DE930996C - Kathodenstrahlroehre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kathodenstrahlröhre, insbesondere Bildröhre für den Fernsehempfang, die zur Ausblendung der negativen Ionen aus dem Elektronenstrahl Mittel zur Auslenkung des Strahles aus der Röhrenachse und Mittel zur Erzeugung eines die Elektronen in die Röhrenachse zurücklenkenden Magnetfeldes enthält und bei der erfmdungsgemäß bei Anwendung einer magnetischen oder einer gemischt magnetisch-elektrostatischen Fokussierung des Elektronenstrahles der Fokussierungsmagnet derart ausgebildet oder mit solchen zusätzlichen Mitteln versehen ist, daß ein die Rücklenkung des Elektronenstrahles in die Röhrenachse bewirkender Streufluß entsteht.

Da es im praktischen Betrieb unmöglich ist, in Kathodenstrahlröhren, wie sie in Fernsehempfängern, Oszillographen und ähnlichen Geräten verwendet werden, ein vollständiges Vakuum zu erzeugen, werden Spuren von Gas in den Röhren stets vorhanden sein. Als Ergebnis werden dann negativ aufgeladene Teilchen, nämlich Ionen, in der Röhre erzeugt, die in den Kathodenstrahl eintreten. Diese Ionen gelangen auf den Schirm der Kathodenstrahlröhre und erzeugen einen schwarzen Fleck auf dem Schirm, der als der Ionenfleck bekannt ist.

Es ist bekannt, die Bildung der Ionenflecke dadurch zu verhindern, daß man eine verschiedenartige Ablenkung der Ionen und der Elektronen vornimmt, um die Ionen aus dem Strahl mit Hilfe einer Ionenfalle auszufiltern. Während sowohl die Ionen als auch die Elektronen in einer Kathodenstrahlröhre etwa in gleichem Maße durch ein elektrisches Feld abgelenkt werden, werden die langsameren Ionen von einem magnetischen Feld um einen geringeren Betrag ausgelenkt als die Elek-

tronen. Dies ergibt sich daraus, daß die Geschwindigkeit des Ions geringer ist als jene des Elektrons. Man kann also auf diese Weise die Ionen von den Elektronen in einer Kathodenstrahlröhre dadurch trennen, daß man den Strahl veranlaßt, die Kathode unter einem gewissen Winkel gegenüber der Röhrenachse zu verlassen. Man kann auch einen axialen Strahl durch ein elektrisches Feld so- ablenken, daß er einen Winkel mit der Röhrenachse

ίο bildet, und dann den abgelenkten StraM einem Magnetfeld aussetzen, um die Elektronen wieder in die Röhrenachse zurückzulenken. Die in dem abgelenkten Strahl vorhandenen Ionen werden von dem magnetischen Feld im wesentlichen nicht bets einflußt und können dann durch geeignete Mittel ausgeblendet werden. Dazu kann man beispielsweise eine für die Ionen undurchlässige Scheibe verwenden, die eine derart angeordnete Öffnung besitzt, daß der Strahl der zurückgelenkten Elektronen hindurchgeht. In der Regel ist ein gesonderter Ionenfallenmagnet speziell für diesen Zweck der Rücklenkung des Elektronenstrahles vorgesehen.

In Kathodenstrahlröhren der beschriebenen Art ist es im allgemeinen auch notwendig, Mittel vorzusehen, um den Elektronenstrahl zu zentrieren und abzugleichen, um die auf dem Bildschirm erzeugte Spur sauber auszurichten. Zur Erfüllung dieser Funktion ist es üblich, eine außerhalb der Röhre angeordnete magnetische Fokussierungseinrichtung vorzusehen. Diese Einrichtung kann elektromagnetischer Natur sein, indem man beispielsweise eine Spule verwendet, die außerhalb um den Hals der Kathodenstrahlröhre angeordnet ist. Man kann aber auch einen permanenten Magneten verwenden, der toroidförmig ausgebildet ist und der ein zylindrisches Magnetfeld entlang der Strahlachse erzeugt. Schließlich kann man aber auch eine Kombination dieser beiden Fokussierungseinrichtungen verwenden.

Eine Verbesserung dieser um den Hals der Kathodenstrahlröhre angeordneten Einrichtung wird dadurch erreicht, daß sie in Zusammenarbeit mit innerhalb der Röhre angeordneten Elementen sowohl eine Fokussierung des Strahles als auch eine Aussonderung der gewünschten Ionen vornimmt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält diese Anordnung einen Strahlfokussierungsmagneten und ferner ein zusätzliches Glied aus einem Material von niedrigem magnetischem Widerstand, das sich .entlang des Halses der Röhre erstreckt und im übrigen so angeordnet ist, daß ein Teil des magnetischen Fokussierungsfeldes in solcher Weise verzerrt wird, daß die Elektronen des Strahles in Richtung der Anodenöffnung der Ionenfalle umgelenkt werden. Auf diese Weise dient das Magnetsystem zusammen mit den innerhalb der Röhre angeordneten Elementen sowohl der Ionenfalle als auch den Fokussierungszwecken.

Ein wesentlicher Vorteil besteht daher in der konstruktiven Kombination zwischen dem Fokussierungs- und dem Ionenfallenmagneten, so daß die Herstellung einer solchen Anordnung einfach und besonders billig ist.

Zum besseren Verständnis werden im folgenden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung besprochen.

In Fig. ι ist ein Schnitt durch eine Kathoden-■ strahlröhre dargestellt, die eine Kombination eines Fokussierungs- und eines Ionenfallenmagneten enthält.

Fig. 2 stellt eine Aufsicht auf einen solchen Fokussierungs- und Ionenfallenmagneten dar, und zwar betrachtet in Richtung der Pfeile 2-2 gemäß Fig. i.

Fig. 3 stellt einen Längsschnitt durch eine Fokussierungs - Ionenfallen - Anordnung entsprechend einer anderen Ausführungsform dar.

In den Fig. 4 und 5 sind weitere Ausführungsformen solcher Anordnungen dargestellt.

In Fig. ι ist eine Kathodenstrahlröhre der übliehen Bauart gezeichnet, die einen Fokussierungs-Ionenfallen-Magneten gemäß einer Ausführungsform enthält. Die Kathodenstrahlröhre besteht aus einem Glaskolben, der durch einen kegelförmigen Teil 11 und einen daran angesetzten zylindrischen Hals 12 dargestellt wird. In dem Hals 12 ist an der von dem kegelförmigen Teil 11 entfernten Seite eine Strahlerzeugungseinrichtung angeordnet, die mit 13 bezeichnet ist. Die Konstruktion und Arbeitsweise dieser Anordnung ist bekannt. Diese go Strahlerzeugungseinrichtung 13 enthält eine im allgemeinen zylindrische Kathode 14, die innerhalb einer konzentrisch angeordneten Steuerelektrode 15 angeordnet ist. Die Steuerelektrode 15 besitzt eine Öffnung 15', und zwar konzentrisch zu der emittierenden Fläche der Kathode 14. 16 und 17 sind zwei auf positivem Potential liegende, zylindrisch ausgebildete Elektroden. Das Ende der zweiten positiven Elektrode 17 ist durch eine scheibenförmige Blende 18 abgeschlossen, die eine Öffnung 19 aufweist, um den Elektronenstrahl 20, der von dem Strahlerzeugungssystem 13 ausgeht, durchzulassen. Es sind geeignete tragende Glieder, z. B. Glasstäbe (in der Zeichnung nicht dargestellt), vorgesehen, um die verschiedenen Teile des Strahlerzeugungssystems 13 in ihrer gegenseitigen Lage zu halten. Diese Ausführungsformen sind bekannt. Enden der Beschleunigungselektroden 16 und 17 stehen in definiertem Abstand einander gegenüber und sind so ausgebildet, daß zwischen ihnen ein Spalt unter einem spitzen Winkel gegenüber der Längsachse der Kathodenstrahlröhre entsteht. Da die positive Elektrode 17 an einem höheren Potential liegt als die Elektrode 16, wird der Kathodenstrahl nach irunen abgelenkt, und zwar senkrecht zu der Zeichenebene gemäß Fig. 1. Diese Ablenkung entsteht durch das elektrische Feld, das sich in dem Spalt zwischen den Elektroden 16 und 17 ausbildet. Das Strahlerzeugungssystem 13 erzeugt einen Elektronenstrahl 20 entlang der Achse des Halses 12, der auf dem Fluoreszenzschirm 21 auftrifft, um dort einen Lichteffekt in der bekannten Weise zu erzeugen.

Ein übliches Ablenkspulensystem 22 ist um den Hals 12 in der Nähe des kegelförmigen Teiles 11 des Röhrenkolbens angeordnet, um eine vertikale

und eine horizontale Strahlablenkung hervorzurufen und auf diese Weise ein Fernsehbild in der bekannten Weise auf dem Schirm der Röhre zu erzeugen. Diese Teile bilden jedoch nicht den Gegenstand der Erfindung. Eine geeignete Ausführungsform für ein solches Ablenksystem ist beispielsweise in der USA.-Patentschrift 2 565 331 dargestellt. Wenngleich in der Abbildung ein magnetisches Ablenksystem dargestellt ist, so können doch auch elektrostatische Ablenkmittel oder eine Kombination von elektrostatischen und magnetischen Ablenkmitteln bei der Röhre Anwendung finden.

Eine den Elektronenstrahl fokussierende Linse 23 ist ebenfalls um den Hals 12 in einer Lage zwischen dem Strahlerzeugungssystem 13 und den Ablenkspulen 22 angeordnet. Bekanntlich hat dieses Linsensystem ein magnetisches Feld vorgeschriebener magnetischer Intensität zu erzeugen, um den Elektronenstrahl 20 so zu fokussieren, daß auf dem Schirm 21 ein Lichtfleck genau im Zentrum des Schirmes entsteht.

Wie aus Fig. 2 besser hervorgeht, besteht diese Fokussierungslinse 23 vorzugsweise aus einem permanenten Magneten, um einen hinreichenden Streufluß für die Ionenfallenanordnung zu erzeugen. Die Linse 23 enthält demgemäß einen zylindrischen Permanentmagneten 24, der von einem Paar ringförmiger Polstücke 25 und 26, die axial zu dem Magneten 24 angeordnet sind, begrenzt wird. Diese Scheiben 25 und 26 begrenzen den Nord- und Südpol des Magneten.

An die magnetische Linse 23 ist eine Leiste 27 in Form eines Stabes aus magnetischem Material von niedrigem magnetischem Widerstand angebracht. Als Material kommt beispielsweise ein weicher Stahl in Frage. Dieser Stab verläuft parallel zur Achse der Kathodenstrahlröhre; er liegt mit seinem einen Ende an dem Polstück 26 an.

Dieser aus magnetischem Material bestehende Stab 27, der in Wirklichkeit eine Erweiterung eines Segmentes des Polstückes 26 darstellt, erzeugt einen Weg von geringem magnetischem Widerstand für einen Streufluß des Fokussierungsmagneten 24. Der mit Hilfe des Stabes 27 erzeugte magnetische Fluß erzeugt ein definiertes Feld, unter dessen Einfluß der Elektronenstrahl abgelenkt wird. Durch Veränderung der Lage des Stabes 27 kann die Richtung dieses magnetischen Feldes so eingestellt werden, daß sie dem elektrischen Feld, das in dem Spalt zwischen der positiven Elektrode 16 und der positiven Elektrode 17 entsteht, entgegengesetzt gerichtet ist, um dadurch die Elektronen des Kathodenstrahles 20 wieder zurückzulenken. Durch Abgleich des Stabes 27, z. B. durch Neigen des Stabes in eine Lage, wie sie durch die gestrichelten Linien in Fig. 1 und 2 dargestellt ist, ist es möglich, die Stärke des magnetischen Feldes abzugleichen, um die zurückgelenkten Elektronen des Strahles 20 durch die Öffnung 19 der Blende 18 hindurchzulassen. Die durch die Öffnung 19 hindurchtretenden Elektronen stellen einen annähernd ionenfreien Elektronenstrahl dar, der in der üblichen Weise fokussiert und abgelenkt werden kann. Die zunächst in dem Strahl 20 vorhandenen Ionen werden durch das magnetische Feld des Stabes 27 praktisch nicht abgelenkt und gelangen daher nicht durch die Öffnung 19, sondern werden aus dem Strahl 20 durch die undurchlässige Scheibe 18 ausgefiltert.

Im idealen Fall sind die Stärken des elektrischen und des magnetischen Feldes so abgeglichen, daß sie einander derart kompensieren, daß für die Elektronen an allen Punkten eine Neutralisation dieser beiden Felder auftritt. Die Elektronen erleiden daher, während sie durch diese beiden Felder verlaufen, keinerlei Ablenkung. Praktisch ist es jedoch schwierig, dieses Ergebnis zu erzielen, und die Elektronen werden gewöhnlich durch das elektrische Feld bis zu einem gewissen Betrag abgelenkt und dann durch das magnetische Feld," wie oben beschrieben wurde, zurückgelenkt.

Wenn auch das Feld der Linse 23 bis zu einem gewissen Betrag durch die Anwesenheit des Stabes 27 gestört wird, so tritt dadurch keine Verschlechterung in der Fokussierung des Elektronenstrahles ein.

Die Elektronen, die aus der Achse der Röhre durch die radiale Komponente des Feldes in der Nähe des Stabes 27 ausgelenkt werden, neigen auf Grund der tangentialen Flußkomponente des Fokussierungsfeldes zur Rotation um die Achse. Da jedoch die Rotation ein konstanter Faktor ist, beeinflußt sie nicht das auf den Schirm 21 aufgezeichnete Bild. Weiterhin wird die schwache Unsymmetrie des Strahles 20, die durch die Anwesenheit des Stabes 27 hervorgerufen wird, durch die fokussierende Wirkung der Linse 23 auf ein Minimum reduziert.

Nachdem an Hand der Fig. 1 und 2 eine Ausführungsform beschrieben ist, werden in den folgenden Figuren andere Ausführungsformen dargestellt, wobei gleiche Elemente dieselben Bezugszeichen tragen, wie sie in den Fig. 1 und 2 angegeben sind.

In Fig. 3 ist eine Ausführungsform mit Mitteln für einen leichteren Abgleich des Flusses der Ionenfalle dargestellt. Der Ablenkstab 28, der dem Stab 27 in den Fig. 1 und 2 entspricht, besteht ebenfalls aus magnetischem Material von geringem magnetischem Widerstand; er ist an einem Ende mit einem L-förmig ausgebildeten Teil versehen, das eine öffnung zur Aufnahme einer Abgleichschraube 29 besitzt. Die Schraube 29 besteht vorzugsweise aus nicht magnetischem Material und besitzt einen Schlitz 30 für den Abgleich. Das Polstück 26 und der Magnet 24 besitzen ebenfalls je eine Öffnung zur Aufnahme der Schraube 29, um auf diese Weise den Stab 28 und den Magneten 24 in einem abgleichbaren Abstand voneinander zu iao halten.

In Fig. 4 ist ein Stab 31 aus magnetischem Material von geringem magnetischem Widerstand entsprechend dem Stab 27 der Fig. 1 und 2 dargestellt, der innerhalb des Halses 12 der Kathodenstrahlröhre angeordnet ist. Der Stab 31 kann ent-

lang der Achse der Kathodenstrahlröhre in geeignetem Abstand von dem Strahlerzeugungssystem 13 isoliert angeordnet werden. Seine Anbringung kann in üblicher Weise, z. B. durch Befestigung an den im allgemeinen verwendeten Glasstäben, erfolgen. Die Fokussierungsanordnung 23 kann entlang des Halses 12 abgeglichen werden, um auf diese Weise die richtige Feldstärke für die Ionenfallenzwecke zu erzeugen.

In der Ausführungsform, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, ist die Fokussierungs- und die Ionenfallenapparatur innerhalb des Halses 12 der Röhre angeordnet. Der Stab 32 dieser Figur entspricht dem Stab 27 der Fig. 1 und 2; er ist in gleicher Weise wie der Stab 27 aus einem Material von niedrigem magnetischem Widerstand. Dieser Stab 32 kann in derselben Weise wie der Stab 31 gemäß Fig. 4 in der vorgeschriebenen Lage gehalten virerden. Der ringförmige Magnet 33 entspricht der magnetischen Fokussierungsanordnung 23 der Fig. ι und stellt eine übliche Ausführungsform eines zylindrischen, innerhalb der Röhre angeordneten Fokussierungsmagneten dar.

Wenn auch die Erfindung in Verbindung mit einem Permanentmagneten als Fokussierungsanordnung dargestellt ist, so kann es doch in manchen Fällen zweckmäßig sein, als Fokussierungsanordnung eine Kompensation zwischen einem Permanent- und einem Elektromagneten zu verwenden, wobei ein ausreichender Streufluß vorzusehen ist, um ein Feld für die Ionenfalle zu erzeugen.

In verschiedenen Ausführungsformen wurde die Verwendung eines Fokussierungsmagneten beschrieben, der eine zylindrische Form besitzt. Man kann jedoch auch eine Anordnung aus permanenten Magneten verwenden, die aus einer Mehrzahl von in einem Abstand zueinander angeordneten Magneten besteht, wobei diese einzelnen Magneten einen aus mehreren Segmenten bestehenden Zylinder darstellen.

Durch die Erfindung ist es möglich, die Fokussierungsanordnung und die Ionenfallenanordnung derart zu kombinieren, daß ein gesonderter Ionenfallenmagnet überflüssig wird. Dadurch spart man an magnetischem Material ein.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Kathodenstrahlröhre, insbesondere Bildröhre für den Fernsehempfang, die zur Ausblendung der negativen Ionen aus dem Elektronenstrahl Mittel zur Auslenkung des Strahles aus der Röhrenachse und Mittel zur Erzeugung eines die Elektronen in die Röhrenachse zurücklenkenden Magnetfeldes enthält, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung einer magnetischen oder einer gemischt magnetisch-elektrostatischen Fokussierung des Elektronenstrahles der Fokussierungsmagnet derart ausgebildet oder mit solchen zusatzliehen Mitteln versehen ist, daß ein die Rücklenkung des Elektronenstrahles in die Röhrenachse bewirkender Streufluß entsteht.
2. 2. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Streuflusses ein Stab aus magnetischem Material und mit niedrigem magnetischem Widerstand vorgesehen ist, der in unmittelbarer Nähe des Fokussierungsmagneten innerhalb oder außerhalb des Röhrenhalses angeordnet ist.
3. 3. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Stab an den Magneten angeordnet ist und daß Mittel zur Veränderung seines Abstandes vom Magneten vorgesehen sind.
4. 4. Kathodenstrahlröhre nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Veränderung der Neigung des Stabes gegenüber der Röhrenachse vorgesehen sind.
5. 5. Kathodenstrahlröhre nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Anwendung eines Streuflusses des Fokussierungsmagneten in Verbindung mit einer elektrostatischen Ablenkung des Elektronenstrahles durch zwei zylinderförmige, auf verschiedenem positivem Potential liegende Elektroden, deren einander zugekehrte Enden in zueinander parallelen Ebenen unter einem gegen die Röhrenachse spitzen Winkel abgeschnitten sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen