DE3225633C2

DE3225633C2 - Farbbildröhre

Info

Publication number: DE3225633C2
Application number: DE3225633A
Authority: DE
Inventors: William Henry Pennsauken N.J. Barkow; Richard Henry Lancaster Pa. Hughes; Albert Maxwell Morrell
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Licensing Corp
Priority date: 1981-07-10
Filing date: 1982-07-08
Publication date: 1987-05-14
Also published as: IT1214441B; ES513670A0; GB2101397A; FR2563047B1; PL237387A1; DE3249810C2; IT1240019B; NL191194C; PL146011B1; SE8204107L; AT393924B; IT8221964A0; NL191194B; AU8556582A; FI73337B; BR8203962A; KR890003277A; AU556501B2; DD202220A5; FI822370A0

Abstract

In einer selbstkonvergierenden Bildwiedergabeeinrichtung wird ein kompaktes Ablenkjoch (13) verwendet, das aneinandergrenzende Abschnitte des Halses (11N) und des Trichters (11F) einer Farbbildröhre (11) umgibt, bei welcher der Abstand der Elektronenstrahlen im Strahlerzeugungssystem klein ist (5,08 mm), um einen geringen S-Abstand zwischen konvergierenden Strahlen in der Ebene des Ablenkzentrums zu erhalten. Der Durchmesser des Röhrenhalses ist groß genug (29,1 mm), um eine Hauptfokussierungslinse (18) aufnehmen zu können, deren größte Querabmessung mehr als dreieinhalbmal so groß als der Strahlabstand im Strahlerzeugungssystem ist. Die Hauptfokussierungslinse (18) wird zwischen den letzten Fokussierungselektroden (27, 29) gebildet, welche an ihren gegenüberliegenden Enden in Vertiefungen sitzende Öffnungen haben. Die Wandungen aufeinanderfolgender Vertiefungen folgen einer ovalen Kontur und einer knochenförmigen Kontur. Asymmetrische strahlformende Linsen bewirken, daß jeder die Hauptfokussierungslinse durchquerende Strahl einen asymmetrischen Querschnitt hat, derart, daß sein Querschnitt in Vertikalrichtung eine geringere Ausdehnung als in Horizontalrichtung hat. . 62) festgelegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Farbbildröhre mit Ablenkjoch gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der US-PS 38 00 176 ist eine Farbbildröhre dieser Art bekannt, bei der drei in einer Ebene nebeneinanderlaufende Elektronenstrahlen ("Inline-System") durch bestimmte Inhomogenitäten aufweisende Ablenkfelder, die einen negativen isotropen Astigmatismus in Horizontalrichtung und einen positiven isotropen Astigmatismus in Vertikalrichtung bewirken, derart abgelenkt, daß eine genügende Konvergenz an allen Punkten des Rasters erreicht wird.

Bei der beginnenden Herstellung der in der US-PS 38 00 176 beschriebenen Bildwiedergabeeinrichtung wurde der Mitte-Mitte- Abstand zwischen benachbarten Strahlen in einer Ablenkebene ("S-Abstand") kleiner als 5,08 mm gehalten, um leichter ausreichende Konvergenz zu erhalten. Dieser geringe Abstand zwischen den Strahlen erforderte jedoch Beschränkungen für den Durchmesser der die Strahlposition bestimmenden Öffnungen in den Fokussierungselektroden des Strahlerzeugungssystems. Da der effektive Durchmesser der Fokussierungslinse für jeden Strahl durch den Durchmesser der Öffnungen bestimmt ist, resultierte daraus eine Strahlfleckverzerrung infolge sphärischer Aberration, die bei Linsen kleinen Durchmessers verstärkt auftritt.

Später wurde bei der kommerziellen Herstellung dieses selbstkonvergierenden Systems der Abstand zwischen den Strahlen vergrößert, wodurch es ermöglicht wurde, den Durchmesser der Öffnungen für die Fokussierungslinsen zu vergrößern. Dadurch trat zwar eine geringere Fleckverzerrung auf, es wurde jedoch um so schwieriger, eine ausreichende Strahlkonvergenz zu erzielen. In der weiteren Entwicklung der selbstkonvergierenden Bildwiedergabeeinrichtungen (beschrieben z. B. in einem Aufsatz "Mini-Neck Color Picture Tube" von E. Hamano et al., Toshiba Review, März/April 1980, Seite 23 ff.) ging man dazu über, ein vergleichsweise bezüglich seiner Abmessungen kompaktes Ablenkjoch mit einer Farbbildröhre zu kombinieren, deren Hals einen wesentlich kleineren Außendurchmesser (22,5 mm) hat, als es bei den bis dahin verwendeten Röhren üblich war (29,1 mm und 36,5 mm). In diesem 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, daß andererseits aber auch die Verminderung des Halsdurchmessers naturgemäß den Raum im Röhrenhals wesentlich verkleinert und es damit erschwert wird, eine genügend gute Strahlfokussierung und Hochspannungsfestigkeit (d. h. Zuverlässigkeit gegen Überschläge) zu erzielen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Farbbildröhre mit Ablenkjoch der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der geringe Ablenkleistung, hohe Ablenkempfindlichkeit und Kompaktheit des Jochs ohne Verminderung des Röhrenhalsdurchmessers erreicht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Farbbildröhre mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

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

Da beim erfindungsgemäßen System der Durchmesser des Röhrenhalses nicht wie beim Minihals-System verkleinert ist, kann man mit Fokussierungsspannungen 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 Spannungswerten 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-Kombinationen 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 sowohl 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 19 V-Bildwiedergabeeinrichtung 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 einer Endanodenspannung von 25 kV so wenig wie 1,85 Mill&ijlig;oule.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung mit einem Ablenkwinkel von 110° enthält eine selbstkonvergierende 19 V- Bildwiedergabeeinrichtung eine Röhre mit dem gleichen Hals und dem gleichen S-Abstand wie beim vorhergehenden Beisspiel 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°-Jochs ist bei einem Betrieb der Röhre mit einer Endanodenspannung von 25 kV so gering wie 3,5 Mill&ijlig;oule.

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 Röhren mit dem obenerwähnten 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 größer 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 DE-OS 31 43 022 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 angeordnet 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 erwähnten 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. Mit diesen Abmessungen wird der größere Innenraum eines 29,11 mm-Halses (im Vergleich zum erwähnten Minihals) vorteilhaft ausgenutzt, um eine Fokussierungslinse mit einer Hauptausdehnung in Querrichtung vorzusehen, die mindestens dreieinhalbmal so groß wie der Mitte-Mitte-Abstand zwischen den Strahlen ist. Der Unterschied zwischen den jeweiligen Querausdehnungen führt zu einem gewünschten Konvergierungseffekt für die aus dem Strahlerzeugungssystem austretenden Elektronenstrahlen.

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 DE-OS 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 DE-OS 32 25 631 beschrieben ist, die auf den Namen P. Greninger eingereicht wurde. Außerdem ist dem strahlformenden Bereich des Strahlerzeugungssystems eine Linsenasymmetrie solchen Typs verliehen, daß die Vertikalabmessung 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 "knochenförmigen" 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.
Fig. 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;
Fig. 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&min;;
Fig. 7b ist eine Schnittansicht des Elements nach Fig. 7 gemäß der Linie B-B&min;;
Fig. 8 ist eine Schnittansicht des Elements nach Fig. 4 gemäß der Linie C-C&min;;
Fig. 9 ist eine Schnittansicht des Elements nach Fig. 5 gemäß der Linie D-D&min;;
Fig. 10 ist eine Schnittansicht des Elements nach Fig. 6 gemäß der Linie E-E&min;;
Fig. 11 zeigt eine Form des Bildröhrentrichters 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. 13 veranschaulicht schematisch eine Modifikation des Elektronenstrahl-Erzeugungssystems nach Fig. 3;
Fig. 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.
Die in Fig. 1 dargestellte Farbbildröhre 11 hat einen evakuierten Kolben mit einem trichterförmigen Teil 11 F (nur teilweise dargestellt), der sich zwischen einem zylindrischen Halsteil 11 N (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 Abschnitte des Röhrenhalses 11 N und des Röhrentrichters 11 F.
Das Ablenkjoch 13 enthält Vertikalablenkwicklungen 13 V, 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 13 H, 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 13 H 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 13 H sind auswärts geschlagen und in den vorderen Kranz 17 F des Halters 17 eingenistet, während die hinteren Endwindungen (in den Fig. 1 und 2 nicht sichtbar) in ähnlicher Weise im rückwärtigen Kranz 17 R 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 13 H und 13 V gebildeten Ablenkjochs ist durch einen vorderen Innendurchmesser "i" angezeigt, 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 13 H gemessen (d. h. am strahlausgangsseitigen Ende der durch diese Wicklungen gebildeten Fenster). Der Außendurchmesser "o" des Hales 11 N 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 "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.
Die Fig. 3 zeigt teilweise im Schnitt eine Seitenansicht eines Beispiels für das Strahlerzeugungssystem, welches im Hals 11 N der Farbbildröhre 11 gemäß Fig. 1 verwendet werden kann. Die Elektroden des Strahlerzeugungssystems nach Fig. 3 umfassen drei Kathoden 21 (von denen nur eine in der Seitenansicht der Fig. 3 sichtbar ist), ein Steuergitter 23 (G 1), ein Schirmgitter 25 (G 2), eine erste Beschleunigungs- und Fokussierungselektrode 27 (G 3) und eine zweite Beschleunigungs- und Fokussierungselektrode 29 (G 4). Die Elemente des Strahlerzeugungssystems werden von zwei gläsernen Haltestäben 33 a, 33 b 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 G 1-, G 2-, G 3- und G 4-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 strahlformende Linsen, die gebildet sind durch zwei gegenüberliegende gelochte Bereiche der G 1- und G 2-Elektroden 23 und 25, welche auf verschiedenen Gleichspannungspotentialen gehalten werden (z. B. 0 Volt für G 1 und +1100 Volt für G 2). Die Fokussierung der Strahlen an der Schirmfläche erfolgt hauptsächlich durch eine elektrostatische Hauptfokussierungslinse (18 in Fig. 1), die sich zwischen benachbarten Bereichen (27 a, 29 a) der G 3- und G 4-Elektroden bildet. Die G 3- Elektrode wird beispielsweise auf einem Potential (z. B. +6500 Volt) gehalten, das 26% des an die G 4-Elektrode gelegten Potentials (z. B. +25 Kilovolt) ausmacht.
Die G 3-Elektrode 27 besteht aus einer Anordnung zweier becherförmiger Elemente 27 a und 27 b, deren geflanschte offene Enden aneinander anstoßen. Eine Vorderansicht des vorderen Elements 27 a ist in Fig. 4 dargestellt, und eine Querschnittsansicht dieses Elements (entsprechend der Linie C-C&min; in Fig. 4) ist in Fig. 8 gezeigt. Eine Rückansicht des rückwärtigen Elements 27 b ist in Fig. 6 dargestellt, und eine Querschnittsansicht dieses Elements (entsprechend der Linie E-E&min; in Fig. 6) ist in Fig. 10 gezeigt.
Die G 4-Elektrode 29 besteht aus einem becherförmigen Element 29 a, dessen geflanschtes offenes Ende an das gelochte geschlossene Ende eines elektrostatischen Abschirmbechers 29 b anstößt. Eine Rückansicht des Elements 29 a ist in Fig. 5 dargestellt, und eine Querschnittsansicht dieses Elements (entsprechend der Linie D-D&min; der Fig. 5) ist in Fig. 9 gezeigt.
In einem querliegenden Teil 40 des G 3-Elements 27 a, 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 G 3-Umschließung liegt in der Ebene der Strahlachsen und ist in der Fig. 4 mit "f&sub1;" bezeichnet. Die maximale vertikale Innenabmessung der G 3-Umschließung ist durch den Abstand zwischen den geraden parallelen Wandteilen bestimmt und in der Fig. 4 mit "f&sub2;" bezeichnet. Die Vertikalabmessung ist an der Stelle jeder Strahlachse gleich f&sub2;.
Drei Inline-Öffnungen befinden sich auch in einem querliegenden Teil 50 des G 4-Elements 29 a, der am Boden einer Vertiefung im geschlossenen rückwärtigen Ende dieses Elements sitzt. Die Wände 52 dieser Vertiefung, die eine gemeinsame Umschließung für die drei in die G 4-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 Fig. 5 ein Bild ähnlich einem Hundeknochen ergibt. Infolge dieser Knochenform ist die in Vertikalrichtung gemessene Innenausdehnung der G-4-Umschließung am Ort der Achse der mittleren Öffnung (Abmessung f&sub5;) kleiner als die in Vertikalrichtung gemessene Ausdehnung der G 4-Umschließung an den Stellen der Achsen der beiden äußeren Öffnungen (Abmessung f&sub4;). Die maximale Innenausdehnung der G 4-Umschließung in Horizontalrichtung liegt in der Ebene der Strahlachsen und ist in Fig. 5 mit f&sub3; bezeichnet. Die maximale vertikale Innenausdehnung der G 4-Umschließung entspricht dem Durchmesser des Kreises, dem die Bögen in den seitlichen Endbereichen folgen und ist in Fig. 5 mit "f&sub4;" bezeichnet.
Die maximale Außenbreite der G 3- und G 4-Elektroden in den jeweiligen "ovalen" und "knochenförmigen" Bereichen ist jeweils die gleiche und in den Fig. 8 und 9 mit "f&sub6;" bezeichnet. Die Durchmesser der Öffnungen 44 und 54 sind ebenfalls gleich und in den Fig. 8 und 9 mit "d" bezeichnet. Ebenfalls gleich sind die Tiefen der Ausnehmungen (r in den Fig. 8 und 9) für die G 3- und G 4-Elektroden. Unterschiedlich jedoch sind die Tiefen der G 3-Öffnungen (a&sub1; in Fig. 8) und der G 4-Öffnungen (a&sub2; in Fig. 9). Die Maße d, f&sub1;, f&sub2;, f&sub3;, f&sub4;, f&sub5;, f&sub6;, r, a&sub1; und a&sub2; können z. B. folgende Werte haben: d=4,064 mm; f&sub1;=18,16 mm; f&sub2;=8,000 mm; f&sub3;=17,65 mm; f&sub4;=7,24 mm; f&sub5;=6,86 mm; f&sub6;=22,22 mm; r=2,92 mm; a&sub1;=0,86 mm und a&sub2;=1,14 mm. Ein Beispiel für das Maß des Mitte-Mitte-Abstandes g zwischen benachbarten Öffnungen in jeder der Fokussierungselektroden ist 5,08 mm, wie es oben in Verbindung mit Fig. 1 bereits genannt wurde. Beispiele für die axialen Längsabmessungen der Elemente 27 a und 29 a sind 12,45 mm bzw. 3,05 mm, während der Abstand zwischen der G 3- und der G 4-Elektrode für die Anordnung nach Fig. 3 1,27 mm betragen kann.
Die zwischen den Elementen 27 a und 29 a gebildete Hauptfokussierungslinse 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 Äquipotentiallinien 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 27 a und 29 a spielen Äquipotentiallinien 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 obenerwähnte Maß von 5,08 mm) 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 Fokussierungsqualität. Bei Verwirklichung der oben angegebenen Maßbeispiele für das Fokussierungssystem der vorliegenden Erfindung ist eine äußerst gute Fokussierungsqualität erzielbar unter Verwendung von Fokussierungselektroden mit Außenabmessungen (vgl. zum Beispiel f&sub6;), 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 ungünstigsten Bedingungen der Glastoleranz). Demgegenüber kann der Hals der weiter oben beschriebenen Minihals-Röhre eine Fokussierungselektrodenstruktur dieser beispielhaften Abmessungen nicht aufnehmen.
Die Konvergenzseite der elektrostatischen Hauptfokussierungslinse 18 ist der Vertiefung des Elements 27 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 vertikal beabstandete Elektronenbahnen innerhalb eines die Vertiefung der G 3-Elektrode durchlaufenden Elektronenstrahls als auf horizontal beabstandete Elektronenbahnen innerhalb des Strahls. Wenn die gegenüberliegende Vertiefung der G 4- Elektrode eine ähnliche ovale Kontur hat, dann bringt die divergierende Seite der Hauptfokussierungslinse 18 ebenfalls einen astigmastischen 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 Erzielung einer gewünschten Fleckform am Bildschirm verhindern.
Eine Möglichkeit zur Erreichung der gewünschten zusätzlichen Astigmatismus-Kompensation besteht gemäß der obenerwähnten DE-OS 31 43 022 darin, den Öffnungen in einer querliegenden Platte, die sich am Übergang der Elemente 29 a und 29 b befindet, ein schlitzformendes Paar horizontaler Streifen zuzuordnen. Dimensionierungsbeispiele für eine solche Lösung sind in der besagten US-Patentanmeldung angegeben.
Eine andere, in der erwähnten DE-OS 32 25 631 beschriebene Lösung zur Erreichung der gewünschten zusätzlichen Astigmatismus-Kompensation besteht darin, die Kontur der Wandungen der Vertiefung in der G 4-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 Hauptfokussierungslinse selbst praktisch vollständig kompensiert wird oder daß der Kompensationseffekt eines G 4-Schlitzes des obenerwähnten 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 G 4-Elektrode mit einem Kompensationseffekt kombiniert wird, den man durch Einführung einer passenden Asymmetrie in den durch die G 1- und G 2-Elektroden 23 und 25 gebildeten strahlformenden Linsen erhält. Um die Natur dieses letztgenannten Kompensationseffektes zu verstehen, sei zunächst die Struktur der G 1-Elektrode 23 näher betrachtet, wie sie am besten in der Rückansicht dieser Elektrode nach Fig. 7 und in den zugehörigen Schnittansichten nach den Fig. 7a und 7b zu erkennen ist.
Der mittlere Bereich der G 1-Elektrode 23 ist von drei kreisförmigen Öffnungen 64 jeweils eines Durchmessers d&sub1; 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 betreffenden Vertiefungen ist ausreichend groß, um das vorderseitige Ende einer Kathode 21 (in Fig. 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 46 ist der gleiche wie bei den obenbeschriebenen Öffnungen der G 3- und G 4-Elektroden. Die anderen Abmessungen der G 1-Elektrode 23 können z. B. folgende Werte haben: d&sub1;=0,615 mm; k=3,075 mm; h=0,711 mm; v=2,134 mm; Tiefe einer Öffnung 64 (a&sub3;)=0,102 mm; Tiefe eines Schlitzes 68 (a&sub4;)=0,203 mm; Tiefe einer Vertiefung 66 (a&sub5;)=0,457 mm. Bei Zusammenfügung 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 G 1- und der G 2-Elektrode 0,178 mm ist.
Im zusammengesetzten Zustand, wie ihn die Fig. 3 zeigt, ist jede der drei kreisförmigen Öffnungen 26 in der G 2-Elektrode 25 mit einer zugehörigen Öffnung 64 der G 1-Elektrode ausgerichtet. Jeder dazwischenliegende Schlitz 68 bewirkt eine Asymmetrie auf der konvergierenden Seite jeder der zwischen G 1 und G 2 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.
Die vorstehend beschriebene Vorverzerrung der in die Hauptfokussierungslinse 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 Linsenbereichen kleiner sind als ihre Horizontalabmessungen 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 Fleckaufblähung 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 13 V erfolgen kann, das am hinteren Ende des Jochs 13 auftritt. Wie 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. Jedoch bleiben nachfolgende Bereiche der Strahlwege im wesentlichen unabgeschirmt gegenüber diesem Randfeld. Die obenbeschriebene Begrenzung der vertikalen Aufspreizung jedes Strahls während seines Durchlaufs durch die Hauptfokussierungslinse vermindert die Wahrscheinlichkeit, daß die durch das Randfeld 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 13 H erzeugte Haupt-Horizontalablenkfeld auf die Fleckform an den Seiten des Rasters ausüben, vermindert werden. Um 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-PS 42 34 814 verwiesen. Bei der Struktur nach dieser Patentschrift befindet sich in der rückwärtigen Oberfläche der G 2-Elektrode eine rechteckige, in Horizontalrichtung langgestreckte Schlitzvertiefung in Ausrichtung und Verbindung mit jeder kreisförmigen Öffnung der G 2-Elektrode. Dadurch wird eine Asymmetrie im divergierenden Teil jeder strahlformenden Linse eingeführt, wodurch die Vertikalabmessung jedes die Hauptfokussierungslinse durchquerenden Strahls gegenüber seiner Horizontalabmessung zusammengedrückt wird. Es hat sich gezeigt, daß die beschriebene Zuordnung der Asymmetrie zur G 1-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 Fokussierungsspannung (die an die G 3-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 Randfeldern des Ablenkjochs abzuschirmen. Zu diesem Zweck ist innerhalb des hinteren Elements 27 b der G 3-Elektrode 27 ein becherförmiges magnetisches Abschirmelement 31 eingepaßt und daran befestigt (z. B. durch Schweißung), dessen geschlossenes Ende an das geschlossene Ende des Elements 27 b anstößt (wie es die Fig. 3 offenbart). Wie in den Fig. 6 und 10 gezeigt, ist das geschlossene Ende des becherförmigen Elektrodenelements 27 b von drei Inline-Öffnungen 28 durchlocht, deren Wandungen kreisförmig verlaufen. Das geschlossene Ende des magnetischen Abschirmeinsatzes 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 G 2-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=0,508 mm; Durchmesser einer Öffnung 28=1,524 mm; Tiefe einer Öffnung 28=0,254 mm; Durchmesser einer Öffnung 32=2,54 mm; Tiefe 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 obengenannten 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 13,335 mm für das G 3-Element 27 b und einer axialen Länge von 12,45 mm für das G 3-Element 27 a. Eine solche Länge der Abschirmung (kleiner als ein Viertel der Gesamtlänge der G 3-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 Feldverzerrung 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 Fokussierungselektrodenelemente verwendeten Materials (z. B. rostfreier Stahl) hat.
Das vordere Element 29 b der G 4-Elektrode 29 enthält mehrere Kontaktfedern 30 im vorderen Bereich seines Umfangs, um die herkömmliche innere Graphitbeschichtung der Bildröhre zu berühren, so daß das Endanodenpotential (z. B. 25 kV) an die G 4-Elektrode gelangt. Das geschlossene Ende des becherförmigen Elements 29 b enthält drei Inline-Öffnungen (nicht dargestellt) mit einem gegenseitigen Mitte-Mitte-Abstand des hier als Beispiel gewählten Wertes von 5,08 mm, um die einzelnen aus der Hauptfokussierungslinse austretenden Elektronenstrahlen durchzulassen. Zur Kommakorrektur sind zweckmäßigerweise hochpermeable magnetische Glieder vorgesehen, die an der Innenfläche des geschlossenen Endes des Elements 27 b in der Nähe der Öffnungen befestigt sind, wie es z. B. in der US- PS 37 72 554 beschrieben ist.
Das Anlegen der Betriebspotentiale an die anderen Elektroden (Kathode, G 1-, G 2- und G 3-Elektrode) in der Anordnung nach Fig. 3 erfolgt über den Sockel der Bildröhre mit Hilfe herkömmlicher Zuleitungen (nicht dargestellt).
Die zwischen der G 3- und der G 4-Elektrode 27 und 29 der Anordnung 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 27 a und 29 a. Eine Verstärkung der konvergierenden Wirkung ergibt sich bei einem Abmessungsverhältnis, bei welchem die Breite der Umschließung an der G 4-Elektrode größer ist, und eine Verminderung der konvergierenden Wirkung ergibt sich mit einem Verhältnis, bei welchem die Breite der Umschließung an der G 3-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 G 3-Elektrode und der Breite der Umnschließung an der G 4-Elektrode als passend erwiesen.
Bei Verwendung der Bildwiedergabeeinrichtung 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-PS 37 25 831 beschrieben ist, oder eine Ummantelung, wie sie allgemein in der US-PS 41 62 470 beschrieben ist.
Die Fig. 13 veranschaulicht schematisch eine Modifikation des in Fig. 3 dargestellten Elektronenstrahl-Erzeugungssystems, die als Alternative in der Einrichtung nach Fig. 1 verwendet werden kann. Bei dieser Modifikation sind zwei Hilfs- Fokussierungselektroden (27&min;&min;, 29&min;&min;) zwischen das Schirmgitter (25&min;) und die Haupt-Beschleunigungs- und -Fokussierungselektroden (27&min;, 29&min;) eingefügt. Die Hauptfokussierungslinse wird zwischen diesen letztgenannten Elektroden (27&min;, 29&min;) gebildet, die in diesem Fall als G 5- und G 6-Elektroden zu bezeichnen sind. Die zuerst durchwanderte Hilfs-Fokussierungselektrode (G 3-Elektrode 27&min;&min;) wird mit dem gleichen Potential (z. B. +8000 Volt) wie die G 5-Elektrode 27 erregt, während die andere Hilfs-Fokussierungselektrode (G 4-Elektrode 29&min;&min;) mit dem gleichen Potential (z. B. +25 Kilovolt) wie die G 6-Elektrode 29 erregt wird. Wie bei der Ausführungsform nach Fig. 3 werden die einzelnen Strahlen (aus Elektronen, die von den jeweiligen Kathoden 21&min; emittiert werden) durch jeweilige strahlformende Linsen geformt, die sich zwischen dem Steuergitter (G 1-Elektrode 23&min;) und dem Schirmgitter (G 2-Elektrode 25&min;) bilden.
Bei dieser alternativen Ausführungsform können die G 5- und G 6-Elektroden (27&min;&min; und 29&min;&min;) z. B. die gleiche allgemeine Form haben wie die G 3- und G 4-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-Mitte-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 G 1- und G 2-Elektroden (23&min;, 25&min;), wie sie in der obengenannten US-PS 42 34 814 beschrieben ist, wobei horizontal orientierte rechteckige Schlitze an der rückwärtigen Oberfläche der G 2-Elektrode (23&min;) vorgesehen sind, die zwischen den drei kreisförmigen Öffnungen der G 2-Elektrode und den drei kreisförmigen Öffnungen der G 1-Elektrode liegen, wobei der Mitte-Mitte-Abstand zwischen den Öffnungen jeder Dreiergruppe wie oben 5,08 mm beträgt. Die zwischengefügten Hilfs-Fokussierungselektroden (27&min;&min;, 29&min;&min;), 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 (G 3-G 4)- und G 4-g 5)-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 einfacheren 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 G 3- Elektrode (27&min;&min;) aus hochpermeablem Material gebildet wird.
Um die Empfindlichkeit des Ablenkjochs in der Einrichtung nach Fig. 1 zu erhöhen, sollte zweckmäßigerweise die Kontur eines konischen Abschnittes des Röhrentrichters 11 F in der Ablenkzone so gewählt werden, daß die aktiven Leiter der Ablenkwicklungen 13 H des Kompaktjochs 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 könnte) vermieden wird. Die Fig. 11 zeigt eine Trichterform, die sich für eine Ausführungsform der Einrichtung nach Fig. 1 eignet, bei welcher der Ablenkwinkel 90° beträgt. Die dargestellte Trichterform läßt sich durch folgende mathematische Formel beschreiben:
X = C 0 + C 1 (Z) + C 2 (Z²) + C 3 (Z³) + C 4 (Z&sup4;) + C 5 (Z&sup5;) + C 6 (Z&sup6;) + C 7 (Z&sup7;).
Hierin ist X der Konusradius, in Millimetern gemessen von der Längsachse (A) der Röhre bis zur Außenfläche des Kolbens; Z ist der Abstand in Millimetern entlang der Achse A in Richtung zum Bildschirm, ausgehend von einer Ebene Z=0, 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 C 0 bis C 7 haben folgende Werte: C 0=15,10490590, C 1=-0,1582240210, C 2=0,01162553080, C 3=8,880522990 · 10^-4, C 4=-3,877228960 · 10^-5, C 5=7,249226520 · 10^-7, C 6=-6,723851420 · 10^-9, C 7=2,482776160 · 10^-11. Die Formel gilt für Z-Werte von 9,35 bis 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 ausdrücken:
X = C 0 + C 1 (Z) + C 2 (Z²) + C 3 (Z³) + C 4 (Z&sup4;) + C 5 (Z&sup5;).
In dieser Formel ist X der Konusradius, in Millimetern gemessen von der Längsachse A&min; bis zur Außenfläche des Kolbens, und Z ist der in Millimetern gemessene Abstand entlang der Achse A&min; in Richtung des Bildschirms, ausgehend von einer Ebene Z=0, welche die Achse an einem Punkt schneidet, der um 1,27 mm nach vorn versetzt gegenüber der Verbindungslinie zwischen Hals und Trichter liegt. Die Konstanten C 0 bis C 5 haben folgende Werte: C 0=14,5840702; C 1=0,312534174; C 2=0,0242187585; C 3=6,99740898 · 10^-4; C 4=1,64032142 · 10^-5; C 5= 1,17802606 · 10^-7. Diese Formel gilt für Z-Werte von 1,53 bis 50,0 mm.
Bei einer für einen Ablenkwinkel für 110° und eine 19 V- 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 13 H dicht an den Außenflächen der Kolbenabschnitte 11 F und 11 N zwischen den Querebenen y und y&min; 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-y&min;)-langes Joch um 5 bis 6 mm von seiner vordersten Position zurückgezogen werden (zum Zwecke einer Justierung der Farbreinheit), ohne daß der Elektronenstrahl an einer Ecke des Kolbens aufschlägt.
Die Fig. 14a zeigt die allgemeine Form der für das Horizontalablenkfeld geforderten H&sub2;-Ungleichmäßigkeitsfunktion, die das Joch nach Fig. 2 bringen soll, um eine Selbstkonvergenz 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 HH&sub2; dargestellt, wobei die Abszisse den Ort entlang der Längsachse der Röhre angibt (der Ort der Ebene Z=0 nach Fig. 12 ist auf der Abszisse als Bezugshinweis markiert) und wobei die Ordinate das Maß der Abweichung gegenüber einem gleichmäßigen Feld angibt. In der Fig. 14a bedeutet ein nach oben gerichteter Ausschlag der Kurve HH&sub2; von der Null-Achse (in Richtung des Pfeils P) eine Ungleichmäßigkeit des Feldes vom Typ einer "Kissenverzerrung", während ein nach unten gehender Ausschlag der Kurve HH&sub2; von der Null-Achse (in Richtung des Pfeils B) eine Feldungleichmäßigkeit darstellt, die einer "Tonnenverzerrung" entspricht. Die gestrichelte Kurve HH&sub0;, die über der gleichen Ortsabszisse aufgetragen ist, veranschaulicht die H&sub0;-Funktion des Horizontalablenkfeldes, um die relative Intensitätsverteilung des Feldes entlang der Röhrenachse anzuzeigen. Der positive Schwung der Kurve HH&sub2; zeigt den Ort des stark kissenverzerrten Bereiches 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 H&sub2;- Ungleichmäßigkeitsfunktion, die für ein Vertikalablenkfeld in Verbindung mit dem Horizontalablenkfeld nach Fig. 14a gelten soll, um die gewünschte Selbstkonvergenz zu erreichen. Diese Ungleichmäßigkeitsfunktion ist mit der ausgezogenen Kurve VH&sub2; dargestellt, und zwar mit gleicher Abszisse und Ordinate, wie sie in Fig. 14a verwendet sind.
Die im gleichen Schaubild gestrichelt dargestellte Kurve VH&sub0;, welche die H&sub0;-Funktion des Vertikalablenkfeldes offenbart, zeigt die relative Verteilung der Feldintensität entlang der Röhrenachse. Der ganz links liegende Teil der Kurve VH&sub0; läßt erkennen, daß das Vertikalablenkfeld hinten an den Ringwicklungen 13 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 Fig. 12 dargestellten Form des Röhrentrichters, dann erkennt man, daß die Hauptwirkung der Ablenkung der in Fig. 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 Fokussierungsqualität ohne zwangsläufige Verminderung der Hochspannungsfestigkeit erreichen kann.
In der Fig. 12 zeigen die Querebenen C und C&min; den Ort des vorderen bzw. des hinteren Endes des Kerns 15 bei der obenerwähnten, für einen Ablenkwinkel von 110° ausgelegten 19 V- Ausführungsform der Einrichtung nach Fig. 1. Wie dargestellt, ist der axiale Abstand (y-y&min;) zwischen den vorderen und hinteren Enden der aktiven Leiter der Horizontalwicklungen 13 H wesentlich größer (z. B. 1,4mal so groß) als der axiale Abstand (C-C&min;) zwischen dem vorderen und hinteren Ende des Kerns 15, und mehr als die Hälfte (z. B. 62,5%) der zusätzlichen, 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-y&min;=50,8 mm und y&min;-C&min;=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 geforderten, gespeicherten Energie ½I _H L _H² 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 13 H 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 HH&sub0; nach Fig. 14a und der Kurve VH&sub0; nach Fig. 14b erkennen kann, führt die in der Fig. 12 dargestellte Lage der Wicklungen 13 H relativ zum Kern 15 dazu, daß die Scheitelpunkte der Intensitätsverteilungskurven HH&sub0; und VH&sub0; wie gewünscht praktisch an der gleichen axialen Position liegen.

Claims

1. Farbbildröhre mit Ablenkjoch, die einen evakuierten Kolben mit einem den Bildschirm umschließenden Vorderteil, einem zylindrischen Hals (11 N) und einem den Hals mit dem Vorderteil verbindenden Trichter (11 F) und ein innerhalb des Halses angeordnetes Inline-Elektronenstrahl-Erzeugungssystem für drei Elektronenstrahlen (B, G, R) aufweist, wobei das Ablenkjoch (13) aneinandergrenzende Abschnitte des Halses und des Trichters umschließt und Horizontalablenkwicklungen (13 H) in Form von jeweils ein Fenster bildenden Sattelspulen sowie Vertikalablenkwicklungen (13 V) in Form von Toruswicklungen aufweist, die Ablenkfelder erzeugen, welche eine Abrasterung des Schirmes und eine gute Konvergenz der Strahlen auf dem gesamten Bildschirm ermöglichen und wobei das Inline-Elektronenstrahl- Erzeugungssystem zwei Hauptfokussierungselektroden (27, 29) an seinem strahlausgangsseitigen Ende aufweist, die auf unterschiedlichen Potentialen gehalten werden, wobei die Hauptfokussierungselektroden einen ersten Teil (40, 50) enthalten, der sich quer zur Längsachse des Röhrenhalses erstreckt und drei nebeneinanderliegende Öffnungen hat, durch die jeweils ein Elektronenstrahl dringt, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Hauptfokussierungselektroden (27, 29) zweite Teile (42 bzw. 52) aufweisen, die sich in Richtung der Röhrenachse von den ersten Teilen (40, 50) erstrecken und eine gemeinsame Umschließung für die Elektronenstrahlen (B, G, R) bilden, wobei die zweiten Teile einander gegenüberliegen und zwischen sich eine gemeinsame Hauptfokussierungslinse (18) für die Elektronenstrahlen bilden, aus welcher diese konvergent austreten und wobei die größte Innenabmessung (f&sub1;, f&sub3;) der Umschließung in Inline-Richtung liegt und wesentlich größer ist als das Dreifache des Mitte-Mitte-Abstandes (g) zwischen benachbarten Öffnungen (44 bzw. 54);
b) der Mitte-Mitte-Abstand (g) zwischen benachbarten Öffnungen jeder Dreiergruppe nebeneinanderliegender Öffnungen kleiner ist als 5,08 mm und
c) der Innendurchmesser (i) des Ablenkjochs (13) am strahlausgangsseitigen Ende der Wicklungsfenster der Sattelspulen kleiner ist als das Produkt aus 0,76 mm und der Gradzahl des Ablenkwinkels.

2. Farbbildröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Innenabmessung (f&sub2;, f&sub4;) der zweiten Teile (42 bzw. 52) der Hauptfokussierungselektroden (27 bzw. 29) senkrecht zur größten Innenabmessung (f&sub1;) größer als der Mitte-Mitte- Abstand (g) zwischen benachbarten Öffnungen (44 bzw. 54) ist.

3. Farbbildröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teil (42) der in Strahlrichtung ersten Hauptfokussierungselektrode (27) senkrecht zu seiner größten Innenabmessung (f&sub1;) eine Innenabmessung (f&sub2;) hat, die in der Mitte des mittleren der Elektronenstrahlwege ebenso groß ist wie in den Mitten der äußeren Elektronenstrahlwege.

4. Farbbildröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teil (52) der in Strahlrichtung zweiten Hauptfokussierungselektrode (29) senkrecht zu seiner größten Innenabmessung (f&sub3;) eine Innenabmessung (f&sub5;) hat, die in der Mitte des mittleren der Elektronenstrahlwege kleiner ist als die Querabmessung (f&sub4;) in den Mitten der äußeren Elektronenstrahlwege.

5. Farbbildröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einander gegenüberliegenden zweiten Teile (42, 52) der beiden Hauptfokussierungselektroden (27 bzw. 29) voneinander verschiedene maximale Innenabmessungen (f&sub1; und f&sub3;) haben.

6. Farbbildröhre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Innenabmessung (f&sub1;) des zweiten Teils (42) der in Strahlrichtung ersten Hauptfokussierungselektrode (27) größer ist als die maximale Innenabmessung (f&sub3;) des zweiten Teils (52) der zweiten Hauptfokussierungselektrode (29).

7. Farbbildröhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Hauptfokussierungselektrode (27) auf einem Potential gehalten wird, welches ungefähr 26% des Potentials beträgt, auf welchem die zweite Hauptfokussierungselektrode (29) gehalten wird.

8. Farbbildröhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Hauptfokussierungselektrode (27) außerdem einen hohlen zylindrischen Teil aus leitendem Material enthält, der alle Strahlen umgibt und sich von dem mit den Öffnungen versehenen, querliegenden ersten Teil (42) dieser Elektrode bis in die Nähe des zweiten Gitters (25) erstreckt, und daß außerdem eine Abschirmung (31) aus magnetisierbarem Material relativ hoher Permeabilität vorgesehen ist, die innerhalb eines nahe dem zweiten Gitter liegenden Abschnitts des zylindrischen Teils befestigt ist und die umschlossenen Teile der Elektronenstrahlwege gegenüber den vom Ablenkjoch (13) erzeugten Magnetfeldern abschirmt.

9. Farbbildröhre nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Abschirmung (31) über weniger als ein Viertel der axialen Gesamtlänge der ersten Hauptfokussierungselektrode (27) erstreckt.

10. Farbbildröhre nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch zwei Hilfsfokussierungselektroden (27&min;&min;, 29&min;&min;), die aufeinanderfolgende Abschnitte der Elektronenstrahlwege umschließen und zwischen dem zweiten Gitter (25&min;) und der ersten Hauptfokussierungselektrode (27&min;) angeordnet sind.

11. Farbbildröhre nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die in Strahlrichtung erste (27&min;&min;) der beiden Hilfsfokussierungselektroden, welche dem zweiten Gitter (25&min;) benachbart ist, auf dem gleichen Potential gehalten wird wie die erste (27&min;) der beiden Hauptfokussierungselektroden und daß die in Strahlrichtung zweite Hilfsfokussierungselektrode (29&min;&min;) auf dem gleichen Potential wie die zweite Hauptfokussierungselektrode (29&min;) gehalten wird.

12. Farbbildröhre nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Hilfsfokussierungselektrode (27&min;&min;) eine Abschirmung aus magnetisierbarem Material relativ hoher Permeabilität enthält, die Abschnitte der Elektronenstrahlwege umschließt und diese Abschnitte gegenüber den vom Ablenkjoch (13) erzeugten Magnetfeldern abschirmt.

13. Farbbildröhre nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mindestabstand zwischen der Innenfläche des Röhrenhalses und dem Elektronenstrahl-Erzeugungssystem größer ist als 0,76 mm.

14. Farbbildröhre nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Röhrenhalses ungefähr gleich 29,1 mm ist.

15. Farbbildröhre nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablenkjoch (13) einen ringförmigen Kern (15) aus magnetisierbarem Material enthält, um den die Vertikalablenkwicklungen (13 V) torusförmig gewickelt sind, und daß die Horizontalablenkwicklungen (13 H) in einer derartigen Position relativ zum Kern der Vertikalablenkwicklungen 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 ein Bruchteil des axialen Abstandes zwischen den gegenüberliegenden Enden der gebildeten Fenster ist.

16. Farbbildröhre nach Anspruch 15, 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.

17. Farbbildröhre 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 (18) in der Richtung der größten Innenabmessung (f&sub1;, f&sub3;) dieser Linse wesentlich größer zu machen als seine maximale Ausdehnung in einer dazu senkrechten Richtung.

18. Farbbildröhre nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,
daß die strahlformende Einrichtung drei nebeneinanderliegende Inline-Kathoden (21) enthält und ein den Inline-Kathoden benachbartes erstes Gitter (23) aufweist, das drei kreisförmige, mit den drei Kathoden einzeln ausgerichtete Öffnungen (64) hat sowie ein zwischen dem ersten Gitter und der Hauptfokussierungslinse (18) angeordnetes zweites Gitter (25), das drei kreisförmige Öffnungen hat, die einzeln mit den Öffnungen des ersten Gitters ausgerichtet sind,
daß die Gitter auf unterschiedlichen Potentialen gehalten werden und zwischen sich strahlformende Linsen für die von den Kathoden emittierten Elektronenstrahlen bilden und
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.

19. Farbbildröhre nach Anspruch 18, 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 Richtung senkrecht zur größten Innenabmessung (f&sub1;, f&sub3;) der Fokussierungslinse eine Ausdehnung hat, die wesentlich größer ist als seine Ausdehnung in Richtung der größten Innenabmessung der Fokussierungslinse.