DE2264113A1

DE2264113A1 - Elektronenkanone fuer kathodenstrahlroehren

Info

Publication number: DE2264113A1
Application number: DE19722264113
Authority: DE
Inventors: Toshio Hurukawa; Hiromi Kanai; Eiichi Yamazaki
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1971-12-30
Filing date: 1972-12-29
Publication date: 1973-07-12
Also published as: FR2166165B1; GB1400810A; FR2166165A1; CA963068A

Description

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HITACHI, LTD., Tokio (Japan)

Elektronenkanone für Kathodenstrahlröhren

Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektronenkanone für Kathodenstrahlröhren mit einem Hauptlinsensystem zum Fokussieren von von mindestens einer Kathode emittierten Elektronen auf einem Leuchtschirm.

übliche Elektronenkanonen mit einer Linsenfunktion, wie sie im allgemeinen in Kathodenstrahlröhren zum Einsatz kommen, begreifen sowohl die Unipotentialbauart als auch die Bipotentialbauart in sich ein.

Bei einer Elektronenkanone der Unipotentialbauart sind drei fokussierende Elektroden längs einer imaginären

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Achse angeordnet, wobei an den beiden äußeren dieser Elektroden eine hohe Spannung von beispielsweise 25 kV anliegt, während die zentrale Elektrode etwa auf dem Potential Null gehalten wird, so daß sich eine Hauptlinsenanordnung ergibt.

Bei einer Elektronenkanone der Bipotentialbauart sind längs einer imaginären Achse zwei fokussierende Elektroden angeordnet, von denen die eine auf einer hohen Spannung von etwa 25 kV liegt, während die andere auf einer mittleren Spannung von 3 bis 6 kV gehalten wird, wodurch sich wiederum eine Hauptlinsenanordnung ergibt.

Bei Elektronenkanonen beider Bauarten sind die entsprechenden Elektroden so angeordnet, daß sich eine Hauptlinse ergibt, und diese eine Hauptlinse fokussiert ein Kreuzungsbild auf einen Leuchtschirm.

Von den oben erwähnten Elektronenkanonen können die der Bipotentialbauart eine geringe Aberration und damit gute Eigenschaften hinsichtlich des Leuchtflecks zeigen, sie verlangen Jedoch eine hohe Spannung von beispielsweise 3 bis 6 kV für eine Fokussierungselektrode, woraus sich Schwierigkeiten hinsichtlich der Durchbruchsspannung und hinsichtlich des Einflusses von Änderungen in der Hochspannung ergeben.

Die Elektronenkanonen der Unipotentialbauart weisen zwar den Vorteil auf, daß sich bei ihnen die Brennpunktseinstellung bei niedriger Spannung vornehmen läßt und nur in geringem Maße durch Änderungen in der Hochspannung beeinflußt wird, jedoch sind sie den Elektronenkanonen der Bipotentialbauart in ihren Eigenschaften hinsichtlich des Leuchtflecks unterlegen. Außerdem zeigen diese Elektronenkanonen der Unipotentialbauart noch weitere Nachteile, indem bei einem Versuch zur Verbesserung

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der Eigenschaften hinsichtlich des Leuchtflecks Haloerscheinungen auftreten können, woraus sich wiederum eine Verschlechterung im Fokussierungsverhalten ergibt.

Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten ist bereits eine Elektronenkanone in Vorschlag gebracht worden, die eine langgestreckte dritte Fokussierungselektrode aufweist, um die Eigenschaften hinsichtlich des Leuchtflecks zu verbessern. Bei solchen Elektronenkanonen tritt jedoch mit zunehmender Länge der zusätzlichen Elektrode um^so leichter die Erzeugung von Haioerscheinungen auf, und entsprechend verschlechtern sich die Fokussierungseigenschaften in gleichem Maße. Die Erzeugung von Haloerscheinungen läßt sich zwar durch eine Vergrößerung des Abstandes zwischen der ersten und der zweiten fokussierenden Elektrode unterdrücken, jedoch ist dieser Ausweg nur in beschränkten! Umfange gangbar. Weiter ist eine Elektronenkanone vorgeschlagen worden, bei der zur Verringerung der Haloerscheinungen die Apertur der ersten fokussierenden Elektrode verkleinert worden ist, jedoch zeigt eine solche Elektronenkanone den Nachteil, daß ihre Lebensdauer extrem kurz wird. Aus diesen Gründen wird bei den üblichen Elektronenkanonen die Länge der dritten fokussierenden Elektrode für die Bipotentialbauart im allgemeinen zwischen I5 und 20 mm und für die Unipotentialbauart zwischen I3 und 18 mm bemessen, so daß auch die erzielbarenVerbesserungen im Fokussierungsverhalten entsprechend begrenzt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Elektronenkanone der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß sie gleichzeitig einen sehr geringen Leuchtfleckdurchmesser zu erzielen gestattet und ein gutes Verhalten hinsieht-1 ■> ch Haloerschejnungen und Fokussierung zeigt.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Hauptlinsensystem aus mindestens zwei aufeinander ausgerichteten Linsensystemen besteht und daß der Kreuzungspunkt des von der Kathode emittierten Elektronenstrahls etwa mit dem Brennpunkt des kathodenseitigen Linsensystems des Hauptllnsensystems zusammenfällt, so daß der Elektronenstrahl zwischen den beiden Linsensystemen im wesentlichen parallel zu deren Zentralachse verläuft.

Die erfindunge.gemäß ausgebildete Elektronenkanone weist mindestens drei fokussierende Elektroden auf, die auf ein und dieselbe von einer Kathode ausgehendem imaginäre Achse ausgerichtet sind, wobei sich zusammen mit einer Anode bei Anlage entsprechender Spannungen entlang dieser imaginären Achse mindestens zwei getrennte Linsen ergeben. Diese beiden getrennten Linsen bilden miteinander eine Einheitslinse mit großer Apertur, wobei der Dingpunkt, d.h. der Strahlkreuzungspunkt, für die von einer ersten und einer zweiten Gitterelektrode gebildete Linse an der Stelle des Brennpunkts des kathodenseitigen Linsensystems liegt und der Weg des von der Kathode emittierten Elektronenstrahls zwischen den beiden Linsensystemen nahezu parallel zur oben erwähnten imaginären Achse wird. Auf diese Weise lassen sich gleichzeitig eine Verringerung im Radius des Leuchtflecks und ejne Verbesserung im Fokussierungsverhalten erreichen.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele veranschaulicht; dabei zeigen in der Zeichnung:

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Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Hauptteil einer ersten Ausführungsform für eine erfindungsgemäß ausgebildete Elektronenkanone;

Fig. 2 eine Schemadarstellung zur Veranschaulichung des Arbeitsprinzips der in Fig. 1 dargestellten Elektronenkanone und

Fig. 3 und 4 Querschnitte durch den Hauptteil zweier weiterer Ausführungsformen für erfindungsgemäß ausgebildete Elektronenkanonen.

Die in Fig. 1 dargestellte Elektronenkanone besitzt eine Kathode K, erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Gitterelektroden G,, G₂, G-Tt Gh bzw. Gj. sowie eine Anode Gg. Alle diese verschiedenen Elektroden sind längs ein und derselben imaginären Achse angeordnet. Die axiale Länge der rohrförmig ausgebildeten Viertei^ltterelektrode G₂, ist größer gewählt als ihr Durchmesser.

Wenn an die verschiedenen Elektroden entsprechende Spannungen angelegt werden, ergeben sich zwei Elektronenlinsen L, und Lp. So sind bei dem dargestellten AusfUhrungsbeispiel an die dritte und fünfte Gitterelektrode G-, bzw. Gt- eine Spannung zwischen 7 und 10 kV und an die vierte Gitterelektrode G₂, und die Anode Gg eine Spannung von 20 bis J>0 kV angelegt. Die bei Anlage solcher Spannungen entstehenden Elektronenlinsen L₁ und Lp sind in der Schemadarstellung in Fig. 2 veranschaulicht. Wenn nun diesen beiden Linsen L, und Lp von einem als punktförmige Elektronenquelle anzusehenden Dingpunkt bzw. Strahlkreuzungspunkt a, der in einenvihrer Brennweite entsprechenden Abstand vor der ersten Linse L, auf der gemeinsamen imaginären Achse beider Linsen L, und Lp angenommen ist, her Elektronen zugeführt werden, so folgen diese Elektronen vor der ersten

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Linse L, durch die Spuren 1. und I₂ angedeuteten divergenten Bahnen und werden dann durch die erste Linse L, umgelenkt, so daß sie parallel zur gemeinsamen imaginären Achse b beider Linsen L, und L₂ verlaufen. Die erste Linse L, ist nämlich so angeordnet, daß sie als Sammellinse wirkt, indem ihr Brennpunkt mit dem Dingpunkt a zusammenfällt. Die von der ersten Linse L, gesammelten Elektronen folgen sodann einem in Fig. 2 durch die Spuren 1, und K angedeuteten und zur imaginären Achse b parallel verlaufenden Weg in Richtung auf die zweite Linse Lp und werden von dieser in der durch die Spuren 1,- und Ig in Fig. 2 angedeuteten Weise umgelenkt und auf einen Punkt c auf der imaginären Achse b fokussiert. In diesem Falle ist von den Punkten a oder c auf der imaginären Achse b aus gesehen die Anordnung der beiden Linsen L, und L₂ äquivalent zur Anordnung einer Hauptlinse L von großer Apertur auf der Verbindungslinie zwischen den Kreuzungspunkten tLund e für die Verlängerungen der Spuren 1., l_o, I₁- und I/-. Auf diese Weise wird die Aberration extrem verkleinert. Hierbei ist einer der wichtigsten Gesichtspunkte der, daß die fokussierenden Elektroden so angeordnet sein sollten, daß die Bahnen der von der ersten Linse L, abgelenkten Elektroden parallel zur imaginären Achse b werden. Dies bedeutet aber, daß der Dingpunkt den» Brennpunkt für die erste Elektronenlinse L, zumindest sehr stark genähert werden muß. In diesem Falle werden außerdem bei zur imaginären Achse b parallelem Verlauf der Spuren 1, und Iu für den Elektronenstrahl die Aberrationserscheinungen selbst dann nicht berührt, wenn die Elektrode langgestreckt und der Leuchtfleck verkleinert wird, und es besteht nicht die Gefahr, daß sich das Verhalten der Elektronenkanone hinsichtlich Haloerscheinungen und Fokussierung verschlechtert.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform einer erfindungs-

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gemäß ausgebildeten Elektronenkanone sind zwei Elektronenlinsen, von dsnen die eine zur Bipotentialbauart und die andere zur Unipotentialbauart gehört, auf einer gemeinsamen imaginären Achse angeordnet, so daß sich eine Linse mit großer Apertur ergibt. Die Erfindung ist jedoch auf eine solche Anordnung nicht beschränkt und läßt sich auf zahlreiche andere Elektronenlinsensysteme anwenden.

So ist insbesondere eine analoge Anwendung auf Elektronenkanonen möglich, die 44it einer Kombination aus zvjei Elektronenlinsen der Unipotentialbauart oder mit einer Kombination von zwei Elektronenlinsen der Bipotentialbauart versehen sind. Ausführungsbeispiele für diese Fälle sind in Fig. 3 bzw. Fig. 4 veranschaulicht.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 liegt an der dritten und der fünften Gitterelektrode G, bzw. G_r sowie an der Anode G< eine Spannung von 20 bis 30 kV an, während die vierte Gitterelektrode G,, und eine sechste Gitterelektrode G₇ auf einer anderen Spannung von 7 bis 10 kV liegen. Es ergeben sich dann an deiff vierten und sechsten Gitterelektrode G^ bzw. G^ zwei Linsen der Unipotentialbauart, die den Linsen Lj und Lp in Fig. 2 entsprechen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 liegt an der dritten Gitterelektrode G, eine Spannung von 20 bis 25 kV, während die vierte Gitterelektrode G₁. eine Spannung von 7 bis 10 kV führt. Die Anode Gg liegt auf einer Spannung von 25 bis 30 kV. In den Spalten zwischen den jeweiligen benachbarten Elektroden bilden sich dann Linsen der Bipotentialbauart aus, die den Linsen L, und Lp in Flg. 2 entsprechen.

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Sowohl bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 als auch bei dem nach Fj,";. ^!\ ist die axiale Länge der jeweiligen fünften b/.w. vierten Gi t terelektroden G_t bzw. G₁ grb"ßer gewählt als der Durchmesser der diese Elektroden bildenden Rohre.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen läßt sich der Zvjeck einer KoIl imation des Elektronenstrahls /wischen den E] e',<i renenl i nsen parallel :--u deren imaginärer Achse d iroh eine Änderung dor nn den jev'ei Ii gen Elektroden anliegenden Spannungen und'Oder der axialen Längen der verschiedene! G* tiere! eitroden erreichen, die diese Elektronenli ηs e η 1> i1deι ■.

Außerdem irri. die a>i;ile Läng·; der dritten Gitterelektrode G₇ so gevnhit, daß sie etwa gleich der ßrennweite der Elek ■ ronrnli use L₁ wivd. In der Praxis wii'd (5ie axiale Länge der dritten Gitterelektrode O₇ aus dem Zus^mmenbang mit dem YergröGer'ungr verhalt lii s für die Elektronenlinsen L, und Lp, dem Ab.svand des Brennpunktes, d.h. ac ν Bildebene, an der· Stelle ο von der L] ektronenl inse L^, us-.\t. bestirrimt.

Wie bereils oben dargelegt, i^ilden die beidun Linsensysteme einer ei-f i ndungsgemäß ausgebildeten Elektronenkanone der eben beschriebenen Avt eine sclieinbare Haup⁴-linr,c mit großer Apertur. ['H'her läßt si oh in einfacher Weise eine Elektronenkanone realisieren, die einen sehr kleinen Leuchtf leckdurohmesser und ausgebe! cfinete Fokussi eririgsei rensch;· ?- ten zeigt.

R*ö ORIGINAL

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Claims

Patentansprüche

'(l J Elektronenkanone für Kathodenstrahlröhren mit einem Hauptlinsensystem ¹^-am Fokussleren von von mindestens einer Kathode emittierten Elektronen auf einem Leuchtschirm, d a durch gekennzeichnet, daß das Hauptlinsensystem aus mindestens zwei aufeinander ausgerichteten Lhsensystemen (L,, L₀) besteht und daß der Kreimmgspunkt des von der Kathode (K) emittierten Elektronenstrahls etwa mit dem Brennpunkt (3) des kathodenseitigen Linsensystem (L,) des Hauptlinsensystems zusammenfällt, so daß der Elektronenstrahl zwischen den beiden Linsensystemen (L₁ und L₂) im wesentlichen parallel zu deren Zentral achse (b) verläuft.
2. Elektronenkanone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Linsensystemen (L₁, L₂) des Hauptlinsensystems eine rohrförmige Elektrode (G,) angeordnet ist, deren axiale Lange größer ist als ihr Durchmesser.
3. Elektronenkanone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Linsensysteme (L₁, L₀) des Hauptlinsensystems aus einem Linsensystem der Bipotentialbauart und einem Linsensystem der Unipotentialbauart gebildet sind (Fig. 1).
4. Elektronenkanone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Linsensysteme (L,, Lp) des Hauptlinsensystems aus Linsensystemen der Unipotentialbauart gebildet sind (Fig. 3).
5. Elektronenkanone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Linsensysteme (L,, L_p) des Hauptlinsensystems aus Linsensystemen der Bipotentialbauart gebildet sind (Fig. 4).

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6. Elektronenkanone nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der Achse der Kathode (K) erste, zweite, dritte, vierte, fünfte und sechste Elektroden (G. bis Gg) angeordnet sind, von denen die dritte und die vierte Elektrode (G-, und G₁.) ein Linsensystem der Bipotential bauart bilden, während die vierte, die fünfte und die sechste Elektrode (G^₁, Gj- und Gr) ein Linsensystem der Unipotentialbauart bilden.
7- Elektronenkanone nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge der vierten Elektrode (Gn) größer ist als ihr Durchmesser.
8. Elektronenkanone nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Achse der Kathode (K) erste, zweite, dritte, vierte, fünfte, sechste und siebte Elektroden (G, bis G₇) angeordnet sind, von denen die dritte, die vierte und die fünfte Elektrode (G-,, G₁^ und G₁-) und die fünfte, die sechste und die siebte Elektrode (Gp-, G^ und G₇) jeweils ein Linsensystem der Unipotentialbauart bilden.
9. Elektronenkanone nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge der fünften Elektrode (G₁-) größer ist als ihr Durchmesser.
10. Elektronenkanone nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Achse der Kathode (K) erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Elektroden (G, bis G,-) angeordnet sind, von denen die dritte und die vierte Elektrode (G-, und G₁^) und die vierte und die fünfte Elektrode (Gi₊ und G_r) jeweils ein Linsensystem der Bipotentialbauart bilden.
11. Elektronenkanone nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge der vierten Elektrode (G₁^) größer ist als ihr Durchmesser.

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