NL7809345A - Kathodestraalbuis. - Google Patents

Description

V

* r ψ PHN 9222 N.V. Philips 1 Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Kathodestraalbuis.

De uitvinding heeft betrekking op een kathode-straalbuis, welke in een omhulling bevat een langs een as gecentreerd electronenkanon voor het opwekken van een op een trefplaat gerichte electronenbundel, welk electronen-5 kanon voorzien is van een kathode en een anode met een kleine opening voor het begrenzen van de electronenbundel, welke kathodestraalbuis voorts bevat een focusseerlens voor het focusseren van de electronenbundel op de trefplaat, van welke focusseerlens de anode gerekend in de voortgaande 10 richting van de electronen de eerste electrode vormt.

Een dergelijke kathodestraalbuis, welke voor het opnemen van televisiebeelden wordt gebruikt, wordt in het algemeen vidicon genoemd. Een dergelijke kathodestraalbuis bevat een trefplaat en een electronenkanon voor het 15 produceren van een op de trefplaat gerichte electronenbun del. Het electronenkanon bevat een kathode en een anode.

Tussen de kathode en de trefplaat zijn één of meer diafragma's aanwezig voor het begrenzen van de electronenbundel.

De buis bevat voorts een focusseerlens voor het focusseren 20 van de electronenbundel op de trefplaat.

Een dergelijke kathodestraalbuis is bekend uit het artikel "Een experimentele kleine kleurentelevisie-camera" in Philips' Technisch Tijdschrift., jaargang 29, 1968, No. 11, waarin een televisiecamerabuis van het zoge-25 naamde "Plumbicon"-type wordt beschreven.

Een Plumbicon is een vidicon waarvan de trefplaat bestaat uit een fotogeleidende laag van hoofdzakelijk loodmonoxide, welke is aangebracht op een doorzichtige 7309345 ί 2 ΡΗΝ 9222 signaalplaat. Het vrije oppervlak van de fotogeleidende. laag is naar het electronenkanon toegekeerd. De werking van een plumbicon is als volgt. De signaalplaat is via een signaalweerstand verbonden met een spanningsbron. De 5 potentiaal van de signaalplaat is positief ten opzichte van de kathodepotentiaal, welke nul volt wordt genoemd. Het op te nemen beeld wordt door de doorzichtige signaallaag heen op de fotogeleidende laag geprojecteerd. Onder invloed van de positieve potentiaal van de signaalplaat stijgt tenge-10 volge van de fotogeleiding de potentiaal van de elementaire gebiedjes van het vrije oppervlak van de trefplaat. Hierdoor wordt een potentiaalbeeld gevormd op het vrije oppervlak van de trefplaat, waarbij de potentiaal yan de elementaire gebieden .afhankelijk is van de opvallende licht-^ intensiteit. Het potentiaalbeeld op de trefplaat wordt afgetast door een electronenbundel volgens een raster van nagenoeg evenwijdige lijnen. Door de aftastende electronenbundel wordt de potentiaal van de oppervlakte-elementen van de trefplaat periodiek teruggebracht tot de potentiaal van de kathode, waarbij een uitgangssignaal evenredig met de oorspronkelijke potentiaalfluctuaties over de signaalweerstand verschijnt.

In genoemd artikel beschreven televisiecamera- buis wordt het electronenkanon gevormd door een kathode, een rooster en een anode. Door de lenswerking tussen deze electroden wordt de electronenbundel tussen de kathode en anode gefocusseerd in een zogenaamde bundelknoop. Deze bundelknoop wordt op de trefplaat ëei'ocusseer<i door een focusseerlens. De focusseerlens bevat drie cilindrische electroden, waarvan de eerste electrode wordt gevormd door 30 de anode. Om de gewenste bundel te verkrijgen ter plaatse van de focusseerlens is in de cilindrische anode een bundelbegrenzend diafragma aangebracht.

In genoemd artikel bevindt de cilindrische anode zich op een potentiaal van 300 V ten opzichte van de kathodepotentiaal. Bij een dergelijke hoge spanning worden '7809345 35 : - - - %.v 3 - , t PHN 9222 _ ... _ .. ..._;.....

ter plaatse van de bundelknoop en de focusseerlens gemakke-lijk positieve ionen gevormd, i.g,v. botsing van electronen van de bundel met bet restgas in de buis. Ten gevolge van het diafragma in de cilindrische anode is de bundelstroom 5 ter plaatse van de focusseerlens zeer veel kleiner dan ter plaatse van de bundelknoop. Het aantal in de focusseerlens gevormde positieve ionen is dan ook veel kleiner dan het aantal in de bundelknoop gevormde positieve ionen.

De gevormde positieve ionen volgen, nagenoeg de 10 oorspronkelijke electronenbanen in tegenovergestelde rich ting. Doordat de bundel ter plaatse van de focusseerlens een zeer kleine openingshoek heeft en daardoor nagenoeg evenwijdig aan de as van het electronenkanon verloopt, passeren nagenoeg alle in de focusseerlens gevormde posi-15 tieve ionen het diafragma weer. De in de bundelknoop en focusseerlens gevormde positieve ionen bereiken zodoende nagenoeg allen het kathodeoppervlak en wel op die plaatsen waar de kathode ook electronen emitteert. Bovendien treedt nog een zekere focussering van de positieve ionen op de 20 kathode op. Dit heeft tot gevolg dat de enissie van de kathode snel achteruitgaat, waardoor de levensduur van de buis wordt beperkt.

Het is het doel van de uitvinding een kathode- -straalbuis aan te geven waarbij het vergiftigen van de 25 kathode door de in de buis gevormde positieve ionen wordt voorkomen.

Een kathodestraalbuis van de in de eerste alinea vermelde soort wordt volgens de uitvinding gekenmerkt doordat de potentiaal van de anode ten hoogste 75 30 Volt positief ten opzichte van de kathodepotentiaal bedraagt en de afstand tussen genoemde opening in de anode en het. naar de trefplaat toegekeerde uiteinde van de anode tenminste gelijk is aan 1,5 maal de grootste afmeting van de anode in'eei d ooasnede loodrecht op de as, 33 De uitvinding berust op het inzicht dat door het op een lage potentiaal brengen van de anode er .-ter 7809345 4 PHN 9222 plaatse van de bundelknoop nagenoeg geen positieve ionen worden gevormd. Doordat de anode relatief lang is, wordt een nagenoeg veldvrije ruimte verkregen, waardoor het voor de in de focusseerlens gevormde positieve ionen nagenoeg 5 niet mogelijk is, om de kleine opening in de anode terug te vinden.

Een op een lage potentiaal ten opzichte van de kathodepotentiaal gelegen cilindrische anode is op zich bekend uit de Nederlandse octrooiaanvrage 7013099· De 10 hierin beschreven kathodestraalbuis is van het type waarbij er tussen de kathode en anode nagenoeg geen bundelknoop wordt gevormd. De anode bevat een zeer kleine opening, welke als voorwerp dient om door de focusseerlens op de trefplaat te worden afgebeeld. De electronenbanen van de 15 door de kathode geëmitteerde electronen verlopen nagenoeg evenwijdig aan de as van het electronenkanon. Dit heeft eveneens tot gevolg dat gevormde positieve ionen het kathodeoppervlak gelijkmatig belasten. Bij het in genoemde octrooiaanvrage beschreven uitvoeringsvoorbeeld bedraagt de 20 potentiaal van de cilindrische anode 50 V positief ten op zichte van de kathodepotentiaal. Alhoewel door de lage potentiaal van de cilindrische anode het aantal gevormde positieve ionen tussen de kathode en anode wordt beperkt, zijn wel de speciale maatregelen volgens de uitvinding 25 vereist om te voorkomen dat de in de focusseerlens gevormde positieve ionen de kathode bereiken.

Bij een kathodestraalbuis volgens de uitvinding bedraagt de diameter van de genoemde opening in de anode ten hoogste 10Cyum.

2q * Een kathodestraalbuis volgens de uitvinding wordt tij voorkeur gekenmerkt doordat de focusseerlens wordt gevormd door genoemde op een lage potentiaal t.o.v. de kathodepotentiaal gelegen anode en een tweede op een tenminste tweemaal zo hoge potentiaal gelegen electrode.

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van bijgaande tekening waarvan: 7809345 .·- 5 -......

'«t PHN 9222 ...... .......... ............................................. ......................... .....

figuur 1 een schematische doorsnede van een kathodestraalbuis volgens de uitvinding toont, figuur 2 een andere uitvoeringsvorm van het / electronenkanon uit figuur 1 toont.

5

De in figuur 1 getekende kathodestraalbuis is van het type "Plumbiconw. De buis heeft een cilindrische omhulling 1 van glas. De buis bevat een trefplaat 2, welke bestaat uit een laag van hoofdzakelijk loodmonoxyde opgedampt op een signaalplaat 3· De signaalplaat 3 bestaat uit 10 een zeer dun goed geleidend, doorzichtig laagje tinoxide, aangebracht op de binnenzijde van het venster k van de omhulling 1. Aan de andere zijde van de omhulling bevinden zich de aansluitpennen 5 van de buis. Langs de as van de omhulling 1 gecentreerd bevindt zich het rotatiesymmetrische 1 s J electronenkanon 6. Het electronenkanon 6 bevat een kathode 7, een stuurrooster 8 en een cilindrische anode 9. Het stuurrooster 8 is voorzien van een opening 15· De cilindrische anode 9 bevat een diafragma 10 met een kleine opening 11. De cilindrische anode 9 vormt samen met een tweede cilindrische electrode 12 en electrode 18 een focus-seerlens 13» waarmee de electronenbundel op de trefplaat wordt afgebeeld. De electrode 12. is aan de naar de anode 9 toegekeerde zijde voorzien van een diafragma 18 met opening 19, om de door de focusseerlens veroorzaakte aber-^5 raties in de trefvlek van de electronenbundel op de tref plaat te beperken. De buis bevat verder een gaasvormige electrode 1k, welke met het naar electrode 14 toegekeerde uiteinde van electrode 12 een loodrechte landing van de electronen op de trefplaat 2 bewerkstelligt. De omhulling 1 30 van de buis wordt gedeeltelijk omgeven door lijndeflektie-spoelen en beelddeflektiespoelen, welke gezamenlijk met 17 zijn aangegeven. De bevestigingsmiddelen van de electroden en de diverse toevoerleidingen naar de electroden zijn terwille: van de duidelijkheid niet in de figuur aangegeven.

35 De trefplaat 2 wordt door de electronenbundel 7809345 * . ' 6 PHN 9222 afgetast volgens een raster van nagenoeg evenwijdige lijnen. Tijdens de lijnheenslagen worden de elementaire gebiedjes op de trefplaat 2 gestabiliseerd tot nagenoeg de kathode-potentiaal, welke nul volt wordt genoemd. De potentiaal van 5 het rooster 8 bedraagt -25 V t.o.v. de kathodepotentiaal en de potentiaal van de anode 9 bedraagt 50 V positief t.o.v. de kathodepotentiaal. Het rooster bevindt zich op een afstand van 0,1 mm/ De opening 15 in het rooster heeft een diameter van 1 mm. De cilindrische anode 9 bevindt zich 10 op een afstand van 0,1 mm van het rooster 8 en heeft een inwendige diameter van 10 mm. De lengte van de anode 9 bedraagt 22 mm. De opening 11 in het diafragma 10 heeft een diameter van 40^um. Door de lenswerking tussen de kathode 7» het rooster 8 en anode 9 wordt tijdens de lijn-15 heenslagen tussen de kathode 8 en kathode 9 een bundel- knoop gevormd. De bundel wordt begrensd door de opening 11 in het diafragma 10 van de anode 9 en op de trefplaat ge-focusseerd door de focusseerlens 13· De focusseerlens wordt gevormd door de anode 9 op een potentiaal van 50 V en 20 electrode 12 op een potentiaal van 300 V positief ten op zichte van de kathodepotentiaal. Doordat de anode 9 zich op een lage spanning bevindt worden er tussen de kathode 7 en anode 9 een zeer gering aantal positieve ionen gevormd.

De uit de opening 11 tredende bundel heeft een 25 relatief grote openingshoek. De openingshoek van de bundel is immers volgens bekende electronen-optische wetten omgekeerd evenredig met het produkt van de diameter van opening 11 en de wortel uit de spanning van de anode 9· Doordat de opening 11 zich op een afstand van 22 mm van de 2q focusseerlens 13 bevindt, heeft de electronenbundel ter plaatse van de focusseerlens een betrekkelijk grote diameter. Ten gevolge van de hoge potentiaal van 300 V van de electrode 12 worden ter plaatse van de focusseerlens 13 gemakkelijk positieve ionen gevormd. De positieve ionen hebben nagenoeg geen beginsnelheid en bewegen zich in een richting loodrecht op de equipotentiaalvlakken van / van de kathode en heeft een dikte van 0,1 mm.

7809345 ..........'«ΐΐ» 7 ΡΗΝ 9222 ..... ....... ............. ............................... .........

de focusseerlens. De equipotentiaalvlakken hebben een zodanig verloop, dat slechts de gevormde positieve ionen in een smal gebied langs de as van het electronenkanon zich evenwijdig langs de as in de richting van de opening 11 5 bewegen. Doordat de lengte van anode 9 gelijk is aan 2,2 maal de diameter van de focusseerlens 13 grijpt het veld van de op een potentiaal van 300 V liggende electrode 12 niet ver in de anode 9 in. Hierdoor ontstaat in anode 9 een praktisch veldvrije ruimte waardoor het voor de.langs 10 de as van het electronenkanon gevormde ionen nagenoeg onmogelijk is de zeer kleine opening 11 in de anode 9 te bereiken.

In figuur 2 is een andere uitvoering van het electronenkanon uit figuur 1 getekend. Het electronenkanon 15 20 bevat een kathode 21, een rooster 22 en een anode 23.

De potentiaal van het rooster 22 bedraagt 6,5 V negatief t.o.v. de kathodepotentiaal en de potentiaal van de anode 23 bedraagt 50 V positief t.o.v. de kathodepotentiaal. Het rooster 22 bevindt zich op een afstand van 0,1 mm van de 20 kathode en heeft een dikte van 0,1 ram. De opening Zh in het rooster 22 heeft een diameter van 1,5 mm. De cilindrische anode 23 bevindt zich op een afstand van 0,1 mm van het rooster 22 en heeft een diameter van 10 mm. De lengte van de anode 23 bedraagt 18 mm. De anode 23 is 25 voorzien van een opening 25 m®t een diameter van 0.9 mm,

De opening 25 wordt afgedekt door een diafragma 26 met een kleine opening 27 met een diameter van 50yum. Een dergelijke electrodenconfiguratie gedraagt zich bij de gegeven potentialen als een zogenaamd diode-kanon, zoals dat Op 2o zich bekend is uit de Nederlandse octrooiaanvrage 70^3099·

De electronenbanen van de door de kathode geëmitteerde electronen verlopen nagenoeg evenwijdig aan de as van het electronenkanon. Tijdens de lijnheenslagen wordt zodoende geen bundelknoop gevormd. De opening 27 dient als voorwerp 22 om door de focusseerlens op de trefplaat te worden afgebeeM.

Bij een dergelijk electronenkanon in een kathode- 7809345 ,

Claims (4)

8 . 'i PHN 9222 straalbuis zoals in figuur 1 is getekend, worden door het grote potentiaalverschil dat de electronen ter plaatse van de focusseerlens hebben doorlopen, gemakkelijk positieve ionen gevormd. Doordat de focusseerlens zich op een rela- 5 tief grote afstand van de opening 27 in het diafragma 26 bevindt en de cilindrische anode 23 nagenoeg een equipoten- tiaalruimte op een potentiaal van 50 V vormt, is het voor de gevormde positieve ionen nagenoeg onmogelijk om de kleine opening 27 terug te vinden. 10 Doordat bij een kathodestraalbuis volgens de uitvinding de gevormde positieve ionen de kathode niet meer bereiken, behoeft de buis niet meer zo goed vacuum gepompt te worden. Gebleken is dat een kathodestraalbuis nog bij -2 -3 een gasdruk van 10 è. 10 Torr blijft werken zonder dat 15 de ionen de kathode kunnen vergiftigen.

1. Kathodestraalbuis, welke in een omhulling bevat 20 een langs een as gecentreerd electronenkanon voor het op wekken van een op een trefplaat gerichte electronenbundel, welk electronenkanon voorzien is van een kathode en een anode met een kleine opening voor het begrenzen van de electronenbundel, welke kathodestraalbuis voorts bevat een 25 focusseerlens voor het focusseren van de elektronenbundel op de trefplaat, van welke focusseerlens de anode gerekend in de voortgaande richting van de electronen de eerste electrode vormt, met het kenmerk, dat de potentiaal van de anode ten hoogste 75 Volt positief ten opzichte van de ka-2o thodepotentiaal bedraagt en de afstand tussen genoemde opening in de anode en het naar de trefplaat toegekeerde uiteinde van de anode tenminste gelijk is aan 1.5 maal de grootste afmeting van de anode in een doorsnede loodrecht op de as.

2. Kathodestraalbuis volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de diameter van de genoemde opening in de 7809345 _ ν, 9 ....... . λ. ΡΗΝ 9222 ................................. ..... ...................... .............. anode ten hoogste TOO^um bedraagt,

3. Kathodestraalbuis volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de focusseerlens vordt gevormd door genoemde op een positieve potentiaal van ten hoogste 75

5 Volt gelegen anode en een op een tenminste tweemaal zo hoge potentiaal gelegen electrode.

4. Kathodestraalbuis volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat zich tussen de kathode en de anode een rooster bevindt met een opening die groot is ten opzichte 10 van genoemde opening in de anode. 1 7809345