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Kathodenstrahlröhre Die Erfindung betrifft eine einfache Einrichtung
zur Erzeugung eines extrem kleinen Elektronenbrennflecks von großer Helligkeit und
Schärfe, der auch bei der gegebenenfalls anzuwendenden Strahlmodulation diese Eigenschaften
beibehält. Es wird von einer K#athodenstrahlröhre aus-gegangen, bei der ein durch
eine-- ge-gebenenfalls zur Stromsteuerung benutzte Vorsammellinse erzeugter Strahlüberkreuzungspunkt
auf einem Schirm abgebildet wird. Gemäß der Erfindung besteht die Vorsammellinse
aus -einem mit einer Blende abgeschlossenen, negativ vorgespannten WehneItzylinder
und einer darauffolgenden, auf dem höchsten Potentia,1 liegenden rohrförmigen Elektrode
großen Durchmessers, in die Ader Wehneltzylinder hineinragt. Außer der Blendenöffnung
des Wehneltzylinders sind im Gegensatz zu bereits bekannten Anordnungenkeine strahlbeg)renzenden
Elektroden vorgesehen. Die Einrichtung gemäß der Erfindung eignet sich insbesondere
für Hochspannungs-Kathodenstrahlröhren für Fernsehzwecke.
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Um eine Vorstellung von der mit der nachfolgend# beschriebenen Anordnung
erreichbaren Bren,nfleckqualitä,t zu geben, wird angeführt, daß diese für die Erzeugung,
von einwandfreien hellen Rastern fast beliebiger Feinheit, z. B. von Rastern mit
6oo Zeilen und darüber, ausreichend, ist und auch durch eine Modulation des Strahles
nicht beeinträchtigt wird.
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Die hisher bekannten und vorgeschlagenen Anordnungen waren zur Lösung
dieser Aufgabe nicht oder nur unvollkommen geeignet; zumindest war
aber
für diese Anordnungen ein umständlicher E lektrodenaufban erforderlich. Man
benutzte z. B. weitgehende, Röhrenkonstruktionen, die außer der Kathode nicht weniger
als fünf bis zehn weitere Elektroden für die Leuchtfleckerzeugung benötigen. Begnügte
man sich mit einfacheren Elektrodensystemen mit beispielsweise zwei bis drei Elektroden,
so erreichte man aus unten noch näher zu erläuternden Gründen nicht annähernd die
für eine hohe Zeilenzahl erforderliche, Fleckqualität. Man war daher der Annahme,
daß die Beherrschung hoher Zeilenzahlen nur mit einem verhältnismäßig umfangreichen
Elektrodenaufbau möglich sei.
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Eine bekannte Anordnung mit geringem Elektrodenaufwand besteht z.
B. aus einer Kathode, die von einein Wehneltzylinder umgeben ist, einer beschleunigenden
blendenförmigen Anode und einer abbildenden Linse, z. B. ein-er Magnet-spule. Als
abzubildender Gegenstand wird bei dieser Anordnung eine kleine blendenförmige öffnung
in der Anode benutzt. Da die, Elektronen bereits innerhalb dieser Öffnung nahezu
ihre Endgeschwindigkeit besitzen, ist für die Größe des auf dem Leuchtschirm entstehenden
Brennflecks das geometrische Verhältnis von der Gegenstands,- zur Bildweite und
die Größe der Blendenöffnung maßgebend. Bei Verwendung extrem hcher ZeilenzaUlen
muß demnach ent-weder das Loch der Blende sehr klein sein oder die Gegenstandsweitee
sehr groß gemacht werden. Ist das Loch in der Blende sehr klein, so ist die Anzahl
der durch die Anodenöffnu#ng hindurchtretenden Elektronen stark begrenzt, so daßkein
genügend heller Brennfleck erzielt werden kann. Vergrößert man andererseits die
Gegenstandsweite, so 'kommt man zu unhandlichen, Ausmaßen der Röhre, außerdem treten
bei hohen Betriebsspannungen, wie sie z. B. bei, Projektionsröhren erforderlich
sind, leicht Überschläge zwischen den Rändern. derAnodenblende und, derS-teuerelektrode
bzw. -der Kathode auf. Ferner stört bei einer solchen Anordnung die Sekundüremission
der Anodenblende.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung vermeidet diese Nachteile und
besitzt bei geringstem Aufwand deneinggangs erwähnten überraschendenWirkungsgrad.
Die Erfindung sei nachfolgend zunächst an Hand, -des in der Abbildung dazgestellten
Ausführungsbeispiels näher beschrieben: Die aus der Kathode 2 der Röhre i austretenden
Elektronen unterliegen einerseits der Einwirkung einer die Kathode umgreifeixd#p-n,
negativ vorgespannten Elektrode 3, über die gegebenenfalls eine Stromsteuerung
vorgenommen, wird, und andererseits der Einwirkung einer einzigen beechletinigenden
Anode 4. Letztere hat vorzugsweise Zylinderform und liegt an der Wand -der Röhre
z. B. in Form eines Wandbelages an. Natürlich kann die Anode auch nur anfangs zylindrisch
geformt sein und sich weiter nach dem Schirm zukonisch erweitern. Die Elektrode
3 wird, wenn die Röhre aus noch zu erläuternden Gründen mit hohen Spannungen,
z. B. mit 5cli:V und darüber, betrieben- wird, vorzugsweise in Form einer Hülse
ausgebildet, die, wie auis der Abbildung ersichtlich ist, den ganzen Quetschiuß
i:z ider Röhre um#schließt und die nach dem Schirm zu abgerundet ist. Bei niedrigeren
Betriebsspannungen kann auch eine kürzere ZylinderelektrOde-3 verwendet werden,
die einfach durch. eine ebene Kreisscheibe mit einer der Kathode vorgelagerten Öffnung
abgeschlossen ist. Zur Fokussierung der Elektronen idient eine Magnetspule
5. In der Abbildung bedeutet 6 einen Schirm, 7 und
8 ein Potentiometer zum Abgriff der erforderlichen Rührenspannungen, welch#es
an der mit 9 bezeichneten Stelle geerdet ist. An den lClemmen io. wird, die
Hei#zspannung, an den Klemmen ii eine gegebenenfalls anzuwendende Modulationsspannting
-angelegt. Der überraschende Wirkungsgrad &r beschriebenen einfachen Anordnung
beruht auf folgendem: Die Kleinheit und die Schärfe des Flecks auf dem Schirm beruht
darauf, d#aß durch. eine Vorsammellinse besonderer Eigenschaften, die, durch die
ÄquipotentizIfläche A angedeutet ist, ein sehr kleiner und, wohldefinierter
überkreuzungspunkt der Elektronen erzeugt wird, welcher seinerseits mit Hilfe dex
Hauptlinse ohne Anwendung einer strahlbegrenzenden Blende an der Stelle des Überkreuzungspunktts
auf dem Schirm abgebildet wird. Einen. Elektronenüberkreuzungspunkt von solcheni
Eigenschaften. glaubte man (vorausgesetzt, .daß man, -um die Röhre nicht unhandlich
werden zu lassen, für die Vorkonzentration kurze Strahlwege fordert) bisher nicht
mit - einer einzigen Vorsammellinse erzeugen zu können. Man, war nämlich,
wie zahlreiche bekannten Anordnungen be-
weisen, der Ansicht, die im Falle
einer einzigen Vorsammellinse für die Erzeugung eines hinreichend kleinen Überkreuzungspunktes
zu fordernde Brechkraft nur bei Anwendung einer starken Krümmung der Äquipotentialflächen,
erreichen zu können. Solche Linsen weisen aber begreiflicherweise starke Fehler
auf, so daß die Definition -,des Überkreuziingspunktes schlecht wird. Man verließ
da-her bei hohen Anforderungen an die Kleinheit des Brennflecks die Bauart mit einer
einzigen Vorsammellinse starker Krümmung und verwendebee statt dessen Anordnungen
mit zwei oder mehr Linsen geringer Krümmung, d. h. geringerer Fehler. Berücksichtigt
man, daß für jede Linse mindestens zwei auf verschiedenem Potential befindliche
Elektroden erforderlich sind;, so wird das Anwachsen der Anzahl der Elektroden verständlich.
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Die Erfindung löst das Problem eines sehr kleinen und wohldefinierten,
durch die Hauptlinse abzuhildenden Überkreuzungspunktes -entgegen den bestehenden
Vorurteilen mit einer einzigen Vorsammellinse. Diese muß, wie-erwähnt, eine starke
Brechkraft besitzen und. trotzdem frei' von Linsenfehlern sein. Die zunächst mite--inander
unvereinbar erscheinenden Forderungen werden gemäß der Erfindung in der Weise erfüllt,
daß man bei der Vorsammellinse nur eine solche Krümmung der Äquipotentialfläche
zuläßt, wie sie im Hinblick auf die Linsenfehler (insbesondere sphärische Aberration)
noch
tragbar ist, undi zugleich -auf diejenige Linsenelektrode der Vorsamniellinse, die
sich auf niedrigerem Potential befindet, unmittelbar die Elektrode folgen läßt,
die den Elektronen die Endgeschwindigkeit erteilt. Diese Maßnahme beruht auf der
Erkenntnis, daß die Brechkraft einer Elektronenlinse, und zwar ohne Veränderung
der optischen Qualität, durchs Erhöhung der Slyannungsdifferenz zwischen den Linsenelektroden
gesteigert werden kann. Das Elektrodensystem wird' so gebaut, daß die Forderun-
einer hohen Spannungsd,ifferenz zwischen. den Linsenelektroden ohne Gefahr für die
Betriebssicherheit der Röhre erfüllt werden kann, d. h. die Elektrode
3 wird in der dargestellten Weise abgerundet ausgebildet; ferner werden selbstverständlich.
s(#harf#--, Kanten und, Grate in der Röhre vermieden..
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Der günstige Wirkungsgrad der beschriebenen Anordnung erklärt sich
weiterhin aus folgendem: Infolge der hohen Feldstärke ist der Durchgriff durch die
Öffnung der Elektrode3 auch bei k"le,inem Durchmesser derselben hinreichend groß.
Ein kleiner Durchmesser der Elektrode3 kommt aber wiederum der Kleinheit des Überkreuzungspunkties
zugute. Werden der Elektrode 3 z. B. über den Widerstand 16 Modulation-sspannungen
zugeführt, so ergibt sich infolge der hohen Feldstärke an den Linsenelektroden ein
nur geringfügiger Einstellfehler (Atmung des Fleckdurchmtessers auf dem Schirm).
Dies hat folgende Gründe: Bei dem beschriebenen System emittiert nur ein kleiner
TeiJ der Kathode (wegen der hohen-Feldstärke). Beim Steuern, wächst die Feldstärke
sehr stark an, so daß die Kathode spezifisch sehr stark belastet wird. Dabei ändert
sich -d-ie an -der Emission beteiligte Kathodenfläche# und damit der Überkreuzungspunkt
nur wenig.
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Ein weiterer Grund' für die Leistungsfähigkeit der beschriebenen Anordnung
besteht darin, daß im Strahlengang nur eine einzige Blendenöffnung vorhanden ist,
und zwar auf negativer Vorspannun-. Auf diese Weise ist die Entstehung von Sekundärelektronen,
die nur eine Beeinträchtigung der Schärfe des Überkreuzungspunktes herbeiführen
würdien, ausgeschlossen. Ein weiterer Vorteil der beschriebenen. Anordnung besteht
darin, daß der Durchmesser der einzigen Blende nitht von vornherein den pralktischen
Erfordernissen entsprechend gewählt zu werden braucht, da der effektive Durchlaßbereichder
Blende einfach, dlurch Einregulierung der negativen, Vorspannung derselben beliebig
einreguliert werden kann. Die in der Abbildung dargestellte Ausführungsform kann
bei fast beliebig hohen Anodenspannungen (bis ioo#oooV und darüber) betrieben werden.
je höher die Anodenspannung gewählt wird, dIesto kleiner wird aus den obenerwähnten
Gründen der abzubildende Überkreuzungspunkt und demnach, auch der Durchmesser des
Brennflecks. Es, ist somit auch, bei geeigneter Wahl der Spannungen, und' Abstände
möglich, den beschriebenen, sehr einfachen Elektrodenaufbau für die Erzeugung beliebig
feiner Raster, z. B. eines Rasters von 6oorZeilen, bei ausreichender Schärfe des
Brennflecks zu benutzen.