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Anordnung zur Erzeugung eines Elektronenbrennflecks auf dem Schirm
einer Kathodenstrahlröhre Die Erfindung betrifft eine Elektronenstrahlröhre, in
der ein durch ein Elektronenlinsensystem gebündelter Elektronenstrahl über einen
Schirm abgelenkt wird. Bei bekannten Kathodenstrahlröhren werden Elektronen von
.einer Kathode ausgesandt und gebündelt gegen einen Schirm beschleunigt, der in
der Röhre angeordnet ist. Die Bündelung geschieht durch eine sogenannte Elektronenlinse.
Dabei können elektrostatische und elektromagnetische Elektronenlinsen verwendet
werden. Weiterhin sind in solchen Röhren Mittel vorgesehen, um den Strahl von seinem
geradlinigen Weg abzulenken, so daß er auf irgendeinen gewünschten Punkt der Röhrenoberfläche
oder eines in der Röhre angeordneten Schirms fällt. Die Ablenkmittel können z. B.
aus zwei Paaren jeweils zueinander paralleler Platten bestehen, zwischen .denen
der Strähl hindurchgeht, wobei das eine Plattenpaar im rechten Winkel zu dem anderen
angeordnet ist. Durch Anlegen geeigneter Spannungen an die Platten wird
der
Strahl entsprechend dem elektrostatischen Feld von seinem geraden Weg abgelenkt.
Ein anderes Ablenksystem besteht aus einer Anzahl elektromagnetischer Spulen, die
üblicherweise außerhalb des Röhrenkolbens angeordnet sind und bei denen die Ablenkung
durch geeignete Ströme, die durch sie hindurchfließen, bewirkt wird.
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Das Elektronenlinsensystem bündelt den Strahl derart, daß die Elektronen
in einem bestimmten Abstand von der Kathode auf einem kleinen Brennfleck zusammenstreben.
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Die Ablernkplatten oder Spulen schwenken den Brennfleck über einen
Teil einer Kugeloberfläche, deren Mittelpunkt etwa im Mittelpunkt des Ablenksystems
liegt.
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Eine derartige Anordnung ist oft unbefriedigend, da in gewissen Kathodenstrahlröhren,
insbesondere solchen, die für Fernsehsendezwecke benutzt werden, ein ebener Schirm
abgetastet werden soll, dessen Normale in einem Winkel gegen die Richtung des unabgelenkten
-Elektronenstrahls steht, der bis zu 45° betragen kann..Wenn ein solcher Schirm
von dem Elektronenstrahl abgetastet wird, ist aus ,dem Obengesagten ohne weiteres
klar, daß die Querschnittsfläche des Strahls -an der Stelle, wo dieser auf den Schirm
auftrifft, sich bei der Bewegung des Strahls über den Schirm ändert, daß also die
Größe des Abtastpunktes auf dem Schirm an verschiedenen Stellen des Schirms verschieden
ist.
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Dies ist bei Betrachtung der Abb. i klarer zu erkennen. Hier ist schematisch
ein Teil einer Kathodenstrahlröhre der oben gekennzeichneten Art dargestellt. Innerhalb
des Kolbens 2: dieser Röhre ist ein Schirm i angeordnet, der durch einen Elektronenstrahl
3 einer nicht gezeichneten Elektronenschleuder abgetastet wird. In der nicht abgelenkten
Lage 3d ist der Strahl auf den!Punkt7 des Schirms i fokussiert. Elektroden 4 und
5 sind zur Ablenkung des Strahls über den Schirm innerhalb der Papierebene der Zeichnung
vorgesehen. Der Elektronenstrahl wird um den Mittelpunkt der Ablenkplatten 4, 5
geschwenkt, so ,daß der Brennpunkt des Strahls 3 einen Kreisbogen beschreibt, der
durch die punktierte Linie 6 dargestellt ist. Es ist klar ersichtlich, daß der Strahl
in :den Lagen 3b und sc nicht auf dem Schirm i fokussiert ist, sondern bei 8 bzw.
g einen größeren Querschnitt besitzt als bei 7.
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Der gleiche Nachteil tritt bei Kathodenstrahlröhren auf, in denen
ein Elektronenstrahl auf einen Fluoreszenzschirm folcussiert werden soll, der eben
ist oder dessen Krümmungsmittelpunkt nicht mit dem Mittelpunkt des Abtastsystems
zusammenfällt.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden. Eine weitere
Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei Kathodenstrahlröhren mit elektrostatischem
Ablenksystem zu vermeiden, daß .durch das elektrische Feld derAblenkplatten die
Fokussierung der Elektronenlinse in verzerrendem Sinn beeinflußt wird. Es soll also
die Brennweite der Elektronenlinse unabhängig von dem augenblicklichen Potential
der Ablenkplatten gemacht werden.
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In Abb. 2 ist eine andere bekannte Art von Elektronenentladungsröhren
dargestellt, bei der ein ganzes, durch Elektronenlinsen erzeugtes Elektronenbild
über einen Schirm ,abgelenkt wird. Eine solche Anordnung enthält eine lichtelektrisch
empfindliche Oberfläche io, auf der ein optisches Bild des zu übertragenden Gegenstandes
,durch eine Linse i i erzeugt, wird. Die von der Oberfläche io ausgesandten Fotoelektronen
werden auf einen mit einer Öffnung 13 versehenen Schirm 12 fokussiert, so däß ein
Elektronenbild darauf entsteht. Dieses Elektronenbild wird über die Öffnung 13 =hinweggeschwenkt,
so daß die Öffnung 13 das ganze Elektronenbild Punkt für Punkt abtastet. Nur die
Fotoelektronen, :die durch die Öffnung 13 hindurchtreten, werden zur Erzeugung,des
zu übertragenden Bildsignals ausgenutzt.
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Eine Spule 1.q., die ein gleichmäßiges und konstantes magnetisches
Feld in der mittleren Bewegungsrichtung der Elektronen erzeugt, wird üblicherweise
zur- Fokussierung bei derartigen Anordnungen benutzt. Dabei werden -die Elektronen
durch eine geeignete positive Vorspannung des Schirms 12 gegen .diesen hin beschleunigt.
Die Öffnung 13 befindet sich üblicherweise im Mittelpunkt des Schirms 12, und sowohl
der Schirm 12 wie die Kathode io bestehen aus ebenen, zueinander parallelen Platten,
wobei das magnetische Fokttssierungsfeld senkrecht auf diesen Plattenebenen steht.
Ein Metallzylinder 15, der üblicherweise :durch Metallisierung der Röhrenwandung
hergestellt wird, ist so angeordnet, daß er zwischen beiden Platten io und 12 bis
nahe an deren Ränder hinreicht. Dieser Metallzylinder besitzt einen hohen Widerstand
und dient dazu, einen konstanten Potentialgradienten in dem Raum zwischen der Oberfläche
i(o und dem Schirm 12 herzustellen.
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Die Elektronen, die das Bild auf dem Schirm 12 erzeugen, führen eine
schraubenlinienförmige Bewegung aus, die man zerlegen kann in eine kreisförmige
Bewegungskomponente um die Kraftlinien herum und eine geradlinige Bewegung längs
der Kraftlinien. Die Flugzeit der Elektronen von der Platte io zur Platte 12 hängt
von _dem Abstand und der Potentialdifferenz zwischen den beiden Platten ab, ist
aber unabhängig von dem Weg, den das einzelne Elektron zurücklegt. Die Zeit, .die
ein Elektron braucht, um unter dem Einfluß des magnetischen Feldes eine Umdrehung
durchzuführen, ist umgekehrt proportional zum Linienintegral der magnetischen F-elidstärke
längs seines Weges zwischen den Platten. Im unabgelenkten Zustand des Elektronenbildes
hat dieses Linienintegral für alle Elektronen -denselben Wert, und es kann daher
durch geeignete Wahl der magnetischen Feldstärke und der beschleunigenden Potentialdifferenz
bewirkt werden, @daß im unabgelenkten Zustand alle Elektrogen sich um denselben
Winkel gedreht haben (sie mögen z.B. alle gerade eine volleUmdrehung durchgeführt
haben). Unter diesen Bedingungen wird ein fokussiertes Elektronenbild auf .dem Schirm
12 erzeugt.
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Nach der oben erläuterten Wirkungsweise der Fokussierungsspule 14
ist ohne weiteres einzusehen, daß sowohl das magnetische als auch das elektrostatische
Feld
für die Fokussierung der Elektronen notwendig ist. Wenn nun das Elektronenbild zum
Zweck der Abtastung durch geeignete Mittel, .die elektrostatischer oder elektromagnetischer
Natur sein können, abgelenkt wird, ändert sich das Linienintegral und damit der
während ihres Weges zwischen den Platten io und 12 durchlaufene Um-@drehungswinkel
der Elektronen (als Beispiel für die Ablenkmittel sind in .der Zeichnung Ablenkspulen
dargestellt, von denen das eine Paar 16, 17 im Querschnitt und die Linien des anderen
Paares 18 in Ansicht hinter dem Röhrenhals punktiert gezeichnet erscheint). Da .die
Zeit des Übergangs eines Elektrons von der Platte io zur Platte 12 sich nicht geändert
hat, ist .das Elektronenbild nicht mehr fokussiert. Anders betrachtet kann man sagen,
daß die Defokussi-rung darauf beruht, daß der fotoelektrisch aktive Schirm ro nicht
die Form einer gekrümmten Oberfläche hat, deren Krümmuugsmittelpunkt in der Öffnung
13 liegt. Auch dieser Fehler der bekannten Kathodenstrahlröhre kann durch die Erfindung
vermindert oder beseitigt werden.
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Durch die Erfindung werden Mittel angegeben, um eine elektrische Spannung
zu erzeugen, die sich mit den Schwingungen, die zur Ablenkung der Elektronen über
dem Schirm dienen, ändert und die dazu benutzt wird, die Brennweite der Elektronenlinse
in Abhängigkeit von der Ablenkung der Elektronen so zu verändern, daß die Fokussierung
stets erhalten bleibt.
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Gemäß der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines
Elektronenbrennflecks auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre mit Hilfe von elektrischen
und gegebenenfalls magnetischen Elektronenlinsen dadurch gekennzeichnet, d.aß die
durch die Ablenkung ides Elektronenstrahls oder -bildes über -dem Schirm auftretenden
Fokussierungsfehler durch zusätzliche, aus den Ablenkströmen oder -spannurigen abgeleitete,
zeitlich veränderliche, -den Linsenfeldern überlagerte, elektrische Felder kompensiert
werden..
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An Hand der weiteren Abbildungen soll die Erfindung näher erläutert
werden. In Abb. 3 ist eine Kathodenstrahlröhre dargestellt, die aus einem Halsteil
23 und. einem Kolbenteil :2 besteht. Innerhalb des Halses 23 ist eine aus Heizer
ig und elektronenemittierender Oberfläche 2o bestehende Kathode angeordnet, die
von einem Kathodenschirm 21 umgeben ist. Dieser Kathodenschirm kann in manchen Fällen
zur Steuerung der Elektronenstrahlstärke verwendet werden (Wehnelt-Zylinder). Weiterhin
befindet sich im Hals ein Elektronenlinsensystem, bestehend aus einer ersten Anode
22 und einer zweiten Anode 2q.. Diese Elektroden können z. B. die Form von zylindrischen
Röhren gleichen Durchmessers besitzen. Die erste Anode 22 enthält zwei Blenden 22a
und 22b, wobei idie erste Blende am kathodenseitigen Ende des Zylinders 22,
die zweite Blende auf 2/3 der Länge des Zylinders zum kathodenfernen Ende zu angeordnet
ist. Die zweite Anode 24. besitzt keine Blenden. Diese Elektradenform im Röhrenhals
ist nur beispielsweise als eine Möglichkeit genannt und besitzt keinen großen Einfluß
auf die Durchführung der Erfindung.
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Im Kolben 2 der Röhre ist ein Schirm i angeordnet, der von dem Elektronenstrahl
3 abgetastet werden soll. Der Schirm i kann z. B. ein Mosaikschirm sein, der ,aus
einer großen Anzahl fotoelektrisch aktiver Metallelemente auf einer Glimmerunterlage
besteht, deren Rückseite mit einer metallischen Signalplatte belegt ist. Bei Benutzung
einer solchen Röhre wird ein optisches Bild des zu übertragenden Objektes auf dem
Schirm projiziert und der -Schirm von dem Kathodenstrahl 3 abgetastet. Zur Ablenkung
des Kathodenstrahls zwecks Abtastung dienen zwei Ablenkplattenpaare, von denen das
eine in der Zeichnung mit 4, 5 bezeichnet ist. Das andere Ablenkplattenpaar, das
dazu senkrecht steht, ist durch 29 angedeutet und möge in Richtung des@ Elektronenstrahls
gegen den Schirm 2 hin verschoben sein. Durch einen nicht gezeichneten Leiter werden
die Bildsignale, die zur Übertragung kommen sollen, von der Signalplatte des Schirms
i in bekannter Weise abgenommen und weiterverarbeitet.
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Im folgenden sei angenommen, daß es sich bei der Abb. 3 um eine Seitenansicht
handelt und daß daher die Ablenkplatten q. und 5 zur vertikalen Ablenkung .des Kathodenstrahls
dienen.
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Zur Fokussierung des Strahls auf dem Schirm in jeder Ablenklage wird
gemäß der Erfindung eine geeignet sich ändernde Spannung, die aus dem Ablenkstromkreis
abgeleitet wird, einer Elektronenlinse der Röhre in der Weise zugeführt, daß die
Brennweite dieser Linse sich übereinstimmend mit dem Ablenkstrom oder der Ablenkspannung,
.die der Ablenkvorrichtung zugeführt wird, ändert. Zu diesem Zweck ist .um den Raum
zwischen den Linsenelektroden 22 und 24 herum eine weitere zylindrische Elektrode
30 angeordnet, die im folgenden als Kompensation bezeichnet werden soll.
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Die erste und die zweite Anode 22 bzw. 2,4 erhalten geeignete positive
Potentiale gegenüber der Kathode 20, wobei das Potential der zweiten Anode 2q. in
solchem Verhältnis zum Potential der ersten Anode 22 stehen soll, daß bei dem Potential
Null an !der Kompensationselektrode 30 der Strahl im uriabgelenkten Zustand auf
dem Schirm fokussiert ist. Die zweite Anode 2,4 ist zusammen mit der Ablenkplatte
5 an Erde gelegt. Ein mit 31 bezeichneter Oszi.llator erzeugt sägezahnförmige Schwingungen,
die von der Klemme 32 abgenommen und der Platte q. über den Leiter 33 zwecks vertikaler
Ablenkung des Strahls 3 zugeführt werden. In gleicher Weise werden Sägezahnspannuugen
höherer Frequenz den Platten 29 zwecks horizontaler Ablenkung zugeführt.
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Zwischen den Klemmen 32 und 34 des Ablenkoszill,ators 31 liegt ein
Widerstand 37, von dessen veränderbarem Abgriffpunkt die Kompensationselektrode,
30 über einen Kondensator 36 gegebenenfalls mit Sägezahnspannungen der Vertikalfrequenz
gespeist wird. Wenn nun die Platte q. gerade auf ihrem maximalen positiven Potential
liegt, fällt der Strahl 3 auf den oberen Rand -des Schirmes i, und
es
ist eine größere Brennweite -des Elektronenlinsensystems zur Fokussierung notwendig.
Dies wird durch das gleichzeitig der Elektrode 3o zugeführte positive Potential
ereicht. Wenn andererseits die Platte 4 negativ gegenüber,der Platte 5 ist, muß
die Brennweite kleiner sein als bei unabgelenktem Strahl. Die negative Spannung,
die gleichzeitig der Kompensationselektrode zugeführt wird, vermindert die Brennweite
der zwischen den Anoden 22 und 24 liegenden Elektronenlinse und wirkt daher in gewünschtem
Sinn. Durch Einstellung des Abgriffpunktes auf dem Potentiometer 37 kann- die richtige
Spannungsamplitude anderKompensationselektrode 30 zur Erzeugung der gewünschten
Brennweiten.änderungen eingestellt werden.
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Der Kompensationselektrode 30 kann außerdem eine geeignete
feste Vorspannung gegeben werden, wie dies z. B. in der Abb. 3 durch Verbindung
mit der Kathode 2o, über einen Widerstand 38 geschieht, so daß das mittlere Potential
der Elektrode 30 gleich dem Potential der Kathode 2o ist. Durch eine Vorspannungsbatterie
in Reihe mit dem Widerstand 38 kann der Elektrode 3,o auch irgendeine andere geeignete
Vorspannung gegeben werden, doch ist es vorzuziehen, die Vorspannung, der Elektrode
30 nicht zu groß gegenüber der Kathodenspannung zu machen, damit keine Elektronen
auf diese Elektrode gelangen können.
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Abb.4 zeigt eine andere Anordnung der das Elektronenlinsensystem bildenden
Anoden 2"2 und. 24, die im übrigen ebenso wie die Anordnung nach Abb. 3 betrieben
werden kann. Hier besteht das Linsensystem aus einer ersten Anode 22 in Form eines
Zylinders, während die zweite Anode durch einen leitenden Belag des Röhrenkolbens
gebildet wird. Die' Kompensationselektrode 31o ist in dem Raum zwischen den beiden
Anoden so angeordnet, daß sie sich teilweise mit dem von den Anoden eingenommenen
Raum überdeckt.
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Abb. 5 zeigt eine im wesentlichen gleichartige Anordnung wie Abb.3,
bei der jedoch die Ablenkung nicht durch Ablenkplatten 4 und 5, sondern elektromagnetisch
durch Ablenkspulen geschieht, die für die eine Richtung mit 40 und 41, für die andere
Richtung m-it 42 bezeichnet sind. Die Röhre ist diesmal in einer Sicht von oben
gezeichnet, so daß also die Vertikalablenkung senkrecht zur Papier-.ebene geschieht.
Die Vertikalablenkung wird durch das magnetische Feld des Spulenpaares 40 und 41
bewirkt. Die Spulen werden von einem Oszillator43 gespeist.
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Zwischen den Klemmen 44 und 45 .des Oszillators 43 liegt ein Widerstand
46, an dessen veränderlichem Abgriffpunkt die Kompensationselektrode über den Kondensator
47 angeschlossen ist. Ein Widerstand 48 liegt zwischen der Kompensationselektrode
So und der Kathode 2o. Auf :diese Weise wird eine Spannung, die sich gleichlaufend
mit den Ablenkströmen in den Spulen 40 und 41 ändert, der Kompensationselektrode
30 zugeführt. Der Ableitwiderstand 48 legt das mittlere Potential der Kompensationselektrode
3o'auf Kathodenpotential. Ebenso wie bei der Anordnung nach Abb. 3 kann auch bei
der Anordnung nach Abb. 5 eine Elektrodenanordnung gemäß Abb. 4 verwendet werden.
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Wo die Änderung der Brennweite mit dem Ablenkwinkel für einen abzutastenden,
geneigten, ebenen Schirm gefordert wird, ist die erforderliche Kompensation eine
lineare Funktion des Ablenkstromes bzw. der Ablenkspannung. Wenn die Brennweitenänderung
für andere Schirmformen gefordert wird, die nicht kugelförmig sind oder einer geneigten
Ebene entsprechen, wird die erforderliche Kompensation in nichtlinearer Weise vom
Ablenkstrom oder der A'hlenkspannung abhängen. Die gewünschte Form der Kompensation
kann durch geeignete Wahl der Form und Lage der Kompensationselektrode erzielt werden
und durch eine geeignete Vorspannung, die man ihr zuführt. Der Querschnitt der Kompensationselektrode
30 in einer Ebene normal zur Röhrenachse ist gewöhnlich kreisförmig, doch
kann der Querschnitt in einer Ebene, die die Achse enthält, je nach dem besonderen
Fall in verschiedenster Weise gewählt werden.
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Bei einer Anordnfung gemäß Abb. 4 kann z. B. die Kompensationselektrode
die Form einer Blende besitzen, deren Öffnungsweite zwischen den Durchmessern der
ersten und'.der zweiten Anode 22@ bzw. 24 liegt.
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Es ist meist wünschenswert, daß die Mittel zur Brennweitenkompensation
die Strahlstromstärke nicht beeinflussen, und es ist in solchen Fällen vorzuziehen,
die Kompensation zwischen :der letzten Öffnung ;des Linsensystems, das den Strahl
definiert, und dem Schirm vorzunehmen, da eine Änderung ,der Divergenz des Elektronenstrahls
die Anzahl .der durch eine Öffnung innerhalb des Linsensystems hindurchtretenden
Elektronen beeinflussen würde.
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Es ist allerdings nicht notwendig, daß die Kompensationselektrode
mit der letzten Elektronenlinse kompensiert wird, wenn dafür gesorgtwerden kann,
daß sie mit einer anderen näher an der Kathode liegenden Elektronenlinse zusammenarbeitet.
So kann z. B. ein Teil des Modulationszylinders, der üblicher"veise in Kathodenstrahlröhren
zum Fernsehempfang zur Steuerung :der Strahlintensität verwendet wird, von dem übrigen
Teil isoliert und zur Brennweitensteuerung verwendet werden.
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In gewissen Fällen kann es wünschenswert sein, eine Korrektion des
unterschiedlichen Abstandes der Punkte längs einer horizontalen Lirnie über den
Schirm vom Ablenkzentrum durchzuführen. Wenn der Strahl durch sägezahnförmige Spannung
oder Ströme über dem Schirm abgelenkt wird, bewegt er sich in einer Richtung verhältnismäßig
langsam und sehr schnell wieder zurück. Am Anfang und am Ende einer solchen Abtastperiode
muß die Brennweite .größer sein als in der Mitte, wenn. der Strahl gerade halb über
den Schirm hinweggeschwenkt worden ist. Die Korrektion muß nur während der langsamen
Bewegungsperiode durchgeführt werden, weil dies die einzige Zeit ist, in der der
Strahl, z. B. zur Bilderzeugung, ausgenutzt wird. Während .der schnellen Rücklaufbewegungist
die Genauigkeit der Brennweite ohne Bedeutung. In Abb. 6 ist im Teil a
die
besondere Form der Ablenkspannung zur horizontalen Ablenkung oder Zeilenablenkung
dargestellt. Auf der Abzsisse ist die Spannung, auf der Ordinate die Zeit aufgetragen.
Während die Spannuni längs der Linien P-Q und R-S verläuft, wird der Strahl vergleichsweise
langsam über den Schirm geführt, während die Spannung längs der Linien Q-R und S-T
verläuft, wird der Strahl vergleichsweise schnell wieder auf die andere Seite des
Schirms zurückgeführt. Nun muß, wie oben auseinandergesetzt, die Brennweite der
Elektronenlinse an den Punkten P, Q, R, S und T am größten, an den in der Mitte
dazwischenliegenden Punkten V und W am .kleinsten sein. Daher muß diie Kompensationsspannung
eine symmetrische Zickzackform besitzen, wie sie im Teil b der Abb. 6 durch die
Linie I-K-L-M-N dargestellt ist. Dabei bezeichnen die Punkte I, L und N die. Stellen,
an denen die Elektronenlinse eine maximale Brennweite besitzen soll, und die Punkte
K und M .die Stellen, an denen die Brennweite ein Minimum sein soll, da ja die letzteren
Punkte mit der =abgelenkten Lage des Strahls (Strahlruhelage) übereinstimmen. Ab'b.7
zeigt eine Schaltung zur Ableitung einer Wellenform gemäß Teil b der Abb. 6, aus
einer Sägezahnspannung gemäß Teil a. Die Sägezahnspannung wird den Klemmen 5 i und
52 zugeführt. Klemme 5i ist mit dem Steuergitter ,einer Röhre 53 verbunden, deren
Kathode über einen Widerstand 54 an Klemme 52 liegt. Die Anode der Röhre 53 ist
über einen Widerstand 55 mit einer Klemme 56 verbunden, die zu einer nichtgezeichneten
positiven Spannungsquelle führt. Die Klemme 52 ist über einen Leiter 57 mit der
Klemme. 58 verbunden, die zum negativen Pol dieser Spannungsquelle führt.
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Zwischen der Anode der Röhre 53 und dem Leiter 57 liegt ein Kondensator
59. Zwischen.der Klemme 56 undl der Kathode der Röhre 53 liegt ein veränderlicher
Widerstand 6o, durch welchen die Gittervorspannung der Röhre 53 verändert werden
kann. Diese Schaltung arbeitet folgendermaßen: Die Gittervorspannung der Röhre 53
wird so eingestellt, daß die Röhre sperrt, solange die Spannung der Wellenform a
in A'bb. 6 unterhalb der Linie 0-0 liegt. Während die Röhre 53 gesperrt ist, lädt
sich der Kondensator 59 über den Widerstand. 55 mit einer Zeitkonstanten auf, die
durch das Produkt R1 C1 gegeben ist, wo mit R1 der Widerstandswert von 55 und mit
C1 die Kapazität von 59 bezeichnet ist. Diese Zeitkonstante soll groß gegenüber
der Sägezahnperiode an .den Klemmen 51, 52 sein. Der Kondensator 59 lädt sich .dann
nahezu linear auf. Wenn die Röhre 53 anfängt zu leiten, fällt das Potential .des
Kondensators 59 entsprechend dem Potential am Gitter der Röhre 53. So folgt also,das
Potential des Kondensators 59 einer Wellenform, wie sie im Teil b der Abb. 6 dargestellt
ist. Diese Wellenform ist jedoch gegenphasig_zu dem Potential, das dem Gitter der
Röhre 53 zugeführt wird. Um die Phase umzukehren, ist deshalb eine weitere Röhre
63 vorgesehen, die mit den angeschlossenen Schaltelementen eine gewöhnliche w-id'erstarnd-kapazitätsgekoppelte
Plhas-enumkehrstufe darstellt. Die Ausgangsklemme 66 dieser Phasenumkehrstufe kann
mit der Kompensationselektrode 30 in Abb. 3; q. oder 5 verbunden werden. Natürlich
kann statt des RC-Gliedes 55, 59, auch ein äquivalentes RL-Glied angewandt werden.
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Zur Korrektion mittels Änderungen der effektiven Linsenbrennweite
bei Anordnungen, in denen der mittlere Teil .des Schirms näher am Ablenksystem liegt
als seine Ränder, kann -es notwendig sein, Korrektionsspannungen anzuwenden, die
sich nichtlinear mit der Zeit ändern. So kann es notwendig sein, die Linien I-K
und K-L usw. der Wellenform nach Abb. 6, b, gekrümmt zu gestalten. Dies kann man
durch Einführung geeigneter Verzerrungsschaltungen zwischen die Klemme 66 der Abb.
7 und die Elektrode, der die Spannurig zugeführt werden soll, bewerkstelligen. Hierzu
eignet sich z. B. eine Schaltung mit integrierenden Eigenschaften, etwa indem man
die Sägezahnspannung .der Reihenschaltung eines Widerstandes und eines Kondensators
zuführt. Die integrierte Spannung wird dann von den beiden Klemmen des Kondensators
abgenommen. Dabei muß die Zeitkonstante .des RC-Gliedes groß gegenüber der Sägezahnperiode
sein. In diesem Fall besteht die integrierte Wellenform für jede: Sägezahnperiode
aus zwei parabolischen Bögen. Der größere Bogen entspricht dem langsam veränderlichen
Teil des Sägezahns, und dieser Teil der integrierten Spannung kann in geeigneten
Fällen zur Speisung .der Kompensationselektrode 3o dienen. Es kann unter Umständen
auch erforderlich sein, der Kompensationselektrode 30 zwei verschiedene Korrektionsspannungen
zuzuführen, welche zur Korrektion für die beiden aufeinander senkrecht stehenden
Ablenkrichtungen dienen.
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Wie bereits in der Einleitung erwähnt, können bei Kathodenstrahlröhren
mit elektrostatischer Ablenkung Änderungen der Linsenbrennweite durch Beeinflussung
der Linsenpotentiale von .dem Ablenksystem her auftreten. Die .durch diese Brennweitenänderungen
auftretendenFokussierungsfehler können in gleicher Weise, wie vorstehend beschrieben,
kompensiert werden, indem der Kompensationselektrode 30geeignete, aus den Ablenkspannungen
abgeleitete Kompensationsspannungen zugeführt werden,.
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Eine .andere Anordnung zur Kompensation von Verzerrungen soll an 'Hand
der Abb. 8 und 9 beschrieben werden. In Abb.9 ist eine Kathodenstrahlröhre gezeigt,
die einen Hals 23 und einen kegelstumpfförmigen Teil 7o besitzt. Die Basis des Kegelstumpfs
ist durch den Fluoreszenzschirm 71
abgeschlossen. Innerhalb .des Halsteils
2.3 der Röhre ist ein Elektrodensystem angeordnet, das aus der Kathode 2o dem Heizer
ig, dem Kathodenschirm 2i, einer Beschleunigungselektrode 67, einer Modulationselektrode
68, einer ersten Anode 22 und einer zweiten Anode 2q. besteht. Die Beschleunigungselektrode
erhält ein Potential zwischen -dem .der Anode und dem der Kathode. Die Modulatorelektrode
möge auf Kathodenpotential vorgespannt sein und Modulationsspannungen in negativer
Richtung
zugeführt bekommen, um die Strahlstromstärke zu modulieren.
Die Modulationsspannungen mögen z. B. aus empfangenen Fernsehsignalen bestehen.
Es sei angenommen, daß ,der Schirm 71 als Teil einer Kugeloberfläche ausgebildet
ist, deren Mittelpunkt in der Gegend des Ablenksystemns 4, 5,:29 liegt, so daß Korrektionen
der Brennweite wegen verschiedenen Abstandes der einzelnen Schirmteile vorn-Ablenkzentrum
nicht erforderlich sind.
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Die zweite Anode 24 und die Ablenkplatte 5 sind miteinander verbunden
und erhalten z. B. eine positive Spannung von 2ooo V gegenüber der Kathode 2o. Zur
Abtastung .des Schirms mit dem Kathodenstrahl werden Sägezahnspannungen, die eine
von Bildfrequenz, die andere von Zeilenfrequenz, den Ablenkplatten 4 bzw. 29 zugeführt.
Wie bereits erwähnt, wurde gefunden, daß bei konstanten Spannungen an den Anoden
22 und 24 die Querschnittsfläche des Strahls auf dem Schirm 71, auf dem in vorliegendem
Falle ein Lichtfleck erzeugt wird, sich mit der an der Elektrode 4 liegenden Spannung
ändert. Es wurde weiterhin gefunden, daß es für jeden Spannungswert an- ,der Platte
4 einen entsprechenden Spannungswert an der ersten Anode .22 gibt, bei dem der Fleckdurchmesser
ein Minimum ist. In Abb. 8 ist eine Kurve dargestellt, die die Beziehung zwischen
der Spannung an der ersten Anode 22 und der Spannung an der Ablenkplatte 4 darstellt,
bei welcher dieses Minimum erreicht wird. Dabei ist die Spannung an der Anode 2'2
auf der Abszissenachse, die Spannung an der Platte 4 auf .der Ordinatenachse angetragen.
Man sieht, daß die dargestellte Beziehung die Form einer Exponentialkurve besitzt.
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Es ist ohne weiteres klar, daß bei Speisung der ersten Anode 22 der
Röhre in Abb. 9 mit einer Spannung, die von der Spannung an der Platte 4 nach dem
Gesetz, das durch die Kurve in Abb. 8 dargestellt wird, abhängt, der Fleck auf dem
Schirm einen konstanten Durchmesser behält. Im folgenden soll die Schaltung, die
in dem Beispiel der Abb. 9 zur Herstellung einer solchen Beziehung zwischen den
beiden Spannungen verwendet wird, näher beschrieben werden.
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Zwei Widerstände 72- und 73 liegen in Reihe, und das eine Ende 74
dieser Reihenschaltung ist :geerdet und gleichzeitig mit der negativen Klemme einer
nicht gezeichneten Spannungsquelle verbunden. Das andere Ende 75 der Reihenschaltung
ist mit der positiven Klemme derselben Spannungsquelle verbunden. Die erste Anode
22 der Röhre ist über den Leiter 76 und eine Wicklung 8o eines Transformators 77
mit einem Abgriffpunkt des Widerstandes 72 verbunden. Die Kathode 2io der Röhre
ist über einen veränderlichen Widerstand 78 und die Leitung 79 mit einem Abgriffpunkt
des Widerstandes 73 verbunden. Demgemäß erhält die Anode 22 eine positive Spannung
gegenüber der Kathode 2o. Die Spannung an: der Beschleunigungselektrode 67 kann
in gleicher Weise abgeleitet werden. Auch der Wehnelt-Zylinder 21 kann mit einem
Abgriffpunkt des Widerstandes 73 verbunden sein. Die beiden letztgenannten Verbindungen
sind er Übersichtlichkeit halber in die Zeichnung nicht mit aufgenommen worden.
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Eine. Schirmgitterröhre 81 ist mit ihrer Anode über die Wicklung 82
.des Transformators 77 mit der Klemme 83 einer nicht gezeichneten positiven Spannungsquelle
verbunden, deren negative Klemme geerdet ist. Das Schirmgitter der Röhre 81 ist
über eine Wicklung 84 eines weiteren Transformators 85 mit einer Klemme 86 verbunden,
die mit einem geeigneten Abgriffpunkt der positiven Spannungsquelle in Verbindung
steht. Das eine Ende der anderen Wicklung 87 des Transformators 85 ist mit .dem
Steuergitter der Röhre 81 über einen Kondensator 88 und das andere Ende mit der
Erde über einen Leiter 89 verbunden. Das Gitter der Röhre 81 ist außerdem über einen
veränderbaren Wideristand 9o geerdet. Die Kathode der Röhre 81 ist direkt mit dem
geerdeten Leiter 89 verbunden. Eine dritte Wicklung 9i des Transformators 85 liegt
zwischen Erde und einer Klemme .9i3, deren Bedeutung später erläutert wird'.
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Zwischen Anode und Kathodie der Röhre 81 liegt ein Kondensator 9r4.
Außerdem ist die Anode mit der Ablenkplatte 4 der Kathodenstrahlröhre über den Kondensator
9,5 verbunden, wobei in .der Verbindungsleitung ein Parallelkreis aus Ind'uktivität
9'G und Kondensator 97 liegt. Der kapazitive Zweig des Parallelkreises ist durch
einen Widerstand 98 gedämpft, Die 'Platte 4 ist mit der Platte 5 über einen hochohmigen
Widerstand 99 verbunden. Weiterhin ist die Anode :der Röhre 81 über einen Kondensator
lao und einen Widerstands ito(i. mit. den Leitungen 79 verbunden.
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Die Arbeitsweise der beschriebenen Schaltung ist folgende: Die Röhre
81 und die angeschlossenen Schirmgitter- und Steuergitterkreise bilden einen normalen
Sperrschwinger, dessen Wirkungsweise bekannt ist. Die Röhre wird abwechselnd leitend
und nichtleitend, und, die Frequenz, mit der dieser Wechsel auftritt, wird durch
Impulse gesteuert, die zwischen .den Klemmen 92 und 93 eingeführt werden. Diese
Impulse stammen aus dem Synchrongemisch des empfangenen Fernsehsignals.
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Während ,die Röhre 81 im nichtleitenden Zustand ist, lädt sich der
Kondensator 94 über die Impedanz der Wicklung 8i2 des Transformators 77 auf. Wenn
die Röhre 81 leitend wird; entlädt sich der Kon-.densator 94 sehr schnell. Die Impedanz
der Wicklung 82 und die Kapazität,des Kondensators 94 besitzen vorzugsweise solche
Werte, daß die Spannung am Kondensator 94 sich während der Ladeperiode nach einem
Exponentialgesetz gemäß Abb. 8 ändert. So erhalten die Schwingungen, welche im Anodenkreis
der Röhre 81. erzeugt werden, eine Form, die von der in Abb..6, a, gezeichneten
in der Weise abweicht, daß die Linien P-Q und R-S statt linear nach einem Exponentialgesetz
verlaufen. Die so deformierten Sägezahnschwingungen werden über die Wicklung 8o
des Transformators 77 und den Leiter 76 der erstenAnode 2z zugeführt. DiePolung
der Wicklung 8o ist so gewählt, daß die Schwingungen an der Anode 22 gegenphasig
zu denen an der Ablenkplatte 4 sind. Die Schwingungen werden
außerdem
über den Kondensator 95 und den Kreis 96, 97, 98,der Platte q. zugeführt. Dabei
wirkt der Kreis 96, 97, 98 als Filterkreis, der den exponentialen Verlauf der Sägezahnkurve
wieder line ari-siert. Auf diese Weise wird der Strahl in der Röhre in üblicher
Weise übenden Schirm 77@geführt, unddurch Anwendung der exponentiell verlaufenden
Kerrektionsspannungen zur Anode 22 werden die Fokussierun:gsfehler dies Leuchtflecks
auf dem Schirm beseitigt.
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Meistens wird eine Änderung der Spannung an der ersten Anode 22 sich
durch eine Änderung des Stroms zur zweiten Anode 2@d. äußern und daher eine Beeinflussung
der Leuchtfleckhelligkeit auf dem Schirm 71 bewirken. Um dies zu verhindern, wird
ein Teil der der ersten Anode zugeführten Spannung außerdem noch gegenphasig zur
Kathode 20 geführt und zwar über den Kondensator ioo und den Widerstand ioi.
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Weiterhin kann es vorteilhaft sein, einen Entkopplungskondensator
102' zwischen dem Abgriffpunkt .des Widerstandes 72 und dem geerdeten Leiter 89
einzuschalten. Bei der beschriebenen Anordnung hat die der Anode 22 zugeführte Spannung
die Form eines exponentiell verlaufenden Sägezahns. Es kann aber auch schon eine
beachtenswerte Verbesserung in der Konstanz :des Leuchtfleckdurchmesser:s erreicht
werden, wenn der ersten Anode eine lineare Sägezahnspannung zugeführt wird. Hierzu
wird die Kapazität .des Kondensators 9=1 genügend groß gemacht, um in :den linearen
Verlauf der Aufladungskurve zu kommen. Dann kann die Filterschaltung 96,
97, 98 fortgelassen werden. In beiden Fällen kann der Widerstand zo,i mit dem Wehnelt-Zylinder
2i oder mit einem .an Stelle desselben vorhandenen Steuergitter verbunden sein.
Die Zeitkonstante des RC-Gliedes aus dem Kondensator ioo und den Widerständen ioa
und 78 muß in jedem Falle genügend groß sein, um irgendwelche Phasenverzerrungen
der durch sie übertragenen Impulse zu verhindern.
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Eine Schaltung gemäß Abb. 9 kann auch bei einer Kathodenstrahlröhre
mit Kompensationselektrode, wie sie an Hand der Abb. 3, q. und: 5 :beschrieben wurde,
Verwendung finden. Dabei wird die Leitung 76 statt mit der ersten Anode 22 mit -der
Kompensationselektrode 30 verbunden. In ,diesem Falle sind keine Beeinflussungen
des Strahlstroms durch die Kompensation zu befürchten, so daß sich die Schaltelemente
ioo und ioi erübrigen.
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Nunmehr soll eine Methode beschrieben werden, um.Brennweitenänderungen
zu kompensieren, die bei :der Ablenkung eines Elektronenbildes über einen Schirm
auftreten können, wie dies einleitend an Hand der Abb. 2 berichtet wurde. Diese
Brennweitenkorrektion kann erreicht werden dunch Änderungen der Feldstärke, die
auf die Fokussierung von Einfluß ist, derart, daß man diese Feldstärke geeignet
variiert. Die erwünschte Variation der Feldstärke kann für den Fall des elektrostatischen
Feldes :durch Überlagerung der Kompensationsspannung über :die feste Potentialdifferenz
zwischen der Kathode io und dem Schirm i2 durchgeführt werden. Wenn z. B. die Ablenkung
in bekannter Weise mit Hilfe von zwei elektrischen Sügezahnschwingungen (eine zurZeilenablenkung"die
andere zur Bildablenkung) :durchgeführt wird, kann der veränderliche Teil der Potentialdifferenz
zwischen io und: 12, der zur Brennweitenkompensation .dient, von :diesen Sägezahnschwingungen
abgeleitet werden. Diese abgeleiteten Korrektionsspannungen werden normalerweise
aus Komponenten von Zeilenfrequenz und Bildfrequenz zusammengesetzt sein, deren
jede einzelne die Form der Kurve in Abb.6, h, besitzen. Sie können, wie beschrieben,
.durch eine Schaltung nach A:bb. 7 erzeugt werden. Natürlich wird:, wenn Korrektionen
für beide Ablenkrichtungen :durchgeführt werden sollen, für jede Ablenkrichtung
eine solche Schaltung erforderlich sein. Die beiden abgeleiteten Kompensationsspannungen
werden dann kompensiert und der Kathode io bzw. dem Schirm 12 in geeigneter Phasenbeziehung
zugeführt.
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An Hand der Abb. io soll ein weiteres Ausführungsbeispiel .der Erfindung
erläutert werden. Hier ist eine Kathodenstrahlröhre für Fernsehsendezwecke zugrunde
gelegt, wie sie im wesentlichen bereits an Hand der Abb, 3 erläutert wurde. Gleiche
Bezugszeichen bezeichnen gleiche Teile, so :daß diese nicht nochmals beschrieben
zu werden brauchen. Statt durch die Kompensationselektrode 30 wird in der
Anordnung gemäß Abb. io jedoch die Kompensation auf andere Weise durchgeführt, wie
im folgenden beschrieben werden soll. Um den Strahl in jeder Ablenkstellung richtig
auf den schräg stehenden Schirm zu fokussieren, ist ein besonderes Elektroden:system
vorgesehen, um die effektive Brennweite des Elektronenlinsensystems durch ein inhomogene@s
elektrostatisches Feld zu verzerren. Zu diesem Zweck ist an :der Innenoberfläche
des Röhrenkolbens eine Metallisierung 27, z. B. -aus Silber, vorgesehen, die auch
noch in einen Teil .des Röhrenhalses, wie dargestellt, hineinreicht. Die Versilberung
reicht vom Hals aus gesehen etwa bis zur Hälfte :des Weges zwischen dem Röhrenhalsansatz
und der unteren Kante des Schirmes i und ist begrenzt durch eine Kreislinie, :deren
Ebene senkrecht von der Richtung des unabgelenkten Kathodenstrahles steht. Diese
Metallisierung möge auf einer Spannung von etwa -i- 5oo Volt gegenüber der Kathode
2o gehalten werden und kann z. B. mit der zweiten Anode 2q. des Elektronenlinsensystems
verbunden sein.
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Weiterhin ist eine verhältnismäßig schmale ringförmige Zone des kugelförmigen
Röhrenkolbens 2 mit einer Metallisierung 28 versehen, wobei die Mittelebene :dieser
Zone gegenüber der Achse :des unabgelenkten Kathodenstrahles derart geneigt ist,
daß die entsprechenden Teile .dieser Zone möglichst nahe am oberenund am unterenRand@de@s
Schirmes i liegen. Diese ringförmige Zone 28 möge z. B. auf einer positiven Spannung
von etwa i ooo Voltgegenüber der Kathode 2o gehalten werden. Durch die geschilderte
Anordnung .der Metallisierung ergibt es sich, .daß der untere Teil der Zone 28 wesentlich
näher als der obere Teil an .der auf 5oo Volt gehaltenen
-Kante
der Metallisierung 27 liegt. Daher ist das elektrostatische Feld zwischen den .beiden
Metallisierungen inhomogen und kann durch geeignete Wahl der Spannungen so geformt
werden, daß .die Brennweite des Elektronenlinsensystems für Elektronenstrahlen,
die den oberen Teil des Schirms erreichen sollen, entsprechend länger ist als für
Elektronenstrahlen, die den unteren Teil des Schirms erreichen sollen. Dies ist
in der Zeichnung durch die drei angedeuteten Strahllagen a, b und c des Kathodenstrahls
3 veranschaulicht.
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Beim Arbeiten der beschriebenen Röhre nimmt der Schirm i, der der
Kathode 2,o gegenüberliegt, das Potential der nächstgelegenen Elektrode, in diesem
Falle also der ringförmig meetallisiertenZone 28, an, und zwar durch die Emission
von Sekundärelektronen unter .dem Einfluß .des Elektronenbombardements durch den
Strahl 3. Natürlich muß das Feld, indem die Korrektion der Linsenbrennweite vorgenommen
wird, nicht unbedingt ein beschleunigendes Feld sein. Man kann auch die ringförmige
Zone 28 auf einer niedrigeren Spannung als die Metallisierung 27 halten, so .daß
die Korrektion in einem bremsenden Feld vorgenommen wird.
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Die an Hand der Abb. io beschriebene Korrektionskathode kann auch
bei Röhren, wie sie an Hand der Abb. 2 beschrieben wurden, angewendet werden, und
zwar indem man dem gleichmäßigen, fokussierenden Magnetfeld der Spule 14 ein zusätzliches,
aber ebenfalls konstantes Magnetfeld :derart überlagert, @daß :die zusammengesetzte
Feldstärke im zentralen Bereich :des Schirms 12, größer ist als in den peripheren
Bereichen. Wenn die Öffnung 13 im Schirm 12 zentral angeordnet ist, wird die Mitte
des Bildes im unabgelenkten Zustand auf diese Öffnung fallen, während .die Ecken
.des Bildes bei großer Ablenkung auf die Öffnung 13 fallen. So durchlaufen also
bei unabgelenktem Zustand idie zur Abtastung ausgenutzten Elektronen ein verhältnismäßig
starkes Magnetfeld, während sie im Zustand maximaler Ablenkung aus einem Gebiet
verhältnismäßig geringer magnetischer Feldstärke in ein Gebiet größerer Feldstärke
übergehen. Diese letzteren Elektronen .durchlaufen daher einen Weg, längs dessen
das Linienintegral der magnetischen Feldstärke kleiner ist als im erstgenannten
Fall. Die Zeit für den Umlauf eines Elektrons um die Kraftrichtung, die umgekehrt
proportional zu diesem Linienintegral ist, wird daher im abgelenkten Zustand größer
als im nicht abgelenkten Zustand. Durch geeignete Anordnungen kann daher die Verteilung
.der magnetischen Feldstärke so gemacht werden, daß sämtliche Elektronen während
der Zeit, die sie zum Durchlaufen ödes Wegs von ihrem Ursprungsort auf der Fotokathode
io bis zur Öffnung 13 brauchen, die gleiche Drehung um die Feldachse erfahren haben.
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Das inhomogene magnetische Feld, idars zur Durchführung des beschriebenen
Verfahrens erforderlich ist, kann z. B. durch Anordnung eines Permanentmagneten
in der Nähe der Achse der Spule 14. erzeugt werden. Der Magnet wird mit seiner magnetischen
Achse auf .der magnetischen Achse der Spule 14 angeordnet und so plaziert, daß sein
Feld das durch die Spule 14 erzeugte Feld erhöht. Natürlich kann der Permanentmagnet
auch durch eine weitere von geeigneter Stromstärke durchflossenen Spule ersetzt
werden. Diese Spule kann die Form einer relativ kurzen Spule annehmen, deren genaue
Abmessungen experimentell festzustellen sind und die koaxial mit der Hauptfokussierungsspule
in einer gewissen Entfernung davon angeordnet ist.