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Braunsche Röhre.
In dem Stammpatente Nr. 142495 ist eine unter Hochvakuum betriebene Elektronenstrahlröhre für Fernsehzwecke beschrieben worden, bei der der Elektronenstrahl durch Raumladungssteuerung in seiner Intensität gesteuert und auf eine Blende geworfen wird. Die Öffnung dieser Blende wird dann durch ein geschlossenes elektronenoptisehes System konstanter Brennweite auf dem Leuchtschirm der Braunschen Röhre abgebildet.
Unter dem Ausdruck"geschlossenes elektronenoptisehes System"ist dabei ein System zu verstehen, bei welchem die brechenden Ebenen sich im wesentlichen innerhalb des durch die plattenförmigen Abschlusselektroden des Systems begrenzten Raumes befinden und praktisch nicht aus demselben heraustreten.
Da die Blendenöffnung als Fläche konstanter Form und Grösse jedoch wechselnder Helligkeit wirkt, gelingt es auf diese Weise, Bildpunkte zu erzeugen, deren Form und Grösse von ihrer Helligkeit unabhängig ist und infolgedessen auch beim Übergang vom hellsten Hell bis zum dunkelsten Schwarz unverändert bleibt. Es werden damit die Lichtsteuerungsfehler ohne Verwendung von Gaskonzentration lediglich unter Benutzung elektrostatischer Vorrichtungen, welche wie Linsen wirken, beseitigt.
Es hat sich nun gezeigt, dass es bei derartigen Röhren sehr schwer ist, einen Bildpunkt grosser Intensität und kleiner Oberfläche, wie dies zur Herstellung von vielzeiligen lichtstarken Fernsehbildern erforderlich ist, zu erzeugen.
Diese Schwierigkeit liegt in folgendem begründet :
Das elektronenoptisehe, die Blendenöffnung auf dem Bildschirm abbildende System wirkt ebenso wie eine optische Linse. Die Grösse der auf dem Bildschirm erzeugten Blendenöffnul1gsabbildung ist proportional dem Verhältnis zwischen dem Abstand des Fluoreszenzschirmes von der Linse zu dem Abstand der Linse (d. h. des elektronenoptischen Systems) von der abzubildenden Blendenöffnung, wobei scharfe Abbildung vorausgesetzt ist.
Um also möglichst kleine Bildpunkte zu erzeugen, ist es erforderlich, das elektronenoptische System möglichst weit von der abzubildenden Blende anzuordnen.
Der Abstandsbemessung sind dabei durch die konstruktiven Gesichtspunkte praktische Grenzen gesetzt. Immerhin wird aber das elektronenoptische System praktisch in einem Abstand in der Grössenordnung von etwa 150 mm von der abzubildenden Blende angeordnet.
Werden nun zur Ausleuehtung der abzubildenden Blende Elektronenstrahlen benutzt, welche nach einem der üblichen Verfahren stark vorkonzentriert sind, so weist das aus der Blende austretende Strahlenbüschel einen Divergenzwinkel auf, welcher so gross ist, dass ein grosser Teil der Elektronen von dem wie angegeben in vergleichsweise grossem Abstand angeordneten elektronenoptischen System überhaupt nicht mehr erfasst bzw., da das System eine verhältnismässig kleine Apertur besitzt, nicht mehr in der zur Erzeugung einer einwandfreien Abbildung erforderlichen Art gebrochen werden kann.
Es entsteht also ein nicht sehr lichtstarker Bildpunkt, welcher auch nicht die gewünschten scharfen Konturen aufweist.
Wenn man anderseits zur Ausleuchtung der Blende durch Ausblendung parallelisierte Elektronen benutzt, so erhält man zwar einen Bildpunkt der erforderlichen Konturenschärfe, jedoch geht dabei ein grosser Teil der Elektronen durch Ausblendung verloren, so dass die Lichtstärke stark herabgemindertwird.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Weiterbildung der im Stammpatent angegebenen Anordnung, welche es gestattet, die genannten Nachteile zu vermeiden und Bildpunkte zu erzeugen, welche gleichzeitig gute Konturenschärfe und sehr grosse Intensität aufweisen.
Dies wird unter Verwendung zweier Anordnungen erzielt, welche im folgenden als Kombination beschrieben sind, von denen aber auch jede für sich allein in der Röhre nach dem Stammpatent zur Anwendung gelangen kann und unter Umständen hinreicht, um die gewünschte Bildpunktqualität zu erzeugen.
Erfindungsgemäss wird
1. zur Ausleuchtung der abzubildenden Blende ein Elektronenbüschel verwendet, welches derart vorkonzentriert ist, dass es bei dem Durchtritt durch die Blende einen sehr geringen Divergenzwinkel aufweist.
Dies kann durch Anwendung eines zwischen Kathode und Blende angeordneten Kondensorsystems erreicht werden. Ein solches System kann aus zwei Zylindern und zwei mit Blendenöffnungen versehenen Plattenelektroden bestehen, wobei der eine Zylinder in an sich bekannter Weise die Kathode umgibt und die zweite Plattenelektrode als Blende dienen kann, deren Öffnung durch das nachgeschaltete elektronenoptische System abgebildet wird.
Wenn aber die Versenkungstiefe der Kathode in dem Wehneltzylinder, der Abstand des Zylinders von der nachgeschalteten Blendenelektrode und die Spannung dieser Blendenelektrode richtig gewählt werden, so gelingt es bereits unter Verwendung dieser zwei Elemente für sich, eine derartige Bündelung des Strahles zu erreichen, dass das aus der Blendenöffnung austretende Elektronenstrahlenbüschel einen sehr geringen Divergenzwinkel (beispielsweise kleiner als 7 ) aufweist, so dass der Strahl ohne Ausblendung und daher auch ohne Energieverlust nahezu vollständig parallel gerichtet ist ;
2. zwischen der abzubildenden Blende und dem abbildenden elektronenoptischen System, u. zw. beispielsweise etwa in der Mitte zwischen den beiden, ein zweites elektronenoptisches System angeordnet, welches so eingestellt wird, dass es für sich allein nur ein virtuelles Bild der Blende entwerfen kann.
Eine Ausführungsform der Röhre ist in der Fig. 1 beispielsweise dargestellt. Wie aus der Fig. 2 ersichtlich, ist es bei der Röhre auch möglich, an Stelle der doppelten elektrostatischen Strahlablenkung eine gemischt statisch-magnetische Ablenkung zu verwenden.
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stand benutzt und durch zwei hintereinander liegende Sammellinsen 3 und 4 auf dem Schirm 5 abgebildet.
Die Blendenöffnung 1 wird dabei genau wie in der Optik im Verhältnis der Abstände der brechenden Kante vom Schirm 5 einerseits und von der Blende 1 anderseits vergrössert auf dem Schirm umgekehrt stehend wiedergegeben. Unter der brechenden Kante ist dabei die brechende Ebene einer gedachten Linse zu verstehen, die die gleiche Wirkung wie die beiden Einzellinsen aufweisen würde, also als deren Resultierende aufgefasst werden könnte. Es gelingt ohne weiteres, durch entsprechende Wahl der Blendenform dem Bildpunkt beliebige geometrische Formen zu erteilen. Die praktischen Abmessungen werden zweckmässig so gewählt, dass die Abbildung möglichst nur mit schwacher Vergrösserung erfolgt. Es muss daher die Länge der Abstände der Blende 1 von der Linse 4 möglichst gross sein im Vergleich zur Länge des Abstandes 4 von 5. Praktisch ist erstere Länge z.
B. 140 mm, letztere 250 mm, so dass eine Vergrösserung etwa nur auf das Doppelte erfolgt. Eine weitergehende Verkleinerung der Blendenöffnung auf dem Schirm könnte beispielsweise durch Verkürzung des Abstandes der Elemente 4 und 5 erzielt werden. Den Schirmabstand noch kleiner zu machen, wäre prinzipiell möglich, bringt aber den Nachteil einer verringerten Ausschlagsempfindlichkeit mit sich, so dass bei gleichenAblenkungsspannungendieFormate kleinerwerden.
Es hat sich gezeigt, dass eine Schwierigkeit darin besteht, auf eine so grosse Länge 1-4 von 140 mm einen Elektronenstrahl von möglichst grosser Dichte mit so kleinem Divergenzwinkel herzustellen, dass er am Ort der Hinterlinse 4 noch glatt durch die Linsenöffnung hindurchgeht. Es bereitet anderseits keine Schwierigkeiten, am Orte der Blende 1 eine sehr starke Stromdichte einzustellen, wenn die Randstrahlen des abgehenden Büschels eine grössere Divergenz haben dürfen. Es hat sich jedoch ergeben, dass bei einer Stromdichte von 1 mA pro mm2 an einer Blendenöffnung 1 von 0'5 mm Durchmesser, mit den im folgenden näher beschriebenen Kondensoranordnungen und Kathoden am Ort der Hinterlinse 4, ein Bündelquersehnitt von zirka 10 mm2 nur schwer zu unterschreiten ist.
Es wird daher zusätzlich eine zweite Linse, die Vorderlinse 3, vorgesehen. Diese Linse 3 wird in geringerem Abstand von der Blende 1, z. B. in halber Entfernung 1-4 angeordnet. Die Linse 3 wird so eingestellt, dass sie allein auf dem Schirm nur ein virtuelles Bild entwerfen kann und ist zwischen Blende und Schirm so angeordnet, dass das von ihr entworfene reelle Bild der Blende 1 kleiner oder höchstens gleich dem durch die Öffnung von 4 und 1 gelegten Bündelquerschnitt am Schirm 5 ist.
Je nach den Vorspannungen, die man den beiden Einzellinsen 3 und 4 erteilt, lässt sich der Schwerpunkt zwischen den beiden Brechkräften zwischen Schirm und Blende, d. h. die Lage einer aus den beiden Einzellinsen resultierend gedachten Linse, verlagern und damit die Fleekgrösse am Schirm einstellbar verändern.
Es hat sich gezeigt, dass es in idealer Weise gelingt, mit Hilfe zweier in dieser Art hintereinander geschalteter Linsenvorrichtungen ein reelles, verkehrt stehendes Bild der Blende 1 ohne störende Rand-
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verwasehungen zu entwerfen, bei einer sehr grossen Stromdichte von bis zu 5 mA/mm2 in der Blende 1, jedoch allerdings mit einer etwas stärkeren Vergrösserung, als sie einer Einlinsenröhre mit der Linse 4 allein entsprechen würde. Der entscheidende Vorteil besteht darin, dass nirgendwo Energie durch Ausblendung verlorengeht.
Man kann den Nachteil eines zu grossen Bildpunktes bei dieser Röhre verkleinern, weil man infolge der stärkeren Konzentration der Strahlen am Orte 2 dort auch eine kleinere Blendenöffnung wählen kann als bei Beleuchtung mit parallelem Licht. Wie klein die Blende 1 ohne Ausblendverlust werden kann, hängt von der Grösse der Kathode und der Ausführung des Kondensorsystems ab, welches die Aufgabe hat, die Kathodenoberfläche auf der Blendenöffnung abzubilden. In Fig. 1 besteht die Kathode aus einer Metallhülse 6, in deren Oberfläche in einer Vertiefung 7 das Oxyd eingedrückt ist und welche durch eine Innenspirale 8 geheizt wird. Die Abbildungsorgane für die Kathodenoberfläche sind die Zylinder 9 und 10 sowie die Anoden 11 und 2.
Das kleine Lochgitter 12, welches mit 2 mm Öffnung in einem sehr geringen Abstand von zirka 0'2mm vor der Kathode von zirka 1'5mm2 Emissionsfläche angeordnet ist, dient zur Lichtsteuerung, welche als sogenannte"Dunkelraumsteuerung"arbeitet. Die Vereinigung des negativ vorgespannten Zylinders 10 mit der nachgeschalteten positiven Blende 2 erzeugt in bekannter Weise die brechende Ebene. Die Grösse des Kathodenbildes auf der Anode 2 fällt um so kleiner aus, je kleiner das Verhältnis von Kathodendurchmesser 7 zur Brennweite der Kondensorlinse 10/2 gemacht wird. Je grösser man aber die Brennweite des letzteren macht, desto grösser muss auch der Abstand des leuchtenden Objekts 7 vom Ort der Brechebene 10 sein.
Die technischen Kompromisse führen zu folgender Dimensionierung : Es betragen der Abstand 9/11 zirka 5 mm, Zylinder 10 10.10 mm, Abstand 11/2 zirka 20 mm. Der Abbildungsmassstab ist dann zirka 1 : 3 verkleinert, so dass
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eine Blende von 0'3 mm Grösse glatt hindurehzubringen.
Auch der Zylinder 9 bildet mit der Anode 11 ein konzentrierendes System, welches gleichzeitig beschleunigt. Durch Bemessung der Spannung an 11 und der Versenkungstiefe 13 von zirka 4 mm bei einem Zylinderdurchmesser von 10 mm kann man erreichen, dass das aus der Blende 11 austretende Strahlenbündel einen beliebig kleinen Divergenzwinkel hat. Es gelingt bei der angegebenen Dimensionierung, nahezu parallele Strahlen am Orte 11 zu erreichen, wenn man die Anode 11 an die volle Anodenspannung von 2 anschliesst. Daraus ergibt sich als selbstverständlich, dass bei geeigneter Dimensionierung der massgebenden Grössen, d. h. Versenkungstiefe, Abstände, Durchmesser und Spannungen, die Blende 11 einfach an Stelle der Blende 2 treten kann. Die Empfindlichkeit der Lichtsteuerung beträgt zirka 7 Volt.
Das brechende Feld der Linse 4 wird mit Hilfe der mit einem Zylinderansatz versehenen Elektrode 4' und der vor der Öffnung des Zylinderansatzes angeordneten Elektrode 4"erzeugt. Eine weitere Elektrode 4"'ist nahe dem Teil der Elektrode 4'mit der kleineren Öffnung angeordnet und befindet sich auf dem Potential der Elektrode 4". Die Elektrode 4'" bewirkt, dass die elektronenoptische Brechung in der Linse 4 ohne Geschwindigkeitsänderung der Elektronen vor sich geht. Sie ist also für die eigentliche Linsenwirkung nicht erforderlich, jedoch ist ihre Verwendung, wie die Anmelderin gefunden hat, sehr zweckmässig.
Diese Wirkungsweise gilt auch sinngemäss für die Elektronenlinse 3, die in ähnlicher Weise aus den Teilen 3', 3" und 3'" aufgebaut ist.
Besondere Sorgfalt erfordert die Ausbildung der Ablenkungssysteme. Gezeichnet ist eine doppeltelektrostatische Ablenkung mittels der Plattenpaare 14, 15 und 16, 17. Der Kleinstabstand dieser Plattenpaare wird erfindungsgemäss gleich oder grösser, aber nicht wesentlich kleiner gewählt als die Öffnung der Hinterlinse 4. Die Länge der Platten in der Strahlrichtung ist bei Parallelplatten durch den maximalen Aussehlagwinkel bei gewünschtem Format und Schirmabstand gegeben, bei geneigten Platten kann sie grösser sein als bei Parallelplatten. In der praktischen Ausführung sind die Abstände der gegeneinander geneigten Platten beim Ein- und Austritt 7 und 15 mm bei einer Linsenöffnung von 7 mm und die Plattenlänge in Bahnrichtung 30 mm.
Wesentlich ist der Abstand zwischen den Platten 14, 15 einerseits und der Linse 4 sowie den Vorderplatten 16, 17 anderseits. Der Abstand beträgt zweckmässig mindestens das Doppelte von der kleinsten jeweiligen Plattendistanz. Im vorliegenden Falle sind beide Abstände 30 mm, also gleich dem Vierfachen, derselben. Nur so ist es möglich, Abweichungen von der Rechteckform des Bildes zu vermeiden. Gleichzeitig müssen die Platten- ? 6,. 27 sehr breit sein und Leitungen in Richtung der Feldlinien vermieden werden (unendlich lange Platten). Zur Erzielung einer besonders sorgfältigen Formatkorrektur können Schirme 18, 18', 19, 20 und 21 angeordnet werden, welche die Kanten der Platten gerade überdecken und geerdet sind.
Der Hals der Röhre ist zur Vermeidung von Wandladungen versilbert, u. zw. vom Ort der Linse 4, wo das Rohr 22 von zirka 15 mm lichter Weite zu Ende ist, bis etwa zur Mitte des Kolbenkörpers. Durch Federn 23, die in der Zeichnung als einfache Leitungsverbindungen dargestellt sind, ist dieser Wandbelag 24 geerdet. Der Gesamtaufbau der Röhre geschieht unter Verwendung unmagnetischen Materials, Phosphorbronze und Glas, unter Benutzung besonderer Lehren, indem alle oder einzelne Elektroden zu einer oder mehreren mit Hilfe von Lehren in sich zentrierten Baueinheiten durch Befestigung an isolierten Trägern, beispielsweise Glasstäben, mittels durch Schweissen befestigter Schellen vereinigt werden und die so gebildete Baueinheit bzw. Baueinheiten
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an am Quetschfuss befestigten Trägern, z. B.
Glasstäben, gehaltert werden. Die Röhre arbeitet nur dann einwandfrei, wenn sie mit einem äusseren Schutzmantel aus Eisenblech umgeben und auf diese Weise gegen die Einwirkung des Erdfeldes geschützt ist.
Sämtliche Ablenkplatten können einzeln herausgeführt werden. Dadurch kann man beide Bildkoordinaten umpolen.
Alle Nachteile der Trapezbildung können ferner auch durch Verwendung gemischt-elektrostatischelektromagnetischer Ablenkung vermieden werden. Fig. 2 stellt den Schnitt durch den Röhrenhals von oben gesehen dar. Die Ablenkplatten 25 und 26 werden an die Zeilenfrequenz angeschlossen und gleichzeitig als eiserne Polschuhe ausgeführt. Der Zeilenfrequenzgenerator ist 27. Aussen auf der Glaswand 28
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Generator 33 symbolisiert ist und zirka 25 Hertz Bildwechselfrequenz ergibt. Ein senkrecht aus der Papierebene heraustretender Strahl wird dann in der angedeuteten Weise in beiden Koordinaten abgelenkt.
Elektrische und magnetische Felder verlaufen kongruent. Man erhält dann auf diese Weise einwandfreie Bildrechtecke und, da der magnetische Widerstand nicht gross ist, ausreichende Empfindlichkeit für die Bildablenkung.
Der Magnetkern des Ablenkungssystems kann, wie die Fig. 2 zeigt, so ausgeführt werden, dass er aus 2 Jochbogen 31 und die Spule aus 2 Hälften besteht, die auf die Polschuhe gewickelt sind. Es kann aber auch nur ein Joch und eine Spule vorgesehen sein.
Die Potentiale für die einzelnen Elektroden können zweckmässig beispielsweise wie folgt gewählt werden :
Kathodenheizung 84 Volt, wobei die MetalIschuhe 6 0 Potential aufweisen. Steuerspannung am Wehneltzylinder-15/0 Volt, also ego =-7-5 Volt, Abbildungsorgan 10 zirka 0-200 Volt, Anode'2 etwa 2000 Volt, Vorderlinse 3 und Hinterlinse 4 etwa +1000 Volt, Ablenkspannungen (. J = 800 Volt im Mittel also =h 400 Volt.
Die Blende 18, 18', kann entweder auf Anodenpotential, also getrennt von dem Ablenkplattenpaar 14, 15 gehalten werden oder mit dem Ablenkplattenpaar verbunden an das Kippotential angeschlossen werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Braunsche Röhre nach Patent Nr. 142495, bei welcher eine Blendenöffnung durch ein nachgeschaltetes geschlossenes elektronenoptisches System auf dem Bildschirm abgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kathode und der abzubildenden Blendenöffnung ein bündelndes elektronenoptisches System vorgesehen ist, welches bewirkt, dass sämtliche von der Kathode kommenden Elektronen ohne Ausblendung durch die Blendenöffnung hindurchgehen und dass das Elektronenbüschel nach Durchtritt durch diese Öffnung einen sehr geringen Divergenzwinkel aufweist und dass das abbildende elektronenoptische System mit Bezug auf die Blende derart angeordnet ist, dass sämtliche von der Blende ausgehenden Strahlen ohne Ausblendung zur Erzeugung des Bildpunktes ausgenutzt werden.