DE1077336B - Kathodenstrahlroehre mit einer Vorkonzentrationslinse - Google Patents

Description

DEUTSCHES

kl. 21g 13/22

INTERNAT. KL. HOIj

PATENTAMT

P 2161 Vine/21g

ANMELDETAG: 24.MÄRZ1941

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 10. MÄRZ 1960

Bei Btaatischen Röhren kann eine große Stromstärke unter Beibehaltung eines kleinen Bündelquerschnittes am Bildschirm dadurch erreicht werden, daß mittels eines Vorkonzentrationssystems die Elektronen gesammelt werden und mittels eines elektrostatischen Linsensystems ein Querschnitt des auf diese Weise gebildeten Bündels auf dem Bildschirm abgebildet wird.

Es ist eine Kathodenstrahlröhre bekannt, bei der eine strahlenbegrenzende Blende vorgesehen ist, um zu vermeiden, daß der Bildschirm in der Umgebung des eigentlichen Bildes von Streuelektronen getroffen wird und ein störendes Nebenlicht entsteht.

Ein Nachteil dieser Blende ist, daß die aufgefangenen Strahlen Sekundärmission herbeiführen. Wenn keine besonderen Vorkehrungen getroffen sind, treffen die dadurch freikommenden Elektronen nicht nur auf den Bildschirm, sondern auch auf die Ablenkplatten, und wenn letztere, wie üblich, über einen verhältnismäßig hohen Widerstand angeschlossen sind, führen die genannten Elektronen eine Änderung der Spannung dieser Platten herbei. Dies hat den störenden Effekt, daß der Bildpunkt auf dem Schirm seine Stelle mit der Stromstärke ändert und die von diesem Punkt beschriebene Figur verzerrt wird.

Der Einfluß der Sekundäremission nimmt ab, wenn die Blende näher zur Kathode aufgestellt wird. Es ist ebenfalls bekannt, sie in der ersten Elektrode der Abbildungslinse zu befestigen an einer Stelle, wo sich kein elektrisches Feld von Bedeutung befindet. Dabei werden die durch Sekundäremission ausgelösten Elektronen nahezu alle von den Elektroden der Abbildungslinse aufgefangen.

Man stößt in diesem Falle aber auf eine andere Schwierigkeit. Ist nämlich die mit der Blende versehene Elektrode über einen verhältnismäßig hohen Widerstand mit der Stromquelle verbunden, so· wird die Spannung dieser Elektrode von den auf die Blende auftreffenden Elektronen infolge des an den. Widerstand entstehenden, von der Stärke des in der Zuleitung fließenden Linsenelektronenstroms abhängigen Spannungsgefälles herabgesetzt. Dies hat eine Abänderung der Brennweite der Abbildungslinse und demnach eine Defokussierung des Bildes auf dem Leuchtschirm zur Folge. Es ist daher erforderlich, bei Änderung der Stromstärke die Spannung der Elektroden stets nachzuregeln, um das Bild scharf zu halten.

Die Erfindung bezweckt, die Änderung der Brennweite der Abbildungslinse derart zu regeln, daß sie keinen nennenswerten Nachteil herbeiführt. Die Erfindung macht von der Erkenntnis Gebrauch, daß es nahezu ausschließlich diejenigen Sekundärelektronen sind, die vom Rande einer Blende in der Endelektrode Kathodenstrahlröhre
mit einer Vorkonzentrationslinse

Anmelder:

Philips Patentverwaltung G.m.b.H.,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 9. März 1940

Anträge nach Gesetz Nr. 8 AHK sind gestellt und vor der

Schiedskommission für Güter, Rechte und Interessen.

in Deutschland anhängig

Johannes de Gier, Eindhoven (Niederlande),
ist als Erfinder genannt worden

austreten, welche störende Erscheinungen, wie Bildpunktverschiebung und diffuses Schirmlicht, herbeiführen. Nach der Erfindung soll bei einer Kathodenstrahlröhre mit einer Vorkonzentrationslinse und einer aus wenigstens zwei aufeinanderfolgenden, je einen Hohlraum umschließenden Elektroden bestehenden Abbildungslinse, bei der die beiden das Feld der Abbildungslinse begrenzenden Elektroden je mit einer Blende versehen sind, von denen die in der der Kathode am nächsten liegenden Elektroden der Abbildungslinse vorgesehene Blende in einem nahezu feldfreien Raum aufgestellt ist, erfindungsgemäß diese Blende außer einer Mittelöffnung mehrere sektorenförmige Öffnungen aufweisen, so daß die Blende das nützliche Strahlenbündel durchläßt, die unmittelbar an das nützliche Strahlenbündel grenzenden Elektronen auffängt, dagegen einen Teil der nicht unmittelbar an das nützliche Strahlenbündel grenzenden Streuelektronen durchläßt, welche Elektronen dann von der am Ende der zweiten Elektrode angeordneten zweiten Blende aufgefangen werden. Diese Blende fängt die Streuelektronen derart auf, daß sie nicht an den unmittelbar an dem Rand der öffnung liegenden Teil der Oberfläche getroffen wird. Dadurch wird von Sekundär elektronen aus dieser Elektrode keine ernstliche Störung herbeigeführt. Die Spannung der strahlenbegrenzenden Blende und daher auch die Brennweite der Äbbildungslinse sind jetzt in geringem Maße veränderlich, da ein großer Teil der

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nicht verwendeten Strahlen nicht von der Blende aufgefangen wird 'und daher nicht zu der Spannungsänderung der Blende beitragen.

Daß die Spannungsänderung der Blende und die dadurch herbeigeführte Änderung der Brennweite der Abbildungslinse nicht vollständig unterdrückt werden, ist keinesfalls ein Fehler, diese Änderungen, vorausgesetzt, daß sie innerhalb bestimmter Grenzen gehalten werden, sind für die Fokussierung sogar nützlich. Bei richtiger Wahl der Abmessungen der Blende werden von ihr so viel Elektronen aufgefangen, daß ein anderer Fokussierungsfehler dadurch ausgebildet wird.

Bei Änderung der Stromstärke durch Änderung der Spannung einer Regelelektrode wird notwendigerweise die Brennweite der vom Vorkonzentrationssystem gebildeten Linse geändert. Demzufolge wird der von der Abbildungslinse auf dem Schirm abgebildete Querschnitt des Strahlenbündels geändert. Überschneiden sich die Strahlen an einem bestimmten Punkt der Röhrenachse, so ändert sich die Stelle desselben mit der Stromstärke im Bündel. Die Verschiebung der Stelle des gegebenen Querschnitts, im vorliegenden Falle des von der nächsten Linse auf dem Bildschirm abzubildenden Überschneidungspunktes der Strahlen, kompensiert die Änderung der Brennweite der Abbildungslinse, die von dem nach der bündelbegrenzenden Blende laufenden Elektronenstrom herbeigeführt wird, falls diese Blende eine der Linsenelektroden bildet oder mit einer dieser Linsenelektroden verbunden ist. Es ist daher erwünscht, diese: Änderung nicht völlig zu unterdrücken, sondern der Blende eine solche Oberfläche zu geben, daß die beiden Erscheinungen einander ausgleichen.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der

Fig. 1 in vergrößertem Maßstab einen Teil des Elektrodensystems einer Kathodenstrahlröhre nach der Erfindung beispielsweise darstellt und eine schematische Darstellung der Schaltung für die Verwendung einer solchen Röhre enthält;

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt des gleichen Elektrodensystems nach der Linie I-I in Fig. 1.

In der Ausführung nach Fig. 1 wird ein Vorkonzentrationssystem von der Kathode 1, der Regelelektrode2 und derSauganode3 gebildet. Diese Sauganode bildet ein ganzes mit der ersten Elektrode 4 der Abbildungslinse, die aus den Elektroden 4 und 5 besteht.

Die Elektronen werden vom elektrischen Feld zwischen der Kathode 1 und der Sauganode 3 beschleunigt. Das Vorhandensein der Regelelektrode 2, die eine negative Spannung in bezug auf die Kathode besitzt, bewirkt eine Einschnürung der Elektronenbahnen. Beim gezeichneten Ausführungsbeispiel ist vorausgesetzt, daß die Spannungen einen solchen Wert haben, daß die aus jedem Punkt der emittierenden Kathodenoberfläche austretenden Bündel einander in der Nähe der Sauganode 3 schneiden. Der Überschneidungspunkt der Strahlen 6 ist daher nicht ein mathematischer Punkt, sondern eine kleine Fläche. Das Bündel besitzt in diesem Punkt seinen kleinsten Querschnitt. Nach der Überschneidung divergieren die Strahlen, um weiter von der Abbildungslinse auf dem Bildschirm (in der Figur nicht sichtbar) fokussiert zu werden. Das Bündel kann auch ab der Kathode divergieren, in welchem Fall das Bündel in der abzubildenden Fläche nicht seinen kleinsten Querschnitt besitzt.

Vom Vorkonzentrationssystem wird kein scharf begrenztes Bündel gebildet. Die Elektronendichte ist in der Nähe der Achse am stärksten und nimmt weiter von der Achse entfernt allmählich ab. Um nun doch den Bildschirm von einem scharf begrenzten Bündel treffen zu lassen, kann die Elektrode 5 mit einer Blende 7 versehen werden, die aus dem Bündel gleichsam einen Kein ausschneidet und alle draußenliegenden Strahlen auffängt. Wie schon erwähnt, tritt dann der Nachteil der Sekundäremission auf, der nur teilweise dadurch vermieden werden kann, daß die Blende 7 aus einem Werkstoff angefertigt oder mit einem Werkstoff bedeckt wird, der ein geringes sekundäremittierendes Vermögen besitzt.

Wird die bündelbegrenzende Blende in der Elektrode 4 angeordnet, so daß die Sekundärelektronen nicht mehr in so reichlichem Maße zu dem Bildschirm oder zu den zwischen diesem Schirm und der Elektrode 5 liegenden Ablenkplatten durchdringen können, so wird von ihnen die Elektrode 4 stark negativ aufgeladen. Zwar können die Elektronen durch den Zuführungsleiter 8 abgeleitet werden, aber dadurch wird nicht vermieden, daß das Potential der Elektrode stark erniedrigt wird. In der Praxis wird nämlich die Spannung einer Zwischenelektrode in der Regel einem Potentiometer entnommen, das in der Figur mit 9 bezeichnet ist. Die Spannungsverteilung in diesem Potentiometer wird von einem von einer Stromquelle 10 gelieferten elektrischen Strom unterhalten. Um die Leistung und die Abmessungen dieser Stromquelle klein zu halten, wird für die Spannungsverteilung ein großer Widerstand verwendet, durch den nur ein geringer Strom fließt. Wird nun von diesem Widerstand auch der von einer Blende in der Elektrode 4 aufgefangene Elektronenstrom abgeleitet, so wird dadurch die Spannungsverteilung im Widerstand zu beiden Seiten der Anzapfung in hohem Maße geändert. Da die Spannung zwischen den Elektroden 4 und 5 die Krümmung der Elektronenbahnen im elektrischen Felde zwischen diesen Elektroden bestimmt, wird infolge der Spannungsänderung der Elektrode 4 das Bündel defokussiert. Der Anschluß der Elektrode 5 erfolgt vorzugsweise derart, daß sie einen konstanten Spannungsunterschied in bezug auf die Kathode behält, da sonst zwischen der Elektrode 5 und den dahinterliegenden, in der Figur nicht dargestellten Ablenkungsplatten ein Feld von veränderlicher Stärke entsteht, was von Einfluß auf die Bündelablenkung wäre.

Um zu vermeiden, daß die Spannung der Elektrode 4 sich zu sehr ändert, hat erfind'ungsgemäß die in dieser Elektrode angebrachte Blende 11 eine solche Form, daß sie nur einen Teil der nicht verwendeten Strahlen auffängt. Wie aus der Fig. 2 ersichtlich, hat sie zu diesem Zweck die Form eines Ringes, dadurch Stäbchen 12 in der Elektrode 4 zentriert wird. Dieser Ring läßt das nützliche Strahlenbündel 13 durch und fängt in einem unmittelbar an dieses Bündel angrenzenden Gebiet die Strahlen auf, um die in einem noch weiter von der Achse entfernten Randgebiet 14 laufenden Strahlen wieder durchzulassen. Letztere gelangen also zwar zu der Elektrode 5, aber verursachen deshalb keine schädliche Sekundäremission, weil sie auf Stellen der Elektrode auftreffen, von denen die Sekundär elektronen nicht durch die Öffnung 15 in der Platte 7 gelangen können.

Auch die am Rand des Ringes 11 entstehenden Sekundärelektronen führen keine nachteiligen Erscheinungen herbei, da die Blende in einem nahezu feldfreien Raum aufgestellt ist, so daß die Sekundärelektronen nicht in Richtung der öffnung 15 beschleunigt werden.

Infolge der besonderen Form der Blende 11 wird die Abnahme der Spannung der Elektrode 4 verringert, völlig behoben wird sie nicht, aber das würde auch nicht erwünscht sein. Die Strahlenintensität im Bündel wird dadurch geregelt, daß zwischen den Punkten 16 und 17 in der Verbindung der Elektrode 2 ■und der Kathode 1 eine Spannung angelegt wird, die die Elektrode 2 in bezug auf die Kathode negativ macht. Je größer dieser Spannungsunterschied ist, um so geringer ist die Stromstärke, aber auch um so stärker werden die aus der Kathode austretenden Strahlen zusammengedrängt. Der gegebene Bündelquerschnitt, im vorliegenden Falle der Durchschnittspunkt 6, liegt also bei höheren Modulationsspannungen näher bei der Kathode, und dies würde eine Defokussierung des Bildes herbeiführen, wenn nicht durch den Spannungsfall der Elektrode 4, der bei kleineren Stromstärken geringer wird, die Brennweite der Abbildungslinse im günstigen Sinne geregelt würde. Zu diesem Zweck ist es aber notwendig, daß der Ring 11 eine richtig gewählte Oberfläche besitzt. Bei den in der Praxis üblichen Widerständen des Potentiometers für die Spannungsverteilung ist bei einer Blende, die alle Randstrahlen auffängt, diese Änderung der Brennweite viel zu groß, so daß die Verstellung des Überschneidungspunktes der Strahlen in diesem Falle stark überkompensiert wird. Es kann probegemäß 'und teilweise auch durch Berechnung bestimmt werden, wie groß die Oberfläche des Ringes 11 jeweils sein muß, um genau so viel Strahlen aufzufangen, daß die Brennweiten der beiden Linsen trotz der Änderung der Stromstärke miteinander in Übereinstimmung bleiben. Die Blende kann auch aus mehreren konzentrischen Ringen bestehen oder einen den ringförmigen Teil umgebenden spiralförmigen Teil besitzen. Es kommt nur darauf an, daß ein zentraler Teil des Bündels durchgelassen wird, ein umgebender Teil ringförmigen Querschnitts zurückgehalten wird und daneben wieder eine Strahlenmenge durchgelassen wird.

Es wurde bereits vorgeschlagen, zwischen den Elektroden der Abbildungslinse absichtlich eine veränderliche Spannung anzulegen, deren Wert in jedem Augenblick von der Mod.ulationsspannung abhängt, um so Defokussierung durch Modulation zu vermeiden. Da aber die Modulationsspannung und die erforderliche Spannungsgänderung zwischen den Elektroden sowie die Grundpotentiale der Elektroden in bezug auf die Kathode sehr verschieden sind, erfordert diese Lösung ein Speisesystem mit besonderen Hilfsmitteln zur Erhaltung der gewünschten veränderlichen Spannung. Die Erfindung schafft das gleiche Ergebnis ohne jegliche Ausbreitung der Schaltung.

Bei Oszillographie wird es in einigen Fällen möglich sein, die Elektrodenspannung nachzuregeln und so das Bündel scharf zu halten. In vielen Fällen, unter anderem bei kurzzeitigen und sich nicht unverändert wiederholenden Erscheinungen, ist eine solche Nachregelung mit der Hand nicht möglich. Besonders in diesen Fällen schafft die Erfindung Abhilfe.

Claims (2)

Patentansprüche.-

1. Kathodenstrahlröhre mit einer Vorkonzentrationslinse und einer aus wenigstens zwei aufeinanderfolgenden, je einen Hohlraum umschließenden Elektroden bestehenden Abbildungslinse, bei der die beiden das Feld der Abbildungslinse begrenzenden Elektroden je mit einer Blende versehen sind, von denen die in der der Kathode am nächsten liegenden Elektrode der Abbildungslinse vorgesehene Blende in einem nahezu feldfreien Raum aufgestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß diese Blende außer einer Mittelöffnung mehrere sektorenförmige Öffnungen aufweist, so daß die Blende das nützliche Strahlenbündel durchläßt, die unmittelbar an das nützliche Strahlenbündel grenzenden Elektronen auffängt, dagegen einen Teil der nicht unmittelbar an das nützliche Strahlenbündel grenzenden Streuelektronen durchläßt, um diese von der am Ende der zweiten Elektrode angeordneten zweiten Blende auffangen zu lassen.

2. Vorrichtung mit einer Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhre eine Elektrode zum Steuern des Elektronenbündels enthält, bei der die der ersten Elektrode der Abbildungslinse zugeordnete Blende mit dieser, der die Spannung über einen Widerstand, z. B. einen Potentiometer, zugeführt wird, leitend verbunden ist, und daß die zweite mit einer Blende versehene Linsenelektrode an die Spannungsquelle unmittelbar angeschlossen ist und die Größe des Elektronen auffangenden Teiles der mit der ersten Linsenelektrode verbundenen Blende derart bemessen ist, daß die sich ändernde Brennweite der Abbildungslinse infolge des an dem in der Zuleitung zu der ersten Elektrode liegenden Widerstandes entstehenden und im Rhythmus der Steuerspannung mit der Menge der von der Blende aufgefangenen Elektronen sich ändernden Spannungsgefälles die durch die Intensitätssteuerung verursachten Änderungen der Brennweite der Vorkonzentrationslinse kompensiert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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