DE3225278C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegendende Erfindung betrifft eine Kathodenstrahl­ röhre mit einem Anzeigeschirm mit einer Schicht aus phospho­ reszierendem Material nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.

Der generelle Aufbau einer konventionellen Kathodenstrahl­ röhre mit drei Elektronenstrahlerzeugern und einer Schatten­ maske sowie deren Betrieb zur Erzeugung eines Raster-Farb­ bildes sind bekannt. Es ist weiterhin bekannt, daß das durch eine derartige Röhre erzeugte Bild bei Fehlen einer dynami­ schen Korrektur bestimmte Verzerrungen enthält. Dabei han­ delt es sich primär um Kissenverzerrungen, welche dadurch bedingt sind, daß das Ablenkzentrum der drei Elektronen­ strahlen gegen das Zentrum der Krümmung des Anzeigeschirms der Röhre verschoben ist (dies ist sowohl bei Schwarz-Weiß- als auch bei Farbröhren der Fall). Weiterhin handelt es sich um Trapezverzerrungen, die durch wenigstens zwei der Elek­ tronenstrahlerzeuger hervorgerufen sind, welche außerhalb der Längsachse des Röhrenkolbens angeordnet sind. Schließ­ lich handelt es sich um Fehlkonvergenzen der Strahlen auf der Schattenmaske der Röhre, welche durch einen lateralen Versatz der Strahlerzeuger zueinander hervorgerufen sind.

Bei einem deltaförmigen Aufbau der Strahlerzeuger sind alle drei in einem Abstand von der Längsachse der Strahlerzeuge­ ranordnung angeordnet. Bei einer in einer Linie angeordneten Anordnung ist ein Strahlerzeuger auf der Achse angeordnet, während die beiden anderen einen entsprechenden Abstand nach jeder Seite hin besitzen.

Das gebräuchliche Verfahren zur Korrektur von geometrischen Verzerrungen besteht darin, den zur Ablenkung eines Elektro­ nenstrahls oder mehrerer Elektronenstrahlen auf dem Anzei­ geschirm zur Erzeugung eines Bildrasters verwendeten Ab­ lenksignalen bestimmte analoge Korrekturfaktoren aufzuprä­ gen. Eine Fehlkonvergenz wird gewöhnlich durch ein entspre­ chendes Aufprägen anderer analoger Korrekturfaktoren auf die magnetischen Felder durchgeführt, welche zur Konvergenz­ realisierung der drei Strahlen im Schirmzentrum verwendet werden. Bei den beiden Verzerrungsarten ist es besonders schwierig, die Fehlkonvergenz genau und gleichförmig zu korrigieren, wobei eine periodische Justierung erforderlich ist.

Bei einem grundsätzlichen Schema zur Durchführung der Strahlkonvergenz werden einzelne Vertikal- und Horizontal­ signale für jeden der Strahlen in der Röhre erzeugt. Die Korrektursignale, welche näherungsweise die Form von gering­ fügig abgeschrägten Parabeln besitzen, gewährleisten eine Null-Korrektur im Zentrum des Schirms sowie eine zunehmende Korrektur mit zunehmender Ablenkung der Strahlen aus dem Zentrum. Eine derartige grundsätzliche Maßnahme reicht gewöhnlich für Heim-Fernsehgeräte aus, da die Betrachter nicht zu kritisch sind, und die Betrachtungsabstände in der Größenordnung von etwa 1,8 bis 3 m liegen. Bei einer Infor­ mationsanzeige, bei der die Betrachter kritischer und die Betrachtungsabstände weit kürzer sind, und, was wesentlicher ist, die Auflösungsanforderungen weit schärfer sind, ist der durch diese grundsätzlichen Maßnahmen unkorrigiert verblei­ bende Anteil der Fehlkonvergenz unannehmbar.

Eine grundlegende Verbesserung gegenüber dem vorgenannten grundlegenden Schema, das beispielsweise in einem Farb-Ter­ minal des Typs 4027 der Anmelderin realisiert ist, besteht darin, den Anzeigeschirm in mehrere Unterbereiche zu unter­ teilen und für jede derartige Teilung unabhängig justierbare unterschiedliche Korrektursignale zu erzeugen. Eine derarti­ ge Maßnahme ermöglicht eine genauere Konvergenz der drei Strahlen im gesamten Bereich des Schirms. Bei dem Gerät des Typs 4027 ist der Anzeigeschirm in neun Unterbereiche ge­ teilt, wobei die Strahlen in jedem Bereich durch Justierung von drei Potentiometern mit jeweils einem Potentiometer für einen Strahl zur Konvergenz gebracht werden können. Obwohl damit eine genauere Korrektur möglich ist, muß bei einem derartigen Schema dennoch eine zeitaufwendige Justierung von 27 unterrschiedlichen Potentiometern, nämlich von jeweils drei Potentiometern für die neun Unterbereiche durchgeführt werden. Gemäß anderen bekannten Schemata wird der Anzeige­ schirm in eine noch größere Anzahl von Unterbereichen (bei­ spielsweise der Farbmonitor 650 der Anmelderin verwendet 13 Unterbereiche) geteilt, wobei eine entsprechende Justierung einer noch größeren Anzahl von Potentiometern erforderlich ist. Ein gemeinsamer Nachteil derartiger Schemata ist darin zu sehen, daß eine Bedienungsperson erforderlich ist, um eine vollständige Regelung des Anzeigesystems in der für die Durchführung der verschiedenen Justierungen in jedem einzel­ nen Unterbereich notwendigen Zeit durchzuführen.

Bei neueren Entwicklungen handelt es sich um digitale Kon­ vergenzschemata, bei denen eine Korrekturinformation bei­ spielsweise über ein Tastaturfeld oder eine andere entspre­ chende Einrichtung digital eingegeben werden kann, um in Analogsignale zur Realisierung des gewünschten Betrags der Strahljustierung überführt zu werden. Beispiele derartiger Schematas sind in den US-PS 42 03 051 und 42 03 054 be­ schrieben. Die in den genannten US-PS beschriebenen sind weiterhin auch in "IBM J. Res. Develop.", Vol. 24, Nr. 5, September 1980, Seite 598 beschrieben. Ein weiteres Konver­ genzschema ist in einer Druckschrift mit dem Titel "A 25-In. Precision Color Display for Simulator Visual Systems" von R.E. Holmes und J.A. Mays der Firma Systems Research Labora­ tories beschrieben. Eine gemeinsame Eigenschaft beider Schemata bzw. Systeme besteht in der Verwendung eines Ta­ staturfeldes, mit dem durch eine Bedienungsperson eine Digitalinformation eingegeben werden kann, welche den not­ wendigen Grad der Bewegung für jeden der drei Strahlen repräsentiert, um eine Konvergenz oder eine andere geometri­ sche Justierung zu realisieren. Das System nach der erstge­ nannten Druckschrift ermöglicht eine individuelle Justie­ rung der Strahlen in 13 verschiedenen Punkten über dem Anzeigebereich während das System nach der letztgenannten Druckschrift eine Justierung in 256 unterschiedlichen Punk­ ten ermöglicht.

Ein halbautomatisches Schema zur Durchführung von Ablenkju­ stierungen ist in der US-PS 40 99 092 beschrieben. Bei diesem Schema werden ein Photodiodenfeld oder eine Festkör­ per-Bildkamera, welche vor einer Kathodenstrahlröhren-An­ zeige angeordnet sind, sowie ein digitaler Computer verwen­ det, um Korrekturfaktoren zu erzeugen, welche den konven­ tionellen Ablenksignalformen dann über einen programmierba­ ren Festwertspeicher überlagert werden.

Ein Nachteil der vorstehend erläuterten bekannten Schemata besteht darin, daß eine Bedienungsperson erforderlich ist, um eine vollständige Regelung des Systems während der zur Realisierung der Konvergenz oder einer geometrischen Kor­ rektur notwendigen Zeit zu realisieren.

Aus der DE-OS 29 46 997 ist ein Ablenkregelsystem für eine Strahlindex-Kathodenstrahlröhre bekannt. Derartige Röhren besitzen typischerweise einen einzigen Elektronenstrahl, der horizontal über den Schirm geführt wird, der eine sich wiederholende Folge von vertikalorientierten, in Dreiergrup­ pen der Farbe Rot, Grün und Blau angeordneten Farbleucht­ streifen aufweist. Zur Aufrechterhaltung einer konstanten Abtastgeschwindigkeit ist hinter den Farbleuchtstoffstreifen in einem vorgegebenen Lagezusammenhang zu diesen eine gleich­ förmig beabstandete Folge von vertikalorientierten phospho­ reszierenden Indexstreifen vorgesehen. Wird der Elektronen­ strahl in einem Raster über den Schirm geführt, so trifft er auf die Indexstreifen auf und erregt diese. Das durch die Streifen emittierte Licht wird durch einen Photodetektor erfaßt, welcher ein Indexsignal erzeugt, das zur Erfassung und Korrektur von Ungleichförmigkeiten der Abtastgeschwin­ digkeit des Elektronenstrahls dient. Dabei ist jedoch ledig­ lich eine auf die Strahllage bezogene Information in Abtast­ richtung realisierbar.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Elektronenstrahlröhre anzugeben, wodurch eine genaue Lokalisierung eines abtastenden Elektronenstrahls in zwei Richtungen möglich ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Kathodenstrahlröhre der ein­ gangs genannten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnen­ den Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Kathodenstrahlröhre eignet sich zur Gewinnung einer Information, welche die Horizontal- und Vertikalposition eines abtastenden Elektronenstrahls angibt. Der Betrieb einer derartigen Röhre in einem Korrekturregel­ system ermöglicht die automatische Regelung sowohl der Konvergenz als auch der Geometrie in einem angezeigten Bild.

Bei der erfindungsgemäßen Kathodenstrahlröhre handelt es sich hinsichtlich eines Anzeigeschirms mit einer Schicht aus phosphoreszierendem Material, mindestens einem Elektronen­ strahlerzeuger zur Erzeugung eines Elektronenstrahls und Führung dieses Elektronenstrahls auf den Anzeigeschirm um eine konventionelle Röhre. Wesentlich ist die Anordnung einer Rückkoppelanordnung zwischen der oder den Elektronen­ strahlerzeugern und dem Anzeigeschirm zur Erzeugung einer die genaue Lage des Elektronenstrahls in zwei Dimensionen angebenden Anzeige als Funktion des Beschusses durch einen Elektronenstrahl.

Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kathodenstrahl­ röhre sieht eine Farbröhre mit an sich konventioneller Schattenmaske vor, auf deren Oberfläche eine Vielzahl von Sensorelementen vorgesehen ist, wobei Schaltungen zur Erfas­ sung von durch diese Elemente erzeugten Signale vorgesehen sind. Die Elemente sind so ausgebildet und räumlich so angeordnet, daß sie bei Abtastung durch einen Elektronen­ strahl mindestens ein, die gewünschte genaue Positionsinfor­ mation enthaltendes Signal erzeugen.

Weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Röhre werden durch eine monochromatische Kathodenstrahlröhre mit einer Vielzahl von kleineren Sensorelementen gebildetet, die auf der Innenfläche des Anzeigeschirms angeordnet sind.

Zwischen der erfindungsgemäßen Röhre und Einrichtungen, wie Prüfröhren, Lichtpunkt-Abtaströhren und Strahlzeigerröhren bestehen gewisse Ähnlichkeiten. Eine Prüfröhre wird durch eine konventionelle Kathodenstrahlröhre gebildet, welche ein Target besitzt, das in eine Vielzahl von Zeichen defi­ nierenden Bereichen aus einem speziellen Sekundärelektro­ nen-Emissionsmaterial gebildet ist. Eine Abfragung eines bestimmten Bereichs mit einem Abtastraster führt zur Erzeu­ gung einer ein bestimmtes Zeichen definierenden Anzeige. Eine Lichtpunkt-Abtaströhre ist insoweit ähnlich ausgebil­ det, als sie einen phosphoreszierenden Schirm aufweist, auf dem ein lichtundurchlässiges Material vorgesehen ist, das Zeichen definierende Öffnungen aufweist. Wenn eine bestimmte Öffnung mit einem entsprechenden Raster abgetastet wird, so wird eine Anzeige erzeugt, welche ein bestimmtes Zeichen definiert. Strahlzeigerröhren sind ebenfalls bekannt. Ihr wesentliches Merkmal ist in einem vielbandigen Anzeigeschirm zu sehen, auf dessen einer Seite ein Muster von mit Zwi­ schenräumen versehenen Anzeigebändern vorgesehen ist. Wie sich aus den folgenden Ausführungen noch ergibt, sind die Ähnlichkeiten zwischen derartigen Einrichtungen und der erfindungsgemäßen Röhre jedoch nur auf den ersten Blick gegeben. Die primäre Funktion der erfindungsgemäßen Röhre ist darin zu sehen, sowohl eine automatische Konvergenzju­ stierung als auch eine geometrische Justierung in einem Kathodenstrahlröhren-Anzeigesystem zu ermöglichen (im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff "geometri­ sche Ausrichtung" Strahljustierungen, welche zur Beeinflus­ sung der Größe, der Lage, der Linearität, der Rechtwinklig­ keit und ähnlicher Charakteristiken eines angezeigten Bildes notwendig sind, sowie Justierungen, die zur Korrektur von Bildverzerrungen, wie Kissenverzerrungen und Trapezverzer­ rungen erforderlich sind). Die Konvergenz (oder geregelte Fehlkonvergenz) ist zwar in überwiegendem Maße ein Problem von Schattenmasken-Farb-Kathodenstrahlröhren. Sie ist jedoch für den Betrieb aller anderen Kathodenstrahlröhren, wie Schwarz-Weiß- oder Farb-Röhren mit mehreren Elektronenkano­ nen und einem gemeinsamen, diesen Kanonen zugeordneten Ablenksystem ebenfalls ein wesentlicher Gesichtspunkt.

Eine speziell brauchbare Konfiguration der Sensorelemente, insbesondere zur Verwendung in einer Schattenmasken-Katho­ denstrahlröhre wird durch zwei unterbrochene Schenkel eines rechtwinkligen Dreiecks gebildet, von denen einer vertikal und der andere geneigt ausgerichtet ist. Diese Schenkel sind an vorgegebenen Stellen auf der Oberfläche der Schattenmaske gegenüber den drei Elektronenstrahlerzeugern angeordnet. Gemäß einer Ausführungsform werden die Elemente durch phosphoreszierendes Material mit schneller Abfallzeit gebil­ det, wobei eine Einrichtung zur Erfassung des Rückkoppelsig­ nals durch mindestens eine Photovervielfacherröhre oder durch mindestens einen Halbleiter-Photodetektor gebildet wird, die optimal derart ausgelegt sind, daß sie auf ein spezielles Belichtungsspektrum ansprechen, bei dem die Erfassung einer Beleuchtung im sichtbaren Spektrum möglich ist, die bei Erregung durch einen auftreffenden Elektronen­ strahl auf den Leuchtstoff erzeugt wird. Bei einer anderen Ausführungsform wird das Element durch ein Material gebil­ det, das bei Erregung Sekundärelektronen zu emittieren vermag, wobei eine Detektoreinrichtung durch mindestens einen Sekundärelektronenkollektor gebildet wird. Eine andere Ausführungsform der Elemente ist durch Öffnungen in einer leitenden Beschichtung gebildet, die von der Maskenoberflä­ che isoliert ist, wobei eine Detektoreinrichtung Ströme erfaßt, die in der leitenden Beschichtung und/oder in der Schattenmaske selbst durch den Elektronenstrahl induziert werden. Da die Elemente insgesamt auf der Hinterfläche der Schattenmaske der Röhre vorgesehen sind, beeinflussen sie das angezeigte Bild nicht.

Eine Rückkoppelelementanordnung, welche sich speziell für eine Schwarz-Weiß-Kathodenstrahlröhre eignet, wird durch einen kleinen Fleck bzw. Punkt gebildet, der durch eine Folge von Rasterlinien-Abtastungen abgefragt werden kann. Die Elemente sind an vorgegebenen Stellen auf der Innenseite einer mit Aluminium versehenen Oberfläche des Anzeigeschirms der Kathodenstrahlröhre vorgesehen. Werden die Elemente ausreichend klein gemacht, so können sie im Betrachtungsbe­ reich angeordnet werden, ohne daß sie das angezeigte Bild wesentlich beeinflussen. Anderenfalls können sie außerhalb des Betrachtungsbereichs angeordnet werden. In beiden Fällen können die Elemente durch ein phosphoreszierendes Material mit schneller Abfallzeit gebildet werden, wie es auch bei den vorgenannten Ausführungsformen mit Schattenmaske oder bei den anderen bereits erwähnten Ausführungsformen Verwen­ dung findet.

Unabhängig von der Ausführungsform der Sensorelemente ent­ halten die durch die abtastende Erregung erzeugten Signale bestimmte Zeittaktzusammenhänge, welche die genaue Lage jedes Elektronenstrahls in der Röhre relativ zu den anderen Strahlen und gegebenenfalls zu der räumlichen Lage der einzelnen Elemente angeben. Diese Zeittaktzusammenhänge können erfaßt und durch einen Mikroprozessor oder andere geeignete Verarbeitungsanordnungen weiterverarbeitet wer­ den, um Korrekturfaktoren festzulegen, welche zur Durchfüh­ rung der gewünschten Geometrie- und Konvergenzjustierungen notwendig sind. Die so festgelegten Korrekturfaktoren können in die Konvergenz- und Ablenkschaltungen mittels an sich bekannter Analog- oder Digitalschaltungen eingespeist wer­ den, wobei es sich um Schaltungen gemäß den oben bereits genannten Druckschriften handeln kann.

Der primäre Vorteil der erfindungsgemäßen Röhre ist darin zu sehen, daß Konvergenzjustierungs- und Geometriekorrekturpro­ zesse ohne menschliche Beteiligung in zwei Richtungen durch­ führbar sind. Die Prozesse können darüber hinaus mit ausrei­ chender Geschwindigkeit und mit ausreichendem Wirkungsgrad durchgeführt werden, ohne daß eine Unterbrechung des norma­ len Betriebs des umgebenden Anzeigesystems merkbar wird.

Weitere spezielle Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in entsprechenden Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläu­ tert, es zeigt

Fig. 1 eine symbolische Darstellung von in einer konven­ tionellen Schattenmasken-Kathodenstrahlröhre mit Delta-Elektronenstrahlerzeugern möglichen Strahlju­ stierungen;

Fig. 2 eine symbolische Darstellung des gewöhnlich auf die Konvergenz der Strahlen nach Fig. 1 folgen­ den Verfahrens;

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines bekannten Korrektursy­ stems;

Fig. 4 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Ka­ thodenstrahlröhre und eines Korrekturregelsy­ stems unter Verwendung dieser Röhre;

Fig. 5 eine Darstellung von Rückkoppelelement-Konfigu­ rationen, welche sich für die Verwendung in ei­ ner erfindungsgemäßen Kathodenstrahlröhre eig­ nen;

Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung einer speziell ge­ eigneten Sensorelement-Konfiguration;

Fig. 7 eine Darstellung der Schattenmaske einer erfin­ dungsgemäßen Kathodenstrahlröhre mit einem Ra­ ster von Sensorelementen;

Fig. 8 eine vereinfachte Darstellung einer Positions- Detektorschaltung, welche einen Teil des Sy­ stems nach Fig. 4 bildet;

Fig. 9 ein Zeittaktdiagramm bestimmter, in der Schal­ tung nach Fig. 8 erzeugter Signale;

Fig. 10 eine zweite Darstellung des Rückkoppelelements nach Fig. 6, aus der bestimmte Zeittaktzusam­ menhänge während des Betriebs der Röhre und des Systems nach Fig. 4 ersichtlich sind;

Fig. 11 eine Darstellung zweier in einem speziellen Be­ trieb des Systems nach Fig. 4 erzeugter Raster­ liniengruppe; und

Fig. 12 eine symbolische Darstellung der in einer kon­ ventionellen Schattenmasken-Kathodenstrahlröhre mit in einer Linie angeordneten Elektronenstrahl­ erzeugern möglichen Strahljustierungen.

In den folgenden Ausführungen wird die grundlegende Funk­ tionsweise von Kathodenstrahlröhren-Anzeigeeinrichtungen und insbesondere von Schattenmasken-Farbkathodenstrahlröh­ ren als bekannt vorausgesetzt. Wie bekannt, müssen die drei Elektronenstrahlen einer konventionellen Schatten­ masken-Kathodenstrahlröhre in Schattenmaskenöffnungen kon­ vergieren, um ein Bild mit annehmbarer Farbtreue zu erzeu­ gen. Bei einer Röhre mit einer Delta-Elektronenstrahlerzeuger-Anordnung wird eine derartige Konvergenz gewöhnlich durch Modulation be­ stimmter elektromagnetischer Felder erreicht, welche die Strahlen auf ihrem Weg zu den Maskenöffnungen zwingen. Bei einer Anordnung mit auf einer Linie ausgerichteten Strahlerzeugern verläuft dieser Vorgang etwas anders, wobei das grundle­ gende Konzept jedoch ebenfalls gilt. Aus Zweckmäßigkeits­ gründen wird im Zusammenhang mit vorliegender Erfindung eine Kathodenstrahlröhre mit Delta-Strahlerzeugern angenommen. Die­ se Annahme ist jedoch nicht als beschränkend zu betrach­ ten. Die Erfindung ist dabei nicht auf Schattenmasken-Farb- Kathodenstrahlröhren beschränkt. Wie im folgenden noch aus­ geführt wird, gelten die erläuterten Prinzipien auch für einstrahlige oder mehrstrahlige monochromatische Röhren.

Fig. 1 zeigt die gewöhnlich zur Verfügung stehenden vier Freiheitsgrade für die Strahljustierung, welche für die Konvergenz einer Kathodenstrahlröhre mit Delta-Strahlerzeugern notwendig sind. Jede Strahlposition, gesehen von der Au­ ßenseite des Anzeigeschirms der Kathodenstrahlröhre ist in Fig. 1 durch einen Kreis angegeben, welcher die Buch­ staben R, G oder B einschließt, wodurch die spezielle durch den Strahl erzeugte Farbe Rot, Grün oder Blau ange­ geben ist. Pfeile geben dabei die möglichen Justierungs­ richtungen an. In konventioneller Weise können der Rot- und der Grün-Strahl in einer Diagonalrichtung jeweils auf einen gemeinsamen Konvergenzpunkt zu- oder von diesem weg­ bewegt werden, wobei dieser Konvergenzpunkt in Fig. 1 durch ein kleines Kreuz angedeutet ist. Der Blau-Strahl kann sowohl horizontal als auch vertikal bewegt werden. In der Praxis werden gemäß Fig. 2 zunächst der Rot- und Grün-Strahl zur Bildung einer Gelb-Anzeige zur Konvergenz gebracht, wonach der Blau-Strahl sodann in räumliche Ko­ inzidenz bewegt wird, um die weiße Anzeige der vollstän­ digen Konvergenz zu bilden. Das tatsächlich auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre angezeigte Symbol für eine Verein­ fachung des Konvergenzprozesses ist frei wählbar.

Ein grundlegendes bekanntes System zur Durchführung des Konvergenzprozesses ist schematisch in Fig. 3 dargestellt. Dieses System enthält eine Kathodenstrahlröhre 20 mit einem aus drei Elementen bestehenden Elektronenstrahlerzeuger 22, einer Schattenmaske 23, einer Konvergenzanordnung 24, ei­ nem Ablenkjoch 26 (oder Ablenkplatten), einer Quelle 28 für Z-Achsen- oder Bildsignalen, einer Quelle 30 für Hori­ zontal- und Vertikalsynchronsignale, einem Funktionsgene­ rator 32 zur Erzeugung der Grobkonvergenz- und Ablenksi­ gnale sowie einer Einrichtung 34 zur manuellen Auswahl be­ stimmter Korrekturfaktoren für die Grobsignale des Genera­ tors 32 durch eine Bedienungsperson 36. Ein Beispiel für ein derartiges bekanntes System sind das Farbgraphik Terminal 4027 der Anmelderin. Im Terminal 4027 der Anmelderin sind der Funk­ tionsgenerator 32 und die manuelle Justiereinrichtung 34 analoge Komponenten. Ein generelles Merkmal dieser Systeme besteht darin, daß während der zur Durchführung des Kor­ rekturvorgangs notwendigen Zeit eine vollständige Bedie­ nung durch eine Bedienungsperson 36 erforderlich ist. Wie bereits ausgeführt, besteht die primäre Funktion des be­ kannten Systems darin, daß die Bedienungsperson 36 manuell bestimmte Korrektursignale in einer Weise einstellen kann, daß drei Elektronenstrahlen 38 a, b und c zunächst auf der Schattenmaske 23 konvergieren und daß sodann ein geome­ trisch akzeptables Bild definiert wird. Dabei kann die Bedie­ nungsperson 36 durch eine externe Sensoreinrichtung unter­ stützt werden, wobei die Korrektursignale automatisch erzeugt werden. Nichtsdestoweniger bleibt jedoch die Bedienung durch eine Bedienungsperson notwendig.

Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung eine erste Aus­ führungsform der erfindungsgemäßen Kathodenstrahlröhre und ein grundlegendes Korrekturregelsystem zur Verwen­ dung dieser Röhre. Eine Kathodenstrahlröhre 40 besitzt dabei einen Röhrenkolben 42 mit einem mit Leuchtstoff be­ schichteten Anzeigeschirm 44 an einem Ende und einem aus drei Elementen bestehenden Elektronenstrahlerzeuger 46 am anderen Ende. Im Bereich des Anzeigeschirms 44 ist eine perforier­ te Metallschattenmaske 48 vorgesehen, auf deren dem Strahlerzeuger zugekehrten Oberfläche eine Vielzahl von Sensorelementen 50 angeordnet ist, die im folgenden noch genauer beschrie­ ben werden. Mit Ausnahme der Sensorelemente 50 bildet die Röhre 40 eine konventionelle Schattenmasken-Farb-Ka­ thodenstrahlröhre.

Das System zur Verwendung der Röhre 40 besitzt neben dieser Röhre selbst eine Konvergenz-Magnetanordnung 54 und ein auf (oder in) einem Hals 52 des Röhrenkolbens 42 montier­ tes Ablenkjoch 56 (oder Platten), eine Quelle 60 für Z- Achsen-Signale, eine Quelle 62 für Horizontal- und Verti­ kalablenksignale sowie einen Funktionsgenerator 64. Wei­ terhin ist eine Detektorschaltung 66 zur Erfassung be­ stimmter Rückkoppelsignale über eine geeignete Schnitt­ stelle 58 vorgesehen, als Funktion dessen zweite Signale erzeugt werden, welche die Position von Elektronenstrah­ len 47 a, b, c in der Röhre angeben. Ein Prozessor 68 nimmt diese zweiten Signale auf, um bestimmte Korrekturfaktoren zu erzeugen, welche den Grob-Konvergenz- und Ablenksignal­ formen des Generators 64 überlagert werden.

Die durch Abtastung der Sensorelemente 50 mit einem Elektronenstrahl 47 erzeugte Positionsinformation wird im Prozessor 66 verarbeitet, um Korrektursignale zu erzeugen, die den durch den Generator 46 erzeugten Konvergenz- und Ablenksignalformen überlagert werden, um sowohl die Kon­ vergenz- als auch die Geometriekorrekturen durchzuführen.

Die Sensorelemente 50 können in verschiedenen Formen realisiert werden. Bei einer Ausführungsform handelt es sich um ein phosphoreszierendes Material mit schneller Abfallzeit, das an be­ stimmten Stellen auf der dem Strahlerzeuger zugekehrten Fläche der Schat­ tenmaske 48 aufgebracht wird. Andere Ausführungsformen werden im folgenden noch angegeben. Mit Elementen 50 aus phosphoreszierendem Material wird die Schnittstelle 58 durch eine Photovervielfacherröhre gebildet, die außer­ halb der Röhre 40 und im Bereich eines transparenten Sichtfensters im Röhrenkolben 42 angeordnet ist. Ein klei­ ner Kreis in Fig. 4 deutet symbolisch die Schnittstelle 58 an. Es handelt sich dabei nicht um eine spezielle me­ chanische, optische oder elektrische Verbindung. Wie im folgenden noch ausgeführt wird, kann die Schnittstelle 58 auch andere Ausführungsformen annehmen.

Die Elemente 50 können eine Größe und eine Form besitzen, wodurch sowohl eine Horizontal- als auch eine Vertikal-Po­ sitionsinformation eines sie überlaufenden Elektronen­ strahls gewonnen werden kann. Eine Ausführungsform von Sensorelement-Konfigurationen ist in Fig. 5 darge­ stellt. Die Elemente sind dabei so dargestellt, wie sie gegebenenfalls von der Seite eines Betrachters des An­ zeigeschirms der Kathodenstrahlröhre wahrnehmbar sind. In der Anordnung auf der Oberfläche der Schattenmaske 48 sind die Elemente dann von links nach rechts spiegelbildlich. Elementkonfigurationen sowohl mit vertikal ausgerichteten als auch geneigten Schenkeln erweisen sich als zuverläs­ sigst mit geringstfügig mehrdeutigen Rückkoppelsignalen. Im Rahmen der Erfindung können jedoch auch andere Element­ konfigurationen zur Erzeugung der notwendigen Horizontal- und Vertikal-Positionsinformation verwendet werden. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß ein Sensorelement in Form eines sich vollständig über die Schattenmaske oder den Anzeigeschirm erstreckenden einzigen Bandes nach Art einer Strahlanzeigeröhre eignet sich jedoch lediglich zur Erzeugung einer Strahllageinformation in einer Dimen­ sion.

Eine Ausführungsform einer Sensorelement-Konfigura­ tion, welche sich als speziell vorteilhaft erwiesen hat, ist in Fig. 6 dargestellt. Diese Ausführungsform bildet die Basis für die folgenden Ausführungen. Gemäß dieser Figur besitzt das Element zwei unterbrochene Schenkel 80 und 82 eines rechtwinkligen Dreiecks, von denen der erste bzw. vordere Schenkel 80 vertikal und der zweite oder hintere Schenkel 82 unter einem Winkel von 30° gegen die Horizontale (bzw. 60° gegen den Schenkel 80) orien­ tiert ist. Die Begriffe "vorne" und "hinten" sind in be­ zug auf die Richtung des Strahls definiert, welcher in der Figur als von links nach rechts laufend angenommen ist (es ist wiederum darauf hinzuweisen, daß das Element in Fig. 6 so dargestellt ist, wie es von der Seite des Anzeigeschirms erscheinen würde, von der es durch eine Bedienungsperson beobachtet würde. Von der Strahlerzeugerseite der Schattenmaske würde das Element umgekehrt erscheinen und die Strahlbewegung von rechts nach links laufen). Die Betriffe "horizontal" und "vertikal" haben ihre gebräuch­ liche Bedeutung in bezug auf die Elektronenstrahlablen­ kung in einer Anzeige-Kathodenstrahlröhre.

Typische Abmessungen für das Element nach Fig. 6 sind ei­ ne Höhe 86 von etwa 0,762 bis etwa 2,54 cm, eine Gesamt­ länge 88 von etwa 1,524 bis etwa 4,445 cm, eine Schenkel­ breite 90 in Horizontalrichtung von etwa 0,0254 bis 0,254 cm und ein Schenkelabstand 92 etwa gleich der horizonta­ len Schenkelbreite. Andere Abmessungen können in Abhängig­ keit anderer Charakteristiken des Systems ebenfalls zweck­ mäßig sein, wobei die wesentlichen Kriterien darin beste­ hen, daß das Element durch einen abtastenden Elektronen­ strahl genau lokalisierbar ist und daß die durch eine derartige Abtastung erzeugten Signale sowohl erkennbar als auch definiert sind. Darüber hinaus soll die Höhe 86 ausreichen, damit die abtastenden Strahlen in Vertikal­ richtung um die Strecken justiert werden können, die für die Konvergenz ohne Verlassen des Schenkels notwendig sind, wobei der Schenkelabstand 92 so bemessen sein soll, daß die Erzeugung zweier definierter Signale ohne Rücksicht auf die vertikale Ebene, in der das Element abgetastet wird, sichergestellt ist. Die konstante bzw. gleiche Horizontal­ breite der beiden Schenkel 80 und 82 ist so gewählt, daß die beiden Signale von gleichartiger Amplitude und Dauer sind. Der in Betracht gezogene Winkel 84 von 30° ist so gewählt, daß der Schenkel 82 zu den Perforationen der Schattenmaske 48 ausgerichtet ist. Dieses letztgenannte Charakteristikum ist jedoch nicht kritisch, da die Zusam­ menhänge zwischen den Perforationsdurchmessern, den Strahl­ durchmessern und der Gesamtgröße des Elements dazu tendie­ ren, durch Fehlausrichtung der Komponenten des Elements im Öffnungsraster hervorgerufene Ungleichförmigkeiten minimal zu halten. Die gleiche Konfiguration des Elements kann auch für eine Schattenmaskenröhre mit auf einer Linie ausgerich­ teten Kanonen und für Schwarz-Weiß-Röhren verwendet werden.

Fig. 7 zeigt die den Strahlerzeugern zugekehrte Oberfläche der Schatten­ maske 48. Gemäß dieser Darstellung und der Schnittdar­ stellung nach Fig. 5 sind die Sensorelemente 70 (in Form von kleinen Kreuzen in Fig. 7) auf der Schattenmas­ kenoberfläche in der Weise angeordnet, daß ein Raster der­ artiger Elemente mit regelmäßigen Abständen entsteht. In Abhängigkeit von der Wahl des Designers können die Elemen­ te vollständig in einem vordefinierten Qualitätsbereich angeordnet sein, der durch ein geschlossenes gestrichelt dargestelltes Rechteck 94 angegeben ist. Andererseits können die Elemente auch teilweise außerhalb eines sol­ chen Bereichs angeordnet sein. Da jedes Element den Mit­ telpunkt eines Unterbereichs des Anzeigeraums definiert, in dem die drei Strahlen der Kathodenstrahlröhre genau zur Konvergenz gebracht und ausgerichtet werden können, ist die Anzahl und die Lage der Elemente zum größten Teil eine Frage der Korrekturauflösung. Das in Fig. 7 darge­ stellte Muster ermöglicht die Durchführung einer Konver­ genz und einer Geometriekorrektur an 17 Stellen, und zwar im Zentrum, an der Oberseite und der Unterseite, links und rechts, in den vier Ecken und an entsprechenden da­ zwischenliegenden Punkten. Für Systeme mit totaler digi­ taler Konvergenz sind größere Raster (beispielsweise 30 bis 256 Elemente) in Form von gleich beabstandeten, je­ doch proportional kleineren Elementen zweckmäßiger. Wie im folgenden noch genauer erläutert wird, kann jedes Ele­ ment 50 einzeln durch einen abtastenden Elektronenstrahl abgefragt werden, wobei die Konvergenz- und Korrekturope­ rationen auf einer Punkt für Punkt-Basis oder gleichzei­ tig auf dem gesamten Anzeigebereich durchgeführt werden können.

Ein Ausführungsbeispiel einer Positionsdetektorschaltung zur Verwendung im System nach Fig. 4 ist in Fig. 8 darge­ stellt. Die Rückkoppelelemente 50 werden als aus phos­ phoreszierendem Material hergestellt angenommen, wie dies schon oben ausgeführt wurde, so daß die Schnittstelle 58 daher symbolisch als Photovervielfacherröhre dargestellt ist. Die Schaltung nach Fig. 8 enthält ein Flip-Flop 110, das als Funktion einer vorgegebenen Folge von geschalte­ ten Eingangssignalen zwischen alternierenden Ausgangs­ schaltzuständen umschaltet. Weiterhin enthält die Schal­ tung einen Sägezahngenerator 112 zur Überführung eines Ausgangsschaltzustands des Flip-Flops 110 in eine analoge Größe sowie einen Analog-Digital-Wandler 114 zur Erzeu­ gung einer digitalen Darstellung der analogen Größe. Der Sägezahngenerator 112 enthält einen Verstärker 116 und zwei Transistorschalter Q 1 und Q 2 zur Steuerung der La­ dung eines Kondensators C. Der Wandler 114 enthält einen digitalen Oszillator 118 sowie einen Zähler 120 zur Reali­ sierung einer digitalen Zählung sowie einen Digital-Ana­ log-Wandler 122 und eine Vergleichsstufe 124 zur Abschal­ tung des Zählers 120 sowie zur Rücksetzung des Sägezahn­ generators 112, wenn die Zählung im Zähler der Ladung des Kodensators äquivalent ist. In der Schaltung nach Fig. 8 ist weiterhinein Verstärker 126 zur Steuerung der Ampli­ tude des Photovervielfachersignals vorgesehen. Die Schal­ tung dient zur Erzeugung von digitalen Zeittaktsignalen, welche die Horizontal- und die Vertikalposition eines vor­ gegebenen Rasterliniensegments bzw. einer Abtastlinie re­ lativ zu einem ausgewählten Sensorelement repräsen­ tieren (der Begriff "Rasterliniensegment" ist im Rahmen der Erfindung nicht auf den Fall einer Rasterabtastung beschränkt. Vielmehr umfaßt dieser Begriff auch den Fall eines gerichteten Strahls, beispielsweise beim Schreiben von Zeichen).

Die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 8 wird zweckmä­ ßigerweise anhand des Signaldiagramms nach Fig. 9 erläu­ tert. Um die Position einer gegebenen Rasterlinie, bei­ spielsweise einer durch das Zentrum des Anzeigebereichs laufenden Rotlinie in bezug auf ein ausgewähltes Rück­ koppelelement, beispielsweise ein am linken mittleren Rand des Anzeigebereichs angeordnetes Element zu bestim­ men, ist es lediglich notwendig, eine Abtastlinie ausrei­ chender Länge und ausreichender räumlicher Verschiebung zu erzeugen, so daß sie beide Schenkel des ausgewählten Elements schneidet. Der erste Schnitt erzeugt der Hori­ zontalposition der Linie entsprechende Signale, während der zweite Schnitt der Vertikalposition entsprechende Si­ gnale erzeugt. Durch Wiederholung des Vorgangs für jede der drei Farbkomponenten der gleichen Abtastlinie können die zur Erzeugung der Konvergenz oder eines anderen räum­ lichen Zusammenhangs notwendigen Justierungen in einfacher Weise festgelegt werden. Ist die räumliche Anordnung des Sensorelements relativ zum Anzeigebereich bekannt, so können auch die zur Durchführung der geometrischen Korrek­ turen notwendigen Justierungen in einfacher Weise festge­ legt werden.

In Fig. 9 sind die Z-Achsen-Signalen (Z), die durch die Schaltung nach Fig. 8 aufgenommenen Rückkoppelsignale (Photovervielfachersignale) sowie die Schaltzustände und die als deren Funktion erzeugte Kondensatorladung (C) dar­ gestellt. Es ist darauf hinzuweisen, daß zwei Sätze von Schaltzustandssignalen und C-Signalen vorhanden sind, wo­ bei ein Satz für einen ersten Schnitt mit dem Sensor­ element und ein Satz für einen zweiten Schnitt mit dem Sensorelement gilt. In Fig. 9 ist weiterhin die durch das Z-Achsen-Signal erzeugte Abtastlinie (LINIE) dargestellt. Über dem Abtastliniensignal ist ein Rück­ koppelelement gemäß Fig. 6 dargestellt, um symbolisch die Position der erzeugten Linie relativ zu den beiden Schenkeln 80 und 82 des Elements darzustellen. Die hori­ zontale Koordinate der Linien-Kurve wird daher sowohl zeitlich als auch streckemäßig gemessen.

In einem Zeitpunkt t₀ vor der Erzeugung der ausgewählten Abtastlinie werden durch den Prozessor 68 geeignete Steu­ ersignale erzeugt, um das Flip-Flop 110 in einen Schaltzu­ stand mit auf hohem Pegel liegendem Signal zu schalten und den Zähler 120 auf einen vorgegebenen Anfangswert, beispielsweise Null, zu setzen. Unter diesen Bedingungen ist der Eingang des Verstärkers 116 geerdet, so daß der Kon­ densator C entladen wird. Sodann wird eine Horizontalab­ lenkung ausgelöst, so daß die drei Strahlen in der Katho­ denstrahlröhre ihre Bewegung von links nach rechts über den Anzeigebereich beginnen. In einem vorgegebenen Zeit­ punkt t₁ vor Erreichen des ausgewählten Sensorelements 50 wird das Z-Achsen-Signal für einen der Elektronenstrah­ len, beispielsweise den Rot-Strahl, auf einer konstanten Amplitude gehalten, um eine Spur gleichförmiger Intensi­ tät zu erzeugen. Gleichzeitig werden die in die Grün- und die Blau-Elektronenstrahlerzeuger eingespeisten Z-Achsen-Signale auf Null gestellt. Der Prozessor 68 liefert weiterhin ein geeignetes Steuersignal, um das Flip-Flop 110 in ei­ nen Schaltzustand mit auf tiefem Pegel liegenden Signal einzustellen, wie dies durch die obere Schaltzustand-Kur­ ve angegeben ist. Bei einem auf tiefem Pegel liegenden Signal des Flip-Flops 110 wird der Transistor Q 1 gesperrt, so daß sich der Kondensator C aufzuladen beginnt. Dies ist durch die obere C-Kurve nach Fig. 9 angegeben. In einem Zeitpunkt t₂ erreicht der Rot-Strahl den vorderen Schen­ kel 80 des Elements 50, so daß das Material des Elements zu phosphoreszieren beginnt und eine erste Rückkoppelan­ zeige erzeugt. Diese Anzeige wird durch die Photoverviel­ facherröhre 62 erfaßt, um einen ersten Photovervielfacher­ impuls 140 zu erzeugen. Aufgrund dieses Photovervielfacher­ impulses 140 schaltet das Flip-Flop 110 in seinen Schalt­ zustand mit auf hohem Pegel liegendem Signal zurück, so daß die Erdverbindung des Eingangs des Verstärkers 116 erneut gebildet und der Ladezyklus des Kondensators C beendet wird. Es wird sodann ein geeignetes Steuersignal gelie­ fert, um zu vermeiden, daß das Flip-Flop auf einen nächsten Photovervielfacherimpuls 142 reagiert, was im folgenden noch genauer erläutert wird. In diesem Zeitpunkt ist die Ladung auf dem Kondensator C eine analoge Darstellung so­ wohl des Horizontalabstands und der abgelaufenen Zeit zwi­ schen dem Beginn eines Liniensegments 144 konstanter In­ tensität und dessen Durchlauf durch den vorderen Schenkel 80 des Elements 50.

Es ist zu bemerken, daß der die Abtastlinie 144 definieren­ de Teil des Z-Achsen-Signals eine Amplitude besitzen muß, die gerade ausreicht, um ein brauchbares Rückkoppelsignal zu erzeugen. Eine solche Amplitude kann kleiner als die­ jenige Amplitude sein, welche erforderlich ist, um eine für eine Bedienungsperson des Systems sichtbare Spur zu erzeugen.

Vor der nächsten Operation der Schaltung nach Fig. 8 wird ein geeignetes Steuersignal erzeugt, um die Zählung durch den Zähler 120 beginnen zu lassen. Wenn die so erzeugte digitale Zählung, welche durch den Wandler 122 in ein Analogsignal überführt wird, einen der Größe der Ladung des Kondensators C äquivalenten Wert erreicht, so liefert die Vergleichsstufe 124 ein Signal, wodurch die Zählung gestoppt und der Kondensator entladen wird. Der so ge­ stoppte Zählwert im Zähler 120 ist eine digitale Darstel­ lung des Horizontalabstands und der vorgenannten Zeit. Diese digitale Darstellung lokalisiert die Abtastlinie 144 in bezug auf die durch den vorderen Schenkel 80 des Elements 50 repräsentierte Vertikalebene.

Um die Abtastlinie 144 relativ zu einer Horizontalrefe­ renz zu lokalisieren, läuft die Funktion der Schaltung nach Fig. 8 erneut an, wodurch die Horizontalabtastopera­ tion wiederholt wird. Dabei wird im Zeitpunkt t₁, in dem die Abtastlinie 144 konstanter Intensität beginnt, kein Signal zum Flip-Flop 110 geliefert, so daß dieses Flip- Flop in seinem Schaltzustand mit auf hohem Pegel liegen­ dem Signal verbleibt, wie dies durch die untere Schaltzu­ standskurve nach Fig. 9 angegeben ist. Wenn nun im Zeit­ punkt t₂ der abtastende Strahl durch den vorderen Schen­ kel 80 des Elements 50 läuft, so bewirkt der resultieren­ de Photovervielfacherimpuls 140 eine Umschaltung des Flip- Flops 110 in den Schaltzustand mit auf tiefem Pegel liegen­ dem Signal, so daß eine neue Aufladung des Kondensators C beginnt. Dies ist durch die untere C-Kurve in Fig. 9 ange­ geben. Im Zeitpunkt t₃, wenn der Strahl den hinteren Schen­ kel 82 des Elements 50 durchläuft, so bewirkt der resul­ tierende zweite Photovervielfacherimpulse 142, daß das Flip-Flop 110 in seinen Schaltzustand mit auf hohem Pegel liegendem Signal zurückkehrt, wodurch der Aufladevorgang beendet wird. Das im Zähler 120 durch die neue Operation erzeugte und durch den Wandler 114 umgewandelte Signal ist nun eine Darstellung des Horizontalabstands und der abgelaufenen Zeit zwischen den Durchläufen der Abtastli­ nie 144 durch die beiden Schenkel 80 und 82. Da der hin­ tere Schenkel 82 geneigt ist, ist das Signal auch eine Darstellung der Vertikalposition des Linienelements 144 relativ zum Element 50. Wenn die genaue räumliche Lage des Elements 50 bekannt ist, so kann diese Vertikalinfor­ mation zur Durchführung einer geometrischen Korrektur aus­ genutzt werden, was beispielsweise dadurch erfolgen kann, daß die Abtastlinie 144 in einer Richtung bewegt wird, wo­ durch die Differenz zwischen der erfaßten abgelaufenen Zeit und der die bekannte räumliche Lage des Elements 50 repräsentierenden abgelaufenen Zeit unter eine vorgegebe­ ne Grenze reduziert wird. Es ist jedoch nicht notwendig, die räumliche Lage des Elements zu kennen, um eine Kon­ vergenz zu erreichen.

Für einen nichtverschachtelten Rasterabtastfall hat die Praxis gezeigt, daß die Positionsdetektorschaltung nach Fig. 8 und der Prozessor 68 ausreichend schnellgemacht werden können, um einen Digitalisierung und Speicherung der während, der ersten Horizontalabtastung eines ausge­ wählten Sensorelements 50 gewonnenen Information durchführen zu können, bevor die nächstfolgende Abtastung des gleichen Elements erfolgt. Es ist daher möglich, eine Horizontal- und Vertikal-Positionsinformation für eine vorgegebene Abtastlinie in einer geringeren Zeit zu gewin­ nen, als es zur Erzeugung zweier aufeinanderfolgender Rasterlinien erforderlich ist. Nachdem die Rot-Strahlin­ formation für ein vorgegebenes Liniensegment und ein vor­ gegebenes Rückkoppelelement gewonnen und gespeichert ist, wird der Vorgang zur Gewinnung der entsprechenden Infor­ mation für den Grün- und den Blau-Strahl wiederholt. Ist die Horizontalpositionsinformation für beide Abtastungen einer bestimmten Farbe die gleiche, so ist es gleichgül­ tig, welche der beiden vorbeschriebenen Operationen zu­ erst durchgeführt wird. Es ist lediglich notwendig, daß das zur Gewinnung der Vertikalinformation verwendete Li­ nienelement für jede der drei Farben das gleiche ist. Der spezielle Prozeß bzw. Algorithmus für die Berechnung der den Konvergenz-Signalformen hinzuzufügenden Korrekturfaktoren bleibt in gewisser Weise der Wahl eines erfahre­ nen Entwicklers überlassen. Bei diesen Wahlmöglichkeiten handelt es sich um eine rein iterative Lösung, bei der die Strahlen wiederholt in Einheitsschritten bewegt wer­ den, bis die Konvergenz erreicht ist, eine rein mathema­ tische Lösung, bei der die erforderliche Korrektur be­ rechnet wird und die Strahlen in einem Schritt bewegt werden, sowie um eine Misch- oder Zwischenlösung, bei der die Strahlen iterativ jedoch in auf dem Grad ihrer Fehlkonvergenz bezogenen Schritten bewegt werden. Für praktische Zwecke ist die Konvergenz erreicht, wenn die Differenzen zwischen den entsprechenden abgelaufenen Zeiten unter eine vorgegebene Grenze reduziert sind. Die zweckmäßigste Lösung für ein spezielles System hängt von mehreren Faktoren, beispielsweise der zur Durchführung der notwendigen Berechnungen zur Verfügung stehenden Zeit und der Geschwindigkeit und der Schwierigkeit der Berech­ nungsmöglichkeiten ab.

Der Korrekturprozeß kann au­ tomatisch gemäß einem vorgegebenen Schema oder durch einen von einer Bedienungsperson eingegebenen Befehl durchge­ führt werden. Bei automatischer Durchführung erscheinen die Liniensegmente 144 so schnell und so wenig oft, daß sie durch eine Bedienungsperson des Systems praktisch nicht wahrnehmbar sind. Unter der Annahme eines Bildra­ sters mit 60 Hz erfolgt der Test für jedes Liniensegment in einer Zeit von weniger als 1/60 Sekunde, wonach die Korrekturintervalle nach einem anfänglichen Warmlaufen in Stunden gemessen werden. Es existieren jedoch Anwen­ dungsfälle, beispielsweise beim Photographieren einer Anzeige, bei denen jede Unterbrechung unzulässig ist, und ein manuelles Abschalten oder Auslösen des Korrektur­ prozesses wünschenswert sein kann. Eine zur Durchführung einer derartigen manuellen Regelung notwendige Schaltung ist an sich bekannter Art.

Bei den vorstehenden Ausführungen wurde von Sensor­ elementen 50 aus auf der dem Strahlerzeuger zugekehrten Oberfläche der Schattenmaske 48 aufgebrachtem Leuchtstoffmaterial mit schneller Abfallzeit ausgegangen. Das Leuchtstoffmaterial besitzt eine schnelle Abfallzeit und eignet sich daher zur Realisierung einer genauen An­ zeige eines sie überlaufenden Strahls. Die Auswahl des Leuchtstoffs und der Schnittstelle 58 sollte zusammen erfol­ gen, da die Schnittstelle, welche im oben angegebenen Sinne beispielsweise eine Photovervielfacherröhre sein kann, an die Wellenlänge der Leuchtstoff-Strahlung angepaßt werden muß. Bei einer Photovervielfacherröhre oder einem anderen optischen Sensor muß natürlich in der Seitenwand des Kathodenstrahlröhren-Kolbens ein transparentes Fen­ ster bzw. eine Sichtöffnung vorgesehen werden. Weiterhin muß dafür Sorge getragen werden, daß die durch den Sensor aufgenommene Bestrahlung nicht durch ein Licht beeinflußt wird, das nicht durch den Elektronenstrahl erzeugt wird. Derartige Gesichtspunkte sind in der Kathodenstrahlröhren- Technologie an sich bekannt.

Die Sensorelemente 50 können auch durch ein Material gebildet werden, das bei Beschuß durch einen Elektronen­ strahl Sekundärelektronen zu emittieren vermag. In diesem Falle wird die Schnittstelle 58 durch mindestens einen Kol­ lektor für Sekundärelektronen gebildet, der innerhalb des Röhrenkolbens angeordnet und durch einen geeigneten Lei­ ter von außen zugänglich ist. Ein geeigneter Emitter für Sekundärelektronen ist Magnesiumoxid (MgO). Die Ausgestal­ tung und die Anordnung von Sekundärelektronenkollektoren ist an sich bekannter Art und beispielsweise auf dem Ge­ biet der Entwicklung und Herstellung von Prüfröhren mit Zeichenanzeige geläufig.

Die Größe und die Anordnung der Sensorelemente 50 auf der Oberfläche der Schattenmaske 48 ist abgesehen von bestimmten Beschränkungen lediglich eine Frage der Auslegung. Wie bereits ausgeführt, besteht der primäre Gesichtspunkt darin, daß die durch die Abtastung der Ele­ mente erzeugten Signale klar und definiert sind. Die Ele­ mente müssen daher groß genug sein, um ein brauchbares Si­ gnal in einem begrenzten Bereich der Strahljustierung zu erzeugen, wobei sie andererseits jedoch klein genug sind, um eine geeignete Trennung voneinander zu gewährleisten. Sind die Elemente zu nah zueinander angeordnet, so müssen im Prozessor 68 ausreichende Möglichkeiten zur Verfügung stehen, um zwischen den durch die verschiedenen Komponenten eines einzigen Elements erzeugten Signalen und den durch eine Komponente eines ersten Elements und einer weiteren Komponente eines nächst benachbarten Elements erzeugten Signalen unterscheiden zu können. Ein derartiger Satz von Signalen kann auftreten, wenn die Strahlen am Beginn eines Konvergenz- oder eines andersartigen Korrekturpro­ zesses grob fehlorientiert sind. Da der Betrag der Strahl­ justierung, der gewöhnlich zur Realisierung einer Konver­ genz notwendig ist, für einen Anzeigebereich von etwa 25,4 × 19,05 cm in der Größenordnung von +0,3175 cm liegt, reicht ein Sensorelement von etwa 1,27 × 1 cm sowohl für eine Konvergenz- als auch eine Geometriekorrektur aus. Der Elementenabstand hängt natürlich von der Elementengrö­ ße und der Elementenanzahl sowie von der Größe des Anzei­ gebereichs selbst ab.

Die Rückkoppelsignale können auch durch Röntgenstrahlung gebildet werden, welche durch einen auf ein Material auf Eisenbasis der Schattenmaske auftretenden Elektronenstrahl erzeugt wird. Wird die Schattenmaske durch ein Material mit relativ hoher Kernordnungszahl (hohes Z) gebildet, so führt die Beschichtung der nicht rückkoppelnden Bereiche der Mas­ ke mit einem Material kleiner Kernordnungszahl (kleines Z), wie beispielsweise Kupfer, zu einer Anordnung von Sensorelementen 50, welche als Funktion eines auftreffen­ den Elektronenstrahls Röntgenstrahlung emittieren. Im Bedarfsfall kann die Schattenmaske mit einer ersten Schicht aus einem Material noch höherer Kernordnungszahl, wie beispielsweise Wolfram, beschichtet werden, um die Röntgenstrahlungsemission weiter zu verbessern. Ein hin­ sichtlich des Röntgenstrahlungsspektrums des speziellen Materials optimal ausgelegter Halbleiterdetektor kann zur Erfassung der Rückkoppelsignale in der Röhre ange­ ordnet werden.

Als vierte Alternative können die Sensorelemente als Öffnung in einer leitenden/isolierenden Beschichtung ge­ bildet werden, welche auf der dem Strahlerzeuger zugekehrten Oberfläche der Schattenmaske 48 aufgebracht ist. Ein Verfahren zur Herstellung derartiger Elemente ist das folgende:

• 1. Beschichtung der Oberfläche der Schattenmaske mit ei­ nem geeigneten isolierenden Material.
• 2. Beschichtung des isolierenden Materials mit einem ge­ eigneten metallischen oder anderen leitenden Material zur Bildung einer Leiter/Isolator/Leiter-Schichtstruk­ tur mit dem isolierenden Material und der Schatten­ maske 48.
• 3. Verwendung einer bekannten Photoätztechnologie zur Entfernung sowohl des isolierenden als auch des leiten­ den Materials an den Stellen und in einer derartigen Form, daß die gewünschten Sensorelemente 50 gebil­ det werden.

Die so hergestellten Sensorelemente 50 bilden speziell ausgestaltete Öffnungen in den aufgebrachten Schichten aus leitendem und isolierendem Material, jedoch nicht in der Schattenmaske selbst (die ursprünglichen weit kleineren Öffnungen, welche die Perforationen der Schattenmaske bil­ den, bleiben natürlich sorgfältig erhalten).

Über eine äußere elektrische Verbindung (eine vierte Aus­ führungsform der Schnittstelle 58) sowohl zur Schattenmas­ ke 48 und zur leitenden Schicht ist es möglich, sowohl positive als auch negative Anzeigen eines Elektronen­ strahls zu gewinnen. Befindet sich der Elektronenstrahl in einem durch eine Elementöffnung definierten Bereich, so wird in der Schattenmaske ein Strahlstrom induziert. Befindet sich der Strahl anderswo im Anzeigebereich, so wird in der darüberliegenden leitenden Schicht ein Strahl­ strom induziert. Die erste Bedingung kann als positive An­ zeige und die zweite Bedingung als negative Anzeige betrach­ tet werden. In der Schattenmaske 48 wird natürlich auch ein gewisser Strom induziert, wenn der Strahl über die kleine­ ren punktförmigen Perforationen verläuft, welche sich durch die gesamte Schichtstruktur erstrecken. Dieser Strom ist jedoch in einfacher Weise von den Rückkoppelströmen zu unterscheiden. Die Verarbeitung der Rückkoppelströme zur Erzeugung der gewünschten Korrektursignale erfolgt gemäß der bereits oben beschriebenen Prozedur.

Wie oben anhand von Fig. 5 ausgeführt wurde, kann das Sensorelement eine Anzahl von unterschiedlichen For­ men annehmen. Aus bereits genannten Gründen ist die Kon­ figuration der Elemente gemäß Fig. 6 bevorzugt, wenn der Konvergenz­ prozeß unter Anwendung einzelner Linienelemente durchgeführt wird. In bestimmten Fällen kann es jedoch vorteilhaft sein, eine kleinere einfachere Elementenkonfiguration, wie beispielsweise ei­ nen einzigen Punkt, zu verwenden und den Konvergenzprozeß unter Ausnutzung eines Rasters von Linienelementen durch­ zuführen. Ein derartiger Prozeß ist in Fig. 11 dargestellt. Im linken Teil dieser Figur ist ein Raster von acht Rot- Liniensegmenten 144 R dargestellt, welche über einem Rück­ koppelpunkt 50′ liegen. Aus Zweckmäßigkeitsgründen sind die geraden Liniensegmente 0 bis 8 auf der linken Sei­ te des Rasters angegeben. Bei Erzeugung des Rasters wer­ den geeignete Zähler oder andere Komponenten aktiviert, um die Linienziffer und die Zeit t₁ aufzuzeichnen, bei denen ein erstes Rückkoppelsignal erfaßt wird. Der Prozeß wird sodann gemäß dem rechten Teil von Fig. 12 mit einem Raster von acht Grün-Liniensegmenten 144 G wiederholt, um eine neue Linienziffer und eine neue Zeit t₂ zu gewinnen. Der Betrag der notwendigen Korrektur zur Bewegung der Ra­ ster in eine Konvergenzlage kann sodann im bereits früher beschriebenen Sinne festgelegt werden.

Die vorstehenden Ausführungen beziehen sich primär auf eine Kathodenstrahlröhre mit Delta-Elektronenstrahlerzeugern. Wie bereits oben ausgeführt, ist die Erfindung jedoch nicht auf einen derartigen Röhrentyp begrenzt, da sie auch auf andere Anordnungen sowie auf Kathodenstrahlröhren mit mehr oder weniger als drei Elektronenstrahlerzeugern anwendbar ist. Fig. 12 zeigt drei horizontal zueinander ausgerichtete Strahlen einer Kathodenstrahlröhre mit in einer Linie aus­ gerichteten Strahlerzeugern zusammen mit einer Anzeige der vier Freiheitsgrade der Strahljustierung, welche gewöhnlich zur Realisierung der Konvergenz zur Verfügung stehen. Ebenso wie bei den vorhergehenden Darstellungen ist jeder Strahl durch einen die Buchstaben R, G bzw. B enthaltenden Kreis dargestellt, um die durch den jeweiligen Strahl erzeugte spezielle Farbe Rot, Grün bzw. Blau anzugeben. Es sei er­ wähnt, daß der mittlere Strahl fest ist, d. h. lediglich durch Ablenkung bewegbar ist, während die beiden äußeren Strahlen in zwei Dimensionen bewegbar sind. Der durch das erfindungsgemäße System durchgeführte Prozeß zur Realisie­ rung und Aufrechterhaltung einer derartigen Konvergenz entspricht dem anhand von Fig. 10 erläuterten Prozeß. An­ stelle der Realisierung der Konvergenz des Rot- und des Grün-Strahls und der nachfolgenden Bewegung des Blau- Strahls in eine Koinzidenz werden dabei jedoch die bei­ den äußeren Strahlen gegen das Zentrum bewegt. Die Signal­ erfassungs- und Zeittaktbewertungsprozesse bleiben prak­ tisch die gleichen.

Die oben primär anhand der automatischen Strahlkonvergenz beschriebenen grundsätzlichen Prinzipien sind ebenfalls auf die automatische Korrektur bekannter Typen geometri­ scher Verzerrungen anwendbar. Zur Durchführung einer der­ artigen Korrektur ist es lediglich notwendig, die ge­ wünschte Position jeder zur Konvergenz gebrachten Abtast­ linie relativ zur bekannten räumlichen Lage des entspre­ chenden Rückkoppelelements zu erkennen. Diese räumliche Lage kann durch körperliche Messung während des Herstel­ lungsprozesses oder über das Korrektursystem selbst fest­ gelegt werden. Sind das Anzeigeraster einmal zur Korrek­ tur gebracht und die geometrischen Verhältnisse justiert, so kann in einfacher Weise die erfaßte Position (ausge­ drückt durch die Zeiten t₁, t₂ und t₃) einer gegebenen Abtastlinie relativ zu ihrem Abtastelement gespeichert und diese Position sodann über eine folgende automati­ sche Justierung aufrechterhalten werden.

Ersichtlich ist das grundlegende Konzept eines Sensorelements in einer Kathodenstrahlröhre auch nicht auf Schattenmasken-Farb-Kathodenstrahlröhren, sondern auch auf andere Schwarz-Weiß- oder Farb-Kathodenstrahlröhren mit einem einzigen Elektronenstrahlerzeuger oder einem Mehrfach- Elektronenstrahlerzeuger anwendbar. Die wesentlichen Merkmale hinsichtlich der Strahlkonvergenz in einer Schattenmas­ ken-Kathodenstrahlröhre gelten ebenso für eine gesteuer­ te Strahl-Fehlkonvergenz in einer mehrstrahligen mono­ chromatischen Kathodenstrahlröhre mit einem einzigen Ab­ lenksystem. Es sind beispielsweise monochromatische An­ zeigesysteme bekannt, in denen zwei oder mehr Elektronen­ strahlen parallel auf einem Anzeigemedium abgelenkt wer­ den, um ein Bildraster mit einer erhöhten Anzahl von Ab­ tastlinien oder einer verminderten Bildfrequenz zu er­ zeugen. In derartigen Systemen ist nicht die genaue Kon­ vergenz, sondern eine genaue Strahl-Fehlkonvergenz we­ sentlich. Die geometrische Korrektur ist natürlich unab­ hängig von der Verwendung einer Schattenmaske sowohl in Farb-Kathodenstrahlröhren als auch in monochromatischen Kathodenstrahlröhren wichtig.

Für Kathodenstrahlröhren ohne Schattenmasken sind die Sensorelemente zweckmäßigerweise am Umfang des Bild­ bereichs angeordnet, was dadurch erfolgen kann, daß sie entweder auf einem umgebenden Halterungsrahmen in der Röh­ re oder auf dem Anzeigeschirm selbst ausgebildet sind. Solange das Sensorelement außerhalb des wirksamen Bildbereichs angeordnet ist, ist der Effekt auf das an­ gezeigte Bild minimal, wobei das Element in der oben be­ schriebenen Weise ausgebildet sein kann. Ist das Bild im wirksamen Bildbereich angeordnet, so muß jedoch speziell darauf geachtet werden, dessen Sichtbarkeit für eine Be­ dienungsperson so klein wie möglich zu halten und sein sichtbares Ausgangssignal von der Systemanzeige zu tren­ nen. Die bevorzugte Elementkonfiguration besteht daher in einem kleinen Fleck bzw. Punkt, wie dies anhand von Fig. 11 beschrieben wurde. Das fleckförmige Element kann aufgrund seiner geringen Größe und seiner punktförmigen Ausbildung an vorgegebenen Stellen auf dem Anzeigeschirm angeordnet werden, ohne daß das Bild nachteilig beein­ flußt wird. Eine Abfrage des fleckförmigen Elements auf einem Anzeigeschirm erfolgt in der anhand von Fig. 11 be­ reits beschriebenen Weise, wobei eine Strahldichte Ver­ wendung findet, die gerade zur Erzeugung eines brauchba­ ren Rückkoppelsignals ausreicht. Eine derartige Strahl­ dichte mit geringem Pegel trifft auch auf dem Anzeige- Leuchtstoff auf, wobei der Pegel jedoch ausreichend klein ist, so daß er praktisch unmerklich ist.

Claims (17)

1. Kathodenstrahlröhre mit einem Anzeigeschirm (44) mit einer Schicht aus phosphoreszierendem Material, einem Elektronenstrahlerzeuger (46), einer zwischen dem Elektronenstrahlerzeuger (46) und dem Anzeigeschirm (44) vorgesehenen Schattenmaske (48) und mit einem Sensor­ element (50) an einer vorgegebenen Stelle auf der Ober­ fläche der Schattenmaske, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (50) aus einem Material hergestellt ist und eine solche Form besitzt, daß es beim Auftreffen des abtastenden Elektronenstrahls (47 a bis 47 c) eine er­ faßbare Information über die Elektronenstrahl-Lage in zwei Dimensionen liefert.

2. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Sensorelement (50) aus phosphores­ zierendem Material hergestellt ist.

3. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Sensorelement (50) aus einem Ma­ terial hergestellt ist, das Strahlung in wenigstens einem Teil des sichtbaren und ultravioletten Spektrums emittiert.

4. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Sensorelement (50) als Emitter für Sekundärelektronen ausgebildet ist.

5. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (50) aus leitendem Material her­ gestellt ist, das von der Oberfläche der Schattenmaske (48) elektrisch isoliert ist.

6. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Sensorelement (50) aus einem Material mit hoher Kernladungszahl gebildet ist, das durch ein Material mit kleiner Kernladungszahl umgeben ist.

7. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Sensorelement (50) aus einem Material hergestellt ist, das Röntgenstrahlen emittiert.

8. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche der Schat­ tenmaske (48) eine Beschichtung aus Isolationsmaterial aufgebracht ist, die eine Öffnung aufweist und daß das Sensorelement (50) den Be­ reich der Schattenmaske (48) in der Öffnung einnimmt.

9. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Sensorelementen (50), die an vorgegebenen Stellen auf der Oberfläche der Schattenmaske (48) angeordnet sind.

10. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichent, daß das Sensorlement (50) durch ein Paar von unter einem Winkel zueinander ange­ ordneten linearen Elementen (80, 82) gebildet ist.

11. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (80, 82) ge­ messen in Richtung der Elektronenstrahlabtastung gleiche Breite besitzen.

12. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Elemente (80) in einem rechten Winkel zur Richtung der Elektronenstrahl­ abtastung und das andere unter einem spitzen Winkel dazu angeordnet ist.

13. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorlement (50) durch zwei Schenkel (80, 82) eines rechtwinkligen Drei­ ecks gebildet ist.

14. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (80, 82) des rechtwinkligen Dreiecks unterbrochen sind.

15. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Schenkel (80) des Dreiecks vertikal und ein zweiter Schenkel (82) unter einem spitzen Winkel zum ersten Schenkel (80) angeordnet ist.

16. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die horizontalen Breiten der beiden Schenkel (80, 82) des Elementes (50) gleich sind.

17. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des spitzen Winkels 60° beträgt.