DE911737C - Speichernde Bildsenderoehre, deren Mosaikelektrode mit langsamen Elektronen abgetastet wird - Google Patents

Description

Es ist bereits eine speichernde Bildsenderöhre vorgeschlagen worden, deren Mosaikelektrode mit langsamen Elektronen abgetastet wird und die ein den Raum zwischen Strahlerzeuger und Mosaikelektrode durchsetzendes homogenes Längsmagnetfeld aufweist und bei welcher die Abtastelektronen von vornherein eine geringe Geschwindigkeit haben und die Ablenkung wenigstens in einer Richtung statisch erfolgt, mit anschließendem Sekundärelektronenvervielfacher.

Die einfache Nachschaltung eines Vervielfachers, wie sie in dem Vorschlag vorgesehen ist, läßt das Optimalverhältnis zwischen Nutzsignal und Störsignal nicht erreichen, da sich nämlich die vom Mosaik zurückkehrenden Elektronen nicht zu einem genügend kleinen Fleck im Vervielfacher fokussieren lassen. Zum anderen belastet die Photoemission der Mosaikelektrode den Vervielfacher unnötig, wodurch ebenfalls der Rauschpegel erhöht wird.

Zur Behebung dieser Mängel geht ein bekannter so Vorschlag dahin, bei einer Bildsenderöhre die Achsen des Vervielfachers und des Strahlerzeugers parallel und auf verschiedenen Seiten der Röhrenachse verlaufen zu lassen und sowohl unmittelbar vor dem Strahlerzeuger als auch unmittelbar vor as dem Vervielfacher statische Ablenkfelder entgegengesetzter Richtung vorzusehen. Zwischen diesen Ablenkfeldern und der Mosaikelektrode ist ein weiteres statisches Ablenkfeld vorgesehen, das die zum Mosaik führenden Strahlelektronen in entgegengesetzter Richtung ablenkt wie die von der Elektrode umkehrenden Elektronen, so daß die

zurückkehrenden Elektronen dem vor dem Vervielfacher liegenden Ablenkfeld zugeführt werden und damit in den Vervielfacher gelangen.

Es hat sich im praktischen Betrieb herausgestellt, daß die Anordnung gemäß dem bekannten Vorschlag einige Mangel aufweist. Durch die elektrostatischen Ablenkfelder werden nämlich noch einige Verzerrungen hineingebracht, die zu beseitigen nicht ganz einfach ist, weil es Schwierigkeiten bereitet, solche Ablenkmittel einzubauen, die verhindern, daß die Elektronen des Kathodenstrahls zu große Querkomponenten ihrer Geschwindigkeit erhalten. Diese Mangel beseitigt die Erfindung dadurch, daß der Sekundärelektronenvervielfacher zwischen dem elektrostatischen Ablenkfeld und dem Schirm angeordnet wird, weil es nunmehr möglich ist, eine verbesserte Ablenkplattenform zu verwenden.

Die Erfindung wird nunmehr an Hand der Zeichnung näher erläutert werden. Die in Abb. 1 und 2 dargestellte Bildsenderöhre hat ein längliches Vakuumgefäß 1, in welchem an einem Ende eine Mosaikelektrode 2 und am anderen Ende ein an sich bekannter Kathodenstrahlerzeuger 3 angeordnet ist, welcher einen Elektronenstrahl erzeugt, welcher sich längs der gestrichelten Bahn 4 bewegt. Zur Aufrechterhaltung der Fokussierung des Kathodenstrahls ist das Vakuumgefäß 1 von einer Spule 15 umgeben, die ein Längsmagnetfeld erzeugt, das den ganzen Raum zwischen Kathode und Mosaikelektrode homogen durchsetzt. Es hat sich herausgestellt, daß zur Aufrechterhaltung der Fokussierung eine Feldstärke von etwa 50 bis 75 Gauß erforderlich ist. Unmittelbar anschließend an den Kathodenstrahlerzeuger 3 folgt ein Ablenkplattenpaar 20, 21, durch dessen Achse der Kathodenstrahl 4 hindurchgeht. Die Platten 20 und 21 sind gemäß einem bekannten Vorschlag derart geformt, daß die Feldstärke des Ablenkfeldes über einen Teil des Strahlweges mit zunehmender Entfernung von der Kathode zunimmt und über einen weiteren Teil des Strahlweges mit zunehmender Entfernung von der Kathode abnimmt. Dieses Ablenkplattenpaar ist für die Bildsenderöhre gemäß dem eingangs erwähnten bekannten Vorschlag nicht ohne weiteres verwendbar, weil die die Mosaikelektrode nicht erreichenden Elektronen durch ein ähnliches Ablenkplattenpaar einem Sekundärelektronenvervielfacher zugeführt werden, so daß, wenn die Platten, z. B. wie die Platten 20 und 21 der Abb. 1, an jedem Ende nach außen abgebogen sind, die umkehrenden Elektronen diese abgebogenen Teile der Platten treffen wurden.

Wie am besten aus Abb. 2 ersichtlich, lenken zwei Ablenkspulen 22, 23 den Kathodenstrahl senkrecht zu der durch die Ablenkplatten 20, 21 erzeugten Ablenkrichtung ab. An der gleichen Stelle sind zwei Platten 24, 25 zur Verschiebung des Strahls in die Mitte der Mosaikelektrode 2 vorgesehen. Die Ver-Schiebung des Strahls findet gleichzeitig mit der Ablenkung durch die Spulen 22 und 23 statt, und es wurde festgestellt, daß, wenn die Elektroden 24, Zylindermantelform haben, nur sehr geringe Verzerrungen entstehen. Durch die Zylinderform der Platten ergibt sich gleichzeitig ein sehr einfächer Aufbau. Die die Mosaikelektrode nicht erreichenden Elektronen werden von dem durch die Platten 24, 25 erzeugten Feld nochmals abgelenkt und verlaufen auf der mit 31 bezeichneten Bahn. Diese Elektronen gelangen dann auf die Prallelektrode 32, welche sich senkrecht zur Zeichenebene der Abb. 1 bis zu einer Länge erstreckt, die gleich der von den Platten 20, 21 erzeugten maximalen Strahlauslenkung ist. Diese Auslenkung ist gleich der Breite der Nutzfläche der Mosaikelektrode, und der Strahl wird in dieser Richtung nach dem Verlassen der Ablenkplatten 20, 21 nicht mehr verschoben. Die weiteren Prallelektroden 33 und 34 haben die gleiche Länge wie die Prallelektrode 32, und zur Aufnahme der Elektronen ist eine Elektrode 35 von ebenfalls der gleichen Länge vorgesehen. Jede der Elektroden 32 bis 34 kann aus Silber bestehen, welches während der Herstellung der Mosaikelektrode oxydiert wird. Während des Einbringens des Alkalimetalls, z. B. Cäsium, zur Aktivierung des Mosaiks werden diese Elektroden gleichzeitig aktiviert. Die Elektroden 32 bis 35 haben die Form langer Zylindermäntel. Von der Spannungsquelle 40 werden ihnen über den Spannungsteiler 41 geeignete Spannungen zugeführt. Die Elektrode 35 ist mit dem positiven Pol der Spannungsquelle über den Außenwiderstand 42 verbunden, an den ebenfalls die Verstärkerröhre 43 angeschlossen ist.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Ablenkplatten 20, 21 in einem im wesentlichen feldfreien Raum anzuordnen. Dieser feldfreie Raum wird durch die mit öffnungen versehenen Elektroden 50 und Si an den Enden der Ablenkplatten 20 und 21 gebildet Die Öffnung 52 in der Elektrode 50 ist vorzugsweise etwas größer als der maximale Strahldurchmesser, und der Schlitz 53 ist etwas langer als die durch die Platten 20, 21 maximal erzeugte Strahlauslenkung. Die. Elektrode 51 dient gleichzeitig zur Abschirmung des aus den Elektroden 32 bis 35 bestehenden Vervielfachers. Diese Abschirmung wird durch die Platte 54 vervollständigt. Es hat sich nämlich als zweckmäßig erwiesen, die Elektroden 32 bis 35 sowohl von den Ablenkplatten als auch gegenüber der Mosaikelektrode abzu- no schirmen. Die elektrostatischen Felder der Platten 20 und 21 würden sonst ein gleichmäßiges Absaugen der von der Mosaikelektrode 2 zurückkehrenden Elektronen verhindern. Die Abschirmung 54 kann mit einer einzigen Öffnung versehen sein, durch die sowohl der Kathodenstrahl als auch die zurückkehrenden Elektronen hindurchgehen. Es können jedoch auch, wie in der Abb. 1 dargestellt, zwei Schlitze vorgesehen werden. Durch den Schlitz geht dann der durch die Ablenkplatten 20 und 21 abgelenkte Kathodenstrahl hindurch, und durch den Schlitz 56 gelangen die von der Mosaikelektrode zurückkehrenden Elektronen auf die erste Prallelektrode 32. Die Elektroden 50, 51 und 54 liegen zweckmäßig auf dem mittleren Potential der Ab-Ienkplatten2o und2i, z.B. auf Erdpotential, welches

gleichzeitig das Potential der Anode 12 ist, so daß innerhalb des Ablenkraumes beim Fehlen des Ablenkfeldes ein feldfreier Raum entsteht. Die an der Mosaikelektrode 2 durch den Bildwurf ausgelösten Photoelektronen werden von der Abschirmung 54 abgesogen. Die beiden Schlitze 55 und 56 in der Abschirmung 54 bewirken, daß die Photoelektronen die erste Prallelektrode 32 praktisch nicht erreichen können. Die Breite der Schlitze beträgt etwa 10% oder weniger der Nutzflächenbreite der Mosaikelektrode.

Zur Erzeugung eines gleichmäßigeren elektrostatischen Feldes in der Nähe der Verschiebungsplatten 24, 25 sind zusätzliche Elektroden 60 und 61 ebenfalls innerhalb des von den Ablenkspulen 22, 23 umschlossenen Raumes angeordnet. Sie bilden mit den Verschiebungsplatten 24, 25 einen Zylindermantel und umgeben den Kathodenstrahl vollständig. Die einzelnen Platten sind nur durch kurze ao Zwischenräume voneinander getrennt. Diese Elektroden können als Wandbelag hergestellt werden. Es können aber auch entsprechend gebogene Platten verwendet werden. Die Elektroden 60 und 61 liegen ebenfalls auf Erdpotential, um beim Fehlen des as Potentials der Verschiebungsplatten an dieser Stelle des Gefäßes einen feldfreien Raum zu erzeugen.

Die Verschiebungsplatten24 und 25 werden durch die Spannungsquelle 65 oberhalb und unterhalb des Erdpotentials gehalten. Sie sind mit je einem Abgriff des Widerstandes 66 verbunden. Die Polarität der Verschiebungsplatten 24 und 25 ist von der Richtung des magnetischen Längsfeldes abhängig, und die Höhe der Potentialdifferenz zwischen den Platten 24 und 25 hängt von der Exzentrizität des Kathodenstrahlerzeugers und von der Stärke des magnetischen Längsfeldes ab. Es ist auch vorteilhaft, daß der Kathodenstrahl zwischen den Verschiebungsplatten in einem Bereich konstanten Potentials verläuft, gerade wenn der Strahl durch die Ablenkplatten horizontal abgelenkt wird. Zu diesem Zweck wird ein kleiner Betrag der Horizontalablenkspannung an die Verschiebungsplatten 24 und 25 gelegt, so daß der Kathodenstrahl und die zurückkehrenden Elektronen beim Passieren der Verschiebungsplatten den Potentialgradienten ο gegenüber Erde vorfinden.

Die Mitte des Widerstandes 66 ist mit einem Abgriff auf einem zweiten Widerstand 67 verbunden, welcher parallel zu den Ablenkplatten 20 und 21 liegt. Dieser Abgriff ist links von der geerdeten Mitte des Widerstandes 67 dargestellt; er kann jedoch auch rechts von der Mittelanzapfung liegen, wenn die Richtung des Längsmagnetfeldes umgekehrt ist. Es wurde festgestellt, daß, wenn der Kathodenstrahl die erste Prallelektrode 32 fokussiert trifft, jede kleine Änderung des Sekundäremissionsfaktors der Prallelektrode 32 über ihre Länge sich im wiedergegebenen Fernsehbild störend bemerkbar macht. Es ist nun außerordentlich schwierig, vollkommen gleichmäßig sekundäremittierende Flächen herzustellen. Es wurde jedoch herausgefunden, daß solche Ungleichmäßigkeiten dann sehr wenig stören, wenn der Kathodenstrahl auf der Mosaikelektrode scharf fokussiert ist und die zurückkehrenden Elektronen an der ersten Prallelektrode 32 nicht scharf fokussiert sind. Das Längsmagnetfeld veranlaßt einen Teil der Elektronen, auf wendeiförmigen Bahnen kleiner Amplituden zu verlaufen, so daß der Kathodenstrahl längs seiner Bahn eine Anzahl Brennpunkte durchläuft. Die Ganghöhe einer einzelnen Wendel kann durch die Feldstärke des Magnetfeldes und durch die Elektronengeschwindigkeit verändert werden. Die Prallelektrode 32 wird deshalb gegenüber den anderen Röhrenelektroden, insbesondere gegenüber der öffnung der Anode 12, etwas in Längsrichtung verschoben angeordnet, um die Auswirkung des ungleichmäßigen Sekundäremissionsfaktors zu eliminieren. Die Prallelektrode 32 ist so angeordnet, daß ihre sekundäremissionsfähige Oberfläche den zurückkehrenden Kathodenstrahl an einem Punkt abfängt, in welchem dieser nicht fokussiert ist. Der Kathodenstrahl ist an der Oberfläche der Prallelektrode 32 dann nicht fokussiert, wenn der Abstand (in Zentimeter) in axialer Richtung zwischen der Anode 12 und der Oberfläche der Prallelektrode durch folgende Gleichung gegeben ist:

21 F

Hierin bedeutet η eine ganze Zahl, n' einen Bruchteil von η (vorzugsweise = V2), V die axiale Geschwindigkeitskomponente der Elektronen in Volt und H die magnetische Feldstärke in Gauß. Wenn daher der Abstand zwischen der Anode 12 und der Oberfläche der Prallelektrode 32 nicht einem ganzzahligen Vielfachen der Ganghöhe ist, ist der Kathodenstrahl beim Auftreffen auf die Prallelektrode defokussiert. Dieser Abstand beträgt vorzugsweise eine ganze Zahl Ganghöhen und eine halbe Ganghöhe, so daß der Strahl gerade maximal defokussiert ist, wenn er an die Prallelektrode 32 trifft. Der Strahl kann auf die Mosaikelektrode unabhängig von der Defokussierung in der Ebene der Prallelektrode 32 fokussiert werden, ohne daß eine Wiedervereinigung der umkehrenden Elektronen auf der Prallelektrode stattfindet, weil die Felder zwischen der Prallelektrode und der Mosaikelektrode in gleicher Weise sowohl auf den in Riehtung auf die Mosaikelektrode sich bewegenden Strahl als auch auf die von der Mosaikelektrode zurückkehrenden Elektronen wirken. Diese Felder verhindern somit eine Fokussierung zwischen der Prallelektrode und der Mosaikelektrode. Die Betriebsbedingungen sind so gewählt, daß der Kathodenstrahl die Sekundärelektronen emittierende Oberfläche der Prallelektrode 32 defokussiert trifft und trotzdem der Strahl an der Mosaikelektrode durch Einstellen der Potentiale an den Elektroden zwischen iao der Elektrode 32 und der Mosaikelektrode fokussiert erreicht. Zu diesem Zweck ist noch eine zusätzliche Elektrode 71 in der Nähe der Mosaikelektrode 2 vorgesehen, durch welche die Fokussierung des Kathodenstrahls geändert werden kann, ohne die Defokussierung an der Prallelektrode 32 zu ver-

ändern. Die Elektrode 71 kann als schmaler ringförmiger Wandbelag in der Nähe der Vorderseite der Mosaikelektrode ausgebildet sein. Diese Elektrode dient gleichzeitig dazu, ein im wesentlichen gleichmäßiges elektrisches Feld an der abgetasteten Seite der Mosaikelektrode zu erzeugen. Ein solches gleichmäßiges Feld beeinflußt die Drehung des gesamten Rasters, dessen Drehung durch das magnetische Feld der Spule 15 erzeugt wird.
Es ist bei der in den Abb. 1 und 2 dargestellten Röhre sehr vorteilhaft, zu bewirken, daß möglichst wenig Photoelektronen in den Vervielfacher gelangen, weil die Photoelektronen nicht das gewünschte Bildsignal darstellen. Obgleich ernste Störungen durch die Verwendung einer Eintrittsöffnung vermieden werden können, deren Breite gleich oder kleiner als 10% der Mosaikelektrodenhöhe ist, ist die Anordnung gemäß Abb. 3 geeignet, die Auswirkung der Sammlung der Photoelektronen durch die erste Prallelektrode 32 vollständig zu beseitigen. Bei dieser Einrichtung wird das Bildsignal von der mittleren Bildhelligkeit getrennt. Hierzu wird eine Hochfrequenzspannung an die Signalplatte 6 der Mosaikelektrode gelegt, indem . »5 beispielsweise eine Wechselspannungsquelle mit der Elektrode 6 und der Kathode 10 verbunden wird. Die Frequenz der Wechselspannungsquelle 70 muß größer gewählt sein als die maximale Signalfrequenz, die durch Abtasten der Mosaikelektrode durch den Kathodenstrahl entsteht. Sie kann vorteilhaft in der Größenordnung von 10 MHz oder höher liegen. Eine Amplitude von wenigen Volt reicht aus, um zu verhindern, daß der Kathodenstrahl die Mosaikelektrode während der negativen Halbwelle der Wechselspannung nicht erreicht. Daher wird, wenn der Abtaststrahl ein belichtetes Element der Mosaikelektrode trifft, Strahlstrom von der Mosaikelektrode während der positiven Halbwelle übernommen und während der negativen Halbwelle nicht. Daher ist der Teil des Kathodenstrahls, der die Mosaikelektrode nicht erreicht und die erste Prallelektrode 32 trifft, während der Zeit, in welcher der Strahl unbelichtete Teile der Mosaikelektrode abtastet, unmoduliert, während dieser Teil des Strahls seine Amplitude im Takte der Wechselspannung während jeder Zeit ändert, in welcher er belichtete Teile der Mosaikelektrode abtastet. Die Photoelektronenemission der Mosaikelektrode wird hingegen durch die an der Elektrode 6 liegende Wechselspannung nicht unterbrochen. Es ist aus dem Vorhergehenden klar, daß die an der Ausgangsimpedanz 42 entstehende Ausgangsspannung drei Komponenten hat: eine mit einem modulierten Träger, dessen Modulationsamplitude dem gewünschten Bildsignal entspricht, eine zweite entsprechend dem unmodulierten Strahlstrom entsprechende Komponente und eine dritte Komponente, die den in den Vervielfacher eingedrungenen Photoelektronen entspricht, deren Signal unterdrückt \verden soll. Die dritte Komponente hat keinen Träger. Um die Komponenten ohne Träger zu unterdrücken, wird ein Bandfilter 71 verwendet, welches vorzugsweise zwischen die Ausgangselektrode 35 und den Eingang des Verstärkers 43 geschaltet ist. Dieses Filter ist so abgestimmt, daß es die modulierte Wechselspannung hindurchläßt und die niederfrequenten Signale, die durch eine Änderung der mittleren Bildhelligkeit und durch eine Änderung des Strahlstromes entstehen, unterdrückt werden. Durch diese Einrichtung werden somit die durch die Aufnahme von Photoelektronen entstehenden Störsignale beseitigt.

Claims (12)

1. Patentansprüche:

   ι. Speichernde Bildsenderöhre, deren Mosaikelektrode mit langsamen Elektronen abgetastet wird und die ein den Raum zwischen Strahlerzeuger und Mosaikelektrode durchsetzendes homogenes Längsmagnetfeld aufweist und bei welcher die Abtastelektronen von vornherein eine geringe Geschwindigkeit haben und die Ablenkung in wenigstens einer Richtung statisch erfolgt, mit anschließendem Sekundärelektronenvervielfacher, dadurch gekennzeichnet, daß der Vervielfacher und der Strahlerzeuger auf verschiedenen Seiten der Röhrenachse angeordnet sind und daß der Vervielfacher, in Strahlrichtung gesehen, hinter den Ablenkplatten angeordnet ist, die so ausgebildet sind, daß die Feldstärke des Ablenkfeldes über einen Teil des Strahlweges mit zunehmender Entfernung von der Kathode zunimmt und über einen weiteren Teil des Strahlweges mit zunehmender Entfernung von der Kathode abnimmt und daß zwischen Vervielfacher und Mosaikelektrode etwa am Ort des zweiten Ablenkfeldes ein Strahlverschiebungsfeld vorgesehen ist, welches die durch das erste Ablenkfeld nicht abgelenkten Elektronen auf die Mitte der Mosaikelektrode und die an der Mosaikelektrode umkehrenden Elektronen in den Vervielfacher lenkt.
2. 2. Speichernde Bildsenderöhre nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlverschiebungsfeld von zwei Ablenkplatten erzeugt wird, die die Form von Zylindermantelsegmenten haben.
3. 3. Speichernde Bildsenderöhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatten als Wandbelag ausgebildet sind.
4. 4. Speichernde Bildsenderöhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatten durch zwei weitere auf Erdpotential liegende Platten zu einem vollen Zylindermantel ergänzt sind.
5. 5. Speichernde Bildsenderöhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Ablenkplatte etwas oberhalb und die andere Ablenkplatte etwas unterhalb des Erdpotentials liegt.
6. 6. Speichernde Bildsenderöhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Ablenkplatten ein Bruchteil der Rasterablenkspannung gleichphasig zugeführt wird.
7. 7. Speichernde Bildsenderöhre nach An- 1*5 Spruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Ver-

   vielfacher zwischen zwei Abschirmwände (51, 54) eingeschlossen ist, die mit je einem Schlitz (53. 55) ^zum Durchlaß des Abtaststrahls versehen sind und von denen die der Mosaikelektrode näher liegende mit einem weiteren Schlitz (56) versehen ist, durch den die von der Mosaikelektrode zurückkehrenden Elektronen in den Vervielfacher gelangen.
8. 8. Speichernde Bildsenderöhre nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmwände auf dem mittleren Potential der Ablenkplatten, vorzugsweise auf Erdpotential liegen.
9. 9. Speichernde Bildsenderöhre nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die

   Breite der Prallelektroden (32 bis 35) und die Schlitzlänge gleich der Breite der abgetasteten Mosaikfläche ist, während die Schlitzbreite höchstens 10% der Kantenlänge der abgetasteao ten Fläche beträgt.
10. 10. Speichernde Bildsenderöhre nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der zweiten Anode des Strahlerzeugers und der ersten Prallelektrode (32) etwa gleich einem ganzzahligen Vielfachen der Ganghöhe, vermehrt um eine halbe Ganghöhe des Wendelstrahls ist.
11. 11. Speichernde Bildsenderöhre nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Verschiebungsfeld und der Mosaikelektrode eine schmale ringförmige Elektrode, z. B. als Wandbelag, angebracht ist.
12. 12. Speichernde Bildsenderöhre nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Signalelektrode und der Kathode eine Wechselspannungsquelle liegt, deren Frequenz höher ist als die maximal auftretende Signalfrequenz, und daß die Ausgansspannung am Vervielfacher über ein auf diese Frequenz abgestimmtes Bandfilter abgenommen wird.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

    9502 5.54