NL8101888A - Beeldweergeefinrichting. - Google Patents

Description

1 Λ--- i ΡΗΝ 10.013 1 N.V. Philips’ Gloeilampenfabrieken te Eindhoven "Beeldweergeefinrichting"

De uitvinding heeft betrekking op een beeldweergeefine richting bevattende een kathodestraalbuis met in een geëvacueerde αητ-hulling langs een elektronenoptische as gecentreerd een kathode en een aantal lenselektroden welke samen het elektronenkanon vormen voor het 5 opwekken van een elektronenbundel, welk kanon voorzien is van een versnellende elektrostatische elektronenlens, gevormd door de laatste twee lenselektroden aan de beeldschermzijde van het elektronenkanon voor het focusseren van de elektronenbundel op een beeldscherm, welke kathodestraalbuis cmgeven is door een afbuigspoelenstelsel voor het 10 afbuigen van de elektronenbundel over het beeldscherm, welk afbuigspoelenstelsel de elektronenlens angeeft.

Een dergelijke beeldweergeef inrichting is bekend uit het Amerikaans octrooischrift 2.151.777, waarin wordt voorgesteld de elektrostatische elektronenlens voor het focusseren van de eléktronen-15 bundel op het beeldscherm tenminste gedeeltelijk binnen het afbuigspoelenstelsel te plaatsen cm zo een kortere inrichting te verkrijgen.

Het deflectiepunt van het afbuigspoelenstelsel ligt in dit geval tussen de twee hoofdvlakken van de elektrostatische elektronenlens. De ligging van de twee hoofdvlakken van de elektrostatische elektronenlens is ge-20 makkelijk te bepalen uit de tabellen in "Electrostatic Lenses", E.

Harting and F.H. Read, Elsevier Scientific Publishing Company, Amsterdam-Oxford-ifew York 1976. (¾) deze ligging zal verderop nog worden ingegaan.

Het afbuigspoelenstelsel heeft echter een aantal elektronen-qptische aberraties, waarvan de meest in het oog springende het astig-25 matisme en de beeldveldkraiming (curvature of field) zijn. Beeldveld-kraiming is het niet samenvallen van het hoofdbeeldvlak ("mean surface of the image" of ook wel "surface of best focus" genoemd) met het beeldscherm. Terwijl het astigmatisms vrijwel volledig gecorrigeerd kan warden door een juiste keuze van het afbuigspoelontwerp, is de krcmfce- 30 straal van het hoofdbeeldvlak ongeveer gelijk aan Lk L+k Π) waarin k de effectieve lengte van het deflectieveld van de afbuigspoelen is en L de afstand van het deflectiepunt tot het beeldscherm. Dit deflec- 8101888 i *· EHN 10.013 2 m tiepunt is op de elektronenoptische as van het elektronenkanon gelegen en is het snijpunt met die as van een vlak loodrecht op die as van waaruit, bij maximale afbuiging van de elektronenbundel, vanaf het beeldscherm gezien de elektronen lijken te "komen. Cp de plaats van dit de-5 flectiepunt op de as wordt later nog uitvoeriger ingegaan.

Het is mogelijk de beeldveldkromming met behulp van dynamische focussering te corrigeren. De sterkte van de elektronenlens voor het focusseren van de elektronenbundel, welke lens ook wel focus lens wordt genoemd, wordt als functie van de afbuiging waaraan de elektronenbundel 10 op dat moment onderworpen is ingesteld. Daardoor is het mogelijk het op dat moment geldend hoofdbeeldvlak het beeldscherm daar te laten snijden waar de elektronenbundel het beeldscherm treft. Deze manier van corrigeren maakt het echter nodig in de inrichting een extra schakeling op te nemen voor het opwekken van de juiste dynamische focusspanningen op de 15 elektroden van de focuslens.

De uitvinding beoogt een beeldweergeefinrichting aan te geven zonder dynamische focussering met een, in vergelijking met de bekende buizen, groot oplossend vermogen en een geringere beeldveldkromming.

Een inrichting van de in de eerste alinea genoemde soort wordt 20 volgens de uitvinding gekenmerkt, doordat het deflectiepunt van het af-buigspoelenstelsel in hoofdzaak samenvalt met het centrum van de elektronenlens .

Het centrum van deze lens is het punt waarin de tweede afgeleide van het potentiaalverlocp als functie van de plaats op de as nul 25 is.

De uitvinding berust op het experimenteel en theoretisch verkregen inzicht, dat een versnellende elektrostatische elektronenlens altijd een positieve beeldveldkromming heeft, waarbij de bolle zijde van het hoofdbeeldvlak naar het beeldscherm toe is gekeerd. Ook het met 30 behulp van de afbuigspoelen opgewekte deflectieveld heeft een positieve beeldveldkromming. Door nu het deflectiepunt en het centrum van de focus-* lens zeer dicht bij elkaar te leggen of te laten samenvallen, vindt afbuiging van de elektronenbundel in voortplantingsrichting van de elektronenbundel gezien in hoofdzaak in de tweede helft van de focuslens plaats.

35 De versnellende lens kan, in de voortplantingsrichting van de elektronenbundel gezien, worden beschouwd als een positieve lens gevolgd door een negatieve lens. Aangezien een negatieve lens een negatieve beeldveldkromming heeft en een positieve lens een positieve beeldveld- 81018 8 8 - ··-------*

i J

ft EHN 10.013 3 krarming, terwijl de elektronenbundel in de positieve lens nagenoeg langs de as van de lens loopt en in de negatieve lens zich ten gevolge van de afiuiging verder van de as beweegt, is de totale bijdrage van de lens tot de beeldveldkrcrming negatief. Deze negatieve bijdrage tot de 5 beeldveldkrorming compenseert gedeeltelijk de positieve beeldveld-krarming van het deflectieveld. Daarnaast wordt nog het volgende voordelige effect verkregen. Omdat de focuslens minder ver verwijderd is van het beeldscherm dan in buizen waarbij de focuslens vóór de afbuig-spoelen is gelegen, is bij gelijkblijvende elektronenbundeldiameter in 10 de focuslens en dus gelijkblijvende aberraties en bij een gegeven ka-thodebelasting, de bundelopeningshoek op het beeldscherm groter, waardoor een kleinere elektronentrefvlek op het beeldscherm gerealiseerd wordt. Dit houdt een beter oplossend vermogen in.

Omdat de elektroden van de focuslens zich in het veld van de 15 afbuigspoelen bevinden, worden deze bij voorkeur als dunne wandelektro- -den op de binnenwand van de omhulling uitgevoerd cm zoveel mogelijk het - optreden van wervelstrcmen in het materiaal van de elektroden te onderdrukken. Het onderdrukken van wervelstrcmen is ook roogelijk door het aanbrengen van sleuven in metalen elektrodes.

20 De uitvinding kan vruchtbaar worden toegepast in alle beeld- wsergeefinrichtingen voorzien van kathodestraalbuizen met één elektronenbundel en magnetische afbuiging, zoals monochrome televisiebuizen, bepaalde kleurentelevisiebuizen (chromatrons en penetrons) maar vooral in proj ectietelevisiefceeldweergeefinrichtingen.

25 De uitvinding wordt nu bij wijze van voorbeeld nader toege licht aan de hand van een tekening waarin fig. 1 een doorsnede van een beeldweergeefinrichting volgens de uitvinding toont, fig. 2 het begrip deflectiepunt nader toelicht','de 30 figuren 3a t/m d schematisch de uitvinding nader toelichten en fig. 4 nog een uitvoeringsvoorbeeld van een beeldweergeefin-richting volgens de uitvinding in een doorsnede laat zien.

De inrichting weergegeven in figuur 1 bevat een kathodestraal-buis bestaande uit onder andere een glazen cmhulling 1 welke is samenge-35 steld uit een beeldvenster 2, een konusvormig deel 3 en een hals 4. In deze hals zijn een aantal elektroden 8, 9, 10 en 11 geplaatst welke samen met de kathode 7 het elektronenkanon 12 vormen. De eléktronen-optische as 6 van het elektronenkanon is tevens de as van de omhulling.

8101888 < ! PHN 10.013 4

De elektronenbundel wordt achtereenvolgens gevormd en versneld door de kathode 7 en de elektrodes 8, 9, 10 en 11. De elektrodes 10 en 11 vormen de focuslens welke de bundel op het beeldscherm 14 op de binnenzijde van het beeldvenster 2 focusseert. Gebruikelijke aangelegde spanningen zijn 5 bijvoorbeeld

kathode 7 50 V

elektrode 8 0 V

elektrode 9 500 V

elektrode 10 7 kV

10 elektrode 11 30 kV

In het algemeen is de potentiaal van de tweede lenselektrode (11) een factor 2 tot 10 hoger dan de potentiaal van de eerste lenselektrode (10) van de focuslens. Met behulp van het afbuigspoelenstelsel 5 wordt de elektronenbundel 13 van de as 6 af over het beeldscherm 14 af gebogen.

15 Beeldscherm 14 bestaat uit een fosforlaag bedekt met een dunne aluminium- film welke via de geleidende bedekking 15 op de binnenwand van het konus-....................- vormig-deel met elektrode 11 elektrisch is verbonden. Volgens de uitvinding moet nu het deflectiepunt P van het afbuigspoelenstelsel 5 in hoofdzaak samenvallen met het centrum van de focuslens gevormd door de 20 elektroden 10 en 11 om een compensatie van de beeldveldkrcmming van het afbuigspoelenstelsel te verkrijgen. Wat het deflectiepunt is en waarom deze speciale plaats nodig is wordt toegelicht met behulp van de figuren 2 en 3 a t/m d.

In figuur 2 wordt het begrip deflectiepunt nader verduide-25 lijkt. De elektronenbaan wordt in een magnetisch veld met een lengte k zoals weergegeven afgebogen. Ter vereenvoudiging nemen we aan dat dit veld homogeen is. In de figuur staat het magnetisch veld loodrecht qp het vlak van tekening en is van het vlak van tekening af gericht. Bij het begin van het veld is een assenkruis weergegeven. De in de z-richting 30 bewegende elektronen krijgen door de op hun uitgeoefende kracht een snelheidskomponent in de y-richting en gaan een kromme baan, en in het geval van een homogeen magneetveld een cirkelbaan, beschrijven. De elektronen verlaten het veld weer volgens een raaklijn aan deze baan.

Deze raaklijn maakt een maximale hoek ψ met de elektronenoptische as, 35 de zogenaamde afbuighoek. Het snijpunt van deze raaklijn met de as wordt het deflectiepunt P genoemd. Uit de figuur is op eenvoudige wijze de afstand van het punt P tot het centrum van het homogeen magneetveld M te bepalen.

8101888 ΕΉΝ 10.013 5 ί

Deze bedraagt: k.-! - ** t (2) 2(1+ cos ψ)

Voor kleine afbuighoeken vallen P en M samen, terwijl bij 5 grote afbuighoeken P in geringe mate naar het beeldscherm verschuift.

Zo is bijvoorbeeld voor = 45°, de maximale afbuiging in een 90° beeldbuis, de verplaatsing van P = 0,086 k.

Natuurlijk heeft de elektronenbundel een bepaalde diameter.

Men kan daarom ook over een deflectievlak spreken. Dit deflectievlak 10 wordt verkregen door het snijvlak te bepalen van de niet afgebogen elektronenbundel met de in achterwaartse richting verlengde maximaal afgebogen elektronenbundel. Het snijpunt van dit deflectievlak met de as is het defleetiepunt. Van de meeste in de handel verkrijgbare affcuigspoelen-eenheden is de ligging van het defleetiepunt nauwkeurig bekend. De 15 ligging van het* defleetiepunt is ook nauwkeurig te bepalen door de centrale baan (as) van de af gebogen elektronenbundel tot de buisas te verlengen en het snijpunt te bepalen.

In figuur 3a is schematisch een focuslens van een elektronenkanon weergegeven. Twee cilindrische metalen elektrodes 10 en 11 hebben 20 respectievelijk de potentialen $2^ en en diameters en De gebogen lijnen stellen de snijlijnen voor van de equipotentiaalvlakken tussen de elektrodes met het vlak van tekening. Elk equipotentiaalvlak stelt een vlak met een gelijke brekingsindex voor. Het centrum van de lens is het punt A. Dit is het punt waarin de tweede afgeleide van het 25 potentiaalverloop als functie van de plaats op de as nul is. (Zie fig.

3-c). De brandpuntsafstanden f^ en f2 zijn respectievelijk de afstanden tussen het brandpunt en het eerste hoofdvlak en de afstand tussen het brandpunt en het tweede hoofdvlak H2· De brandpunten en P2 zijn respectievelijk op afstanden F’^ en F'2 van het centrum A gelegen. De 30 afstand van het centrum A tot het eerste hoofdvlak bedraagt dus F'^ - f Uit de tabellen in het reeds genoemde "Electron Lenses" volgt dat zelfs voor extreme potentiaal verhoudingen en diameterverhoudingen D2/D^ het eerste hoofdvlak op een afstand van tenminste 0.6 x D^ van het centrum A is gelegen. (Zie tabellen A1.11, A1.23 en A1.27).

35 Figuur 3b geeft schematisch het potentiaalverloop in arbitraire eenheden als functie van de afstand in de z-richting weer.

Figuur 3c geeft het verloop van de tweede afgeleide van het potentiaalverloop $3" als functie van de plaats op de z-as weer.

8101888 EHN 10.013 6 ... t

Een elektronenoptisch systeem, dat voor astigmatisme gecorrigeerd is, vertoont beeldveldkromming die, naar het optische analogon, Petzval-kromming genoemd wordt en die voor een elektrostatische elektronenlens gekarakteriseerd wordt in een kromtestraal J* met 5 7 3/2 32 <3> ƒ 4 J V/2 r o

Hierin zijn φ en z respectievelijk de potentiaal en de coördinaat langs de as van de elektronenlens en wijzen de indices 0 en 1 op de waarde ter 10 plaatse van object en beeld.

In figuur 3d is het verloop van de integrand weergegeven. Hieruit is te zien dat een elektrostatische lens altijd een positieve beeld-veldkrcmming vertoont (de integraal is positief). Wanneer de elektronenbundel echter in hoofdzaak vanaf het punt C vanaf de as wordt afgebogen 15 dan draagt slechts het deel rechts van dit punt bij tot de kromtestraal en geeft de focuslens een negatieve bijdrage tot de beeldveldkromming.

De gearceerde oppervlakken rechts en links van het centrum hebben gelijke oppervlakken zodat rechts vanaf C tot aan het centrum A de negatieve waarde van de integraal steeds groter wordt. Rechts van A neemt de ne-20 gatieve waarde van de integraal weer af tot nul. Deze negatieve bijdrage die in het centrum A maximaal is compenseert naar behoefte de positieve beeldveldkrcmming van het afbuigveld.

Het blijkt dat het punt C op een afstand van maximaal 0,4 D1 van het centrum A is gelegen voor een spanningsverhouding van 2.

25 Daar het eerste hoofdvlak H^ op een afstand van minimaal 0,6 D^ van het centrum A is gelegen ligt bij een inrichting volgens de uitvinding het deflectiepunt dus nooit tussen de hoofdvlakken H^ en H2· Voor een grotere spanningsverhouding is het punt C dichter bij het centrum A gelegen.

Bij een inrichting volgens de uitvinding blijkt de elektronen-30 trefvlek aanzienlijk minder defocussering te krijgen ten gevolge van beeldveldkromming. Bovendien blijkt de elektronentrefvlek op het beeldscherm kleiner te zijn na afbuiging dan bij vergelijkbare buizen waarin de uitvinding niet is toegepast.

Cmdat de elektroden van de focuslens in het afbuigspoelen-35 stelsel en dus in een sterk wisselend magneetveld zijn gelegen moeten maatregelen gencmen worden cm wervelstrcmen te onderdrukken. Dit kan door de elektroden van een groot aantal sleuven te voorzien waardoor het oppervlak waarin de stromen kunnen optreden wordt beperkt. Deze sleuven 8101888 PHN 10.013 7 k hebben geen invloed op de potentiaal binnen de elektrode en dus de focussering.

Het is echter ook mogelijk, zoals in figuur 4 getoond is, de focuslens samen te stellen uit dunne wandelektroden 20 en 21.

5 De wandelektrode 20 wordt gevormd door het uiteinde van de geleidende bedekking 15. Voor de betékenis van de overige referentiecijfers zie de beschrijving bij figuur 1.

Het deflectiepunt P wordt gevonden door de rechte baan van de elektronenbundel 13 vanaf het beeldscherm 14 te verlengen en het 10 snijpunt P met de as 6 te bepalen. Dit deflectiepunt P moet volgens de uitvinding nagenoeg samenvallen met het centrum van de focuslens gevormd door de wandelektroden 20 en 21.

15 20 25 30 35 81018 88

Claims (4)

1. Beeldweergeefinrichting bevattende een kathodestraalbuis met in een geevacueerde omhulling langs een elektronen-optische as gecentreerd een kathode en een aantal lenselektroden welke samen het elék-tronenkanon vormen voor het opwekken van een elektronenbundel, welk 5 kanon voorzien is van een versnellende elektrostatische elektronenlens, gevormd door de laatste twee lenselektroden aan de beeldschermzijde van het elektronenkanon, voor het focusseren van de elektronenbundel op een beeldscherm, welke kathodestraalbuis omgeven is door een afbuig-spoelenstelsel voor het afbuigen van de elektronenbundel van de as 10 af over het beeldscherm, welk afbuigspoelenstelsel de elektronenlens cmgeeft, met het kenmerk, dat het deflektiepunt van het afbuigspoelenstelsel in hoofdzaak samenvalt met het centrum van de elektronenlens.

2. Beeldweergeef inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de laatste twee lenselektroden welke samen de elektronenlens vormen, 15 dunne· wandelektroden zijn op de binnenwand van de omhulling.

3. Beeldweergeef inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de laatste twee lenselektroden welke samen de elektronenlens vormen voorzien zijn van een aantal sleuven voor het beperken van wervel-stromen in het materiaal van de elektroden. 20

4. Beeldweergeefinrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de beeldweergeefinrichting een projectietelevisie-• inrichting is. 25 30 1 8101888