DE3305415A1

DE3305415A1 - Kathodenstrahlroehre

Info

Publication number: DE3305415A1
Application number: DE19833305415
Authority: DE
Inventors: Aart Adrianus van 5621 Eindhoven Gorkum
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1982-02-22
Filing date: 1983-02-17
Publication date: 1983-09-01
Also published as: DE3305415C2; ES519896A0; GB8304505D0; ES8401677A1; CA1194081A; IT8319660A0; JPS58154142A; JPH0447939B2; FR2522196B1; NL8200691A; DD217081A5; FR2522196A1; US4567399A; GB2115978A; IT1171059B; GB2115978B

Description

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"Kathodens trahlröhre".

Die Erfindung betrifft eine Kathodenstrahlröhre mit einem Elektronenstrahlerzeugungssystem in einem evakuierten Kolben zum Erzeugen eines Elektronenstrahls, der auf eine Auftreffplatte mit Hilfe mindestens einer beschleunigenden Elektronenlinse fokussiert wird, die - in Fortpflanzungsrichtung des Elektronenstrahls gesehen - aus einer ersten und einer zweiten, koaxial um den Elektronenstrahl angeordneten Elektrode besteht.

Derartige Kathodenstrahlröhren werden beispielsweise als Schwarz/Weiss- oder Farbfernsehbildröhre, als Fernsehkameraröhre, als Projektionsfernsehbildröhre, als Oszillografenröhre oder als Röhre zum Darstellen von Ziffern und Symbolen benutzt. Letztgenannter Röhrentyp wird auch als DGD-Röhre bezeichnet (Data Graphic Display tube).

Eine derartige Kathodenstrahlröhre ist beispielsweise aus der offengelegten niederländischen Patentanmeldung 78125^0 bekannt. Das hier beschriebene Elektronenstrahlerzeugungssystem einer Farbfernsehbildröhre enthält drei mit ihren Achsen in einer Ebene liegende Elektronenstrahlerzeugungssysteme. Die zweite Elektrode der an der Bildschirmseite liegenden beschleunigenden Elektronenlinse eines jeden Strahlerzeugungssystems' ist an einer gemeinsamen Zentrierbuchse befestigt. Weiter ist es möglich, dass die ersten Elektroden der beschleunigenden Elektronenlinse einen gemeinsamen Teil bilden. Dies ist beispielsweise der Fall bei einem sogenannten integrierten Strahlerzeugungssystem, das auch in der erwähnten niederländischen Patentanmeldung 78125^0 beschrieben ist.

Bei derartigen Röhren sind die Abmessungen des Auftrefflecks sehr wichtig, weil sie die.Schärfe des dargestellten oder aufgenommenen Fernsehbildes bestimmen. Es gibt drei Beiträge zu den Auftreffleckabmessungen, u.zw. der Beitrag durch die Unterschiede der thermischen Aus-

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trittsgeschwindigkeiten und der Winkel der Elektronen, die aus der emittierenden Oberfläche der Kathode heraustreten, die Beiträge der Raumladung des Bündels und die sphärische Alternation der benutzten Mektroiieriiinsen* Letztgenannter Beitrag wirdt dadurch ausgelöst, dass Elektronenlinsen den Elektronenstrahl nicht ideal fokussieren. Im allgemeinen werden Elektronen, die einen Teil des Elektronenstrahls bilden und weiter entfernt von der optischen Achse einer Elektronenlinse in diese Linse eintreten, kräftiger von der

]q Linse abgelenkt als Elektronen, die näher bei der Achse in die Linse eintreten. Dies wird als positive sphärische Aberration bezeichnet. Die Auftreffleckabmessungen vergrössern sich um die dritte Potenz der Bündelparameter, wie beispielsweise des Öffnungswinkels oder des Durchmessers des einfallenden Elektronenstrahls. Sphärische Aberration wird daher auch 3«Ordnungsfehler genannt. Es wurde nachgewiesen (W. Glaser, Grundlagen der Elektronenoptik, Springer Verlag, Wien 1952), dass bei rotations-symmetrischen Elektronenlinsen, bei denen das Potential ausserhalb der optischen Achse beispielsweise mit Metallzylindern festgelegt ist, immer eine positive sphärische Aberration auftritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kathodenstrahlröhre anzugeben, in der die sphärische Aberration stark herabgesetzt oder sogar negativ gemacht ist, um die positive sphärische Aberration einer vorangehenden oder einer folgenden Linse auszugleichen, um auf diese Weise die Auftreffleckabmessungen herabzusetzen.

Diese Aufgabe wirdt bei einer Kathodenstrahl« röhre eingangs erwähnter Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die zweite Elektrode mit einer in Richtung auf die erste Elektrode gekrümmten elektrisch leitenden Folie versehen ist, die den Elektronenstrahl schneidet und deren Krümmung zunächst mit grosser werdenden Abstand von der optischen Achse der Elektronenlinse abnimmt. Unter Folie sei hier auch eine elektrisch leitende Gaze verstanden«

Es sind auch Elektronenstrahlerzeugungssysteme

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bekannt« in denen zwei beschleunigende Linsen für die Fokussierung des Elektronenstrahls benutzt werden. Die Erfindung kann in diesem Fall in einer der beschleunigenden Linsen oder in beiden Linsen benutzt werden.

Die Verwendung von Folien und Gazen in Elektronenlinsen ist beispielsweise aus Philips Research Reports 18, 465-605 (1963) bekannt, mit Folien und Gazen wurden insbesondere Verwendungen angestrebt, bei denen eine sehr kräftige Linse bei einem verhältnismässig geringem Potentialverhältnis der Linse gewünscht wird. Dieses Potentialverhältnis ist das Verhältnis zwischen den Potentialen der Linsenelektroden· In einer beschleunigenden Linse erfolgt die Linsenwirkung durch eine konvergierende Linsenwirkung im niedrigen Potentialteil der Linse und eine geringe divergierende Wirkung im hohen Potentialteil der Linse, so dass das daraus entstehende Linsenverhalten konvergierend ist. Die Linse ist also aus einer positiven und einer negativen Linse zusammengesetzt. Durch das Anbringen einer flachen oder konvex gekrümmten Gaze oder Folie am Rand der zweiten Elektrode, die der ersten Elektrode zugewandt ist, wird die negative Linse beseitigt und entsteht eine rein positive Linse, die somit eine viel kräftigere Linsenwirkung besitzt. Jedoch weist diese Linse immer noch sphärische Aberration auf. Eine kugelförmige Gaze oder Folie in einer beschleunigenden Elektronenlinse liefert, wie weiter unten näher erläutert wird, nur eine geringe Reduzierung der sphärischen Aberration. Indem nunmehr erfindungsgemäss der Krümmungsradius der Gaze oder Folie zunächst mit sich vergrösserndem Abstand zur optischen Achse vergrössert wird,

3Q erfolgt eine Stärkeänderung der Linse, wobei diese Stärke in der Mitte vergrössert und zum Rand hin verkleinert wird. Hierdurch bekommt man eine Linse, die die gleiche Stärke für alle Bahnen des Elektronenstrahls hat. Bei den bekannten Gazelinsen, die mit einer flachen Gaze (oder Folie) oder mit einer konvexen Gaze (oder Folie) mit einem konstanten Krümmungsradius'versehen sind, ist dies nicht der Fall. Durch die Wahl des Verlaufs des Krümmungsradius der Gaze oder der Folie nach der Erfindung lässt sich die

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sphärische Aberration stark herabsetzen oder sogar negativ machen.

Sowohl aus Messungen als auch aus Berechnungen erfolgt, dass eine Form der Folie oder Gaze im wesentlichen

κ entsprechend der Form des Zentralteils einer O.Ordnung-Besselfunktion, vorzugsweise bis zum ersten Minimum, zu bevorzugen ist, was weiter unten näher erläutert wird. Diese Form weicht bis zum ersten Minimum der O.Ordnung-Besselfunktion wenig von der Kosinusform ab.

^q Im Gegensatz zur Verwendung einer Folie gibt

die Verwendung einer Gaze jedoch auch einen zusätzlichen Beitrag zur Abmessung des Auftreffflecks. Dies ist die Folge der Offnungen in der Gaze, die als negative Blenden— linsen wirken. Dieser Beitrag, wie in Philips Research Reports 18, 465-605 (1963) beschrieben, ist der Maschenweite der Gaze proportional. Diese Maschenweite kann jedoch derart gewählt werden, dass dieser Beitrag viel kleiner als die üblichen Beiträge in der Auftrefffleckvergrösserung ist. Der restliche Beitrag der sphärischen Aberration der Hauptlinse kann durch geeignete Wahl der Form der Gaze kleiner als der Beitrag der Maschenweite gemacht werden.

Wenn sich vom Rand der Folie oder Gaze der zweiten Elektrode ein zylinderförmiger Kragen in Richtung auf die erste Elektrode erstreckt, ist es sogar möglich, eine beschleunigende Elektronenlinse mit einer negativen sphärischen Aberration herzustellen. Dieser Effekt lässt sich auch durch eine Vergrösserung des Abstands (d) zwischen den zwei Elektroden der beschleunigenden Linse erreichen. Diese negative sphärische Aberration kann dazu dienen, eine positive sphärische Aberration einer vorangehenden oder nachfolgenden Linse im Elektronenstrahlerzeugungssystem auszugleichen. Das, Mass, mit dem die sphärische Aberration korrigiert wird, bestimmt auch die Höhe (h) der Gaze nach der Erfindung. Die Höhe ist der maximale Abstand zwischen Gazeteilen, entlang der Achse der Linse gemessen (siehe weiter Fig. 9*0.

Da es möglich ist, in einer erfindungsgemässen Kathodenstrahlröhre die sphärische Aberration herabzusetzen,

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ist es nicht mehr notwendig, eine Elektronenlinse mit einem Linsendurchmesser zu wählen, der viel grosser als der Strahldurchmesser ist. Dadurch ist es möglich, Elektronenstrahlerzeugungssysteme mit Linsenelektroden mit einem verhältnismässig geringen Durchmesser herzustellen, wodurch der Hals der Kathodenstrahlröhre, in dem das Elektronenstrahlerzeugungs sys tem montiert ist, einen verhältnisrnässig geringen Durchmesser haben kann. Da hierdurch die Ablenkspulen näher bei den Elektronenstrahlen liegen, kann man

JO mit einer geringeren Ablenkenergie auskommen. Geeignete Werkstoffe für die Herstellung derartiger Folien und Gazen sind beispielsweise Nickel, Molybdän und Wolfram. Eine Nickelgaze kann sehr gut elektrolytisch abgelagert werden (electroformed by electrolytic deposition). Es ist möglich,

^g Webegaze aus Molybdän und Wolfram mit einer Durchlässigkeit von 809ε herzustellen.

Die bisher zum Herabsetzen sphärischer Aberration benutzten Folien oder Gazen waren flach oder konvex (siehe z.B. Optik 46 (1976) Nr. 4, 463-473 "Der Offnungsfehler 3· Ordnung und der axiale Farbfehler von rotationssymmetrischen Elektronenlinsen mit gekrümmter geladener transparenter Folie", H. Hoch, E. Kasper, D. Kern).

Der Effekt derartiger Folien bei einer beschleunigenden Elektronenlinse auf die sphärische Aberration ist jedoch nicht sehr gross. Dies lässt sich auch verstehen.

Eine flache oder eine konvexe Gaze folgt mehr oder weniger der Form der Äquipotentialflächen z.wischen zwei Linsenelektroden ohne Gaze. Erfindungsgemäss wird die Form der Äquipotentialflächen zum Herabsetzen der sphärischen Aberration beeinflusst.

Da die beschleunigenden Elektronenlinsen für erfindungsgemäss e Kathodenstrahlröhren nahezu keine sphärische Aberration aufweisen^ können die Elektronenstrahlerzeugungssysteme einfacher ausgeführt werden und beispielsweise aus einer Kathode, einem Steuergitter und der erwähnten beschleunigenden Elektronenlinse bestehen.

In der DE-PS 1 134 769 wird eine Einrichtung beschrieben, bei der zwischen zwei Ringelektroden eine konvexe

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Gazeelektrode elektrisch isoliert aufgehängt ist. Diese Gazeelektrode wird zum Ausgleichen der sphärischen Aberration einer magnetischen Pokussierungslinse benutzt. Die Gaze bildet keinen Teil der zu korrigierenden Linse. Ausserdem ist die Magnetlinse keine beschleunigende Linse. Auch ist aus der US-PS 3 240 972 eine Kathodenstrahlröhre mit einer in Richtung auf die Auftreffplatte konvexen Gaze bekannt, durch die eine negative beschleunigende Linse zum Erhalten von Ablenkverstärkung ohne Rasterverzerrung ge- ^O bildet wird. Hiermit wird jedoch die sphärische Aberration des Elektronenstrahls nicht herabgesetzt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemässe Kathodenstrahlröhre,

Fig. 2 einen Schnitt durch ein Elektronenstrahlerzeugungssystem für eine Kathodenstrahlröhre nach Fig. 1,

Fig. 3 eines der Elektronenstrahlerzeuger des Systems nach Figur 2 im Längsschnitt, Fig. 4a eine beschleunigende Elektronenlinse nach dem Stand der Technik im Längsschnitt,

Fig. 4b eine Vergrösserung des Fokuspunktes des mit der Linse nach Fig. 4a fokussierten Elektronenstrahls, Fig. 5a eine beschleunigende Elektronenlinse mit einer konvexen Gaze nach dem Stand der Technik im Längsschnitt,

Fig. 5b eine Vergrösserung des Fokuspunktes des mit der Linse nach Fig. 5a. fokussierten Elektronenstrahls, Fig. 6a eine erfindungsgemässe beschleunigende Elektronenlinse im Längsschnitt,

Fig. 6b eine Vergrösserung des Fokuspunktes des mit der Linse nach Fig. 6a fokussierten Elektronenstrahls, Fig. 7a eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemässen beschleunigenden Elektronenlinse im Längsschnitt,

Fig. Jh eine Vergrösserung des Fokuspunktes des mit der Linse nach Fig. 7a fokussierten Elektronenstrahls, Fig. 8a eine andere Ausführungsform einer be-

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schleunigenden Elektronenlinse mit einer negativen sphärischen Aberration im Längsschnitt,

Pig. 8b eine Vergrösserung des Fokuspunktes des mit der Linse nach Pig. 8a fokussierten Elektronenstrahls,

Pig. 9a eine O.Ordnung-Besselfunktion und die Figuren 9b bis i Schnitte durch eine Anzahl beschleunigender Elektronenlinsen nach der Erfindung.

In Fig. 1 ist als Beispiel schematisch eine er-

jq findungsgemässe Kathodenstrahlröhre dargestellt, in diesem Fall eine Farbfernsehbildröhre vom "in-line"-Typ. In einem Glaskolben 1, der aus einem Bildfenster 2, einem Konus 3 und einem Hals k besteht, sind in diesem Hals drei Elektronenstrahlerzeugungssysteme 5> 6 und 7 angeordnet, welche die Elektronenstrahlen 8, 9 und 10 erzeugen. Die Achsen der Elektronenstrahlerzeugungssysteme liegen in einer Ebene, d.h. in der Zeichenebene. Die Achse des mittleren Elektronenstrahl er ζ eugungs syst ems 6 ist mit der Röhrenachse 11 nahezu deckungsgleich. Die drei Elektronenstrahlerzeugungssysteme münden in eine Buchse 16, die koaxial im Hals h liegt. Das Bildfenster 2 ist an der Innenseite mit einer Vielzahl von Tripein von Phosphorlinien versehen. Jedes Tripel enthält eine Linie aus einem grün leuchtenden Phosphor, eine Linie aus einem blau leuchtenden Phosphor und eine Linie aus einem rot leuchtenden Phosphor. Alle Tripel zusammen bilden den Bildschirm 12. Die Phosphorlinien verlaufen senkrecht zur Zeichenebene. .Vor dem Bildschirm ist eine Lochmaske 13 angeordnet, in der eine Vielzahl länglicher Offnungen 14 angebracht ist. durch die die Elektronenstrahlen 8, 9 und 10 hindurchgehen. Die Elektronenstrahlen werden in horizontaler Richtung (in der Zeichenebene) und in der vertikalen Richtung (senkrecht dazu) vom Ablenkspulensystem I5 abgelenkt. Die drei Elektronenstrahlerzeugungssysteme sind derart montiert, dass ihre Achsen einen spitzen Winkel miteinander bilden. Die Elektronenstrahlen fallen dadurch"unter einem Winkel, dem sog. Farbaus wahlwinkel, durch die Offnungen 14 und treffen jeweils nur Phosphorlinien einer Farbo,

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. /IO ·

In Fig. 2 sind die drei Elektronenstrahlerzeugungssysteme 5» 6 und 7 in Perspektive dargestellt. Die Elektroden dieses dreifachen Elektronenstrahlerzeugungssystems sind in bezug aufeinander mit Hilfe von Metall-

_g streifen 17 positioniert, die in Glasmontagestäbchen 18 eingeschmolzen sind. Jedes Elektronenstrahlerzeugungssystem besteht aus einer Kathode (hier nicht dargestellt), einer Steuerelektrode 21, einer ersten Anode 22 und Elektroden 23 und 24. Die Elektroden 23 und 24 bilden zusammen

}0 eine beschleunigende Elektronenlinse, mit der die Elektronenstrahlen auf den Bildschirm 12 (Fig. 1) fokussiert werden. Die Elektroden 2k sind mit in Richtung der Elektroden 23 gekrümmten Gazen 30 (hier nicht sichtbar) versehen. In Fig. 3 ist im Längsschnitt durch eines der

jg Elektronenstrahlerzeugungssysteme dargestellt. In der Elektrode 21 befindet sich eine Kathode I9. Die Elektrode 2k ist mit einer aus Wolfram . hergestellten Gaze 30 (Drahtdurchmesser 7,5 /um und Maschenweite 75 /um) versehen. Die Gazekrümmung sinkt zunächst mit dem Abstand von der Achse 31· Dies hat, wie anhand der Figur 6a und 6b bis 8a und b näher erläuert wird, eine Verringerung der positiven, oder abhängig vom Abstand (siehe Fig. 8a) sogar eine negative sphärische Aberration zur Folge. Die an die Elektroden gelegten Potentiale sind in Figur 3 dargestellt.

In Fig. 4a ist schematisch eine bekannte beschleunigende Elektronenlinse im Schnitt dargestellt. Die Linse besteht aus einer ersten zylinderförmigen Elektrode 41 mit einem Potential V₁ und aus einer zweiten zylinderförmigen Elektrode k2 mit einem Potential V . ¥enn V /v =10, beträgt der Brennpunktabstand an der Bildseite etva 2,5 D, worin D der Durchmesser der Zylinderelektroden ist. Die Äquipotentiallinien 40 (es sind die Schnittlinien der Äquipotentialflächen mit der Zeichenebene) sind nach jeweils 0,5 V₁ dargestellt. Der Gegenstandsabstand ist hier und auch in den nachfolgenden Beispielen derart gewählt, dass die paraxiale lineare Vergrösserung immer 5 beträgt. Der Gesamtb'ffnungswinkel des Elektronenstrahls 48 beträgt 0,15 rad. Neben der Zentralbahn 43 sind äquidistant auf den Öffnungswinkel an

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beiden Seiten dieser Zentralbahn verteilt vier Elektronenbahnen 44, 45, 46 und 47 dargestellt. In Fig. 4b ist eine Vergrösserung des Fokuspunkts (Punkt mit Mindestdurchmesser) des Elektronenstrahls nach Fig. 4a an der Stelle Z = 10,5 D

_K dargestellt. Der Mindeststrahldurchmesser, geteilt durch

-2

D beträgt 3,3 χ 10~ . Die Strahlen 44 schneiden die Zentralbahn 43 an einer ganz anderen Stelle und weiter vom Gegenstand entfernt als die weiter von der Zentralbahn 43 entfernt liegenden Strahlen 45, 46 und 47· Dies wird mit

^O positiver sphärischer Aberration bezeichnet.

In Fig. 5a ist schematisch eine beschleunigende Elektronenlinse mit einer kugelförmigen Gaze 59 mit einem Krümmungsradius der Gaze von 0,625 Ö dargestellt. Die Linse besteht aus einer ersten zylinderförmigen Elektrode 51 mit einem Potential V₁ und einer zweiten zylinderförmigen Elektrode 52 mit einem Potential Vp. Venn jetzt V₂/V.. = 1,6 (z.B. V₁ = 10 kV und V₂ = 16 kV), ist der Brennpunktabstand an der Bildseite wieder etwa 2,5 D. Die Äquipotentiallinien 50 sind nach jeweils 0,05 V dargestellt. Der Gesamtöffnungswinkel des Elektronenstrahls 52 beträgt 0,06 rad. Er ist im Vergleich zum Öffnungswinkel in Fig. 4a im Zusammenhang mit dem anderen Spannungsverhältnis V₂ZV₁ kleiner gewählt. Neben der Zentralbahn 53 werden bei äquidistanter Verteilung auf den Öffnungswinkel an einer Seite dieser Zentralbahn vier Elektronenbahnen 54, 55 > 56 und 57 dargestellt. Die an der anderen Seite der Zentralbahn symmetrisch liegenden Elektronenbahnen sind der Symmetrie halber nicht dargestellt. In Fig. 5b ist eine Vergrösserung des Fokuspunkts

an der Stelle Z = 13,8 D dargestellt. Der Mindestelektronen-— 2 Strahldurchmesser geteilt durch D beträgt 1,8.10 .

Aus dieser Figur ist ersichtlich, dass durch

Verwendung einer kugelförmigen Gaze in einer beschleunigenden Elektronenlinse die sphärische Aberration herabgesetzt wird. Denn der Schnittpunkt der inneren Strahlen (54) mit der Zentralbahn liegt näher beim Schnittpunkt der äusseren Strahlen (57) mit der Zentralbahn als in Fig. 4b.

In Fig. 6a ist schematisch eine beschleunigende Elektronenlinse mit einer Gaze 6y dargestellt, die erfin-

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dungsgemäss die Form des Zentralteils einer O.Ordnung-Besselfunlction besitzt, wobei das erste Minimum der O. Ordnung-Besselfunktion mit dem Rand der zylinderförmigen Elektrode 62 zusammenfällt. Die Höhe h der Gaze beträgt 0,125 D. Weiter besteht die Linse aus einer ersten zylinderförmigen Elektrode 61 mit einem Potential V-. Die zweite zylinderförmige Elektrode 62 hat ein Potential Vp. Wenn V-Zv₁ = 1,6 (z.B. V₁ = 10 kV und V_£ = 16 kV) beträgt der Brennpunktabstand an der Bildseite wieder etwa 2,5 D· Die

IQ Äquipotentiallinien 6o sind nach jeweils 0,05 V₁ dargestellt. Der Gesamtöffnungswinkel des Elektronenstrahls 68 beträgt 0,06 rad. Es sind wieder vier Elektronenbahnen 6k, 65, 66 und 67 an einer Seite der Zentralbahn 63 dargestellt. In Fig. 6b ist eine Vergrösserung des Fokuspunkts

ic in Z = 13»3 D dargestellt. Aus dieser Figur ist ersichtlich, dass durch Verwendung einer Gaze mit einer Form, die im wesentlichen der Form des Zentralteils einer 0.Ordnung-Besselfunktion entspricht, die sphärische Aberration nahezu beseitigt werden kann. Der Mindeststrahldurchmesser beträgt etwa 25?£ des Mindeststrahldurchmessers nach Fig. 5b.

In Fig. 7a und 7b ist eine beschleunigende Elektronenlinse und eine Vergrösserung des Fokuspunkts analog der Figur 6a und 6b dargestellt. Die Elektrode 62 ist jetzt jedoch mit einem sich in Richting auf die Elektrode 61 erstreckenden Kragen 70 mit einer Länge 1 von 0,125 D versehen. Wie aus Fig. 7b ersichtlich, ist im Punkt Z = 15j6 D der Mindeststrahldurchmesser sehr gering und tritt kaum mehr eine sphärische Abberration auf.

In Fig. 8a ist eine beschleunigende Elektronenlinse gleich der in Fig. Ja dargestellt, wobei der Abstand d zwischen den Elektroden 61 und 62 vergrössert ist und 0,125 D beträgt. Es ist aus Fig. 8b ersichtlich, dass eine derartige Linse eine negative sphärische Aberration besitzt. Die inneren Strahlen 6k des Elektronenbündels schneiden die Zentralbahn früher als die weiter auswärts liegenden Strahlen. Es ist möglich, mit einer derartigen Linse mit negativer sphärischer Aberration die positive sphärische Aberration einer vorangehenden Linse auszugleichen.

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•/!3.

So bilden die Elektroden 22 und 23 in Pig. I zusammen eine beschleunigende Elektronenlinse mit einer positiven sphärischen Aberration. Sie lässt sich durch eine negative sphärische Aberration der Linse ausgleichen, die von den Elektroden 23 und 2k gebildet wird, so dass der Gesamtbeitrag der sphärischen Aberration zur Auftreffflächenabmessung möglichst klein wird.

In Fig. 9a ist der Verlauf der 0.Ordnung-Besselfunktion dargestellt. Im Zentrum befindet sich das erste

W und grösste Maximum 90 und daneben die Biegepunkte 91 ^und die ersten Minima 92. Daneben befinden sich die zweiten Maxima 93» abwechselnd gefolgt von Minima und Maxima. Für die Erfindung ist nur der Verlauf dieser Funktion bis zu den zweiten Maxima 93 wichtig.

In Fig. 9i> ist schematisch eine beschleunigende Elektronenlinse mit zwei zylinderförmigen Elektroden 100 und 101 dargestellt. Die Elektrode 100 ist mit einer gekrümmten Gaze 102 versehen, die nach einer 0.Ordnung-Besselfunktion gekrümmt ist. Der Rand bildet das erste Minimum dieser 0.Ordnung-Besselfunktion. Die Höhe h der Gaze bestimmt mit das Mass des Ausgleichs der sphärischen Aberration. In Fig. 6a ist diese Höhe h beispielsweise 0,125 D. In Fig. 9c ist schematisch eine beschleunigende Elektronenlinse mit zwei zylinderförmigen Elektroden 103 und 104 dargestellt. Die Elektrode 103 ist mit einem zylinderförmigen, sich in Richtung auf die Elektrode 10^· erstreckenden Kragen 105 ausgerüstet. Die Form der Gaze 106 ist der Form der Gaze in Fig. 9b identisch. Ausserdem ist der Abstand zwischen den Elektroden 103 und lOk grosser als der Abstand zwischen den Elektroden 100 und 101 (Fig. 9b), wodurch, wie in Fig. 8a und b dargestellt, eine negative sphärische Aberration erhalten wird.

In Fig. 9d ist schematisch eine beschleunigende Elektronenlinse mit zwei zylinderförmigen Elektroden 107 und 108 dargestellt. Die Elektrode 107 ist mit einer Gaze 109 versehen, die gemäss dem Zentralteil einer 0.Ordnung-Besselfunktion gekrümmt ist. Vom ersten Biegepunkt aus erstreckt sich ein flacher Teil 116 zum Rand der Elektrode 107,

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In Fig. ^cJo ist schematisch eine beschleunigende Elektronenlinse mit zwei zylinderförmigen Elektroden 110 und 111 dargestellt. Die Elektrode 110 ist mit einer Gaze 112 versehen, die nach einer 0.Ordnung-Besselfunktion bis zum zweiten Nulldurchgang gekrümmt ist.

In Fig. 9f ist schematisch eine beschleunigende Elektronenlinse mit zwei zylinderförmigen Elektroden 113 und 114 dargestellt. Die Form der gekrümmten Gaze 115 ist gleich der Form der in Figur Sd dargestellten Gaze, jedoch ist die Höhe das 1-g--Fache der Höhe der gekrümmten Gaze (Fig. 9d).

In Fig. 9g ist schematisch ein beschleunigende Elektronenlinse mit zwei zylinderförmigen Elektroden 117 und 118 dargestellt. Die Form der gekrümmten Gaze 119 ist

.- der Form der in Fig. 9f dargestellten Gaze gleich, jedoch ist der flache Rand 120 schmaler als der flache Rand 116 in Fig. 9f.

In Fig. 9h ist schematisch eine beschleunigende Elektronenlinse mit zwei zylinderförmigen Elektroden 121 und 122 dargestellt. Die Elektrode 121 ist mit einer Gaze 123 versehen, die nach einer 0.Ordnung-Besselfunktion bis zum ersten Biegepunkt gekrümmt ist.

In Fig. 9± ist schematisch eine beschleunigende Elektrodenlinse mit zwei zylinderförmigen Elektroden 124 und 125 dargestellt. Die Form der gekrümmten Gaze 126 ist gleich der Form der in Fig. 9h dargestellten Gaze, jedoch ist die Höhe h das Zweifache der Höhe der gekrümmten Gaze 102 der Fig. 9b.

Alle dargestellten Gazeformen haben gemeinsam,

_3Q dass sie wenigstens teilweise gemäss einer 0.Ordnung-Bessel funktion gekrümmt sind. In Abhängigkeit vom Elektronens trahldurchmesser und vom Elektrodendurchmesser können die beschriebenen Formen gewählt werden» Die Höhe h der Gaze und der Abstand d zwischen den zwei Elektroden der beschleunigenden Elektronenlinse können anhand von Versuchen und Berechnungen ermittelt werden.

Da die Form einer 0.Ordnung· Besselfunktion bis zum ersten Minimum nur geringfügig von der Form einer

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Kosinusfunktion abweicht, ist es klar, dass auch Gazen oder Folien mit der Form einer Kosinusfunktion oder einer anderen, nur geringfügig von einer O.Ordnung-Besselfunktion abweichenden Form benutzt werden können. Denn der Kern der Erfindung ist, dass der Krümmungsradius der Gaze zunächst mit grosser werdenden Abstand zur optischen Achse der Elektronenlinse grosser wird, wodurch eine Stärkenänderung der Linse erfolgt, wobei diese Stärke im Zentrum des Strahls vergrössert und zum Rande hin verkleinert wird. Hierdurch wird eine Linse erhalten, die für alle Bahnen des Elektronenstrahls nahezu gleiche Stärke hat.

Claims

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PATENTANSPRÜCHE :

'Λ J Kathodenstrahlröhre mit einem Elektronenstränier ζ eugungs sys tem in einem evakuierten Kolben zum Erzeugen eines Elektronenstrahls, der auf eine Auftreffplatte mit Hilfe mindestens einer beschleunigenden Elektronenlinse fokussiert wird, die - in Fortpflanzungsrichtung des Elektronenstrahls gesehen - aus einer ersten und einer zweiten, koaxial um den Elektronenstrahl angeordneten Elektrode besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrode (2h) mit einer in Richtung auf die erste Elektrode (22) gekrümmten, elektrisch leitenden Folie (30) versehen ist, die den Elektronenstrahl schneidet und deren Krümmung zunächst mit grosser werdenden Abstand von der optischen Achse (31) der Elektronenlinse abnimmt.
2. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung der Folie (30) als Funktion des Abstands von der optischen Achse (3I) im wesentlichen gemäss dem Zentralteil einer O.Ordnung-Besselfunktion verläuft.
3· Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung der Folie (30) Funktion des Abstands von der optischen Achse (31) wesentlichen gemäss dem Zentralteil einer 0.Ordnung-Besselfunktion bis zum ersten Minimum verläuft. h. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, 2 oder 2>, dadurch gekennzeichnet, dass sich vom Rand der Folie (69) in Richtung auf die erste Elektrode (6i) ein zylinderförmiger Kragen (70) erstreckt.

5'- Kathodenstrahlröhre nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch, gekennzeichnet, dass das Elektronen-Strahlerzeugungssystem nacheinander eine Kathode, ein Steuergitter und die erwähnte beschleunigende Elektronenlinse enthält.
6 Kathodenstrahlröhre nach einem der vorangehenden

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Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Bildröhre zum Darstellen von Buchstaben, Ziffern und Symbolen ist.