkel 80 des Elements 50, so daß das Material des Elements zu phosphoreszieren beginnt und eine erste Rückkoppelanzeige erzeugt. Diese Anzeige wird durch die Photovervielfacherröhre 62 erfaßt, um einen ersten Photovervielfacherimpuls 140 zu erzeugen. Aufgrund dieses Photovervielfacherimpulses 140 schaltet das Flip-Flop 110 in seinen Schaltzustand mit auf hohem Pegel liegendem Signal zurück,, so daß die Erdverbindung des Eingangs des Verstärkers 116 erneut gebildet und der Ladezyklus des Kondensators C beendet wird. Es wird sodann ein geeignetes Steuersignal geliefert, um zu vermeiden, daß das Flip-Flop auf einen nächsten Photovervielfacherimpuls 142 reagiert, was im folgenden noch genauer erläutert wird. In diesem Zeitpunkt ist die Ladung auf dem Kondensator C eine analoge Darstellung sowohl des Horizontalabstands und der abgelaufenen Zeit zwischen dem Beginn eines Liniensegments 144 konstanter Intensität und dessen Durchlauf durch den vorderen Schenkel 80 des Elements 50.

Es ist zu bemerken, daß der die Abtastlinie 144 definierende Teil des Z-Achsen-Signals eine Amplitude besitzen muß, die gerade ausreicht, um ein brauchbares Rückkoppelsignal zu erzeugen. Eine solche Amplitude kann kleiner als diejenige Amplitude sein, welche erforderlich ist, um eine für eine Bedienungsperson des Systems sichtbare Spur zu erzeugen.

Vor der nächsten Operation der Schaltung nach Fig. 8 wird ein geeignetes Steuersignal erzeugt, um die Zählung durch den Zähler 120 beginnen zu lassen. Wenn die so erzeugte digitale Zählung, welche durch den Wandler 122 in ein Analogsignal überführt wird, einen der Größe der Ladung des Kondensators C äquivalenten Wert erreicht, so liefert

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die Vergleichsstufe 124 ein Signal, wodurch die Zählung gestoppt und der Kondensator entladen wird. Der so gestoppte Zählwert im Zähler 120 ist eine digitale Darstellung des Horizontalabstands und der vorgenannten Zeit. Diese digitale Darstellung lokalisiert die Abtastlinie 144 in bezug auf die durch den vorderen Schenkel 80 des Elements 50 repräsentierte Vertikalebene.

Um die Abtastlinie 144 relativ zu einer Horizontalreferenz zu lokalisieren, läuft die Funktion der Schaltung nach Fig. 8 erneut an, wodurch die Horizontalabtastoperation wiederholt wird. Dabei wird im Zeitpunkt t-, , in dem die Abtastlinie 144 konstanter Intensität beginnt, kein Signal zum Flip-Flop 110 geliefert, so daß dieses Flip-Flop in seinem Schaltzustand mit auf hohem Pegel liegendem Signal verbleibt, wie dies durch'die untere Schaltzustandskurve nach Fig. 9.angegeben ist. Wenn nun im Zeitpunkt t- der abtastende Strahl durch den vorderen Schenkel 80 des Elements 50 läuft, so bewirkt der resultierende Photovervielfacherimpuls 140 eine Umschaltung des Flip-Flops 110 in den Schaltzustand mit auf tiefem Pegel liegendem Signal, so daß eine neue Aufladung des Kondensators C beginnt. Dies ist durch die untere C-Kurve in Fig. 9 angegeben. Im Zeitpunkt t,, wenn der Strahl den hinteren Schenkel 82 des Elements 50 durchläuft, so bewirkt der resultierende zweite Photovervielfacherimpulse 142, daß das Flip-Flop 110 in seinen Schaltzustand mit auf hohem Pegel liegendem Signal zurückkehrt, wodurch der Aufladevorgang beendet wird. Das im Zähler 120 durch die neue Operation erzeugte und durch den Wandler 114 umgewandelte Signal ist nun eine Darstellung des Horizontalabstands und der abgelaufenen Zeit zwischen den Durchläufen der Abtastlinie 144 durch die beiden Schenkel 80 und 82. Da der hintere Schenkel 82 geneigt is'c, ist das Signal auch eine Darstellung der Vertikalposition des Linienelements 144

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relativ zum Element 50 . Wenn die genaue räumliche Lage des Elements 50 bekannt ist, so kann diese Vertikalinformation zur Durchführung einer geometrischen Korrektur ausgenutzt werden, was beispielsweise dadurch erfolgen kann, daß die Abtastlinie 144 in einer Richtung bewegt wird, wodurch die Differenz zwischen der erfaßten abgelaufenen Zeit und der die bekannte räumliche Lage des Elements 50 repräsentierenden abgelaufenen Zeit unter eine vorgegebene Grenze reduziert wird. Es ist jedoch nicht notwendig, die räumliche Lage des Elements zu kennen, um eine Konvergenz zu erreichen.

Für einen nichtverschachtelten Rasterabtastfall hat die Praxis gezeigt, daß die Positionsdetektorschaltung nach Fig. 8 und der Prozessor 68 ausreichend schnellgemacht werden können, um einen Digitalisierung und Speicherung der während der ersten Horizontalabtastung eines ausgewählten Rückkoppelelements 50 gewonnenen Information durchführen zu können, bevor die nächstfolgende Abtastung des gleichen Elements erfolgt. Es ist daher möglich, eine Horizontal- und Vertikal-Positionsinformation für eine vorgegebene Abtastlinie in einer geringeren Zeit zu gewinnen, als es zur Erzeugung zweier aufeinanderfolgender Rasterlinien erforderlich ist. Nachdem die Rot-Strahlinformation für ein vorgegebenes Liniensegment und ein vorgegebenes Rückkoppelelement gewonnen und gespeichert ist, wird der Vorgang zur Gewinnung der entsprechenden Information für den Grün- und den Blau-Strahl wiederholt. Ist die Horizontalpositionsinformation für beide Abtastungen einer bestimmten Farbe die gleiche, so ist es gleichgültig, welche der beiden vorbeschriebenen Operationen zuerst durchgeführt wird. Es ist lediglich notwendig, daß das zur Gewinnung der Vertikalinformation verwendete Linienelement für jede der drei Farben das gleiche ist.

Eine Analyse der so erhaltenen Information ist im einzelnen in der vorgenannten schwebenden Anmeldung der Anmelderin beschrieben. Der spezielle Prozeß bzw. Algorithmus für die Berechnung der den Konvergenz-Signalformen hinzuzufügenden Korrekturfaktoren bleibt in gewisser Weise der Wahl eines erfahrenen Entwicklers überlassen. Bei diesen Wahlmöglichkeiten handelt es sich um eine rein iterative Lösung, bei der die Strahlen wiederholt in Einheitsschritten bewegt werden, bis die Konvergenz erreicht ist, eine rein mathematische Lösung, bei der die erforderliche Korrektur berechnet wird und die Strahlen in einem Schritt bewegt werden, sowie um eine Misch- oder Zwischenlösung, bei der die Strahlen iterativ jedoch in auf dem Grad ihrer Feh!konvergenz bezogenen Schritten bewegt werden. Für praktische Zwecke ist die Konvergenz erreicht, wenn die Differenzen zwischen den entsprechenden abgelaufenen Zeiten unter eine vorgegebene Grenze reduziert sind. Die zweckmäßigste Lösung für ein spezielles System hängt von mehreren Faktoren, beispielsweise der zur Durchführung der notwendigen Berechnungen zur Verfügung stehenden Zeit und der Geschwindigkeit und der Schwierigkeit der Berechnungsmöglichkeiten ab.

Der in der genannten Anmeldung beschriebene Korrekturprozeß kann autcmatisch gemäß einem vorgegebenen Schema odor durch einen von einer Bedienungsperson eingegebenen Befehl durchgeführt werden. Bei automatischer Durchführung erscheinen die Liniensegmente 144 so schnell und so wenig oft, daß sie durch eine Bedienungsperson des Systems praktisch nicht wahrnehmbar sind. Unter der Annahme eines Bildrasters mit 60 Hz erfolgt der Test für jedes Liniensegment in einer Zeit von weniger als 1/60 Sekunde, wonach die Korrekturintervalle nach einem anfänglichen Warmlaufen in Stunden gemessen werden. Es existieren jedoch Anwendungsfälle, beispielsweise beim Photographieren einer Anzeige, bei denen jede Unterbrechung unzulässig ist,

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und ein manuelles Abschalten oder Auslösen des Korrekturprozesses wünschenswert sein kann. Eine zur Durchführung einer derartigen manuellen Regelung notwendige Schaltung ist an sich bekannter Art.
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Bei den vorstehenden Ausführungen wurde von Rückkoppelelementen 50 aus auf der kanonenseitigen Oberfläche der Schattenmaske 48 aufgebrachtem Phosphormaterial mit schneller Abfallzeit ausgegangen. Geeignete Phosphormaterialien sind die Phosphormaterialien P46 sowie P47. P46 im gelben Bereich und P47 im ultravioletten Bereich. Beide Phosphormaterialien besitzen eine schnelle Abfall zeit und eignen sich daher zur Realisierung einer genauen Anzeigen eines sie überlaufenden Strahls. Die Auswahl des Phosphors und der Schnittstelle 58 sollte zusammen erfolgen, da die Schnittstelle, welche im-oben angegebenen Sinne beispielsweise eine Photovervielfacherröhre sein kann, an die Wellenlänge der Phosphor-Strahlung angepaßt werden muß. Bei einer Photovervielfacherröhre oder einem anderen optischen Sensor muß natürlich in der Seitenwand des Kathodenstrahlröhren-Kolbens ein transparentes Penser bzw. eine Sichtöffnung vorgesehen werden. Weiterhin muß dafür Sorge getragen werden, daß die durch den Sensor aufgenommene Bestrahlung nicht durch ein Licht beeinflußt wird, das nicht durch den Elektronenstrahl erzeugt wird. Derartige Gesichtspunkte sind in der Kathodenstrahlröhren-Technologie an sich bekannt.

Die Rückkoppelelemente 50 können auch durch ein Material gebildet werden, das bei Beschüß durch einen Elektronenstrahl Sekundärelektronen zu emittieren vermag. In diesem Falle wird die Schnittstelle 58 durch mindestens einen Kollektor für Sekundärelektronen gebildet, der innerhalb des Röhrenkolbens angeordnet und durch einen geeigneten Leiter von außen zugänglich ist. Ein geeigneter Emitter für

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Sekundärelektronen ist Magnesiumoxid (MgO). Die Ausgestaltung und die Anordnung von Sekundärelektronenkollektoren ist an sich bekannter Art und beispielsweise auf dem Gebiet der Entwicklung und Herstellung von Prüfröhren mit Zeichenanzeige geläufig.

Die Größe und die Anordnung der Rückkoppelelemente 50 auf der Oberfläche der Schattenmaske 48 ist abgesehen von bestimmten Beschränkungen lediglich eine Frage der Auslegung. Wie bereits ausgeführt, besteht der primäre Gesichtspunkt darin, daß die durch die Abtastung der Elemente erzeugten Signale klar und definiert sind. Die Elemente müssen daher groß genug sein, um ein brauchbares Signal in einem begrenzten Bereich der Strahl justierung zu erzeugen, wobei sie andererseits jedoch klein genug sind, um eine geeignete Trennung voneinander zu gewährleisten. Sind die Elemente zu nah zueinander angeordnet, so·müssen im Prozessor 68 ausreichende Möglichkeiten zur Verfügung stehen, um zwischen den durch die verschiedenen Komponenten eines einzigen Elements erzeugten Signalen und den durch eine Komponente eines ersten Elements und einer weiteren Komponente eines nächst benachbarten Elements erzeugten Signalen unterscheiden zu können. Ein derartiger Satz von Signalen kann auftreten, wenn die Strahlen am Beginn eines Konvergenz- oder eines andersartigen Korrekturprozesses grob fehlorientiert sind. Da der Betrag der Strahljustierung, der gewöhnlich zur Realisierung einer Konvergenz notwendig ist, für einen Anzeigebereich von etwa 25,4 χ 19,05 cm in der Größenordnung von jr 0,3175 cm liegt, reicht ein Rückkoppelelement von etwa 1,27 χ 1 cm sowohl für eine Konvergenz- als auch eine Geometriekorrektur aus. Der Elementenabstand hängt natürlich von der Elementengröße und der Elementenanzahl sowie von der Größe des Anzeigebereichs selbst ab.

Die Rückkoppelsignale können auch durch Röntgenstrahlung gebildet werden, welche durch einen auf ein Material auf Eisenbasis der Schattenmaske auftretenden Elektronenstrahl erzeugt wird. Wird die Schattenmaske durch ein Material mit relativ hoher Kernordnungszahl (hohes Z) gebildet, so führt die Beschichtung der nicht rückkoppelnden Bereiche der Maske mit einem Material kleiner Kernordnungszahl (kleines Z), wie beispielsweise Kupfer, zu einer Anordnung von Rückkoppelelementen 50, welche als Funktion eines auftreffenden Elektronenstrahls Röntgenstrahlung emittieren. Im Bedarfsfall kann die Schattenmaske mit einer ersten Schicht aus einem Material noch höherer Kernordnungszahl, wie beispielsweise Wolfram, beschichtet werden, um die Röntgenstrahlungsemission weiter zu verbessern. Ein hinsichtlich des Röntgenstrahlungsspektrums des speziellen Materials optimal ausgelegter Halbleiterdetektor kann zur Erfassung der Rückkoppelsignale in der Röhre angeordnet werden.

Als vierte Alternative können die Rückkoppelelemente als Öffnung in einer leitenden/isolierenden Beschichtung gebildet werden, welche auf der kanonenseitigen Oberfläche der Schattenmaske 48 aufgebracht ist. Ein Verfahren zur Herstellung derartiger Elemente ist das folgende:

1. Beschichtung der Oberfläche der Schattenmaske mit einem geeigneten isolierenden Material.

2. Beschichtung des isolierenden Materials mit einem geeigneten metallischen oder anderen leitenden Material zur Bildung einer Leiter/Isolator/Leiter-Schichtstruktur mit dem isolierenden Material und der Schattenmaske 48.

3. Verwendung einer bekannten Photoätztechnologie zur

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Entfernung sowohl des isolierenden als auch des leitenden Materials an den Stellen und in einer derartigen Form, daß die gewünschten Rückkoppelelemente 50 gebildet werden.
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Die so hergestellten Rückkoppelelemente 50 bilden speziell ausgestaltete Öffnungen in den aufgebrachten Schichten aus leitendem und isolierendem Material, jedoch nicht in der Schattenmaske selbst (die Ursprung liehen weit kleineren Öffnungen, welche die Perforationen der Schattenmaske bilden, bleiben natürlich sorgfältig erhalten).

Über eine äußere elektrische Verbindung (eine vierte Ausführungsform der Schnittstelle 58) sowohl zur Schattenmaske 48 und zur leitenden Schicht ist es möglich, sowohl positive als auch negative Anzeigen eines Elektronenstrahls zu gewinnen. Befindet sich der Elektronenstrahl in einem durch eine Elementöffnung definierten Bereich, so wird in der Schattenmaske ein Strahlstrom induziert.

Befindet sich der Strahl anderswo im Anzeigebereich, so wird in der darüberliegenden leitenden Schicht ein Strahlstrom induziert. Die erste Bedingung kann als positive Anzeige und die zweite Bedingung als negative Anzeige betrachtet werden. In der Schattenmaske 48 wird natürlich auch ein gewisser Strom induziert, wenn der Strahl über die kleineren punktförmigen Perforationen verläuft, welche sich durch die gesamte Schichtstruktur erstrecken. Dieser Strom ist jedoch in einfacher Weise von den Rückkoppelströmen zu unterscheiden. Die Verarbeitung der Rückkoppe!ströme zur Erzeugung der gewünschten Korrektursignale erfolgt gemäß der bereits oben beschriebenen Prozedur.

Wie oben anhand von Fig. 5 ausgeführt wurde, kann das Rückkoppelelement eine Anzahl von unterschiedlichen Formen annehmen. Aus bereits genannten Gründen ist die Kon-

figuration der Elemente gemäß Fig. 6 bevorzugt, wenn der Konvergenzprozeß unter Anwendung einzelner Linienelemente durchgeführt wird. In bestürmten Fällen kann es jedoch vorteilhaft sein, eine kleinere einfachere Elementenkonfiguration, wie beispielsweise einen einzigen Punkt, zu verwenden und den Konvergenzprozeß unter Ausnutzung eines Rasters von Linienelementen durchzuführen. Ein derartiger Prozeß ist in Fig. 11 dargestellt. Im linken Teil dieser Figur ist ein Raster von acht Rot-Liniensegmenten 144R dargestellt, welche über einem Rückkoppelpunkt 50' liegen. Aus Zweckmäßigkeitsgründen sind die geraden Liniensegmente 0 bis 8 auf der linken Seite des Rasters angegeben. Bei Erzeugung des Rasters werden geeignete Zähler oder andere Komponenten aktiviert, um die Linienziffer und die Zeit t, aufzuzeichnen, bei denen ein erstes Rückkcppelsignal erfaßt wird. Der Prozeß wird sodann gemäß dem rechten Teil von Fig. 12 mit einem Raster von acht Grün-Liniensegmenten 144G wiederholt, um eine neue Linienziffer und eine neue Zeit t₇ zu gewinnen. Der Betrag der notwendigen Korrektur zur Bewegung der Raster in eine Konvergenzlage kann sodann im bereits früher beschriebenen Sinne festgelegt werden.

Die vorstehenden Ausführungen beziehen sich primär auf eine Kathodenstrahlröhre mit Delta-Kanonen. Wie bereits oben ausgeführt, ist die Erfindung jedoch nicht auf einen derartigen Röhrentyp begrenzt, da sie auch auf andere Kanonenanordnungen sowie auf Kathodenstrahlröhren mit mehr oder weniger als drei Elektronenkanonen anwendbar ist. Fig. 12 zeigt drei horizontal zueinander ausgerichtete Strahlen einer Kathodenstrahlröhre mit in einer Linie ausgerichteten Kanonen zusammen mit einer Anzeige der vier Freiheitsgrade der Strahl justierung, welche gewöhnlich zur Realisierung der Konvergenz zur Verfügung stehen. Ebenso wie bei den vorhergehenden Darstellungen ist jeder Strahl durch einen die Buchstaben R, G bzw. B enthaltenden Kreis dargestellt, um die durch den jeweiligen Strahl erzeugte

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spezielle Farbe Rot, Grün bzw. Blau anzugeben. Es sei erwähnt, daß der mittlere Strahl fest ist, d. h. lediglich durch Ablenkung bewegbar ist, während die beiden äußeren Strahlen in zwei Dimensionen bewegbar sind. Der durch das erfindungsgemäße System durchgeführte Prozeß zur Realisierung und Aufrechterhaltung einer derartigen Konvergenz entspricht dem anhand von Fig. 10 erläuterten Prozeß. Anstelle der Realisierung der Konvergenz des Rot- und des Grün-Strahls und der nachfolgenden Bewegung des Blau-Strahls in eine Koinzidenz werden dabei jedoch die beiden äußeren Strahlen gegen das Zentrum bewegt. Die Signalerfassungs- und Zeittaktbewertungsprozesse bleiben praktisch die gleichen.

Die oben primär anhand der automatischen Strahlkonvergenz beschriebenen grundsätzlichen Prinzipien sind ebenfalls auf die automatische Korrektur bekannter Typen geometrischer Verzerrungen anwendbar. Zur Durchführung einer derartigen Korrektur ist es lediglich notwendig, die gewünschte Position jeder zur Konvergenz gebrachten Abtastlinie relativ zur bekannten räumlichen Lage des entsprechenden Rückkoppelelements zu erkennen. Diese räumliche Lage kann durch körperliche Messung während des Herstellungsprozesses oder über das Korrektursystem selbst festgelegt werden. Sind das Anzeigeraster einmal zur Korrektur gebracht und die geometrischen Verhältnisse justiert, so kann in einfacher Weise die erfaßte Position (ausgedrückt durch die Zeiten t, , t_ und tj einer gegebenen Abtastlinie relativ zu ihrem Abtastelement gespeichert und diese Position sodann über eine folgende automatische Justierung aufrechterhalten werden.

Ersichtlich ist das grundlegende Konzept eines Rückkoppelelements in einer Kathodenstrahlröhre auch nicht auf Schattenmasken-Farb-Kathodenstrahlröhren,sondern auch

auf andere Schwarz-Weiß- oder Farb-Kathodenstrahlröhren mit einer einzigen Kanonenanordnung oder einer Mehrfachkanonenanordnung anwendbar. Die wesentlichen Merkmale hinsichtlich der Strahlkonvergenz in einer Schattenmasken-Kathodenstrahlröhre gelten ebenso für eine gesteuerte Strahl-Fehlkonvergenz in einer mehrstrahligen monochromatischen Kathodenstrahlröhre mit einem einzigen Ablenksystem. Es sind beispielsweise monochromatische Anzeigesysteme bekannt, in denen zwei oder mehr Elektronenstrahlen parallel auf einem Anzeigemedium abgelenkt werden, um ein Bildraster mit einer erhöhten Anzahl von Abtastlinien oder einer verminderten Bildfrequenz zu erzeugen. In derartigen Systemen ist nicht die genaue Konvergenz, sondern eine genaue Strahl-Fehlkonvergenz wesentlich. Die geometrische Korrektur ist natürlich unabhängig von der Verwendung einer Schattenmaske sowohl in Farb-Kathodenstrahlröhren als auch in monochromatischen Kathodenstrahlröhren wichtig.

Für Kathodenstrahlröhren ohne Schattenmasken sind die Rückkoppelelemente zweckmäßigerweise am Umfang des Bildbereichs angeordnet, was dadurch erfolgen kann, daß sie entweder auf einem umgebenden Halterungsrahmen in der Röhre oder auf dem Anzeigeschirm selbst ausgebildet sind.

Solange das Rückkoppelelement außerhalb des wirksamen Bildbereichs angeordnet ist, ist der Effekt auf das angezeigte Bild minimal, wobei das Element in der oben beschriebenen Weise ausgebildet sein kann. Ist das Bild im wirksamen Bildbereich angeordnet, so muß jedoch speziell darauf geachtet werden, dessen Sichtbarkeit für eine Bedienungsperson so klein wie möglich zu halten und sein sichtbares Ausgangssignal von der Systemanzeige zu trennen. Die bevorzugte Elementkonfiguration besteht daher in einem kleinen Fleck bzw. Punkt, wie dies anhand von Fig. 11 beschrieben wurde. Das fleckförmige Element kann

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aufgrund seiner geringen Größe und seiner punktförmigen Ausbildung an vorgegebenen Stellen auf dem Anzeigeschirm angeordnet werden, ohne daß das Bild nachteilig beeinflußt wird. Eine Abfrage des fleck för in ig en Elements auf einem Anzeigeschirm erfolgt in der anhand von Fig. 11 bereits beschriebenen Weise, wobei eine Strahldichte Verwendung findet, die gerade zur Erzeugung eines brauchbaren Rückkoppelsignals ausreicht. Eine derartige Strahldichte mit geringem Pegel trifft auch auf dem Anzeige-Phosphor auf, wobei der Pegel jedoch ausreichend klein ist, so daß er praktisch unmerklich ist.

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Claims

Patentanwälte D1PL.-ING. H. W-Eig-kmä?*n,^:Dipl.--Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr.-Ing. H. Liska

DLÖCH ⁸⁰⁰⁰ MÜNCHEN 86 öl J Ui! 1982

POSTFACH 860 820 PF-2991-4 möhlstrasse 22

TELEFON (089) 980352

TELEX 522621

TELEGRAMMPATENTWEICKMANNMONCHEN

TEKTRONIX, INC. 4900 S.W. Griffith Drive, Beaverton, Oregon 97077/ 7.St .A.

Kathodenstrahlröhre

Patentansprüche

/l/ Kathodenstrahlröhre mit einem Anzeigeschirm aus phosphoreszierendem Material und einer einen Elektronenstrahl erzeugenden Elektronenkanone, von welcher der Elektronenstrahl auf den Anzeigeschirm geführt wird, gekennzeichnet durch eine zwischen der Elektronenkanone (46) und dem Anzeigeschirm (44) vorgesehene Rückkoppeleinrichtung (48, 50, 58, 62), welche beim Auftreffen des Elektronenstrahls (47a bis 47c) ein die Lage des Elektronenstrahls (47a bis 47c) in zwei Dimensionen angebende Anzeige erzeugt.
2. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Rückkoppeleinrich-

tung (48, 50, 58, 62) zur Erzeugung einer visuellen Anzeige als Funktion des Beschüsses durch den Elektronenstrahl (47a bis c) dient.
3. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die visuelle Anzeige durch Beleuchtung mit sichtbarem Licht und ultravioletter Strahlung gebildet ist.
4. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkoppeleinrichtung (48, 50, 58, 62) zur Erzeugung einer elektrischen Anzeige als Funktion des Beschüsses mit dem
Elektronenstrahl (47a bis c) dient.
5. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß die
elektrische Anzeige durch einen im Material einer Schattenmaske (48) induzierten Strom gebildet ist.
6. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Anzeige durch Emission von Sekundärelektronen gebildet ist.
7. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Anzeige durch Emission von Röntgenstrahlung
gebildet ist.
8. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit einer Schattenmaske zwischen der Elektronenkanone
und dem Anzeigeschirm, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkoppeleinrichtung (48, 50,

58, 62) durch wenigstens ein an einer vorgegebenen Stelle

auf einer Oberfläche der Schattenmaske (48) angeordnetes Rückkoppelelement (50) gebildet ist, dessen Material bei Beschüß mit dem Elektronenstrahl (47a bis c) eine Anzeige zu erzeugen vermag.
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9. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückkoppelelement (50) aus phosphoreszierendem Material hergestellt ist.
10. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 9,. dadurch gekennzeichnet, daß das Rückkoppelelement (50) als Emitter für Sekundärelektronen ausgebildet ist.
11. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis

10, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückkoppelelement (50) aus leitendem Material hergestellt ist, das von der Oberfläche der Schattenmaske (48) elektrisch isoliert ist.
12. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis

11, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückkoppelelement (50) aus einem Material mit hoher Kernladungszahl gebildet ist, das durch ein Material mit kleiner Kernladungszahl umgeben ist.
13. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis

12, gekennzeichnet durch eine auf der Oberfläche der Schattenmaske (48) aufgebrachte Beschichtung aus Isolationsmaterial, das eine Öffnung an der Stelle des Rückkoppelelements (50) auf der Oberfläche der Schattenmaske (48) besitzt, und daß das Rückkoppelelement (50) den Bereich der Schattenmaske (48) in der Öffnung einnimmt.
14. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Rückkoppelelementen (50), die an vorgegebenen Stellen auf der Oberfläche der Schattenmaske (48) angeordnet sind.
15. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückkoppelelement (50) durch zwei Schenkel (80,

82) eines rechtwinkligen Dreiecks gebildet ist.
16. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (80, 82) des rechtwinkligen Dreiecks unterbrochen sind.
17. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Schenkel (80) des Dreiecks vertikal und ein zweiter Schenkel (82) unter einem spitzen Winkel zum ersten Schenkel (80) angeordnet ist,
18. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die horizontalen Breiten der beiden Schenkel (80, 82) des Elements (50) gleich sind.
19. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch- gekennzeichnet, daß der Wert des spitzen Winkels 60° beträgt.
20. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkoppeleinrichtung (48) zur Erzeugung einer die Lage des Strahls (47a bis 47c) in zwei Dimensionen

angebenden Anzeige der Schattenmaske (48) zugeordnet ist.
21. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Schattenmaske (48) durch eine perforierte Metallschicht gebildet ist.