DE2935788A1

DE2935788A1 - Kathodenstrahlroehre

Info

Publication number: DE2935788A1
Application number: DE19792935788
Authority: DE
Inventors: Johannes Hendrikus T Roosmalen
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1978-09-14
Filing date: 1979-09-05
Publication date: 1980-03-27
Also published as: GB2031222A; FR2436493A1; US4268777A; GB2031222B; JPS5541696A; CA1135774A; FR2436493B1; DE2935788C2; JPS647455B2; NL7809345A

Description

Kathodenstrahlröhre

Die Erfindung bezieht sich auf eine KathodenstraHröhre, die in einem Kolben ein entlang einer Achse zentriertes Elektronenstrahlerzeugungssystem zum Erzeugen eines auf eine Auftreffplatte gerichteten Elektronenstrahls aufweist, wobei dieses Elektronenstrahlerzeugungssystem eine Kathode und eine Anode mit einer kleinen Öffnung zur Begrenzung des Elektronenstrahls und die Kathodenstrahlröhre weiterhin eine Fokussierlinse zum Fokussieren des Elektronenstrahls auf die Auftreffplatte aufweist, wobei die Anode, in der Bewegungsrichtung der Elektronen gesehen, die erste Elektrode dieser Fokussierlinse bildet.

Eine derartige Kathodenstrahlröhre, die zur Aufnahme von Fernsehbildern verwendet wird, wird im allgemeinen als "Vidikon" bezeichnet. Eine derartige Kathodenstrahlröhre

PHN 9222 - 3 -

030013/070*

enthält eine Auftreffplatte und ein Elektronenstrahlerzeugungssystem zum Erzeugen eines auf die Auftreffplatte gerichteten Elektronenstrahls. Das Elektronenstrahlerzeugungssystem enthält eine Kathode und eine Anode.

Zwischen der Kathode und der Auftreffplatte sind eine oder mehrere Blenden zur Begrenzung des Elektronenstrahls vorhanden. Die Röhre enthält weiterhin eine Fokussierlinse zum Fokussieren des Elektronenstrahls auf die Auftreffplatte.

Eine derartige Kathodenstrahlröhre ist aus dem Aufsatz "Eine kleine experimentielle Farbfernsehkamera" in "Philips Technische Rundschau", Jahrgang 29, 1968, Nr. 11 bekannt, in dem eine Fernsehkameraröhre vom sogenannten "Plumbikon"-Typ beschrieben wird.

Ein Plumbikon ist ein Vidikon, dessen Auftreffplatte aus einer photoleitenden Schicht aus im wesentlichen Bleimonoxid besteht, die auf einer durchsichtigen Signalplatte angeordnet ist. Die freie Oberfläche der photoleitenden Schicht ist dem Elektronenstrahlerzeugungssystem zugekehrt. Die Wirkung eines Plumbikons ist wie folgt: Die Signalplatte ist über einen Signalwiderstand mit einer Spannungsquelle verbunden. Das Potential der Signalplatte ist positiv gegenüber dem Kathodenpotential, das z.B. OV betragen kann. Das aufzunehmende Bild wird durch die durchsichtige Signalschicht hindurch auf die photoleitende Schicht projiziert. Unter der Einwirkung des positiven Potentials der Signalplatte steigt infolge der Photoleitung das Potential der elementaren Gebiete der freien Oberfläche der Auftreffplatte an. Dadurch wird ein Potentialbild auf der freien Oberfläche der Auftreffplatte erzeugt, wobei das Potential der elementaren Gebiete von der auffallenden Lichtintensität abhängig ist. Das Potentialbild auf der Auftreff platte wird'von einem Elektronenstrahl gemäß einem Raster nahezu paralleler Linien abgetastet. Von dem abtastenden Elektronenstrahl wird das Potential der Oberflächenelemente der

PHN 9222 - 4 -

030013/0704

Auftreffplatte periodisch auf das Potential der Kathode herabgesetzt, wobei ein Ausgangssignal, das den ursprünglichen Potentialschwankungen proportional ist, an dem Signalwiderstand erscheint.

In der in dem genannten Aufsatz beschriebenen Fernsehkameraröhre wird das Blektronenstrahlerzeugungssystem durch eine Kathode, ein Gitter und eine Anode gebildet. Durch die Linsenwirkung zwischen diesen Elektroden wird der Elektronenstrahl zwischen der Kathode und der Anode in einem sogenannten Strahlknoten fokussiert. Dieser Strahlknoten wird auf die Auftreffplatte von einer Fokussierlinse fokussiert. Die Fokussierlinse besteht aus drei zylindrischen Elektroden, von denen die erste durch die Anode gebildet wird. Um den Strahl an der Stelle der Fokussierlinse zu erhalten, ist in der zylindrischen Anode eine strahlbegrenzende Blende angeordnet.

In dem genannten Aufsatz befindet sich die zylindrische Anode auf einem Potential von 300 V gegenüber dem Kathodenpotential. Bei einer derartigen hohen Spannung werden an der Stelle des Strahlknotens und der Fokussierlinse leicht positive Ionen infolge einer Kollision von Elektronen des Strahls mit dem Restgas in der Röhre erzeugt. Infolge des Vorhandenseins der Blende in der zylindrischen Anode ist der Strahlstrom an der Stelle der Fokussierlinse wesentlich kleiner als an der Stelle des Strahlknotens. Die Anzahl in der Fokussierlinse erzeugter positiver Ionen ist denn auch viel kleiner als die Anzahl im Strahlknoten erzeuger positiver Ionen.

Die erzeugten positiven Ionen folgen nahezu den ursprünglichen Elektronenbahnen in entgegengesetzter Richtung. Dadurch, daß der Strahl an der Stelle der Fokussierlinse einen sehr kleinen öffnungswinkel aufweist und infolgedessen nahezu parallel zu der Achse des Elektronenstrahlerzeugungssystems verläuft, durchlaufen nahezu alle in der Fokussierlinse er-

PHN 9222 - 5 -

030013/0704

zeugten positiven Ionen wieder die Blende. Die in dem Strahlknoten und der Fokussierlinse erzeugten positiven Ionen erreichen auf diese Weise nahezu alle die Kathodenoberfläche, und zwar an jenen Stellen, an denen die Kathode auch Elektronen emittiert. Außerdem tritt noch eine gewisse Fokussierung der positiven Ionen auf die Kathode auf. Dies hat zur Folge, daß die Emission der Kathode schnell abnimmt, wodurch die Lebensdauer der Röhre verringert wird.

Eine auf einem niedrigen Potential gegenüber dem Kathodenpotential liegende zylindrische Anode ist an sich aus der DE-OS 21 42 434 bekannt. Die darin beschriebene Kathodenstrahlröhre ist aber von dem Typ, bei dem zwischen der Kathode und der Anode nahezu kein Strahlknoten erzeugt wird. Die Anode enthält eine sehr kleine Öffnung, die als Gegenstand dient, der von der Fokussierlinse auf der Auftreffplatte abgebildet werden soll. Die Elektronenbahnen der von der Kathode emittierten Elektronen verlaufen nahezu parallel zu der Achse des Elektronenstrahlerzeugungssystems. Dies hat gleichfalls zur Folge, daß erzeugte positive Ionen die Kathodenoberfläche gleichmäßig belasten. Bei dem in der DE-OS 21 42 434 beschriebenen Ausführungsbeispiel beträgt das Potential der zylindrischen Anode 50 V positiv gegenüber dem Kathodenpotential. Obgleich durch das niedrige Potential der zylindrischen Anode die Anzahl der zwischen der Kathode und der Anode erzeugten positiven Ionen schon geringer ist, können hierbei noch immer die in der Fokussierlinse erzeugten positiven Ionen die Kathode erreichen.

Die Aufgabe nach der Erfindung bestand daher darin, eine Kathodenstrahlröhre anzugeben, bei der die Vergiftung der Kathode durch die in der Röhre erzeugten positiven Ionen vermieden wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Kathodenstrahlröhre der eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das Potential der Anode höchstens 75 V positiv gegenüber dem Kathoden-

PHN 9222 - 6 -

030013/0704

" ⁶ ' 2935738

potential ist und der Abstand zwischen der genannten Öffnung in der Anode und dem der Auftreffplatte zugekehrten Ende der Anode mindestens gleich dem 1,5-fachen der Größtabmessung der Anode in einem zu der Achse senkrechten Schnitt ist.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß, indem die Anode auf ein niedriges Potential gebracht wird, an der Stelle des Strahlknotens nahezu keine positiven Ionen mehr erzeugt werden. Dadurch, daß die Anode verhältnismäßig lang ist, wird ein nahezu feldfreier Raum erhalten, wodurch es für die, wenn auch in geringem Maße, in der Fokussierlinse erzeugten positiven Ionen nahezu unmöglich ist, die kleine Öffnung in der Anode im Rücklauf wiederzufinden.

Bei einer Kathodenstrahlröhre nach der Erfindung beträgt der Durchmesser der genannten Öffnung in der Anode höchstens 100 /um.

Eine Kathodenstrahlröhre nach der Erfindung ist vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierlinse durch die genannte auf einem gegenüber dem Kathodenpotential niedrigen Potential liegende Anode und eine zweite auf einem mindestens zweimal höheren Potential liegende Elektrode gebildet wird.

Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch eine Kathodenstrahlröhre nach der Erfindung und

Fig. 2 eine andere Ausführungsform des Elektronenstrahlerzeugungssystems nach Fig. 1.

Die in Fig. 1 dargestellte Kathodenstrahlröhre ist vom "Plumbikon"-Typ. Die Röhre enthält einen zylindrischen Kolben 1 aus Glas. Die Röhre enthält weiterhin eine Auftreffplatte 2, die aus einer Schicht aus im wesentlichen Bleimonoxid

PHN 9222 - 7 -

030013/0704

besteht, die auf eine Signalplatte 3 aufgedampft ist. Die Signalplatte 3 besteht aus einer sehr dünnen gut leitenden durchsichtigen Zinnoxidschicht, die auf der Innenseite des Frontglases 4 des Kolbens 1 angeordnet ist. Auf der anderen Seite des Kolbens befinden sich die Anschlußstifte 5 der Röhre. Entlang der Achse des Kolbens zentriert befindet sich das drehsymmetrische Elektronenstrahlerzeugungssystera 6.

Das Elektronenstrahlerzeugungssystem 6 enthält eine Kathode 7, ein Steuergitter 8 und eine zylindrische Anode 9. Das Steuergitter 8 weist eine Öffnung 15 auf. Die zylindrische Anode 9 enthält eine Blende 10 mit einer kleinen Öffnung 11. Die zylindrische Anode 9 bildet zusammen mit einer zweiten zylindrischen Elektrode 12 und einer Blende 18 eine Fokussierlinse 13, mit deren Hilfe der Elektronenstrahl auf der Auftreff platte abgebildet wird. Die Elektrode 12 weist auf der der Anode 9 zugewandten Seite eine Blende 18 mit einer Öffnung 19 auf, um die durch die Fokussierlinse herbeigeführten Aberrationen in dem Auftreffleck des Elektronenstrahls auf der Auftreffplatte zu verringern. Die Röhre enthält weiter eine gazeförmige Elektrode 14, die mit dem der Elektrode 14 zugewandten Ende der Elektrode 12 eine senkrechte Landung der Elektronen auf der Auftreffρlatte 2 bewirkt. Der Kolben 1 der Röhre wird teilweise von Horizontalablenkspulen und Vertikalablenkspulen umgeben, die zusammen mit 17 bezeichnet sind. Die Befestigungsmittel der Elektroden und die unterschiedlichen Zufuhrleitungen zu den Elektroden sind der Deutlichkeit halber nicht in der Figur dargestellt.

Die Auftreffplatte 2 wird von dem Elektronenstrahl gemäß einem Raster nahezu paralleler Linien abgetastet. Während der Zeilenhinlaufzeiten werden die elementaren Gebiete auf der Auftreffplatte 2 auf nahezu den Kathodenpotential, das z.B. 0 V sein kann, stabilisiert. Das Potential des Gitters 8 beträgt -25 V gegenüber dem Kathodenpotential und das Potential der Anode 9 beträgt +50 V gegenüber dem Kathodenpotential. Das Gitter 8 liegt in einem Abstand von 0,1 mm vor der Kathode 7

PHN 9222 - 8 -

030013/0704

und weist eine Dicke von 0,1 mm auf. Die Öffnung 15 in dem Gitter weist einen Durchmesser von 1 mm auf. Die zylindrische Anode 9 liegt in einem Abstand von 0,1 mm vor dem Gitter 8 und weist einen Innendurchmesser von 10mm auf. Die Länge der Anode 9 beträgt 22 mm. Die Öffnung 11 in der Blende 10 weist einen Durchmesser von 40 /um auf. Durch die Linsenwirkung zwischen der Kathode 7, dem Gitter 8 und der Anode 9 wird während der Zeilenhinlaufzeiten zwischen der Kathode 7 und der Anode 9 ein Strahlknoten erzeugt. Der Knoten wird von der öffnung 11 in der Blende 10 der Anode 9 begrenzt und von der Pokussierlinse 13 auf die Auftreffplatte 2 fokussiert. Die Fokussierlinse 13 wird durch die Anode 9, die auf einem Potential von 50 V liegt, und die Elektrode 12, die auf einem Potential von 300 V liegt, positiv gegenüber dem Kathodenpotential gebildet. Dadurch, daß sich die Anode 9 auf einer niedrigen Spannung befindet, werden zwischen der Kathode 7 und der Anode 9 eine sehr kleine Anzahl positiver Ionen erzeugt.

Der aus der öffnung 11 heraustretende Strahl weist einen verhältnismäßig großen Öffnungswinkel auf. Der Öffnungswinkel des Strahls ist nach den bekannten elektronenoptischen Gesetzen dem Produkt des Durchmessers der Öffnung 11 und der Wurzel aus der Spannung der Anode 9 umgekehrt proportional. Dadurch, daß eich die öffnung 11 in einem Abstand von 22 mm vor der Fokussierlinse 13 befindet, weist der Elektronenstrahl an der Stelle der Fokussierlinse 13 einen verhältnismäßig großen Durchmesser auf. Infolge des hohen Potentials von 300 V der Elektrode 12 werden an der Stelle der Fokussierlinse 13 leicht positive Ionen erzeugt. Die positiven Ionen weisen nahezu keine Anfangsgeschwindigkeit auf und bewegen sich in einer zu den Äquipotentialebenen der Fokussierlinse 13 senkrechten Richtung.

Die Äquipotentialebenen weisen einen derartigen Verlauf auf, daß sich nur die erzeugten positiven Ionen in einem schmalen Gebiet entlang der Achse des Elektronenstrahlerzeugungssystems p^allel an der Achse in Richtung der öffnung 11 bewegen. Dadurch,

PHN 9222 - 9 -

030013/0704

daß die Länge der Anode 9 gleich dem 2,2-fachen des Durchmessers der Fokussierlinse 13 ist, greift das Feld der auf einem Potential von 300 V liegenden Elektrode 12 nicht weit in die Anode 9 hinein. Dadurch wird in der Anode 9 ein praktisch feldfreier Raum erhalten, wodurch es für die entlang der Achse des Elektronenstrahlerzeugungssystems erzeugten Ionen nahezu unmöglich ist, die sehr kleine Öffnung 11 in der Anode 9 zu erreichen.

Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform des Elektronenstrahlerzeugungssystems nach Fig. 1. Das Elektronenstrahlerzeugungssystem 20 enthält eine Kathode 21, ein Gitter 22 und eine Anode 23. Das Potential des Gitters 22 beträgt 6,5 V negativ gegenüber dem Kathodenpotential und das Potential der Anode 23 beträgt 50 V positiv gegenüber dem Kathodenpotential. Das Gitter 22 liegt in einem Abstand von 0,1 mm von der Kathode und weist eine Dicke von 0,1 mm auf. Die Öffnung 24 im Gitter weist einmDurchmesser von 1,5 mm auf. Die zylindrische Anode liegt in einem Abstand von 0,1 mm von dem Gitter 22 und weist eine Dicke von 10 mm auf. Die Länge der Anode 23 beträgt 18 mm. Die Anode 23 weist eine Öffnung 25 mit einem Durchmesser von 50 /um auf. Die öffnung 25 wird von einer Blende 26 mit einer kleinen Öffnung 27 mit einem Durchmesser von 0,9 mm abgedeckt. Eine derartige Elektrodenkonfiguration verhält sich bei den gegebenen Potentialen wie ein sogenanntes Diodenstrahlsystem, wie es an sich aus der DE-OS 21 42 434 bekannt ist. Die Elektronenbahnen der von der Kathode emittierten Elektronen verlaufen nahezu parallel zu der/Achse des Elektronenstrahlerzeugungssystems. Während der Zeilenhinlaufzeiten wird auf diese Weise kein Strahlknoten erzeugt. Die Öffnung 27 dient als Gegenstand, der von der Fokussierlinse auf der Auftreffplatte abgebildet werden soll.

Bei einem derartigen Elektronenstrahlerzeugungssystem in einer Kathodenstrahlröhre der in Fig. 1 dargestellten Art werden durch den großen Potentialunterschied, den die Elek-

PHN 9222 - 10 -

050013/0704

tronen an der Stelle der Fokussierlinse durchlaufen haben, leicht positive Ionen erzeugt. Dadurch, daß sich die Fokussierlinse in einem verhältnismäßig großen Abstand von der Öffnung 27 in der Blende 26 befindet und die zylindrische Anode 23 nahezu einen Äquipotentialraum auf einem Potential von 50 V bildet, ist es für die erzeugten positiven Ionen nahezu unmöglich, die kleine Öffnung 27 im Rücklauf wiederzufinden.

Dadurch, daß bei einer Kathodenstrahlröhre nach der Erfindung die erzeugten positiven Ionen die Kathode nicht mehr erreichen, braucht die Röhre nicht mehr so gut vakuumgepumpt zu werden.

Es hat sich herausgestellt, daß eine Kathodenstrahlröhre noch

-2 -3
bei einem Gasdruck von 10 bis 10 ·1,33 mbar wirksam ist, ohne daß die Ionen die Kathode vergiften können.

PHN 9222

050013/0704

Claims

N.V. Philips1 Gloeilainpenfabriek'en, "Eintihoven/Holland PATENTANSPRÜCHE: 2935788

1. Kathodenstrahlröhre, die in einem Kolben ein entlang einer Achse zentriertes Elektronenstrahlerzeugungssystem zum Erzeugen eines auf eine Auftreffplatte gerichteten Elektronenstrahls aufweist, wobei dieses Elektronenstrahlerzeugungssystem eine Kathode und eine Anode mit einer kleinen Öffnung zur Begrenzung des Elektronenstrahls und die Kathodenstrahlröhre weiterhin eine Fokussierlinse zum Fokussieren des Elektronenstrahls auf die Auftreffplatte aufweist, wobei die Anode,in der Bewegungsrichtung der Elektronen gesehen, die erste Elektrode dieser Fokussierlinse bildet, dadurch gekennzeichnet, daß das Potential der Anode höchstens 75 V positiv gegenüber dem Kathodenpotential beträgt und der Abstand zwischen der genannten Öffnung in der Anode und dem der Auftreff platte zugekehrten Ende der Anode mindestens gleich dem 1,5-fachen der Größtabmessung der Anode in einem zu der Achse senkrechten Schnitt ist.

2. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der genannten Öffnung in der Anode höchstens 100 /um beträgt.

3. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierlinse durch die genannte auf einem positiven Potential von höchstens 75 V liegende Anode und eine auf einem mindestens zweimal höheren Potential liegende Elektrode gebildet ist.

4. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen der Kathode und der Anode ein Gitter mit einer öfnnung befindet, die groß in bezug auf die genannte Öffnung in der Anode ist.

PHN 9222 - 2 -

050013/070*

ORIGINAL INSPECTED