DE4107888C2 - Elektronenkanone - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektronenkanone mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen; eine solche Elektronenkanone dient in einer Kathoden­ strahlröhre, wie einer Farbbildröhre, als eine einzige Elek­ tronenkanone zur Erzeugung einer Anzahl von Strahlen. Eine derartige Elektronenkanone ist aus US-PS 47 63 047 bekannt.

Durch die immer größer werdenden Bildschirme und die immer höhere Auflösung der Abbildung ist es erforderlich, Farbbild­ röhren mit verringerter Aberration und einer Elektronenlinse größerer Apertur bereitzustellen. Zu diesem Zweck ist es be­ kannt, Farbbildröhren mit einer einzigen Elektronenkanone aus­ zustatten, die eine Anzahl von Strahlen erzeugt. Die Elektronen­ kanone hat dabei eine Elektrodenstruktur, wie es in der Fig. 14 der Zeichnung gezeigt ist (vgl. z. B. JP-B-Sho 49-5 591). Für die Kathoden K_R, K_G und K_B, die längs der X-Achse entsprechend den Farben rot, grün und blau angeordnet sind, sind dabei gemeinsam eine erste Elektrode G1, eine zweite Elektrode G2, eine dritte Elektrode G3, eine vierte Elektrode G4 und eine fünfte Elektrode G5 vorgesehen. Die Kathoden bilden zusammen mit der ersten und der zweiten Elektrode G1 und G2 eine Triode. Die dritte Elektro­ de G3, die vierte Elektrode G4 und die fünfte Elektrode G5, die jeweils zylindrisch sind, bilden eine Hauptelektronenlinse des Unipotential-Fokussierungstyps, wobei eine Fokussierungsspannung V_G4 an die vierte Elektrode G4 und eine gleiche Spannung V_H an die dritte Elektrode G3 und die fünfte Elektrode G5 angelegt wird. Die Kathoden K_R, K_G und K_B sind so angeordnet, daß sich die Elektronenstrahlen daraus an einer Stelle schneiden, bei der näherungsweise in der Mitte der Hauptelektronenlinse die Fraun­ hofer-Bedingung (Koma gleich Null) erfüllt ist. Aufgrund von elektrostatischen Konvergenz-Ablenkplatten A und B, die in einer Stufe angeordnet sind, die auf die fünfte Elektrode G5 folgt, laufen die drei Elektronenstrahlen B_G, B_R und B_B auf den Bild­ schirm hin zusammen.

Diese Unipotential-Fokussierungslinse hat den Nachteil, daß, wenn versucht wird, die Aberration für den Elektronenstrahl von der Kathode K_G zu verbessern, das heißt für den Mittelstrahl B_G, die Aberration für die Elektronenstrahlen aus den Kathoden K_R und K_B, das heißt für die Seitenstrahlen B_R und B_B verschlech­ tert wird, und zwar aus folgendem Grund: Bei der Unipotential­ linse kann, da drei Elektroden verwendet werden, der Wirkungs­ bereich der Linse durch Vergrößern der Länge der mittleren Elektrode verlängert werden. Es ist daher möglich, die sphäri­ sche Aberration für den Mittelstrahl B_G dadurch zu verringern, daß durch Verlängerung des Wirkungsbereiches der Linse die Linse schwächer gemacht wird. Da jedoch die Seitenstrahlen B_R und B_B schräg in die Linse eintreten, wird, wenn der Wirkungsbereich der Linse lang ist, entsprechend dazu ein starker Astigmatismus erzeugt. Aus diesem Grund ist es nicht möglich, die Größe der Bildpunkte der Seitenstrahlen zu verringern, auch wenn das Ver­ hältnis der Elektrodenspannungen geändert wird. Bei der bekann­ ten Dreistrahl-Elektronenkanone mit einer Unipotentiallinse ist es daher nicht möglich, die Aberrationseigenschaften sowohl für den Mittelstrahl als auch die Seitenstrahlen zu verbessern.

Die aus US-PS 4 763 047 bekannte Elektronenkanone arbeitet mit einer Hauptelektronenlinse des Bipotential-Fokussierungs­ typs. Wegen der guten Aberrationseigenschaften dieser Linse lassen sich Astigmatismen bezüglich des Mittelstrahls und der Seitenstrahlen ohne Vergrößerung der Länge der Elektronenka­ none (Tiefe des Bildschirms) verringern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektronenka­ none der eingangs genannten Art anzugeben, die eine weitere Verkleinerung der Bild­ schirmtiefe ohne Verschlechterung der optischen Eigenschaften gestattet.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzei­ chenteil des Anspruchs 1 angegeben.

Aufgrund der danach an der Elektronenquellenseite der Haupt­ elektronenlinse vorgesehenen elektrostatischen Ablenkplatten kann der Einfallswinkel der Seitenstrahlen in die Hauptelek­ tronenlinse steiler gemacht werden. Dadurch kann auch mit der Bipotential-Fokussierungslinse der Austrittswinkel der Seitenstrahlen aus der Hauptelektronen­ linse vergrößert werden. Folglich ist es möglich, die Trennung der Seitenstrahlen vom Mittelstrahl über eine relativ kurze Distanz auszuführen, wodurch die elektrostatischen Konvergenz- Ablenkplatten nahe an der Hauptelektronenlinse angeordnet werden können. Auf diese Weise ist es auch bei der Verwendung einer Bipotential-Fokussierungslinse möglich, eine Bildröhre geringer Tiefe zu realisieren, ohne daß die Gesamtlänge der Elektronen­ kanone ansteigt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Ausführungsbeispiele für die Elektronenkanone werden im folgen­ den anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch die Anordnung der Elektroden bei einer Ausführungsform der Elektronenkanone;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht wesentlicher Teile der ersten Ausführungsform;

Fig. 3 schematisch die Elektrodenanordnung der Bipotential- Fokussierungslinse der ersten Ausführungsform;

Fig. 4, 5 und 6 Darstellungen zur Erläuterung der Eigenschaften der Bipotential-Fokussierungslinse und einer Unipoten­ tial-Fokussierungslinse;

Fig. 7A bis 7F Darstellungen zur Erläuterung der Eigenschaften der von der erfindungsgemäßen Elektronenkanone erzeugten Bildpunkte;

Fig. 8A bis 8F Darstellungen zur Erläuterung der Eigenschaften der von der bekannten Unipotential-Fokussierungslinse erzeugten Bildpunkte;

Fig. 9 schematisch ein experimentelles Beispiel der erfindungs­ gemäßen Elektronenkanone;

Fig. 10 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der zweiten Ablenkplatten bei der erfindungsgemäßen Elek­ tronenkanone;

Fig. 11 eine Darstellung des Bildpunktes bei der erfindungs­ gemäßen Elektronenkanone;

Fig. 12 eine perspektivische Ansicht der wesentlichen Teile einer weiteren Ausführungsform der Elektronenkanone;

Fig. 13 ein optisches Äquivalenzmodell für die Ausführung der Elektronenkanone gemäß Fig. 12; und

Fig. 14 schematisch die Anordnung der Elektroden bei einer bekannten Elektronenkanone.

Die Fig. 1 zeigt schematisch die Anordnung der Elektroden bei einer Ausführungsform der Elektronenkanone für eine Bildröhre. Die Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht wesentlicher Teile der Ausführungsform der Fig. 1. Für die Kathoden K_R, K_G und K_B, die entsprechend den Farben rot, grün und blau längs der X-Achse angeordnet sind, sind gemeinsam eine erste Elektrode Gl, eine zweite Elektrode G2, eine dritte Elektrode G3 und eine vierte Elektrode G4 vorgesehen. Die Kathoden, die erste Elektrode Gl und die zweite Elektrode G2 bilden eine Triode, und die dritte Elektrode G3 und die vierte Elektrode G4, die beide zylindrisch sind, bilden eine Hauptelektrodenlinse des Bipotential-Fokus­ sierungstyps. Die dritte Elektrode G3 ist in der Z-Richtung längs der Mittelachse in zwei Teile aufgeteilt, nämlich in die Elektrode G31 und die Elektrode G32. Elektroden A und B bilden zwei Paare von ersten Ablenkplatten, die zum Zusammenführen (konvergieren) der Seitenstrahlen B_R und B_B, die durch die Hauptelektronenlinse gelaufen sind, auf einem Bildschirm vorge­ sehen sind. Elektrodenplatten C und D bilden zwei Paare von zweiten Ablenkplatten, die zwischen der Elektrode G31 und der Elektrode G32 angeordnet sind. Sie sind so angebracht, daß die Seitenstrahlen B_R und B_B jeweils zwischen den beiden Ablenkplat­ ten der Paare hindurchlaufen. Die Seitenstrahlen B_R und B_B ver­ laufen innerhalb des Triodenteiles parallel zum Mittelstrahl B_G. An die Elektrode G31 ist eine Spannung V_G31 angelegt; an die Elektrode G32 eine Spannung V_G32; an die Elektrode G4 eine Spannung V_G4; an die Ablenkplatten A eine Spannung V_A; an die Ablenkplatten B eine Spannung V_B; an die Ablenkplatten C eine Spannung V_C und an die Ablenkplatten D eine Spannung V_D; wobei V_G31 = V_G32 = V_C ist, so daß eine Fokussierungsspannung vor­ liegt. Des weiteren ist V_G4 = V_B, V_A < V_B und V_C < V_D.

Im folgenden werden die an einer Elektronenkanone, die gemäß obiger Ausführungsform hergestellt wurde, festgestellten Aberra­ tionseigenschaften für den Mittelstrahl und die Auswirkungen der zweiten Ablenkplatten C und D auf die Seitenstrahlen erläutert.

Die Größe der Elektroden wurde dabei wie folgt festgelegt: Bezo­ gen auf den Innendurchmesser d der Elektroden ist die Länge der Elektrode G31 gleich 2,65d; die Länge der zweiten Ablenkplatten C und D jeweils gleich 0,7d; die Länge der Elektrode G32 gleich 1,0d; die Länge der vierten Elektrode G4 gleich 2,0d; die Länge der ersten Ablenkplatten A und B in axialer Richtung jeweils gleich 1,8d; die Länge vom kathodenseitigen Ende der Elektrode G31 bis zum bildschirmseitigen Ende der ersten Ablenkplatten gleich 8,75d; der Abstand vom kathodenseitigen Ende der Elek­ trode G31 zum Bildschirm gleich 36,4d und der Abstand zwischen den Ablenkplatten A und B sowie den Ablenkplatten C und D in der X-Richtung jeweils gleich 0,35d. Der Abstand zwischen den aus­ tretenden Seitenstrahlen B_R und B_B und dem austretenden Mittel­ strahl B_G ist in X-Richtung jeweils gleich 0,35d.

Die Fig. 3 zeigt die Elektrodenanordnung der Bipotential-Fokus­ sierungslinse bei diesem Beispiel. Obwohl an sich zwischen den beiden dritten Elektroden G3 die Ablenkplatten C und D einge­ setzt sind, werden sie in dieser Darstellung nicht gezeigt.

Im Falle der Bipotential-Fokussierungslinse wird an die vierte Elektrode G4 die Hochspannung V_G4 und an die dritte Elektrode G3 die Fokussierungsspannung V_G3 angelegt. Die Länge der dritten Elektrode ist gleich 4,65d; der Abstand vom bildschirmseitigen Ende der dritten Elektrode G3 zum Ausgang p₀ der Hauptelektro­ nenlinse gleich 1,51d und der Abstand vom Ausgang p₀ der Haupt­ elektronenlinse zum Bildschirm gleich 30,24d.

Die Fig. 4 zeigt die Änderungen im Gradienten des Elektronen­ strahles -R₀′ (′ bezeichnet das Differential bezüglich der Mittelachse Z) in Abhängigkeit vom Verbreiterungsradius R₀ des Elektronenstrahles am Ausgang p₀ der Hauptelektronenlinse. In diesem Diagramm stellt die Kurve 4 die Aberrationseigenschaften der beim vorliegenden Beispiel verwendeten Bipotential-Fokus­ sierungslinse dar. Die gerade Linie 2 zeigt die Eigenschaften einer idealen Hauptelektronenlinse ohne jede Aberration. Die Kurve 1 stellt die Eigenschaften der bekannten Unipotential- Hauptelektronenlinse unter im wesentlichen gleichen Bedingungen wie für das vorliegende Beispiel dar. Das heißt, daß für das vorliegende Beispiel und die bekannte Hauptelektronenlinse mit einer Unipotential-Fokussierung der Innendurchmesser der Elek­ troden jeweils identisch gleich d ist; der Abstand vom Ausgangs­ punkt p₀ der Hauptelektronenlinse zum Bildschirm gleich 30,24d ist und die Position des Dingpunktes (nicht gezeigt) auf das kathodenseitigen Ende der dritten Elektrode G3 in der Mittel­ achse Z und in der Winkelvergrößerung des Elektronenstrahles vom Dingpunkt zum Bildschirm eingestellt ist (aus diesem Grund blei­ ben die thermische Verbreiterung des Elektronenstrahles und die Verbreiterung des Bildpunktes durch den Raumladungseffekt iden­ tisch). Es ist daher möglich, eindeutig die nur auf die Aber­ ration zurückzuführende Verbreiterung zu vergleichen. Aus der Abbildung ist ersichtlich, daß sich die Kurve 4 für die Eigen­ schaften der Bipotential-Fokussierungslinse der geraden Linie 2 für eine Linse ohne Aberration gut annähert, und daß mit der vorliegenden Ausführungsform für den Mittelstrahl bessere Aberrationseigenschaften erhalten werden können als mit der bekannten Unipotential-Fokussierungslinse.

Die Fig. 5 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung der Verbesserung des Bildpunktdurchmessers auf dem Bildschirm. Es sind in dieser Abbildung die Änderungen im Bildpunktdurchmesser dargestellt, die durch Addieren der Verbreiterung des Bildpunktes aufgrund des thermischen Effektes und des Raumladungseffektes zu der Ver­ breiterung des Bildpunktes aufgrund der Aberration mit Bezug zu dem Verbreiterungsradius R₀ des Elektronenstrahles am Ausgang p₀ der Hauptelektronenlinse erhalten werden. Die Kurve 5 stellt dabei den Bildpunktdurchmesser aufgrund des thermischen Effektes und des Raumladungseffektes dar. Die Kurven 6 und 7 zeigen die Bildpunktdurchmesser, die mit der bekannten Unipotential-Fokus­ sierungslinse bzw. der Bipotential-Fokussierungslinse des vor­ liegenden Beispiels erhalten werden. Die Kurven 8 und 9 stellen die Änderungen im Bildpunktdurchmesser dar, die durch Addieren der Verbreiterung aufgrund des thermischen Effektes und des Raumladungseffektes zu der Verbreiterung aufgrund der Aberration der bekannten Unipotential-Fokussierungslinse bzw. der Bipoten­ tial-Fokussierungslinse des vorliegenden Beispiels erhalten werden. Der Bildpunktdurchmesser kann mit der Bipotential-Fokus­ sierungslinse im Vergleich zum Bildpunktdurchmesser mit der be­ kannten Unipotential-Fokussierungslinse beim kleinsten Durch­ messer um etwa 15% verringert werden. Zusätzlich ist die Bild­ vergrößerung (Projektionsvergrößerung) des Gegenstandspunktes für die Unipotential-Fokussierungslinse etwa gleich 9 und für die Bipo­ tential-Fokussierungslinse etwa gleich 5, das heißt sie kann auf etwa die Hälfte verringert werden. Folglich ist der Bildpunkt­ durchmesser, der insgesamt mit der Bipotential-Fokussierungs­ linse erhalten wird, beträchtlich kleiner als bei der bekannten Unipotential-Fokussierungslinse.

Als nächstes werden mit Bezug auf die Fig. 6 die Auswirkungen der zweiten Ablenkplatten C und D auf die Seitenstrahlen bei der vorliegenden Ausführungsform erläutert. Im allgemeinen wird die Beziehung zwischen dem Einfallswinkel R_i eines Seitenstrahles in die Hauptelektronenlinse L und dem Austrittswinkel R_o aus der Hauptelektronenlinse für die Unipotential-Fokussierungslinse durch R_i ≅ R_o und für die Bipotential-Fokussierungslinse durch R_i< R_o ausgedrückt. Die ersten Ablenkplatten A und B, die eine Konvergenzeinrichtung darstellen, sollten an einer Stelle p_s an­ geordnet sein, an der die Seitenstrahlen und der Mittelstrahl in einem gewissen Ausmaß voneinander entfernt sind. Hier ist die Position von p_s so festgelegt, daß der Abstand von der Mittel­ achse Z zu p_s und der Abstand von der Mittelachse Z zur Position O (Gegenstandspunkt), von der der Seitenstrahl ausgesendet wird, ein­ ander gleich sind. Für den gleichen Einfallswinkel R_i befindet sich p_s an einer Stelle, die bei der Bipotential-Fokussierungs­ linse von der Hauptelektronenlinse L weiter weg ist als bei der Unipotential-Fokussierungslinse. Des weiteren sollte, um die gleiche Winkelvergrößerung des Elektronenstrahles wie bei der Unipotential-Fokussierungslinse zu erhalten, wie beschrieben der Abstand zwischen der Hauptelektronenlinse L und dem Gegenstandspunkt O größer sein als derjenige, der für die Unipotential-Fokussie­ rungslinse benötigt wird. Aus diesem Grund wird die dritte Elek­ trode länger. Folglich entsteht, wenn eine Bipotential-Fokus­ sierungslinse ohne zweite Ablenkplatten C und D vorgesehen wird, das Problem eines Ansteigens der Gesamtlänge der Elektronenka­ none. Deshalb ist bei der vorliegenden Ausführungsform, wie in der Fig. 1 gezeigt, die dritte Elektrode in Z-Richtung längs der Mittelachse in zwei Teile aufgeteilt, das heißt in die Elektrode G31 und die Elektrode G32, und die Ablenkplatten C und D sind dazwischen eingesetzt. Mit diesem Aufbau wird erreicht, daß der Seitenstrahl B_R, der parallel zum Mittelstrahl B_G verläuft, von einer Position q ausgesendet wird, die virtuell ausreichend weiter von der Mittelachse entfernt ist als der reelle Gegenstandspunkt p. Auf diese Weise ist, da der Einfallswinkel R_i in die Haupt­ elektronenlinse groß gemacht werden kann, der Austrittswinkel R_o aus der Hauptelektronenlinse ebenfalls groß. Aus diesem Grund kann die Trennposition p_s der Seitenstrahlen vom Mittelstrahl näher an die Hauptelektronenlinse L gerückt werden.

Die Fig. 7A bis 7F zeigen die Eigenschaften der Seitenstrahlen bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Elektronenkanone. Die Fig. 8A bis 8F zeigen zum Vergleich die Eigenschaften der Seitenstrahlen, die mit einer Unipotential-Fokussierungslinse erhalten werden. Die Fig. 7A bis 7C stellen dabei jeweils die Bildpunkteigenschaften eines Elektronenstrahles dar, der von einem Punkt mit Divergenzwinkeln (halber Winkel) von 1°, 2° und 3° an einer Stelle divergiert, die in der X-Richtung von der Mittelachse Z am kathodenseitigen Ende der dritten Elektrode G3 um 0,35d entfernt ist. Das heißt, die Abbildungen zeigen die Änderungen in der Bildpunktform auf dem Bildschirm für einen Elektronenstrahl, der an einer Stelle in der Nähe des Mittel­ punktes der Hauptelektronenlinse, an der die Fraunhofer-Bedin­ gung (Koma gleich Null) erfüllt ist, schräg einfällt, wobei als Parameter das Verhältnis der an die dritte und vierte Elektrode angelegten Spannungen V_G3 und V_G4 dient (ohne daß die Konvergenz berücksichtigt wird). Die Fig. 7D bis 7F zeigen die Änderungen in der Form des Bildpunktes für den Fall, daß sich der Gegenstandspunkt O an einer Stelle befindet, die drei mal weiter entfernt ist als der Gegenstandspunkt für die Fig. 7A, das heißt wenn sich der Gegenstandspunkt an einer Stelle befindet, die von der Mittelachse Z 1,05d ent­ fernt ist (entsprechend den virtuellen Gegenstandspunkten q für die Seitenstrahlen B_R und B_B, die von den Kathoden K_R und K_B emit­ tiert werden, aufgrund der Auswirkungen der zweiten Ablenkplat­ ten C und D). Der Einfallswinkel der Elektronenstrahlen in die Hauptelektronenlinse ist gleich 12,6° (Fraunhofer-Bedingung), was mehr als etwa doppelt so groß ist wie der Einfallswinkel, der unter Verwendung der Unipotential-Fokussierungslinse erhal­ ten wird, der etwa 5,5° bis 6° beträgt.

Die Fig. 8A bis 8C zeigen wie die Fig. 8D bis 8F die Änderungen in der Form des Bildpunktes eines Elektronenstrahles, der von einem Punkt mit Divergenzwinkeln (halber Winkel) von 1°, 2° und 3° an einer Stelle divergiert, die in der X-Richtung von der Mittelachse Z am kathodenseitigen Ende der dritten Elektrode G3 0,35d entfernt ist, bei Verwendung der Unipotential-Fokussie­ rungslinse, entsprechend den Darstellungen 7A bis 7F für die Bipotential-Fokussierungslinse. Die Fig. 8A bis 8C zeigen die Änderungen in der Form des Bildpunktes, wenn die Länge der vierten Elektrode gleich 1,05d ist, während die Fig. 8D bis 8F die Änderungen in der Form des Bildpunktes darstellen, wenn die Länge der vierten Elektrode gleich 1,45d ist.

Aus dem Vergleich der Fig. 7A bis 7F mit dem Fig. 8A bis 8F ergibt sich, daß der Astigmatismus für die Bipotential-Fokus­ sierungslinse kleiner ist als für die bekannte Unipotential- Fokussierungslinse. Die Form des durch die Bipotential-Fokus­ sierungslinse erhaltenen Bildpunktes ist runder als die bei der bekannten Unipotential-Fokussierungslinse erhaltene Form und hat einen kleineren Bildpunktdurchmesser als bei letzterer. Folglich ist es möglich, die Aberrationseigenschaften nicht nur des Mittelstrahles, sondern auch der Seitenstrahlen zu verbessern, ohne daß die Gesamtlänge der Elektronenkanone erhöht wird.

Bezüglich der Stelle, an der die zweiten Ablenkplatten C und D angebracht werden, wurde festgestellt, daß vorzugsweise, insbe­ sondere um die vom Triodenteil emittierten Seitenstrahlen ge­ eignet zwischen die Ablenkplatten C und D zu lenken, der Abstand vom Mittelpunkt der Hauptelektronenlinse (Mittelpunkt zwischen der Elektrode G32 und der Elektrode G4) zum Mittelpunkt der Ablenkplatte C größer als 1,5d ist.

Die Fig. 9 zeigt schematisch die Anordnung bei einem weiteren Ausführungsbeispiel für die Elektronenkanone, bei der der Ab­ stand vom kathodenseitigen Ende der Elektrode G31 zum Mittel­ punkt der zweiten Ablenkplatte C gleich 2,0d ist. Da die zweiten Ablenkplatten C und D hier näher an den Kathoden liegen als beim ersten Ausführungsbeispiel, befindet sich die Trennposition p_s für den Seitenstrahl B_R vom Mittelstrahl B_G näher am Bildschirm als beim vorhergehenden Beispiel. Die Gesamtlänge (Abstand vom kathodenseitigen Ende der Elektrode G31 zum schirmseitigen Ende der ersten Ablenkplatten) ist hier gleich 8,75d, was gleich ist zu der beim vorhergehenden Beispiel, da die Länge der ersten Ablenkplatten A und B in axialer Richtung auf 0,75d verringert und die Länge der vierten Elektrode auf 2,7d angehoben ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist des weiteren die Länge l_D der zweiten Ablenkplatte D kleiner als die Länge l_C der Platte C.

Die Fig. 10 zeigt den Querschnitt eines um 2° divergierenden Seitenstrahles B_R, der vom Gegenstandspunkt (um 0,35d von der Mittel­ achse Z am kathodenseitigen Ende der Elektrode G31 entfernt) parallel zur Mittelachse Z verläuft, gesehen an der Position r direkt vor dem Eintritt in die Hauptelektronenlinse, das heißt um 3,5d vom kathodenseitigen Ende der Elektrode G31 entfernt. Es ist die Änderung im Verhältnis w des vertikalen Durchmessers (in der Y-Richtung senkrecht zur X-Richtung) zum horizontalen Durch­ messer (in der X-Richtung) des Querschnittes des Strahles bezüg­ lich l_D/l_C mit l_C = 1,8d und verkürztem l_D gezeigt. Bei jeder Veränderung von l_D/l_C wird auch das Verhältnis der an die zwei­ ten Ablenkplatten C und D angelegten Spannungen verändert, so daß der Seitenstrahl B_R unter der Fraunhofer-Bedingung in die Hauptelektronenlinse eintritt. Aus der Fig. 10 ist ersichtlich, daß der Querschnitt des Strahles durch Verkleinerung von l_D horizontal verlängert wird (Länge in der X-Richtung). Das heißt, daß dadurch der Astigmatismus kompensiert werden kann, der durch die ersten Ablenkplatten A und B entsteht (die eine Verlängerung des Querschnittes des Strahles in vertikaler Richtung (Länge in der Y-Richtung) bewirken). Auch wenn daher das durch die ersten Ablenkplatten A und B erzeugte elektrische Feld verstärkt wird, um durch eine Verkürzung der Länge der ersten Ablenkplatten A und B eine gute Konvergenz zu erhalten, ist es möglich, den durch die Verringerung von l_D verursachten Astigmatismus zu kom­ pensieren. Es ist folglich möglich, die Länge der ersten Ablenk­ platten A und B bezüglich der beim vorhergehenden Beispiel wei­ ter zu verringern, wodurch die Gesamtlänge der Elektronenkanone auf dem gleichen Wert gehalten werden kann.

Die Fig. 11 zeigt die Form des Bildpunktes des Seitenstrahles (eines 1° divergierenden Strahles und eines 2° divergierenden Strahles) auf dem Bildschirm, wenn die Konvergenz und die Fokus­ sierung bei der Ausführungsform der Fig. 9 in der folgenden Weise realisiert wird: Bezogen auf den Innendurchmesser d der Elektroden ist dabei die Länge der Elektrode G31 gleich 0,8d; die Länge der Ablenkplatten C l_C = 1,8d; die Länge der Ablenk­ platten D l_D = 0,6d; die Länge der Elektrode G32 gleich 1,45d; die Länge der vierten Elektrode G4 gleich 2,7d; die Länge der Ablenkplatten A und B in axialer Richtung gleich 0,75d; die Länge vom kathodenseitigen Ende der Elektrode G31 zum schirm­ seitigen Ende der ersten Ablenkplatten gleich 8,75d; der Abstand zwischen den Ablenkplatten A, B und den Ablenkplatten C, D in der X-Richtung gleich 0,35d und der Abstand vom kathodenseitigen Ende der Elektrode G31 zum Bildschirm gleich 36,4d. Das Verhält­ nis der an die verschiedenen Elektroden angelegten Spannungen ist V_G31 : V_C : V_D : V_G32 : V_G4 : V_A : V_B = 10 : 10 : 10,75 : 10 : 33,6 : 31,16 : 33,6. Da die zweiten Ablenkplatten C und D ein­ gesetzt sind und die an die Ablenkplatten D angelegte Spannung V_D höher ist als die an die Elektroden G31 und G32 angelegten Spannungen V_G31 und V_G32, wird der Mittelstrahl auch durch das von der Elektrode G31, den Ablenkplatten D und der Elektrode G32 erzeugte elektrische Feld beeinflußt. Aus diesem Grund sind im vorhergehenden Beispiel und im vorliegenden Beispiel, wie in der Fig. 2 gezeigt, zwei horizontale Platten F zwischen den beiden Ablenkplatten D so angeordnet, daß sie zu den Ablenkplatten D senkrecht und zur Z-Achse parallel liegen, so daß die elektri­ schen Felder in der X- und der Y-Richtung für den Mittelstrahl in diesem Bereich, in dem die Ablenkplatten D eingesetzt sind, identisch sind.

Die Fig. 12 ist eine vergrößerte Ansicht des Teiles mit den zweiten Ablenkplatten C und D in einer weiteren Ausführungsform der Elektronenkanone. Zwischen den beiden inneren Ablenkplatten D der zweiten Ablenkplatten sind hier zwei Elektrodenplatten H so angeordnet, daß sie diese verbinden, wobei die beiden Elek­ trodenplatten H senkrecht zu den Ablenkplatten D und parallel zur Z-Achse liegen, und es sind Elektrodenplatten mit Öffnungen 16 und 17 an denjenigen Enden der Elektrodenplatten H und der Ablenk­ platten D vorgesehen, die der Elektrode G31 bzw. der Elektrode G32 gegenüberliegen. Durch diese Öffnungen 16 und 17 verläuft der Mittelstrahl B_G. Die Spannungen V_G31, V_G32 und V_D sind so festgelegt, daß V_G31 = V_G32 < V_D ist, und die Elektroden G31, D, H und G32 bilden eine Fokussierungslinse.

Die Fig. 13 zeigt schematisch ein optisches Aquivalenzmodell der Elektronenkanone mit dem Aufbau der Fig. 12, wobei L₀ eine Fo­ kussierungslinse ist, die von den Elektroden G31, D, H und G32 gebildet wird. Das Bezugszeichen 12 bezeichnet den Triodenteil, 13 die zweiten Ablenkplatten, 14 die Hauptelektronenlinse und 15 die ersten Ablenkplatten. Die Länge der Bahn des Mittelstrahles B_G ist kleiner als diejenige der Seitenstrahlen B_R und B_B. Wenn die Fokussierungslinse L₀ keine Wirkung hätte, würde bei einer Fokussierung der Seitenstrahlen B_R und B_B auf den Bildschirm folglich der Mittelstrahl B_G vorrücken, wie es durch die ausge­ zogene Linie 10 angezeigt wird, so daß kein fokussierter Zustand vorliegen würde. Bei der in der Fig. 12 gezeigten Ausführung ist jedoch der Mittelstrahl B_G der Fokussierungswirkung durch die Fokussierungslinse L₀ unterworfen und verläuft daher wie durch die gestrichelte Linie 11 gezeigt. Damit kann der Fokussierungs­ punkt des Mittelstrahles B_G mit den Fokussierungspunkten der Seitenstrahlen B_R und B_B in Übereinstimmung gebracht werden. Es ist demzufolge möglich, die Größe der Bildpunkte sowohl des Mittelstrahles als auch der Seitenstrahlen gleichzeitig zu verringern.

Es wurden oben zwei realisierte Ausführungsformen der Elektro­ nenkanone beschrieben. Die dabei angegebenen konkreten numeri­ schen Werte stellen jedoch nur Beispiele dar, die keine Ein­ schränkung beinhalten. Auch wurde der Fall beschrieben, daß die Bipotential-Fokussierungslinse aus zwei zylindrischen Elektroden zusammengesetzt ist. Diese Linse kann jedoch auch aus mehr als zwei zylindrischen Linsen zusammengesetzt werden. Kurz gesagt liegt die vorliegende Erfindung darin, daß die Hauptelektronen­ linse aus einer Bipotentiallinse aufgebaut ist, und daß die Elektronenstrahlen durch die Anwendung von elektrostatischen Ablenkplatten, die an der Elektronenquellenseite der Hauptelek­ tronenlinse angeordnet sind, in der Nähe des Mittelpunktes der Hauptelektronenlinse verlaufen können.

Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung ist es somit möglich, eine Elektronenkanone mit ausgezeichneten Aber­ rationseigenschaften zu schaffen. Es ist daher möglich, einen hochauflösenden Bildschirm mit kleinen Bildpunkten zu reali­ sieren. Dabei bleibt die Gesamtlänge der Elektronenkanone etwa gleich der von bekannten Elektronenkanonen. Des weiteren können der Mittelstrahlen parallel zueinander emittiert werden, ohne daß die Anordnung des Elektronenlinsenteiles für den Trioden­ teil, der zur Seitenstrahlerzeugung dient, bezüglich der Mittel­ achse geneigt wird, wie es bisher erforderlich ist. Aus diesem Grund ist der Herstellungsvorgang für die Elektroden einfach, und die Elektronenkanone kann mit hoher Herstellungsgenauigkeit fabriziert werden.

Claims (9)

1. Elektronenkanone mit
einem Triodenteil (K_R, K_G, K_B, G1, G2), der die Emission der von einer Elektronenquelle (K_R, K_G, K_B) erzeugten Anzahl von Elktronenstrahlen (B_R, B_G, B_B) steuert,
einer Hauptelektronenlinse (L) vom Bipotential-Fokussie­ rungstyp mit mindestens zwei zylindrischen Elektroden (G3, G4), die die vom Triodenteil (K_R, K_G, K_B, G1, G2) emittierten Elektronenstrahlen (B_R, B_G, B_B) fokussieren, und
ersten elektrostatischen Ablenkplatten (A, B), die auf der Bildschirmseite der Hauptelektronenlinse (L) angeordnet sind,
gekennzeichnet durch zweite elektrostatische Ablenkplat­ ten (C, D), die auf der Elektronenquellenseite der Hauptelek­ tronenlinse (L) angeordnet sind.

2. Elektronenkanone nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Anlegen einer Spannung an die zweiten elektro­ statischen Ablenkplatten (C, D) derart, daß diese die Elektronenstrahlen (B_R, B_G, B_B) so beeinflussen, daß sie in der Nähe des Mittelpunktes der Hauptelektronenlinse (L) verlaufen.

3. Elektronenkanone nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Anlegen der niedrigsten Spannung an diejenige zylindrische Elektrode (G3), die der Elektronenquelle am nächsten ist, und zum Anlegen der höch­ sten Spannung an diejenige zylindrische Elektrode (G4), die dem Bildschirm am nächsten ist.

4. Elektronenkanone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die zweiten elektrostatischen Ablenkplatten (C, D) aus zwei Paaren von Elektrodenplatten bestehen, die bezüglich zur Mittelachse der Elektronenkanone ein inneres (D) und ein äußeres Paar (C) von Elektrodenplatten bilden.

5. Elektronenkanone nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die axiale Länge der inneren Elektrodenplatten (D) kleiner ist als die der äußeren Elektrodenplatten (C).

6. Elektronenkanone nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der Abstand zwischen dem Mittelpunkt der äußeren Elektrodenplatten (C) und dem der Hauptelektronenlinse (L) größer ist als das 1,5-fache des Innendurchmessers der zylin­ drischen Elektroden (G3, G4), die die Hauptelektronenlinse (L) bilden.

7. Elektronenkanone nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß an die äußeren Elektrodenplatten (C) die niedrigste von den an die zylindrischen Elektroden (G3, G4) angelegten Spannungen anliegt und die an die inneren Elektrodenplatten (D) angelegte Spannung höher ist als die an die äußeren Elek­ trodenplatten (C) angelegte Spannung.

8. Elektronenkanone nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die inneren Elektrodenplatten (D) miteinander durch zwei Elektrodenplatten (H) verbunden sind, die zu den inneren Elektrodenplatten senkrecht und zur Mittelachse der Elektro­ nenkanone parallel liegen.

9. Elektronenkanone nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die inneren Elektrodenplatten (D) und die diese ver­ bindenden Elektrodenplatten (H) den mittleren Elektronen­ strahl (B_G) umschließen, und daß weitere Elektrodenplatten vorgesehen sind, die sowohl senkrecht zu den inneren Elektro­ denplatten als auch zur Mittelachse der Elektronenkanone an­ geordnet sind um jeweils eine Öffnung (16, 17) haben, durch die der mittlere Elektronenstrahl (B_G) verläuft.