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Die
Erfindung betrifft eine Hauptelektronenlinse für eine Kathodenstrahlröhrenelektronenkanone
und insbesondere für
Farbfernsehröhren,
bei denen die drei lichtanregbaren Elemente Rot, Grün und Blau,
die jedes Dreifarbenelement des Schirms der Röhre bilden, ausgerichtet sind
(Inline-Röhre).
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Eine
herkömmliche
Fernsehröhre
umfaßt
einen fast ebenen Schirmträger
oder Schirm von rechteckiger Gestalt. Der Schirm ist auf seiner
Innenfläche mit
einem Mosaik aus Flecken aus Leuchtstoffen oder Pixeln versehen,
die bei Anregung durch einen Elektronenstrahl Licht emittieren,
der je nach dem angeregten Leuchtstoff blau, grün oder rot sein kann.
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Eine
in dem Kolben der Röhre
eingeschmolzene Elektronenkanone ist auf die Mitte des Schirms ausgerichtet
und ermöglicht
es, den Elektronenstrahl auf die verschiedenen Punkte des Schirms
durch eine perforierte Maske (oder Lochmaske) zu emittieren. Die
Elektronenkanone ermöglicht,
die Elektronenstrahlen auf die Innenfläche des die Leuchtstoffe tragenden
Schirms zu fokussieren und sie zu veranlassen, dort zu konvergieren.
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Ein
um die Röhre
herum oder auf beiden Seiten davon plaziertes Ablenksystem ermöglicht es,
auf die Richtung des Elektronenstrahls einzuwirken, um seine Flugbahn
abzulenken. Eine ständige
Wirkung des Ablenksystems gestattet somit horizontales und vertikales
Abtasten des Schirms, um das ganze Mosaik aus Leuchtstoffen abzusuchen.
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Ohne
Ablenkung des Elektronenstrahls und mit symmetrischen Elektroden
der Kanone, die symmetrische elektrische Felder in der Kanone erzeugen,
erreicht der Elektronenstrahl die Mitte des Schirms.
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1a und 1b stellen
ein Beispiel für eine
Elektronenkanone da, auf die die Erfindung angewendet wird.
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Diese
Elektronenkanone umfaßt
eine Kathode K, die Elektronen durch Thermoemission emittiert. Eine
Elektrode G1 in Kooperation mit der Elektrode G2 initialisiert die
Ausbildung eines Elektronenstrahls entlang der Achse Z von den von
der Kathode emittierten Elektronen.
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Die
Elektrode G2 fokussiert den so gebildeten Strahl auf den als die „Überkreuzung" verzeichneten Fokussierungspunkt.
Die Größe dieses
Fokussierungspunkts ist so punktartig wie möglich. Beispielsweise befindet
sich die Elektrode G1 auf einem statischen Potential, das zwischen
Masse und 100 Volt liegt. Die Elektrode G2 befindet sich auf einem Potential,
das zwischen 300 Volt und 1200 Volt liegt.
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Die
gemäß diesem
Beispiel auf ein Potential von zwischen 6000 und 9000 Volt angehobene
Elektrode G3 hilft die Elektronen zu beschleunigen.
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Die
auf ein Potential im wesentlichen gleich dem der Elektrode G2 angehobene
Elektrode G4 stellt mit der Elektrode G3 und dem G4 zugewandten Teil
der Elektrode G5 eine vorfokussierende Elektronenlinse für den Elektronenstrahl
dar, wie in 1b dargestellt.
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Die
Elektroden G5, G6 und G7 bilden vierpolige Linsen und induzieren
einen vierpoligen Effekt auf den Strahl derart, daß eine kompressive
Last auf den Elektronenstrahl in der vertikalen Ebene und eine Verzerrung
in der horizontalen Ebene ausgeübt wird.
Wie zuvor beschrieben, sind die Verformungen des Strahls größer an der
Peripherie des Schirms und insbesondere in den Ecken des Schirms.
Sie nehmen stetig von der Mitte des Schirms zur Peripherie zu. Der
Satz von Elektroden oder Vierpol G5, G6, G7 muß deshalb eine Vorkorrektur
als Funktion der Ablenkung des Strahls durchführen. Diese Korrektur muß stetig
synchron mit dem Schirmabtastsystem durchgeführt werden. Der Aufbau des
durch G5, G6, G7 hergestellten Vierpols und die Steuerung der Elektrode
wird später
beschrieben.
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Die
Einrichtung G7-G8 erreicht einen Vierpoleffekt, der im allgemeinen
auf den Elektronenstrahl eine kompressive Last in der horizontalen
Ebene und eine Verzerrung in der vertikalen Ebene ausübt, wie
zuvor beschrieben wurde.
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Die
Elektrode G9 ist die Elektrode, die zusammen mit G8 die Hauptaustrittslinse
darstellt.
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Bei
einer Dreifarbröhre
vom „Inline"-Typ ermöglicht die
Elektronenkanone, drei in ein und derselben Ebene angeordnete Elektronenstrahlen
(rot, grün
und blau) zu verarbeiten. Dazu besitzt die Elektronenkanone Elektroden,
die mit drei in einer Linie angeordneten Löchern zum Verarbeiten von drei Elektronenstrahlen
ausgestattet ist.
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Die
Erfindung betrifft die Hauptfokussierungslinse einer Elektronenkanone
vom „Inline"-Typ, der bei dreifarbigen
Kathodenstrahlröhren
(cathode ray tubes, CRT) verwendet wird.
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Eine
Elektronenkanone ist durch die folgenden Eigenschaften gekennzeichnet:
- • Fokusspannung
Vf (5) und Anodenspannung (5) ermöglichen
jeweils das Fokussieren und Beschleunigen der Elektronenstrahlen zum
Schirm. Im Fall einer DFM-Kanone
(die Initialen stehen für
Dynamic Focus Modulation) ist die Fokussierungsspannung dynamisch
und wird als Vd bezeichnet (5),
- • ein „Bias", der so definiert
ist, daß er
die Differenz zwischen Vd und Vf (Bias = Vd – Vf) in der Mitte des Schirms
ist.
- • Ein „Delta-Fokus", der definiert ist
als die Differenz zwischen der Fokussierungsspannung (Vdext), die
gestattet, daß die äußeren Elektronenstrahlen
(beispielsweise der rote und blaue Strahl) auf einem Punkt auf dem
Schirm (in der Mitte beispielsweise) fokussieren, und der Fokussierungsspannung
(Vdint), die gestattet, daß der zentrale
Strahl (beispielsweise der grüne
Strahl) auf dem gleichen Punkt fokussiert. Als allgemeine Regel
ist es essentiell, daß „Delta-Fokus
= Vdext – Vdint" null ist.
- • Die
Konvergenz der drei Elektronenstrahlen (rot, grün und blau) auf die Mitte des
Schirms ist definiert als die Weise des Auftreffens der äußeren Strahlen
(beispielsweise roter und blauer Strahl) auf dem Schirm bezüglich des
mittleren Strahls auf dem Schirm (beispielsweise der grüne Strahl).
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Allgemein
wird der „Delta-Fokus" korrigiert durch
Modifizieren der Durchmesser von horizontalen Löchern (ϕH1, ϕHint
= 2Rhint und ϕHext = 2RHext in 3a). Bei
bestimmten Konfigurationen ist es nicht möglich, den ganzen Delta-Fokus
durch Modifizieren dieser Durchmesser durch die Verwendung von Hardware
zu korrigieren. Es war deshalb erforderlich, einen neuen Parameter
zum Einstellen des „Delta-Fokus" zu finden.
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Die
Erfindung ermöglicht
das Einstellen des „Delta-Fokus" durch Modifizieren
der Gestalt der Ränder
der Elektroden der Hauptfokussierungslinse.
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Die
Erfindung betrifft deshalb eine Hauptfokussierungslinse für eine Dreifarbenkathodenstrahlröhrenelektronenkanone,
umfassend eine Fokussierungselektrode und eine Beschleunigungselektrode, entlang
der mittleren Emissionsachse der Elektronenkanone ausgerichtet.
Jede Elektrode umfaßt
eine Apertur von länglicher
Form entlang einer horizontalen Achse und eine Platte mit einem
zentralen Loch und mit äußeren Löchern, angeordnet
in der Nähe der
Apertur der Elektrode und parallel zu dieser Apertur. Die drei Löcher jeder
Platte sind entlang einer Achse parallel zu der horizontalen Achse
ausgerichtet. Die Apertur jeder Elektrode umfaßt eine rechteckige Apertur,
deren große
Abmessung entlang der horizontalen Achse verläuft und an ihren beiden Enden
in zwei identischen Halbellipsen einer Ordnung n endet, die symmetrisch
bezüglich
der Achse der Kanone sind, und von der Formel:
sind, in der x = a cos
nϕ; y = b sin
nϕ,
- – der
Koeffizient n einen anderen Wert als 1 aufweist,
- – a
die Hälfte
der Breite der Ellipsen der Ordnung n entlang der horizontalen Achse
(Ox) ist und b die Hälfte
der Höhe
der Ellipsen der Ordnung n entlang der vertikalen Achse (Oy) (3a)
ist,
- – x
die Abszisse eines auf der Ellipse der Ordnung n liegenden Punkts
darstellt und y die Ordinate eines auf der Ellipse der Ordnung n
liegenden Punkts ist,
- – ϕ ein
Winkel ist, der in einem Quadranten zwischen 0° und 90° variiert.
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Bevorzugt
weist der Koeffizient n einen Wert derart auf, daß 0 < n < 2. Und insbesondere
kann der Wert von n zwischen etwa 0,5 und etwa 1,5 liegen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist der Koeffizient n gegeben durch die Formel n = A11 × (DeltaFocus)2 + A1 × DeltaFocus
+ A0, wobei die Werte der Koeffizienten A11, A1 und A0 etwa
wie folgt sind:
A11 = -3,576 × 10-6
A1
= 2,867 × 10-3
A0 = 0,987.
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Bevorzugt
sind die äußeren Löcher der
Elektroden von elliptischer Gestalt und weisen einen Außendurchmesser
auf, der zwischen einem Wert ϕϕVext von zwischen
-1 mm und 1 mm von einem Außendurchmesser ϕVext
variieren kann, der es ermöglicht,
eine korrekte Fokussierung der Elektronenstrahlen auf dem Schirm
in einer Konfiguration zu erhalten, wo der Koeffizient n der Ellipsen
der Ordnung n den Wert 1 aufweist.
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Diese
Variation ϕϕVext des vertikalen Durchmessers der äußeren Löcher kann
gegeben sein durch die Formel ϕϕVext
= B11 × n2 + B1 × n
+ B0wobei die Werte der Koeffizienten B11, B1 und B0 wie folgt
sind:
B11 = 0,362
B1 = 4,44 × 10-2
B0
= -0,407.
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Die
verschiedenen Aspekte und Charakteristiken der Erfindung werden
klarer offensichtlich in der Beschreibung, die folgt, und in den
beigefügten
Figuren, die folgendes darstellen:
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1a und 1b eine
beispielhafte Elektronenkanone, auf die die Erfindung wie oben beschrieben
angewendet wird,
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2 eine
beispielhafte Hauptfokussierungslinse einer Elektronenkanone, auf
die die Erfindung angewendet wird,
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3a und 3b ein
Ausführungsbeispiel einer
Hauptfokussierungslinse einer Elektronenkanone gemäß der Erfindung,
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4a und 4b zwei
Beispiele von Gestalten von Elektroden einer Hauptfokussierungslinse
gemäß der Erfindung,
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5 Steuerspannungen
für die
Elektronenkanone,
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6 Kurven
gemäß der Erfindung
zum Bestimmen der Gestalt der Elektroden einer Hauptfokussierungslinse.
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Die
Erfindung betrifft deshalb ein Hauptfokussierungslinsensystem, das
es ermöglicht,
den „Delta-Fokus", das heißt die Differenz
zwischen der Fokussierungsspannung für die äußeren Strahlen (roter und blauer
Strahl) und der mit dem mittleren Strahl (grünen Strahl) assoziierten einzustellen
durch Modifizieren der Elektroden, die Gestalten in Form von „Ellipsen
der Ordnung n" besitzen,
auch als „Superellipsen" bezeichnet, und
präziser
durch Modifizieren des Koeffizienten der „Superellipse" an den Rändern 11' und 12' der Elektroden.
Die Erfindung betrifft DFM-Kanonen (wobei die Abkürzung für Dynamic
Focus Modulation steht) und Nicht-DFM-Kanonen (ungeachtet der Position
Vf = Vd).
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Allgemein
wird eine „Ellipse
der Ordnung n" oder „Superellipse" durch eine Beziehung
von folgendem Typ beschrieben:
in der x = a cos
nϕ;
y = b sin
nϕ, wobei:
- – a
und b jeweils die Hälfte
der Breite der „Superellipse" entlang der horizontalen
Achse (Ox in 3b) und die Hälfte der
Höhe der „Superellipse" entlang der vertikalen
Achse (Oy in 3b) definieren,
- – x
die Abszisse eines auf der „Superellipse" liegenden Punkts
darstellt und y die Ordinate eines auf der „Superellipse" liegenden Punkts
ist,
- – ϕ ein
Winkel ist, der in einem Quadranten zwischen 0° und 90° variiert,
- – und
der Exponent n den Elliptizitätskoeffizienten bestimmt,
das heißt,
wenn n zu 0 geht, erhält
man ein Rechteck, bei n=1 erhält
man eine Ellipse und bei n=2 erhält
man eine Raute. Beispiele für „Superellipse"-Gestalten, die auf die vorliegende Erfindung
für Koeffizienten
von n=0,5 und 1,5 ausgelegt sind, sind jeweils in 4a und 4b dargestellt.
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Wie
in 2 dargestellt, umfaßt eine Hauptfokussierungslinse
eine Beschleunigungselektrode A und eine Fokussierungselektrode
B. Jede Elektrode umfaßt
eine Apertur 9 für
die Elektrode B und 10 für die Elektrode A. Wie in 3b dargestellt,
umfaßt jede
Apertur 9 und 10 eine rechteckige Apertur 14, erweitert
durch zwei Halb- „Ellipsen
der Ordnung n” 13 und 15 mit
Radius a und b und mit Koeffizient n. Jede Elektrode A beziehungsweise
B weist eine Tiefe L2 und L1 einander gegenüber auf.
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Zudem
sind die beiden Aperturen 9 und 10 in der horizontalen
Richtung stark verlängert.
Sie bestehen aus zwei identischen Materialrückfaltungen 11 und 12 der
Tiefe P1 und P2.
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Sie
umfassen weiterhin zwei Platten 1 und 2, durch
die jeweils drei Löcher 3, 4, 5, 6, 7 und 8 in
einer Linie in der horizontalen Richtung gebohrt sind. Diese Platten
sind in Abständen
L1 und L2 vom Rand der beiden Aperturen 9 und 10 positioniert.
Die Abstände
L1 und L2 sind so eingestellt, daß die beiden Längen LtotalA
und LtotalB konstant gehalten werden.
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Die
zentralen Löcher 4 und 7 sind
von elliptischen Gestalten und von identischen Abmessungen. Die äußeren Löcher 3, 5, 6 und 8 sind
von elliptischen Gestalten, die (siehe 3a) einen
inneren horizontalen Durchmesser ϕHint=2RHint, einen äußeren horizontalen
Durchmesser ϕHext=2RHext und einen vertikalen Durchmesser ϕVext
umfassen. Diese äußeren Löcher 3, 5, 6 und 8 sind
bezüglich
der zentralen Löcher 4 und 7 symmetrisch
und von identischen Abmessungen. Das Teil B ist mit einer dynamischen Spannung
Vd verbunden, und das Teil A ist mit einer Spannung verbunden, die
die Endbeschleunigung der Elektronen gestattet (Anode).
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Die
Erfindung ermöglicht
es, den „Delta-Fokus" aufzuheben, indem
für jede
Elektrode A und B der Parameter n der Gleichungen der „Superellipsen" der Enden der Aperturen 9 und 10 der
Elektroden modifiziert wird.
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Dieser
Parameter n ist gegeben durch das folgende Polynom: n
= A11 × (DeltaFocus)2 + A1 × DeltaFocus
+ A0
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Bevorzugt
können
die Werte der Koeffizienten All, A1 und A0 wie folgt sein:
A11
= -3,576 × 10-6
A1 = 2,867 × 10-2
A0
= 0,987
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Um
den Arbeitspunkt beizubehalten, ist es folglich erforderlich, ausgehend
von einer Konfiguration, wo n=1 und bei der das Fokussieren der
Elektronenstrahlen korrekt auf den Schirm erfolgt, die Durchmesser ϕVext
der äußeren Löcher 3, 5, 6, 8 der Elektroden
neu einzustellen. Dazu wird die erforderliche Modifikation der vertikalen
Durchmesser ϕVext der äußeren Löcher auf
der Basis des zuvor erhaltenen neuen Koeffizienten mit Hilfe der
folgenden Formel neu berechnet: ϕϕVext
= B11 × n2 + B1 × n
+ B0
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Die
Werte der Koeffizienten B11, B1 und B0 können bevorzugt die folgenden
sein:
B11 = 0,362
B1 = 4,44 × 10-2
B0
= -0,407
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Bei
diesen Formeln
ist n der Koeffizient der identischen, einander
in jeder Elektrode zugewandten Halb-„Superellipsen".
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„DeltaFocus” ist die
Differenz bei Spannungen, die wie zuvor erläutert korrigiert werden sollen.
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ϕϕVext
ist die Variation bei der vertikalen Größe der äußeren Löcher, was es ermöglicht,
das Fokussieren der äußeren Strahlen
neu einzustellen.
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Diese
Beziehungen weisen einen guten Korrelationskoeffizienten auf (R2 = 0,99).
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Gemäß der Erfindung
weisen n und ϕϕVext bevorzugt Werte auf, die in
den folgenden Bereichen von Werten liegen:
- • 0 < n < 2, wobei n von
1 verschieden ist. Insbesondere wird es möglich sein, einen Wert von
zwischen etwa 0,5 und etwa 1,5 zu wählen.
- • -1
mm < ϕϕVext < 1 mm ungeachtet
des Werts von ϕVext, wobei dies so ist für die folgenden
Variationen von DeltaFocus:
- • -300
V < DeltaFocus < 300V.
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6 stellt
Kurven dar für
das Bestimmen des Koeffizienten n der Superellipsen und der Variation
beim vertikalen Durchmesser δϕVext
der äußeren Löcher der
Elektroden. Als Abszisse sind verschiedene Werte des Koeffizienten
n aufgetragen, als Ordinate sind auf der linken Seite verschiedene Werte
von DeltaFocus aufgetragen, und als Ordinate sind auf der rechten
Seite verschiedene Werte von Variationen ϕϕVext
aufgetragen. Die Kurven „Deltafocus" und „ϕϕVext" sind von einer spezifizierten Elektronenkanone
erzeugt worden. Die Null-Ordinatenreferenz entspricht einer Kanone,
für die
die Koeffizienten n der Superellipsen der Elektroden gleich 1 sind.
Um einen spezifizierten DeltaFocus zu erhalten, der hergestellt werden
soll, ermöglicht
die „Deltafocus"-Kurve, den Wert
des Koeffizienten n der „Superellipsen" der Elektroden und
danach den Wert der Modifikation ϕϕVext zum Anwenden
auf die äußeren Löcher der
Elektroden zu erhalten.
