NL8900068A - Beeldweergeefbuis. - Google Patents

Description

N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Beeldweergeefbuis.

De uitvinding heeft betrekking op een beeldweergeef-buis bevattende een beeldscherm en een daartegenover geplaatst elektronenkanon met langs een elektronen-optische as gecentreerd een kathode en een aantal elektroden welke samen een bundelvormend deel vormen voor het opwekken van een elektronenbundel, welk kanon verder een buisvormige structuur omvat met een buitenoppervlak en met een binnenoppervlak waarop een schroeflijnvormige weerstandsstructuur van een materiaal met een hoge elektrische weerstand is aangebracht die een focusseerlens vormt, welke buisvormige structuur een coaxiaal ingangsdeel en een coaxiaal uitgangsdeel heeft.

Het gebruik in beeldbuizen van een door een schroeflijnvormige hoogohmige weerstandsstructuur gevormde focusseerlens teneinde een lage sferische aberratie, te verkrijgen is uit de literatuur bekend.

Wanneer men echter aan dit type focusseerlens een dynamisch focussignaal wil toevoeren, treden er problemen op. Correctie d.m.v. het toevoeren van een dynamische focusspanning kan b.v. nodig zijn bij grote afbuighoeken om de elektronenbundel over het hele scherm in focus te houden (in de hoeken is een andere focusspanning nodig dan in het midden van het scherm). De hoge weerstand van de schroeflijnvormige lensstructuur maakt dynamische focus i.h.b. problematisch indien de frequentie van het focussignaal boven 16 kHz komt. Dit is een gevolg van de lange intrinsieke RC-tijd van de weerstandslaag, zelfs op die plaatsen waar de laag geen schroeflijnvormige structuur vormt, maar homogeen is.

Aan de uitvinding ligt de opgave ten grondslag een beeldweergeefbuis met een elektronenkanon met een focusseerlens van het bovenbeschreven type te verschaffen die zich goed leent voor het toepassen van dynamische focus.

Een beeldweergeefbuis volgens de uitvinding heeft daartoe als kenmerk, dat over tenminste een deel van de focusseerlens op het buitenoppervlak een elektrode van elektrisch goed geleidend materiaal is aangebracht voor het capacitief aansturen van de focusseerlens met een in de tijd variërend signaal waarvan de sterkte een functie is van de positie van de trefvlek van de elektronenbundel op het beeldscherm.

Een wezenlijk aspect van de uitvinding is dat het dynamische correctiesignaal met een metalen elektrode aan de buitenkant van de omhulling waarin zich de schroeflijnvormige focusseerlensstructuur bevindt capacitief ingekoppeld wordt. Deze elektrode kan b.v. uit een (bij voorkeur gesloten) coaxiale metalen cilinder in plaat- of folievorm of in de vorm van een opgedampte laag bestaan. Dynamische focussignalen tot frequenties in het MHz-gebied blijken op deze wijze toegepast te kunnen worden.

Enige uitvoeringsvormen van een beeldweergeefbuis volgens de uitvinding worden nader toegelicht aan de hand van de tekening. Hierin toont fig. 1 schematisch een doorsnede van een beeldweergeefbuis volgens de uitvinding; fig. 2 een aanzicht van een langsdoorsnede van een elektronenkanon geschikt voor toepassing in de buis van fig. 1; fig. 3 een m.b.v. een elektronenkanon van het type van fig. 2 opwekbaar focusseerveld; fig. 4 een alternatief uitvoeringsvoorbeeld van een beeldweergeefbuis volgens de uitvinding in een doorsnede; fig. 5 een elektrisch analogon van het dynamisch aansturen van het elektronenkanon van fig. 2; fig. 6 een deel van een voor een beeldbuis volgens de uitvinding geschikte focusseerlensstructuur; en fig. 7 een alternatief voor de structuur van fig. 6.

De inrichting weergegeven in figuur 1 bevat een kathodestraalbuis bestaande uit onder andere een glazen omhulling 1 welke is samengesteld uit een beeldvenster 2, een konusvormig deel 3 en een hals 4. In deze hals zijn een aantal elektrodestructuren 8, 9 geplaatst welke samen met een kathode 7 een elektronenkanon vormen. De elektronen-optische as 6 van het elektronenkanon is tevens de as van de omhulling. Een elektronenbundel 12 wordt achtereenvolgens gevormd en versneld door de kathode 7 en de elektrodestructuren 8, 9. Met 10 is een buisvormige structuur aangegeven op de binnenkant waarvan een schroeflijnvormige structuur van een materiaal met een zeer hoge elektrische weerstand is aangebracht die een focusseerlens 11 vormt welke de bundel op een beeldscherm 14 op de binnenzijde van het beeldvenster 2 focusseert, Gebruikelijke aangelegde spanningen zijn bijvoorbeeld

kathode 7 50 V

elektrode 8 0 V

elektrode 9 500 V

begin-focusseerlens 11 7 kV

einde-focusseerlens 11 30 kV.

In het algemeen is de potentiaal van het einde van de focusseerlens een factor 2 tot 10 hoger dan de potentiaal van het begin. Met behulp van een afbuigspoelenstelsel 5 wordt de elektronenbundel 12 van de as 6 af over het beeldscherm 14 afgebogen. Beeldscherm 14 bestaat uit een fosforlaag bedekt met een dunne aluminiumfilm welke via een geleidende bedekking op de binnenwand van het konusvormig deel 3 met het uiteinde van elektrode 11 elektrisch is verbonden.

In figuur 3 is schematisch een voorbeeld van een focuslensveld dat door de focusseerlens 11 kan worden opgewekt weergegeven. De gebogen lijnen stellen de snijlijnen met het vlak van tekening voor van de equipotentiaalvlakken die door het aanleggen van een spanningsverschil over de uiteinden van de schroeflijnvormige weerstandsbaan ontstaan. 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 potentiaalverloop als functie van de plaats op de as nul is. De brandpuntsafstanden f-j en zijn respectievelijk de afstanden tussen het brandpunt en het eerste hoofdvlak en de afstand tussen het brandpunt F 2 en het tweede hoofdvlak E2· De brandpunten en F2 zijn respectievelijk op afstanden F'^ en F'2 van het centrum A gelegen. De focusseerlens heeft een divergerend ingangsgedeelte en een convergerend uitgangsgedeelte. De door de elektrodestructuur 11 gevormde focusseerlens ligt gedeeltelijk binnen het afbuigspoelenstelsel 5. Omdat de focusseerlens minder ver verwijderd is van het beeldscherm dan in buizen waarbij de focuslens vóór de afbuigspoeien is gelegen, is bij gelijkblijvende elektronenbundeldiameter in de focuslens en dus gelijkblijvende aberraties en bij een gegeven kathodebelasting, de bundelopeningshoek op het beeldscherm groter, waardoor een kleinere elektronentrefvlek op het beeldscherm gerealiseerd wordt. Dit houdt een beter oplossend vermogen in.

In fig. 1 bevindt de focusseerlens 11 zich gedeeltelijk in het veld van de afbuigspoelen, omdat dat gunstig is voor het oplossend vermogen van de beeldweergeefbuis 1. De uitvinding is echter niet tot een dergelijke onderlinge positionering beperkt.

De uitvinding kan vruchtbaar worden toegepast in alle beeldweergeefinrichtingen voorzien van kathodestraalbuizen met één elektronenbundel en magnetische afbuiging, zoals monochrome televisiebuizen, bepaalde kleurentelevisiebuizen (chromatons en penetrons) maar vooral in projectietelevisiebeeldweergeefinrichtingen.

Figuur 2 toont een elektronenkanon van een type dat geschikt is voor toepassing in de beeldbuis van fig. 1. Het type in kwestie omvat een buisvormige (glazen) omhulling 15. Op de binnenkant van de omhulling 15 is een hoog-ohmige weerstandslaag 16 aangebracht, waarin nabij een uiteinde een schroeflijnvormige structuur is gevormd die wanneer een geschikte elektrische spanning aan de uiteinden wordt aangebracht een focusseerlensveld 17 vormt. De hoog-ohmige weerstandslaag 16 kan b.v. bestaan uit glasemaille een klein aandeel (b.v. enkele gew.%) aan metaaloxyde (i.h.b. rutheniumoxyde) deeltjes. De laag 16 kan een dikte hebben tussen 1 en 10 pm, b.v. 3 pm. De vierkantsweerstand van een dergelijke laag hangt af van de concentratie aan metaaloxide en de stookbehandeling waaraan de laag wordt onderworpen. In de praktijk zijn vierkantsweerstanden variërend van 10 tot 10° Q gerealiseerd. Door instellen van de relevante parameters kan een gewenste vierkantsweerstand gerealiseerd worden. Een vierkantsweerstand in de orde van 10^ δ is voor de onderhavige toepassing zeer geschikt. De totale weerstand van de in de laag 16 gevormde spiraalstructuur (die zowel uit een continue spiraal kan bestaan als uit een aantal afzonderlijke, door segmenten zonder spiraalstructuur verbonden spiralen - in het voorbeeld van fig. 2 zijn die er 5 -) kan in de orde van 10 G Q liggen, wat betekent dat er bij een spanningsverschil van 30 kV over de uiteinden een stroom zal lopen van enkele micro-ampères.

Vóór de focusseerlens 17 bevat het elektronenkanon van fig. 2 een bundelvormend deel 18, dat i.h.a. een kathode 19, een roosterelektrode 20 en een anode 21 bevat. De onderdelen van het bundelvormend deel 18 kunnen in de buisvormige omhulling 15 van de focusseerlens 1 gemonteerd zijn, zoals in het in fig. 2 getoonde kanon. Op alternatieve wijze kunnen ze buiten de buisvormige omhulling van de focusseerlens in de beeldbuis gemonteerd zijn, b.v. door ze aan axiale glaskeramische montage staven (mounting rods) te bevestigen. De buisvormige omhulling 15 kan met voordeel door de nek van de beeldbuis gevormd worden. Een beeldbuis 22 waarin dit het geval is wordt schematisch getoond in fig. 4. In dat geval is een hoog-ohmige weerstandslaag met spiraalstructuur 23 van de focusseerlens op een deel van de binnenkant van de omhulling 4 van de beeldbuis 22 aangebracht.

Het kan nodig zijn om optredende beeldfouten (i.h.b. beeldveldkromming) met behulp van dynamische focussering te corrigeren. De sterkte van de elektronenlens voor het focusseren van de elektronenbundel wordt als functie van de afbuiging waaraan de elektronenbundel 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 nodig in de besturingsinrichting een extra schakeling op te nemen voor het opwekken van de juiste dynamische focusspanningen op de elektroden van de focuslens.

Doordat het materiaal van de spiraalvormige weerstandsbaan zo'n hoge elektrische weerstand heeft (b.v. 10 G53) is de RC tijd hoog (b.v. 10 msec). Daardoor dringt het effect van de dynamische focusspanning nauwelijks door in de spiraalvormige weerstandsstructuur. De uitvinding voorziet hier in een oplossing doordat hij een capacitieve elektrode; 25 (Fig. 1); 26 (Fig. 2) en 21 (Fig. 4) verschaft die door een isolator gescheiden om de hoogohmige focusseerlensstructuur heen ligt.

Het principe van deze oplossing wordt verduidelijkt aan de hand van fig. 2.

De hoogohmige weerstandslaag 16 op het binnenoppervlak van de buisvormige structuur 15 heeft delen waar een schroeflijnvormig patroon in is aangebracht en delen zonder zo'n patroon; een en ander zodanig dat bij het aanleggen van een spanning een optimaal statisch focusveld, i.h.b. t.a.v. minimale sferische aberratie, wordt verkregen. Het dynamische focussignaal wordt toegevoerd aan een (buisvormige) elektrode 26 die uit goed geleidend elektrisch materiaal bestaat. In het getoonde voorbeeld is deze elektrode 26 op het punt 28 elektrisch verbonden met toevoerleiding 7 waarmee het statische focussignaal wordt toegevoerd. Een DC spanning, toegevoerd aan punt 28 werkt op de focusseerlens als een normale statische focusspanning. De focusseerlens gedraagt zich echter op een andere manier als de focusspanning in de tijd gemoduleerd wordt. Het tegenover de elektrode 26 gelegen deel van de binnenwand van de buisvormige structuur 15 zal de neiging hebben de potentiaalveranderingen van de elektrode 26 te volgen. De binnenwand en de elektrode 26 kunnen als een condensator beschouwd worden waarvan één zijde verbonden is met de focussignaal toevoerleiding en de andere zijde met de buitenwereld via de spiraalweerstanden (R^ en R2) aan de uiteinden van de buisvormige structuur. De condensator vormt samen met deze weerstanden een RC-netwerk. Veranderingen van de focusspanningen ν^η die (veel) sneller zijn dan de corresponderende RC-tijd kunnen niet uitgedempt worden en zullen via de condensator ingekoppeld worden. Het elektrisch analogon wordt schematisch in fig. 5 getoond. Hierin stelt de condensatorplaat C gekoppeld aan de toevoerspanning ν^η de in Fig. 2 getekende elektrode 26 voor, de weerstanden R^ en R2 resp. de spiraalvormige delen van de weerstandslaag aan de zijde van het bundelvormend deel (17a) en aan de zijde van het scherm (17b) voor.

Een praktisch voorbeeld wordt toegelicht aan de hand van fig. 6. In een specifiek geval bevindt zich een metalen elektrode 29 met een lengte van 45 mm en een diameter van 11 mm op het buitenoppervlak van een glazen buis 30 met een wanddikte van 0,6 mm. Op het binnenoppervlak is een hoog-ohmige weerstandslaag 31 aangebracht met een spiraalstructuur 32 die een voorfocuslens en een spiraalstructuur 33 die een hoofdfocuslens vormt. De capacitieve elektrode 29 overspant de ruimte tussen de structuren 32 en 33 en tenminste een deel van de structuur 33. De capaciteit van de door de binnenwand en de elektrode 29 gevormde condensator is in dit geval ongeveer 45 pF en de totale weerstand van de spiraalstructuren 32, 33 ongeveer 0,5 x 1010 Ohm, met een daaruit resulterende RC-tijd van ongeveer 240 msec. Dit betekent dat de binnenwand van de buis alle spanningsveranderingen van de elektrode 29 zal volgen waarvan de karakteristieke tijd korter is dan 100 msec. In de getoonde situatie worden de statische focusspanning Vstat en de dynamische focusspanning V^yn i.t.t. tot fig. 2 gescheiden toegevoerd.

De constructie van fig. 1 is gerealiseerd door een metalen (b.v.

aluminium) folie tussen twee coaxiale buizen aan te brengen die na week maken en aanzuigen op een doorn de buisvormige structuur 15 vormen. Het elektrische contact 28 kan tot stand worden gebracht door tijdens het aanzuigproces de focuselektrode toevoerleiding contactstrip (27) (Fig.

2) tegen de aluminium folie te drukken.

Alternatieven voor het bovenbeschreven gebruik van een aluminium folie tussen twee coaxiale buizen zijn, b.v. het opdampen van een laag elektrisch goed geleidend materiaal op het buitenoppervlak van een buisvormige structuur 30 zoals getoond in fig. 6, of het aanbrengen van een metalen cilinder om zo'n buisvormige structuur 30.

Wanneer in het laatste geval een magnetisch geleidend materiaal (b.v. nikkel-ijzer) als materiaal voor de cilinder wordt genomen kan de cilinder tevens als magnetische afscherming dienen.

De uitvinding is niet beperkt tot rotatiesymmetrisch dynamisch focusseren. Interessante mogelijkheden worden geboden indien de capacitieve elektrode niet-rotatiesymraetrisch is uitgevoerd, doordat hij bepaalde elementen als gaten, (schuine) spleten e.d. bevat. Deze elementen kunnen gebruikt worden om dynamische meerpoolvelden in het statische focusseerlensgebied op te wekken. Op deze wijze kan men b.v. dynamische dipolen (t.b.v. bundelverplaatsing) en dynamische vierpolen (t.b.v. astigmatisme correcties) toevoegen. Bij voorkeur past men de inwendige hoogohmige weerstandsstructuur aan de correctie-elementen in de uitwendige capacitieve elektrode aan d.m.v. een meander- of stripvormig patroon dat er zorg voor moet dragen dat het geleidend vermogen van die plaatsen in de weerstandslaag waar de niet rotatiesymmetrische correcties aangebracht worden in rotatiesymmetrische richting minimaal is. Bij voorkeur zullen deze correcties geschieden in het niet gespiraliseerde deel 17c van de focusseerinrichting zoals weergegeven in Fig. 2. Een uitvoeringsvorm is weergegeven in Figuur 7.

De capacitieve elektrode 34 bevat in dit geval een niet-rotatiesymmetrische uitsparing 35. Het onder deze uitsparing gelegen deel van de weerstandslaag 36 is uitgevoerd als een meander patroon waarvan de lange richting evenwijdig loopt met de buisas 37 van de (glazen) cylinder 38.

De beeldweergeefbuis volgens de uitvinding kan met voordeel toegepast worden als projectie TV buis, maar het principe kan ook in kleurenbuizen worden toegepast. Een andere toepassing is bij oscilloscoopbuizen, waar de hoogfrequente deflectie b.v. m.b.v. een capacitief ingekoppeld signaal plaats zou kunnen vinden.

Claims (1)

1. Beeldweergeefbuis bevattende een beeldscherm en een daartegenover geplaatst elektronenkanon met langs een elektronen-optische as gecentreerd een kathode en een aantal elektroden welke samen een bundelvormend deel vormen voor het opwekken van een elektronenbundel, welk kanon verder een buisvormige structuur omvat met een buitenoppervlak en met een binnenoppervlak waarop een schroeflijnvormige weerstandsstructuur van een materiaal met een hoge elektrische weerstand is aangebracht die een focusseerlens vormt, welke buisvormige structuur een coaxiaal ingangsdeel en een coaxiaal uitgangsdeel heeft, met het kenmerk, dat over tenminste een deel van de focusseerlens op het buitenoppervlak een elektrode van elektrisch goed geleidend materiaal is aangebracht voor het capacitief aansturen van de focusseerlens met een in de tijd variërend signaal waarvan de sterkte een functie is van de positie van de trefvlek van de elektronenbundel op het beeldscherm.