DE3225633A1 - Geraet zur wiedergabe von farbbildern - Google Patents

Description

RCA 77 969 Ks/fii - 8 -

U.S. Serial Hos: 282,23V34-3,734
Filed: July 10, 1981/January 29, 1982

HCA Corporation New York, N.Y., V.St.v.A.

Gerät zur Wiedergabe von Farbbildern

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Farbbild-Wiedergabe einrichtung en und betrifft insbesondere Maßnahmen zur Kombination eines kompakten Ablenk jochs mit einer Mehrstrahl-Farbbildröhre, die eine strahlfokussierende Linse mit geringer Aberration enthält. Mit der erfindungsgemäßen Kombination soll eine neuartige Bildwiedergabeeinrichtung des selbstkonvergierenden Typs geschaffen werden, die einen Betrieb mit niedriger gespeicherter Energie erlaubt, ohne die Qualität der Strahlfokussierung oder die Hochspannungsstabilität aufs Spiel zu setzen.

Bei der früheren Verwendung von Mehrstrahl-Farbbildröhren des Schattenmaskentyps in Farbbild-Wiedergabeeinrichtungen waren Schaltungen zur dynamischen Konvergenzkorrektur notwendig, um zu gewährleisten, daß die Elektronenstrahlen an allen Punkten des auf dem Bildschirm der Farbbildröhre abgetasteten Rasters konvergieren. Später wurde dann die sogenannte selbstkonvergierende Bildwiedergabeeinrichtung entwickelt, wie sie z.B. in der US-Patentschrift 3 800 176 beschrieben ist und bei welcher die Notwendigkeit einer Schaltung zur dynamischen Konvergenzkorrektur entfällt. Bei der in der erwähnten US-Patentschrift beschriebenen Einrichtung werden drei in einer Ebene nebeneinander1aufende Elektronenstrahlen (sogenanntes InIine-System) durch

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Ablenkfelder bewegt,· die bestimmte Ungleichmäßigkeiten aufweisen, welche einen negativen isotropen Astigmatismus in Horizontalrichtung und einen positiven isotropen Astigmatismus in Vertikalrichtung einführen, derart, daß eine genügende Konvergenz an allen Punkten des Rasters erreicht wird.

Bei der anfänglichen kommerziellen Verwendung der in der erwähnten US-Patentschrift beschriebenen Einrichtung wurde der Mitte-Mitte-Abstand zwischen benachbarten Strahlen in einer Ablenkebene (sogenannter S-Abstand) kleiner als 5?08 mm gehalten, um die Konvergenz zu erleichtern. Ein derart geringer Abstand zwischen den Strahlen erforderte jedoch Beschränkungen hinsichtlich der Durchmesser der die Strahlposition bestimmenden Öffnungen, die sich in Querelementen der Fokussierungselektroden der. Er ζ eugungs systeme für die abgelenkten Strahlen befanden. Da der effektive Durchmesser der Fokussierungslinse für jeden Strahl durch die kleinen Durchmesser dieser öffnungen bestimmt war, ergab sich das Problem einer Strahlfleckverzerrung infolge der sphärischen Aberration, die bei Linsen kleinen Durchmessers auftritt.

Bei der späteren kommerziellen Anwendung des erwähnten selbstkonvergierenden Systems hat man dann den Abstand zwischen den Strahlen größer gemacht, was die Verwendung von Öffnungen größeren Durchmessers in den Fokussierungslinsen erlaubte. Hiermit wurde das Problem der Fleckverzerrung zwar vermindert, jedoch unter Inkaufnahme einer erhöhten Schwierigkeit bei der Erzielung der Strahlkonvergenz.

Eine weitere Fortentwicklung der selbstkonvergierenden Bildwiedergabeeinrichtungen (beschrieben z.B. in einem Aufsatz "Mini-Neck Color Picture Tube" von E. Hamano, erschienen in der Toshiba Review, März/April 1980, Seiten 23 bis 26) ist die Verwendung einer Röhren/Joch-Kombination, wobei ein relativ kompaktes Ablenkjoch mit einer Farbbildröhre kombiniert ist, deren Hals einen wesentlich kleineren Außendurchmesser (22,5 mm) hat, als es bei den bis dahin verwendeten Röhren

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der Fall war (29,11 mm und 36,5 mm). In dem erwähnten Aufsatz wird ausgeführt, daß infolge des kleineren Halsdurchmessers eine geringere Blindleistung bei der Horizontalablenkung benötigt wird und daß die Ablenkempfindlichkeit um 20 bis 30% besser sei als bei den herkömmlichen Systemen mit einem HÖhrenhals-Außendurchmesser von 29,1 mm. Andererseits wird aber auch zugegeben, daß die Verminderung des Haisdurchmessers den Raum im Röhrenhals wesentlich kleiner macht und es damit erschwert, eine genügend gute Strahlfokussierung und Hochspannungsfestigkeit (d.h. Zuverlässigkeit gegen Überschläge) zu erzielen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Farbbild-Wiedergabesystem mit einer Röhren/Joch-Kombination zu schaffen, welche hinsichtlich der Einsparung an Ablenkleistung, der Verbesserung der Ablenkempfindlichkeit und bezüglich der Kompaktheit des Jochs vergleichbar mit dem vorstehend beschriebenen "Minihals"-System ist, jedoch ohne die Notwendigkeit einer Verminderung des Röhrenhaisdurchmessers auskommt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Bei dem erfindungsgemäßen System wird ein geringer S-Abstand (weniger als 5,08 mm) wie beim "Minihals"-System verwendet. Im Gegensatz zum Minihals-System, bei welchem der effektive Durchmesser der Fokussierungslinse auf ein Maß kleiner als der Mitte-Mitte-Abstand zwischen benachbarten, in die Linse ·eintretenden Elektronenstrahlen beschränkt ist, wird beim erfindungsgemäßen System eine Elektrodenstruktur verwendet, die eine asymmetrische Hauptfokussierungslinse schafft, deren Hauptabmessung in Querrichtung wesentlich mehr als dreimal so groß ist wie der Mitte-Mitte-Abstand zwischen den Strahlen.

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Da beim erfindungsgemäßen System der Durchmesser des Röhrenhalses nicht wie beim Minihals-System verkleinert ist, kann man mit Fokus sierungs spannungen in gleicher Höhe wie bei den früheren Systemen arbeiten, ohne daß die Hochspannungsfestigkeit gefährdet wird, denn es ist genügend Raum für einen ausreichenden Abstand zwischen der Fokussierungselektrodenstruktur und den·Innenwandungen vorhanden. Bei solchen Spannungswerten ist eine wesentlich bessere Qualität der -Fokussierung als im Falle des vorerwähnten Minihals-Systems leicht erzielbar. Alternativ kann man aber auch durch einen Betrieb mit niedrigeren Spannüngswerten etwas von der Qualitätsverbesserung der Fokussierung aufgeben, um die Anforderungen an die Fokussierungsspannungsquelle zu verringern.

Bei· typischen Ausführungsformen der Erfindung können z.B. Röhren/Joch-Korabinationen mit einer Röhre verwendet werden, deren Hals den herkömmlichen Außendurchmesser von 29,11 mm hat. Dadurch ergeben sich wegen der geringeren Zerbrechlichkeit im Vergleich zu einem 22,5 mm-Hals weniger Probleme so-· wohl bei der Herstellung der Röhre als auch bei der Zusammenfügung des Gesamtsystems. Außerdem wird die Verlängerung der Evakuierungszeit, die sich bei der Minihals-Röhre ergibt, im Falle der Erfindung vermieden.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit einem Ablenkwinkel von 90° enthält eine selbstkonvergierende 19V-BiIdwiedergabeeinrichtung eine Röhre mit einem Halsdurchmesser von 29,11 mm und einem S-Abstand von weniger als 5*08 mm und ein damit zusammenwirkendes kompaktes Ablenkjoch vom semi-toroidalen Wicklungstyp (d.h. mit ringförmig gewickelten Spulen für die Vertikalablenkung und Sattelspulen für die Horizontalablenkung), wobei der Innendurchmesser des Jochs am strahlausgangsseitigen Ende der Fenster der Horizontalablenkwicklungen ungefähr 67»06 mm beträgt (d.h. weniger als 0,76 mm pro Grad des Ablenkwinkels). Die notwendige gespeicherte Energie für die Horizontalablenkwicklungen des kompakten 90°-Jochs beträgt bei einem Röhrenbetrieb mit

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einer Endanodenspannung von 25 kV so wenig wie 1,85 Millijoule.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung mit einem Ablenkwinkel von 110° enthält eine selbstkonvergierende 19V-Bildwiedergabeeinr ichtung eine Röhre mit dem gleichen Hals und dem gleichen S-Abstand wie beim vorhergehenden Beispiel und ein damit zusammenwirkendes kompaktes Ablenkjoch vom semi-toroidalen Typ, dessen Innendurchmesser am strahlausgangsseitigen Ende der Fenster ungefähr 81,53 mm beträgt (d.h. auch hier weniger als 0,76 mm pro Grad des Ablenkwinkels). Die notwendige gespeicherte Energie für die Horizontalablenkwicklungen dieses kompakten 110^Q-Jochs ist bei einem Betrieb der Röhre mit einer Endanodenspannung von 25kV so gering wie 3,5 Millijoule.

Um die relative Kompaktheit der Ablenkjoche bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen würdigen zu können, sei erwähnt, daß ein typischer Wert für den vergleichbaren Innendurchmesser eines 90°-Ablenkjochs, welches bisher in weitem Maße bei Rohren mit dem oben erwähnten S-Abstand verwendet wurde, bei 78,73 mm liegt. Ein typischer Wert für den vergleichbaren Innendurchmesser eines 110°-Ablenkjochs, das bisher in weitem Maß bei Röhren mit großem S-Abstand verwendet wurde, liegt bei 108,7 mm. In beiden Fällen sind also die vergleichbaren Durchmesserwerte wesentlich großer als 0,76 mm pro Grad des Ablenkwinkels.

Bei beiden vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird eine gute Fokussierung sichergestellt, indem innerhalb des 29,11 mm-Halses eine Fokussierungselektrodenstruktur verwendet wird, die einen allgemeinen Aufbau hat, wie er in der US-Patentanmeldung Nr. 201,692 beschrieben ist, die auf den Namen Hughes u.a. eingereicht-wurde.. Bei diesem Aufbau enthalten die Hauptfokussierungselektroden am strahlausgangsseitigen Ende des Strahlerzeugungssystems jeweils einen Teil, der quer bezüglich der Längsachse des Röhrenhalses an-

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geordnet und von drei kreisförmigen öffnungen durchlocht ist, durch deren jede jeweils ein gesonderter der drei Elektronenstrahlen dringt. Jede der Hauptfokussierungselektroden enthält außerdem einen angrenzenden Teil, der sich in Längsrichtung vom querliegenden Teil aus erstreckt und eine gemeinsame Umschließung für die Wege aller der erwähn-■ ten Strahlen "bildet. Die sich längs erstreckenden Teile der Hauptfokussierungselektroden liegen einander gegenüber, um zwischen sich eine gemeinsame Fokussierungslinse für die.

Strahlen zu bilden. Die in Querrichtung gemessene größere Innenausdehnung der gemeinsamen Umschließung der letzten Fokussierungselektrode beträgt z.B. 17»65 mm, während die in Querrichtung gemessene größere Hauptausdehnung der gemeinsamen Umschließung der vorletzten Fokussierungselektrode beispielsweise 18,16 mm beträgt. Hit diesen Abmessungen wird der größere Innenraum eines 29»11 mm-Halses (im Vergleich zum erwähnten Minihals) vorteilhaft ausgenutzt, um eine Fokus si erungsl ins e mit einer Hauptausdehnung in Querrichtung vorzusehen, die mindestens dreieinhalbmal so groß wie der Mitte-Mitte-Abstand zwischen den Strahlen ist. Der Unter-r schied zwischen den jeweiligen Querausdehnungen führt zu einem gewünschten Konv er gierungs effekt für die aus dem Strahl er zeugungs system austretenden Elektronenstrahls.

Bei einer beispielhaften Ausführungsform des Strahlerzeugungssystems einer erfindungsgemäßen Bildwiedergabeeinrichtung hat die innere Peripherie der gemeinsamen Umschließung der vorletzten Fokussierungselektrode einen Verlauf in Gestalt einer ovalen Rennbahn (im folgenden kurz "Oval"-Form genannt), wie es z.B. in der vorstehend erwähnten US.-Patentanmeldung beschrieben ist, während die innere Peripherie der gemeinsamen Umschließung der letzten Fokussierungselektrode etwas anders,ähnlich der Gestalt eines Hundeknochens verläuft (im folgenden kurz "Knochen"-Form genannt), wie es z.B. in der US-Patentanmeldung Nr. 282,228 beschrieben ist, die auf den Namen P. Greninger eingereicht wurde. Außerdem ist dem strahlformenden Bereich des Strahlerzeugungsöystems

eine Linsenasymmetrie solchen Typs verliehen, daß die Vertikal abmessung des Querschnitts jedes Strahls am Eingang der Hauptfokussierungslinse kleiner wird als die Horizontalabmessung. Diese Asymmetrie wird bewirkt durch die Zuordnung eines sich vertikal erstreckenden rechteckigen Schlitzes zu jeder kreisförmigen öffnung der ersten Gitterelektrode (G1-Elektrode) des Strahlerzeugungssystems.

Durch geeignete Wahl der Abmessungen der "ovalen" Umschliessung, der "knochenformigen" Umschließung und der G1~Schlitze kann eine annehmbare Form des Strahlflecks sowohl in der Mitte als auch an den Rändern des Bildrasters erreicht werden, indem man die durch diese Elemente hervorgerufenen Astigmatismen optimal zueinander abstimmt.

Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Pig. 1 ist eine Oberansicht einer Bildröhren/Joch-Kombination gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 zeigt, die Jochanordnung des in Fig. 1 dargestellten Aufbaus in Vorderansicht;

Fig. 3 zeigt von der Seite und teilweise im Schnitt ein Elektronenstrahl-Erzeugungssystem zur Verwendung im Halsteil der Bildröhre des in Fig. 1 dargestellten Aufbaus;

Figuren 4-, 5> 6 und 7 sind Endansichten verschiedener Elemente des Strahlerzeugungssystems nach Fig. 3;

Fig. 7a zeigt einen Schnitt des Elements nach der Fig. 7 gemäß der Linie A-A';

Fig. 7b ist eine Schnittansicht des Elements nach Fig. 7 gemäß der Linie B-B¹;

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Fig. 8 ist eine Schnittansieht des Elements nach Fig. 4 gem äß der Linie C-G';

Fig. 9 ist eine Schnittansicht des Elements nach Fig. 5 gemäß der Linie D-D¹;

Fig. 10 ist eine Schnittansicht des Elements nach Fig.' 6 gemäß der Linie E-E';

Fig. 11 zeigt-eine Form des Bildröhreritrichters zur Verwendung "bei einer Ausführungsform der Erfindung für einen Ablenkwinkel von 90°;

Fig. 12 zeigt die Form eines Bildröhrentrichters zur Verwendung bei einer Ausführungsform der Erfindung für einen Ablenkwinkel von 110 ;

Fig. 15 veranschaulicht schematisch eine Modifikation des

Elektronenstrahl-Erzeugungssystems nach Fig. 3; 20

Figuren 14a und 14b sind graphische Darstellungen.von Funktionen, welche die Ungleichmäßigkeiten anzeigen, die bei einer Ausführungsform der in Fig. 2 dargestellten Jochanordnung wünschenswerterweise vorhanden sein sollen.

Der in Fig. 1 in Oberansicht dargestellte Aufbau ist eine nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung realisierte Bildröhren/Joch-Kombination eines Farbbild-Wiedergabesystems.

Eine Farbbildröhre 11 hat einen evakuierten Kolben mit einem trichterförmigen Teil 11F (nur teilweise dargestellt), der sich zwischen einem zylindrischen Halsteil 11N (der ein Elektronenstrahl-Erzeugungssystem vom Inline-Typ enthält) zu einem im wesentlichen rechteckigen Schirmteil erstreckt, in welchem sich ein Bildschirm befindet (in der Zeichnung wegen Platzmangels nicht mehr dargestellt). Ein Jochhalter 17 für ein Ablenkjoch 13 umschließt zusammenstoßende Ab-

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- 16 schnitte des Röhrenhalses 11B" und des Söhr en tr i enters 11F.

Das Ablenkjoch 13 enthält Vertikalablenkwicklungen 13V, die ring- oder torusförmig um einen Kern 15 aus magnetisierbarem Material gewickelt sind, der den aus isolierendem Material bestehenden Jochhalter 17 umschließt. Das Ablenkjoch enthält außerdem Horizontalablenkwicklungen 13H, die in der Ansicht nach Fig. 1 verdeckt liegen. Wie jedoch die in Fig. -2 dargestellte Vorderansicht des abgenommenen Ablenkjochs· 13 offenbart, sind die Horizontalablenkwicklungen 13H als Sattelspulen gewickelt, wobei die aktiven, sich in Längsrichtung erstreckenden Leiter entlang dem Inneren der Kehle des Jochhalters 17 verlaufen. Die vorderen Endwindungen der Wicklungen 13H sind auswärts geschlagen und in den vorderen Kranz .17I¹ des Halters 17 eingenistet, während die hinteren Endwindungen (in den Figuren 1 und 2 nicht sichtbar) in ähnlicher Weise im rückwärtigen Kranz 17R des Halters 17 eingenistet sind.

In der Fig. 1 sind einige Maße eingetragen, welche das gegenseitige Verhältnis bestimmter Abmessungen für eine Ausführungsform der Erfindung veranschaulichen sollen. Die Kompaktheit des mit den Wicklungen 13H und 13V gebildeten Ablenkjochs ist durch einen vorderen Innendurchmesser "i" an- · gezeigt, dessen Maß kleiner ist als die Summe von jeweils 0,76 mm für jedes Grad des vom Joch bewirkten Ablenkwinkels. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist dieser Durchmesser am vorderen Ende der aktiven Leiter der Sattelwicklungen 13H gemessen (d.h. am etrahlausgangsseitigen Ende der durch diese Wicklungen gebildeten Fenster). Der Außendurchmesser "o"des Halses 11ΪΓ der Farbbildröhre 11 ist mit dem herkömmlichen Maß 29,11 mm angegeben. Eine elektrostatische Strahlfokussierungslinse 18, die zwischen den Elektroden des im Hals 13 sitzenden Strahlerzeugungssystems gebildet und durch ein gestricheltes Linsensymbol dargestellt ist, hat in der Horizontalrichtung (d.h. in der von den drei Strahlachsen R, G und B belegten horizontalen Ebene) eine Querausdehnung

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"f", die größer ist als das Dreieinhalbfache des Abstandes "g" zwischen "benachbarten Strahlachsen am Linseneingang.Dieser genannte Abstand ist als Beispiel mit 5,08 mm angegeben .
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Die Fig. 3 zeigt teilweise im Schnitt eine Seitenansicht eines Beispiels für das.Strahlerzeugungssystem, welches im Hals 11N der Farbbildröhre 11 gemäß Fig. 1 verwendet werden kann. Die Elektroden des Strahlerzeugungssystems nach Fig.

umfassen drei Kathoden 21 (von denen nur eine in der Seitenansicht der Fig. 3 sichtbar ist), ein Steuergitter 23 (G1), ein Schirmgitter 25 (G-2), eine erste Beschleunigungs- und Fokussierungselektrode 27 (G3) und eine zweite Beschleunigungs- und Fokussierungselektrode 29 (G4). Die Elemente des Strahlerzeugungssystems werden von zwei gläsernen Haltestäben 33a» 3?t» gehalten, die parallel zueinander verlaufen und zwischen denen die verschiedenen Elektroden aufgehängt sind.

Jede der Kathoden 21 ist mit jeweils einer zugehörigen Öffnung in den G1-, G2-, G3- und G4-Elektroden ausgerichtet, um einen Durchgang der von der Kathode ausgesandten Elektronen zum Bildröhrenschirm zu erlauben. Die von den Kathoden ausgesandten Elektronen werden zu-drei Elektronenstrahlen geformt, und zwar durch.zugehörige elektrostatische strahl formende Linsen, die gebildet sind durch zwei gegenüberliegende gelochte Bereiche der G1- und G2-Elektroden 23 und 25, welche auf verschiedenen Gleichspannungspotentialen gehalten werden (z.B. 0 YoIt für G1 und +1100 Volt für G2). Die Fokussierung der Strahlen an der Schirmfläche erfolgt hauptsächlich durch eine elektrostatische Hauptfokussierungslinse (18 in Fig. 1), die sich zwischen benachbarten Bereichen (27a, 29a) der G3- und G4-Elektroden bildet. Die G3-Elektrode wird beispielsweise auf einem Potential (z.B. +6500 Volt) gehalten, das 26% des an die G4-Elektrode gelegten Potentials (z.B. +25 Kilovolt) ausmacht.

Die G3-Elektrode 27 besteht aus einer Anordnung zweier be-

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cherförmiger Elemente 27a und 27b, deren geflanschte offene Enden aneinander anstoßen. Eine Vorderansicht des vorderen Elements 27a ist in Pig. 4 dargestellt, und eine QuerSchnittsansicht dieses Elements (entsprechend der Linie C-C in Pig. 4) ist in Fig. 8 gezeigt. Eine Rückansicht des rückwärtigen Elements 27b ist in Fig. 6 dargestellt, ■ und eine QuerSchnittsansicht dieses Elements (entsprechend der Linie E-E' in Fig. 6) ist in Fig. 10 gezeigt.

Die G4-Elektrode 29 besteht aus einem becherförmigen Element 29a, dessen geflanschtes offenes Ende an das gelochte geschlossene Ende eines elektrostatischen Abschirmbechers 29b anstößt. Eine Rückansicht des Elements 29a ist in Fig.5 dargestellt, und eine Querschnittsansicht dieses Elements (entsprechend der Linie D-D¹ der Fig. 5) ist in Fig. 9 gezeigt.

In einem querliegenden Teil 40 des G3~Elements 27a, der am Boden einer Vertiefung im geschlossenen vorderen Ende dieses Elements sitzt, befinden sich drei öffnungen 44 in Inline-Anordnung, d.h. die öffnungen liegen auf einer Linie nebeneinander. Die Wände 42 der Vertiefung, die eine gemeinsame Umschließung für die drei aus den Öffnungen 44 tretenden Elektronenstrahlen bilden, verlaufen an beiden Seiten jeweils halbkreisförmig und dazwischen gerade und parallel zueinander, so daß sich in der Draufsicht der Fig. 4 ein Bild ähnlich einem Rennbahnoval ergibt. Die maximale horizontale Innenabmessung dieser G3~Umschließung liegt in der Ebene der Strahlachsen und ist in der Fig. 4 mit "f,," bezeichnet. Die maximale vertikale Innenabmessung der G3-Umschließung'ist durch den Abstand zwischen den geraden parallelen Wandteilen bestimmt und in der Fig. 4 mit "fg" bezeichnet. Die Vertikalabmessung ist an der Stelle jeder Strahlachse gleich f2»

Drei InIine-öffnungen befinden sich auch in einem querliegenden Teil 50 des G4-Elements 29a, der am Boden einer Ver-

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tiefung im geschlossenen rückwärtigen Ende dieses Elements sitzt. Die Wände -52 dieser Vertiefung, die eine gemeinsame Umschließung für die drei in die G4-Elektrode eintretenden· Elektronenstrahlen bilden, verlaufen in einem mittleren Bereich gerade und parallel. An den "beiden Seiten jedoch folgen die Wände in ihrer Kontur jeweils dem Bogen eines Kreises, dessen Durchmesser größer ist als der Abstand zwischen den parallelen Wänden im mittleren Bereich, wobei der Bogen jeweils größer als ein Halbkreis ist. Dies führt zu einer solchen Form der .Vertiefung, daß sich in der Draufsicht nach Ifig. 5 ein Bild ähnlich einem Hundeknochen ergibt. Infolge dieser Knochenform ist die in Vertikalrichtung gemessene Innenausdehnung der G4-UmSchließung am Ort der Achse der mittleren Öffnung (Abmessung fc) kleiner als die in. Vertikalrichtung gemessene Ausdehnung der G4-Umschließung an den Stellen der Achsen der beiden äußeren öffnungen (Abmessung f^). Die maximale Innenausdehnung der G4~Umschließung in" Horizontalrichtung liegt in der Ebene der Strahla.chs.en und ist in Fig. 5 mit f* bezeichnet. Die maximale vertikale Innenausdehnung der (^--Umschließung entspricht dem Durchmesser des Kreises, dem die Bögen in den seitlichen Endbereichen folgen, und ist in Fig. 5 mit "f^" bezeichnet.

Die maximale Außenbreite der G3- und G4--Elektroden in den jeweiligen "ovalen" und "knochenförmigen" Bereichen ist jeweils die gleiche und in den Figuren 8 und 9 mit "f₆" bezeichnet. Die Durchmesser der Öffnungen 44 und 54- sind ebenfalls gleich und in den Figuren 8 und 9 mit "ά" bezeichnet. Ebenfalls gleich sind die Tiefen der' Ausnehmungen (r in den Figuren 8 und 9) für die G3- und GW-Elektroden. Unterschiedlich jedoch sind die Tiefen der G3-Öffnungen (a^ in Fig. 8) und der G4-Öffnungen (a₂ in Fig. 9). Die Maße d, f^, f₂, f fn, fc, fg, r, a^j und a^ können z.B. folgende Werte haben: d = 4-,064 mm; f^ = 18,16 mm; f₂ = 8,000 mm; f^ = .17,65 mm; f^ = 7,24 mm; f^ =6,86 ram; f₆ = 22,22 mm; r = 2,92 mm; &y. = 0,86 mm und a₂ = 1,14 mm. Ein Beispiel für das Maß des Mitte-Mitte-Abstan des g zwischen benachbarten Öffnungen in

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jeder der Fokussierungselektroden ist 5>Ö8 mm, wie es oben in Verbindung mit Fig. 1 bereits genannt wurde. Beispiele für die axialen Längsabmessungen der Elemente 27a und 29a sind 12,4-5 mm bzw. 3»O5 mm, während der Abstand zwischen der G3- und der G4—Elektrode für die Anordnung nach Fig. 3 1,27 mm betragen kann.

Die zwischen den Elementen 27a und 29a gebildete Hauptfokus si er ungs linse erscheint vorherrschend als eine einzelne große Linse, die von allen drei Elektronenstrahlwegen durchschnitten wird und deren Äquipotentiallinien, die in Bereichen der Schnittpunkte mit den Strahlwegen relativ geringe Krümmung haben, sich kontinuierlich zwischen gegenüberliegenden Wandungen der Vertiefungen erstrecken. Im Gegensatz hierzu wurde bei bekannten Strahlerzeugungssystemen, in denen die Vertiefungen fehlen, der vorherrschende Fokussierungseffekt durch starke Iquipotentiallinien relativ starker Krümmung hervorgerufen, die sich an jedem der unvertieften Lochbereiche der Fokussierungselektroden konzentrierten. Durch das Vorhandensein der Vertiefungen bei der dargestellten Anordnung der Elemente 27a und 29a spielen Ä'quipotentiallinien relativ scharfer Krümmung an den Lochbereichen nur eine geringe Rolle für die Bestimmung der Qualität der Fokussierung (diese Qualität wird vielmehr vorherrschend durch die Größe der aufgrund der Vertiefungswände gebildeten großen Linse bestimmt).

Infolge dieses Umstandes kann man einen engen Strahlabstand (z.B. das oben erwähnte Maß von 5,08 nm) trotz der resultierenden Begrenzung des öffnungsdurchmessers vorsehen, denn das Maß unerwünschter Auswirkungen sphärischer Aberrationen ist bei der beschriebenen Ausführungsform relativ unabhängig von der Größe des Durchmessers der öffnungen und wird hauptsächlich durch· die Abmessungen der mit den Vertiefungswänden gebildeten großen Linse bestimmt. Unter diesen Umständen wird der Durchmesser des Röhrenhalses zu einem begrenzenden Faktor hinsichtlich der Fokussierungsquälität. Bei Verwirk-

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lichung der oben angegebenen Maßbeispiele für das Fokussierungssystem der vorliegenden Erfindung ist· eine äußerst gute lOkussierungsQualität erzielbar unter Verwendung von Fokussierungselektroden mit Außenabmessungen (vgl. z.B. fg),

die leicht innerhalb eines Halses des angegebenen herkömmlichen Durchmessers (29,11 mm) unterzubringen sind und dabei noch genügende Abstände von den inneren Kolbenwandungen erlauben, um eine gute Hochspannungsfestigkeit zu gewährleisten (selbst unter den ungünstigten Bedingungen der Glastoleranz). Demgegenüber kann der Hals der weiter oben beschriebenen Minihais-Röhre eine Pokussierungselektrodenstruktur dieser beispielhaften Abmessungen nicht aufnehmen.

Die KonvergenzSeite der elektrostatischen Hauptfokussierungslinse 18 ist der Vertiefung des Elements 2?a zuzuordnen, die wie erwähnt eine Umfangskontur ähnlich einem Rennbahnoval hat. Die Asymmetrie der Horizontalen gegenüber der Vertikalen bei einer solchen Gestalt führt zu einem astigmatischen Effekt, d.h. zu einer stärkeren Konvergenzwirkung auf vertikai beabstandete Elektronenbahnen innerhalb eines die Vertiefung der G$-Elektrode durchlaufenden Elektronenstrahls als auf horizontal beabstandete Elektronenbahnen innerhalb des Strahls. Venn die gegenüberliegende Vertiefung der G4--Elektrode eine ähnliche ovale Kontur hat, dann bringt die divergierende Seite der Hauptfokussierungslinse 18 ebenfalls einen astigmatischen Effekt in einem kompensierenden Sinne. Dieser Kompensationseffekt wäre jedoch in seiner Stärke unzureichend, um zu verhindern, daß insgesamt noch ein resultierender Astigmatismus verbleibt. Dies könnte die Erzie-· lung einer gewünschten Eleckform am Bildschirm verhindern.

Eine Möglichkeit zur Erreichung der gewünschten zusätzlichen Astigmatismus-Kompensation besteht gemäß der oben erwähnten US-Patentanmeldung ITr. 201,692 darin, den Öffnungen in einer querliegenden Platte, die sich am Übergang der Elemente 29a und 29b befindet, ein schlitzformendes Paar horizontaler Streifen zuzuordnen. Dimensionierungsbeispiele

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für eine solche Lösung sind in der besagten US-Patentanmeldung angegeben.

Eine andere, in der erwähnten US-Patentanmeldung Nr. 282,228 beschriebene Lösung zur Erreichung der gewünschten zusätzlichen Astigmatismus-Kompensation besteht darin, die Kontur der Wandungen der Vertiefung in der G4~Elektrode zu einer "knochenförmigen" Gestalt zu modifizieren. Zu diesem Zweck wird das Maß der durch den mittleren Bereich der Knochenform bewirkten Verminderung der Vertikalabmessung so gewählt, daß entweder der Astigmatismus im divergierenden Teil der Hauptfokus si er ungs linse selbst praktisch vollständig kompensiert wird oder daß der Kompensationseffekt eines G4-Schlitzes des oben erwähnten Typs vervollständigt wird. Dimensionierungsbeispiele für eine solche Lösung sind in der besagten US-Patentanmeldung angegeben.

Im vorliegenden Fall wird das Problem der Astigmatismus-Kompensation auf eine andere Weise gelöst, nämlich dadurch, daß der Kompensationseffekt der knochenförmig konturierten Vertiefung in der G4--Elektrode mit einem Kompensationseffekt kombiniert wird, den man durch Einführung einer passenden Asymmetrie in den durch die G1- und G2- Elektroden 23 und 25 gebildeten strahlformenden Linsen erhält. Um die Natur dieses letztgenannten Kompensationseffekts zu verstehen, sei zunächst die Struktur der G1-Elektrode 23 näher betrachtet, wie sie am besten in der Rückansicht dieser Elektrode nach Fig. 7 'und in den zugehörigen Schnitt ansicht en nach den Figuren 7a und 7b zu erkennen ist.

Der mittlere Bereich der Gi-Elektrode 23 ist von drei kreisförmigen öffnungen 64- jeweils eines Durchmessers d^, durchlocht, wobei jede dieser öffnungen mit einer Vertiefung 66 in der rückwärtigen Oberfläche der Elektrode 23 und mit einer Vertiefung 68 in der vorderen Oberfläche dieser Elektrode in Verbindung steht. Die Wände jeder Rückflächenvertiefung 66 verlaufen kreisförmig, und der Durchmesser "k" der be-

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treffenden Vertiefungen ist ausreichend groß, um das vorderseitige Ende einer Kathode 21 (in Pig. 7b gestrichelt dargestellt) aufzunehmen, .wobei noch ein genügender Abstand von den Vertiefungswänden bleibt. Die Wände jeder Vorderflächenvertiefung 68 verlaufen so, daß sie jeweils einen rechteckigen Schlitz definieren, dessen ■Vertikalabmessung "v" wesentlich größer ist als seine Horizontalabmessung "h". Der Mitte-Mitte-Abstand g zwischen benachbarten Öffnungen 4-6 ist der gleiche wie bei den oben beschriebenen Öffnungen der.G3- und GW--Elektroden. Die anderen Abmessungen der G1~Elektrode 25 können z.B. folgende Werte haben: d^ = 0,615 mm; k « 3»O75 turn; h = 0,711 mm; ν = 2,134nam; Tiefe einer Öffnung 64 Ca^) = 0,102 mm; Tiefe eines Schlitzes 68 (a^) = 0,203 mm; Tiefe· einer Vertiefung 66 (a,-) = 0,457mm.

Bei Zusaramenfügung mit der Kathode 21 und der G-2-Elektrode 25 kann der Abstand zwischen der Kathode 21 und dem Boden der Vertiefung 66 beispielsweise 0,152 mm betragen, während ein beispielhafter Wert für den Abstand zwischen der G1-und der G2-Elektrode 0,178 ram ist.

Im zusammengesetzten Zustand, wie ihn die Pig. 3 zeigt, ist jede der drei kreisförmigen Öffnungen 26 in der G2-Elektrode 25 mit einer zugehörigen Öffnung 64 der G1-Elektrode ausgerichtet. Jeder dazwischenliegende Schlitz 68 bewirkt eine Asymmetrie auf der konvergierenden Seite jeder der zwischen G1 und G2 gebildeten strahlformenden Linsen. Diese Asymmetrie hat zur Wirkung, daß der Überkreuzungspunkt vertikal beabstandeter Elektronenbahnen innerhalb jedes Strahls weiter vorn auf dem Strahlweg liegt als der Überkreuzungspunkt horizontal beabstandeter Elektronenbahnen. Infolgedessen hat der Querschnitt jedes in die Hauptfokussierungslinse eintretenden Strahls in horizontaler Richtung eine größere Ausdehnung als in vertikaler Richtung. Diese "Vorverzerrung" der Querschnittsform des Strahls erfolgt im Sinne einer Kompensation derjenigen Fleckverzerrung, die vom Astigmatismus der Hauptfokussierungslinse herrührt.

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Die vorstehend "beschriebene Vorverzerrung der in die Hauptfokus si er ungs linse eintretenden Strahlen hat unter anderem den Vorteil, daß die Fokussierungsqualität in der vertikalen und in der horizontalen Richtung besser einander angeglichen ist. Die Asymmetrie der Hauptfokussierungslinse ist so, daß ihre Vertikalabmessungen in den von den Strahlwegen durchdrungenen L ins ent» er eich en kleiner sind als ihre Horizont al abmessung en in diesen Bereichen, obwohl die erwähnten Vertikalabmessungen wesentlich größer sind als der Durchmesser der öffnungen in den Fokussierungselektroden (der die Fokussierungslinsengröße bei den oben beschriebenen bekannten Strahlerzeugungssystemen begrenzte). Somit "sehen" vertikal beabstandete Elektronenbahnen innerhalb jedes Strahls eine kleinere Linse, als sie von horizontal beabstandeten.Elektronenbahnen innerhalb des Strahls gesehen wird. Die·vorstehend beschriebene Vorverzerrung begrenzt die vertikale Ausspreizung jedes Strahls während der Durchwanderung der Hauptfokussierungslinse, so daß der Abstand vertikaler Grenzen eines richtig zentrierten Strahls, der die kleinere (schlechtere) Vertikallinse durchläuft, geringer ist als der Abstand der horizontalen Grenzen eines Strahls, der die größere (bessere) Horizontallinse durchläuft .

Ein weiterer Vorteil der vorstehend beschriebenen Vorverzerrung der in die Hauptfokussierungslinse eintretenden Strahlen ist die Vermeidung oder Reduzierung einer problematischen vertikalen Heck auf blähung am oberen und unteren Rand des Rasters. Diese Aufblähung hängt damit zusammen, daß an den Punkten des Eintritts der Strahlen in die Hauptfokussierungslinse eine unerwünschte Vertikalablenkung infolge eines Randfeldes der torusförmigen Vertikalablenkwicklungen 13V erfolgen kann, das am hinteren Ende des Jochs auftritt. Vie weiter unten beschrieben wird, läßt sich zwar für eine gewisse magnetische Abschirmung der Strahlen gegenüber diesem Randfeld sorgen, insbesondere in Bereichen der Strahlwege, wo niedrige Geschwindigkeit herrscht. Je-

- 25·-

doch "bleiben nachfolgende Bereiche der Strahlwege im wesentlichen unabgeschirmt gegenüber diesem Randfeld. Die oben beschriebene Begrenzung der vertikalen Aufspreizung jedes Strahls während seines Durchlaufs durch die Hauptfokussierungslinse vermindert die Wahrscheinlichkeit, daß die durch das ßandfeld bewirkte Ablenkung die Elektronenbahnen am Rand der Strahlen aus den relativ aberrationsfreien Linsenbereichen drängt.

Ein zusätzlicher Vorteil der erwähnten Vorverzerrung der in die Hauptfokussierungslinse eintretenden Strahlen besteht darin, daß nachteilige Einflüsse, die das von den Sattelwicklungen 13H erzeugte Haupt-Horizontalablenkfeld auf die Fleckform an den Seiten des Rasters ausüben, vermindert werden. TJm die gewünschten selbstkonvergierenden Wirkungen der Jochanordnung 13 herbeizuführen, ist das Horizontalablenkfeld über einen wesentlichen Teil der axialen Länge der Strahlablenkzone stark kissenverzerrt. Eine unangenehme Folge dieser Ungleichmäßigkeiten des Horizontalablenkfeldes ist eine Tendenz zur Überfokussierung der vertikal beabstandeten Elektronenbahnen jedes Strahls an den Seiten des Rasters. Mit der beschriebenen Vorverzerrung wird die Vertikalausdehnung jedes Strahls während seiner Wanderung durch die Ablenkzone ausreichend zusammengedrückt, um diese Überfokussierung an den Seiten des Rasters auf ein annehmbares Maß zu reduzieren.

Für die Beschreibung einer alternativen Möglichkeit zur Erzielung der erwähnten Vorverzerrung der Strahlen sei auf die US-Patentschrift Hr. 4 .234 814 verwiesen. Bei der Struktur nach dieser Patentschrift befindet sich in der rückwärtigen Oberfläche der G2-Elektrode eine rechteckige, in Horizontalrichtung langgestreckte Schlitzvertiefung in Ausrichtung und . Verbindung mit jeder kreisförmigen Öffnung der G2-Elektrode.

Dadurch wird eine Asymmetrie im divergierenden Teil jeder strahlformenden Linse eingeführt, wodurch die Vertikalabmessung jedes die Hauptfokussierungslinse durchquerenden Strahls

- 26 -

333

- 26 -

gegenüber seiner Horizontalabmessung zusammengedrückt wird. Es hat sich gezeigt, daß die beschriebene Zuordnung der Asymmetrie zur G1~Elektrode beim beschriebenen Strahlerzeugungssystem den Vorteil einer Verbesserung der Fokustiefe in der Vertikalrichtung bringt. Die erzielte Fokustiefe ist so, daß das in der Bildwiedergabeeinrichtung normalerweise vorgesehene Justierpotentiometer für die Fokussierungsspannung herangezogen werden kann, um den genauen Wert der Fokus sierungsspannung (die an die G3-Elektrode 27 gelegt wird) über einen passenden Bereich zu ändern, so daß der Fokus in der Horizontalrichtung optimiert werden kann, ohne den Fokus in der Vertikalrichtung wesentlich zu stören.

Wie.bereits erwähnt, ist es wünschenswert, die Bereiche niedriger Geschwindigkeit der jeweiligen Strahlwege gegenüber den rückwärtigen Bandfeidern des Ablenkjochs abzuschirmen. Zu diesem Zweck ist innerhalb des hinteren Elements 27b der G3-Elektrode 27 ein becherförmiges magnetisches Abschirmelement 31 eingepaßt und daran befestigt (z.B. durch Schweissung), dessen geschlossenes Ende an das geschlossene Ende des Elements 27b anstößt (wie es die Fig. 3 offenbart). Wie in den Figuren 6 und 10 gezeigt, ist das geschlossene Ende des becherförmigen Elektrodenelements 27b von drei Inline-Öffnungen 28 durchlocht, deren Wandungen kreisförmig verlaufen. Das geschlossene Ende des magnetischen Abschirmeinsatζes 31 ist in ähnlicher Weise von drei Inline-Öffnungen 32 durchlocht, die ebenfalls Wände kreisförmiger Kontur haben und mit den Öffnungen 28 ausgerichtet sind und damit in Verbindung stehen, wenn der Einsatz 31 an seiner vorgesehenen Stelle sitzt.

In der Anordnung nach Fig. 3 sind die Öffnungen 28 mit den Öffnungen 26 der G2-Elektrode 25 ausgerichtet, jedoch in Axialrichtung davon beabstandet. Beispielhafte Abmessungen für diesen Teil der Anordnung sind folgende: Durchmesser einer öffnung 26 = 0,615 mm; Tiefe einer Öffnung 26 = 0,508mra; Durchmesser einer Öffnung 28 = 1,524 mm; Tiefe einer Öffnung 28 = 0,254 mm; Durchmesser einer öffnung 32 = 2,54 mm; Tiefe

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einer Öffnung 32 = 0,254 mm', Axialabstand zwischen miteinander ausgerichteten Öffnungen 26 und .28 = 0,838 mm; Mitte-Mitte-Abstand zwischen benachbarten Öffnungen innerhalb jeder Dreiergruppe gleich dem oben genannten Wert für "g", also 5»08 mm. Ein Beispiel für die Länge des magnetischen-Abschirmeinsatzes 31 ist. 5»38 mm im Vergleich zu einer axialen länge von 13»355 mm für das G3~Element 27b und einer axialen Länge von 12,45 mm für das G3-Element 27a. Eine solche Länge der Abschirmung (kleiner als ein Viertel der Gesamtlänge der G3-Elektrode) ist ein annehmbarer Kompromiß zwischen einerseits dem Wunsch nach genügender Abschirmung der Strahlwege.im Bereich vor dem Fokus und andererseits dem Wunsch, eine die Konvergenz in den Ecken störende Peldverzerrung zu vermeiden. Die Abschirmung 31 kann typischerweise aus einem magnetisierbaren Material bestehen (z.B. aus einer Nickel-Eisen-Legierung mit 52% nickel und 48% Eisen), das eine hohe Permeabilität im Vergleich zur Permeabilität des für die Pokussierungselektrodenelemente verwendeten Materials (z.B. rostfreier Stahl) hat.

. '

Das vordere Element 29b der G4-Elektrode 29 enthält mehrere Kontaktfedern 30 im vorderen Bereich seines Unifangs, um die herkömmliche innere Graphitbeschichtung der Bildröhre zu berühren, so daß das Endanodenpotential (z.B. 25 kV) an die G4— Elektrode gelangt. Das geschlossene Ende des becherförmigen Elements 29b enthält drei Inline-Öffnungen (nicht dargestellt) mit einem gegenseitigen Mitte-Mitte-Abstand des hier als Beispiel gewählten Werts von 5>08 ram, um die einzelnen aus. der Hauptfokussierungslinse austretenden Elektronenstrahlen durchzulassen. Zur Komakorrektur sind zweckmäßigerweise hochpermeable magnetische Glieder vorgesehen, die an der Innenfläche des geschlossenen Endes des Elements 27b in der Nähe der Öffnungen befestigt sind, wie es z.B. in der US-Patentschrift 3 772 554 beschrieben ist.

Das Anlegen der Betriebspotentiale an die anderen Elektroden (Kathode, G1-, G2- und G3-Elektrode) in der Anordnung

- 28 -

S33

nach Fig. 3 erfolgt über den Sockel der Bildröhre mit Hilfe herkömmlicher Zuleitungen (nicht dargestellt).

Die zwischen der G3- und der G4-Elektrode 27 und 29 der An-Ordnung nach Fig. 3 gebildete Hauptfokussierungslinse hat insgesamt einen konvergierenden Einfluß auf die drei die Linse durchwandernden Strahlen, so daß die Strahlen die Linse in konvergierender Weise verlassen. Das Maß dieser konvergierenden Wirkung wird beeinflußt durch das gegenseitige Verhältnis der Horizontalabmessungen der gegenüberliegenden Umschließungen (Vertiefungen) an den Elementen 27a und 29a. Eine Verstärkung der konvergierenden Wirkung ergibt sich bei einem Abmessungsverhältnis, bei welchem die Breite der Umschließung an der G4-Elektrode größer ist, -und eine Verminderung der konvergierenden Wirkung ergibt sich mit einem Verhältnis, bei welchem die Breite der Umschließung an der G3-Elektrode größer ist. Bei dem Ausführungsbeispiel, für welches die oben angegebenen Abmessungen gelten, wurde eine Verminderung der konvergierenden Wirkung gewünscht, und hierfür hat sich das Verhältnis von 715*·695 zwischen der Breite der Umschließung an der G3-Elektrode und der Breite der Umschließung an der G4-Elektrode als passend er-' wiesen.

Bei Verwendung der Bildwiedergabe einrichtung nach Fig. 1 kann eine zusätzliche, den Röhrenhals umschließende Vorrichtung (nicht gezeigt) in herkömmlicher Weise verwendet werden, um die Konvergenz der Elektronenstrahlen in der Mitte des Rasters (d.h. die statische Konvergenz) auf einen optimalen Zustand zu justieren. Eine solche Vorrichtung kann eine justierbare Magnetringanordnung sein, wie sie allgemein in der US-Patentschrift 3 725 831 beschrieben ist, oder eine Ummantelung, wie sie allgemein in der US-Patentschrift 4- 162 4-70 beschrieben ist.

Die Fig. 13 veranschaulicht schematisch eine Modifikation des in Fig. 3 dargestellten Elektronenstrahl-Erzeugungssystems,

. - 29 -

:■: λ:: 3

die als Alternative in der Einrichtung nach Pig. 1 verwendet werden kann. Bei dieser Modifikation sind zwei HilfsFokus sierungselektrοden (27", 29") zwischen das Schirmgitter (25') "und die Haupt-Beschleunigungs- und -Fokussierungselektroden (27', 29') eingefügt. Die Hauptfokussierungslinse wird zwischen diesen letztgenannten Elektroden (27', 29') gebildet, die in diesem Fall als G5- und G6-Elektroden zu bezeichnen sind. Die zuerst durchwanderte Hilfs-Fokussierungselektrode (G3-Elektrode 27") wird mit dem gleichen Potential (z.B. +8000 Volt) wie die G5-Elektrode 27 erregt, während die andere Hilfs-Fokussierungselektrode (G4~Elektrode 29") mit dem gleichen Potential (z.B. +25 Kilovolt) wie die G6-Elektrode 29 erregt wird. Wie bei der Ausführungsform nach Fig. werden die einzelnen. Strahlen (aus Elektronen, die von den jeweiligen Kathoden 21' emittiert werden) durch jeweilige strahl form ende. Linsen geformt, die sich zwischen dem Steuergitter -(G1-Elektrode 23^r) und dem Schirmgitter (G2-Elektrode 25') bilden.

Bei dieser alternativen Aus führungsform können die G5- und G6-Elektroden (27" und 29") z.B. die gleiche allgemeine Form haben wie die GJ- und GA-Elektroden (27 und 29) der Anordnung nach Fig. 3, wobei die gegenüberliegenden Umschließungen (Vertiefungen) die erwähnte "ovale" und "knochenförmige" Gestalt und Abmessungen der gleichen Größenordnung wie oben beschrieben haben und wobei die an den Böden der Vertiefungen sitzenden Öffnungen den gleichen Mitte-Hitte-Abstand von

5,08 mm wie oben haben. Die "Vorverzerrung" der Strahlen des oben beschriebenen Typs wird durch eine Asymmetrie in den jeweiligen strahlformenden Linsen bewirkt. Dies geschieht z.B. durch eine Formgebung der G1- und G2-E1ektröden (23', 25'), wie sie in der oben genannten US-Patentschrift 4- 234- 814-beschrieben ist, wobei horizontal orientierte rechteckige Schlitze an der rückwärtigen Oberfläche der G2-E1ektrode (23') vorgesehen sind, die zwischen den drei kreisförmigen öffnungen der G2-Elektrode und den drei kreisförmigen Öffnungen der G1-Elektrode liegen, wobei der Mitte-Mitte-Abstand

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zwischen den Öffnungen jeder Dreiergruppe wie oben 5,08 mm beträgt. Die zwischengefügten Hilfs-Fokussierungselektroden

. (27", .29"), die z.B. aus becherförmigen Elementen bestehen, deren Böden ebenfalls von jeweils drei kreisförmigen Inline-Öffnungen (mit dem vorstehend angegebenen Mitte-Mitte-Abstand) durchlocht sind, bilden symmetrische (GJ-G^- und (G4-G5)-Linsen, deren Gesamtwirkung darin besteht, daß die Querschnittsabmessungen des die Hauptfokussierungslinse und die anschließende Ablenkzone durchwandernden Elektronenstrahls in symmetrischer Weise verkleinert sind. Diese Verkleinerung kann erwünscht sein, um die Überfokussierenden Einflüsse des Horizontalablenkfeldes auf die Fleckform an den Seiten des Rasters zu mindern, jedoch wird mit dieser Minderung eine größere Fleckgröße in der Mitte, in Kauf genommen, als sie mit dem einfa~ cheren Bipotential-Fokussierungssystem nach Fig. 3 erzielbar ist. Bei Verwendung einer Anordnung nach Fig. 13 wird der Abschirmeffekt, der vorstehend in Verbindung mit dem Einsatz 31 beschrieben wurde, z.B. dadurch erreicht, daß die G3-Elektrode (27") aus hochpermeablem Material gebildet wird.

Um die Empfindlichkeit des Ablenkjochs in der Einrichtung nach Fig. 1 zu erhöhen, sollte .zweckmäßigerweise die Kontur eines konischen Abschnitts des Röhrentrichters 11F 'in der Ablenkzone so gewählt werden, daß die aktiven Leiter der Ablenk-Wicklungen 13H des Kompaktjoehs möglichst nahe am äußersten Strahlweg (d.h. an dem zu einer Ecke des Rasters gerichteten Strahlweg) liegen können, andererseits aber ein sogenannter Halsschatten (der sich infolge des Auftreffens eines abgelenkten Strahls auf die Innenfläche des Trichters ergeben

•30 könnte) vermieden wird. Die Fig. 11 zeigt eine Trichter form', die sich für eine Ausfuhrungsform der Einrichtung nach Fig. 1 eignet, bei welcher der Ablenkwinkel 90 beträgt. Die dargestellte Trichterform läßt sich durch folgende mathematische Formel beschreiben: X = CO + C1 (Z) + 02 (Z²) + C3 (Z³) +

C4 (Z⁴) + C5 (Z⁵) + C6 (Z⁶) + C7 (Z⁷). Hierin ist X der Konusradius, in Millimetern gemessen von der Längsachse (A) der Röhre bis zur Außenfläche des Kolbens; Z ist der Abstand in

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Millimetern entlang der Achse A in Richtung zum Bildschirm, ausgehend von einer Ebene Z =.O, welche die Achse an einem Punkt schneidet, der um 1,27 mm nach vorn versetzt von der Übergangslinie zwischen Hals und Trichter liegt. Die Konstanten CO bis C7 haben folgende Werte; GO = 15,10490590, 01 = -0,1582240210, 02 » 0,01162553080, 03 = 8,880522990 . 10""⁴, C4 = -3,877228960 , 10~⁵, 05 = 7,24-9226520 . 10""⁷, C6 =-6,7238514-20 . 10"⁹, 07 = 2,482776160 . 10~¹¹. Die Formel gilt für Z-Werte von 9,35 ^>is 52,0 mm. .

Die Fig. 12 zeigt eine Trichterkontur für eine mit einem Ablenkwinkel von 110 arbeitende Ausführungsform der Einrichtung nach Fig. 1. Diese Kontur läßt sich durch folgende mathematische Formel ausdrucken: X = OO + 01 (Z) + C2 (Z²) + 05 (Z⁵) + 04 (Z⁴') + 05 (Z⁵). In dieser Formel ist X der Konusradius, in Millimetern gemessen von der Längsachse A¹ bis zur Außenfläche des Kolbens, und Z ist der in Millimetern gemessene Abstand entlang der Achse A¹ in Richtung des Bildschirms, ausgehend von einer Ebene Z=O, welche cLie Achse an einem Punkt schneidet, der um 1,27 mm nach vorn versetzt gegenüber der Verbindungslinie zwischen Hals und Trichter liegt. Die Konstanten CO bis C5 haben folgende Werte: CO = 14,5840702-, 01 = 0,312534174; C2 = 0,0242187585; 03 = 6,99740898 . 10""⁴·, C4 = 1,64032142 . 1O~⁵;'C5 =

1,17802606 . 10""?. Diese Formel gilt für Z-Werte von 1,53 bis 50,0 mm.

Bei einer für einen Ablenkwinkel für 110° und eine 19V-Diagonale ausgelegten Ausführungsform der Einrichtung nach Fig. 1 ist die Kehle des Jochhalters 17 typischerweise zum Beispiel so konturiert, daß die aktiven Leiter der Wicklungen 13H dicht an'den Außenflächen der Kolbenabschnitte 11F und 11M" zwischen den Qu er ebenen y und y' nach Fig. 12 anliegen können, wenn die Jochanordnung 13 in ihrer am weitesten nach vorn geschobenen Position ist. Bei der in Fig. 12 dargestellten Trichterkontur kann ein solches (y-y¹)-langes Joch um 5 t>is' 6 nim von seiner vordersten Position zurückge-

_ Zp _

333

zogen werden (zum Zwecke einer Justierung der Farbreinheit), ohne daß der Elektronenstrahl an einer Ecke des Kolbens aufschlägt.

Die Pig. 14a zeigt die allgemeine Form der für das Horizontalablenkfeld geforderten Hg-Ungleichmäßigkeitsfunktion, die das Joch nach Fig. 2 bringen soll, um eine Selbstkonvergierung bei einer für einen Ablenkwinkel von 110° ausgelegten Ausführungsform der Einrichtung nach Fig. 1 zu erreichen.

Diese Ungleichmäßigkeitsfunktion für das Horizontalfeld ist · mit der ausgezogenen Kurve HHo dargestellt, wobei die Abszisse den Ort entlang der Längsachse der Röhre angibt (der Ort der Ebene Z=O nach Fig. 12 ist auf der Abszisse als Bezugshinweis-markiert) und wobei die Ordinate das Maß der Abwei-■ chung gegenüber einem gleichmäßigen Feld angibt. In der Fig. .14a bedeutet ein nach oben gerichteter Ausschlag der Kurve HHo ^νοη ^-^er Null-Achse (in Richtung des Pfeils P) eine Ungleichmäßigkeit des Feldes vom Typ einer "Kissenverzerrung", während ein nach unten gehender Ausschlag der Kurve HH₀ von der Null-Achse (in Richtung des Pfeils B) eine Feldungleichmäßigkeit darstellt, die einer "Tonnenverzerrung" entspricht. Die gestrichelte Kurve HHq, die über der gleichen Ortsabszisse aufgetragen ist, veranschaulicht die HQ-Funktion des Horizontalablenkfeldes, um die relative Intensitätsverteilung des Feldes entlang der Röhrenachse anzuzeigen. Der positive •Schwung der Kurve HH₀ zeigt den Ort des stark kissenverzerrten Bereichs des Feldes, der wie oben beschrieben eine Ursache für die Probleme mit der Fleckform an den Seiten des Rasters ist.

Die Fig. 14b zeigt die allgemeine Form der geforderten H₀-Ungleichmäßigkeitsfunktion, die für ein Vertikalablenkfeld in Verbindung mit dem Horizontalablenkfeld nach Fig. i4a gelten soll, um die gewünschte Selbstkonvergierung zu erreichen. Diese Ungleichmäßigkeitsfunktion ist mit der ausgezogenen Kurve VH₀ dargestellt, und zwar mit gleicher Abszisse und Ordinate, wie sie in Fig. 14a verwendet sind.

Die im gleichen Schaubild gestrichelt dargestellte Kurve VHq, welche die H₀-J¹UnId;ion des Vertikalablenkfeldes offenbart, zeigt die relative Verteilung der.PeIdintensität entlang der Röhrenachse. Der ganz links liegende Teil der Kurve VHq läßt erkennen, daß das Vertikalablenkfeld hinten an den Hingwicklungen 1$V noch wesentlich durchgreift, wie es weiter oben in Verbindung mit den Vorteilen der "Vorverzerrung" der Strahlen erwähnt wurde.

Betrachtet man die Kurven nach Fig. 14b z.B. in Verbindung mit der in Pig. 12 dargestellten Form des Röhrentrichters, dann erkennt man, daß die Hauptwirkung der Ablenkung der in Pig. 1 dargestellten Einrichtung in einem Bereich stattfindet, wo sich durch eine geeignete Konturierung des Röhrentrichters erreichen läßt, daß die Leiter des Jochs nahe an die äußersten Strahlwege gebracht werden. Der Umstand, daß der Röhrenhals nicht wie im Falle der "Minihals"-Röhre verkleinert ist, hindert also kaum die Erzielung eines guten Wirkungsgrades der Ablenkung. Andererseits erlaubt der Verzicht auf eine Verkleinerung des Röhrenhalses die Realisierung einer Fokussierungslinse mit Abmessungen, die in einer "Minihals"-Röhre nicht zu verwirklichen sind, so daß man eine hohe Fokus sierungs quäl it ät ohne zwangsläufige Verminderung der Hochspannungsfestigkeit erreichen kann.

In der Fig. 12 zeigen die Querebenen 0 und C den Ort des vorderen bzw. des hinteren Endes des Kerns 15 bei der oben erwähnten, für einen Ablenkwinkel von 110 ausgelegten 19 V-Ausfuhrungsform der Einrichtung nach Fig. 1. Wie dargestellt, ist der axiale Abstand (y-y¹ ) zwischen den vorderen und hinteren Enden der aktiven Leiter der Horizontalwicklungen IpH wesentlich größer (z.B. 1,4-mal so groß) als der axiale Abstand (C-G') zwischen dem vorderen und hinteren Ende des Kerns 15, und mehr als die Hälfte (z.B. 62,5%) der zusätzliehen, über die Kernlänge hinausgehenden Leiterlänge liegt auf der Rückseite des Kerns 15· Typische Maße für die Abstände zwischen den Ebenen sind z.B. C-y = 7,62 mm, y-y¹ = 50,8mm

und y¹ -C = 12,7 mm.

Die Maßnahme, die aktiven Leiter der Horizontalwicklungen "beträchtlich über das rückwärtige Ende des Kerns hinaus nach hinten zu verlängern, trägt zur Senkung der in der Einrichtung geforderteiiyiSnergie 1/2 IjjLg "bei und ermöglicht es, das Zentrum der Horizontalablenkung nach hinten praktisch an die Stelle des Zentrums der Vertikalablenkung zu verschieben. Diese Rückwärtsverlegung der Horizontalwicklungen hat bestimmte Grenzen, denn man muß den noch vorhandenen Freiraum des Halses bei der gewünschten Zurückziehung des Jochs berücksichtigen und darauf achten, daß die genügende Strahlkonvergenz in den Ecken des Rasters nicht leidet. Die in Fig. 12 gezeigte gegenseitige Lage und axiale Längenbemessung der Wicklungen 13H und des Kerns 15 ist ein annehmbarer Kompromiß zwischen den in Konflikt stehenden Forderungen, einerseits den Wirkungsgrad der Ablenkung zu verbessern und andererseits eine zufriedenstellende Konvergenz in den Ecken und eine genügend weitgehende Zurückziehmöglichkeit für das Joch zu schaffen. Wie man an einem Vergleich der Kurve HHq nach. Fig. 14a und der Kurve VHq nach Fig. 14-b erkennen kann, fuhrt die in der Fig. 12 dargestellte Lage der Wicklungen 13H relativ zum Kern 15 dazu, daß die Scheitelpunkte der Intensxtatsverteilungskurven HHq und VHq wie gewünscht praktisch an der gleichen axialen Position liegen.

Claims (20)

1. Patentansprüche

   Gerät zur Wiedergabe von Farbbildern mit einer Farbbildröhre, die einen evakuierten Kolben aufweist, der sich zusammensetzt aus einem einen Bildschirm umschliessenden Vorderteil, einem zylindrischen Hals und einem den Hals mit dem Vorderteil verbindenden Trichter, wobei innerhalb des Halses ein Elektronenstrahl-Erzeugxingssystem zur Erzeugung dreier Inline-Elektronenstrahlen angeordnet ist, dadurch gekennzeich

   net,

   daß ein kompaktes Ablenkjoch (13) vorgesehen ist, welches aneinandergrenzende Abschnitte des Halses (11W) und des Trichters (11F) der Bildröhre (11) umschließt, um Ablenkfelder zu entwickeln, die eine Abtastung von Bildrastern auf dem Schirm unter Sicherstellung einer guten Konvergenz der Strahlen über das gesamte Bild ermöglichen, und welches einen gegebenen Ablenkwinkel zwischen den an

   BANKKONTO HYPOBANK MONCHFN ">! r

   3225S33

   diagonal gegenüberliegenden Rasterecken endenden Strahlwegen bringt und Horizontalablenkwicklungen (13H) in Form von jeweils ein Fenster bildenden Sattelspulen sowie Vertikalablenkwicklungen (13V) in Form von Ringwicklungen enthält, wodurch Horizontal- und Vertikalablenkzentren für die Strahlen innerhalb des vom Joch umschlossenen Bereichs des Röhrenkolbens gebildet werden; daß das Elektronenstrahl-Erzeugungssystem zwei Hauptfokussierungselektroden (27, 29) an seinem strahlaus-' gangsseitigen Ende enthält, die auf unterschiedlichen Potentialen gehalten werden;

   daß jede der Hauptfokussierungselektroden einen ersten Teil (4-0; 50) enthält, der sich quer zur Längsachse des Röhrenhalses erstreckt und drei nebeneinanderliegende · . Öffnungen (4-4; 5²O hat, durch deren jede ein gesonderter der Elektronenstrahlen dringt;

   daß jede Hauptfokussierungselektrode einen an den ersten Teil angrenzenden zweiten Teil (4-2; 52) hat, der sich in Längsrichtung vom ersten Teil aus erstreckt und eine gemeinsame Umschließung für die Wege aller Elektronenstrahlen bildet;

   daß die zweiten Teile der beiden Hauptfokussierungselektroden einander gegenüberliegen, um zwischen sich eine gemeinsame Hauptfokussierungslinse (18) für die Strahlen zu bilden, aus welcher die Strahlen zueinander konvergierend austreten;

   daß der Mitte-Mitte-Abstand (g) zwischen benachbarten öffnungen jeder Dreiergruppe nebeneinanderliegender öffnungen so bemessen ist, daß der Mitte-Mitte-Abstand benachbarter Elektronenstrahlen in den durch die Ablenkzentren gehenden Querebenen kleiner ist als 5,08 mm;

   daß die einander gegenüberliegenden Teile eine solche Form haben, daß die größte Querabmessung (f) für die Hauptfokussierungslinse wesentlich größer ist als das Dreifache des Mitte-Mitte-Abstandes zwischen benachbarten öffnungen;

   •daß der Durchmesser (0) des Röhrenhalses (11W) genügend

   groß ist, um einen. Abstand zwischen der Innenfläche des Röhrenhalses und den äußeren Oberflächen der gegenüberliegenden Umschließungen zu halten; daß der Innendurchmesser (i) des kompakten Ablenkjochs

   (13) am strahlausgangsseitigen Ende der Wicklungsfenster kleiner ist als das Produkt von 0,76 mm mal der Gradzahl des Ablenkwinkels.
2. 2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Quer aus dehnung (fo) eier Haupt fokus si erungsl ins e

   (18) in einer Richtung senkrecht zur größten Querausdehnung (f.) kleiner ist als diese größte Querausdehnung, aber größer als der Mitte-Mitte-Abstand zwischen benachbarten öffnungen.
3. 3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektronenstrahl-Erzeugungssystem eine strahlformende Einrichtung (23» 25) enthält, um den Querschnitt jedes Strahls am Eingang der Hauptfokussierungslinse in der Richtung der größten Querabmessung dieser Linse wesentlich größer zu machen als seine maximale Ausdehnung in einer dazu senkrechten Richtung.
4. 4. Gerät nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die strahlformende Einrichtung drei nebeneinanderliegende Inline-Kathoden (21) enthält und ein erstes Gitter (23) aufweist, welches den Inline-Kathoden benachbart ist und drei kreisförmige, mit den drei Kathoden einzeln ausgerichtete öffnungen (64·) hat, sowie ein zweites Gitter (25), das zwischen dem ersten Gitter und der Hauptfokussierungslinse (18) angeordnet ist und drei kreisförmige öffnungen hat, die einzeln mit den öffnungen des ersten Gitters ausgerichtet sind; daß die Gitter auf unterschiedlichen Potentialen (0 YoIt, 1100 Volt) gehalten werden und zwischen sich strahlformende Linsen für die von den Kathoden emittierten Elektronenstrahlen bilden; daß einem der Gitter eine geschlitzte Struktur (68) zugeordnet

   ist, die einen im wesentlichen rechteckigen Schlitz zwischen jeder kreisförmigen Öffnung des zweiten Gitters und der damit ausgerichteten öffnung des ersten Gitters bildet.
5. 5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die geschlitzte Struktur (68) dem ersten Gitter (23) zugeordnet ist und drei im wesentlichen rechteckige Schlitze bildet, deren jeder mit einer jeweils gesonderten der kreisförmigen öffnungen (64) des ersten Gitters ausgerichtet ist und damit in Verbindung steht und in Sichtung senkrecht zur größten Querabmessung der Fokussierungslinse eine Ausdehnung hat, die wesentlich größer ist als seine Ausdehnung in Richtung der größten Querabmessung der Fokussierungslinse.
6. 6. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Umschließung, die durch die eine (27) der beiden Hauptfokussierungselektroden gebildet wird, welehe vom strahlausgangsseitigen Ende des Elektronenstrahl-Erzeugungssystems weiter entfernt liegt als die andere, in einer Richtung senkrecht zur größten Querabmessung (f^.) der Haupt fokussierungslinse eine innere Querabmessung (fo) hat, die in der Mitte des mittleren der Elektronenstrahlwege ebenso groß ist wie in den Mitten der äußeren Elektronenstrahlwege.
7. 7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Umschließung, welche durch die andere (29) der beiden Hauptfokussierungselektroden gebildet wird, in einer Richtung senkrecht zur größten Querabmessung (f*) der Hauptfokussierungslinse eine innere Querabmessung (f^) hat, die in der Mitte des mittleren der Elektronenstrahlwege kleiner ist als in den Mitten der äußeren Elektronenstrahlwege.
8. 8. Gerät nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die

   einander gegenüberliegenden Umschließungen der "beiden Hauptfokussierungselektroden voneinander verschiedene maximale innere Querabmessungen (f,- und f·,) haben.
9. 9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale innere Querabmessung der Umschließung der besagten einen Hauptfokussierungselektrode größer ist als die maximale innere Querabmessung der Umschließung der besagten anderen Hauptfokussierungselektrode. 10
10. 10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte eine Hauptfokussierungselektrode (27) auf einem Potential (6500 Volt) gehalten wird, welches ungefähr 26% des Potentials (25 Kilovolt) beträgt, auf welchem die besagte andere Hauptfokussierungselektrode gehalten wird.
11. 11. Gerät nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die besagte eine Hauptfokussierungselektrode (27) außerdem einen hohlen, allgemein zylindrischen Teil aus leitendem Material enthält, der alle Strahlen umgibt und sich von dem mit den Öffnungen versehenen querliegenden Teil dieser Elektrode bis in die Nähe des zweiten Gitters erstreckt, und daß außerdem eine Umschließung aus magnetisierbarem Material (31) relativ hoher Permeabilität vorgesehen ist, die innerhalb eines nahe dem zweiten Gitter (25) liegenden Abschnitts des zylindrischen Teils befestigt ist und die umschlossenen Teile der Elektronenstrahl wege gegenüber den vom Ablenkjoch entwickelten Magnetfeldern abschirmt.
12. 12. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich die magnetisierbare Umschließung (31) über weniger als ein Viertel der axialen Länge der besagten einen IOkussierungselektrode (27b) erstreckt.

    O .:'. i.; J '-'J J J

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13. 13. Gerät nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch zwei Hilfs-Fokussierungselektroden (27"» 29"), die aufeinanderfolgende Abschnitte der Elektronenstrahlwege umschließen und zwischen dem zweiten Gitter (25') und der besagten einen der beiden Hauptfokussierungselektroden angeordnet sind.
14. 14-, Gerät nach Anspruch 13». dadurch gekennzeichnet, daß die eine (27") der beiden HiIfs-Fokussierungselektroden, welche dem zweiten Gitter benachbart ist, auf dem gleichen Potential gehalten wird wie die besagte eine (27') der beiden Hauptfokussierungselektroden, und daß die andere Hilfs-Fokussierungselektrode (29') auf dem gleichen Potential wie die besagte andere Hauptfokussierungselektrode (29') gehalten wird.
15. 15· Gerät nach Anspruch 14-, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte eine HiIfs-Fokussierungselektrode (27") eine Umschließ\ing aus magnetisierbar em Material relativ hoher Permeabilität enthält, die Abschnitte der Elektronenstrahlwege umschließt und diese Abschnitte gegenüber den vom Ablenkjoch erzeugten Magnetfeldern abschirmt.
16. 16. Gerat nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mindestabstand zwischen der Innenfläche des Röhrenhalses und der äußeren Oberfläche der einander gegenüberliegenden Umschließungen größer ist als 0,76 mm.
17. 17. Gerät nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Röhrenhalses ungefähr gleich 29,1 mm ist.
18. 18. Gerät nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das kompakte Ablenkjoch einen allgemein ringförmigen Kern (15) aus magnetisierbarem Material enthält, um den die Vertikalablenkwicklungen (13V) torusartig gewickelt sind, und daß die Horizontalablenkwicklungen (13H) in

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    einer derartigen Position relativ zum Kern liegen, daß das strahleintrittsseitige Ende der gebildeten Fenster weiter vom Bildschirm entfernt liegt als das strahleintrittsseitige Ende des Kerns, und daß der axiale Abstand zwischen diesen beiden strahleintrittsseitigen Enden gleich einem wesentlichen Prozentsatz des axialen Ab— Standes zwischen den gegenüberliegenden Enden der gebildeten Fenster ist.
19. 19. Gerät nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Abstand zwischen den besagten strahleintrittsseitigen Enden größer ist als ein Sechstel des axialen Abstandes zwischen den gegenüberliegenden Enden der Fenster .
20. 20. Gerät nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das kompakte Ablenkjoch einen hohlen Kern (15) aus magnetisierbarem Material enthält, der einen Teil des vom Ablenkjoch umschlossenen Bereichs des Kolbens umgibt und um den die Vertikalablenkwicklungen. torusartig gewickelt sind, und daß die Horizontalablenkwicklungen gegenüber dem Kern eine derartige Relativlage in Richtung der Längsachse, der Röhre haben, daß die gebildeten Fenster vom Ort des Kerns in einer vom Bildschirm fortweisenden Richtung versetzt sind.