DE4232588A1 - In-line-elektronenkanone - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine In-Line-Elektronenkanone für eine Farbkathodenstrahlröhre wie eine Bildröhre für ein Farbfernsehgerät.

Fig. 9 enthält eine Zeichnung, die die Konfiguration des Triodenteils einer Kathodenstrahlröhre mit einer bekannten, drei Elektronenstrahlen in einer horizon­ talen Ebene emittierenden In-Line-Elektronenkanone wiedergibt, wobei die Elektronenstrahl-Flugbahnen gezeigt sind. Es ist nur der auf einen der drei Elek­ tronenstrahlen bezogene Teil illustriert. Eine Katho­ de 1 hat eine kreisförmige Spitze, ein erstes Gitter 102 hat eine kreisförmige Elektronenstrahlöffnung, und die kreisförmige Elektronenstrahl-Öffnung eines zweiten Gitters 103 hat die Form eines Kreises 103a auf der dem ersten Gitter zugewandten Seite und eines Schlitzes 103b auf der der Hauptlinse zugewandten Seite. Weiterhin sind eine vertikal äußerste Elektro­ nenstrahl-Flugbahn 105v und eine horizontal äußerste Elektronenstrahl-Flugbahn 105h gezeigt.

Das in einer Kathodenstrahlröhre mit einer bekannten In-Line-Elektronenkanone allgemein verwendete Elek­ tronenstrahl-Ablenksystem konvergiert die drei Elek­ tronenstrahlen automatisch auf den Anzeigeschirm und benötigt daher keine dynamische Konvergenzschaltung. Es wird daher ein ungleichförmiges Selbstkonvergenz- System, das das horizontale magnetische Ablenkfeld in einer Nadelkissen-Art und das vertikale magnetische Ablenkfeld in einer Trommel-Art verzerrt, angenommen. Durch viele Vorteile wie niedrige Kosten, leichte Einstellbarkeit und geringe Änderung der Konvergenz im Laufe der Zeit wird dieses System gegenwärtig in weitem Umfang verwendet.

Die von dem durch das Selbstkonvergenz-Ablenkjoch geschaffene ungleichförmige magnetische Feld herrüh­ rende Quadrupol-Komponente bewirkt jedoch einen Astigmatismus in den abgelenkten Elektronenstrahlen. Die Elektronenstrahlen sind daher in der vertikalen Richtung einem Konvergenzeffekt unterworfen, nämlich einer Ablenkabweichung mit dem Ergebnis, daß der ab­ gelenkte Elektronenstrahlfleck in vertikaler Richtung überfokussiert ist, wodurch ein besonders langer Hof an den Ecken des Schirms hervorgerufen und die ver­ tikale Auflösung beeinträchtigt wird.

Ein Problem besteht jedoch darin, daß der optimale Brennpunkt in der horizontalen Richtung immer auf­ rechterhalten wird, so daß, wenn er in der vertikalen Richtung optimal korrigiert wird, eine Unterfokussie­ rung in der horizontalen Richtung auftreten würde, wodurch sich eine Beeinträchtigung der horizontalen Auflösung ergibt.

Ein angewendetes Verfahren zur Lösung dieses Problems bei bekannten In-Line-Elektronenkanonen besteht im Abbremsen der Elektronenstrahlen durch Verstärkung der Vorfokussierungs-Linsenfunktion, so daß der Elek­ tronenstrahldurchmesser innerhalb des magnetischen Ablenkfeldes klein gehalten und die Suszeptibilität für magnetische Ablenkabweichungen reduziert wird. Um die Ablenkverzerrung insbesondere in der vertikalen Richtung herabzusetzen, wird der Elektronenstrahl­ durchmesser in der Hauptlinse häufig horizontal ver­ längert, wie in Fig. 10 gezeigt ist. Ein praktisch angewendetes Verfahren besteht darin, die Elektronen­ strahlöffnung im zweiten Gitter 103 in der Gestalt eines horizontal verlängerten Schlitzes 103b auszu­ bilden, wodurch ein Quadrupol-Linseneffekt hierzwi­ schen und dem dritten Gitter geschaffen wird.

Das Abbremsen des Elektronenstrahls durch Verstärkung der Vorfokussierungs-Linsenfunktion erhöht jedoch die Vergrößerung der Vorfokussierungs-Linse und vergrö­ ßert den virtuellen Objektpunkt, was zu einer Zunahme des Durchmessers des Elektronenstrahlflecks führt, so daß, selbst wenn die Ablenkverzerrung an den Kanten des Schirms reduziert wird, der Elektronenstrahl-Fleckdurchmesser in der Mitte des Schirms vergrößert wird, wie in Fig. 11 gezeigt ist, wodurch sich eine Herabsetzung der Auflösung über den gesamten Schirm ergibt. Das heißt, wenn der vertikale Durchmesser DSMv des Querschnitts des Elektronenstrahls an der Hauptlinse groß ist, ist der Strahl empfänglich für eine Ablenkabweichung, und wenn der vertikale Durch­ messer DSv des Flecks auf dem Schirm groß ist, ist die Auflösung in der Mitte des Schirms schlecht.

Es ist unmöglich, die Auflösung über den gesamten Schirm zu verbessern, indem nur der Elektronenstrahl horizontal in der Ablenkmitte verlängert wird, weil, wie in Fig. 11 gezeigt ist, ein optimaler Brennpunkt in der Mitte des Schirms nicht erhalten wird, und es ist schwierig, einen kreisförmigen Elektronenstrahl­ fleck zu erzielen.

Das angewendete Verfahren bestand daher darin, einen Kompromiß-Brennpunkt zwischen der Mitte und den Kan­ ten des Schirms anzunehmen und die Auflösung inner­ halb der möglichen Grenzen über den gesamten Schirm gleichförmig zu gestalten.

Das speziell angewendete Verfahren der Ausbildung der Elektronenstrahlöffnung im zweiten Gitter 103 in Form eines horizontal verlängerten Schlitzes, wie in Fig. 9 gezeigt ist, hat eine begrenzte Möglichkeit zur horizontalen Verlängerung des Elektronenstrahls, da der von der Kathode 101 emittierte Elektronenstrahl eine kreisförmige Gestalt hat und nur durch die nach­ folgende Quadrupol-Linsenfunktion beispielsweise der Vorfokussierungslinse verlängert wird. Auch wird das Problem nicht gelöst, indem nur die Elektronenstrahl­ öffnung des ersten Gitters 102 horizontal verlängert wird.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hohe Auflösung in allen Bereichen des Schirms zu er­ zielen und einen scharf fokussierten Fleck sowohl in der Mitte als auch an den Kanten des Schirms sowie einen im wesentlichen runden fokussierten Fleck mit einem reduzierten Durchmesser zu erhalten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfin­ dungsgemäßen Elektronenkanone ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße In-Line-Elektronenkanone weist einen Triodenabschnitt zur Erzeugung von drei Elek­ tronenstrahlen und eine Hauptlinse zum Konvergieren dieser Elektronenstrahlen in Abhängigkeit von einem angelegten Fokussierungspotential auf. Der Trioden­ abschnitt ist so ausgebildet, daß der horizontale Objektpunkt einen größeren Abstand von der Hauptlinse hat als der vertikale Objektpunkt, und das vertikale Emissionsvermögen ist geringer als das horizontale Emissionsvermögen. Die vertikale Brennweite der Hauptlinse ist kürzer als die horizontale Brennweite der Hauptlinse.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine von oben gesehene Kathodenstrahlröhre mit einer In-Line-Elektronenkanone,

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine von oben gesehene In-Line-Elektronenkanone nach der Erfindung,

Fig. 3 eine schematische Perspektivdarstel­ lung der Elektronenkanone nach der Erfindung, die Elektronen-Flugbahnen eines Strahls wiedergibt,

Fig. 4 ein Strahlendiagramm, das die elektro­ nenoptische Konfiguration der Haupt­ linse illustriert,

Fig. 5 eine Perspektivdarstellung eines Elek­ tronenstrahls zwischen der Hauptlinse und dem Schirm,

Fig. 6A bis 6D die Struktur des ersten Gitters,

Fig. 7 eine Perspektivdarstellung eines Elek­ tronenstrahls zwischen dem ersten Git­ ter und der Hauptlinse,

Fig. 8A und 8B die Struktur eines Gitters in der Hauptlinse,

Fig. 9 eine Darstellung der allgemeinen Struktur einer bekannten In-Line-Elek­ tronenkanone, in der die Elektronen­ strahl-Flugbahnen gezeigt sind,

Fig. 10 die Verwendung von Strahlenquerschnit­ ten zur Illustration der Grundstruktur der bekannten In-Line-Elektronenkano­ ne, und

Fig. 11 die Illustration einer Strahlen-Flug­ bahn bei der bekannten Elektronenkano­ ne.

Gemäß Fig. 1 und 2 ist die Elektronenkanone EG typi­ scherweise in dem Hals 3 einer Kathodenstrahlröhre 4 angeordnet, welche auch einen Trichter 5 und einen Schirmträger 6 umfaßt. Die Elektronenkanone EG weist einen Triodenabschnitt 1 und eine Hauptlinse 2 auf. Der Triodenabschnitt 1 erzeugt drei Elektronenstrah­ len 7, die von der Hauptlinse 2 fokussiert werden, so daß sie an einer Lochmaske konvergieren zur Bildung von drei Flecken 8 auf roten, blauen und grünen Leuchtstoffstreifen (die als solche nicht dargestellt sind) auf der Innenseite des Schirmträgers 6. Beim Abtasten des Schirmträgers 6 in einem Rastermuster aufgrund eines Ablenksystems DS erzeugen die Strahlen 7 ein Bild durch Emission von Licht von den roten, blauen und grünen Leuchtstoffstreifen. In der nach­ folgenden Beschreibung wird der Schirmträger 6 mit der Lochmaske 9 als "Schirm" bezeichnet.

Der Triodenabschnitt 1 weist drei Kathoden 10, ein erstes Gitter 12 mit drei Öffnungen 14 und ein zwei­ tes Gitter 16 mit drei Öffnungen 18 auf. Die Kathoden 10 sind horizontal ausgerichtet; Fig. 2 zeigt sie beispielsweise von oben gesehen. Die Öffnungen 14 und 18 sind mit den Kathoden 10 ausgerichtet.

Die Kathoden sind bekannt und weisen innere, nicht gezeigte Heizspulen auf, die eine thermionische Emis­ sion von Elektronen bewirken. Die von jeder Kathode 10 emittierten Elektronen passieren die entsprechen­ den Öffnungen 14 und 18 im ersten Gitter 12 und im zweiten Gitter 16. Obwohl die Elektronen von den Ka­ thoden in allen Richtungen emittiert werden, begrenzt ein an das erste Gitter 12 angelegtes Potential, das niedriger ist als das elektrische Potential der Ka­ thoden 10, die Elektronen jeder Kathode in ein weit­ gehend enges Bündel, das zu einem Bündelpunkt konver­ giert, der sich beispielsweise zwischen dem ersten Gitter 12 und dem zweiten Gitter 16 befindet. Ein an das zweite Gitter 16 angelegtes Potential, das höher ist als das Potential der Kathoden, beschleunigt dann die Elektronen zur Hauptlinse 2 hin.

Das erste Gitter 12 ist so ausgebildet, daß der Bün­ delknoten an unterschiedlichen Punkten liegt abhängig davon, ob der Elektronenstrahl 7 in vertikaler oder horizontaler Richtung betrachtet wird. Dies wird nachfolgend im einzelnen dargelegt.

Die Hauptlinse 2 ist eine Bipotential-Elektronenlin­ se, die jeden Elektronenstrahl 7 fokussiert zur Er­ zeugung eines Bildes des Bündelpunktes etwa am Ort des Flecks 8. Die Hauptlinse 2 weist ein drittes Git­ ter 20 mit einer Mittelöffnung 21 und zwei Seitenöff­ nungen 22 sowie ein viertes Gitter 24 mit einer Mit­ telöffnung 25 und zwei Seitenöffnungen 26 auf. Ein positives Fokussierpotential wird an das dritte Git­ ter 20 angelegt. Ein stärker positives Anodenpotenti­ al wird an das vierte Gitter 24 angelegt.

Zusätzlich werden Vorfokussierungslinsen zwischen dem zweiten Gitter 16 und dem dritten Gitter 20 aufgrund der Potentialdifferenz zwischen diesen gebildet, ins­ besondere durch die Öffnungen 18 des zweiten Gitters 16 und Öffnungen 71 und 72 des dritten Gitters 20.

Wie eine optische Linse hat die Hauptlinse 2 eine Brennweite, die durch Veränderung des Fokussierpoten­ tials eingestellt werden kann. Die Hauptlinse 2 ist darüber hinaus so ausgebildet, daß sie astigmatisch ist; das heißt, sie hat unterschiedliche vertikale und horizontale Brennweiten, wobei die vertikale Brennweite in diesem Fall kürzer als die horizontale Brennweite ist. Der Grad des Astigmatismus kann durch eine Größe ausgedrückt werden, die als "Astigma" be­ zeichnet und wie folgt definiert wird. Das für einen optimalen Brennpunkt in vertikaler Richtung erforder­ liche Fokussierungspotential soll mit E_FV und das für einen optimalen Brennpunkt in horizontaler Richtung erforderliche Fokussierungspotential soll als E_FH bezeichnet werden. Das Astigma ist die Differenz zwi­ schen diesen Potentialen:
Astigma = E_FH-E_FV.

Bei der erfindungsgemäßen Elektronenkanone liegt das Astigma der Hauptlinse 2 vorzugsweise zwischen -150 Volt und -300 Volt.

Fig. 3 ist eine Perspektivdarstellung, die die drei Kathoden 10, einen Teil des ersten Gitters 12 mit seinen drei Öffnungen 14, einen Teil des zweiten Git­ ters 16 mit seinen drei Öffnungen 18, das dritte Git­ ter 20 mit seiner Mittelöffnung 21 und den beiden Seitenöffnungen 22 und das vierte Gitter 24 mit sei­ ner Mittelöffnung 25 und den beiden Seitenöffnungen 26 zeigt. Elektronen-Flugbahnen für einen der drei Elektronenstrahlen sind ebenfalls dargestellt. Eine Flugbahn 28 gilt für ein Elektron an der vertikalen Peripherie des Strahls und eine Flugbahn 29 gilt für ein Elektron an der horizontalen Peripherie. In Fig. 3 haben die Bezugszeichen "H" bzw. "V" die Bedeutung von "horizontale Richtung" und "vertikale Richtung".

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, sind die Öff­ nungen 14 im ersten Gitter 12 so ausgebildet, daß eine horizontale Bündelung vor der vertikalen Bünde­ lung stattfindet, das heißt an einer Stelle, die wei­ ter entfernt von der Hauptlinse ist als der vertikale Bündelungspunkt. Zusätzlich ist das Emissionsvermögen (ein Maß für die Tendenz des Strahls, zu divergieren) in der horizontalen Richtung größer als in der ver­ tikalen Richtung, so daß der Strahl einen ellipti­ schen Querschnitt hat, der in der horizontalen Rich­ tung gedehnt ist.

Nachdem der Elektronenstrahl durch das dritte Gitter 20 und das vierte Gitter 24 in der Hauptlinse 2 fo­ kussiert ist, wird er durch das Ablenksystem DS abge­ lenkt. Obgleich die Ablenkung tatsächlich hinter der Hauptlinse 2 erfolgt, das heißt an einer Stelle, die näher am Schirmträger 6 liegt, kann zum Zwecke der mathematischen Analyse angenommen werden, daß die Ablenkung abrupt an einer als Ablenkzentrum bezeich­ neten Ebene stattfindet, die innerhalb der Hauptlinse 2 angeordnet ist.

Es werden zwei Fälle von abgelenkten Flugbahnen ge­ zeigt: Ein Fall, bei dem die Ablenkung Null ist und bei dem der Strahl in der Mitte des Schirms auf­ trifft, und ein Fall von maximaler Ablenkung, in wel­ chem der Strahl an der Kante des Schirms auftrifft. Die vorerwähnten unterschiedlichen Brennweiten sind aus den Flugbahnen für den Fall der maximalen Ablen­ kung ersichtlich. In diesem Fall befindet sich der Brennpunkt in der horizontalen Richtung in der Ebene des Schirms. In der vertikalen Richtung ist der Strahl überfokussiert und der Brennpunkt tritt vor dem Schirm auf, das heißt bevor der Elektronenstrahl den Schirm erreicht, aber da der Strahl zunächst ei­ nen abgeflachten elliptischen Querschnitt hatte, ist das Ergebnis ein im wesentlichen runder Fleck auf dem Schirm.

Die Elektronenoptik der Hauptlinse 2 ist in Form ei­ nes Strahlendiagramms in Fig. 4 illustriert. Der Fleck 8 auf dem Schirm kann an der rechten Seite die­ ses Diagramms gesehen werden. Der Querschnitt 30 des Elektronenstrahls in der Hauptlinse kann oberhalb des Diagramms gesehen werden. Die Symbole fv und fh be­ deuten die vertikale und horizontale Brennweite der Hauptlinse. Dies sind die Abstände, in denen ein auf­ treffendes Bündel von parallelen Strahlen (Elektro­ nen) in einen Brennpunkt in der vertikalen und in der horizontalen Richtung gebracht würden. Wie festge­ stellt wurde, ist fv kürzer als fh.

Das hier vorliegende auftreffende Strahlenbündel ist nicht parallel, sondern umfaßt Elektronen, die von den tatsächlichen Bündelungspunkten divergieren. In Wirklichkeit folgen die Elektronen nicht geraden Flugbahnen von den tatsächlichen Bündelungspunkten zu der Hauptlinse. Jedoch ist es möglich, die Elektronen so zu betrachten, daß sie sich entlang gerader Flug­ bahnen von den die virtuellen Objektpunkte (d. h. Ob­ jektpunkte, wie sie von der Hauptlinse gesehen wer­ den) bildenden Bündelungspunkten bewegen. Wegen der Konfiguration des ersten Gitters befindet sich der tatsächliche vertikale Objektpunkt näher an der Hauptlinse als der tatsächliche horizontale Objekt­ punkt, und daher ist der virtuelle vertikale Objekt­ punkt 32 in Fig. 4 näher an der Hauptlinse angeordnet als der virtuelle horizontale Objektpunkt 34. Die virtuellen vertikalen und horizontalen Objektpunkte 32 und 34 befinden sich weiter entfernt von der Hauptlinse als die tatsächlichen vertikalen und hori­ zontalen Bündelungspunkte, und sie können hinter den Oberflächen der Kathoden angeordnet sein, wie in Fig. 3 gezeigt ist.

Die Objekte oder Bilder an den virtuellen Bündelungs­ punkten haben in ihren jeweiligen Richtungen eine gewisse Ausdehnung, wie in den Zeichnungen durch kur­ ze Liniensegmente dargestellt ist. Das Objekt an dem virtuellen vertikalen Bündelungspunkt 32 ist kürzer als das Objekt an dem virtuellen horizontalen Bünde­ lungspunkt 34; dies ist eine Folge des kleineren ver­ tikalen Emissionsvermögens.

Fig. 4 zeigt Strahlen 36, die die Flugbahnen von drei von einem äußersten Ende des Objekts an dem virtuel­ len vertikalen Bündelungspunkt 32 divergierenden Elektronen wiedergeben, und Strahlen 38, die die Flugbahnen von drei von einem äußersten Ende des Ob­ jekts an dem virtuellen horizontalen Bündelungspunkt 34 divergierenden Elektronen wiedergeben. Da der vir­ tuelle vertikale Objektpunkt 32 näher an der Haupt­ linse liegt, sollten die drei Strahlen 36 die Neigung haben, sich in einem größeren Abstand als die drei Strahlen 38 zu bündeln. Da jedoch fv kürzer ist als fh, wird dieser Tendenz entgegengewirkt und die Strahlen 36 und die Strahlen 38 bilden beide einen Brennpunkt in der Ebene des Schirms. Darüber hinaus werden die Strahlen 36 und 38, obgleich sie an Stel­ len mit unterschiedlichen Abständen von der elektro­ nenoptischen Achse 39 entstehen, jeweils in Brennpunk­ ten mit im wesentlichen gleichen Abständen von der Achse fokussiert, so daß der Fleck 8 auf dem Schirm im wesentlichen kreisförmig ist.

Fig. 5 ist eine Perspektivansicht zur Illustration des Querschnitts 30 eines Elektronenstrahls 7 in der Hauptlinse, der Flugbahnen 28 und 29 von Elektronen an der vertikalen und horizontalen Kante des Strahls und des auf dem Schirm gebildeten Flecks 8. Der rela­ tiv kleine vertikale Durchmesser DSMv des Quer­ schnitts 30 in der Hauptlinse hemmt defokussierende Ablenkungen und unterdrückt dadurch unerwünschte Schleierschwänze. Der kleine vertikale Durchmesser DSv des Flecks 8 auf dem Schirm hat eine verbesserte vertikale Auflösung zur Folge.

Genauer gesagt, der Durchmesser DSM des Elektronen­ strahls in der Hauptlinse am Ablenkungszentrum ist in der vertikalen Richtung (DSMv) reduziert, so daß er weniger empfänglich für Ablenkungsabweichungen ist, und der Durchmesser DS des Elektronenstrahlflecks auf dem Schirm ist in der vertikalen Richtung (DSv) redu­ ziert, wodurch die Auflösung in der Mitte des Schirms erhöht und eine gute Auflösung in allen Bereichen des Schirms erhalten wird.

Die Fig. 6A bis 6D zeigen die Ausbildung eines be­ vorzugten Ausführungsbeispiels des ersten Gitters 12.

Fig. 6A zeigt einen von der Seite gesehenen Quer­ schnitt. Das erste Gitter 12 weist eine vordere Elek­ trodenplatte 40, die dem zweiten Gitter 16 zugewandt ist, und eine hintere Elektrodenplatte 42, die den Kathoden 10 zugewandt ist, auf. Die vordere Elektro­ denplatte 40 ist mit drei vertikal gestreckten Öff­ nungen 44 versehen. Die hintere Elektrodenplatte 42 ist mit drei horizontal gestreckten Öffnungen 46 ver­ sehen. Eine Öffnung 44 in der vorderen Elektroden­ platte 40 und eine Öffnung 46 in der hinteren Elek­ trodenplatte 42 werden kombiniert zur Bildung einer der Öffnung 14, die in den Fig. 2 und 3 gezeigt sind.

Fig. 6B zeigt das erste Gitter 12 von vorn gesehen, d. h. von der Seite der Hauptlinse aus gesehen. Die Öffnung 44 in der vorderen Elektrodenplatte 40 hat die Gestalt eines vertikalen Schlitzes mit abgerunde­ ten Enden und eine vertikale Ausdehnung, die ausrei­ chend größer ist als die der Öffnung 46 in der hinte­ ren Elektrodenplatte 42. Im Ergebnis wird eine Qua­ drupol-Linse gebildet, die primär eine horizontale Brechung zwischen dem ersten Gitter 12 und dem zwei­ ten Gitter bewirkt. Es ist diese Konfiguration der Öffnung 44 in der vorderen Elektrodenplatte 40, die, gesehen von der Hauptlinse, den horizontalen Objekt­ punkt weiter zurückversetzt als den vertikalen Ob­ jektpunkt.

Fig. 6C zeigt das erste Gitter 12 von hinten gesehen, d. h. von der Seite der Kathoden. Die Öffnung 46 in der hinteren Elektrodenplatte 42 hat die Form eines rechteckigen Schlitzes mit einer horizontalen Ausdeh­ nung, die gleich der der Öffnung 44 in der vorderen Elektrodenplatte 40 ist. Als ein Ergebnis der Schlitzform wird eine Quadrupol-Linse gebildet, die primär eine vertikale Brechung zwischen dem ersten Gitter 12 und der Kathode bewirkt. Es ist eine Folge der Form dieser Öffnung 46, daß das vertikale Emis­ sionsvermögen des Elektronenstrahls geringer ist als das horizontale Emissionsvermögen.

Fig. 6D zeigt das erste Gitter 12 und eine ihrer drei Öffnungen in Beziehung zu einer der Kathoden 10.

Das vertikale und horizontale Emissionsvermögen und die Orte des virtuellen vertikalen und des virtuellen horizontalen Bündelungspunktes können durch geeignete Wahl der Höhe, Breite und Tiefe der Öffnungen 44 und 46 in den Fig. 6A bis 6D eingestellt werden. Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die spe­ zielle Struktur in den Fig. 6A bis 6D beschränkt, es können statt dessen andere Strukturen verwendet wer­ den, die das gleiche Resultat ergeben.

Fig. 7 gibt eine perspektivische Darstellung des er­ sten Gitters 12 wieder, die eine Strahlenöffnung und die Flugbahnen 28 und 29 von Elektronen, die die ver­ tikale und horizontale Begrenzung des Strahl definie­ ren, zeigen. Es ist ersichtlich, daß die Position des horizontalen Bündelungspunktes näher am ersten Gitter 12 ist als die Position des vertikalen Bündelungs­ punktes. Der elliptische Querschnitt des Strahls kann intuitiv dem Umstand zugeordnet werden, daß die Brei­ te des Strahls am vertikalen Bündelungspunkt größer ist als die Höhe des Strahls am horizontalen Bünde­ lungspunkt. Dies wiederum kann der Kombination der Ausdehnungen der Öffnungen 44 und 46 zugeordnet wer­ den.

Die Fig. 8A und 8B sind vereinfachte Darstellungen, die die Struktur eines Teils eines Ausführungsbei­ spiels des dritten Gitters 20 zeigen, das von der Seite des vierten Gitters 24 gesehen wird.

Gemäß Fig. 8A weist das dritte Gitter 20 einen rohr­ förmigen Bereich 50 mit einem horizontal gedehnten Querschnitt, eine flache Platte 52 und einen ringför­ migen Vorsatz 54 auf, ebenfalls mit einem horizontal gedehnten Querschnitt. Die flache Platte 52 ist mit dem Vorderende des rohrförmigen Bereichs 50 verbun­ den, d. h. dem Ende, das von den Kathoden weiter ent­ fernt ist, und ist mit der Mittelöffnung 21 und den Seitenöffnungen 22 versehen. Der ringförmige Vorsatz 54 erstreckt sich vom Vorderende des rohrförmigen Bereichs 50 zum vierten Gitter 24 hin. Er kann als Erweiterung des rohrförmigen Bereichs 50 ausgebildet sein oder er kann vergrößert sein, so daß seine Brei­ te und Höhe größer sind als die des rohrförmigen Be­ reichs 50. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, hat der Vorsatz 54 ein nach innen gebogenes Ende 54a. Derar­ tige Einzelheiten sind in Fig. 8A nicht gezeigt. Die Ausdehnungen des ringförmigen Vorsatzes 54 können eingestellt werden zur Steuerung des Astigma der Hauptlinse.

Gemäß Fig. 8B hat die Mittelöffnung 21 die Gestalt einer vertikal gestreckten Ellipse mit einem vertika­ len Durchmesser Cv, der größer ist als der horizonta­ le Durchmesser Ch. Der Umfang der Seitenöffnungen 22 ist halbkreisförmig mit einem Radius Sr auf der der Mitte abgewandten Seite. Auf der der Mitte zugewand­ ten Seite hat der Umfang der Seitenöffnungen 22 die Gestalt einer vertikal gestreckten Ellipse wie der zugewandte Umfang der Mittelöffnung 21. Das heißt, der Umfang hat eine halbe Hauptachse Sr in vertikaler Richtung und eine halbe Nebenachse Sh in horizontaler Richtung.

Die Öffnungen 21 und 22 in der flachen Platte 52 des dritten Gitters 20 sind vorzugsweise so groß wie sie gemacht werden können, ohne eine Interferenz zwischen den durch diese Öffnungen gebildeten elektronischen Linsen zu bewirken. Dies ist der Grund für die ellip­ tische Gestalt der Mittelöffnung 21 und der auf der Innenseite liegenden Hälften der Seitenöffnungen 22.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, hat das dritte Gitter 20 auch eine zweite flache Platte 53, die mit dem hinteren Ende des rohrförmigen Bereichs 50 verbunden ist, d. h. dem Ende, das näher an den Kathoden liegt, und die mit den mit den Öffnungen 21 und 22 ausge­ richteten Öffnungen 71 und 72 versehen ist. Die Öff­ nungen 71 und 72 sind kreisförmig, so daß sie in Kom­ bination mit den kreisförmigen Öffnungen 18 des zwei­ ten Gitters 16 vorfokussierende Linsen bilden, die keine Quadrupol-Eigenschaften haben und eine identi­ sche Berechnung in der horizontalen und in der verti­ kalen Richtung bewirken.

Das vierte Gitter 24 weist in gleicher Weise einen rohrförmigen Bereich 80 mit einem horizontal ge­ streckten Querschnitt ähnlich dem des rohrförmigen Bereichs 50, eine flache Platte 82 ähnlich der fla­ chen Platte 52 und einen ringförmigen Vorsatz 84 ebenfalls mit einem horizontal gestreckten Quer­ schnitt ähnlich dem des ringförmigen Vorsatzes 54 auf. Die flache Platte 82 ist mit dem hinteren Ende des rohrförmigen Bereichs 80 verbunden und mit einer Mittelöffnung 25 und Seitenöffnungen 26 versehen, die eine Gestalt ähnlich der der entsprechenden Öffnungen 21 und 22 in der flachen Platte 52 im dritten Gitter 20 besitzen. Der ringförmige Vorsatz 84 erstreckt vom hinteren Ende des rohrförmigen Bereichs 80 zum drit­ ten Gitter 20 hin, so daß die Vorsätze 84 und 24 ein­ ander zugewandt sind. Der Vorsatz 84 kann als Erwei­ terung des rohrförmigen Bereichs 80 ausgebildet sein oder er kann vergrößert sein, so daß seine Breite und Höhe größer sind als die des rohrförmigen Bereichs 80. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, hat der Vorsatz 84 ein nach innen gebogenes Ende 84a. Die Ausdehnun­ gen des ringförmigen Vorsatzes 84 können eingestellt werden zur Steuerung des Astigma der Hauptlinse.

Die flache Platte 82, der Vorsatz 84 und der hieran angrenzende Teil des rohrförmigen Bereichs haben eine Konfiguration, die im wesentlich ein Spiegelbild der flachen Platte 52, des Vorsatzes 54 und des daran angrenzenden Teils des rohrförmigen Bereichs 50 dar­ stellt.

Das vierte Gitter 24 weist ebenfalls eine zweite fla­ che Platte 83 auf, die mit dem rohrförmigen Bereich 80 in einer Position zwischen dem hinteren Ende und einem vorderen Ende des rohrförmigen Bereichs 80 ver­ bunden ist. Die zweite flache Platte 83 ist mit Öff­ nungen 85 und 86 entsprechend den Öffnungen 25 und 26 versehen.

Für sich allein können weder das in den Fig. 6A bis 6D illustrierte erste Gitter 12 noch die in den Fig. 3 und 7 illustrierte Hauptlinse 2 eine zufriedenstel­ lende Konvergenz erzeugen; wenn diese jedoch mitein­ ander kombiniert werden, ist das Ergebnis ein klei­ ner, im wesentlichen runder Fleck, der in allen Be­ reichen des Schirms scharffokussiert ist und eine höhere Gesamtauflösung, insbesondere Vertikalauflö­ sung ergibt als die bekannten Elektronenkanonen.

Die Erfindung ist nicht auf das in den Figuren darge­ stellte Ausführungsbeispiel der Elektronenkanone be­ schränkt. Beispielsweise können weitere Gitter zu der Hauptlinse hinzugefügt werden, um eine Dreipotential-Linsenkonfiguration, Vierpotential-Linsenkonfigura­ tion oder Linsenkonfiguration höherer Ordnung zu er­ halten, vorausgesetzt, daß die vertikale Brennweite kürzer bleibt als die horizontale Brennweite.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Ablenkver­ zerrung des Selbstkonvergenz-Systems einer In-Line-Elektronenkanone so angepaßt, daß die Gestalt der Elektronenstrahlen am Ablenkungszentrum horizontal gedehnt ist und die Brennweite in vertikaler Richtung kürzer als die Brennweite in horizontaler Richtung ist. Ein Ziel ist, eine In-Line-Elektronenkanone zu erhalten, bei der die vertikale Konvergenzfunktion des magnetischen Nadelkissen-Feldes reduziert ist, die Suszeptibilität für die Ablenkungsabweichung re­ duziert ist, ein optimaler Brennpunkt in allen Berei­ chen des Schirms realisiert werden kann und eine hohe Auflösung erhalten wird.

Claims (7)

1. In-Line-Elektronenkanone für eine Farbkathoden­ strahlröhre, enthaltend einen Triodenabschnitt zur Erzeugung von drei Elektronenstrahlen, von denen jeder einen vertikalen Objektpunkt (Bild­ punkt), einen horizontalen Objektpunkt, ein ver­ tikales Emissionsvermögen und ein horizontales Emissionsvermögen aufweist, und eine Hauptlinse mit einer vertikalen Brennweite und einer hori­ zontalen Brennweite zum Konvergieren der drei Elektronenstrahlen in Abhängigkeit von einem angelegten Fokussierungspotential, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden der drei Elektronenstrahlen der horizontale Objektpunkt weiter von der Hauptlin­ se (2) entfernt ist als der vertikale Objekt­ punkt, daß für jeden der drei Elektronenstrahlen das vertikale Emissionsvermögen geringer ist als das horizontale Emissionsvermögen, und daß die vertikale Brennweite kürzer als die horizontale Brennweite ist.

2. Elektronenkanone nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Triodenabschnitt (1) auf­ weist:
drei Kathoden (10) zur Emission von Elektronen,
ein erstes Gitter (12) mit drei Öffnungen (14) für den Durchlaß von Elektronen von den jeweili­ gen Kathoden (10) und
ein zweites Gitter (16) mit drei Öffnungen (18) für den Durchlaß von Elektronen von den jeweili­ gen Kathoden (10),
wobei das erste Gitter (12) zwischen dem zweiten Gitter (16) und den drei Kathoden (10) angeord­ net ist.

3. Elektronenkanone nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Öffnungen (14 bzw. 44, 46) im ersten Gitter (12) so ausgebildet sind, daß sie erste Quadrupol-Linsen, die primär eine ver­ tikale Brechung zwischen dem ersten Gitter (12) und den Kathoden (10) bewirken, und zweite Qua­ drupol-Linsen, die primär eine horizontale Bre­ chung zwischen dem ersten Gitter (12) und dem zweiten Gitter (16) bewirken, bilden.

4. Elektronenkanone nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jede der Öffnungen im ersten Gitter (12) einen horizontal gedehnten Bereich (46), der einer der Kathoden (10) zugewandt ist, und einen vertikal gedehnten Bereich (44), der dem zweiten Gitter (16) zugewandt ist, aufweist, wobei der vertikal gedehnte Bereich (44) den horizontal gedehnten Bereich (46) in der Höhe überragt.

5. Elektronenkanone nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Hauptlinse (2) ein Astigma von -150 Volt bis -300 Volt hat.

6. Elektronenkanone nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Hauptlinse (2) aufweist:
ein drittes Gitter (20), an welches das Fokus­ sierungspotential angelegt wird, und
ein viertes Gitter (24), an welches ein das Fo­ kussierungspotential übersteigendes Potential angelegt wird, derart, daß das dritte Gitter (20) zwischen dem zweiten Gitter (16) und dem vierten Gitter (24) angeordnet ist,
wobei das dritte Gitter (20) einen rohrförmigen Bereich (50) mit einem horizontal gestreckten Querschnitt, eine flache, mit dem vorderen, dem vierten Gitter (24) zugewandten Ende des rohr­ förmigen Bereichs (50) verbundene Platte (52), die mit einer Mittelöffnung (21) und zwei Sei­ tenöffnungen (22) für den Durchgang von Elektro­ nen von den jeweiligen Kathoden (10) versehen ist, und einen ringförmigen Vorsatz (54) mit einem horizontal gestreckten Querschnitt, der sich von dem vorderen Ende des rohrförmigen Be­ reichs (50) in Richtung zum vierten Gitter (24) erstreckt, besitzt, und
das vierte Gitter (24) einen rohrförmigen Be­ reich (80) mit einem horizontal gestreckten Querschnitt, eine flache, mit dem hinteren, dem dritten Gitter (20) zugewandten Ende des rohr­ förmigen Bereichs (80) verbundene Platte (82), die mit einer Mittelöffnung (25) und zwei Sei­ tenöffnungen (26) für den Durchgang von Elektro­ nen von den jeweiligen Kathoden (10) versehen ist, und einen ringförmigen Vorsatz (84) mit einem horizontal gestreckten Querschnitt der sich von dem hinteren Ende des rohrförmigen Be­ reichs (80) in Richtung zum dritten Gitter (20) hin erstreckt, besitzt,
und wobei der ringförmige Vorsatz (54) des drit­ ten Gitters (20) und der ringförmige Vorsatz (84) des vierten Gitters (24) einander zugewandt sind.

7. Elektronenkanone nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sowohl im dritten Gitter (20) als auch im vierten Gitter (24) die Mittelöff­ nung (21, 25) eine vertikal gestreckte Ellipse ist und die Seitenöffnungen (22, 26) einen Umfang aufweisen, der aus elliptischen Bogen, die der Mittelöffnung zugewandt sind, und Halbkreisbo­ gen, die der Mittelöffnung abgewandt sind, be­ steht.