Verfahren zur Erzielung hoher Tiefenschärfen bei der elektronenoptischen
Abbildung in Hochvakuumkathodenstrahlröhren mit schräg stehendem Bildschirm, insbesondere
bei Projektionsröhren Beim Betrieb von Kathodenstrahloszillographen, Braunschen
Röhren oder Fernsehsende- und -empfangsröhren liegt es im Interesse einer guten
Lichtausbeute, wenn man den Leuchtschirm auf einer -iNietallplatte aufbringt und
den Fluoreszenzfleck von der gleichen Seite her beobachtet, von der der Kathodenstrahl
einfällt. Die Vorteile einer solchen Anordnung liegen in dem definierten Potential,
auf dem sieh die Leuchtsjubstanz befindet, und dem dadurch bedingten Helligkeitsgewinn,
außerdem idarin, daß die Schirmdicke nicht mehr so kritisch ist wie bei Röhren,
bei denen das Fluoreszenzlicht den Schirm selbst durchsetzt, und zum dritten ist
es ein Vorteil, daß die Strombilanz des Letichtschirms nicht mehr durch Sekundäremission
allein bedingt wird. Der Nachteil solcher Schirme beruht darin, daß man sie unter
etwa 45' zur Kathodenstrahlachse ge-23 neigt aufbauen muß, uni das Licht seitlich
vom Elektrodensvstein aus dein Kathodenstrahlrolir austreten zu lassen. Denn das
hat zur Folge, daß der Katliodenstrahl im abgelenkten Zustand verschieden lange
Weg strecken zwischen der elektronenoptischen Hauptlinse und dein Leuchtschirm zurücklegen
muß, so daß das elektronenoptische Svstem außerordentlich große Tiefenschärfe haben
muß, um den Anforderungen gewachsen zu sein. Fig. i zeigt den Strahlengang für verschiedene
Ablenkungen. Die von der Kathode i ausgehenden Elektronen werden durch eine in der
Ebene 2 liegende Linse gebündelt und vereinigen sich in unab,-elenktein Zustande
in PUnkt 3 auf dem schräg gestellten Schirm -f. Wird der Strahl nach oben
abgelenkt, so vereinigen sich die E lektronen in bl
Punkt
_#, und auf dein Schirrn entsteht eine Streuellipse mit dem großen Durchmesser().
Bei
Ablenkung nach unten entsteht eine StreuelliPse7. Das einzige bisher bekannte elektronenoptische
System mit einer Tiefenschärfe. die den Anforderungen genügt, ist b el ein
gaskonzentrierter Fadenstrahl, und tatsächlich sind bisher schräge Leuchtschirme
allein in gaskon7entrierten Röhren arigewendet worden. Im Falle von Hochvakuumröhren
mit sogenannter ruhender Elektronenoptik reicht die Tiefenschärfe der Elektronenoptil,
nicht hin. tun schräge Leuchtschirme zu verwenden. Speziell iin Falle von magnetisch
abgelenkten Röhren werden die Aperturwinkel derartig groß, daß die elektronenoptische
Tiefenschärfe auf einen sehr kleinen Wert sinkt.Method for achieving high depths of focus in electron-optical imaging in high-vacuum cathode ray tubes with an inclined screen, especially in projection tubes When operating cathode ray oscillographs, Braun tubes or television transmission and reception tubes, it is in the interest of a good light yield if the fluorescent screen is attached to a rivet plate observed the fluorescent spot from the same side from which the cathode ray is incident. The advantages of such an arrangement lie in the defined potential on which the luminous substance is located and the resulting gain in brightness, also in that the screen thickness is no longer as critical as with tubes in which the fluorescent light penetrates the screen itself, and for third, it is an advantage that the current balance of the light screen is no longer caused solely by secondary emissions. The disadvantage of such screens is that they have to be set up at an angle of about 45 'to the cathode ray axis in order to allow the light to emerge from the cathode ray roll to the side of the electrode stone. Because this has the consequence that the cathode ray in the deflected state has to cover different distances between the electron-optical main lens and your luminescent screen, so that the electron-optical system must have an extraordinarily large depth of field in order to be able to cope with the requirements. Fig. I shows the beam path for various deflections. The electrons emanating from the cathode i are bundled by a lens located in the plane 2 and unite in an independent state in point 3 on the inclined screen -f. If the beam is deflected upwards, the electrons combine in bl point _ #, and a scattering ellipse with a large diameter () is created on your table. If it is deflected downwards, a scatter tip 7 is created. The only known electron optical system with a depth of field. which meets the requirements, b el is a gas concentrated narrow beam, and actually oblique phosphor screens have been arigewendet alone in gaskon7entrierten tubes before. In the case of high vacuum tubes with so-called static electron optics, the depth of focus of the electron optics is not sufficient. do use inclined fluorescent screens. Particularly in the case of magnetically deflected tubes, the aperture angles become so large that the electron-optical depth of focus drops to a very small value.
Das einzige für Hochvakuumröhren bekanntgewordene -Mittel besteht
in einer -Modulation der Brechkraft der Elektronenoptik, so daß in Abhängigkeit
vom Ablenkwinkel die elektronenoptische Linse ihre Brechkraft ändert und diese immer
einen solchen Wert hat, daß die Elektronenquelle an jeder Stelle des schrägen Leuchtschirmes
scharf abgebildet wird. Aber stets und besonders bei Hochleistungsröhren mit Spannungen
von 4o ooo Z> e bis So ooo #' sind die zur Folzussierung erforderlich#zri,
Amperewindungen bereits so groß (.2ooo bis 3000'.,#.mperewinduiigen), daß eine 2Jodulation
des fokussierenden Feldes technisch untragbar wird.The only known means for high vacuum tubes consists in modulating the refractive power of the electron optics, so that the refractive power of the electron optical lens changes depending on the deflection angle and this always has a value such that the electron source is shown sharp at every point on the inclined fluorescent screen. But always and especially with high-performance tubes with voltages of 4o, ooo Z> e to So ooo # ', the # zri, ampere-turns necessary for folzussierung are already so large (.2ooo to 3000'., #. Mperewinduiigen) that 2iodulation of the focusing field becomes technically unsustainable.
Andererseits besteht in den Fällen, in denen man unter Inkaufaahme
eines großen .i#,tifwandes auf der elektronenoptischen Seite zu hellen Leuchtschirmbildern
kommen will, um sie mit lichtoptischen Mitteln auf große Bildschirme züi projizieren,
das unbedingte Bedürfnis nach einer möglichst guten Fluoreszenzlichtausnutzung,
so daß die Vorteile eines sclirä,- gestellten und in Aufsicht betrachteten Metalleuchtschirrns
unter allen Umständen ausgenutzt werden müssen und di'e Tiefenschärfe also erhöht
werden muß.On the other hand, there is in the cases in which one is under acceptance
a large .i #, tif wall on the electron-optical side to bright fluorescent screen images
wants to come and project them onto large screens using optical means,
the absolute need for the best possible use of fluorescent light,
so that the advantages of a metal lampshade placed separately and viewed under supervision
must be exploited under all circumstances and the depth of field is increased
must become.
Die Erfindung weist einen vom bisher Bekannten gänzlich verschiedenen
Weg auf, die Tiefenschärfe des elektronenoptischen Systems so groß zu machen, wie
die Schrägstellung des Leuchtschirins fordert. Es wird dabei von der Tatsache Gebrauch
gemacht, daß die elektronenoptischen Gesetze unter gewissen Umständen ihre strenge
Gültigkeit verlieren. Es ist bereits bekannt, daß die Begrenzungsfläche eines durch
eine Elektronenlinse hindurch-egangenen Strahlbündels verformt t' _# 23 wird, wenn
sehr linlie Strorndichten im Strahl vorliegen. Ein normalerweise nach Art eines
Z,
Kegels konver.-Iierendes Bündel wird auf die Weise zu einem schlauchförmigen
Gebilde ausgezogen. Es ist angegeben worden, diese 1121 el Erscheinung für eine
ErhÖh#LIng der Ablerikt' z# empfindlichkeit nutzbar zu machen. Erfindungsgemäß wird
sie zur der Tiefenschärfe der Elektronenoptik in einer Röhre mit sclirä,- stehendem
Bildschirrn henutzt, indem der Abstand der Bildebene von der Linsenhauptebene größer
als die eIcktronenoptisch errechnete Bildwe:te gewählt Z,
und das Querschnittsminirnuin
des Strahlbündels dennoch in die Bildebene verlegt wird durch Anwendung hoher Stromdichten
irn Strahl und Verwendung eines Strahlerzeu-,gung-ssYsteins, das bei kleinen StrahlstrÖmen
kleine und bei großen Strahlströnien große Öffnungswinkel des Bündels ergibt.The invention has a completely different way from the previously known way of making the depth of field of the electron-optical system as great as the inclination of the luminous screen requires. Use is made of the fact that the electron-optical laws lose their strict validity under certain circumstances. It is already known that the boundary surface of a beam that has passed through an electron lens is deformed if very linear flow densities are present in the beam. A bundle which normally converges in the manner of a Z cone is drawn out in this way to form a tubular structure. It has been stated that this phenomenon can be used to increase sensitivity. According to the invention, it is used for the depth of field of the electron optics in a tube with a vertical image frame, in that the distance between the image plane and the main lens plane is selected to be greater than the image values calculated using the electron optics , and the minimum cross-sectional area of the beam is nevertheless shifted into the image plane Use of high current densities in the beam and use of a radiation generator, which results in small beam angles for small beam currents and large beam angles for large beam currents.
In Fig. 2 sind die Verhältnisse schumatisch dargestellt. Bei hinreichender
Stroindichte des Katliodenstrahlbüschels verläuft rlas lZathodenstrahlbüschel nicht
inehr innürlialb eines Kegels, sondern die Kontur des Büschels wird -ekrümmt, wie
es in der Fi(X'. 2 bei S
t' el und 9 angedeutet ist, da die elektrostatischen
Z,
und elektrodynarnischen Kräfte zwischen den einzelnen Elektronen so groß
werden, daß der Strahlverlauf nicht mehr durch die elektronenoptischen Felder allein
bedingt wird. Diese ."e#enseitigen Kräfte der Stralilelelztroiiui-i # t' sind bei
festgehaltener Elektronen-#,#chwindigkeit um so größer, je größer die Stromdichte
ist. Man sieht närn-lich, daß dieses Büschel einen ziemlich aus-edehnten Bereich
io-ii hat, in dem sein Otierschnitt konstant ist. #dan sieht außerdem, daß der Bereich
des
minimalen Strahlquerschnitts -O,-enül)er der ursprünglichen Fokuslage
von der Linse weg verschoben ist. Wenn nian im Gegensatz hierzu die Elektronenoptik
bei 2 so schwach brechend machen würde, daß der normale Folzus bereits bei 12 liegt,
so ergibt sieh der Bereich des vorgeschriebenen kleim:ii Büschelquerschnitts viel
kürzer. als er ini eben 1)cschrieberien Fall großer 1,-#troindichte ist. fin einen
Falle liegt er jo-ii, 1111 anderen zwischen 13-1-1- Diese Tat-sache
allein würde einen schräg gestellten Leuchtschiriii noch nicht ermöglichen, da beini
dulieren des Kathodenstrahls die Stralilkontur aus der gekrümmten Kurve8
in die gerade Liiiie15 übergeht, und infolgedessen in dein Bereich zwischen i und
i-1 der Zerstreuungskreis des elektronenoptischen Fokus außerordentlich große Veränderungen
durchmachen würde. Der Radius des Zerstrctitiii,zskreises würde schwanken zwischen
den in der Figur eingetragenen Werten 12-16 und 12-17.
Um diesem Übelstand
abzuhelfen. wird von einer Eigenschaft gittergesteuerter Glühelektronenentladun,-en
Gebrauch gemacht, die in der Fi-. 3 dargestellt sind. Hier ist bei i eine
durch einen Wehneltzvlinder 18 oder ein ähnliches Steuerelement gesteuerte Glühelektrode
dargestellt.
Bei 2-2' liegt eine elektronenoptische Linee, die die bei i einittierten Glühelektronen
im Punkte 3 fokussiert. Während man nun mittels des Wehneltzvlinders die
Stromstärke steuert, variiert erf#hrungsgemäß neben der Stromdichte auch noch die
Büschelkontur des emittierten Kathodeiistrahl,büschels, und zwar liegt für geringen
Strahlstrom der Kathodenstrahl innerhalb des Winkels a, während er für großen Strahlstrom
innerhalb :des Winkels ß liegt. Mithin wird die Tiefenschärfe bei kleinen Stromstärken
-roß und bei großen Strahlströmen klein. Kombiniert mandiese Eigenschaft mit der
oben erörterten Abweichung von den elektronenoptischen Gesetzen bei großer Stromdichte
so ist eine Anordnung möglich, die die angestrebte Tiefenschärfe garantiert.In Fig. 2 the relationships are shown schematically. With sufficient Stroindichte of Katliodenstrahlbüschels RLAS lZathodenstrahlbüschel does not pass inehr innürlialb a cone, but the contour of the tuft is -ekrümmt, as shown in Fi (X el '. 2 in S t' and is indicated 9, since the electrostatic Z, and elektrodynarnischen forces between the individual electrons are so large that the beam path is no longer solely determined by the electron-optical fields This "e # enseitigen forces of Stralilelelztroiiui-i # t 'are at a fixed electron -.. #, # chwindigkeit greater, depending greater the current density. it can be seen närn-lich that said tufts has a rather edehnten from area io-ii, where its Otierschnitt is constant also #dan sees that the range of the minimum beam cross-section -O, -enül) it. If, in contrast to this, nian would make the electron optics at 2 so weakly refractive that the normal follow-up is already at 12, so see the area of the prescribed kleim results in: ii tuft cross-section much shorter. when he was just 1) cschrieberien the case of a large 1, - # troindensity. In one case it lies between 13-1-1 and 1111 others between 13-1-1- This fact alone would not make an inclined luminous screen possible, since when the cathode ray is modulated, the line contour changes from the curved curve8 into the straight line15, and as a result, in the area between i and i-1, the circle of confusion of the electron optical focus would undergo extraordinarily large changes. The radius of the circle of destruction would fluctuate between the values 12-16 and 12-17 entered in the figure. To remedy this evil. is made use of a property of grid-controlled glow electron discharge, which is described in FIG. 3 are shown. A glow electrode controlled by a Wehneltzvlinder 18 or a similar control element is shown here at i. At 2-2 'there is an electron-optical line that focuses the glow electrons emitted at i at point 3 . While the current intensity is now controlled by means of the Wehneltzvinder, experience has shown that in addition to the current density, the tuft contour of the emitted cathode beam also varies, namely for a low beam current the cathode beam lies within the angle α, while for a large beam current it is within: the angle ß lies. Consequently, the depth of field becomes large with small currents and small with large beam currents. If this property is combined with the above-discussed deviation from the electron-optical laws in the case of a high current density, an arrangement is possible which guarantees the desired depth of field.
Die Fig. 4 stellt die erfindungsgemäßen Verhältnisse zeichnerisch
dar. Hier liegt wieder bei 2 die Elektronenoptik, während ig die Spux des schräg
gesteUten. Leuclitschirms darstellt. Die Glühkathode des Braunschen Rohres wird
durch die Elektronenoptik:2 in dem Punkt 3 abgebüdet. Bei niedrigen Strom'-dichten
liegt das Kathodenstrahlbüschel zwischeu den Geraden 2o und 2 1, und die Slyur des
Kathodenstrahlkegels auf dem Leilchtschirm ig liegt zwischen den Punkten:2:2 und
:23, so daß die Strecke 22-23 den Spurkreisdurchrnesser ailgibt. Im Falle
großer Stromdichte liegt das Kathodenstrahlbündel zwischen den Geraden 294 und
25, so daß, falls die Elektronenoptik allein für die Folzussierung maßgebend
wäre, der Spurlzreisdurchmesser gleich der Strecke 26-27 wird. Da aber im
Falle großer Stromdichte zu den elektronenoptischen Gesetzendie abstoßenden Kräfte
der Elektronen kommen, artet die Kontur des Büschels in die KurveS-9 aus, deren
Spurkreisdurchmesser aufdem Leuchtschirm gleich der StreCke28-29 wird. Wie mansieht,
ist bei geeigneter Stromdichte und Linsenbrechkraft die Strecke 28-29 und die Strecke
222-23 von angenähert gleicher Größe, el c
und die Spurkreise -würden
sich auch nicht wesentlich ändern, wenn die Bildebene in die schraffierten Randzonen
3o bzw. 31 verlegt würde. Man sieht,daß es auf diese Weise mit einer Optik
von an sich zu großer Brechkraft und gleichzeitiger'Anwendung extrem hoher Stromdichten
möglich ist, die Tiefenschärfe des elektronenoptischen Slystems durch das ganze
Aussteuerintervall hindurch auf ein bestimmtes und gefordertes Maß zu bringen.4 shows the relationships according to the invention graphically. Here again, the electron optics are at 2, while the spux of the obliquely gesteUten. Representing leuclite screen. The hot cathode of the Braun tube is depicted by the electron optics: 2 in point 3. At low current densities, the cathode ray bundle lies between the straight lines 2o and 2 1, and the curve of the cathode ray cone on the screen lies between the points: 2: 2 and: 23, so that the line 22-23 gives the track circle diameter. In the case of a high current density, the cathode ray bundle lies between the straight lines 294 and 25, so that if the electron optics alone were decisive for the follow-up, the track circle diameter is equal to the line 26-27 . Since, however, in the case of a high current density, the repulsive forces of the electrons come in addition to the electron-optical laws, the contour of the tuft degenerates into curve S-9, the track diameter of which on the luminescent screen is equal to the path 28-29. As can be seen, with a suitable current density and lens refractive power, the line 28-29 and the line 222-23 are of approximately the same size, el c and the track circles would not change significantly if the image plane was moved to the hatched edge zones 3o and 31, respectively would. It can be seen that in this way it is possible, with optics with an inherently too high refractive power and simultaneous application of extremely high current densities, to bring the depth of focus of the electron-optical system to a certain and required level throughout the entire control interval.
elel