DE69214876T2

DE69214876T2 - Kathodenstrahlröhre/Abtastlaser mit schneller Abtastung

Info

Publication number: DE69214876T2
Application number: DE69214876T
Authority: DE
Inventors: Hugo Johan Cornelissen; Cornelis Johannes Savert; Rosmalen Gerard Eduard Van; Gerardus Arnoldus Her Vrijssen
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1991-05-16
Filing date: 1992-05-08
Publication date: 1997-04-30
Anticipated expiration: 2012-05-09
Also published as: EP0513909B1; US5521464A; DE69214876D1; JPH05258683A; EP0513909A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronenoptische Anordnung mit einer Elektronenstrahlröhre, die in einer Hülle eine Elektronenauftreffplatte, eine gegenüber der Elektronenauftreffplatte angeordnete Elektronenquelle zum Erzeugen eines Elektronenstrahls, eine auf der Innenfläche der Hülle vorgesehene Fokussierungselektrode und Ablenkmittel enthält, die dafür sorgen, daß der Elektronenstrahl die Elektronenauftreffplatte abtastet, wobei die Elektronenstrahlröhre einen Hüllenteil aufweist, der die Elektronenauftreffplatte enthält und einen zylinderförmigen Teil, der die Elektronenquelle enthält, wobei die Fokussierungselektrode vom Vielfachelementtyp ist und auf der Innenfläche des zylinderförmigen Teils angeordnet und durch denselben begrenzt ist.
Für eine Anzahl Anwendungsbereiche, insbesondere diejenigen in Bildwiwedergabeanordnungen, bietet die Elektronenstrahlröhre noch immer einige einzigartige Vorteile, wie einen höheren Lichtertrag, einfache Adressierbarkeit und einen breiten dynamischen Helligkeitsbereich. Für Wiedergabeanordnungen, die ein großes und flaches Bild wiedergeben, sind Projektionssysteme, die drei (monochrome) Projektionsröhren benutzen, interessant geworden.
Für die Zukunft möchte man über (Projektions-) Röhren verfügen, die scharfe Bilder mit mehr Lichtausbeute liefern können. Es gibt spezielle Elektronenstrahlerzeugungssysteme, mit denen man mit einem großen Strahlstrom kleine Spots machen kann. Damit ließe sich das gesetzte Ziel erreichen, wenn der Phosphor diese hohe Beanspruchung (mehr Strahlstrom und höhere Stromdichte) nur bestehen könnte und nicht gesättigt würde, wodurch der Lichtertrag nicht proportional zu dem Strahlstrom zunimmt.
Eine etwaige Lösung wäre, wenn die Abtastfrequenz gesteigert werden könnte (von 16 kHz auf beispielsweise 32 oder 64 kHz). Dies führt jedoch wieder zu anderen Problemen, weil bei hohen Frequenzen die zum Ablenken des Strahls erforderliche Energie so groß wird, daß diese sich nicht mehr länger für das Ablenk(spulen)system eignet.
Die Erfindung hat u.a. zur Aufgabe, eine elektronenoptische Anordnung zu schaffen mit einer Elektronenstrahlröhre, welche die Möglichkeit bietet, mit einem kleinen Spot eine Auftreffplatte mit hoher Frequenz abzutasten. Eine elektronenoptische Anordnung mit einer Elektronenstrahlröhre der eingangs erwähnten Art ist gekennzeichnet durch eine Konstruktion nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1.
Bei einer Elektronenstrahlröhre mit einem derart geringen Halsdurchmesser, kann der Durchmesser des Ablenksystems entsprechend gering sein, so daß die erforderliche Ablenkenergie ebenfalls gering ist und die Verwendung von Abtastfrequenzen, die wesentlich höher sind als 16 kHz kein Problem sein wird. Wesentlich dabei ist jedoch, daß die Spotqualität nicht abnimmt. Dafür wird gesorgt, weil ein Elektronenstrahlerzeugungssystem verwendet wird mit einer Fokussierungslinse, die durch eine auf der Innenfläche des zylinderförmigen Teils vorgesehenen Viele-Elemente- Schichtelektrode gebildet wird.
Eine solche Elektrode ist beispielsweise eine hochohmige Widerstandsschicht mit einer schraubenlinienförmigen Struktur. Die Widerstandsschicht ist dabei als Spannungsteiler wirksam, wodurch die Windungen der Struktur im Gebrauch alle auf einer etwas anderen Spannung stehen. Auf diese Weise kann eine Fokussierungslinse mit wenig Aberrationsfehlern verwirklicht werden. Eine alternative Lösung für eine spiralförmige hochohmige Widerstandsschicht ist beispielsweise eine Struktur mit einer Anzahl einzelner elektrisch leitender Ringe, die mit einem Spannungsteiler verbunden sind.
Die erfindungsgemäße elektronenoptische Anordnung zum Abtasten einer Auftreffplatte mit hohen Frequenzen kann beispielsweise eine monochrome (Projektions)bildröhre sein, oder eine Farbbildröhre vom "Beim-Index"-Typ, oder ein elektronenstrahlgepumpter Laser.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines teilweisen Schnittes durch eine Elektronenstrahlröhre,
Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch einen detaillierteren Teil einer Elektronenstrahlröhre,
Fig. 3 einen schematischen Schnitt durch eine Ausführungsform einer Elektronenstrahlröhre mit dynamischer Korrektur,
Fig. 3 eine elektrische Analogon der dynamischen Korrektur der Elektronenstrahlröhre nach Fig. 3,
Fig. 5 eine Vergrößerung eines Teils der Fig. 3,
Fig. 6 einen Schnitt durch einen Teil einer Elektronenstrahlröhre mit einer alternativen Korrekturmöglichkeit,
Fig. 7 einen Längsschnitt durch einen elektronenstrahlgepumpten Laser, ebenso wie in Fig. 8,
Fig. 9 das Abtasten eines Laserkristalls;
Fig. 10, 11a und 11b, 12a und 12b je einen Schnitt durch den Hals einer Elektronenstrahlröhre, in dem verschiedene Ausführungsformen einer ein Vierpolfeld erzeugenden Struktur vorgesehen sind.
Fig. 1 zeigt eine Elektronenstrahlröhre mit einer Hülle mit einem trichterförmigen Teil 1, einem ebenen oder (einwärts oder auswärts) gekrümmten Bildfenster 2, einer auf der Innenfläche des Bildfensters 2 vorgesehenen Elektronenauftreffplatte in Form eines Phosphorbildschirms 2a. Der trichterförmige Teil 1 ist beispielsweise mit Hilfe einer Pyroceram-Verbindung (die eine Befestigung bei relativ niedrigen Temperaturen ermöglicht) an einem zylinderförmigen Halsteil 3 befestigt. Die Wandstärke des Teils 1 nimmt von einer größeren Dicke auf der Bildschirmseite (beispielsweise 5,5 mm) zu einer geringeren Dicke an dem Ende, das mit dem Halsteil 3 verbunden wird, ab. Dieser letztere Teil hat eine Wandstärke, die zwischen 1 und 3 mm liegen kann, und einen Außendurchmesser, der im Bereich von 7 bis 15 mm liegen kann. Die untere Grenze von 7 mm ist eng verbunden mit den Abmessungen der üblichen thermischen Kathoden. Bei Verwendung beispielsweise eines pn-Emitters kann der Durchmesser des (Röhren)Halses noch kleiner sein als 7 mm, beispielsweise 6 mm außen und 5 mm innen. Auch bei diesen kleinen Abmessungen stellt es sich heraus, daß die nachstehend zu beschreibende "Spirallinse" ein gutes Resultat ergibt. Um den Halsteil 3 ist ein Ablenksystem in Form einer Ablenkeinheit 4 mit entsprechend kleinem Innendurchmesser angeordnet. Zum Vergleich diene, daß der Halsteil einer sog. Minihalsröhre einen Außendurchmesser von 22,5 mm hat. (Bei der erfindungsgemäßen Elektronenstrahlröhre könnte nach Analogie von einer Mikrohalsröhre" die Rede sein).
Die Ablenkeinheit 4 ist mit einem Ablenkgenerator 5 verbunden. Zum Ablenken in zwei orthogonalen Richtungen kann die Ablenkeinheit 4 zwei Spulensysteme aufweisen. In einer alternativen Ausführungsform kann die Ablenkeinheit 4 ein Spulensystem zum Ablenken in der ersten Richtung aufweisen und können in der Röhre Elektroden vorgesehen sein zum Ablenken in einer zweiten Richtung, beispielsweise in der Richtung mit der niedrigen Abtastfrequenz. Es ist sogar möglich, daß die Röhre ausschließlich auf der Innenoberfläche des Halses angebrachte Elektroden aufweist. Das freie Ende 6 des Halsteils 3, in dem strahlbildende Elektroden vorgesehen sind, endet in einem zylinderförmigen Teil 7 mit einem verringerten Außendurchmesser. Auf der des Halses 3 ist eine hochohmige Widerstandsschicht 8 vorgesehen, aus der eine Spiralstruktur gebildet ist, die eine Fokussierungslinse 9 und ggf. eine Vorfokussierungslinse 12 bildet. Zum Zuführen eines statischen Fokussignals zu der Spiralstruktur der Fokussierungslinse 9 sorgen Banddurchführungen 11. Dynamische Korrektursignale für ein einwandfreies Fokussierungsverhalten können auf einfache Weise von draußen mit Hilfe eines auf der Außenwand des Halsteils 3 angeordneten kapazitiven Einkoppelelementes 10 zugeführt werden.
Fig. 2 zeigt den Halsteil einer erfindungsgemäßen Elektronenstrahlröhre mit einer Kathode mit einer emittierenden Oberfläche 26 in detaillierter Darstellung. Dabei sind strahlbildende Elektroden, durch 28, 29, 30 und 31 bezeichnet, auf einer gestuften Innenoberfläche des Halsteils 27 angebracht, 23 bezeichnet die hochohmige Widerstandsschicht und 24 und 25 bezeichnen spiralförmige Fokussierungslinsenelemente.
Gegenüber dem Stand der Technik bedeutet die erfindungsgemäße Elektronenstrahlröhre eine wesentliche Verbesserung beispielsweise in bezug auf die geringen Hals- und Ablenksystemabmessungen in Kombination mit der Leuchtdichte des Elektronenstrahls. Bei einem Außen-Halsdurchmesser von beispielsweise weniger als 13 mm kann der Durchmesser der Fokussierungslinse (der Innendurchmesser) 10 mm betragen. Dieser Durchmesser müßte bei einer Elektronenstrahlröhre nach dem Stand der Technik mit vergleichbaren Spoteigenschaften 4 cm betragen. Eine um einen hals mit einem derartigen Innendurchmesser angeordnete Ablenkeinheit könnte aber Abtastfrequenzen über 16 kHz nicht einwandfrei verarbeiten.
Das Elektronenstrahlerzeugungssystem kann grenzend an den Strahlbildungsteil mit den Elektroden 28, 29, 30 und 31 einen Vorfokussierungsteil aufweisen, der als Spiralform 24 in der hochohmigen Widerstandsschicht 23 ausgebildet ist.
Bei der Herstellung des Elektronenstrahlerzeugungssystems kann auf einfache Weise von einer Glasröhre 15 ausgegangen werden, (in der die hochohmige Widerstandsschicht 23 und die Elektroden 28, 29, 30 und 31 angebracht werden müssen) die durch Erhitzung erweicht und auf einem Dorn angesaugt wird.
Damit beispielsweise HDTV-Bilder mit Hilfe eines CRT-Projektions- Systems erhalten werden, ist es notwendig, genügend Licht (rot, grün, blau) zu erzeugen in Kombination mit dem erforderlichen Auflösungsvermögen. Die Sättigung der Phosphoren (insbesondere des blauen Phosphors), bestimmt die Lichterzeugung (den Lichtertrag) des ganzen Projektionssystems. Die Sättigung bedeutet, daß mehr Strahlstrom erforderlich ist als auf Grund des Lichtwirkungsgrades erwartet werden durfte. Dies führt dazu, daß unter herkömmlichen Umständen das Elektronenstrahlerzeugungssystem mit hoben Spannungen betrieben werden muß und das durch Aufblasen des Spots ein Verlust an Auflösungsvermögen auftritt. Sättigungseffekte des Phosphors steigern nämlich die scheinbare Größe des Spots.
Eine Lösung des obengenannten Problems ist die Vergrößerung der höchsten Abtastfrequenz. Ein üblicher Wert für die Horizontal-Ablenkfrequenz ist beispielsweise 15,625 kHz. Dadurch, daß diese Frequenz gesteigert wird, beispielsweise auf 25 kHz, oder "verdoppelt" wird, beispielsweise auf 32 kHz oder sogar "vervierfacht" auf beispielsweise 64 kHz, wird die augenblickliche je Impuls zugeführte Energie proportional verringert. Insbesondere kann mit einem Phosphor mit einer kurzen Abfallzeit, wie ZnS:Ag, wesentlich mehr Licht erhalten werden, wen die höchste Abtastfrequenz gesteigert wird. (Um einen Faktor 2 mehr ist gemessen worden).
Steigerung der (höchsten) Abtastfrequenz bringt jedoch mit sich, daß wenn keine Maßnahmen getroffen werden, der Energieverbrauch in dem Ablenkspulensystem stark zunimmt, ebenso wie die Rücklaufspannung.
Der erfindungsgemäße Elektronenstrahlerzeugungssystementwurf, der durch einen minimalisierten Halsdurchmesser und ein entsprechend kleines Ablenksystem (das also nahe bei dem Elektronenstrahl liegt) gekennzeichnet wird, löst dieses Problem weitgehend, da das Volumen, das mit magnetischer Energie gefüllt wird, möglichst klein gehalten wird. Bei einem herkömmlichen Bildröhren-Ablenkspulensystem mit einem halsdurchmesser von 22,5 mm sind beispielsweise 81,2 Amperewindungen erforderlich um das Ablenksystem zu betreiben. Bei einem erfindungsgemäßen Bildröhren-Ablenkspulensystem mit einem Halsdurchmesser, der etwa die Hälfte von dem obengenannten Betrag ist, sind nur 32,5 Amperewindungen erforderlich. Es stellt sich heraus, daß der Energieverbrauch um etwa einen Faktor 2,5 niedriger ist. Die Verwendung von Litzedraht für die Ablenkspulen kann zu einer noch weiter verringerten Wärmeableitung führen. Dies alles hat nur dadurch Bedeutung, daß durch die Verwendung einer speziellen Fokussierungslinse trotz des kleinen Halsdurchmessers nach wie vor eine gute Spotqualität erhalten wird. Diese Fokussierungslinse ist im wesentlichen eine Viel-Elemente-Schichtelektrode. Eine Ausführungsform davon ist eine auf der Innenfläche des Halses angebrachte hochohmige Widerstandsschicht mit einer Spiralstruktur. In dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel ist die hochohmige Widerstandsschicht 23 der Fokussierungslinse auf der Innenfläche des einen Endes der Glasröhre 15 angebracht und die aus Blech gebildeten Elektroden 28, 29, 30 und 31 des Strahlbildungsteils an der Innenfläche des anderen Endes der Glasröhre 15 an Stellen mit stufenförmig verlaufendem Durchmesser.
Diese Stellen mit stufenweise verlaufendem Durchmesser werden mit großer Genauigkeit und Reproduzierbarkeit dadurch erhalten, daß ein Röhrenteil auf einem Dornteil angesaugt wird, der in der Längsrichtung einige Male den Durchmesser ändert. Eine Glasröhre 15, wie in Fig. 2 dargestellt, wird beispielsweise durch Ansaugung auf einem aus zwei Teilen bestehenden Dornteil erhalten, wobei diese Teile nach dem Ansaugen in entgegengesetzter Richtung aus dem Glas entfernt werden.
Die Elektroden 28, 29, 30 und 31 können besonders genau angeordnet werden, und zwar dadurch, daß beim Ansaugen in die Glasröhre Anlegeflächen für die Elektroden gebildet werden.
Vorzugsweise werden als Elektroden kurze, gezogene dünnwandige Büchsen verwendet mit Böden, in denen sich zentrale Elektronenstrahldurchlaßöffnungen befinden.
Derartige Büchsen lassen sich auf einfache und genaue Weise herstellen, wodurch der gegenseite Abstand zwischen den Böden und die Konzentrizität der Öffnungen nach Montage auch genau (etwa 5 µm) bestimmt ist. Außerdem passen derartige Büchsen bei Wärmebehandlungen bei niedrigeren Temperaturen sich leicht an die Röhrenoberfläche an.
Spiralförmige Fokussierungslinsen 24 und 25 werden mit einwandfreier Qualität und hoher Durchschlagspannung dadurch erhalten, daß an der Innenwand der Glasröhre 15 eine Schicht angebracht wird, die aus einer stabilen, viskosen, bindemittelfreien Suspension von Rutheniumoxidteilchen und Glasteilchen (Glasemaillepulver) in Isopropanol besteht. Nach Setzung und Trocknung führt dies zu einer 5-10 µm dicken, sich an das Glas heftenden Pulverschicht. Daraus wird durch Erhitzung, wobei das Glaspulver zum Schmelzen gebracht wird, eine hochohmige, rutheniumoxidhaltige Glasschicht 23 mit einer Dicke von einigen µm gebildet. Vor der Erhitzung sind Spiralformen 28 und 29 in der Schicht angebracht.
In der Spiralform beträgt die Steigung beispielsweise 350 µm und die Unterbrechung in der Widerstandsschicht 50 µm. Nach einer Brennbehandlung sind diese Unterbrechungen sehr spannungsfest. (Durchschlagspannung 20 kV/mm).
Die Schicht wird etwa 20 Minuten lang bei 500ºC erhitzt und erhält dadurch einen Widerstand von 10&sup7; Ohm pro Quadrat. Je nach der Menge Rutheniumoxid, der Temperatur und der Dauer des Erhitzungsschrittes kann der Quadratwiderstand zwischen 10&sup4; und 10&sup8; Ohm liegen. Der Gesamtwiderstand der erhaltenen Spirale kann beispielsweise 10 GOhm sein, was bedeutet, daß bei einer angelegten Spannung von 30 kV ein Strom von etwa 3 µA durch die Spirale fließen wird. Die hochohmige, elektrisch leitende Glasschicht der erhaltenen Spirale kann weitere Röhrenbehandlungsschritte bis 400ºC bestehen.
Die hochohmige Widerstandsschicht 23 und die Elektroden 28, 29, 30 und 31 lassen sich verschiedenartig kontaktieren. Es lassen sich beispielsweise dadurch elektrische Verbindungen herstellen, daß schmale, axial verlaufende Metallstreifen in der Röhrenwand angebracht werden. Ein Ende der Streifen ragt dabei )radial) durch ein Loch in der Innenwand um an der Stelle die Elektroden zu kontaktieren. Das andere Ende ragt (axial) an dem flachen Ende der Röhrenstruktur heraus. Dies ist in EP-A 284160 PHN 12.060), die durch Bezeichnung als hierin aufgenommen betrachtet wird, beschrieben.
In dem nicht für die Fokussierungslinse verwendeten Teil der Widerstandsschicht kann ein Vierpolelement strukturiert sein um auf elektrostatischem Weg dem Elektronenstrahl eine längliche Form zu erteilen. Für bestimmte Anwendungsbereiche kann es vorteilhaft sein, mit einem länglichen Spot abzutasten. Eine Alternative ist, den Öffnungen in einer oder mehreren Elektroden des Strahlbildungsteils zu diesem Zweck eine geeignete (nicht kreisunde) Form zu erteilen oder das Elektronenstrahlerzeugungssystem mit einem magnetischen Vierpolelement zu versehen. Gegebenenfalls in Kombination mit einer Vierpolelementstruktur kann in dem genannten Teil der Widerstandsschicht ein Mehrpolelement strukturiert sein um eine Ablenkmöglichkeit zu schaffen.
Es kann notwendig sein, auftretende Bildfehler (insbesondere Bildfeldkrümmung) mit Hilfe dynamischer Fokussierung zu korrigieren. Die Stärke der Elektronenlinse zum Fokussieren des Elektronenstrahls wird als Funktion der Ablenkung, welcher der Elektronenstrahl zu dem Zeitpunkt ausgesetzt ist, eingestellt. Dadurch ist es möglich, die zu dem Zeitpunkt geltende Hauptbildfläche den Bildschirm dort schneiden zu lassen, wo der Elektronenstrahl den Bildschirm trifft. Diese Art und Weise der Korrektur erfordert, in der Steueranordnung eine zusätzliche Schaltungsanordnung vorzusehen zum Erzeugen der genauen dynamischen Fokusspannungen an den Elektroden der Fokuslinse.
Dadurch, daß das Material der spiralförmigen Widerstandsbahn einen derart hohen Widerstand hat (beispielsweise 10 GOhm) ist die RC-Zeit hoch beispielsweise 10 ms). Dadurch gelangt der Effekt einer der Eingangsseite zugeführten dynamischen Fokusspannung kaum in die spiralförmige Widerstandsstruktur. Die Erfindung schafft hier dadurch eine Löslung daß sie eine kapazitive Elektrode 10 (Fig. 1); 41 (Fig. 3) und 49 (Fig. 5) schafft, die durch einen Isolator getrennt um die hochohmige Fokussierungsstruktur liegt. Das Prinzip dieser Lösung wird anhand der Fig. 3 und 4 näher erläutert.
Die hochohmige Widerstandsschicht 40 (Fig. 3) auf der Innenfläche der röhrenförmigen Struktur 39 hat Teile, in denen ein schraubenlinienförmiges Muster 42 vorgesehen ist, und Teile ohne dieses Muster; dies alles derart, daß beim Anlegen einer Spannung ein optimal statisches Fokusfeld, insbesondere in bezug auf minimale sphärische Aberration, erhalten wird. Das dynamische Fokussignal wird einer (röhrenförmigen) Elektrode 41 zugeführt, die aus einem gut leitenden elektrischen Material besteht. Der gegenüber der Elektrode 41 liegende Teil der Innenwand der röhrenförmigen Struktur 40 wird dazu neigen, Potentialänderungen der Elektrode 41 zu folgen. Die Innenwand und die Elektrode 41 können als einen einzigen Kondensator betrachtet werden, von dem nur eine Seite mit der Fokussignalzuführungsleitung und die andere Seite über Spiralwiderstände (R&sub1; und R&sub2;) mit der Außenwelt verbunden ist. Der Kondensator bildet zusammen mit diesen Widerständen ein RC-Netzwerk. Änderungen der Fokussierungsspannungen Vdyn, die (viel) schneller sind als die entsprechende RC- Zeit können nicht ausgedämpft werden und werden über den Kondensator eingekoppelt werden. Das elektrische Analgon wird in Fig. 4 schematisch dargestellt. Darin stellt die Kondensatorplatte C, mit der Zuführungsspannung Vdyn gekoppelt, die in Fig. 3 dargestellte Elektrode 41 dar und die Widerstände R&sub1; und R&sub2; die spiralförmigen Teile der Widerstandsschicht auf der Seite der Kathode 45 bzw. auf der Seite des Schirms 46.
Ein praktisches Beispiel wird anhand der Fig. 5 näher erläutert. In einem spezifischen Fall befindet sich eine Metallelektrode 49 mit einer Länge von 45 mm und einem Durchmesser von 11 mm auf der Außenfläche einer Glasröhre 30 mit einer Wandstärke von 0,6 mm. Auf der Innenfläche ist eine hochohmige Widerstandsschicht 51 angebracht mit einer Spiralstruktur 52, die eine Vorfokussierungslinse bildet und mit einer Spiralstruktur 53, die eine (Haupt)Fokussierungslinse bildet. Die kapazitive Elektrode 49 überspannt den Raum zwischen den Strukturen 52 und 53 und mindestens einen Teil der Struktur 53. Die Kapazität des durch die Innenwand und die Elektrode 49 gebildeten Kondensators ist in diesem Fall etwa 5 pF und der gesamte Widerstand der Spiralstrukturen 0,5 x 10¹&sup0; Ohm, mit einer sich daraus ergebenden RC-Zeit von etwa 240 ms. Dies bedeutet, daß die Innenwand der Röhre allen Spannungsänderungen der Elektrode 49 folgen wird, deren charakteristische Zeit kürzer ist als 100 ms. In der dargestellten Situation werden die statische Fokusspannung Vstst und die dynamische Fokusspannung Vdyn getrennt zugeführt.
Die Elektrode 49 kann dadurch gebildet sein, daß beispielsweise eine Schicht aus elektrisch gut leitendem Material auf der Außenoberfläche einer röhrenförmigen Struktur 50 aufgedampft wird, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist, oder dadurch, daß um eine derartige Struktur 50 ein Metallzylinder angebracht wird. Wenn im letzteren Fall ein magnetisch leitendes Material (beispielsweise Nickeleisen) als Material für den Zylinder genommen wird, kann der Zylinder zugleich als magnetische Abschirmung wirksam sein.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf rotationssymmetrische dynamische Korrekturen. Interessante Möglichkeiten werden geboten, wenn die kapazitive Elektrode nicht-rotationssymmetrisch ausgebildet ist, und zwar dadurch, daß sie bestimmte Elemente wie Löcher, (schräge) Spalte u.dgl. aufweist. Diese Elemente können dazu benutzt werden, dynamische Mehrpolfelder in dem statischen Fokussierungsgebiet zu erzeugen. Auf diese Weise kann man beispielsweise dynamische Dipole (zur Strahlverlagerung) und dynamische Vierpole (zur astigmatischen Korrektur) hinzufügen. Vorzugsweise paßt man die innere hochohmige Widerstandsstruktur an die Korrekturelemente in der äußeren kapazitiven Elektrode an, und zwar mittels eines meander- oder streifenförmigen Musters, das dafür sorgen muß, daß die Leitfähigkeit derjenigen Stellen in der Widerstandsschicht, an denen keine rotationssymmetrischen Korrekturen angebracht werden in rotationssymmetrischer Richtung minimal ist. Vorzugsweise werden diese Korrekturen in dem nicht spiralförmigen Teil der hochohmigen Widerstandsschicht, wie in Fig. 1 dargestellt, durchgeführt. Eine Ausführungsform eines Elementes zur astigmatischen Korrektur ist in Fig. 6 dargestellt. Die Elektrode 54 zur kapazitiven Korrektur weist in diesem Fall Ausnehmungen 55 auf zum Bilden eines nicht-rotationssymmetrischen Elementes. Der unter diesen Ausnehmungen liegende Teil der Widerstandsschicht 56 ist als Meandermuster ausgebildet, dessen Längsrichtung sich parallel zu der Röhrenachse 57 des (Glas)Zylinders 58 erstreckt. Siehe in diesem Zusammenhang auch EP 91200279.7 (PHN 13.238), die durch bezeichnung als hierin aufgenommen betrachtet wird.
Statt der Rutheniumverbindung kann die hochohmige Widerstandsschicht beispielsweise Manganoxid, Nickeloxid, Thalliumoxid u.dgl. enthalten.
Die in dem Elektronenstrahlerzeugungssystem verwendete Elektronenquelle kann eine herkömmliche thermoionische Quelle, wie eine indirekt erhitzte Oxidkathode oder eine Vorratskathode sein.
Die Verwendung eines pn-Emitters als Elektronenquelle kann im Rahmen der Erfindung wesentliche Vorteile bieten. So kann beispielsweise ein pn-Emitter mit einer Oberfläche von 1 µm² einen Strom von 10 µA (=1000 A/cm²) liefern. Dies bedeutet, daß beispielsweise ein Strom von 3 mA erzeugt werden kann durch einen "rechteckigen" pn-Emitter mit einer Breite von 1 µm und einer Länge von 300 µm. Oder durch einen "runden" pn-Emitter mit einem Radius von 50 µm. Die äquivalente Stromdichte einer derartigen Elektronenquelle entspricht durch eine derart günstige Stromverteilung einer herkömmlichen thermoionischen Kathode, die mit einer mehr als zweimal höheren Stromdichte arbeiten würde.
Obenstehend ist eine Anzahl spezifische Konstruktionen in bezug auf ihre Vorteile bei Verwendung in einer elektronenoptischen Anordnung beschrieben, die eine Elektronenstrahlröhre umfaßt mit einer Auftreffplatte, die einen Leuchtschirm aufweist. Aber die genannten spezifischen Konstruktionen können auch von besonderem Vorteil sein in dem Fall, wo die Auftreffplatte einen Laserkristall aufweist. In dem fall ist dann von einem elektronenstrahlgepumpten "abtastbaren" Laser bzw. von einer Laser-CRT die Rede. In dem fall können eine gedrängte Konstruktion, eine hohe Abtastfrequenz, die Möglichkeit elektrostatische Spot-Formgestaltung (elektrostatischer Vierpol zum Schaffen eines länglichen Spots), eine elektrostatische Fokussierung und ggf. eine elektrostatische Ablenkung in nur einer Richtung, oder in zwei orthogonalen Richtungen, von großer Bedeutung sein.
Fig. 7 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch die Hülle 59 eines derartigen elektronenstrahlgepumpten Lasers.
Darin lassen sich fünf Teile unterscheiden:
Einen strahlerzeugenden Teil 61. Dieser umfaßt eine Kathode zum Erzeugen von Elektronen und einen (Trioden) Teil um die erzeugten Elektronen in die Röhre hineinzuziehen.
Einen elektrostatischen Vierpolteil 62 um dem Elektronenstrahl einen länglichen Querschnitt zu erteilen, was zum wirksamen Pumpen von transversal gepumpten Lasern günstig ist. (Für longitudinal gepumpte Laser meistens nicht erforderlich).
Einen Ablenkteil 63. Ein elektrostatisches Ablenkfeld zum Abtasten der Auftreffplatte in nur einer Richtung, oder in zwei orthogonalen Richtungen, kann mittels eines elektrostatischen Vielfachpols erhalten werden, dem Ablenksignale zugeführt werden. Die Ablenksignale werden auf galvanischem oder kapazitivem Weg zugeführt. Gegebenenfalls kann dieser Teil auch Mittel aufweisen um dem Elektronenstrahl einen länglichen Querschnitt zu erteilen. Der Teil 62 kann dann fortfallen.
Einen (zylinderförmigen) Fokussierungsteil 64 der oben beschriebenen Art (mit Vielfachelementen versehene Schichtelektrode aus einem hochohmigen Material), beispielsweise eine Spiralstruktur aus einem hochohmigen Material, angebracht auf der Innenfläche des Hüllenteils 59. Zwecks einer gedrängten Verwirklichung kann der Außendurchmesser ≤ 15 mm sein, wie bei der oben beschriebenen Konfiguration.
Einen Auftreffplattenteil 65. Dieser enthält in diesem Fall eine gestufte Laserkristallhalterung 66. In der Konstruktion der Fig. 7 trägt die Halterung 66 auf jeder der Stufen einen durch Spalten eines größeren Kristalls erhaltenen Kristall 60. Diese Kristalle können Laserstrahlen mit gleicher Wellenlänge erzeugen. Eine interessante Alternative ist, diejenigen Kristalle zu verwenden, die Laserstrahlen mit verschiedenen Wellenlängen (beispielsweise rot, grün, blau) erzeugen. Die Konstruktion nach Fig. 7 eignet sich für den sog. transversalen Modus, wobei ein erzeugter Laserstrahl 67 die Röhre 59 durch ein transparentes Seitenfenster 68 verläßt. Bei einer für den sog. Längsmodus geeigneten Konstruktion verläßt ein durch e-Strahlpumpem eines Laserkristalls 70 erzeugter Laserstrahl 69 die Röhre durch ein transparentes Vorderfenster 71 (aus beispielsweise Saphir). Siehe Fig. 8.
Fig. 9 zeigt nur einen stabförmigen Laserkristall 60, beispielsweise eine epitaxial aufgewachsene doppelte Heterostruktur aus InGaP/InGaAlP, mit einer Höhe von 10 mm und mit einer Breite von 200 µm. Durch Abtastung mit einem Elektronenstrahl e mit einem geringen, länglichen Querschnitt können beispielsweise 1000 Punkte nacheinander angeregt werden, wodurch nacheinander 1000 Laserstrahlen p erzeugt werden. Der Elektronenstrahl e kann sehr schnell über die Oberfläche des Kristalls 60 bewegt werden, beispielsweise mit einer Bitrate im MHz-Bereich. Bitraten über 20 Mbit/s, beispielsweise 100 Mbit/s sind erreichbar. Gegebenenfalls kann die Auftreffplatte eine Anzahl solcher Laserkristalle aufweisen, die gleichzeitig von dem Elektronenstrahl abgetastet werden.
Als Laserkristalle können u.a. III-V doppelte Heterostrukturen oder II-VI Halbleiter-Laserstrukturen verwendet werden. Für das Prinzip siehe: S. Colak, B.J. Fitzpatrick, R.N. Bhargava, J. Crystal Growth 72 (1985), Seite 504.
Anwendungsbereiche, die insbesondere Vorteil haben von den höheren Abtastfrequenzen, welche die Erfindung ermöglicht, sind u.a.:
- das optische Schreiben und Lesen (insbesondere auf und von Band),
- das quasi-parallele Lesen/Schreiben,
- Laserwiedergabeanordnungen mit verbesserter Auflösung.
In dem Fall, wo ein länglicher Spot des Elektronenstrahls auf der Auftreffplatte erforderlich ist, wird die Fokuslinse (beispielsweise die Fokuslinse 9 der in Fig. 1 dargestellten Elektronenstrahlröhre) mit einem nicht-rotationssymmetrischen Linsenelement (Vierpolelement) versehen. Ausführungsformen geeigneter - elektrostatischer - Vierpolelemente sind in EP-A-443 571 beschrieben.
Fig. 10 zeigt schematisch einen Schnitt durch einen Hals einer Elektronenstrahlröhre mit einer auf der Innenfläche angebrachten Schicht 124 aus einem hochohmigen Material, in dem eine Spiralstruktur angebracht ist, die eine Fokussierungselektrode (Fokuslinse) bildet. Ein Teil der Schicht 124 ohne Spiralstruktur ist in vier axiale Segmente 120, 121, 122, 123 aufgeteilt, die je 90º des Umfangs betragen und über einen hohen Widerstand mit der Fokuselektrode verbunden sind. Wenn ein Fokussignal einem Anschlußpunkt der Schicht zugeführt wird, erzeugt das Segmentesystem 120, 121, 122, 123 ein elektrostatisches Vierpolfeld.
Fig. 11a zeigt eine alternative Konstruktion zum Erzeugen eines elektrostatischen Vierpolfeldes in dem Röhrenhals. In diesem Fall ist die hochohmige Schicht über eine bestimmte Länge D (voll beispielsweise 5 mm) unterbrochen. In dem Röhrenhals ist eine zweiteilige rohrförmige metallene Elektrode 125 angeordnet, deren Enden die hochohmige Schicht 124 überlappen. Die einander zugewandten Teile der Elektrode 125 haben eine fingerförmige (oder: zinnenartige) Struktur, derart, daß vier wechselweise vorgesehene Finger am Umfang entlang vorgesehen sind.
Fig. 11b zeigt eine vergrößerte Einzelheit der vierpolfelderzeugenden Konstruktion nach Fig. 11a.
Fig. 12a zeigt eine vergrößerte Einzelheit einer alternativen einer vierpolfelderzeugenden Konstruktion. In dem fall ist die hochohmige Schicht 124 derart konstruiert, daß (beispielsweise durch Anbringung eines Kratzers 126) die Schicht 124 selbst die gewünschte Fingerstruktur bildet.
Fig. 12b zeigt eine vergrößerte Einzelheit einer wieder anderen vierpolfelderzeugenden Konstruktion. In der hochohmigen Schicht 124 ist in diesem Fall ein "welliger" Kratzer 127 statt eines rechteckigen zinnenförmigen Kratzers angebracht um die Fingerstruktur zu erhalten. Ein derartiger Kratzer läßt sich einfacher anbringen. Der Verlauf des Kratzers 127 kann beispielsweise einer sin ψ Funktion entsprechen.
In den letzteren Fällen kann die ein Vierpolfeld erzeugende Konstruktion mit niederohmigen Elektroden kombiniert sein, wie mit den Klemmbändern 128, 129 zum galvanischen Zuführen eines dynamischen Fokussignals. In dem Fall der Fig. 11a kann das dynamische Fokussignal unmittelbar einem der Teile der Elektrode 125 zugeführt werden. In dem Fall der Fig. 10 kann man auf der Außenfläche des Röhrenhalses eine Metallelektrode 130 anbringen mit einer segmentierten Struktur in der hochohmigen Schicht 124. Diese Segmente können mit einem rohrförmigen Teil verbunden sein, dem das dynamische Fokussignal zugeführt wird. Dieses Signal wird auf kapazitive Weise in die hochohmige Schicht 124 eingekoppelt.

Claims

1. Elektronenoptische Anordnung mit einer Elektronenstrahlröhre, die einer Hülle eine Elektronenauftreffplatte, eine gegenüber der Elektronenauftreffplatte angeordnete Elektronenquelle zum Erzeugen eines Elektronenstrahls, eine auf der Innenfläche der Hülle vorgesehene Fokussierungselektrode und Ablenkmittel enthält, die dafür sorgen, daß der Elektronenstrahl die Elektronenauftreffplatte abtastet, wobei die Elektronenstrahlröhre einen Hüllenteil aufweist, der die Elektronenauftreffplatte enthält und einen zylinderförmigen Teil, der die Elektronenquelle enthält, wobei die Fokussierungselektrode vom Vielfachelementtyp ist und auf der Innenfläche des zylinderförmigen Teils angeordnet und durch denselben begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zylinderförmige Teil einen Außendurchmesser von 6 bis 15 mm aufweist, wobei die Ablenkmittel auf der Außen- oder Innenfläche des zylinderförmigen Teils angeordnet und durch dieselbe begrenzt sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrfachelement-Schichtelektrode auf der Innenfläche des zylinderförmigen Teils durch eine hochohmige Widerstandsschicht mit einer spiralförmigen Struktur gebildet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Außenfläche des zylinderförmigen Teils gegenüber wenigstens einem Teil der Widerstandsschicht eine zylinderförmige Korrekturelektrode vorgesehen ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit der äußeren zylinderförmigen Korrekturelektrode ein dynamisches Fokuskorrekturmittel verbunden ist.

5. Elektronenoptische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftreffplatte wenigstens einen Laserkristall aufweist und der Elektronenstrahl den Laserkristall pumpt.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrostatische Fokussierungslinse mit Mitteln zum Erzeugen eines elektrostatischen Vierpolfeldes kombiniert ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Erzeugen eines elektrostatischen Vierpolfeldes in der Mehrfachelement-Schichtelektrode in der Mehrfachelement-Schichtelektrode gebildet sind.

8. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Abtastmittel zum Abtasten der Auftreffplatte in wenigstens einer Richtung in einem Teil der Mehrfachelement-Schichtelektrode gebildet sind.

9. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkmittel mit einem Abtastsignalgenerator verbunden sind zum Liefern eines Abtastsignals mit einer Frequenz, die wesentlich höher ist als 16 kHz.

10. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zylinderförmige Teil eine Wandstärke zwischen 1 und 3 mm hat.

11. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkmittel zwischen der Fokussierungselektrode und der Auftreffplatte vorgesehen sind.

12. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkmittel wenigstens ein den zylinderförmigen Teil umgebendes Ablenkspulensystem aufweisen.

13. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkmittel wenigstens eine auf der Innenfläche des zylinderförmigen Teils vorgesehene Ablenkelektrode aufweisen.

14. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zylinderförmige Teil mittels eines Verbindungsmaterials, das imstande ist bei einer Temperatur unterhalb 400ºC eine Befestigung herzustellen, an dem die Auftreffplatte enthaltenden umhüllenden Teil befestigt ist.

15. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsmaterial ein pyrokeramisches Material ist.