DE3249810C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Inline-Elektronenstrahlerzeu­ gungssystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Bei einer in der US-PS 38 00 176 beschriebenen selbst­ konvergierenden Farbbildwiedergabeeinrichtung werden drei in einer Ebene nebeneinanderlaufende Elektronenstrahlen (sogenanntes Inline-System) durch Ablenkfelder bewegt, die bestimmte Ungleichmäßigkeiten aufweisen, welche einen negativen isotropen Astigmatismus in Horizontalrichtung und einen positiven isotropen Astigmatismus in Vertikal­ richtung einführen, derart, daß eine genügende Konvergenz an allen Punkten des Rasters erreicht wird.

Bei der anfänglichen kommerziellen Verwendung der in der erwähnten US-Patentschrift beschriebenen Einrichtung wurde der Mittenabstand zwischen benachbarten Strahlen in der Ablenkebene (sogenannter S-Abstand) kleiner als 5,08 mm gehalten, um die Konvergenz zu erleichtern. Ein derart geringer Abstand zwischen den Strahlen erforderte jedoch Beschränkungen hinsichtlich der Durchmesser der die Strahlposition bestimmenden Öffnungen, die sich in Quer­ elementen der Fokussierungselektroden der Erzeugungssysteme für die abgelenkten Strahlen befanden. Da der effektive Durchmesser der Fokussierungslinse für jeden Strahl durch die kleinen Durchmesser dieser Öffnungen bestimmt war, ergab sich das Problem einer Strahlfleckverzerrung infolge der sphärischen Aberration, die bei Linsen kleinen Durchmessers auftritt.

Bei der späteren kommerziellen Anwendung des erwähnten selbst­ konvergierenden Systems hat man dann den Abstand zwischen den Strahlen größer gemacht, was die Verwendung von Öffnungen größeren Durchmessers in den Fokussierungslinsen erlaubte. Hiermit wurde das Problem der Fleckverzerrung zwar vermindert, jedoch unter Inkaufnahme einer erhöhten Schwierigkeit bei der Erzielung der Strahlkonvergenz.

Aus der europäischen Patentanmeldung 00 14 922 A1 und den britischen Patentanmeldungen 20 08 851 A und 20 33 650 A ist es bekannt, eine der Elektroden des strahlformenden Bereichs eines Kathodenstrahlsystems mit Strahlformungselementen in Form eines aufgesetzten geschlitzten Teils zu versehen, so daß der durch die Elektrode hindurchtretende Elektrodenstrahl die kreisförmige Elektrodenöffnung und die rechteckige Schlitz­ öffnung durchlaufen muß. Auf diese Weise werden die Strahlen asymmetrisch vorverzerrt.

In diesen bekannten Fällen werden jedoch für jeden Strahl separate Fokussierlinsen verwendet, die durch kreisförmige Öffnungen gebildet werden und für den jeweiligen Strahl rotationssymmetrisch sind.

Die Erfindung geht aus von einem Elektronenstrahlungssystem mit drei in einer Ebene nebeneinanderlaufenden Elektronen­ strahlen (sogenanntes Inline-System), wie es in der DE-OS 31 43 022 (R. H. Hughes u. a.) beschrieben ist. Bei diesem enthalten die Hauptfokussierungselektroden am strahlaus­ gangsseitigen Ende des Strahlerzeugungssystems jeweils einen Teil, der quer bezüglich der Längsachse des Röhrenhalses angeordnet und von drei kreisförmigen Öffnungen durchlocht ist, durch deren jede jeweils ein gesonderter der drei Elektronenstrahlen dringt. Jede der Hauptfokussierungs­ elektroden enthält außerdem einen angrenzenden Teil, der sich in Längsrichtung vom querliegenden Teil aus erstreckt und eine gemeinsame Umschließung für die Wege aller der erwähnten Strahlen bildet. Die sich längs erstreckenden Teile der Hauptfokussierungselektroden liegen einander gegenüber, um zwischen sich eine gemeinsame Fokussierungs­ linse für die Strahlen zu bilden. Die in Querrichtung gemessene größere Innenausdehnung der gemeinsamen Um­ schließung der letzten Fokussierungselektrode beträgt z. B. 17,65 mm, während die in Querrichtung gemessene größere Hauptausdehnung der gemeinsamen Umschließung der vor­ letzten Fokussierungselektrode beispielsweise 18,16 mm beträgt. Mit diesen Abmessungen wird der Innenraum eines Röhrenhalses mit 29,11 mm Durchmesser vorteilhaft ausge­ nutzt, um eine Fokussierungslinse mit einer Hauptausdehnung in Querrichtung vorzusehen, die mindestens dreieinhalbmal so groß wie der Mitte-Mitte-Abstand zwischen den Strahlen ist. Der Unterschied zwischen den jeweiligen Queraus­ dehnungen führt zu einem gewünschten Konvergierungseffekt für die aus dem Strahlerzeugungssystem austretenden Elektronenstrahlen.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strahl­ erzeugungssystems hat die innere Peripherie der gemeinsamen Umschließung der vorletzten Fokussierungsslektrode einen oval-förmigen Verlauf wie es z. B. in der vorstehend er­ wähnten DE-OS 31 43 022 beschrieben ist, während die innere Peripherie der gemeinsamen Umschließung der letzten Fokus­ sierungselektrode etwas anders, ähnlich der Gestalt eines Hundeknochens verläuft (im folgenden kurz "Knochen"-Form genannt), wie es z. B. in der US-PS 43 88 552 (P. T. Greninger) beschrieben ist.

Die Asymmetrie der Horizontalen gegenüber der Vertikalen der vorletzten Fokussierungselektrode führt zu einem astigmatischen Effekt, d. h. zu einer stärkeren Konvergenz­ wirkung auf vertikal beabstandete Elektronenbahnen inner­ halb eines die Vertiefung der Elektrode durchlaufenden Elektronenstrahls als auf horizontal beabstandete Elektro­ nenbahnen innerhalb des Strahls. Wenn die gegenüberliegende Vertiefung der letzten Fokussierungselektrode eine ähnliche ovale Kontur hat, dann bringt die divergierende Seite der Hauptfokussierungslinse ebenfalls einen astigmatischen Effekt in einem kompensierenden Sinne. Dieser Kompensations­ effekt wäre jedoch in seiner Stärke unzureichend, um zu verhindern, daß insgesamt noch ein resultierender Astigma­ tismus verbleibt. Dies kann die Erzielung einer gewünschten Fleckform am Bildschirm verhindern.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die durch den Astigmatismus der Hauptfokussierungslinse bewirkte Fleckverzerrung des Elektronenstrahls zu kompensieren. Diese Aufgabe wird durch ein Inline-Elektronenstrahler­ zeugungssystem gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst, wobei dem strahlformenden Bereich des Elektronenstrahlerzeugungs­ systems eine Linsenasymmetrie solchen Typs verliehen wird, daß die Vertikalabmessung des Querschnitts jedes Strahls am Eingang der Hauptfokussierungslinse kleiner wird als die Horizontalabmessung. Diese Asymmetrie wird beispielsweise bewirkt durch die Zuordnung eines sich vertikal erstreckenden rechteckigen Schlitzes zu jeder kreisförmigen Öffnung der ersten Gitter­ elektrode (G 1-Elektrode) des Strahlerzeugungssystems.

Die Erfindung verwendet im Gegensatz zum Stande der Technik für die drei Inline-Elektronenstrahlen eine gemeinsame asym­ metrische Hauptfokussierlinse, für deren Asymmetrie die Elek­ tronenstrahlen am Eintrittsort in die Fokussierlinse ent­ sprechend asymmetrisch geformt werden. Mit Hilfe einer sol­ chen gemeinsamen Hauptfokussierlinse für alle drei Strahlen läßt sich bei größerem S-Abstand, der auch Elektronenlinsen größeren Durchmessers erlaubt, eine bessere Strahlkonvergenz ohne den Nachteil sphärischer Aberration bei kleinerem S-Ab­ stand und entsprechend kleinerem Linsendurchmesser in Kauf nehmen. Andererseits führen die in Horizontal- und Vertikal­ richtung unterschiedlichen Verhältnisse zu einer Asymmetrie, die insgesamt einen Astigmatismus ergibt, und dieser wird durch die Erfindung kompensiert.

Durch geeignete Wahl der Abmessungen der "ovalen" Umschließung, der "knochenförmigen" Umschließung und der G 1-Schlitze kann eine annehmbare Form des Strahlflecks sowohl in der Mitte als auch an den Rändern des Bildrasters erreicht werden, indem man die durch diese Elemente hervorgerufenen Astigmatismen optimal zueinander abstimmt.

Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen an­ hand der Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt von der Seite und teilweise im Schnitt ein Elektronenstrahl-Erzeugungssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2, 3, 4 und 5 sind Endansichten verschiedener Ele­ mente des Strahlerzeugungssystems nach Fig. 1;

Fig. 5a zeigt einen Schnitt des Elements nach der Fig. 5 gemäß der Linie A-A′;

Fig. 5b ist eine Schnittansicht des Elements nach Fig. 5 gemäß der Linie B-B′;

Fig. 6 ist eine Schnittansicht des Elements nach Fig. 2 gemäß der Linie C-C′;

Fig. 7 ist eine Schnittansicht des Elements nach Fig. 3 gemäß der Linie D-D′;

Fig. 8 ist eine Schnittansicht des Elements nach Fig. 4 gemäß der Linie E-E′; und

Fig. 9 veranschaulicht schematisch eine Modifikation des Elektronenstrahl-Erzeugungssystems nach Fig. 1.

Die Fig. 1 zeigt teilweise im Schnitt eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Elektronenstrahlerzeugungssystems. Die Elektroden des Strahlerzeugungssystems nach Fig. 1 umfassen drei Kathoden 21 (von denen nur eine in der Seiten­ ansicht der Fig. 1 sichtbar ist), ein Steuergitter 23 (G 1), ein Schirmgitter 25 (G 2) eine erste Beschleunigungs- und Fokussierungselektrode 27 (G 3) und eine zweite Beschleuni­ gungs- und Fokussierungselektrode 29 (G 4). Die Elemente des Strahlerzeugungssystems werden von zwei gläsernen Haltestä­ ben 33 a, 33 b gehalten, die parallel zueinander verlaufen und zwischen denen die verschiedenen Elektroden aufgehängt sind.

Jede der Kathoden 21 ist mit jeweils einer zugehörigen Öff­ nung in den G 1-, G 2-, G 3- und G 4-Elektroden ausgerichtet, um den Durchgang der von der Kathode ausgesandten Elektro­ nen zum Bildröhrenschirm zu erlauben. Die von den Kathoden ausgesandten Elektronen werden zu drei Elektronenstrahlen geformt, und zwar durch zugehörige elektrostatische strahl­ formende Linsen, die gebildet sind durch zwei gegenüberlie­ gende gelochte Bereiche der G 1- und G 2-Elektroden 23 und 25, welche auf verschiedenen Gleichspannungspotentialen gehalten werden (z. B. 0 Volt für G 1 und +1100 Volt für G 2). Die Fokussierung der Strahlen an der Schirmfläche erfolgt hauptsächlich durch eine elektrostatische Hauptfokussierungs­ linse, die sich zwischen benachbarten Berei­ chen (27 a, 29 a) der G 3- und G 4-Elektroden bildet. Die G 3- Elektrode wird beispielsweise auf einem Potential (z. B. +6 500 Volt) gehalten, das 26% des an die G 4-Elektrode gelegten Po­ tentials (z. B. +25 Kilovolt) ausmacht.

Die G 3-Elektrode 27 besteht aus einer Anordnung zweier be­ cherförmiger Elemente 27 a und 27 b, deren geflanschte offe­ ne Enden aneinander anstoßen. Eine Vorderansicht des vor­ deren Elements 27 a ist in Fig. 2 dargestellt, und eine Querschnittsansicht dieses Elements (entsprechend der Linie C-C′ in Fig. 2) ist in Fig. 6 gezeigt. Eine Rückansicht des rückwärtigen Elements 27 b ist in Fig. 4 dargestellt, und eine Querschnittsansicht dieses Elements (entsprechend der Linie E-E′ in Fig. 4) ist in Fig. 8 gezeigt.

Die G 4-Elektrode 29 besteht aus einem becherförmigen Ele­ ment 29 a, dessen geflanschtes offenes Ende an das gelochte geschlossene Ende eines elektrostatischen Abschirmbechers 29 b anstößt. Eine Rückansicht des Elements 29 a ist in Fig. 3 dargestellt, und eine Querschnittsansicht dieses Elements (entsprechend der Linie D-D′ der Fig. 3) ist in Fig. 7 gezeigt.

In einem querliegenden Teil 40 des G 3-Elements 27 a, der am Boden einer Vertiefung im geschlossenen vorderen Ende dieses Elements sitzt, befinden sich drei Öffnungen 44 in Inline- Anordnung, d. h. die Öffnungen liegen auf einer Linie neben­ einander. Die Wände 42 der Vertiefung, die eine gemeinsame Umschließung für die drei aus den Öffnungen 44 tretenden Elektronenstrahlen bilden, verlaufen an beiden Seiten je­ weils halbkreisförmig und dazwischen gerade und parallel zueinander, so daß sich in der Draufsicht der Fig. 2 ein Bild ähnlich dem Oval einer Rennbahn ergibt. Die maximale hori­ zontale Innenabmessung dieser G 3-Umschließung liegt in der Ebene der Strahlachsen und ist in der Fig. 2 mit "f₁" be­ zeichnet. Die maximale vertikale Innenabmessung der G 3-Um­ schließung ist durch den Abstand zwischen den geraden pa­ rallelen Wandteilen bestimmt und in der Fig. 2 mit "f₂" bezeichnet. Die Vertikalabmessung ist an der Stelle jeder Strahlachse gleich f₂.

Drei Inline-Öffnungen befinden sich auch in einem querlie­ genden Teil 50 des G 4-Elements 29 a, der am Boden einer Ver­ tiefung im geschlossenen rückwärtigen Ende diese Elements sitzt. Die Wände 52 dieser Vertiefung, die eine gemeinsame Umschließung für die drei in die G 4-Elektrode eintretenden Elektronenstrahlen bilden, verlaufen in einem mittleren Bereich gerade und parallel. An den beiden Seiten jedoch folgen die Wände in ihrer Kontur jeweils dem Bogen eines Kreises, dessen Durchmesser größer ist als der Abstand zwi­ schen den parallelen Wänden im mittleren Bereich, wobei der Bogen jeweils größer als ein Halbkreis ist. Dies führt zu einer solchen Form der Vertiefung, daß sich in der Draufsicht nach Fig. 3 ein Bild ähnlich einem Hundeknochen ergibt. In­ folge dieser Knochenform ist die in Vertikalrichtung gemesse­ ne Innenausdehnung der G 4-Umschließung am Ort der Achse der mittleren Öffnung (Abmessung f₅) kleiner als die in Vertikal­ richtung gemessene Ausdehnung der G 4-Umschließung an den Stellen der Achsen der beiden äußeren Öffnungen (Abmessung f₄). Die maximale Innenausdehnung der G 4-Umschließung in Horizontalrichtung liegt in der Ebene der Strahlachsen und ist in Fig. 3 mit f₃ bezeichnet. Die maximale vertikale Innenausdehnung der G 4-Umschließung entspricht dem Durch­ messer des Kreises, dem die Bögen in den seitlichen End­ bereichen folgen, und ist in Fig. 3 mit "f₄" bezeichnet.

Die maximale Außenbreite der G 3- und G 4-Elektroden in den jeweiligen "ovalen" und "knochenförmigen" Bereichen ist je­ weils die gleichen und in den Fig. 6 und 7 mit "f₆" be­ zeichnet. Die Durchmesser der Öffnungen 44 und 54 sind eben­ falls gleich und in den Fig. 6 und 7 mit "d" bezeichnet. Ebenfalls gleich sind die Tiefen der Ausnehmungen (r in den Fig. 6 und 7) für die G 3- und G 4-Elektroden. Unterschied­ lich jedoch sind die Tiefen der G 3-Öffnungen (a₁ in Fig. 6) und der G 4-Öffnungen (a₂ in Fig. 7). Die Maße d, f₁, f₂, f₃, f₄, f₅, f₆, r, a₁ und a₂ können z. B. folgende Werte haben: d = 4,064 mm; f₁ = 18,16 mm; f₂ = 8,000 mm; f₃ = 17,65 mm; f₄ = 7,24 mm; f₅ = 6,86 mm; f₆ = 22,22 mm; r = 2,92 mm; a₁ = 0,86 mm und a₂ = 1,14 mm. Ein Beispiel für das Maß des Mitte-Mitte-Abstandes g zwischen benachbarten Öffnungen in jeder der Fokussierungselektroden ist 5,08 mm. Beispiele für die axialen Längsabmessungen der Elemente 27 a und 29 a sind 12,45 mm bzw. 3,05 mm, während der Abstand zwischen der G 3- und der G 4-Elektrode für die Anordnung nach Fig. 1 1,27 mm betragen kann.

Die zwischen den Elementen 27 a und 29 a gebildete Hauptfo­ kussierungslinse erscheint vorherrschend als eine einzelne große Linse, die von allen drei Elektronenstrahlwegen durch­ schnitten wird und deren Äquipotentiallinien, die in Be­ reichen der Schnittpunkte mit den Strahlwegen relativ ge­ ringe Krümmung haben, sich kontinuierlich zwischen gegen­ überliegenden Wandungen der Vertiefungen erstrecken. Im Gegensatz hierzu wurde bei bekannten Strahlerzeugungssyste­ men, in denen die Vertiefungen fehlen, der vorherrschende Fokussierungseffekt durch Äquipotentiallinien re­ lativ starker Krümmung hervorgerufen, die sich an jedem der unvertieften Lochbereiche der Fokussierungselektroden konzentrierten. Durch das Vorhandensein der Vertiefungen bei der dargestellten Anordnung der Elemente 27 a und 29 a spielen Äquipotentiallinien relativ starker Krümmung an den Lochbereichen nur eine geringe Rolle für die Bestimmung der Qualität der Fokussierung (diese Qualität wird vielmehr vorherrschend durch die Größe der aufgrund der Vertiefungs­ wände gebildeten großen Linse bestimmt).

Infolge dieses Umstandes kann man einen engen Strahlabstand (z. B. das oben erwähnte Maß von 5,08 mm) trotz der resultie­ renden Begrenzung des Öffnungsdurchmessers vorsehen, denn das Maß unerwünschter Auswirkungen sphärischer Aberrationen ist bei der beschriebenen Ausführungsform relativ unabhängig von der Größe des Durchmessers der Öffnungen und wird haupt­ sächlich durch die Abmessungen der mit den Vertiefungswänden gebildeten großen Linse bestimmt. Unter diesen Umständen wird der Durchmesser des Röhrenhalses zu einem begrenzenden Faktor hinsichtlich der Fokussierungsqualität. Bei Verwirk­ lichung der oben angegebenen Maßbeispiele für das Fokussie­ rungssystem der vorliegenden Erfindung ist eine äußerst gute Fokussierungsqualität erzielbar unter Verwendung von Fokussierungselektroden mit Außenabmessungen (vgl. z. B. f₆), die leicht innerhalb eines Halses des angegebenen herkömm­ lichen Durchmessers (29,11 mm) unterzubringen sind und da­ bei noch genügende Abstände von den inneren Kolbenwandungen erlauben, um eine gute Hochspannungsfestigkeit zu gewähr­ leisten (selbst unter den ungünstigen Bedingungen der Glas­ toleranz).

Die Konvergenzseite der elektrostatischen Hauptfokussierungs­ linse 18 ist der Vertiefung des Elements 27 a zuzuordnen, die wie erwähnt eine Umfangskontur ähnlich einem Rennbahnoval hat. Die Asymmetrie der Horizontalen gegenüber der Vertika­ len bei einer solchen Gestalt führt zu einem astigmatischen Effekt, d. h. zu einer stärkeren Konvergenzwirkung auf verti­ kal beabstandete Elektronenbahnen innerhalb eines die Ver­ tiefung der G 3-Elektrode durchlaufenden Elektronenstrahls als auf horizontal beabstandete Elektronenbahnen innerhalb des Strahls. Wenn die gegenüberliegende Vertiefung der G 4- Elektrode eine ähnliche ovale Kontur hat, dann bringt die divergierende Seite der Hauptfokussierungslinse 18 ebenfalls einen astigmatischen Effekt in einem kompensierenden Sinne. Dieser Kompensationseffekt wäre jedoch in seiner Stärke un­ zureichend, um zu verhindern, daß insgesamt noch ein resul­ tierender Astigmatismus verbleibt. Dies könnte die Erzie­ lung einer gewünschten Fleckform am Bildschirm verhindern.

Erfindungsgemäß wird das Problem der Astigmatismus- Kompensation dadurch gelöst, daß der Kompensationseffekt der knochenförmig konturierten Vertiefung in der G 4-Elektrode mit einem Kompensationseffekt kombiniert wird, den man durch Einführung einer passenden Asymmetrie in den durch die G 1- und G 2-Elektroden 23 und 25 gebildeten strahlformenden Linsen erhält. Um die Natur dieses letztgenannten Kompensationseffekts zu verstehen, sei zunächst die Struktur der G 1-Elektrode 23 näher betrach­ tet, wie sie am besten in der Rückansicht dieser Elektrode nach Fig. 5 und in den zugehörigen Schnittansichten nach den Fig. 5a und 5b zu erkennen ist.

Der mittlere Bereich der G 1-Elektrode 23 ist von drei kreis­ förmigen Öffnungen 64 jeweils eines Durchmesser d₁ durch­ locht, wobei jede dieser Öffnungen mit einer Vertiefung 66 in der rückwärtigen Oberfläche der Elektrode 23 und mit ei­ ner Vertiefung 68 in der vorderen Oberfläche dieser Elektrode in Verbindung steht. Die Wände jeder Rückflächenvertiefung 66 verlaufen kreisförmig, und der Durchmesser "k" der be­ treffenden Vertiefungen ist ausreichend groß, um das vor­ derseitige Ende einer Kathode 21 (in Fig. 5b gestrichelt dargestellt) aufzunehmen, wobei noch ein genügender Ab­ stand von den Vertiefungswänden bleibt. Die Wände jeder Vorderflächenvertiefung 68 verlaufen so, daß sie jeweils einen rechteckigen Schlitz definieren, dessen Vertikalab­ messung "v" wesentlich größer ist als seine Horizontalab­ messung "h". Der Mitte-Mitte-Abstand g zwischen benachbar­ ten Öffnungen 64 ist der gleiche wie bei den oben beschrie­ benen Öffnungen der G 3- und G 4-Elektroden. Die anderen Ab­ messungen der G 1-Elektrode 23 können z. B. folgende Werte haben: d₁ = 0,615 mm; k = 3,075 mm; h = 0,711 mm; v = 2,134 mm; Tiefe einer Öffnung 64 (a₃) = 0,102 mm; Tiefe eines Schlitzes 68 (a₄) = 0,203 mm; Tiefe einer Vertiefung 66 (a₅) = 0,457 mm. Bei Zusammenfügung mit der Kathode 21 und der G 2-Elektrode 25 kann der Abstand zwischen der Kathode 21 und dem Boden der Vertiefung 66 beispielsweise 0,152 mm betragen, während ein beispielhafter Wert für den Abstand zwischen der G 1- und der G 2-Elektrode 0,178 mm ist.

Im zusammengesetzten Zustand, wie ihn die Fig. 1 zeigt, ist jede der drei kreisförmigen Öffnungen 26 in der G 2-Elektrode 25 mit einer zugehörigen Öffnung 64 der G 1-Elektrode ausge­ richtet. Jeder dazwischenliegende Schlitz 68 bewirkt eine Asymmetrie auf der konvergierenden Seite jeder der zwischen G 1 und G 2 gebildeten strahlformenden Linsen. Diese Asymme­ trie hat zur Wirkung, daß der Überkreuzungspunkt vertikal beabstandeter Elektronenbahnen innerhalb jedes Strahls weiter vorn auf dem Strahlweg liegt als der Überkreuzungs­ punkt horizontal beabstandeter Elektronenbahnen. Infolge­ dessen hat der Querschnitt jedes in die Hauptfokussierungs­ linse eintretenden Strahls in horizontaler Richtung eine größere Ausdehnung als in vertikaler Richtung. Diese "Vor­ verzerrung" der Querschnittsform des Strahls erfolgt im Sinne einer Kompensation derjenigen Fleckverzerrung, die vom Astigmatismus der Hauptfokussierungslinse herrührt.

Die vorstehend beschriebene Vorverzerrung der in die Haupt­ fokussierungslinse eintretenden Strahlen hat unter anderem den Vorteil, daß die Fokussierungsqualität in der vertika­ len und in der horizontalen Richtung besser einander ange­ glichen ist. Die Asymmetrie der Hauptfokussierungslinse ist so, daß ihre Vertikalabmessungen in den von den Strahlwegen durchdrungenen Linsenbereichen kleiner sind als ihre Hori­ zontalabmessungen in diesen Bereichen, obwohl die erwähnten Vertikalabmessungen wesentlich größer sind als der Durch­ messer der Öffnungen in den Fokussierungselektroden (der die Fokussierungslinsengröße bei den oben beschriebenen be­ kannten Strahlerzeugungssystemen begrenzte). Somit "sehen" vertikal beabstandete Elektronenbahnen innerhalb jedes Strahls eine kleinere Linse, als sie von horizontal beab­ standeten Elektronenbahnen innerhalb des Strahls gesehen wird. Die vorstehend beschriebene Vorverzerrung begrenzt die vertikale Ausspreizung jedes Strahls während der Durch­ wanderung der Hauptfokussierungslinse, so daß der Abstand vertikaler Grenzen eines richtig zentrierten Strahls, der die kleinere (schlechtere) Vertikallinse durchläuft, gerin­ ger ist als der Abstand der horizontalen Grenzen eines Strahls, der die größere (bessere) Horizontallinse durch­ läuft.

Ein weiterer Vorteil der vorstehend beschriebenen Vorver­ zerrung der in die Hauptfokussierungslinse eintretenden Strahlen ist die Vermeidung oder Reduzierung einer proble­ matischen vertikalen Fleckaufblähung am oberen und unteren Rand des Rasters. Diese Aufblähung hängt damit zusammen, daß an den Punkten des Eintritts der Strahlen in die Haupt­ fokussierungslinse eine unerwünschte Vertikalablenkung in­ folge eines Randfeldes bei der Verwendung von torusförmigen Vertikalablenkwick­ lungen erfolgen kann, das am hinteren Ende des Jochs auftritt. Wie weiter unten beschrieben wird, läßt sich zwar für eine gewisse magnetische Abschirmung der Strahlen ge­ genüber diesem Randfeld sorgen, insbesondere in Bereichen der Strahlwege, wo niedrige Geschwindigkeit herrscht. Je­ doch bleiben nachfolgende Bereiche der Strahlwege im wesent­ lichen unabgeschirmt gegenüber diesem Randfeld. Die oben beschriebene Begrenzung der vertikalen Aufspreizung jedes Strahls während seines Durchlaufs durch die Hauptfokussie­ rungslinie vermindert die Wahrscheinlichkeit, daß die durch das Randfeld bewirkte Ablenkung die Elektronenbahnen am Rand der Strahlen aus den relativ aberrationsfreien Linsenberei­ chen drängt.

Ein zusätzlicher Vorteil der erwähnten Vorverzerrung der in die Hauptfokussierungslinse eintretenden Strahlen besteht darin, daß nachteilige Einflüsse, die das bei der Verwendung von Sattel­ wicklungen erzeugte Haupt-Horizontalablenkfeld auf die Fleckform an den Seiten des Rasters ausübt, vermindert werden. Um die gewünschten selbstkonvergierenden Wirkungen der Jochanordnung 13 herbeizuführen, ist das Horizontalab­ lenkfeld über einen wesentlichen Teil der axialen Länge der Strahlablenkzone stark kissenverzerrt. Eine unangenehme Fol­ ge dieser Ungleichmäßigkeiten des Horizontalablenkfeldes ist eine Tendenz zur Überfokussierung der vertikal beabstandeten Elektronenbahnen jedes Strahls an den Seiten des Rasters. Mit der beschriebenen Vorverzerrung wird die Vertikalaus­ dehnung jedes Strahls während seiner Wanderung durch die Ab­ lenkzone ausreichend zusammengedrückt, um diese Überfokussie­ rung an den Seiten des Rasters auf ein annehmbares Maß zu re­ duzieren.

Für die Beschreibung einer alternativen Möglichkeit zur Er­ zielung der erwähnten Vorverzerrung der Strahlen sei auf die GB 20 33 650 A verwiesen. Bei der Struktur nach dieser Patentschrift befindet sich in der rückwärtigen Oberfläche der G 2-Elektrode eine rechteckige, in Horizontal­ richtung langgestreckte Schlitzvertiefung in Ausrichtung und Verbindung mit jeder kreisförmigen Öffnung der G 2-Elektrode. Dadurch wird eine Asymmetrie im divergierenden Teil jeder strahlformenden Linse eingeführt, wodurch die Vertikalabmes­ sung jedes die Hauptfokussierungslinse durchquerenden Strahls gegenüber seiner Horizontalabmessung zusammengedrückt wird. Es hat sich gezeigt, daß die beschriebene Zuordnung der Asymmetrie zur G 1-Elektrode beim beschriebenen Strahlerzeu­ gungssystem den Vorteil einer Verbesserung der Fokustiefe in der Vertikalrichtung bringt. Die erzielte Fokustiefe ist so, daß das in der Bildwiedergabeeinrichtung normalerweise vorgesehene Justierpotentiometer für die Fokussierungsspan­ nung herangezogen werden kann, um den genauen Wert der Fo­ kussierungsspannung (die an die G 3-Elektrode 27 gelegt wird) über einen passenden Bereich zu ändern, so daß der Fokus in der Horizontalrichtung optimiert werden kann, ohne den Fokus in der Vertikalrichtung wesentlich zu stören.

Wie bereits erwähnt, ist es wünschenswert, die Bereiche niedriger Geschwindigkeit der jeweiligen Strahlwege gegen­ über den rückwärtigen Randfeldern des Ablenkjochs abzuschir­ men. Zu diesem Zweck ist innerhalb des hinteren Elements 27 b der G 3-Elektrode 27 ein becherförmiges magnetisches Abschirm­ element 31 eingepaßt und daran befestigt (z. B. durch Schwei­ ßung), dessen geschlossenes Ende an das geschlossene Ende des Elements 27 b anstößt (wie es die Fig. 1 offenbart). Wie in den Fig. 4 und 8 gezeigt, ist das geschlossene Ende des becherförmigen Elektrodenelements 27 b von drei Inline-Öffnun­ gen 28 durchlocht, deren Wandungen kreisförmig verlaufen. Das geschlossene Ende des magnetischen Abschirmeinsatzes 31 ist in ähnlicher Weise von drei Inline-Öffnungen 32 durchlocht, die ebenfalls Wände kreisförmiger Kontur haben und mit den Öffnungen 28 ausgerichtet sind und damit in Verbindung ste­ hen, wenn der Einsatz 31 an seiner vorgesehenen Stelle sitzt.

In der Anordnung nach Fig. 1 sind die Öffnungen 28 mit den Öffnungen 26 der G 2-Elektrode 25 ausgerichtet, jedoch in Axialrichtung davon beabstandet. Beispielhafte Abmessungen für diesen Teil der Anordnung sind folgende: Durchmesser einer Öffnung 26 = 0,615 mm; Tiefe einer Öffnung 26 = 0,508 m; Durchmesser einer Öffnung 28 = 1,524 mm; Tiefe einer Öffnung 28 = 0,254 mm; Durchmesser einer Öffnung 32 = 2,54 mm; Tiefe einer Öffnung 32 = 0,254 mm; Axialabstand zwischen miteinan­ der ausgerichteten Öffnungen 26 und 28 = 0,838 mm; Mitte- Mitte-Abstand zwischen benachbarten Öffnungen innerhalb je­ der Dreiergruppe gleich dem oben genannten Wert für "g", also 5,08 mm. Ein Beispiel für die Länge des magnetischen Abschirmeinsatzes 31 ist 5,38 mm im Vergleich zu einer axia­ len Länge von 13,335 mm für das G 3-Element 27 b und einer axialen Länge von 12,45 mm für das G 3-Element 27 a. Eine sol­ che Länge der Abschirmung (kleiner als ein Viertel der Ge­ samtlänge der G 3-Elektrode) ist ein annehmbarer Kompromiß zwischen einerseits dem Wunsch nach genügender Abschirmung der Strahlwege im Bereich vor dem Fokus und andererseits dem Wunsch, eine die Konvergenz in den Ecken störende Feldver­ zerrung zu vermeiden. Die Abschirmung 31 kann typischerweise aus einem magnetisierbaren Material bestehen (z. B. aus einer Nickel-Eisen-Legierung mit 52% Nickel und 48% Eisen), das eine hohe Permeabilität im Vergleich zur Permeabilität des für die Fokussierungselektrodenelemente verwendeten Materials (z. B. rostfreier Stahl) hat.

Das vordere Element 29 b der G 4-Elektrode 29 enthält mehrere Kontaktfedern 30 im vorderen Bereich seines Umfangs, um die herkömmliche innere Graphitbeschichtung der Bildröhre zu be­ rühren, so daß das Endanodenpotential (z. B. 25 kV) an die G 4-Elektrode gelangt. Das geschlossene Ende des becherför­ migen Elements 29 b enthält drei Inline-Öffnungen (nicht dar­ gestellt) mit einem gegenseitigen Mitte-Mitte-Abstand des hier als Beispiel gewählten Werts von 5,08 mm, um die einzel­ nen aus der Hauptfokussierungslinse austretenden Elektronen­ strahlen durchzulassen. Zur Komakorrektur sind zweckmäßiger­ weise hochpermeable magnetische Glieder vorgesehen, die an der Innenfläche des geschlossenen Endes des Elements 27 b in der Nähe der Öffnungen befestigt sind, wie es z. B. in der US- Patentschrift 37 72 554 beschrieben ist.

Das Anlegen der Betriebspotentiale an die anderen Elektro­ den (Kathode, G 1-, G 2- und G 3-Elektrode) in der Anordnung nach Fig. 1 erfolgt über den Sockel der Bildröhre mit Hil­ fe herkömmlicher Zuleitungen (nicht dargestellt).

Die zwischen der G 3- und der G 4-Elektrode 27 und 29 der An­ ordnung nach Fig. 1 gebildete Hauptfokussierungslinse hat insgesamt einen konvergierenden Einfluß auf die drei die Linse durchwandernden Strahlen, so daß die Strahlen die Linse in konvergierender Weise verlassen. Das Maß dieser konvergierenden Wirkung wird beeinflußt durch das gegensei­ tige Verhältnis der Horizontalabmessungen der gegenüberlie­ genden Umschließungen (Vertiefungen) an den Elementen 27 a und 29 a. Eine Verstärkung der konvergierenden Wirkung ergibt sich bei einem Abmessungsverhältnis, bei welchem die Breite der Umschließung an der G 4-Elektrode größer ist, und eine Verminderung der konvergierenden Wirkung ergibt sich mit einem Verhältnis, bei welchem die Breite der Umschließung an der G 3-Elektrode größer ist. Bei dem Ausführungsbeispiel, für welches die oben angegebenen Abmessungen gelten, wurde eine Verminderung der konvergierenden Wirkung gewünscht, und hierfür hat sich das Verhältnis von 715 : 695 zwischen der Breite der Umschließung an der G 3-Elektrode und der Breite der Umschließung an der G 4-Elektrode als passend er­ wiesen.

Die Fig. 9 veranschaulicht schematisch eine Modifikation des in Fig. 1 dargestellten Elektronenstrahl-Erzeugungssystems.

Bei dieser Modifikation sind zwei Hilfs- Fokussierungselektroden (27″, 29″) zwischen das Schirmgitter (25′) und die Haupt-Beschleunigungs- und -Fokussierungselek­ troden (27′, 29′) eingefügt. Die Hauptfokussierungslinse wird zwischen diesen letztgenannten Elektroden (27′, 29′) gebildet, die in diesem Fall als G 5- und G 6-Elektroden zu bezeichnen sind. Die zuerst durchwanderte Hilfs-Fokussierungs­ elektrode (G 3-Elektrode 27″) wird mit dem gleichen Potential (z. B. +8000 Volt) wie die G 5-Elektrode 27 erregt, während die andere Hilfs-Fokussierungselektrode (G 4-Elektrode 29″) mit dem gleichen Potential (z. B. +25 Kilovolt) wie die G 6-Elektro­ de 29 erregt wird. Wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 werden die einzelnen Strahlen (aus Elektronen, die von den jeweiligen Kathoden 21′ emittiert werden) durch jeweilige strahlformende Linsen geformt, die sich zwischen dem Steuer­ gitter (G 1-Elektrode 23′) und dem Schirmgitter (G 2-Elektrode 25′) bilden.

Bei dieser alternativen Ausführungsform können die G 5- und G 6-Elektroden (27″ und 29″) z. B. die gleiche allgemeine Form haben wie die G 3- und G 4-Elektroden (27 und 29) der Anordnung nach Fig. 1, wobei die gegenüberliegenden Umschließungen (Vertiefungen) die erwähnte "ovale" und "knochenförmige" Gestalt und Abmessungen der gleichen Größenordnung wie oben beschrieben haben und wobei die an den Böden der Vertiefungen sitzenden Öffnungen den gleichen Mitte-Mitte-Abstand von 5,08 mm wie oben haben. Die "Vorverzerrung" der Strahlen des oben beschriebenen Typs wird durch eine Asymmetrie in den jeweiligen strahlformenden Linsen bewirkt. Dies geschieht z. B. durch eine Formgebung der G 1- und G 2-Elektroden (23′, 25′), wie sie in der oben genannten US-Patentschrift 42 34 814 beschrieben ist, wobei horizontal orientierte rechteckige Schlitze an der rückwärtigen Oberfläche der G 2-Elektrode (23′) vorgesehen sind, die zwischen den drei kreisförmigen Öffnungen der G 2-Elektrode und den drei kreisförmigen Öffnun­ gen der G 1-Elektrode liegen, wobei der Mitte-Mitte-Abstand zwischen den Öffnungen jeder Dreiergruppe wie oben 5,08 mm beträgt. Die zwischengefügten Hilfs-Fokussierungselektroden (27″, 29″), die z. B. aus becherförmigen Elementen bestehen, deren Böden ebenfalls von jeweils drei kreisförmigen Inline- Öffnungen (mit dem vorstehend angegebenen Mitte-Mitte-Abstand) durchlocht sind, bilden symmetrische (G 3-G 4)- und (G 4-G 5)-Linsen, deren Gesamtwirkung darin besteht, daß die Querschnittsabmes­ sungen des die Hauptfokussierungslinse und die anschließende Ablenkzone durchwandernden Elektronenstrahls in symmetrischer Weise verkleinert sind. Diese Verkleinerung kann erwünscht sein, um die überfokussierenden Einflüsse des Horizontalab­ lenkfeldes auf die Fleckform an den Seiten des Rasters zu mindern, jedoch wird mit dieser Minderung eine größere Fleck­ größe in der Mitte in Kauf genommen als sie mit dem einfa­ cheren Bipotential-Fokussierungssystem nach Fig. 1 erzielbar ist. Bei Verwendung einer Anordnung nach Fig. 9 wird der Ab­ schirmeffekt, der vorstehend in Verbindung mit dem Einsatz 31 beschrieben wurde, z. B. dadurch erreicht, daß die G 3- Elektrode (27″) aus hochpermeablem Material gebildet wird.

Claims (3)

1. Inline-Elektronenstrahlerzeugungssystem für drei Elek­ tronenstrahlen (B, G, R) mit in Strahlrichtung aufeinanderfol­ gend

• - einem strahlformenden Bereich (21, 23, 25), der drei Inline-Kathoden (21) und mehrere Elektroden (23, 25) mit jeweils drei kreis­ förmigen Öffnungen (64, 26) aufweist, die sich senkrecht zu den Elektronenstrahlen in der Inline-Ebene erstrecken, und mit den Öffnungen der anderen Elektroden und den Kathoden fluchten
• - und einer Hauptfokussierungslinse, die aus zwei auf unter­ schiedlichen Potentialen gehaltenen Hauptfokussierungselek­ troden (27, 29) besteht, welche erste Teile (40, 50) enthal­ ten, die sich quer zur Längsachse des Röhrenhalses er­ strecken und jeweils drei nebeneinanderliegende Öffnungen für je einen Elektronenstrahl haben, und zweite Teile (42 bzw. 52) enthalten, die sich in Richtung der Röhrenachse von den ersten Teilen (40, 50) erstrecken und eine gemein­ same Umschließung für die Elektronenstrahlen bilden, wobei die zweiten Teile der beiden Hauptfokussierungselektroden einander gegenüberliegen und zwischen sich eine gemeinsame Hauptfokussierungslinse für die Elektronenstrahlen bilden, aus welcher diese konvergent austreten, und wobei die größ­ te Innenabmessung (f₁, f₃) der Umschließung in Inline-Rich­ tung liegt und wesentlich größer ist als das Dreifache des Mitte-Mitte-Abstandes (g) zwischen benachbarten Öffnungen (44 bzw. 54),

dadurch gekennzeichnet, daß eine als Strahlformer wirkende geschlitzte Struktur (68) auf einer von zwei aufeinanderfolgenden Elektroden (23, 25) des strahlformenden Bereichs (21, 23, 25) in derartiger Aus­ richtung mit den Elektrodenöffnungen (64, 26) angeordnet ist, daß der Querschnitt jedes Elektronenstrahls am Eintritt in die Hauptfokussierungslinse (18) in der Inline-Richtung eine größere Abmessung als in der dazu senkrechten Richtung hat.

2. Inline-Elektronenstrahlerzeugungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei aufeinanderfolgenden Elektroden (23, 25) die bei­ den am nächsten bei den Kathoden (21) befindlichen Elektroden (23, 25) sind und daß die geschlitzte Struktur drei Schlitze enthält, die mit den Öffnungen der den Kathoden nächsten Elektrode (23) in Verbindung stehen und auf derjenigen Seite der den Kathoden nächsten Elektrode angebracht sind, welche auf die der Kathode zweitnächste Elektrode (25) weist, und daß die Schlitze eine rechteckige Form haben, deren Ausdeh­ nung in der Inline-Richtung beträchtlich kleiner ist als in der dazu senkrechten Richtung.