DE2142436A1

DE2142436A1 - Fernsehkamerarohre und mit einer der artigen Fernsehkamerarohre versehene Vor richtung

Info

Publication number: DE2142436A1
Application number: DE19712142436
Authority: DE
Inventors: Johannes Hendrikus Theodorus van Eindhoven Roosmalen (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1970-09-04
Filing date: 1971-08-24
Publication date: 1972-03-09
Also published as: NL162243B; DE2142436C2; FR2112939A5; GB1302989A; NL162243C; AU456721B2; CA928762A; AU3306371A; JPS5234618U; IT939776B; NL7013099A; JPS5340101Y2

Description

- PM.5072. Va/EVH.

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Dr.-lng. Hans-Dietrich Zelle»

Patentanwalt

. Y. Philips' Gloeilampenfabrieken
AkfeNe. PHN- 5072
23. Aug. 1971

Fernsehkameraröhre und mit einer derartigen Fernsehkameraröhre versehene Vorrichtung.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Fernsehkameraröhre, in der längs einer Achse zentriert angeordnet sind: ein Elektronenstrahlerzeugungssystem mit einer Kathode und einer mit einer Oeffnung versehenen Anode zum Erzeugen eines Elektronenstrahls und eine Fokussierlinse zum Fokussieren des Elektronenstrahls auf eine photoleitende Schicht, die auf einer Signalplatte angebracht ist und auf der eine Potentialverteilung dadurch erhalten wird, dass darauf ein optisohes Bild projiziert wird, welche Signalplatte, wenn die photoleitende Schicht vom Elektronenstrahl abgetastet wird, elektrische Signale liefert, die dem erwähnten optischen Bild entsprechen, wobei die erwähnte Fokussierlinse eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und eine dritte Elektrode enthält, welche zweite Elektrode sich zwischen der ersten

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Elektrode und der dritten Elektrode befindet und welche Anode einen Teil der ersten Elektrode bildet.

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine mit einer derartigen Fernsehkameraröhre versehene Vorrichtung.

Die erwähnte Potentialverteilung, auch als Potentialbild bezeichnet, wird dadurch erhalten, dass die photoleitende Schicht als aus einer Vielzahl von Bildelementen zusammengesetzt betrachtet werden kann. Jedes Bildelement kann als ein Kondensator betrachtet werden, zu dem eine Stromquelle parallel geschaltet ist, deren Stromstärke der Lichtstärke auf dem Bildelement nahezu proportional ist. Die Ladung jedes Kondensators nimmt bei konstanter Lichtstärke also linear mit der Zeit zu. Infolge der Abtastung passiert der Elektronenstrahl jedes Bildelement periodisch und entlädt dann den Kondensator, d.h., dass die Spannung über jedem Bildelement periodisch auf etwa null herabgesetzt wird. Die Menge Ladung, die periodisch zum Entladen eines Kondensators benötigt wird, ist der Lichtstärke auf dem betreffenden Bildelement proportional. Der damit einhergehende Strom fliesst über die Signalplatte, die allen Bildelementen gemeinsam ist, durch einen Signalwiderstand, wodurch über dem Signalwiderstand eine Spannung auftritt, die als Funktion der Zeit die Lichtstärke des optischen Bildes als Funktion der Lage darstellt. Eine Fernsehkameraröhre, die auf die beschriebene Weise wirkt, wird im allgemeinen als "Vidikon"-Röhre bezeichnet.

Es ist wichtig, dass eine Fernsehkameraröhre der obenerwähnten Art eine möglichst geringe Länge aufweist. Insbesondere für tragbare Fernsehkameras und für Farbfernsehkameras, die mehrere Kamararohren enthalten, ist es notwendig, dass eine Fernsehkameraröhre mit einer mögliohst geringen Länge verwendet wird. Im Artikel "Eine experimentelle

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kleine Farbfernsehkamera" in "Philips¹ Technische Rundschau", Jahrgang 29, 1968, Kr. 11/12 wird eine Fernsehkameraröhre der vorerwähnten Art beschrieben. In dieser Fernsehkameraröhre wird der Elektronenstrahl, der von einem Elektronenstrahlerzeugungssyatem mit einer Kathode, einem Gitter und einer Anode erzeugt wird, von dem elektrischen Feld zwischen diesen Elektroden in einem sogenannten Strahlknoten (cross-over) etwa an der Stelle der Anode fokussiert. Die Oeffnungen in dem Gitter und in der Anode sind einfache zylindrische Oeffnungen und die Anode bildet ein Ganzes mit der ersten Elektrode der Fokussierlinse und liegt an einer Spannung von 300 V. Von der Fokussierlinse wird der erwähnte Strahlknoten auf der photoleitenden Schicht abgebildet. Die Fokussierlinse ist eine Dreielektrodenlinse, von der die erste Elektrode und die letzte Elektrode daa gleiche Potential aufweisen, während die mittlere Elektrode ein anderes Potential aufweist. Die drei Elektroden der Fokuasierlinse sind im wesentlichen zylindrisch gestaltet und haben alle drei eine verhältnismässig grosse Länge, was auf die elektronenoptischen Eigenschaften einer Linse dieser Form und auf die angewendeten Potentiale zurückzuführen ist. Obwohl die erwähnte Fernsehkameraröhre verhältnismassig geringe Abmessungen aufweist, hat es sich als notwendig erwiesen, dass man über eine noch kürzere Röhre verfügen kann.

Die Erfindung bezweckt, eine Fernsehkameraröhre der obenerwähnten Art zu schaffen, deren Länge möglichst gering ist.

Nach der Erfindung ist eine Fernsehkameraröhre der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, dass die dem Elektronenstrahl zugewandte Oberfläche der zweiten Elektrode einen im wesentlichen konstanten Querschnitt aufweist, und dass die dem Elektronenstrahl zugewandten Oberflächen der ersten Elektrode und der dritten Elektrode sich in Richtung auf die zweite Elektrode erweiternde Querschnitte

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aufweisen.

Berechnungen von Elektronenbahnen in vielerlei untersuchten Elektrodenkonfigurationen der Fokussierlinse einer Fernsehkameraröhre nach der Erfindung haben nachgewiesen, dass eine Fokusaierlinse der obenerwähnten Art mit einer sehr geringen Länge konstruiert werden kann. Ferner kann infolge der sich in Richtung auf die zweite Elektrode erweiternden Querschnitte der ersten und der dritten Elektrode die Feldstärke längs der Achse" der Fokussierlinse an der Stelle der engsten Querschnitte dieser Elektroden derart beeinflusst werden, dass dort angebrachte Blenden eine äusserst geringe Fokussierungs- oder Entfokussierungswirkung auf den Elektronenstrahl ausüben und also nahezu keine Aberrationen herbeiführen. Dabei soll bemerkt werden, dass die zu einer Blende gehörige Brennweite dem Unterschied zwischen den axialen Feldstärken zu beiden Seiten der Blende umgekehrt proportional ist. Um zu erreichen, dass die Blende keine Fokussierungs- oder Entfokussierungswirkung ausübt, muss die Brennweite unendlich sein. Dies kann annähernd erzielt werden, dadurch, dass entweder die Feldstärken su beiden Seiten der Blende beide nahezu gleich null gemacht werden, oder dass die Blende, wie dies in der erwähnten bekannten Fernsehkamera der Fall ist, in einer langgestreckten zylindrischen Elektrode angeordnet wird, oder dass der Unterschied zwischen diesen Feldstärken durch die Anwendung der Elektrodenkonfiguration nach der Erfindung nahezu gleich null gemacht wird.

Eine Fernsehkameraröhre naoh der Erfindung wird vorzugsweise derart ausgebildet, dass die erste Elektrode (Anode) auf der von der zweiten Elektrode abgekehrten Seite mit einer den Querschnitt des Elektronenstrahls einschränkenden Oeffnung versehen ist.

Dadurch wird erreioht, dass es nicht erforderlich ist, den Strahlknoten des Elektronenstrahls mit Hilfe der Fokussierlinse auf

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der photoleitenden Schicht abzubilden, sondern dass die erwähnte Oeffnung in der ersten Elektrode, die besonders klein gewählt werden kann, abgebildet wird.

Eine vorteilhafte Ausführungsform einer Fernsehkameraröhre nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Oeffnung in der ersten Elektrode auf der Seite der zweiten Elektrode einen grösseren Durchmesser als an dar Stelle des engsten Querschnittes aufweist. Dias ermöglicht eine sehr genaue Beeinflussung der Feldstärke auf der der zweiten Elektrode zugekehrten Seite der Oeffnung, wodurch Aberrationen in noch stärkerem Masse herabgesetzt werden.

Eine Fernsehkameraröhre nach der Erfindung wird vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Oaffnung in der ersten Elektrode einen nahezu kreiszylindrisohen Teil auf der Saite dar zweiten Elektrode enthält.

Dadurch wird eine baulich leicht erzielbare Form dar Oaffnung erhalten, dia dia gawünsohte Feldkonfiguration ermöglicht.

Eine günstige Ausführungsform einer Fernsahkameraröhre nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Elektrode auf der von dar zweiten Elektrode abgekehrten Seite mit einer den Querschnitt das Elektronenstrahls einschränkenden Oeffnung versehen ist.

Durch das Anbringen dieser Oaffnung, dia einen viel grösseren engsten Querschnitt als die erwähnte Oeffnung in der ersten Elektrode aufweisen kann, wird erzielt, dass Randstrahlen, die Aberrationen aufweisen, dia dadurch verursacht sein können, dass die betreffenden Elektronen in einer varhältnismässig grossen Entfernung von der Mitte der Kathode mit einer derartigen Riohtung gestartet sind, dass sie dennoch die enge Anodenöffnung passieren konnten, die lichtempfindliche Schicht nicht erreichen können.

Die Oeffnung in der dritten Elektrode wird vorzugsweise auf

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die bereits für die Oeffnung in der ersten Anode beschriebene Weise gebildet.

Eine mit einer Fernsehkameraröhre nach der Erfindung versehene Vorrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Spannung an der dritten Elektrode mindestens viermal grosser als die Spannung an der ersten Elektrode ist.

Dieses Merkmal dar Erfindung gründet sich auf die Erkenntnis, dass die Vergrösserung M einer elektronenoptiachen Linse durch die Formel:

μ , Ι γ Zi

gegeben wird, in welcher Formel b den Bildabstand, ν den Gegenstandsabstand, V₁ das Potential an dar ersten Elektrode und V_? das Potential an der letzten Elektrode daxstellt. Zum Erhalten einer befriedigenden Schärfe liegt M fest und muss etwa 1,5 bis 2 betragen. Der Bildabstand und der Gegenstandabstand Ilastimmen in erheblichem Masae die Länge der Fernsehkameraröhre und müssen somit möglichst klein sein. Der Bildabstand wird in erheblichem Masse durch die Länge bestimmt, die die zur Abtastung benötigte Ablenkung des Elektronenstrahls erfordert. TIm den Gegenstandsabstand möglichst klein zu machen, muss das Verhältnis V₁/v„ daher möglichst klein sein.

Die Erfindung wird nachstehend für ein Ausführungsbaiapiel an Hand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Fernsehkameraröhre nach der Erfindung, und

Fig. 2 sohematisch die Slektrodenkonfiguration der Fokussierlinse der Röhre nach Fig. 1.

Die in Fig. 1 gezeigte Kameraröhre ist vom "Plumbikon"-Typ und enthält eine Glasumhüllung 1 mit auf einer Seite einer Frontplatte 2, auf der eine Schicht 3 angebracht ist, die aus einer photoleitenden Schicht besteht, während eine leitende durchsichtige Signalplatte

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zwischen der photoleitenden Schicht und der Frontplatte 2 angebracht iat. Die photoleitende Schicht "besteht im weaentlichen aus apeziell aktiviertem Bleimonoxyd und die Signalplatte aus leitendem Zinndioxyd. Auf der anderen Seite der Umhüllung 1 befinden sich die Anschlussstifte 4 der Rohre. Länga einer Achae 5 zentriert enthält die Kameraröhre ein Elektronenatrahlerzeugungaayatem 6 und eine Fokuasierlinse 7· Ferner enthält die Röhre eine gazeförmige Elektrode 8 zum Bewirken einer senkrechten Landung von Elektronen auf der Schicht 3. Die Umhüllung 1 ist von einem Satz von Ablenkspuleη 9 umgeben, welche Spulen echematiach dargestellt sind und den vom Elektronenatrahlerzeugungssystem 6 erzeugte Elektronenstrahl in zwei zueinander senkrechten Richtungen ablenken. Das Elektronenstrahlerzeugungssystem 6 enthält eine Kathode 10, ein Gitter 11 und eine Anode 12. Die Fokuasierlinse 7 enthält eine erste Elektrode 13, eine zweite Elektrode 14 und eine dritte Elektrode 15. Die dritte Elektrode 15 ist über eine Verbindungsleitung 16 mit einer leitenden Schicht 17 auf einem Teil der Innenseite der Umhüllung 1 verbunden. Die Befestigungspunkte der erwähnten Einzelteile und ihre Verbindungen mit den Anschluaatiften 4 sind in der Figur der Deutlichkeit halber nicht dargestellt.

In Fig. 2 ist die Elektrodenkonfiguration der Fokussierlinae dargestellt, die in der Röhre nach Fig. 1 verwendet wird und in dieser Fig. 1 mit 7 bezeichnet ist. Da die Fokuasierlinse drehsymmetrisch ist, iat nur der auf einer Seite der Symmetrieachse liegende Teil der Konfiguration dargestellt. Die Fokussierlinse enthält eine,erste Elektrode 15t von der die Anode 12 (siehe auch Fig. 1) einen Teil bildet, eine zweite Elektrode I4 und eine dritte Elektrode I5. Die erste Elektrode 13 iat mit einer Oeffnung versehen, die zwei zylindrische Teile 18 und 19 enthält. Die Oeffnung 18 weist einen Durohmesser von 0,020 mm und eine

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Länge (längs der Achse 5) von 0,015 mm auf. Die Oeffnung 19 weist einen Durchmesser von 0,300 mm und eine Länge (längs der Achse 5) von 0,200 mm auf. Der Innendurchmesser der zylindrischen zweiten Elektrode 14 beträgt, gleich wie der grösste Innendurchmesser der ersten Elektrode 13 und der dritten Elektrode 15» 10,5 mm. Die Langen der Elektroden (längs der Achse 5 gemessen) betragen:

erste Elektrode 13* 4,5 nun,

zweite Elektrode 14» 10,0 mm,

dritte Elektrode 15s 4»5 mm.

" Die dritte Elektrode 15 ist mit einer Oeffnung versehen, die zwei

zylindrische Teile 20 und 21 enthält. Die Oeffnung 20 weist einen Durchmesser von 2,0 mm und eine Länge (längs der Achse 5) von 0,200 mm auf. Die Oeffnung 21 weist einen Durchmesser von 0,750 mm auf. Die Spannungen an den Elektroden in bezug auf die Kathode (10 in Fig. 1) betragen»

an der ersten Elektrode 131 50 V,

an der zweiten Elektrode 14» 25 V,

an der dritten Elektrode 15: 500 V.

\ In der Figur sind einige Aequipotentiallinien mit 22, 23» 24, 25,

26, 27, 28 und 29 bezeichnet; die entsprechenden Spannungen betragen» 30, 35» 40, 50, 100, 250, 400 bzw. 480 V. Mit 30, 31, 32, 33» 34 und 35 sind einige Elektronenbahnen bezeichnet, die alle in der Mitte der Oeffnung 19 von der Achae 5 an starten. Die Elektronenbahn 3° erstreckt sich längs der Achse der Fokussierlinse. Die Untersuchungen, aus denen Fig. 2 abgeleitet ist, haben ergeben, dass Elektronen, die unter einem nicht zu grossen Winkel zu der Achse 5 starten, in einem Punkt der Achse 5 in dem beabsichtigten Abstand jenseits der Oeffnung 21 fokussiert werden. In der Figur

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wird diaa z.B. für die Bahnen 31 und 32 und ihre Fortsetzungen dargeatellt. Elektronen, die unter einem zu grosaen Winkel zu der Achae starten, wie dies z.B. für die Bahnen 34 und 35 dargestellt iat, folgen jedoch Bahnen, die Aberrationen aufweisen. Aus der Figur geht deutlich hervor, dass derartige Bahnen, die auf der photoleitenden Schicht einen zu groasen Auftrefflecken bilden würden, durch passende Wahl des Durchmessers der Oeffnung 21 die lichtempfindliche Sohioht nicht erreichen. Weiter haben die Untersuchungen ergeben, dass die Feldstärke auf der der zweiten Elektrode zugekehrten Seite der Oeffnung 21 infolge des Einflusses der Oeffnung 20 äuaserst gering ist. Die Feldstärke auf der anderen Seite der Oeffnung 21 ist nahezu gleich null, weil sich dort infolge der leitenden Schioht 17 (Fig. 1) ein Aequipotentialraum befindet. Es stellt sich heraus, dass die Oeffnung 21 duich eine dünne Linse mit einer Brennweite von 120 mm dargestellt werden kann, welcher Wert in bezug auf die Abmessungen der Fokussierlinse besonders gross iat. Infolge dieser groaaen Brennweite weist die Oeffnung 21 nahezu keine Linsenwirkung auf, so dass sie nahezu keine Aberrationen herbeiführt. Die Oeffnung 19 ist derart bemessen, dass die Feldstärken zu beiden Seiten der Oeffnung 18 nahezu einander gleich sind. Dadurch äuasert sioh der Einfluss der Oeffnung 18 gleichfalls in einer sehr grossen Brennweite, wodurch auch die Oeffnung 18 nahezu keine Aberrationen herbeiführt. Durch das grosse Verhältnis zwisohen den Spannungen an der ersten Elektrode 13 und an der dritten Elektrode 15 nämlich 5OO/5O = 10, und duroh die Konfiguration der Elektroden naoh Fig. 2 ist die Gesamtlänge der Fernsehkameraröhre in bezug auf die bekannte Kleinstauaführung mit einer Einzelfokuasierlinse beträchtlich herabgesetzt. Dies folgt aus der

b1/"^V1
bereits erwähnten Formel M * — υ ψ- ·

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In der bekannten Röhre ist der Abstand zwischen der Kathode und der photoleitenden Schicht 78 mm und in der Röhre nach der Erfindung 56 mm (28 % kürzer.)·

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Claims

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PATENTANSPRTJECHE;

TT) Fernsehkameraröhre, in der längs einer Achse zentriert angeordnet sind: ein Elektronenstrahlerzeugungsaystem mit einer Kathode und einer mit einer Oeffnung versehenen Anode zum Erzeugen eines Elektronenstrahls und eine Fokussierlinsβ zum Fokussieren des Elektronenstrahls auf eine photoleitende Schicht, die auf einer Signalplatte angebracht ist und auf der eine Potentialverteilung dadurch erhalten wird, dass darauf ein optisches Bild projiziert wird, wobei die Signalplatte, wenn die photoleitende Schicht vom Elektronenstrahl abgetastet wird, elektrische Signale liefert, die dem erwähnten optischen Bild entsprechen, wobei die erwähnte Fokussierlinse eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und eine dritte Elektrode enthält, welche zweite Elektrode sich zwischen der ersten Elektrode und der dritten Elektrode befindet und welche Anode einen Teil der ersten Elektrode bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Elektronenstrahl zugewandte Oberfläche der zweiten Elektrode einen im wesentlichen konstanten Querschnitt aufweist, und dass die dem Elektronenstrahl zugewandten Oberflächen der ersten Elektrode und der dritten Elektrode sich in Richtung auf die zweite Elektrode erweiternde Querschnitte aufweisen.
2. Fernsehkameraröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (Anode) auf der von der zweiten Elektrode abgekehrten Seite mit einer den Querschnitt des Elektronenstrahls einschränkenden Oeffnung versehen ist.
3· Fernsehkameraröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oeffnung in der ersten Elektrode auf der Seite der zweiten Elektrode einen grösseren Durchmesser als an der Stelle des engsten Querschnittes aufweist.

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4. : Fernsehkameraröhre nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Oeffnung in der ersten Elektrode einen nahezu kreiszylindrischen Teil an der Stelle des engsten Querschnittes und einen nahezu kreiszylindrischen Teil auf der Seite der zweiten Elektrode enthält.
5. Fernsehkameraröhre nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4» dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Elektrode auf der von der zweiten Elektrode abgekehrten Seite mit einer den Querschnitt des Elektronenstrahls einschränkenden Oeffnung versehen ist.
6. Fernsehkameraröhre nach Anspruch 5i dadurch gekennzeichnet, dass die Oeffnung in der dritten Elektrode auf der Seite der zweiten Elektrode einen grösseren Durchmesser als an der Stelle des engsten
Querschnittes aufweist.
7. Fernsehkameraröhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

dass die Oeffnung in der dritten Elektrode einen nahezu kreiszylindrischen Teil an der Stelle des engsten Querschnittes und einen nahezu kreiszylindrischen Teil auf der Seite der zweiten Elektrode enthält.
8. Vorrichtung mit einer Fernsehkameraröhre nach einem der
Ansprüche 1 Ms 7» dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung an der
dritten Elektrode mindestens viermal grosser als die Spannung an der ersten Elektrode ist.

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