NL8501368A - Kathodestraalbuis. - Google Patents

Description

£ 4 C/Ca/ar/168 9 Kathodestraalbuis.

De uitvinding heeft betrekking op een kathodestraalbuis van het voor toepassing als beeldopneembuis geschikte type met elektrostatische focussering en elektrostatische afbuiging van de elektronenbundel.

5 De fig. 1-3 van de bijbehorende tekening hebben betrekking op een dergelijke kathodestraalbuis van het type volgens aanvraagsters octrooiaanvragen 84.02609 van oudere rang.

In fig. 1 heeft het verwijzingscijfer 1 be-10 trekking op een glazen omhulsel, het verwijzingscijfer 2 op een frontplaat, het verwijzingscijfer 3 op een trefoppervlak (foto-elektrisch omzetoppervlak), het verwijzingscijfer 4 op een hoeveelheid indium voor koude afdichting, het verwijzingscijfer 5 op een metalen ring, en het verwijzings-15 cijfer 6 op een voor signaalafname dienende, metalen elektrode, welke door de frontplaat 2 gaat en in aanraking met het tref-oppervlak 3 verkeert. Gg heeft betrekking op een gaaselektrode, welke is aangebracht op een gaaselektrodehouder 7 en via deze en de hoeveelheid indium 4 is verbonden met de metalen 20 ring 5. Via de metalen ring 5 wordt een spanning van voorafbepaalde waarde aan de gaaselektrode G.- ·

O

aangelegd.

In fig. 1 hebben de symbolen K, G^ en respectievelijk betrekking op een kathode voor vorming van 25 een elektronenkanon, een eerste roosterelektrode en een tweede roosterelektrode. Het verwijzingscijfer 8 heeft betrekking op een glaskraal voor bevestiging van deze elektroden. Het symbool LA heeft betrekking op een bundelbegrenzings-opening.

30 De symbolen G3, G4 en G5 hebben respectieve lijk betrekking op een derde, een vierde en een vijfde roosterelektrode. Deze roosterelektroden G^ - G^ zijn vervaardigd volgens een werkwijze, waarbij een metaal, zoals chroom of aluminium, op het binnenoppervlak van het glazen omhulsel 35 1 van de buis wordt opgedampt of geplateerd, waarna door middel van een laserstraal of door foto-etsen of dergelijke voorafbepaalde patronen in de metaallaag worden gevormd. Bij - *

KgJ \_J 'C » W —' ^ v i - 2 - de hier beschreven uitvoeringsvorm van de uitvinding vormen de elektroden G3, G4 en G^ het focusseringselektrodenstelsel, terwijl de elektrode G^ tevens als afbuigelektrode dient.

De elektrode G^ is verbonden met een geleidend 5 gedeelte 10 op het oppervlak van een ring 11 van keramisch materiaal, welke door "frit-sealing" in 9 afdichtend aan het ene einde van het glazen omhulsel 1 is aangebracht. Het geleidende gedeelte 10 is bijvoorbeeld gevormd door het sinteren van een zilver bevattende pasta. Via de ring 11 van 10 keramisch materiaal wordt een spanning van voorafbepaalde grootte aan de elektrode G5 aangelegd.

De elektroden G^ en G^ vertonen in uitslag de gedaante volgens fig. 2. Eenvoudigheidshalve is in deze figuur het niet met een metaallaag bedekte gedeelte met een 15 zwarte lijn getekend. Zoals fig. 2 laat zien, vertoont de elektrode G^ een pijlvormig of zig-zag patroon met vier geïsoleerde / ieder zig-zag-vormig verlopende en elkaar afwisselende elektrodegedeelten H+, H-, V+ en V-, welke zich ieder over een hoekgebied van bijvoorbeeld 270° uitstrekken. Ge-20 lijktijdig met de vorming van de elektroden G3 - G^ en op soortgelijke wijze zijn voor de respectieve elektrodegedeelten H+, Η-, V+ en V- bestemde leidingen 12H+f 12H-, 12V+ en 12V-gevormd, welke ten opzichte van de elektrode G3 zijn geïsoleerd en zich evenwijdig aan de hartlijn van het omhulsel 1 25 uitstrekken. Aan hun ene einden gaan de leidingen 12H+ - 12V-over in verbrede contactgedeelten CT.

ïn fig. 1 heeft het verwijzingsgetal 13 betrekking op een contactveer, waarvan het ene einde is verbonden met een stengelpen 14 en het andere einde in aanraking 30 verkeert met de respectieve contactgedeelten CT van de hiervoor genoemde leidingen 12H+ - 12V-, voor ieder van welke laatstgenoemden een veer 13 en een stengelpen 14 aanwezig is.

De elektrodegedeelten H+ en H- van de elektrode G^ ontvangen via de stengelpennen, de veren en de leidingen 12H+, 12H-35 een horizontale afbuigspanning van voorafbepaalde grootte, welke bijvoorbeeld symmetrisch ten opzichte van een voorafbepaalde waarde variëert. Op soortgelijke wijze ontvangen de elektrodegedeelten V+ en V- .*> e ^ *· "-7 λ 'λ „ v - j 6 % * « - 3 - een verticale afbuigspanning van voorafbepaalde grootte, welke eveneens symmetrisch ten opzichte van een voorafbepaalde waarde variëert.

In fig. 1 heeft het verwijzingsgetal 15 be-5 trekking op een verdere contactveer, welke aan zijn ene einde is verbonden met een stengelpen 16 en aan zijn andere einde met de reeds genoemde elektrode in aanraking verkeert. Via de stengelpen 16 en de veer 15 wordt een spanning van voorafbepaalde grootte aan de elektrode G3 10 aangelegd.

In fig. 3 is met een gebroken lijn het equi- potentiaaloppervlak weergegeven van het door de elektroden

Gg - Gg gevormde, elektrostatische lenzenstelsel, dat voor focussering van de elektronenbundel B dient. Het elektro- m 15 statische lenseffect, dat tussen de elektroden G,. en Gg optreedt, dient voor correctie van trefpuntfouten van de elektronenbundel. Het in fig. 3 met een gebroken lijn getekende equipotentiaaloppervlak omvat niet het van de elektrode G.

afkomstige, elektrische afbuigveld E, dat voor afbuiging van 20 de' elektronenbundel B dient.

m

Bij de uitvoeringsvorm volgens fig. 1 is de ring 11 van keramisch materiaal met op zijn oppervlak het geleidende gedeelte 10 door "frit-sealing" in 9 afdichtend aan het ene einde van het glazen omhulsel 1 bevestigd ten 25 einde de spanning van voorafbepaalde waarde aan de elektrode Gg aan te leggen. Aangezien deze constructie het uitvoeren van een speciale bewerking binnen het glazen omhulsel 1 vereist, levert een dergelijke constructie problemen wat betreft de bewerkingsbetrouwbaarheid en -kosten.

30 Opgemerkt wordt nog, dat in fig. 2 het sym bool SO betrekking heeft op een sleuf, welke dient om te voorkomen, dat geen oververhitting van de elektrode G^ optreedt wanneer de elektroden G^ en G^ vanaf de buitenzijde van het omhulsel 1 worden verhit voor het evacueren daarvan. Het sym-35 bool MA heeft betrekking op een hoekmerkteken/ dat dient voor alignering met dé frontplaat.

Ti ^ *i 4 £ Ό .J J i - 4 - ï »

Ten einde een goede focussering van de elektronenbundel op het trefoppervlak 3 zeker te stellen, dient de elektrode Gg een -hoge potentiaal te hebben en dient het potentiaalverschil tussen de elektroden en Gg hoog te zijn.

5 Aangezien de elektrode Gg en de gaaselektrode Gg een collima-tielens voor correctie van eventuele trefpuntfouten van de elektronenbundel vormen, dient enig potentiaalverschil tussen de elektroden Gg en Gg te bestaan. Uitgaande van deze beschouwingen wordt een kathodestraalbuis van het hier be-10 schouwde type volgens de aanvrage 84.02609 van oudere rang onder de volgende bedrijfsomstandigheden toegepastï de spanning van de elektrode Gg is 500 V, de centrale spanningswaarde van de elektrode G^ = 0 V, de spanning van de elektrode Gg = 500 V, de spanning EG6 van de elektrode 15 Gg = 116 0 V en de spanning E^ van het trefoppervlak 3 bedraagt 50 V, Aangezien de spanning EQg van de gaaselektrode G- onder deze omstandigheden een zeer hoge waarde heeft,

O

doet zich het gevaar voor, dat boogontlading optreedt tussen de gaaselektrode Gg en het trefoppervlak 3, waardoor het 20 laatstgenoemde beschadiging ondergaat.

In verband daarmede stelt de uitvinding zich ten doel, een kathodestraalbuis te verschaffen, welke op eenvoudige wijze kan worden vervaardigd en met een spanning van lage waarde voor de gaaselektrode kan worden bedreven.

25 Uitgaande van een kathodestraalbuis met een omhulsel, een aan het ene einde van het omhulsel aangebrachte elektronenbundelbron, een aan het andere einde van het omhulsel aangebrachte trefelektrode, een tegenover de tref-elektrode aangebrachte gaaselektrode en een tussen de elek-30 tronenbundelbron en de gaaselektrode aangebracht, elektrostatisch lenzenstelsel voor focussering van de elektronenbundel, in de elektronenbundelbaan eventueel gevolgd door een elektrostatisch lenzenstelsel voor collimatie van de elektronenbundel, schrijft de uitvinding voor, dat het voor 35 focussering van de elektronenbundel dienende lenzenstelsel wordt gevormd door twee elkaar in de bundelbaanrichting opvolgende elektroden, welke tijdens bedrijf respectievelijk 3E λ 4 ίΛ • DU i 0 o * * - 5 - onder een hoge en een lage spanning staan.

Aangezien de uitvinding de toepassing van een slechts uit de elektroden en bestaand focusserings-stelsel voorschrijft, terwijl de bij de kathodestraalbuis 5 volgens eerder voorgesteld type toegepaste elektrode Gg, welke tijdens bedrijf onder een hoge spanning staat, uit het focusseringsstelsel verdwijnt, worden niet alleen de toevoer van een dergelijke hoge spanning aan een dergelijke elektrode G5 en meer in het bijzonder de daartoe noodzakelijkerwijs 10 bij de vervaardiging te treffen, gecompliceerde fabricage-maatregelen overbodig, doch kunnen bovendien de beide tot het collimatielenzenstelsel behorende elektroden tijdens bedrijf onder een lagere spanning worden gehouden, waardoor het reeds gesignaleerde gevaar voor boogontlading tussen de gaas-15 elektrode en de trefelektrode en voor de daaruit resulterende beschadiging van de laatstgenoemde elektrode wordt geëlimineerd.

De uitvinding zal worden verduidelijkt in de nu volgende beschrijving aan de hand van de bijbehorende 20 tekening van enige uitvoeringsvormen, waartoe de uitvinding zich echter niet beperkt. In de tekening tonen: fig. 1 een langsdoorsnede door een als beeld-opneembuis dienende kathodestraalbuis volgens een eerder voorstel van aanvraagster, 25 fig. 2 een uitslag van enige elektroden van de beeldopneembuis volgens fig. 1, fig. 3 een schematische weergave van de potentiaalverdeling in de beeldopneembuis volgens fig. 1, fig. 4, op soortgelijke wijze als fig. 1, 30 een langsdoorsnede door een uitvoeringsvorm van een beeldopneembuis volgens de uitvinding, fig. 5, op soortgelijke wijze als fig. 2, een uitslag van enige elektroden van de beeldopneembuis volgens fig. 4, 35 fig.* 6, op soortgelijke wijze als fig. 3, een schematische weergave van de potentiaalverdeling in de beeldopneembuis volgens fig. 4, en

8P

0 U « .. - - 6 - ., * fig. 7 een schematische weergave van door simulatie verkregen resultaten voor de uitvoeringsvorm volgens fig. 4.

In fig. 4/ welke een uitvoeringsvorm van een 5 beeldopneembuis volgens de uitvinding toont, zijn de met die volgens fig. 1 overeenkomende onderdelen zoveel mogelijk met dezelfde verwijzingssymbolen aangeduid.

Zoals fig. 4 laat zien, zijn het glazen omhulsel 1 en de frontplaat 2 door een hoeveelheid indium 4 10 op luchtafdichtende wijze aan elkaar gehecht, terwijl in fig. 4 voorts de metalen ring 5 en de voor signaalafname dienende, metalen elektrode 6 kunnen worden herkend. De in de gaaselektrodehouder 7 ondersteunde gaaselektrode, welke via de metalen ring 5, de hoeveelheid indium 4 en de houder 15 7 een spanning van voorafbepaalde waarde krijgt toegevoerd, is in fig. 4 met G,. aangeduid.

De symbolen en G^ hebben respectievelijk weer betrekking op een derde en een vierde roosterelektrode, welke het focusseringsstelsel vormen, waarbij de elektrode 20 G4 tevens als afbuigelektrode dient. Met de gaaselektrode

Gj. is bovendien elektrisch een elektrode G5' verbonden, welke evenals de zojuist genoemde elektroden G3,G4 weer is vervaardigd volgens een werkwijze, waarbij een metaal, zoals chroom of aluminium, op het binnenoppervlak van het glazen 25 omhulsel 1 wordt opgedampt, waarna door middel van een laserstraal of door foto-etsen of dergelijke voorafbepaalde patronen in de opgedampte metaallagen worden gevormd.

De laatstgenoemde elektroden G3,G4 en hebben een gedaante, welke uit de uitslag volgens fig. 5 30 naar voren komt. Ook in fig. 5 zijn de met die volgens fig.

2 overeenkomende onderdelen zoveel mogelijk met dezelfde verwijzingssymbolen aangeduid. Evenals bij de uitvoeringsvorm volgens ouder voorstel, vertoont de elektrode G4 een pijlvormig of zig-zag patroon met vier geïsoleerde, ieder 35 zig-zag-vormig verlopende en elkaar afwisselende elektrode-gedeelten H+, H-, V+ en V-, welke via respectieve leidingen 12H+, 12H-, 12V+ en 12V-, welke ten opzichte van de elektrode 8501368 * ♦ - 7 - zijn geïsoleerd en zich daarover heen evenwijdig aan de hartlijn van het omhulsel 1 uitstrekken, hun respectieve afbuigspanningen krijgen toegevoerd. Aan hun ene einden gaan de leidingen 12H+ - 12V- weer in verbrede contactge-5 deelten CT over. Meer algemeen kan worden gesteld, dat de elektroden Gg en G^ hun respectieve spanningen op soortgelijke wijze als bij de uitvoeringsvorm volgens fig. 1 krijgen toegevoerd.

In fig. 6 is met een gebroken lijn het equi-10 potentiaaloppervlak weergegeven van het door de elektroden G3~G5 (Gg') gevormde, elektrostatische lenzenstelsel. Daarbij dient de tussen de elektroden G3 en G^ gevormde elektronenlens voor focussering van de elektronenbundel B^, terwijl de trefpuntfout wordt gecorrigeerd door de tussen de elektroden 15 G^ en G^ gevormde elektronenlens. Het in fig. 6 met een gebroken lijn getekende equipotentiaaloppervlak omvat niet het elektrische afbuigveld E.

Bij deze uitvoeringsvorm met de elektroden G3 en G^ als focusseringsstelsel veroorzaakt een variatie 20 in de lengte x van de elektrode G3 (lengte vanaf de bundel-begrenzingsopening LA tot de elektrode G^} en van de buis-lengte Z (afstand van de bundelbegrenzingsopening LA tot het trefoppervlak 3) variaties in de projectievergroting, de aberratie en de trefpuntfout, zoals fig. 6 laat zien. In 25 fig. 6 heeft het symbool φ betrekking op de buisdiameter.

Fig. 7 toont de simulatieresultaten, welke voor de projectievergroting, de aberratie (ym) en de tref-puntfouten als functie van de verhouding x/€ bij een omhulsel 1 met een diameter φ = 12 mm worden verkregen bij 30 een spanning EG3 van 500 V voor de elektrode G3, een voor optimale focussering bij E^ < Eg3 gekozen, centrale spanningswaarde E^ voor de elektrode G^, een uit optimaliserings-overwegingen gekozen spanningswaarde EQ3 voor de gaaselektrode G^ en een divergentiehoek van 1/50 (klein bij hoge EG3) , ‘35 een en ander in het deelgebied 1/12^ ύ x S 3/4-ir 1φ ύ Z ύ 7φ. De aberratie en de trefpuntfout hebben betrekking op een afbuigafstand van 3,3 mm uit de hartlijn.

8501388 ér - 8 -

Voor een doelmatig gebruik als beeldopneem-buis van de kathodestraalbuis verdient het de voorkeur, dat de projectievermenigvuldiging twee of minder bedraagt, de aberratie 20 ym of minder bedraagt en de trefpuntfout 2/100 5 rad. of minder bedraagt. In fig. 7 vertegenwoordigt de lijn a de uit de genoemde beperking van de projectievergroting volgende randvoorwaarde, bepaalt de lijn b de uit de genoemde beperking van de aberratie volgende randvoorwaarde en bepaalt de lijn c de uit de genoemde beperking voor de trefpunt-10 fout volgende randvoorwaarde, waaruit volgt, dat de verhouding x/Z voor het door deze lijnen a-c in fig. 7 ingesloten, gearceerde gedeelte wordt beschouwd. Hoewel fig. 7 de simulatieresultaten voor een omhulsel 1 met een diameter van 12 ram laat zien, kan het hier beschouwde gebied voor de verhouding 15 x/Z ook bij kathodestraalbuizen met andere omhulselafmetingen worden toegepast.

Bij de uitvoeringsvorm volgens fig. 4 zijn voor de lengte x van de elektrode Gg en de buislengte-f zodanige waarden gekozen, dat de verhouding x/Z binnen het gear-20 ceerde gebied in fig. 7 ligt, zodat een beeldopneembuis met goede eigenschappen wordt verkregen.

Bij een dergelijke uitvoering met "bipoten-tiale" focussering van de elektronenbundel door de elektroden en G^ behoeft geen elektrode G^ van het type volgens 25 fig. 1 te worden toegepast. Dit heeft tot gevolg, dat zowel de toepassing als de speciale bewerking van een ring 11 van keramisch materiaal, welke laatstgenoemde bij de beeldopneembuis volgens fig. 1 voor s pannings toevoer aan de daarbij toegepaste elektrode Gj. dient, komen te vervallen, waardoor de ver-30 vaardiging van de elektronenbuis wordt vereenvoudigd.

Bij de kathodestraalbuis volgens fig. 1 is de spanning E^ voor de elektrode G5 betrekkelijk hoog, zodat de spanning EG6 van de gaaselektrode Gg ter verkrijging van een collimatielenseffect eveneens betrekkelijk hoog dient te 35 zijn. Aangezien bij de in fig. 1 weergegeven kathodestraalbuis volgens de uitvinding een dergelijke elektrode G^ als in fig. 1 niet wordt toegepast en de spanning EQ4 van de elektrode 8501368 % - 9 - G^ betrekkelijk laag kan liggen, kan de gaaselektrode Gj- bij de buis volgens de uitvinding eveneens een lage spanning hebben. Dit heeft tot gevolg, dat zich geen ongewenste ont-ladingsverschijnselen tussen de gaaselektrode G^ en het tref-5 oppervlak 3 zullen voordoen, waardoor het laatstgenoemde minder kwetsbaar wordt.

Bovendien kan worden opgemerkt, dat de door de uitvinding mogelijk gemaakte vergroting van de lengte van de behalve als focusseringselektrode bovendien als afbuig-10 elektrode dienende elektrode G^ tot gevolg heeft, dat ook de afbuiggevoeligheid van de kathodestraalbuis toeneemt.

Hoewel de uitvinding in het voorgaande is beschreven in geval van toepassing op een als beeldopneem-buis van het type met elektrostatische focussering en elektro-15 statische afbuiging dienende kathodestraalbuis, is toepassing van de uitvinding eveneens mogelijk op kathodestraalbuizen van ander type, zoals opslagbuizen of aftast-omzetbuizen.

Zoals in het voorgaande is beschreven, verschaft de uitvinding de mogelijkheid tot vereenvoudiging van 20 de vervaardiging van een kathodestraalbuis, tot toepassing van een lagere spanning voor de gaaselektrode en tot het vermijden van ongewenste ontladingsverschijnselen tussen deze elektrode en het trefoppervlak. Bovendien kan de werkzame afbuiglengte worden vergroot, waardoor de afbuiggevoeligheid 25 toeneemt.

W ü W J 'y

Claims (3)

1. Kathodestraalbuis met een omhulsel, een aan het ene einde van het omhulsel aangebrachte elektronenbundelbron, een aan het andere einde van het omhulsel aangebrachte tref-elektrode, een tegenover de trefelektrode aangebrachte gaas-5 elektrode en een tussen de elektronenbundelbron en de gaaselektrode aangebracht, elektrostatisch .lenzenstelsel voor focussering van de elektronenbundel, in de elektronenbundel-baan eventueel gevolgd door een elektrostatisch lenzenstelsel voor collimatie van de elektronenbundel, met het k e n -10 m e r k, dat het voor focussering van de elektronenbundel dienende lenzenstelsel wordt gevormd door twee elkaar in de bundelbaanrichting opvolgende elektroden, welke tijdens bedrijf respectievelijk onder een hoge en een lage spanning staan. 15

2. Kathodestraalbuis volgens conclusie 1, waarbij de gaaselektrode tot het voor collimatie van de elektronenbundel dienende lenzenstelsel behoort, met het kenmerk, dat de gaaselektrode tijdens bedrijf onder een betrekkelijk lage spanning staat. 20

3. Kathodestraalbuis volgens conclusie 1 of 2, waarbij -i de afstand tussen de elektrodenbundelbron en de gaaselektrode is en x de lengte van de voor bedrijf onder -hoge spanning bestemde elektrode van het focusseringsstelsel is,met het kenmerk, dat voor de verhouding x/£ 25 een zodanige waarde is gekozen, dat de projectievergroting, de aberratie en de trefpuntfout van het elektrostatische focusseringslenzenstelsel respectievelijk minder dan 2, 20μπι en ±0,02 rad. bedragen. ; 't λ ï t f ί 3501368 }