DE69023304T2

DE69023304T2 - Gitter für Kathodenstrahlröhre.

Info

Publication number: DE69023304T2
Application number: DE69023304T
Authority: DE
Inventors: Dennis D Askew; Donald C Bomberger; Conrad J Odenthal
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 1989-08-31
Filing date: 1990-07-30
Publication date: 1996-03-28
Anticipated expiration: 2010-07-31
Also published as: US5028838A; EP0415562B1; JPH07101597B2; EP0415562A2; EP0415562A3; JPH03171532A; DE69023304D1

Description

GITTERANORDNUNGEN ZUR VERWENDUNG IN KATHODENSTRAHLRÖHREN

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Verfahren und Vorrichtungen zur Bereitstellung von Bildschirmanzeigen (display images) für Kathodenstrahlröhren (CRT) mit verbesserten Intensitäten und Auflösungen durch Reduzierung der Ablenkung bzw. Beugung und Verzerrung des Elektronenstrahls in der Elektronenstrahl-Erzeuger-Vorrichtung (Elektronenkanone) der CRT.
Fig. 1 beschreibt schematisch eine bekannte, magnetisch gesteuerte (abgelenkte) Kathodenstrahlröhre (CRT). Die CRT umfaßt im allgemeinen einen trichterförmigen Teil 21, der am phosphoreszierenden Schirm 25 endet und ein zylinderförmiges Halsteil 11 mit eingebauter Elektronenstrahl-Erzeuger- Vorrichtung 10. Die Elektronenstrahl-Erzeuger-Vorrichtung 10 erzeugt und fokussiert (bündelt) einen Elektronenstrahl, um ein leuchtendes Bild auf dem phosphoreszierenden Schirm zu erzeugen. Kathode 12 emittiert einen Strom von Elektronen, die den Elektronenstrahl 15 bilden, der nacheinander durch die Öffnungen im ersten Gitter 14 und zweiten Gitter 16 tritt. Anschließend tritt der Elektronenstrahl durch eine Öffnung an einem Ende des Anodenzylinders 18 und passiert typischerweise eine Reihe von Strahlen-fokussierenden und/oder -korrigierenden Elementen 20. Es kann zum Beispiel eine Reihe von Plattenelektroden (wafer electrodes) bereitgestellt werden, um den Astigmatismus zu korrigieren, der durch die Ungleichförmigkeiten (Inhomogenitäten) im elektromagnetischen Ablenkungsfeld erzeugt wird, wie dies in der US-PS 4,672,276 beschrieben ist. Elektronenstrahl 15 durchtritt anschließend die Fokussierungselektrode 22 und das magnetische Ablenkungsjoch 24 und trifft schließlich auf den phosphoreszierenden Schirm und bringt diesen zum Leuchten. Ein wichtiges Ziel bei vielen CRT-Anwendungen ist es, einen Elektronenstrahl zu erzeugen, der einen hochintensiven, scharf fokussierten (gebündelten) leuchtenden Bildpunkt an jeder Stelle des CRT- Bildschirms erzeugt bzw. bereitstellt. Um dieses Ziel zu erreichen, muß der Elektronenstrahl die Elektronenstrahl-Erzeuger-Vorrichtung und den konzentrierenden Teil (funneling portion) der CRT ohne Abweichung vom gewünschten Strahlengang durchlaufen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Elektronenstrahl-Erzeuger- Abschnitt der CRT-Vorrichtung. An die ersten und zweiten Gitter 14 und 16 wird eine Spannung angelegt. Veränderungen der, an der Kathode und dem ersten Gitter angelegten Spannung zueinander, verändern die Stärke der Elektronenemissionen und verändern die Intensität des Leuchtens auf dem phosphoreszierenden Schirm. Die am zweiten Gitter 16 angelegte Spannung bestimmt die Kathodenspannung, bei der Elektronen emittiert werden. Das genaue wiederholbare Beabstanden zwischen der Kathode, dem ersten Gitter und dem zweiten Gitter und das genaue Ausrichten der Öffnungen im ersten und zweiten Gitter sind kritische Faktoren. Geringe Abweichungen in der Ausrichtung des ersten und zweiten Gitters ergeben eine deutliche Verzerrung (distortion) des Elektronenstrahls aus seiner gewünschten Strahlengang-Achse. Es führt zum Beispiel eine Abweichung in der Ausrichtung der Öffnungen des ersten und zweiten Gitters von 0,0127 mm (0,0005 inch) zu einer 30% axialen Abweichung in der Ausrichtung des Strahls aus seiner gewünschten Strahlengang-Achse bei der limitierenden Öffnung und Fokussierungseinrichtung eines hochauflösenden Elektronenstrahl-Erzeugers (Elektronenkanone). Abweichungen in der Ausrichtung des Strahls und Verzerrungen dieses Typs ergeben typischerweise "Streifenbildung" ("bending"), die sich durch die Bildung von hellen bzw. leuchtenden Linien in Intervallen auf dem gerasterten Abschnitt auf dem CRT-Bildschirm äußert. Streifenbildung verringert die Klarheit und Auflösung auf einem CRT-Bildschirm (CRT-Display).
Fig. 2 beschreibt eine herkömmlich bekannte Erst-Gitter (G1)/Zweit-Gitter (G2)- Anordnung. Kathodenanordnung 30 umfaßt Kathodenisolierung (cathode sleeve) 31 mit einer an einem Ende angebrachten Kathoden-Kappe 32 und Kathode 33 an deren Anschlußende (terminal end), die die Emission des Elektronenstrahls bewirkt. Kathodenanordnung 30 ist in dem nicht-leitenden Kathoden-Stütz- bzw. -Halteelement (support member) 34 starr montiert und mit den erforderlichen Halterungen und elektrischen Anschlüssen versehen, wie dies im Stand der Technik bekannt ist. Erst-Gitter (G1)-Anordnung 35 umfaßt eine im allgemeinen flache Gitterschicht 36 mit zentraler Öffnung 37 und Gitter-Kappe 38, die sich im allgemeinen über einen rechten Winkel vom Umfang der flachen Gitterschicht 36 aus erstreckt. Vorzugsweise wird ein Beabstandungselement 39 verwendet, um die Kathodenanordnung bezüglich der Erst-Gitter-Anordnung in der axialen und radialen Richtung zu halten.
Das zweite Gitter (G2) 40 ist im allgemeinen flach und enthält die zentrale Öffnung 41 und ist mit Öffnung 37 ausgerichtet. Das zweite Gitter 40 ist parallel zum ersten Gitter (G1) angeordnet und von diesem beabstandet. Die Anodenanordnung, die eine zum zweiten Gitter (G2) parallele undbeabstandete Oberfläche und eine zentrale Öffnung aufweist, die mit den Öffnungen 37 und 41 ausgerichtet ist, ist nicht dargestellt. Wird der Elektronenstrahl 15 von der Kathode 33 emittiert und durchtritt dieser das Mehrfachgitter und die Anodenanordnungen während des Betriebs des Elektronenstrahl-Erzeugers und der CRT, ist es wichtig, daß die Öffnungen im Gitter und den Anodenanordnungen sauber ausgerichtet sind, um sicherzugehen, daß der Elektronenstrahl nicht aus seinem vorgegebenen, berechneten Gang abgelenkt wird.
In herkömmlichen, bekannten Elektronenstrahl-Erzeuger-Vorrichtungen sind die ersten und zweiten Gitter (G1 und G2) durch Haltestifte 42 relativ zueinander befestigt, die Haltestifte wiederum sind in den Glasstäben 44 befestigt, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Eine Mehrzahl von Glasstäben 44 (im allgemeinen vier) mit darin befestigten Haltestiften werden im allgemeinen radial um den Umfang der G1-Kappe herum angeordnet. Diese Anordnung dient zur gewünschten axialen Beabstandung der Gitter zueinander und um die Gitter radial zueinander auszurichten. Die Glasstäbe 44 werden typischerweise erhitzt und die an beiden Gittern befestigten Haltestifte 42 werden, während das Glas durch Erhitzen erweicht ist, eingebettet. Die G1/G2-Anordnung wird abgekühlt und die zentralen Öffnungen 37 und 41 werden nacheinander in beiden Gittern G1 und G2, typischerweise durch eine Elektronenentladungsmaschine (EDM; electron discharge machine) erzeugt, so daß die Gitteröffnungen exakt zueinander ausgerichtet sind. Die Kathodenanordnung wird anschließend in die Erst-Gitter (G1)-Anordnung eingebaut. Die Anodenanordnung wird in ähnlicher Weise auf eine Vielzahl von radial angeordneten Glasstab-Halterungen montiert, die sich typischerweise im wesentlichen über die Länge der Elektronenstrahl-Erzeuger- Vorrichtung erstrecken und einen strukturellen Halt für viele der Elektronenstrahl-Erzeuger-Komponenten bereitstellen.
Abweichungen in der Ausrichtung der Erst (G1)- und Zweit (G2)-Gitter-Öffnungen 37 und 41 ergeben sich im allgemeinen deshalb, weil die Gitter (G1/G2)- Anordnung, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, nicht ausreichend mechanisch stabil und starr ist. Während des Montierens der Haltestifte 42 in die Glasstäbe 44 werden die Glasstäbe durch Erhitzen in einer Flamme erweicht, um die Einbettung zu ermöglichen. Beim Abkühlen der Anordnung zeigen die metallischen Haltestifte und die Giasstäbe unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten. Die metallischen Haltestifte ziehen sich stärker zusammen als die umgebende Glasoberfläche. Die Haltestifte werden in den Glasstäben eher gehalten als gebunden. Die Gitter (G1/G2)-Anordnung zeigt daher keine gute mechanische Festigkeit und ein Verschieben der Erst- und Zweit-Gitter zueinander kann während und/oder nach der Erzeugung der Gitteröffnungen erfolgen. Ein Verschieben der Erst- und Zweit-Gitter relativ zueinander erfolgt häufig während des Montierens der Kathodenanordnung, die eine deutliche Abweichung in der Ausrichtung der Gitteröffnungen erzeugt.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Gitter (G1/G2)- Anordnung bereitzustellen, die durch mechanische Festigkeit und Starrheit gekennzeichnet ist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Gitter (G1/G2)- Anordnung bereitzustellen, in der die Gitteröffnungen während des Zusammenbaus und des Betriebs des Elektronenstrahl-Erzeugers und der CRT genau und präzise ausgerichtet bleiben.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Verfahren zur Reduzierung der Abweichung und Verzerrung des Elektronenstrahls in der Elektronenstrahl-Erzeuger-Vorrichtung der CRT bereitzustellen.
Die vorliegende Erfindung stellt eine integrierte Gitter (G1/G2)-Anordnung bereit, die eine deutlich verbesserte mechanische Festigkeit und Starrheit aufweist. Eine verbesserte mechanische Festigkeit und Starrheit der Gitter (G1/G2)- Anordnung hilft beim Aufrechterhalten einer genauen und präzisen Ausrichtung des Gitters.
Die vorstehend bei den Vorrichtungen und Verfahren des Standes der Technik beschriebene Metallstift- und Glasstab-Haltevorrichtung wird durch ein nichtleitendes Isolierelement und einem Halte-Kragenelement ersetzt. Das Isolierelement wird, vorzugsweise durch Hartlöten, auf dem zweiten Gitter (G2) befestigt. Das Halte-Kragenelement weist im allgemeinen senkrecht zueinander angeordnete Flansche auf, und ein Flansch ist auf der äußeren Oberfläche der Kappe des ersten Gitters (G1) angebracht. Der andere Flansch ist, vorzugsweise durch Hartlöten, am Isolierelement befestigt, um eine starre unitäre G1/G2-Anordnung bereitzustellen. Die thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Isolierelements, des Halte-Kragenelements und des zweiten (G2) Gitters sind vorzugsweise annähernd aufeinander abgestimmt, so daß beim Abkühlen der Gitter-Anordnung nach dem Hartlöten die gesamten tragenden Flächen in innigem Kontakt sind, um die mechanische Bindung zu vergrößern. Die Gitteröffnungen werden vorzugsweise nach dem Zusammenbau der integrierten G1/G2-Anordnung "gebohrt".
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann ein ähnlicher Typ der Halteanordnung verwendet werden, um die Anodenanordnung an die Gitter (G1/G2)-Anordnung zu befestigen. Ein zweites Isolierelement wird, vorzugsweise durch Hartlöten, auf der Oberfläche von G2 befestigt. Ein Flansch eines Halte-Kragenelements mit im wesentlichen rechtwinkligen Flanschen wird an der Oberfläche einer Anodenkappe befestigt und der andere Flansch wird, vorzugsweise durch Hartlöten, am Isolierelement befestigt. Dies ergibt eine unitäre Gitter (G1/G2)/Anodenstruktur, die eine verbesserte mechanische Festigkeit und Starrheit aufweist. Öffnungen in den Gittern und der Anode können nach dem Zusammenbau der Komponenten zu einer integrierten Anordnung eingeführt werden, um genau und präzis ausgerichtete Öffnungen bereitzustellen.
Fig. 1 beschreibt einen schematischen Längsquerschnitt einer magnetisch abgelenkten Kathodenstrahlröhre (CRT) des Typs, für den die Gitter-Anordnungen der vorliegenden Erfindung geeignet sind;
Fig. 2 beschreibt eine bekannte Gitter (G1/G2)-Anordnung für die Verwendung in einem Elektronenstrahl-Erzeuger einer CRT-Vorrichtung;
Fig. 3 beschreibt eine unitäre Gitter (G1/G2)-Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, geeignet für die Verwendung in einem Elektronenstrahl-Erzeuger einer CRT-Vorrichtung;
Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf ein nicht-leitendes Isolierelement gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht des Isolierelements nach Fig. 4; und
Fig. 6 beschreibt eine integrierte Gitter (G1/G2)/Anoden-Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 beschreibt eine Gitter (G1/G2)-Anordnung, geeignet für die Verwendung im Elektronenstrahl-Erzeuger-Abschnitt von CRT's gemäß der vorliegenden Erfindung. Kathodenanordnung 30 umfaßt Kathodenisolierung 31 mit an einem Ende befestigter Kathodenkappe 32 und Kathode 33 an deren Anschlußende, umfassend eine Elektronen-emittierende Beschichtung, zum Beispiel ein Gemisch aus Strontium-, Barium- und Calciumcarbonaten, die auf der Kathodenkappe aufgebracht sind, um den Elektronenstrahl zu emittieren. Kathodenanordnung 30 ist starr auf dem nicht-leitenden Kathoden-Halteelement 34 befestigt und ist mit den erforderlichen mechanischen Halterungen und elektrischen Verbindungen ausgestattet, wie dies im Stand der Technik bekannt ist.
Die erste Gitter-Anordnung (G1) 35 umfaßt eine im allgemeinen flache Gitterschicht 36 mit Gitterkappe 38, die sich im wesentlichen in rechten Winkeln vom Umfang der flachen Gitterschicht 36 aus erstreckt. Die flache Gitterschicht 36 ist vorzugsweise rund, und Gitterkappe 38 ist vorzugsweise zylinderförmig. Die flache Gitteroberfläche 36 wird vor Verwendung der Gitter-Anordnung in einer Elektronenstrahl-Erzeuger-Vorrichtung mit einer zentralen Öffnung 37 versehen. Gitterschicht 36 kann in ihrem zentralen Bereich geprägt (coined) oder abgeflacht sein, um eine dünnere, starrere Schicht in der Umgebung der zentralen Öffnung 37 bereitzustellen. Abstandshalteelement 39, ein einzelnes, durchgehendes, ringförmiges Abstandshalteelement wird bereitgestellt, um die Kathodenanordnung bezüglich der ersten Gitter-Anordnung axial zu positionieren. Die erste Gitter-Anordnung (G1) umfaßt vorzugsweise ein leitendes, hochwarmfestes, Vakuum-verträgliches (vacuum-compatible) Metall, wie eine Nickel- Kobalt-Eisen-Legierung, die unter dem Handelsnamen "Kovar" bekannt ist oder andere hochwarmfeste, Vakuum-verträgliche Metalle mit ähnlichen thermischen Ausdehnungseigenschaften. ("Kovar"-Legierungen enthalten etwa 28-29% Nickel, 17-18% Kobalt und als Rest Eisen. Derartige Legierungen werden auch unter den Handelsnamen "Fernico", "Nilo K", "Dilver P" und "Vacon" verkauft.) Geeignete Anordnungen für die Verbindung des ersten Gitters mit einer geeigneten Spannungsquelle sind bekannt.
Das zweite Gitter (G2) 40 ist im allgemeinen flach und parallel und beabstandet von der flachen Schicht des ersten Gitters (G1) angeordnet. Geeignete Konfigurationen und Dimensionen für das zweite Gitter (G2) sind bekannt. Das zweite Gitter (G2) wird vor der Verwendung der Gitter-Anordnung in einer Elektronenstrahl-Erzeuger-Vorrichtung mit einer zentralen Öffnung 41 versehen und mit der Öffnung 37 ausgerichtet. Das zweite Gitter (G2) umfaßt ebenfalls vorzugsweise ein leitendes, hochwarmfestes, Vakuum-verträgliches Metall, wie "Kovar" oder dergleichen. Vorrichtungen für den Anschluß des zweiten Gitters (G2) an eine geeignete Spannungsquelle sind bekannt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die ersten und zweiten Gitter (G1) und (G2) durch ein nicht-leitendes Isolierelement 50 und Kragenelement 55 relativ zueinander befestigt. Isolierelement 50 weist eine starre Struktur auf und besitzt vorzugsweise eine Konfiguration, die im allgemeinen der peripherischen (peripheral) Konfiguration der flachen Gitterschicht 36 des ersten Gitters (G1) entspricht. Isolierelement 50 ist vorzugsweise ringförmig und umfaßt ein nichtleitendes Keramikmaterial, wie Aluminiumoxid, Forsterit oder dergleichen.
Bevorzugte Ausführungsformen des Isolierelements 50 sind in den Fig. 4 und 5 dargestellt. Isolierelement 50 weist vorzugsweise einen darin ausgebildeten Schlitz 51 auf, der sich über den Durchmesser des ringförmigen Elements erstreckt. Die Tiefe von Schlitz 51, der durch die Schlitzwand 52 definiert ist, entspricht dem Abstand zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen von Gitterschicht 36 der ersten Gitter-Anordnung (G1) und dem zweiten Gitter (G2) und ist geringfügig größer als der Abstand zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen von Gitterschicht 36 der ersten Gitter-Anordnung (G1) und dem zweiten Gitter (G2). Des weiteren kann die Schicht 56 der Hartlöt-Zusammensetzung direkt auf eine oder beide der unterbrochenen Oberflächen von Isolierelement 50 aufgetragen werden. Die Hartlöt-Zusammensetzung umfaßt vorzugsweise Silber, das unter Verwendung von Bindemitteln an das keramische Isolierelement gebunden ist. Zum Beispiel kann eine dünne Schicht Wolfram direkt auf die Keramikoberfläche aufgetragen werden, gefolgt von einer dünnen Schicht Nickel und die Silber-Hartlöt-Zusammensetzung kann auf die Bindemittel auf dem Keramikelement aufgetragen werden. Vorheriges Aufbringen der Hartlöt-Zusammensetzung auf beide Komponenten der unterbrochenen Oberflächen des Isolierelements vereinfacht das Montieren und Anbringen der Gitterkomponenten, um die integrierte (G1/G2)-Anordnung zu bilden.
Kragenelement 55 umfaßt zwei Flansche 53 und 54, die im wesentlichen senkrecht zueinander angeordnet sind. Gemäß den bevorzugten Ausführungsformen, bei denen Isolierelement 50 ringförmig ist, ist Kragenelement 55 ebenfalls ringförmig. Die Größe des inneren Durchmessers des ringförmigen Flansches 53 entspricht annähernd der des äußeren Durchmessers von Gitterkappe (G1) 38. Kragenelement 55 umfaßt vorzugsweise ein Material mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der annähernd dem des Isolierelements 50 entspricht, wie "Kovar" oder dergleichen. "Kovar" und 85%iges Aluminiumoxid haben ähnliche thermische Ausdehnungskoeffizienten und werden daher bevorzugt zusammen verwendet. Forsterit und Titan haben ebenfalls ähnliche thermische Ausdehnungskoeffizienten und können zusammen verwendet werden. Die ersten und zweiten Gitter (G1 und G2) und das Kragenelement sind vorzugsweise metallisch, wohingegen das Isolierelement vorzugsweise keramisch ist.
Isolierelement 50 und Flansch 54 von Kragenelement 55 werden vorzugsweise durch Hartlöten verbunden, unter Verwendung einer Hochtemperatur-Hartlöt- Zusammensetzung wie Silber. Isolierelement 50 wird entsprechend vorzugsweise mit dem zweiten Gitter (G2) durch Hartlöten verbunden. Geeignete Hartlöt-Techniken sind bekannt. Weitere Verfahren, die Verbindungen von vergleichbarer mechanischer Festigkeit und Starrheit aufweisen, sind ebenfalls geeignet. Die Verwendung von Hochtemperatur-Hartlöten, um Komponenten mit ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zu verbinden, ergibt eine feste mechanische Bindung und ergibt integrierte Gitter- Anordnungen mit verbesserter mechanischer Festigkeit und struktureller Starrheit.
Die vorliegende Erfindung beinhaltet ferner Verfahren für den Zusammenbau der vorstehend beschriebenen integrierten Gitter (G1/G2)-Anordnungen. Wie vorstehend mit Bezug auf bekannte Vorrichtungen beschrieben, erfolgt der Zusammenbau im allgemeinen wie folgt: Die Komponenten des ersten und zweiten Gitters werden vorzugsweise miteinander verbunden; die zentralen Öffnungen werden in die Komponenten der ersten und zweiten Gitter "gebohrt"; und die Kathodenanordnung wird anschließend an die Komponente des ersten Gitters montiert. Die Verfahren der vorliegenden Erfindung weichen jedoch in einigen wichtigen Punkten von den Verfahren des Standes der Technik ab.
Gegenüberliegende Flächen von Isolierelement 50 werden in Position gebracht und vorzugsweise durch Hartlöten zwischen einer Fläche des zweiten Gitters und einem Flansch von Kragenelement 55 befestigt. Jede Verbindung kann unabhängig hartgelötet werden oder es kann alternativ das Hartlöten des Isolierelements mit dem zweiten Gitter und dem Kragenelement gleichzeitig erfolgen. Wird zum Beispiel die Hartlöt-Zusammensetzung vorher auf beide unterbrochenen Flächen des Isolierelements aufgetragen, so kann das zweite Gitter (G2) Isolierelement 50 und Kragenelement 55 ausgerichtet und in Position fixiert und anschließend auf Hartlöt-Temperaturen erhitzt werden. Hierbei erhält man Hartlöt-Verbindungen am G2/Isolierelement und an den Kragenelement/Isolierelement Zwischenstücken. Gitter 38 wird anschließend in eine benachbarte Position gebracht und im Flansch 53 des Kragenelements und der äußeren Fläche der Gitterkappe 38 starr an das Kragenelement durch geeignete Mittel, wie Schweißen, befestigt.
Eine genaue axiale Ausrichtung der Gitter-Komponenten, um den gewünschten Abstand zwischen den Gitterflächen bereitzustellen, wird vorzugsweise durch Einschieben eines Beabstandungselements in den Schlitz 51 von Isolierelement 50 bereitgestellt, nachdem das Isolierelement an dem zweiten Gitter (G2) und dem Kragenelement befestigt wurde. Das Beabstandungselement entspricht der Tiefe der Schlitzwand 52 und ist etwas schmaler als die Tiefe der Schlitzwand 52, die wiederum dem gewünschten Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Gitter entspricht. Das erste Gitter (G1) wird anschließend innerhalb Flansch 54 des Kragenelements 55 positioniert und auf das zweite Gitter zu bewegt, bis die flache Gitterschicht 36 das Beabstandungselement berührt. In dieser Position wird Flansch 53 starr mit Gitterkappe 38 verbunden und das Beabstandungselement wird entfernt. In dieser Art und Weise ist ein exaktes Beabstanden zwischen dem ersten und dem zweiten Gitter möglich.
Fig. 6 beschreibt eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Gitter-Anordnung der vorliegenden Erfindung, wobei die Anoden-Anordnung starr an die G1/G2-Anordnung befestigt ist, im wesentlichen in der gleichen Art und Weise wie die Gitter miteinander verbunden sind. Wie Fig. 6 zeigt umfaßt Anodenanordnung 45 eine im wesentlichen flache Schicht 46 mit Anodenkappe 48, die sich im wesentlichen im rechten Winkel vom Umfang der flachen Anodenschicht 46 aus erstreckt. Die flache Anodenschicht ist vorzugsweise rund und Anodenkappe 48 ist vorzugsweise zylinderförmig. Eine zentrale Öffnung 47 wird in Anodenschicht 46 vor der Verwendung der Gitter/Anoden-Anordnung in einer Elektronenstrahl-Erzeuger-Vorrichtung bereitgestellt. Anodenanordnung 45 umfaßt vorzugsweise ein leitendes, hochwarmfestes, Vakuum-verträgliches Metall, wie "Kovar" oder dergleichen. Geeignete Vorrichtungen für den Anschluß der Anodenanordnung an Spannungsquellen sind bekannt.
Anodenanordnung 45 wird bezüglich der G1/G2-Gitter-Anordnung durch ein zweites nicht-leitendes Isolierelement 60 und ein zweites Kragenelement 65 fixiert. Das zweite Isolierelement ist vorzugsweise ringförmig und es umfaßt vorzugsweise ein nicht-leitendes Keramikmaterial, wie Aluminiumoxid. Das zweite Isolierelement 60 ist im allgemeinen länger als Isolierelement 50, da die Anodenanordnung im allgemeinen vom zweiten Gitter (G2) weiter beabstandet ist, als die erste Gitter (G1)-Anordnung und einer wesentlich höheren Spannung, als die der G1-Anordnung standhalten muß. Das zweite Isolierelement 60 kann mit einem Schlitz ausgestattet sein, um Anodenschicht 46 exakt vom zweiten Gitter (G2) während des Zusammenbaus zu beabstanden und kann mit Schichten einer Hartlöt-Zusammensetzung ausgestattet sein, ähnlich denen, die vorstehend beim Isolierelement 50 beschrieben sind.
Das zweite Kragenelement 65 umfaßt zwei ringförmige Flansch-Elemente 63 und 64, die im wesentlichen rechtwinklig zueinander angeordnet sind. Der Flansch 63 hat einen inneren Durchmesser, der in seiner Größe so ausgelegt ist, um annähernd dem äußeren Durchmesser der Anodenkappe zu entsprechen. Das zweite Kragenelement 65 umfaßt vorzugsweise ein Material mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der annähernd dem des zweiten Isolierelements 50 entspricht, wie "Kovar" oder dergleichen. Das zweite Isolierelement 60 ist vorzugsweise mit Flansch 64 des zweiten Kragenelements 65 und dem zweiten Gitter (G2) durch Hartlöten verbunden, um eine integrierte G1/G2/Anoden-Anordnung mit verbesserter mechanischer Festigkeit und struktureller Starrheit bereitzustellen.
In der vorstehenden Beschreibung wurde die Erfindung anhand bestimmter bevorzugter Ausführungsformen beschrieben und viele Details wurden aus Gründen der Veranschaulichung dargestellt, so daß es für den Fachmann offensichtlich ist, daß die Erfindung auf weitere Ausführungsformen anwendbar ist und, daß bestimmte hierin beschriebene Details beträchtlich variiert werden können, ohne von den grundlegenden Prinzipien der Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Gitteranordnung (35, 40) für eine Elektronenstrahl-Erzeuger-Vorrichtung und mit einem ersten Gitter (35) mit einer Gitterschicht (36) und einem Kappenabschnitt (38), der sich im wesentlichen senkrecht vom Umfang der Gitterschicht (36) erstreckt, einem zweiten Gitter (40) mit einer Gitterfläche, die parallel zur Gitterschicht (36) des ersten Gitters (35) und im Abstand dazu angeordnet ist, und mit einer Sicherungseinrichtung (60, 55), die die Relativlage zwischen dem ersten und dem zweiten Gitter (35, 40) festlegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherungseinrichtung aufweist:

(i) ein Isolierelement (50) mit einer ersten und einer zweiten Fläche, die parallel zueinander orientiert sind, wobei die erste Fläche starr auf der Gitterfläche des zweiten Gitters (40) angeordnet ist, und

(ii) ein Kragenelement (55) mit einem ersten und einem zweiten Flansch (54, 53), die im wesentlichen senkrecht zueinander angeordnet sind, wobei der erste Flansch (54) an der zweiten Fläche des Isolierelements (50) und der zweite Flansch (53) an dem Kappenabschnitt (38) des ersten Gitters (35) jeweils starr befestigt sind.

2. Gitteranordnimg nach Anspruch 1, wobei die Gitterschicht (36) des ersten Gitters (35) und die Gitterfläche des zweiten Gitters (40) ausgerichtete Öffnungen (37, 41) aufweisen, die einen Mittelabschnitt davon durchdringen.

3. Gitteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Gitterschicht (36) des ersten Gitters (35) rund ist und wobei der Kappenabschnitt (38) des ersten Gitters (35) und der erste oder zweite Flansch (54, 53) des Kragenelements (55) ringförmig sind.

4. Gitteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Isolierelement (50) ringförmig ist.

5. Gitteranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Fläche des Isolierelements (50) einen darin ausgebildeten Schlitz (51) aufweist, dessen Tiefe geringfügig größer ist als der Abstand zwischen der Gitterschicht (36) des ersten Gitters (35) und der Gitterfläche des zweiten Gitters (40).

6. Gitteranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Fläche des Isolierelements (50) auf der Gitterfläche des zweiten Gitters (40) durch Hartlöten starr befestigt ist.

7. Gitteranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Flansch (54) des Kragenelements (55) durch Hartlöten starr auf der zweiten Fläche des Isolierelements (50) befestigt ist.

8. Gitteranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der zweite Flansch (53) des Kragenelements (55) durch Schweißen starr auf dem Kappenabschnitt (38) des ersten Gitters (35) befestigt ist.

9. Gitteranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Kragenelement (55) und das Isolierelement (50) Materialien enthalten, die zueinander ähnliche thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen.

10. Gitteranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Kragenelement (55) ein metallisches Material und das Isolierelement (50) ein Keramikmaterial aufweist.

11. Gitteranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Kragenelement (55) und das erste und das zweite Gitter (35, 40) eine Nickel-Kobalt-Eisen-Legierung und das Isolierelement (50) Aluminiumoxid enthält.

12. Gitteranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einer Kathode (30), die innerhalb des ersten Gitters (35) angeordnet und entlang einer zentralen Längsachse davon positioniert ist.

13. Gitteranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einem zweiten Isolierelement (60) mit ersten und zweiten Flächen, die zueinander parallel orientiert sind, wobei die erste Fläche an der Gitterfläche des zweiten Gitters (40) starr befestigt ist, einem zweiten Kragenelement (65) mit ersten und zweiten Flanschen, die zueinander im wesentlichen senkrecht angeordnet sind, wobei der erste Flansch (64) an der zweiten Fläche des zweiten Isolierelements (60) starr befestigt ist, und mit einer Anode (45) mit einer Gitterschicht (46) und einem Kappenabschnitt (48), der sich im wesentlichen senkrecht vom Umfang der Gitterschicht (46) aus erstreckt, wobei der Kappenabschnitt (48) der Anode (45) an dem zweiten Flansch (63) des zweiten Kragenelements (65) starr befestigt ist.

14. Verfahren zum Befestigen mehrerer Gitter zur Ausbildung einer Gitteranordnung zur Verwendung in einer Elektronenstrahl-Erzeuger-Vorrichtung, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist:

Befestigen eines zweiten Gitters (40) im wesentlichen zentral an einer ersten Fläche eines Isolierelements (50), Befestigen eines ersten Flansches (54) eines Kragenelements (55) an einer zweiten Fläche des Isolierelements (50), wobei die zweite Fläche des Isolierelements (50) im wesentlichen parallel zur ersten Fläche orientiert ist, Befestigen eines ersten Gitters (35) mit einer Gitterschicht (36) und eines Kappenabschnitts (38), der sich im wesentlichen senkrecht davon erstreckt, an einem zweiten Flansch (53) des Kragenelements (55), wobei der zweite Flansch (53) im wesentlichen senkrecht zum ersten Flansch (54) orientiert ist, so daß die Gitterschicht (36) des ersten Gitters (35) im wesentlichen parallel zu und beabstandet gegenüber einer Gitterfläche des zweiten Gitters (40) angeordnet ist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das zweite Gitter (40) und das Kragenelement (55) durch Hartlöten an dem Isolierelement (50) befestigt sind.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei zwischen dem zweiten Gitter (40) und dem Isolierelement (50) eine Hartlötzusammensetzung angeordnet wird und wobei der erste Flansch (54) des Kragenelements (55) und das Isolierelement (50) sowie das zwelte Gitter (40) und das Kragenelement (55) gleichzeitig durch Erwärmen der Anordnung auf Hartlöttemperatur mit dem Isolierelement (50) hartverlötet werden.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei der Verfahrensschritt zum Befestigen des ersten Gitters (35) am Kragenelement (55) einen Schritt zum Einführen eines Abstandselements (39) durch einen Schlitz (51) aufweist, der in dem Isolierelement (50) in der Nähe des zweiten Gitters (40) vorgesehen ist, das erste Gitter (35) innerhalb des zweiten Flansches (53) des Kragenelements (55) zum zweiten Gitter (40) hinbewegt wird, bis die Gitterschicht (36) des ersten Gitters (35) das Abstandselement (39) berührt, und das Befestigen bewirkt wird durch Anordnen des Kappenabschnitts (38) des ersten Gitters (35) an dem zweiten Flansch (53) des Kragenelements (55).

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei in dem zweiten Gitter (40) und der Gitterschicht (36) des ersten Gitters (35) ausgerichtete zentrale Öffnungen (41, 37) ausgebildet werden, nachdem die Gitter (35, 40) relativ zueinander angeordnet worden sind.

19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei eine Kathodenanordnung (30) entlang einer im wesentlichen zentralen Längsachse des ersten Gitters (35) angeordnet wird, wobei ein Anschlußabschnitt der Kathodenanordnung (30) mit den mittigen Öffnungen (37, 41) in den ersten und zweiten Gittern (35, 40) ausgerichtet wlrd.

20. Elektronenstrahl-Erzeuger-Vorrichtung mit einer Gitteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit der in betrieblicher Beziehung eine Anodenanordnung (45) und eine Kathodenanordnung (30) angeordnet sind.

21. Elektronenstrahl-Erzeuger-Vorrichtung mit einer Anodenanordnung (45), einer Kathodenanordnung (30) und einer Gitteranordnung mit einem ersten Gitter (35) mit einer Gitterschicht (36) und einem Kappenabschnitt (38), der sich im wesentlichen senkrecht vom Umfang der Gitterschicht (36) aus erstreckt, einem zweiten Gitter (40) mit einer Gitterfläche, die parallel zu der Gitterschicht (36) des ersten Gitters (35) und von dieser beabstandet angeordnet ist, und mit einer Sicherungseinrichtung, die die Relativlage zwischen dem ersten Gitter, dem zweiten Gitter, der Anode und der Kathode festlegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherungseinrichtung eine Befestigungseinrichtung (a) und/oder (b) aufweist, die nachstehend definiert sind:

(a) Befestigungseinrichtung zum Festlegen der Relativlage zwischen dem ersten und dem zweiten Gitter und der Kathodenanordnung sowie mit:

(i) einem Isolierelement (50) mit ersten sind zweiten Flächen, die zueinander parallel orientiert sind, wobei die erste Fläche auf der Gitterfläche des zweiten Gitters (40) starr angeordnet ist, und

(ii) einem Kragenelement (55) mit ersten und zweiten Flanschen oder Flächen (54, 53) die im wesentlichen senkrecht zueinander orientiert sind, wobei der erste Flansch oder die erste Fläche (54) an der zweiten Fläche des Isolierelements (50) starr befestigt ist und der zweite Flansch oder die zweite Fläche (53) an dem Kappenabschnitt (38) des ersten Gitters (35) starr befestigt ist, so daß die Kathodenanordnung (30) innerhalb des Kappenabschnitts (38) in einem Kathodenhalteelement (34) starr befestigt ist,

(b) Befestigungseinrichtung zum Festlegen der Relativlage zwischen dem zweiten Gitter (40) und der Anodenanordnung (45) und mit:

einem Isolierelement (60) mit ersten und zweiten Flächen, die zueinander parallel orientiert sind, wobei die erste Fläche auf einer Gitterfläche des zweiten Gitters (40) starr befestigt ist, einem Kragenelement (65) mit ersten und zweiten Flanschen oder Flächen (63, 64), die im wesentlichen senkrecht zueinander orientiert sind, wobei der erste Flansch oder die erste Fläche (64) an der zweiten Fläche des Isolierelements (60) starr befestigt ist, und mit einer Anode (45) mit einer Gitterschicht (46) und einem Kappenabschnitt (48), der sich im wesentlichen senkrecht vom Umfang der Gitterschicht (46) aus erstreckt, wobei der Kappenabschnitt (48) der Anode (45) am zweiten Flansch oder an der zweiten Fläche (63) des Kragenelements (65) starr befestigt ist.