Zagadnienie wytwarzania jak najmniej¬ szej i jak najjasniejszej planiki swietlnej, wystepujace w technice telewizyjnej i przy budowie oscylografów, rozwiazuje sie, jak wiadomo, za pomoca elektronowo-optycz- nego odwzorowania na ekranie fluoryzuja¬ cym powierzchni katody o pewnej okreslo¬ nej wielkosci lub tez otworu w przeslonie przy zastosowaniu soczewek elektrycznych lub magnetycznych. Wiadomo, ze wielkosc plamki jest wyznaczona z jednej strony przez znane z optyki elementarnej prawo stosunku odleglosci, z drugiej zas strony przez stosunek predkosci elektronów, wzglednie przez kwadratowy pierwiastek (ze stosunku napiec, panujacych w prze¬ strzeni przedmiotu i przestrzeni obrazu i udzielajacych elektronom odpowiednich przyspieszen. Dotychczas stosowane byly wylacznie takie urzadzenia, w których ele¬ ktrony przebiegaly przez cala przestrzen od strony przedmiotu, od przeslony az do pierwszej soczewki odwzorowujacej, z predkoscia stala. Zazwyczaj stosowane byly tutaj jeszcze rury metalowe, siegaja¬ ce az do pierwszej soczewki i polaczone elektrycznie z przeslona. Przy zastosowa¬ niu soczewki elektrostatycznej rura ta po¬ siadala zwykle napiecie nizsze, niz druga elektroda soczewki, która najczesciej jest tez ostatnia anoda. W ten sposób wyzy¬ skuje sie w dogodny sposób znana zalez¬ noscazeby otrzymac male rozmiary 0S obrazu, poniewaz napiecie przeslony i rury jest z natury rzeczy zawsze mniejsze, niz na¬ piecie poza anoda. [Symbole, uzyte we wzorze powyzszym, posiadaja znaczenia nastepujace: 0, wzglednie 0&/ — sredni¬ ce plamki (obrazu) wzglednie odwzorowy¬ wanego przedmiotu (np. otworu w przeslo¬ nie), U wzglednie h — odleglosci soczew¬ ki od ekranu wzglednie od przedmiotu, eb wzglednie ea — potencjaly, panujace w miejscu przedmiotu wzglednie ekranu, od¬ niesione do potencjalu katody].Na fig. 1 przedstawiona jest taka kla¬ syczna lampa telewizyjna. Przeslona / sta¬ nowi dno rury 2. Rura ta posiada potencjal nizszy, niz anoda 3. Odleglosc anody od ekranu 4 wynosi ISf odleglosc od przeslony /&. Do anody doprowadza sie pelne napie¬ cie ea z baterii 5, podczas gdy napiecie eb rury wzglednie katody 6 stanowi tylko czesc tego pierwszego.Celem wynalazku jest otrzymanie jesz¬ cze mniejszej plamki obrazowej, niz to mozna osiagnac na podstawie powyzszego równania, i to bez powiekszania odleglosci /, przedstawionych na rysunku. Wyna¬ lazek opiera sie na nastepujacym rozwa¬ zaniu.Niechaj elektron, przebiegajacy przez ptwór w przeslonie 1, porusza sie z pred¬ koscia v pod pewnym katem do osi lampy.Predkosc te mozna rozlozyc na dwie skla¬ dowe, a mianowicie na predkosc osiowa vx oraz predkosc poprzeczna vy. Zasadnicza mysl wynalazku polega na tym, aby pred¬ kosc poprzeczna vy pozostawic bez zmia¬ ny, natomiast wartosc predkosci osiowej vx utrzymac jak najmniejsza, az do chwili osiagniecia przez elektron soczewki, w tym celu, aby elektrony zuzywaly duzo czasu na przejscie od przeslony do soczewki, po¬ wiekszyc zas znacznie te predkosc w samej soczewce. Idealny stan rzeczy1 którego wprawdzie nie mozna calkowicie osiagnac za pomoca podanego nizej przykladu wy¬ konania, ale do którego nalezy dazyc, jest przedstawiony na fig. 2. Figura ta przed¬ stawia krótka soczewke, która sama przez sie wywiera na elektrony dzialanie jedy¬ nie w kierunku y, to jest poprzecznym, skupiajac je z potrzebna sila. Soczewka ta, opisana w brytyjskim opisie patentowym nr 442 511 (fig. 3, 4 i 5), sklada sie za¬ sadniczo z dwóch plaskich plytek 7 i 8, po¬ siadajacych ten sam potencjal. Pomiedzy tymi plytkami umieszczony jest cylinder 9, znajdujacy sie na nizszym potencjale do¬ datnim. Elektrony wbiegajace do tej so¬ czewki nie ulegaja przeto przyspieszeniu ani opóznieniu lecz jedynie zboczeniu. Wy¬ obrazmy sobie teraz elektryczna warstwe podwójna 10, 11, posiadajaca te wlasci¬ wosc, ze dziala ona na elektrony jedynie w kierunku osi x, to jest przyspieszajaco, nie wywiera jednak dzialan bocznych.Okladzina 11 warstwy podwójnej jest po¬ laczona z plytka 7, podczas gdy okladzina 10 posiada nizsze napiecie. Calosc ma po¬ siadac niewielkie rozmiary w porównaniu z rozmiarami rury i odlegloscia od ekranu.Jezeli teraz jakis elektron dobiega do punktu 12 z niewielka predkoscia VX1 przy¬ chodzac od przeslony 1, to warstwa po¬ dwójna 10, 11 wywoluje z poczatku tylko powiekszenie skladowej vx i podnosi ja do wartosci np. Vx. Na skladowa vy warstwa ta nie wywiera zadnego wplywu.Równoleglobok predkosci 12, 13, 14 przeksztalca sie przeto po przejsciu elek¬ tronu przez warstwe podwójna 10, 11 w równoleglobok 12, 15, 16. Przedluzajac przekatna 12/16 w tyl, mozna znalezc no¬ wy pozorny punkt V wyjscia elektronu, który jest polozony poza soczewka w od¬ leglosci wiekszej, powiekszonej w stosun¬ ku Vx : vx. Prawo stosunku odleglosci zo¬ staje przeto skorygowane o wspólczynnik predkosci, czym tlumaczy sie zarazem, w jaki sposób osiaga sie zmniejszenie elektro- nowo-optyczne, wykraczajace poza ele¬ mentarne optyczne prawo odleglosci. — 2 —Zgodnie z tymi wyjasnieniami wedlug wynalazku nalezy dazyc do tego, aby: 1. elektrony przebiegaly przez otwór w przeslonie z jak najmniejsza predkoscia, zuzywaly jak najwiecej czasu do osiagnie¬ cia soczewki i mialy te mala predkosc o ile moznosci az do chwili osiagniecia soczewki glównej; 2, nabieraly jak najwiekszego przyspie¬ szenia z chwila osiagniecia soczewki glów¬ nej i przebiegaly przestrzen od soczewki do ekranu ze znacznie wieksza predkoscia.Ponizej opisanych jest kilka, sposobów spelnienia tych warunków.Na fig. 3 rura z fig. 1 jest narysowana jeszcze raz, jednakze z ta róznica, ze prze¬ slona 1 jest odizolowana od rury 2. Dzieki temu do przeslony 1 mozna przylozyc na¬ piecie jeszcze nizsze, niz do rury 2. W tym celu bateria anodowa 5 posiada podwójny dzielnik. Suwak dzielnika 17, majacy wyz¬ sze napiecie, jest przylaczony do rury 2, przeslona zas 1 ma napiecie nizsze. Azeby uniknac przedwczesnego przyspieszenia elektronów i zachowac jak najdluzej ich mala predkosc, krawedz rury 2 i przeslone 1 umieszcza sie wedlug wynalazku w jak najwiekszej odleglosci od siebie. Aby unik¬ nac zaklócen elektrostatycznych, sciance szklanej 19 lampy, o której zaklada sie zreszta, ze jest ona, praktycznie biorac* nieskonczenie odlegla od punktów, w któ¬ rych promienie padaja na ekran, nadaje sie pewien dkreslony potencjal, np. potencjal przeslony 1. Wazne jest, aby srednica ru¬ ry oraz szyjki banki lampy, to znaczy wszystkie wymiary poprzeczne, byly tak wielkie w stosunku do srednicy wiazki pro¬ mieni, aby powierzchnie ekwipotencjalne mialy w obrebie wiazki postac plaszczyzn, prostopadlych do wiazki. W tych warun¬ kach elektrony przebiegaja pierwsza czesc swej drogi wzdluz linii prostych, w kierun¬ ku, który otrzymaly w otworze przeslony.Azeby otrzymac plaski ksztalt po¬ wierzchni ekwipotencjalnych we wnetrzu rury przyspieszajacej 2, mozna zastosowac jeszcze inne srodki, opisane nip; w patencie brytyjskim nr 421 050. Rure wedlug tego patentu sporzadza sie mianowicie nie z me¬ talu lecz z materialu zle przewodzacego.Rure te wlacza sie jej koncami pomiedzy punkty o róznych napieciach. Potencjaly scianek wówczas wzrastaja prostoliniowo.To samo dotyczy wnetrza rury. Poniewaz w tych warunkach nie ma gradientu poten¬ cjalu w kierunku poprzecznym do rury, przeto takie i tutaj ^elektrony, wbiegajace do takiej rury opornikowej w kierunku ukosnym, nie doznaja zadnych sil, lamia¬ cych ich tory. Jest to wlasnie wedlug wy¬ nalazku stan idealny. Wewnatrz rury elek¬ trony przebiegaja zatem po torach krzy¬ wych, odpowiadajacych dokladnie parabo¬ lom rzutu pochylego. Dzieki zastosowaniu tych srodków osiaga sie przeto pozorne po¬ wiekszenie odleglosci przedmiotu, a przeto tez i pozadane zmniej szenie obrazu, i to tym bardziej, im nizszy jest potencjal wej- sciowy u przeslony 1.Rure taka, sporzadzona z jednolitego materialu oporowego, mozna wedlug wy¬ nalazku zastapic przez srube opornikowa o malym skoku.Stosowanie niskiego napiecia na prze¬ slonie 1 napotyka w praktyce na pewne przeszkody. Duzy otwór w przeslonie moz¬ na wprawdzie z powodzeniem odwzoro¬ wac w postaci malej, ostrej plamki na ekra¬ nie 4, przy czym w równaniu, okreslajacym to odwzorowanie, wystepuje potencjal przestrzeni przedmiotu nizszy, niz to od¬ powiada lampie wedlug fig. 1, jednakze otrzymanie dostatecznie silnego pradu elek¬ tronowego z katody napotyka na trudnosci przy tak niskim napieciu poczatkowym przeslony 1. Aby zaradzic temu, wedlug wynalazku stosuje sie dodatkowy uklad siatek ochronnych pomiedzy katoda 6 a przeslona 1. Wedlug wynalazku pomie¬ dzy katode 6, przed która zreszta mozna równiez umiescic siatke rozrzadcza 20 w — 3 -postaci przeslony z otworem, a przeslone 1 wstawia sie siatke ochronna 21. Tej siatce ochronnej mozna bez obaw nadac potencjal wyzszy, niz przeslonie 1. Z katody 6 moz¬ na przeto w ten sposób wydobyc bardzo silny prad elektronowy. Prad ten doznaje pewnej koncentracji wstepnej ze strony cylindra 22. Cylinder ten mtisi w tym celu posiadac nizsze napiecie niz 21. Napiecie to mozna dokladnie nastawic za pomoca suwaka 33 dzielnika; mozna tez zamiast tego przylaczyc cylinder 22 wprost do przeslony 1, jezeli nastawi sie odleglosc ogniskowa przez geometryczne nastawienie dlugosci wzglednie stosunku srednicy do dlugosci cylindra 22. Uklad zlozony z cze¬ sci 22 i 1 dziala wówczas jako soczewka opózniajaca, która skupia i zarazem opóz¬ nia elektrony. W ten sposób mozna osiag¬ nac to, zeby wydobyty z katody silny prad elektronowy przechodzil niemal bez strat i z mala predkoscia przez otwór w przeslo¬ nie 1.W praktyce stosowane byly lampy opi¬ sanego typu z zastosowaniem nastepuja¬ cych napiec i wymiarów: napiecie anody 3 wzgledem katody = 2000 woltów, napiecie rury = 2800 woltów, napiecie przeslony 1 = zaledwie 100 woltów, napiecie siatki ochronnej 21 = do 250 woltów, odleglosc tej siatki od katody = 2 m/m, srednica plamki, wyrzucajacej elektrony z kato¬ dy = 1/2 mm, katoda dawala przy tym, przy polaczeniu bezposrednim siatki roz- rzadczej 20 z katoda, prad o natezeniu oko¬ lo V2 miliampera. Cylinder skupiajacy 22 posiadal dlugosc 3 mm i srednice 5 mm.Przy takich wymiarach cylinder ten mógl byc nalozony wprost na przeslone 1 i prze¬ pedzal przy podanych wyzej napieciach poczatkowych i przy odleglosci pomiedzy 21 a 1, wynoszacej okolo 1 cm, elektrony o energii 250 elektronowoltów przez otwór w przeslonie o napieciu 100 woltów prawie bez strat. Przeslona zaopatrzona byla w otwór kwadratowy o boku 1 mm, którego odwzorowanie na ekranie posiadalo roz¬ miar 2 mm przy stosunku l8: h= 6 : L Dzieki temu mozna bylo przeksztalcic 6-krotne powiekszenie odleglosci w po* wiekszenie dwukrotne, co jest równoznacz¬ ne z zalozeniem, ze elektrony przebiegaja przez przestrzen pomiedzy 1 a 3 z predko¬ scia odpowiadajaca 100 voltom, poniewaz wspólczynnik zmniejszenia napiec w tym przypadku wynosi l/^ooo = °kol° T5 ' Przez pomiary znaleziono faktycznie V:i* Wartosci tej odpowiada srednia predkosc okolo 200 voltów. Gdyby przeslona 1 przy¬ laczona byla bezposrednio do rury 2, jak to przedstawia fig. 1, to wspólczynnik zmniej- ¦»k i/soo" i szenia napiec wynosilby 1/ ^^ = j^ i na ekranie rozmiar plamki wynosilby oko¬ lo 3,5 mm, co tez w istocie mialo miejsce.Odleglosc 18 od przeslony do krawedzi ru¬ ry wynosila w lampie próbnej Vs dlugosci rury, wynoszacej 60 mm. Tak dobrana od¬ leglosc okazala sie korzystna w praktyce.Mozna tez nadac elektronom powyzsze szybkosci, przyspieszajac w kierunku po¬ dluznym i nie poddajac elektronów zadnym silom poprzecznym. Przyspieszenie naleza¬ loby wtedy udzielac elektronom dopiero na krótko przed soczewka, aby elektrony dobiegaly do niej w jak najwiekszej odle¬ glosci od osi.Rura z materialu oporowego moze byc oczywiscie zastosowana razem z opisanym wyzej zespolem siatek ochronnych w prze¬ strzeni przed przeslona. Zasadniczo takiej rurze równowazna jest rurka o wymiarach poprzecznych wielkich w stosunku do roz¬ miarów wiazki promieni, tak wielkich, aby nie potrzeba bylo brac pod uwage poten¬ cjalów scianek i aby mozna bylo przyjac, ze pole, wytwarzajace przyspieszenie po¬ miedzy przeslona a soczewka, nie zawiera skladowych poprzecznych, lecz jest jedno¬ rodne w kierunku promieni. — 4 —/Zastosowanie przeslony z otworem, po¬ siadajacej niskie napiecie, nie ogranicza sie do przypadku stosowania soczewki elek- irostatycznej do wytwarzania obrazu. We¬ dlug schematu przedstawionego na fig, 2 oslabienie zmniejszajacego dzialania prze¬ slony niskiego napiecia wystepuje zawsze wtedy, gdy podwójna warstwa elektryczna wywoluje dodatkowe przyspieszenie elek¬ tronów przed wejsciem ich do soczewki, Wedlug wynalazku sila, zalamujaca tory elektronów, moze byc przeto wytworzona przez cewke magnetyczna, podczas gdy przyspieszenie dodatkowe jest powodowa¬ ne przez elektryczna warstwe podwójna 10, 11 w miejscu dzialania tej cewki. Osia¬ gniecie przyspieszenia czysto osiowego w przypadku blisko siebie ustawionych du¬ zych ptzeslon jest rzecza trudna, o ile przy tym nie maja wystepowac równoczesnie zaklócajace dzialania poprzeczne, a wiec dzialania takie, jak dzialanie soczewki Azeby osiagnac przyspieszenie czysto po^ dluzne, trzeba przeto umiescic warstwe 10 iv znacznej odleglosci od warstwy 11 w po¬ równaniu ze srednica otworów w tych prze¬ slonach, to znaczy zastosowac do wytwo¬ rzenia przyspieszenia rure, najlepiej z ma¬ terialu zle przewodzacego, której krawe¬ dzie czolowe sa przylaczone do napiec gra¬ nicznych.Fig. 4 przedstawia lampe do wywoly¬ wania dodatkowych przyspieszen ' elek¬ trycznych oraz do skupiania magnetyczne¬ go. Pradem emitowanym z katody 6 roz¬ rzadza siatka 20, najlepiej w postaci prze¬ slony z otworem. Siatka ochronna 21, po¬ siadajaca najlepiej równiez postac prze¬ slony z otworem, której silnie dodatnie na¬ piecie poczatkowe przechwytuje poprzez ujemna siatke 20, wyzwala elektrony z ka¬ tody. Cylinder 22, dzialajacy jak konden¬ sor, skupia te elektrony dzieki swemu uje¬ mnemu napieciu poczatkowemu w otworze przeslony 1. Przeslona 1 posiada wedlug wynalazku napiecie bardzo niskie, zblizo¬ ne do napiecia katody. Elektrony sa zmu¬ szone biec przed przeslona ku tej przeslo¬ nie w przestrzeni o niskim potencjale. Do przeslony przylaczona jest krawedz wej¬ sciowa rury 2, która sama jest wykonana z materialu zle przewodzacego. Koniec tej rury moze w tym przypadku byc polaczo¬ ny wprost z anoda 3. Powierzchnie stalego potencjalu posiadaja w przedstawionym na rysunku przypadku ksztalt plaskich tarcz. Przyspieszenie jest skierowane tedy jedynie w kierunku osi x. Elektrony w kie¬ runku y nie doznaja zadnych zaklócen.Przy koncu rury umieszczona jest krótka najlepiej zaopatrzona w uziemiony ekran cewka magnetyczna 23, wytwarzajaca sile, zalamujaca tory (elektronów w kierunku poprzecznym, tak ze na ekranie 4 powstaje odwzorowanie otworu. Odwzorowanie to podlega znowu prawu 04 = 01 V~ " 1/ • ^ ^ fe,3 V es Napiecia, nadajace sie do zastosowania praktycznego, podane sa na fig. 4 przy elektrodach. Wynosza one: katoda — zero, siatka rozrzadcza — slabo ujemna, lub po¬ laczona z katoda, siatka ochronna 21 — okolo 300 woltów, cylinder kondensorowy 22 — slabo dodatni o napieciu od zera do 100 woltów, zaleznie od dlugosci i sredni¬ cy, przeslona 1 — 100 woltów. Przy jesz¬ cze nizszych napieciach przeslony wyste¬ puja czasem silne zjawiska refleksji i unie¬ mozliwiaja zbyt daleko idace zmniejszenie punktu obrazowego w sposób wedlug wy¬ nalazku. Napiecie anody 3 wynosi 2000 do 5000 woltów i wiecej. Przewodnosc rury 2 moze byc np. tak wielka, zeby prad, ply¬ nacy przez te rure, byl wielokrotnie wiek¬ szy od najwiekszego pradu strumienia elektronowego. Scianka banki moze posia¬ dac okladzine 24, polaczona z anoda i po¬ siadajaca ten sam potencjal co anoda. — 5 — PL