DE936637C - Strahlsteuerungseinrichtung fuer Kathodenstrahlroehren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Steuerung der Teile eines Elektronenstrahls in einer Bildwiedergaberöhre mit nur einem einzigen Strahlerzeuger. Durch die Erfindung wird es möglich, die Leuchtfleckschärfe der einzelnen Teile des Elektronenstrahls über die ganze Rasterfläche zu gewährleisten.

Die Erfindung ist unmittelbar anwendbar auf eine Bildwiedergaberöhre, wie sie in der Arbeit von L a w »A One-Gun Shadow-Mask Color Kinescope« in der Zeitschrift »Proceedings of the Institute of Radio Engineers«, Band 39, Nr. 10, Oktober 1951, Seite 1194 ff., beschrieben ist. Eine solche Röhre enthält einen einzigen Kathodenstrahlerzeuger, der in der Mittelachse der Röhre angeordnet ist. Der von diesem Erzeuger gelieferte einzige Elektronenstrahl wird um die Mittelachse herum geschwenkt. Die verschiedensten Lagen, die er dabei einnimmt, werden im folgenden der Einfachheit halber als »Teilstrahlen« oder »Strahlanteile« bezeichnet. Durch geeignete Steuerung lassen sich diese Teilstrahlen auf eine Viellochelektrode lenken, hinter der sich ein Lumineszenzschirm befindet, wobei die Teilstrahlen oder Strahlenteile auf die Viellochelektrode unter verschiedenen Winkeln auffallen. Dadurch werden Leuchtstoffbelegungen von kleinerer Größe als ein Bildelement auf dem Leuchtschirm getrennt erregt und somit ein farbiges Bild erzeugt.

Es ist vorgeschlagen worden, das Zusammenfallen der Teilstrahlen in einem gemeinsamen Schnittpunkt in der Ebene der Lochblendenplatte,

kurz die »Konvergenz« der Teilstrahlen durch Mittel sicherzustellen, die in der Arbeit von Friend »Deflection and Convergence in Color Kinescopes« in der Zeitschrift »Proceedings of the Institute of Radio Engineers«, Band 39, Nr. ίο, Oktober 1951, Seite 1249 ff., beschrieben sind. Die dort beschriebene Einrichtung besteht aus einem elektronenoptischen System, welches die Konvergenzwinkel des Strahles beeinflußt. Dieses elektronenoptische System wird veränderlich erregt, und zwar in Abhängigkeit von dem Radialwinkel der Strahlablenkung. Diese letztere Einrichtung arbeitet zwar zufriedenstellend, erfordert jedoch verhältnismäßig komplizierte Hilfsapparate, welche eine beträchtliche Leistung verbrauchen.

Ein Zweck der Erfindung besteht in der Schaffung einer verbesserten Einrichtung zur Steuerung des Konvergenzwinkels in Kathodenstrahlröhren, z. B. in Dreifarben-Bildwiedergaberöhren. Außerdem soll durch die Erfindung eine Einrichtung zur Beeinflussung des Konvergenzwinkels angegeben werden, welche einfacher ist als die bisher zu diesem Zweck verwendeten Apparate.

Ferner soll die erfindungsgemäße Einrichtung einen geringeren Leistungsverbrauch aufweisen, als es bisher notwendig war.

Die Erfindung richtet sich auf die Beeinflussung des Konvergenzwinkels mehrerer sogenannter Strahlanteile in einer Kathodenstrahlröhre, in der nur ein einziger Strahlerzeuger vorhanden ist. Diese Röhre enthält außerdem eine Einrichtung, welche so erregt wird, daß ein umlaufendes Feld entsteht, welches den Elektronenstrahl auf der Mantelfläche eines Kegels rotieren läßt. Es werden also mehrere Strahlanteile erzeugt, bevor der Kathodenstrahl die üblichen Ablenkfelder durchläuft. Außerdem sind noch weitere Ablenkmittel in der Nähe der von den Strahlanteilen durchlaufenen Wege vorgesehen, die so erregt werden, daß eine Konvergenz der Strahlanteile zu einem Punkt in einer nahe dem Röhrenschirm gelegenen Ebene erreicht wird. Gemäß der Erfindung soll die Einrichtung zur Herstellung der Strahlanteile so erregt werden, daß nicht die Konvergenz, sondern die Divergenz in Abhängigkeit von der Strahlablenkung geändert wird und sich somit auch der Konvergenzwinkel entsprechend dem jeweiligen Ablenkwinkel ändert. Dadurch wird die Fleckschärfe der Elektronenstrahlen in der erwähnten Ebene über das ganze Raster gewährleistet. So In der Zeichnung ist in Form eines Blockschaltbildes ein Farbfernsehempfänger gemäß der Erfindung dargestellt.

Das zusammengesetzte Fernsehsignal wird von einer Antenne 11 aufgenommen, welche an einen sogenanntenEmpfangsteili2 angeschlossen ist. Dieser kanru ebenso aufgebaut sein, wie in den heutigen Schwarz-Weiß-Fernsehempfängern. Er kann nämlich aus einem Trägerfrequenzverstärker, einem Frequenzwandler und aus einem Signaldetektor bestehen, aus welchem die Videosignale und die Synchronisierimpulse gewonnen werden. Die Ausgangsseite des Empfangsteiles 12 kann also in üblicher Weise an einen Videokanal 13 und an eine Impulstrennstufe 14 angeschlossen werden. Seitens des Videokanals werden die Videosignale für die einzelnen Farben einer Bildwiedergabeeinrichtung zugeführt und steuern deren Elektronenstrahl derart, daß ein farbiges Bild erzeugt wird. Die Impulstrennstufe arbeitet ebenfalls in üblicher Weise und trennt die Zeilen- und die Vertikal-Synchronisierimpulse von den Videosignalen ab und trennt sie ferner voneinander. In der Zeichnung besteht die Bildwiedergabeeinrichtung aus einer Dreifarbenröhre 15 mit einem einzigen Kathodenstrahlerzeuger. Die Wiedergaberöhre ist ebenso beschaffen wie in der obenerwähnten Arbeit von Law.

Eine solche Wiedergaberöhre besteht im wesentlichen aus einem Leuchtschirm 16, der aus einer Vielzahl von kleinen subelementaren Leuchtstoffbelegungen aufgebaut ist, die gruppenweise angeordnet sind und bei Erregung durch einen Elektronenstrahl in den Bildfarben aufleuchten. Die Röhre besitzt außerdem eine Viellochelektrode 17, deren einzelne Löcher, sich mit den Leuchtstoffgruppen decken. Durch die Löcher der Elektrode 17 treten die Strahlanteile in verschiedener Richtung hindurch und treffen die einzelnen Leuchtstoffbelegungen zur Erzeugung des farbigen Bildes.

Bei der Einrichtung nach der Zeichnung werden die drei Strahlanteile 18, 19 und 20 zur Erregung der grünen, der roten und der blauen Leuchtstoffbelegungen mittels eines einzigen Strahlerzeugers hergestellt, der aus einer Kathode 22, einem Steuergitter 23 und einer fokussierenden Elektrode 24 besteht und einen einzigen Strahl 25 liefert. Die drei Anteile 18, · 19 und 20 entstehen mittels eines eine Umlauf bewegung erzeugenden Ablenkj ochs 26, welches aus zwei um 90⁰ versetzten Wicklungen aufgebaut ist, die bei Erregung mit zwei um 90⁰ verschobenen Sinusströmen den Strahl 25 umlaufend aus der Mittelachse der Röhre ablenken. Die divergierenden Strahlanteile werden sodann mittels eines geeigneten elektronenoptischen Geräts, beispielsweise durch zwei koaxiale Zylinderelektroden 27 und 28 wieder konvergent gemacht. Diese Elektroden werden durch eine Gleichspannung so erregt, daß der Konvergenzpunkt der Strahlanteile 18, 19 und 20 in der Ebene der Viellochelektrode 17 liegt. Diese Lage des Konvergenzpunktes kann an einer beliebigen Stelle des Rasters, beispielsweise, wie dargestellt, in der Rastermitte, erreicht werden. Die Strahlanteile 18, 19 und 20 werden auch noch geeignet beschleunigt, und zwar mittels einer Endanode 29, die beispielsweise aus einem Innenüberzug der Röhre bestehen kann. Alle genannten Elektroden werden in gewöhnlicher Weise mit Gleichspannung durch Anschluß an einen Spannungsteiler 30 versorgt, der an einer Gleichspannungsquelle 31 liegt. Der Widerstand 32 soll vorzugsweise verstellbar sein, so daß die Konvergenzspannung zwischen den Elektroden 27 und 28 eingeregelt werden kann. Die Ablenkung der Strahlanteile 18, 19 und 20 geschieht mittels eines gemeinsamen Ablenkjoches 33. Dieses Joch wird mit Sägezähnen in der Hori- , zontal- und in der Vertikal-Richtung erregt, die von den Ablenkgeneratoren 34 und 35 geliefert werden.

Diese Generatoren werden eingangsseitig von der Trennstufe 14 in üblicher Weise gesteuert. Am Steuergitter 23 liegen die Videosignale aus dem Videokanal 13.

Damit der Empfänger nach der Zeichnung synchron mit dem zugehörigen Sender arbeitet, und zwar nicht nur bezüglich der Strahlablenkung zur Abtastung des rechteckigen Rasters, sondern auch bezüglich der Demodulation der empfangenen Farbträgerwelle, wird ein kurzer Wellenzug einer Normalfrequenz in bekannter Weise im Anschluß an die Zeilenimpulse übertragen. Somit enthält der erfindungsgemäße Empfänger auch eine Trennstufe 36 zur Gewinnung dieser Wellenzüge. Diese Trennstufe ist an die Ausgangsseite des Videokanals 13 angeschlossen und besteht im wesentlichen aus einer verriegelten Röhre. Sie wird nur während je einer kurzen Zeitspanne im Anschluß an die Zeilenimpulse aufgetastet, und zwar in Abhängigkeit von den seitens der Trennstufe 14 gelieferten Zeilenimpulsen. An der Ausgangsseite dieser Trennstufe entstehen also kurze Wellenzüge von der Frequenz der Farbträgerwelle. Diese Wellenzüge liegen an einem Phasenvergleicher 37, welcher außerdem eine Spannung von annähernd derselben Frequenz von einem örtlichen Generator 38 erhält. Eine etwaige Phasendifferenz zwischen dem fernübertragenen Wellenzug und der Spannung des örtlichen Generators wird von dem Phasenvergleicher 37 festgestellt.

Eine solche Phasendifferenz rührt also von einer Abweichung der örtlichen Normalfrequenz gegenüber der Frequenz der empfangenen. Farbträgerwelle her. Die Ausgangsseite des Phasenvergleichers 37, an der eine Spannung entsteht, die nach Größe und Richtung der Phasendifferenz entspricht, liegt an einer Blindröhre 39, welche ihrerseits mit dem örtlichen Generator 38 in üblicher Weise verbunden ist und dessen Frequenz beeinflußt.

Das dieUmlaufbewegung des Strahls erzeugende Joch 26 wird so gespeist, daß es die gewünschte anfängliche Divergenz des Strahls 25 erzeugt, d. h. diesen Strahl auf dem Mantel eines Kegels mit einer Frequenz umlaufen läßt, die in einem festen Verhältnis zu der Frequenz steht, mit welcher die den einzelnen Farben entsprechenden Videosignale auftreten. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel, bei welchem angenommen ist, daß diese Videosignale einem Farbunterträger von verhältnismäßig hoher Frequenz innerhalb des Videosignalbandes aufmoduliert sein sollen, entspricht die Frequenz des örtlichen Oszillators 38 der Frequenz des Farbunterträgers. Die Ausgangsspannung des örtlichen Oszillators ist die Sinusspannung 40, deren Frequenz gleich der Frequenz des Farbunterträgers ist.

Diese Sinusspannung wird einem Amplitudenmodulator 41 von üblicher Ausbildung zugeführt' und dort in ihrer Amplitude erfindungsgemäß in einer noch zu beschreibenden Weise gesteuert.

Die modulierte Sinusspannung, welche derModu-Iator4i liefert, liegt an einem Phasenverschiebungsnetzwerk 42. Dieses kann ebenfalls wie üblich ausgebildet sein und dient zur Herstellung einer Phasenverschiebung von 90⁰ mittels einer Verzögerungsleitung oder einer gleichwertigen Einrichtung gegenüber dem örtlichen Normalfrequenzerzeuger 38. Somit wird an der einen Ausgangsklemme des Phasenverschiebungsnetzwerkes eine modulierte sinusförmige Normalfrequenzspannung von einer bestimmten Phasenlage erzeugt und an einer zweiten Ausgangsklemme eine um 90⁰ gegenüber der ersterwähnten Phasenlage verschobene Phasenlage.

Die Spannung der ersterwähnten Phasenlage liegt an einem Verstärker 43 und die zweite Span nung an einem Verstärker 44. Diese beiden Verstärker sind gewöhnliche verzerrungsfrei arbeitende Verstärker und liefern eine sinusförmige Spannung von ungefähr 4 MHz.

Die Ausgangsseite dieser beiden Verstärker ist an die eine bzw. die andere Wicklung des Joches 26 angeschlossen. Abgesehen von der Amplitudenmodulation der Sinusspannung 40 wird also das Joch 26 in üblicher Weise erregt und erzeugt die gewünschte Divergenz des Strahls 25, so daß dieser auf dem Mantel des vorerwähnten Kegels umläuft.

Die Sinusspannung 40 wird mit einer oder mit beiden Ablenkfrequenzen moduliert, und zwar mittels einer geeignet verlaufenden und sich mit diesen Frequenzen ändernden Spannung. Zu diesem Zweck ist der Modulator 41 mit einer Reihe von Modulationsklemmen ausgerüstet. Je eine dieser Klemmen ist an den horizontalen und an den vertikalen Divergenzsteuergenerator 45 bzw. 46 angeschlossen. Den Modulationsklemmen der Modulationsstufe 41 werden parabolisch verlaufende Spannungen 47 und 48 der Horizontal- und Vertikalfrequenz zugeführt. Eine Schaltung zur Erzeugung derartiger Spannungen ist z. B. in Fig. 20 der oben erwähnten Arbeit von Friend dargestellt. Ferner können zwei anderen Eingangsklemmen der Modulationsstufe auch noch sägezahnförmige Spannungen 49 und 50 zugeführt werden. Diese Sägezähne werden von den Ablenkgeneratoren 34 und 35 geliefert. Sie können jedoch gewünschtenfalls auch von den Generatoren 45 und 46 geliefert werden.

Man sieht somit, daß die sinusförmige Spannung 40 der Normalfrequenz in Abhängigkeit von der Ablenkung der Strahlanteile 18, 19 und 20 amplitudenmoduliert wird. Die Abhängigkeit von der Strahlablenkung kann dabei in einer beliebigen Kombination der Parabelkurven 47 und 48 und der Sägezahnkurven 49 und 50 bestehen. Man kann erkennen, daß die koaxialen Zylinderelektroden 27 und 28 vermöge ihrer Lage und vermöge ihrer Gleichspannungserregung eine bestimmte und annähernd konstante Konvergenz der Strahlanteile erzeugen. Somit wird ein Unterschied in der anfänglich durch das Joch 26 erzeugten Divergenz der Strahlanteile vor dem Eintritt in die Zylinderelektroden in diesen letzteren nicht wieder ausgeglichen und ist daher nach dem Austritt aus den Zylinderelektroden noch vorhanden. Wenn man also' den anfänglichen Divergenzwinkel des umlaufenden Elektronenstrahls abhängig von der Strahlablenkung verändert, ändert sich der Konvergenzwinkel der Strahlanteile am Schirm derart, daß die gewünschte

Fleckschärfe in der Ebene der Viellochelektrode 17 überall erreicht wird. Man erkennt außerdem, daß eine Fleckschärfensteuerung gemäß der Erfindung nicht nur mittels Einrichtungen erreicht wird, die einfacher sind als die bisher benutzten Einrichtungen und keine Herstellung von Hochspannungssignalen erfordern, sondern daß auch die Leistung zur Sicherstellung der Fleckschärfe erheblich geringer ist, da nämlich die Strahlkonvergenz tatsächlieh schon an einer Stelle gesteuert wird, die wesentlich näher an der Erzeugungsstelle des Elektronenstrahls liegt. Es ist an sich bekannt, daß weniger Leistung zur Ablenkung eines Elektronenstrahls erforderlich ist, wenn die Ablenkung an einer Stelle geschieht, die weiter von dem endgültig abzutastenden Schirm entfernt ist.

Durch die Erfindung wird somit eine Einrichtung zur Konvergenzsteuerung in Kathodenstrahlröhren, z. B. in Dreifarbenröhren, vorgeschlagen. Die erfindungsgemäße Einrichtung ist erheblich einfacher als die bisher zu diesem Zweckbenutzten elektronenoptischen Einrichtungen. Weiterhin kann die erfindungsgemäße Einrichtung mit einem wesentlich geringeren Leistungsaufwand als die bisherigen Konvergenzsteuereinrichtungen betrieben werden.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   ι . Strahlsteuerungseinrichtung für Kathodenstrahlröhren mit einem Leuchtschirm, welcher Licht in den einzelnen Grundfarben erzeugt, • wenn er von einem Elektronenstrahl in verschiedenen Richtungen getroffen wird, und mit einem rasterförmig abgelenkten Elektronenstrahl, ferner mit einem einzigen Strahlerzeuger und mit einer Einrichtung, die ein umlaufendes Feld erzeugt und den Elektronenstrahl auf dem Mantel eines Kegels entlang führt, so daß sich mehrere gedachte Strahlanteile schon vor der Ablenkeinrichtung bilden, sowie mit zusätzlichen Strahlablenkmitteln, welche die Konvergenz der Strahlanteile in jedem Punkte einer nahe dem Leuchtschirm gelegenen Ebene sicherstellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung] zur Herstellung der Strahlanteile in Abhängigkeit von der Rasterablenkung gesteuert wird und somit auch die Strahlkonvergenz von dem jeweiligen Ablenkwinkel abhängt, so daß die Fleckschärfe in der genannten Ebene über die ganze Rasterfläche erhalten bleibt.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Herstellung der Strahlanteile mehrere Steuergeneratoren enthält, welche Steuerspannungen von der Frequenz der Ablenkvorgänge zur Beeinflussung des umlaufenden Feldes liefern.
3. 3. Einrichtung nach Anspruchs, bei welcher der eine dieser Spannungserzeuger aus dem gewöhnlichen Horizontalablenkgenerator besteht, der einen Horizontalsägezahn liefert, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Spannungserzeuger zur Lieferung einer parabolisch verlaufenden Spannung der Horizontalablenkfrequenz vorhanden ist und daß die Sägezahnspannung und die parabolisch verlaufende Spannung zur Beeinflussung der Divergenzänderung in der Horizontalablenkrichtung kombiniert wird.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 2, bei welcher der eine Spannungserzeuger aus dem gewöhnliehen Vertikalablenkgenerator besteht, der eine sägezahnförmige Spannung der Vertikalfrequenz liefert, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Generator zur Erzeugung einer parabolisch verlaufenden Spannung der Vertikalablenkfrequenz vorhanden ist und daß die genannte Sägezahnspannung mit der parabolisch verlaufenden Spannung zur Erzeugung der Divergenzänderung in der Vertikalabtastrichtung kombiniert wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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