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Die vorliegende Erfindung betrifft eine für eine
Kathodenstrahlröhre bestimmte Elektronenkanone mit
Mehrstufen-Fokussierung, insbesondere eine Elektronenkanone für eine
Farbkathodenstrahlröhre mit einer verbesserten Äquipotential-
Hilfslinse. Eine bekannte Elektronenkanonenstruktur vom in-
line-Typ ist in GB-A-2019082 offenbart.
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Die herkömmliche Elektronenkanone für eine
Farbkathodenstrahlröhre mit einem Mehrstufen-Fokussierungssystem enthält
eine Kathode K, ein Steuergitter G1 und ein Schirmgitter G2,
die alle zusammen einen Triodenabschnitt bilden, sowie
Elektroden G4 bis G8, die eine Hilfslinse und eine Hauptlinse
eines Hauptlinsensystems bilden, wie dies in Fig. 1
dargestellt ist. Bei dieser Elektronenkanone mit Mehrstufen-
Fokussierungssystem mit dem obigen Aufbau wird eine Spannung
unterhalb von 1 KV an die Elektroden G2, G4 und G6 angelegt,
und eine Spannung von unter 10 KV wird an die Elektroden G3,
G5 und G6 angelegt, und eine Spannung unterhalb eines
Maximums von 30 KV wird an die Anode angelegt, d.h. die Elektrode
G8. Zu diesem Zeitpunkt wird eine erste Fokusspannung eines
bestimmten Potentials an die Elektroden G2, G5 und G7
geliefert, und eine zweite niedrigere Fokusspannung wird an die
Elektroden G4 und G6 geliefert. Entsprechend dem
Spannungslieferungsverfahren wird eine erste äquipotentiale statische
Linse von den Elektroden G2, G3 und G5 gebildet, und die
zweite äquipotentiale statische Linse wird von den Elektroden
G5, G6 und G7 gebildet, während eine statische Linse mit
Bipotential von den Elektroden G7 und G8 gebildet wird.
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Bei dieser in Fig. 2 dargestellten Elektronenkanone mit
Mehrstufen-Fokussierung für eine Kathodenstrahlröhre wird,
nachdem von der Kathode K emittierte thermische Elektronen
von den Elektroden G1 und G2 zu einem Elektronenstahl
gebildet wurden, dieser Strahl zunächst durch die erste und die
zweite statische Äquipotentiallinse beschleunigt, und wird
schließlich von der statischen Linse mit Doppelpotential
fokussiert und beschleunigt. Zu diesem Zeitpunkt divergiert
der Elektronenstrahl allmählich, während er die erste und
zweite statische Äquipotentiallinse passiert, wobei der
Divergenzwinkel 2 des Elektronenstrahls in der zweiten
statischen Äquipotentiallinse größer als der Divergenzwinkel
1 in der ersten statischen Äquipotentiallinse ist.
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Der Grund liegt darin, daß ein Elektronenstrahldurchgangsloch
H der Elektrode G6 zwischen den die zweite statische
Äquipotentiallinse bildenden Elektroden G5 bis G7 einen
Durchmesser aufweist, der dem Durchmesser von
Elektronenstrahlendurchgangslöchern der Elektroden G5 und G7 gleich ist, die
vor bzw. hinter der Elektrode G6 angeordnet sind, und weil
die Dicke T der Elektrode G6 relativ groß ist.
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Daher kann diese herkömmliche Elektronenkanone keine guten
Fokussierungsmerkmale aufweisen. Bei dieser Elektronenkanone
müßte, um einen Elektronenstrahl mit guten Fokuseigenschaften
zu bilden, der Divergenzwinkel der zweiten statischen
Äquipotentiallinse verringert werden. Zum Reduzieren des
Divergenzwinkels müßte die Dicke T der Elektrode G6 verringert werden
oder das Elektronenstrahldurchgangsloch H der Elektrode G6
einen größeren Durchmesser als die
Elektronenstrahldurchgangslöcher der benachbarten Elektroden G5 und G7, die vor
und hinter der Elektrode G6 angeordnet sind, aufweisen. Es
gibt jedoch eine Grenze bei der Verringerung der Dicke einer
Elektrode, da eine kleine Dicke T der Elektrode G6 die
mechanische Festigkeit verschlechtert, wodurch sie einer
Verformung durch eine Kompressionskraft unterworfen wird, die
auftritt, wenn alle Elektroden an Tragwulsten befestigt
werden. Wenn das Elektronenstrahldurchgangsloch H der
Elektrode
G6 so gebildet wird, daß es größer als die der
Elektroden, die jeweils vor und hinter der Elektrode G6
angeordnet sind, ist, können die Positionen von der in das
Elektronenstrahldurchgangsloch während eines Vorgangs des
Zusammensetzens der Elektroden in eine Struktur einzusetzenden
Führungsstange für die relative Position nicht exakt
eingestellt werden, wodurch die präzise Zusammenfügung
verschlechtert wird.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Elektronenkanone für eine Kathodenstrahlröhre mit einem Mehrstufen-
Fokussierungssystem vorzusehen, deren Struktur so verbessert
ist, daß sie eine gute Fokussierung aufweist.
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Nach der vorliegenden Erfindung wird eine Elektronenkanone
für eine Kathodenstrahlröhre mit einem
Mehrstufen-Fokussierungssystem vorgesehen, die mindestens drei
aufeinanderfolgende Elektroden mit jeweils einer Vielzahl von
Elektronenstrahl-Durchgangslöchern aufweist, die gegenüber
entsprechenden Löchern in jeder der anderen beiden Elektroden
ausgerichtet sind, zur Bildung einer Äquipotential-Hilfslinse, und
eine weitere Elektrode mit einer Vielzahl von
Elektronenstrahldurchgangslöchern, die jeweils mit einem entsprechenden
der Löcher der drei aufeinanderfolgenden Elektroden
ausgerichtet sind, zur Bildung einer Bipotential-Hauptlinse mit
der letzten Elektrode der drei aufeinanderfolgenden
Elektroden in der Richtung des Elektronenstrahlweges, dadurch
gekennzeichnet, daß jedes der
Elektronenstrahl-Durchgangslöcher der zentralen Elektrode der drei aufeinanderfolgenden
Elektroden die Form eines gleichseitigen Parallelogramms mit
derartigen Abmessungen aufweist, daß es die entsprechenden
Elektronenstrahl-Durchgangslöcher der anderen beiden der drei
aufeinanderfolgenden Elektroden umschreibt.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in
denen:
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Fig. 1 ein Querschnitt der herkömmlichen
Elektronenkanone mit Mehrstufen-Fokussierung ist;
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Fig. 2 ein Querschnitt des Elektronenstrahls in der
herkömmlichen in Fig. 1 dargestellten
Elektronenkanone zur zweidimensionalen Darstellung
von dessen divergierendem und fokussierendem
Zustand ist;
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Fig. 3 eine auseinandergezogene schematische Ansicht
der Hauptteile der Elektronenkanone mit
Mehrstufen-Fokussierungssystem für eine
Kathodenstrahlröhre nach einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist;
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Fig. 4 eine Frontansicht der in Fig. 3 dargestellten
Elektroden ist, gesehen in dem Durchgang des
Elektronenstrahls;
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Fig. 5 Fig. 6 und Stirnansichten von Elektroden, die bei anderen
bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung anwendbar sind;
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Fig. 7A den Steuerzustand des Elektronenstrahls in der
Elektronenkanone nach der vorliegenden
Erfindung darstellt;
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Fig. 7B eine teilweise vergrößerte Darstellung der
Fig. 7A ist;
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Fig. 8 den Steuerzustand des Elektronenstrahls in der
Elektronenkanone einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung mit Hilfe von
Äquipotentiallinien ist; und
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Fig. 9 einen von der Elektronenkanone eine
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
gesteuerten Elektronenstrahl-Querschnitt zeigt.
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Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben.
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Die Elektronenkanone dieser Ausführungsform weist im
allgemeinen die gleiche Struktur auf wie die herkömmliche
Elektronenkanone in Fig. 1 und enthält eine Kathode, Elektroden G1
und G2, die zusammen eine Triode bilden, Elektroden G3 bis
G7, die eine Hilfslinse und eine Hauptlinse eines
Hauptlinsensystems bilden, sowie eine Anode G8, wobei eine
Fokussierungsspannung unterhalb von 10 KV an die Elektroden G3, G5
und G7 angelegt wird, eine statische Spannung unterhalb 1 KV
an die Elektroden G2, G4 und G6 angelegt und die
Anodenspannung von unter 30 KV an die Elektrode G8 angelegt wird.
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Dementsprechend wird eine erste Äquipotental-Hilfslinse von
den Elektroden G3, G4 und G5 gebildet, und die zweite
Äquipotential-Hilfslinse wird von den Elektroden G5, G6 und G7
gebildet, während die Hauptlinse von den Elektroden G7 und
G8 gebildet wird.
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In der Elektronenkanone der vorliegenden Erfindung haben die
Elektroden G5, G6 und G7 der zweiten
Äquipotential-Hilfslinse, die ein charakteristischer Teil ist, die in den Fig. 3
und 4 dargestellte Konstruktion. Jede Elektrode ist mit drei
Elektronenstrahl-Durchgangslöchern des in-line-Typs versehen,
und die gesamten Strahldurchgangslöcher jeder Elektrode sind
in einer Ebene angeordnet. Die
Elektronenstrahl-Durchgangslöcher H5 und H7 der Elektroden G5 und G7 sind in der Form
von Kreisen mit einem identischen Durchmesser, und das
Elektronenstrahl-Durchgangsloch H6 der zwischen den genannten
Elektroden angeordneten Elektrode G6 ist in der Form eines
Quadrats, bei dem die Seitenlänge so lang wie der Durchmesser
der Elektronenstrahl-Durchgangslöcher H5 und H7 der
Elektroden G5 und G7 ist, so daß die
Elektronenstrahl-Durchgangslöcher H5 und H7 der Elektroden G5 und G7 eingeschrieben
werden können.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung offenbart, siehe Fig. 5, daß die Elektrode G6 ein
Elektronenstrahl-Durchgangsloch H6' in der Form eines Rhombus
aufweist, wobei das Elektronenstrahl-Durchgangsloch H6'
ebenfalls eine Größe aufweist, daß es die
Elektronenstrahl-Durchgangslöcher H5 und H7 der vor und hinter der Elektrode G6
angeordneten Elektroden G5 und G7 umschreibt.
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Die weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt, daß die Elektrode G6 zwei Elektronenstrahl-
Durchgangslöcher H6 in der Form eines Quadrats an beiden
Enden und ein Elektronenstrahl-Durchgangsloch H6' in der Form
eines Rhombus in der Mitte aufweist, wobei alle
Elektronenstrahl-Durchgangslöcher H6 und H6' eine solche Größe
aufweisen, daß sie die Elektronenstrahl-Durchgangslöcher H5 und H7
der vor und hinter der Elektrode G6 angeordneten Elektroden
umschreiben.
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Die Wirkung einer Elektronenstrahlkanone für eine
Kathodenstrahlröhre mit Mehrstufen-Fokussierungssystem nach der
vorliegenden Erfindung, die mit der oben beschriebenen Elektrode
G6 versehen ist, wird wie folgt erklärt.
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Der aus einer Kathode K austretende Elektronenstrahl wird
zunächst von einer aus den Elektroden G2, G4 und G5
zusammengesetzten Äquipotential-Hilfslinse und einer zweiten aus den
Elektroden G5, G6 und G7 zusammengesetzten Äquipotential-
Hilfslinse fokussiert und beschleunigt, und anschließend von
einer Bipotential-Hauptlinse endgültig beschleunigt und
fokussiert, die aus den Elektroden G7 und G8 aufgebaut ist, um
auf einem Schirm zu landen. Die quadratischen
Elektronenstrahl-Durchgangslöcher H6 und H6' sind größer als die
Elektronenstrahl-Durchgangslöcher H5 und H7 der vor und hinter
der Elektrode G6 angeordneten Elektrode G5 und G7, so daß sie
eine geringere Divergenzkraft aufweisen als die der ersten an
der Vorderseite angeordneten Äquipotential-Hilfslinse.
Dementsprechend wird der Auftreffwinkel des in die Hauptlinse
eintretenden Elektronenstrahls von der zweiten Äquipotential-
Hilfslinse mit viel geringerer divergierender Kraft
verringert, wodurch die Fokussierungseigenschaften des
Elektronenstrahls so verbessert werden, daß man auf einem Bildschirm
einen gewünschten punktförmigen Elektronenstrahl erhält.
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Die ins einzelne gehenden Beschreibungen hierfür sind wie
folgt.
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In Fig. 7 wird eine Fokussierungsspannung hohen Potentials
(unterhalb 10 KV) an die Elektroden G5 und G7 angelegt, und
eine Fokussierungsspannung niedrigen Potentials (unterhalb
1 KV) wird an die zwischen den Elektroden G5 und G7
angeordnete Elektrode G6 angelegt, so daß von den Elektroden G5, G6
und G7 eine Äquipotential-Hilfslinse gebildet wird.
Dementsprechend wird der Elektronenstrahl abgebremst und abgelenkt,
während er durch die Elektroden G5 und G6 hindurchgeht, und
beschleunigt und fokussiert, während er durch die Elektroden
G6 und G7 hindurchgeht. Wenn der Elektronenstrahl von den
Elektroden gesteuert wird, ist das
Elektronenstrahl-Durchgangsloch H6 der Elektrode G6 größer als die
Elektronenstrahl-Durchgangslöcher vor und hinter der Elektode G6,
wodurch vorzugsweise der Divergenzwinkel des Elektronenstrahls
zwischen den Elektroden G5 und G6 verringert wird, um dadurch
den gewünschten Auftreffwinkel auf die Hauptlinse des
Elektronenstrahls zu verringern.
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Die erfindungsgemäße Elektronenkanone mit
Mehrstufen-Fokussierungssystem kompensiert den durch das Ablenkungsjoch
verursachten Ablenkungsastigmatismus, zur Verbesserung der
Farbreinheit des Bildes der Kathodenstrahlröhre, wie im folgenden
gezeigt werden wird.
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Wie in Fig. 8 zu sehen ist, haben die Innenseiten des
quadratischen Elektronenstrahl-Durchgangslochs H6 der Elektrode
G6 und die kreisförmigen Elektronenstrahl-Durchgangslöcher H5
und H7 der vor und hinter der Elektrode G6 angeordneten
Elektroden, wobei die kreisförmigen Löcher H5 und H7 in das
quadratische Loch H6 einbeschrieben sind, solche
Potentialverteilungen, daß sie an den vier Berührungen der kreisförmigen
Löcher H5 und H7 und des quadratischen Lochs H6 und um die
vier Ecken des quadratischen Lochs H6 herum verschieden
sind.
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Dementsprechend wird der an den obigen Elektroden
vorbeigelangende Elektronenstrahl B in die Pfeilrichtung in Fig. 8
gezwungen. Als Ergebnis wird die Querschnittsform des
Elektronenstrahls B, der die Elektroden passiert hat, in den
Diagonalrichtungen B2 und B3 ausgeweitet und in der
horizontalen und vertikalen Richtung B1 und B4 eingeschnürt, um
dadurch konkav zu werden, siehe Fig. 9.
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Der den erwähnten Querschnitt aufweisende Elektronenstrahl B
gelangt durch die Hauptlinse, um endgültig fokussiert und
beschleunigt zu werden. Wenn dann der Elektronenstrahl in
Richtung auf die umgebungen des Schirms durch das Ablenkungsjoch
abgelenkt wird, wird der Ablenkastigmatismus des
Elektronenstrahls durch das Ablenkjoch durch das Aufweiten des Strahls
in der Diagonalrichtung entsprechend der Krümmungsveränderung
der Schirmoberfläche kompensiert, wodurch man einen
gleichförmigen Strahlpunkt erhält.
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Wie in Fig. 5 dargestellt ist, ist das Elektronenstrahl-
Durchgangsloch H6 der Elektrode G6 in einem solchen Rhombus
geformt, der durch Verdrehen eines Quadrats um etwa 45º
entsteht, und die senkrechte Länge ist länger als die
horizontale Länge. Das heißt, der Querschnitt des Elektronenstrahls
erhält eine in Längsrichtung ausgedehnte Form, so daß der
Ablenkungsastigmatismus kompensiert wird, zur Verbesserung
der Auflösung in dem gesamten Schirm, wenn der
Elektronenstrahl B in Richtung auf die Umgebung der Schirmoberfläche
durch das Ablenkungsjoch abgelenkt wird.
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Bei der Elektronenkanone der vorliegenden Erfindung mit einer
guten Fokussierungseigenschaft durch Steuerung eines
Elektronenstrahls ist das Elektronenstrahl-Durchgangsloch H6 der
zentralen Elektrode G6 größer als die
Elektronenstrahl-Durchgangslöcher H5 und H7 der vor und hinter dieser angeordneten
Elektroden G5 und G7 in einer solchen Weise, daß die
Elektronenstrahl-Durchgangslöcher H5 und H7 in das Elektronenstrahl-
Durchgangsloch H6 der zentralen Elektrode G6 eingeschrieben
werden können. Daher berühren in der vorliegenden Erfindung,
wenn die Elektroden zusammengsetzt werden, die Kanten der
Elektronenstrahl-Durchgangslöcher aller genannten Elektroden
teilweise oder vollständig die Oberfläche des durch die
Elektronenstrahl-Durchgangslöcher der Elektrode eingesetzten
Führungsstabes, wodurch die präzisen Relativpositionen zwischen
den Elektroden beibehalten werden.
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Wie oben beschrieben, ist die vorliegende Erfindung dadurch
gekennzeichnet, daß die Intensität der
Äquipotential-Hilfslinse geschwächt wird, ohne die mechanische Festigkeit der
Elektrode zu verringern, und dadurch, daß eine Änderung der
Relativposition zwischen den Elektroden, die sich durch eine
Bauweisen-Änderung ergeben würde, verhindert wird. Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene
bevorzugte Ausführungsform beschränkt, sondern ist auf
irgendeine andere Elektronenkanone mit mindestens einer
Äquipotential-Hilfslinse anwendbar.