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Verfahren zur Erzeugung eines Lichtbildes mittels einer Glühschirmröhre
Es sind Kathodenstrahlenröhren zur Bildübertragung bekannt, bei denen ein. dünner
Metallschirm durch Erhitzung zufolge des Auftreffens von Elektronen zum Leuchten
gebracht wird. Ein solcher Schirm wird im folgenden mit dem Namen Glühschirm und
eine mit solchem Schirm versehene Kathodenstrahlenröhre mit Glühschirmröhre bezeichnet.
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Die Wirkung dieser Röhren ist übrigens dieselbe wie die von Kathodenstrahlenröhren
mit einem fluoreszierenden Schirm. Es kann ebenso wie bei diesen ein schmales moduliertes
Elektronenbündel durch geeignete elektrostatische oder magnetische Ablenkmittel
in der Röhre bewegt werden, derart, daß es die ganze Bildfläche abtastet und entsprechend
der Modulation des Elektronenstromes verschiedene Helligkeiten am Glühschirm entstehen
läßt. Die Glühschirmröhren haben gegenüber Kathodenstrahlenröhren mit fluoreszierendem
Schirm den Vorteil, daß das Bild auf dem Glühschirm eine genügende Helligkeit haben
kann, um mittels eines Linsensystems vergrößert auf einem Vorführungsschirm projiziert
zu werden.
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In der für eine vollständige Abtastung des Glühschirmes verfügbaren
Zeit wird jedes von Kathodenstrahlen getroffene Schirmteilchen während einer sehr
kurzen Zeit, der Anheizperiode, erhitzt; danach kühlt es während der restlichen
Zeit, der Abkühlperiode, wieder bis auf eine bestimmte Temperatur ab. Liegt die
Temperatur, auf die ein Teilchen nach wiederholter Belastung mit voller Stromstärke
ständig zurückkommt, weit unterhalb der Grenze des sichtbaren Glühens, so geht der
Teil der vom Kathodenstrahlenbündel gelieferten Energie, welcher das Material bei
jeder Abtastung zunächst bis an diese Grenze erhitzt, für die eigentliche Bilderzeugung
verloren, und die Bildqualität wird erheblich schlechter.
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Man hat, um diesen Nachteil zu beseitigen, vorgeschlagen, das Grundniveau
der Temperatur durch eine zusätzliche Erhitzung des Glühschirmes, z. B. mittels
eines elektrischen
Stromes oder durch Bestrahlung, zu heben. Eine
solche Vorerhitzung darf die Temperatur des Glühschirmes niemals höher steigenlassen
als bis auf einen Wert, den die dunlle#. Teile des Bildes höchstens haben dürfen.'"
Wenn dieser z. B. i ooo° und die erforderliche . Glühtemperatur 2400° ist, scr muß
das modulierte Kathodenstrahlenbündel in der Anheizperiode noch einen Temperaturunterschied
von 1q.00° überbrücken.
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Erfindungsgemäß wird der in der Anheizperiode zu überbrückende Temperaturunterschied
in viel stärkerem Maße, als es mit der bekannten Vorerhitzung möglich ist, herabgesetzt.
Zu diesem Zweck wird die Vorerhitzung des Glühschirmes nicht für alle Teilchen des
Schirmes gleichzeitig vorgenommen, sondern es wird diese durch ein zweites, nicht
moduliertes Kathodenstrahlenbündelherbeigeführt, das in demselben Takt wie das bilderzeugende
modulierte Bündel, jedoch mit geringer Phasenverschiebung, den Glühschirm abtastet.
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Dieses Hilfsbündel bringt das Schirmmaterial auf eine solche Temperatur,
daß es ohne weitere Erhitzung für das Auge des Beobachters noch gerade als dunkel
erscheint. Es hat zweckmäßig einen größeren Querschnitt als das bilderzeugende Bündel,
damit letzteres weniger leicht aus der Spur des Hilfsbündels heraustritt.
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Eine Glühschirmröhre nach der Erfindung enthält ein Elektrodensystem,
das zwei bewegliche Kathodenstrahlenbündel erzeugt, von denen das eine moduliert
wird, ohne daß seine Modulation die Beschaffenheit des anderen beeinflußt. Das eine
Kathodenstrahlenbündel verursacht bei seiner Bewegung über den Schirm z. B. einen
Temperatursprung der von ihm getroffenen Teilchen des Glühschirmes von iooo auf
160o°, während das modulierte Bündel bei größter Intensität die Temperatur weiter
auf z. B. 240o° bringt und somit nur einen Temperaturunterschied von 80o° zu überbrücken
hat.
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Wird das modulierte Bündel ausgeschaltet, so entspricht die dann verbleibende,
für das Auge wahrnehmbare Helligkeit des Schirmes nicht der Temperatur von 160o°,
sondern ist viel geringer, weil das Strahlenbündel die Teilchen nur ganz kurz berührt
und nach der Belastung die Abkühlung sofort wieder anfängt. Darum ist mit dieser
wellenfrontartigen Erhitzung des Glühschirmes eine Vorerhitzung der vom bilderzeugenden
Bündel zu treffenden Teilchen bis auf eine höhere Temperatur als bei gleichzeitiger
Erhitzung aller Teilchen möglich.
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In der Glühschirmröhre nach der Erfindung kann demzufolge das bilderzeugende
Strahlenbündel nicht nur eine geringere Energie haben als im Falle, daß gar keine
Vorerhitzung stattfindet, sondern auch eine geringere Energie, .als bei Anwendung
einer 4lauernd wirksamen Erhitzung nötig wäre.
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.- Es hat sich ferner gezeigt, daß das Material besser diese stufenweise
Erhitzung verträgt als eine direkte und schnellere Erhitzung mit einer intensiveren
Belastung durch das modulierte Bündel allein, so daß durch die Anwendung der Erfindung
das Leben der Röhre verlängert wird.
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Die Zeichnung betrifft ein Ausführungsbeispiel einer Glühschirmröhre
nach der Erfindung.
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In Fig. i ist die Röhre schematisch im Querschnitt angegeben.
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Fig. 2 stellt einen Teil der Röhre nach Fig. i dar.
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Die Röhre hat einen Glaskolben i, der die für Braunsche Röhren gebräuchliche
Form eines Zylinders mit trichterartiger Erweiterung besitzt. In dem zylindrischen
Teil des Kolbens befinden sich die Elektroden zur Erzeugung von zwei schmalen, gerichteten
Elektronenbündeln. Das eine Bündel, welches das Bild erzeugen soll, wird von der
Glühkathode 2 emittiert. Die Elektrode 3 bewirkt die Modulation des Bündels, und
das aus einer durchlochten Scheibe 4 und zwei Zylindern 5 und 6 bestehende elektrostatische
Linsensystem dient für die Fokussierung und für die Elektronenbeschleunigung.
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Das zweite Bündel wird von der Glühkathode 22 emittiert. Da es nicht
moduliert zu werden braucht, ist die Elektrode 23 mit der Kathode 22 verbunden.
Für die Fokussierung dient gleichfalls ein elektrostatisches Linsensystem, das aus
der Scheibe 24 und zwei Zylindern 25 und 26 besteht.
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Für jedes der beiden Kathodenstrahlenbündel ist somit eine Elektronenquelle
und eine Sammel- und Beschleunigungseinrichtung in der Röhre vorhanden. Hierdurch
wird eine gegenseitige Beeinflussung der Kathodenstrahlenbündel weitgehendst vermieden.
Vor allen Dingen ist es ausgeschlossen, daß sich die Stromstärkenänderungen des
modulierten Bündels in dem nicht 'modulierten Bündel bemerkbar machen.
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Man hat sich den in der Zeichnung unterhalb der Linie A-B liegenden
Teil der Röhre um 9o° auf der Röhrenachse gedreht zu denken, die Achsen der Zylinder
5 und 25 liegen also nicht in der Zeichenebene, sondern in einer hierzu senkrechten
Ebene.
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Durch ein nicht in der Zeichnung angegebenes magnetisches System können
die beiden Kathodenstrahlenbündel in einer Richtung senkrecht zur Zeichenebene abgelenkt
werden. Für die Ablenkung in einer zur Zeichenebene parallelen Richtung dienen d#'_e
Ablenkplatten
7 und B. Die Röhrenwand ist mit dem üblichen bei i o mit einer Stromzuführungsleitung
in Verbindung stehenden Silberspiegel 9 versehen.
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In dem trichterförmigen Teil der Röhre befindet sich ein Metallrahmen
i i, in dem der Glühschirm 12 mit seinen Rändern befestigt ist. Ein Stromzuführungsleiter
13 wird durch einen Ansatzteil 14 aus dem Glaskolben ausgeführt. Die Stromzuführungsleitungen
der Kathoden 2 und 22 und der Elektroden 3, 4, 23 und 24 sind in dem Quetschfuß
15 luftdicht verschmolzen. Die Stromzuführungsdrähte der Elektroden 5, 6,
25 und 26 und der Ablenkplatte 7 und 8 sind seitwärts durch die Wand ausgeführt.
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In an sich bekannter Weise können die durch das Elektrodensystem erzeugten
und fokussierten schmalen Kathodenstrahlenbündel, die den Glühschirm 12 an zwei
nebeneinanderliegenden Stellen treffen, in der Röhre bewegt werden, derart, daß
die Treffpunkte der Bündel sich auf dem Schirm in parallelen Linien, den Abtastlinien,
bewegen, in einer Zeit von z. B. 0,04 Sek. den ganzen Schirm durchlaufen und dann
von neuem ihren Lauf über den Schirm anfangen, so daß dieser in i Sek. 25 mal abgetastet
wird. Das von der Kathode 2 emittierte Bündel eilt dem von der Kathode 22 emittierten
Bündel in möglichst geringem Abstande nach. Beim Rücklauf ist, wie üblich, der Strom
durch ein z. B. an den Zylindern 5 und 25 angelegtes negatives Potential unterbrochen.
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Während das modulierte Bündel am Schirm einen Durchmesser von z. B.
0,3 mm hat, kann das nicht modulierte Bündel, wie bereits oben gesagt, einen größeren
Durchmesser haben. Letzteres kann z. B. doppelt so groß wie das erstgenannte sein.
Das nicht modulierte Bündel bringt jedes von ihm getroffene Teilchen des Glühschirmes
zum Glühen, jedoch nicht so stark, daß dieses Glühen durch das Auge als eine störende
Aufhellung des Schirmes empfunden wird. Je nachdem die Stromstärke des modulierten
Bündels größer oder kleiner ist, wird jedes vom Hilfsbündel bereits vorerhitzte
Schirmteilchen durch das bilderzeugende Bündel zu einer höheren Glühtemperatur gebracht,
bei der größten vorkommenden Stromstärke und bei einem Glühschirm aus Wolfram z.
B. auf eine Temperatur voll 2400'. Durch eine geeignete Modulation des bilderzeugenden
Bündels mittels der Steuerelektrode 3 wird die Aufhellung derart variiert, daß ein
Lichtbild auf dem Schirm entsteht. Von dem Glühschirm kann dieses Lichtbild mittels
eines optischen Systems in der von den Kathoden abgewandten Richtung auf einen Vorführungsschirm
projiziert werden. Der Schirm kann aus einer geschlossenen Wolframfolie mit einer
Dicke von z. B. i Mikron oder aus einer perforierten Folie aus Wolfram oder aus
einem anderen hochschmelzenden Metall mit größerer Dicke bis 6 Mikron bestehen,
wie dies bereits vorgeschlagen worden ist. Die Erfindung beschränkt sich aber nicht
auf eine bestimmte Form oder Beschaffenheit des Glühschirmes.
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Das Hilfsbündel muß so gerichtet sein, daß sein Treffpunkt auf dem
Schirm nahe vor dem Treffpunkt des modulierten Bündels liegt. Um die Lage eines
der Treffpunkte verändern zu können, werden zweckmäßig Korrektionsmittel vorgesehen.
Im Ausführungsbeispiel ist, wie in Fig.2 ersichtlich, zu diesem Zweck der Zylinder
26 in Quadrante geteilt, die von kleinen Isolatoren 16, 17, 18
und 19 getrennt werden. Jeder Quadrant hat seinen eigenen Stromzuführungsleiter,
so daß kleine Spannungsunterschiede angelegt werden können, durch welche sieh das
Kathodenstrahlenbündel. ausrichten läßt.