DE2801538A1

DE2801538A1 - Kathodenstrahlroehre

Info

Publication number: DE2801538A1
Application number: DE19782801538
Authority: DE
Inventors: Stephen Frank Blazo; Peter Eugene Perkins
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 1977-01-17
Filing date: 1978-01-14
Publication date: 1978-07-20
Also published as: FR2377701A1; CA1091747A; US4130775A; JPS5390756A; FR2377701B1; NL7800456A; GB1569350A

Description

drying. ERNST STRATMANN

PATENTANWALT
D-4000 DÜSSELDORF 1 · SCHADOWPLATZ 9

? 8 ü 1 5 3 8

Düsseldorf, 13. Jan. 1978

•PF 2400-4
7788

.Tektronix, Inc.
Beaverton, Oregon, V. St. A.

.Kathodenstrahlröhre

•Die Erfindung betrifft eine Kathodenstrahlröhre mit Ladungsbildspeicherung und Ladungsbildübertragung, insbesondere eine solche Elektronenstrahlröhre, die elektrostatische Ablenkung benutzt und eine Ablenkungsverstärkung des Schreibelektronenstrahls erreicht, sowie kollimierende Elektrodeneinrichtungen aufweist, um den Flutelektronenstrahl zu steuern, der mit den Übertragungstar get einrichtungen zusammenwirkt und durch diese hindurchläuft.

Aus den US-Patentschriften 3 710 173, 3 710 179 und 3 753 129 sind bereits Kathodenstrahlröhren mit Ladungsbildspeicherung und Ladungsbildübertragung bekannt, die ein herkömmliches Elektronenlinsensystem und herkömmliche Kollimierungselektrodeneinrichtungen aufweisen. Das herkömmliche Elektronenlinsensystern dieser Ladungsbild-Ladungsübertragungskathodenstrahlröhren liefert keine angemessene Empfindlichkeit für die vertikalen Ablenkeinrichtungen noch eine Auslenkungsexpansion des Schreibelektronenstrahls, außerdem ist die Punktausdehnung größer, was zu einem Schreibstrahl mit niedrigerer Schreibgeschwindigkeit und geringerer Bandbreite führt. Die herkömmlichen Kollimierungselektroden-' einrichtungen dieser Ladungsbild-Ladungsübertragungskathodenstrahlröhren erlauben es nicht, daß die Flutelektronen in einer

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im wesentlichen normalen Richtung auf die Speichertargeteinrichtung auftreffen und/oder durch diese während des Schreibbetriebs oder des Löschbetriebs hindurchlaufen, wodurch kein vollwertiger Betrieb möglich ist. Außerdem erfordern herkömmliche Anordnungen für eine wesentliche Expansion der Strahlauslenkung die Beschleunigung des Elektronenstrahls auf hohe Geschwindigkeit unmittelbar nach der Fokussierung und Ablenkung mit Hilfe von hinter der Ablenkung abgeordneten Beschleunigungssystemen, die bei Speicherkathodenstrahlröhren im allgemeinen nicht benutzt werden.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Ladungsbild-Ladungsübertragungskathodenstrahlröhre mit einem Elektronenlinsensystem, die eine größere Empfindlichkeit und eine weitere Auslenkungsexpansion des Elektronenstrahls in den vertikalen Ablenkeinrichtungen aufweist und dabei zu einer kleineren Punktausdehnung und zu einem höheren Strahlstrom pro Spurbreite führt.

Die Erfindung wird gemäß den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst, besteht also aus einer Kathodenstrahlröhre, die mit angrenzenden Quadrupollinsen versehen ist, um den Elektronenstrahl zu fokussieren, bevor er zwischen die vertikalen Ablenkplatten gelangt. Nachdem der Elektronenstrahl zwischen den vertikalen Ablenkplatten vertikal abgelenkt wurde, läuft er in eine andere Quadrupollinse hinein, die den vertikal abgelenkten Strahl weiter fokussiert und den Ablenkwinkel vergrößert, während der Elektronenstrahl zwischen den horizontalen Ablenkplatten hindurchläuft, die den Elektronenstrahl in horizontaler Richtung ablenken. Der Elektronenstrahl trifft dann, ohne weiter beschleunigt worden zu sein, auf eine schnellschreibende Targeteinrichtung auf, wobei abhängig von an angrenzenden Targeteinrichtungen angelegten Spannungen die Kathodenstrahlröhre in mehreren Betriebsarten arbeiten kann, einschließlich im bistabilen Betrieb, im Halbtonbetrieb, im bistabilen Übertragungsbetrieb und Halbtonübertragungsbetrieb. Kollimierende Elektrodeneinrichtungen mit einer besonderen Konfiguration, die auf einer inneren Oberfläche des Kathodenstrahlröhrenkolbens angeordnet sind, veran-

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lassen die Flutelektronen, auf die Targeteinrichtungen in im wesentlichen senkrechter Richtung zu diesen einzuwirken und/oder durch sie hindurchzulaufen.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird auch eine Ladungsbild-Ladungsübertragungskathodenstrahlröhre geschaffen, die eine derartig ausgebildete Kollimierungselektrodeneinrichtung aufweist, so daß die Flutelektronen von Flutelektronenerzeugungseinrichtungen veranlaßt werden, im wesentlichen senkrecht auf eine Targeteinrichtung einzuwirken und/oder durch diese hindurchzulaufen, was zu einer größeren Gleichförmigkeit des Flutelektronenstrahls und zu verbesserter Arbeitsweise bezüglich der vollen Abtastung führt.

Gemäß einer noch anderen Ausführungsform wird eine Quadrupollinseneinrichtung sowie eine Kollimierungselektrodeneinrichtung für die Ladungsbild-Ladungsübertragungskathodenstrahlröhre vorgesehen, um die Empfindlichkeit der vertikalen Ablenkeinrichtungen zu erhöhen und die Auslenkung des Elektronenstrahls zu erweitern und gleichzeitig den Flutelektronenstrahl zu veranlassen, im wesentlichen senkrecht zur Targeteinrichtung auf diese einzuwirken und/oder durch diese hindurchzulaufen.

Gemäß einer noch anderen Ausführungsform wird eine Ladungsbild-Ladung sübertragungskathodenstrahlröhre mit Quadrupollinseneinrichtungen versehen, die vor den vertikalen Ablenkplatten angeordnet sind, sowie mit Quadrupollinseneinrichtungen, die zwischen den vertikalen Ablenkplatten und den horizontalen Ablenkplatten angeordnet sind.

Schließlich wird noch eine Ausführungsform beschrieben, gemäß der die Ladungsbild-Ladungsübertragungskathodenstrahlröhre wesentliche Verbesserungen bezüglich der Schreibgeschwindigkeit und der Steuerung der Flutelektronen sowie der Erhöhung der Bandbreite erreicht wird, und zwar um mindestens einen Faktor 4 bezüglich bekannten Ladungsbild-Ladungsübertragungskathodenstrahlröhren.

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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in den Zeichnungen dargestellt ist und eine Kathodenstrahlröhre mit ersten und zweiten elektrostatischen Quadrupollinsen zwischen der Elektronenstrahlerzeugungseinrichtung und den vertikalen Ablenkplatten zeigt, um den Elektronenstrahl richtig zu fokussieren, bevor er zwischen die vertikalen Ablenkplatten gelangt. Eine dritte elektrostatische Quadrupollinse ist zwischen den vertikalen Ablenkplatten und den horizontalen Ablenkplatten vorgesehen, um den Ablenkwinkel zu vergrößern wie auch bei der richtigen Fokussierung des Elektronenstrahls zu helfen, während dieser von den vertikalen Ablenkplatten sich zwischen die horizontalen Ablenkplatten bewegt, um dadurch eine wesentlich verbesserte vertikale Empfindlichkeit und Auslenkungsexpansion des Elektronenstrahls zu erreichen, während gleichzeitig die Strahlgeschwindigkeit konstant gehalten wird. Eine Kollimierungselektroneneinrichtung folgt den horizontalen Ablenkplatten und den Flutelektronenerzeugungseinrichtungen und ist aus leitenden Beschichtungen gebildet, die bestimmte Konfigurationen aufweisen und auf der inneren Oberfläche des Röhrenkolbens angeordnet sind und dadurch die Flutelektronen steuern, um auf diese Weise einen gleichförmigeren Flutelektronenstrahl zu erhalten und den Landewinkel der Flutelektronen auf oder durch die Speichertargeteinrichtungen möglichst klein zu machen.

Es zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Ladungsbild-Ladungsübertragungskathodenstrahlröhre, wobei der Schnitt längs der zentralen vertikalen Ebene der Röhre gelegt ist;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des elektrooptischen Systems, der Kollimierungselektroden sowie der Schirmeinrichtungen der Röhre der Fig, 1 zur Darstellung der Öffnungsformen in den Platten in auseinandergezogener Form; und

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Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Elektronenstrahlumhüllenden, die von dem elektrooptischen System der Fig. 2 bewirkt wird.

In den Figuren ist eine Kathodenstrahlröhre 10 mit einem Kolben 12 dargestellt, dessen Halsabschnitt vorzugsweise aus Glas besteht und in dem das Elektronenstrahlerzeugungssystem und die Elektrooptik des Schreibstrahls prinzipiell angeordnet sind, sowie aus einem Trichterabschnitt, der vorzugsweise aus keramischem Material besteht und einen Kegelstumpf darstellt, auf dem das elektrooptische Flutkollimierungssystem prinzipiell, zusammen mit einer Glasfrontplatte 14 mit Hilfe einer Frittenabdichtung angeordnet ist. Der Glasabschnitt und der keramische Abschnitt sind ebenfalls miteinander frittenabgedichtet verbunden. Ein derartiger Kolben ist in der US-Patentschrift 3 207 936 offenbart.

Das elektrooptische System umfaßt eine geheizte Kathode 16, die mit einer Spannung von -2 kV verbunden ist, um einen Schreibelektronenstrahl EB von hoher Geschwindigkeit zu erzeugen. Eine Gitterelektrode 18 ist angrenzend zu der Kathode 16 angeordnet, wobei die Kathode 16 innerhalb der Gitterelektrode 18 mit Hilfe eines isolierenden keramischen Gliedes 20 montiert ist. Das Gitter 18 ist mit einer Spannung von -2,1 bis 2,0 kV verbunden und an einer kreuzförmigen Platte 22 angeschlossen, die an Glasstäben 24 montiert ist und eine öffnung 22a besitzt, um das Hindurchlaufen des Elektronenstrahls zu ermöglichen. Die Gitterelektrode 18 steuert die Emission des Elektronenstrahls während des Hindurchlaufens durch die öffnung. Eine Tetrodenelektrode 26 ist in der Form einer kreuzförmigen Platte angeordnet und besitzt eine öffnung 26a, um den Elektronenstrahl hindurchzulassen. Sie ist normalerweise mit 0 V verbunden und beschleunigt den Elektronenstrahl, während er hindurchläuft. Eine Anode 28 ist angrenzend zur Tetrodenelektrode 26 vorgesehen und mit 0 V verbunden und mit Hilfe von Glasstäben 24 über kreuzförmige Platten 30 montiert. Ein inneres Ende der Anode 28 und die zweite Platte 30, die abstrommäßig von der

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ersten Platte 30 angeordnet ist, besitzt öffnungen 30a, um dem Elektronenstrahl zu ermöglichen, in die Anode einzutreten und sie wieder zu verlassen. Die Anode 28 beschleunigt den Elektronenstrahl, während er hineinläuft.

Die Stigmatorlinse 32 ist eine Platte, die mit Glasstäben 24 befestigt ist und eine längliche öffnung 32a (Fig. 2) besitzt, die um einen Winkel von etwa 45° bezüglich einer vertikalen Ebene geneigt ist, die durch die Röhrenachse läuft. Die Stigmatorlinse 32 ist mit einem beweglichen Kontakt eines Potentiometers 34 verbunden, dessen Enden mit 0 bzw. +90 V verbunden sind. Die Stigmatorlinse 32 korrigiert den Strahlastigmatismus.

Die Fokussierlinse ist angrenzend zur Stigmatoriinse 32 angeordnet und umfaßt eine erste Quadrupollinse 36 und eine zweite Quadrupollinse 38. Jede dieser Quadrupollinsen ist aus einer Serie von im wesentlichen kreisförmigen Platten 40 gebildet, die zwischen kreuzförmigen Platten 42 angeordnet sind, welche mit Glasstäben 24 befestigt sind. Die kreuzförmigen Platten besitzen kreisförmige öffnungen 42a, während die kreisförmigen Platten 40 öffnungen 40a aufweisen. Die öffnungen 40a sind von der gleichen Größe und besitzen sich gegenüberliegende nach innen gekrümmte und sich gegenüberliegende nach außen gekrümmte Oberflächen. Alternierende Platten 40 sind elektrisch miteinander verbunden und die öffnungen 40a darin in der gleichen Richtung ausgerichtet, während die anderen sich alternierenden Platten 40 elektrisch miteinander verbunden sind und öffnungen 40a aufweisen, die zueinander in gleicher Richtung liegen, aber im rechten Winkel zu den öffnungen 40a in den erstgenannten alternierenden Platten 40. Eine Seite der Quadrupollinse 36 ist mit einem beweglichen Kontakt des Potentiometers 44 verbunden, dessen Enden mit -15V bzw. mit +30 V verbunden sind. Die andere Seite der Linse 36 ist mit einem beweglichen Kontakt des Potentiometers 46 verbunden, dessen eines Ende mit +310 V und dessen anderes Ende mit +390 V verbunden ist. Eine Seite der Quadrupollinse 38 ist mit einem beweglichen Kontakt des Potentiometers 48 verbunden, dessen eines Ende mit -12,5 V und

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dessen anderes Ende mit +30 V verbunden ist. Die andere Seite der Linse 38 ist mit einem beweglichen Kontakt des Potentiometers 50 verbunden, dessen Enden mit +220 V bzw. +330 V verbunden sind. Die Quadrupollinse 36 konvergiert den Elektronenstrahl in der X-Z-Ebene und divergiert ihn in der Y-Z-Ebene, während die Quadrupollinse 38 den Elektronenstrahl in der X-Z-Ebene divergiert und in der Y-Z-Ebene konvergiert.

Die vertikalen Ablenkplatten 52 und 54 sind auf gegenüberliegenden Seiten der Röhrenachse angeordnet und mit Glasstäben 24 befestigt, um sie in Stellung zu halten. Die vertikale Ablenkplatte 52 ist mit einer Spannung von +V„ und die vertikale Ablenkplatte 54 mit einer Spannung -ν_γ verbunden, so daß ein angeschlossenes Eingangssignal an diese Platten angelegt und der Elektronenstrahl entsprechend ausgelenkt wird, während er längs den Platten läuft. Eine vertikale Ablenkstruktur, wie sie in der US-Patentschrift Re 28,223 gelehrt wird, kann anstelle der Platten 52 und 54 benutzt werden, wenn dies wünschenswert ist.

Eine dritte Quadrupollinse 56 ist aus kreuzförmigen Platten gebildet, die zwischen sich im wesentlichen kreisförmige Platten 60 aufweisen. Die Platten 58 besitzen längliche öffnungen 58a, die sich in der gleichen Richtung erstrecken, wie eine vertikale Ebene, die die Röhrenachse enthält. Die ersten und dritten Platten 60 sind elektrisch miteinander verbunden und besitzen öffnungen 60a, die sich gegenüberliegende nach innen gekrümmte Oberflächen und sich gegenüberliegende nach außen gekrümmte Oberflächen aufweisen. Die zweiten und vierten Platten 60 sind elektrisch miteinander verbunden und besitzen öffnungen 60b, die nach innen gekrümmte sich gegenüberliegende Oberflächen und nach außen gekrümmte sich gegenüberliegende Oberflächen aufweisen. Die öffnungen 60a sind bezüglich der öffnungen 60b rechtwinklig angeordnet, und die öffnungen 60a können größer sein, als die öffnungen 60b, Eine Seite der Linse 56 ist mit 80 V verbunden, die andere Seite mit +330 y. Diese dritte Quadrupollinse 56 stellt eine Auslenkexpansionslinse dar, die den

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Elektronenstrahl in der X-Z-Ebene konvergiert und in der Y-Z-Ebene divergiert. Diese Linse 56 verbessert ebenfalls den Ablenkwinkel des Elektronenstrahls, welcher mit Hilfe der vertikalen Ablenkplatten 52 und 54 erzeugt wurde.

Wie weiter oben ausgeführt, werden die Quadrupollinsen 36, 38 und 56 vorzugsweise aus kreuzförmigen und kreisförmigen Plattengliedern gebildet, die bestimmte öffnungen aufweisen. Jedoch können diese Quadrupollinsen auch aus hyperbolisch geformten Elektroden gemäß der in den US-Patentschriften 3 496 406 und 3 792 303 offenbarten Quadrupollinse ausgebildet werden.

Die horizontalen Ablenkplatten 62 und 64 sind auf jeder Seite der Röhrenachse angeordnet und werden mit Hilfe von Glasstäben in Stellung gehalten. Diese horizontalen Ablenkplatten 62 und sind mit +V„ bzw. -V„ verbunden, das sind übliche Ablenkspannungen, die den Elektronenstrahl bei einer Betriebsart über das Target 76 auslenken, welches angrenzend zur inneren Oberfläche der Frontplatte 14 angeordnet ist, um ein Ladungsbild auf einer dielektrischen Speicherschicht 74 eines ersten Speichertargets 76 zu bilden. Die Struktur von der Kathode 16 bis zu den horizontalen Ablenkplatten 62 und 64 bildet eine Schreibkanone (Schreibstrahlerzeugungseinrichtung). Der vorliegende Elektronenstrahloszillograf kann auch mit voller Ablenkung oder reduzierter Ablenkung arbeiten, wie es gerade gewünscht wird, wobei diese Betriebsarten herkömmlich sind.

Eine Flutelektronenerzeugungsstruktur 66 ist mit Glasstäben angrenzend zu den horizontalen Ablenkplatten 52 und 64 angeordnet und liefert ein Paar von Flutelektronenerzeugungseinrich— tungen (kurz Flutkanonen genannt), die jeweils eine Kathode und eine Anode 70 umfassen. Die Kathoden 68 sind mit 0 V verbunden, während eie Anode 70 in Form einer Platte vorliegt, die die Kathoden 68 trägt und eine rechteckige öffnung 72 aufweist, um den Elektronenstrahl EB hindurchzulassen. Die Anode ist mit einer Spannung zwischen +20 und +90 V verbunden. Die Flutkanonen der FlutelektronenstrahlerZeugungsstruktur 66 emit-

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tieren Flutelektronen niedriger Geschwindigkeit von den Kathoden 68, die als zwei weitwinklige Flutelektronenstrahlen FB ausgesendet werden, welche bei einer Betriebsart die dielektrische Speicherschicht 74 des ersten Übertragungsspeichertarget 76 in im wesentlichen gleichförmiger Weise und in einer im wesentlichen normalen Richtung dazu beaufschlagen.

Die dielektrische Speicherschicht 74 des ersten Übertragungsspeichertargets 76 ist auf der linken Seite einer ersten Maschentargetelektrode 78, die der Schreibkanone zugewandt ist, so aufgebracht, daß die Maschenöffnungen offengelassen werden. Damit dieses erste Target 76 eine extrem schnelle Schreibgeschwindigkeit aufweist, ist die dielektrische Speicherschicht 74 vorzugsweise aus hochporösem Isoliermaterial hergestellt, wie beispielsweise aus Magnesiumoxid mit einer Dichte von etwa 5 % oder weniger der maximalen Ausgangsmaterialdichte und einer Dicke in der Größenordnung von 20 bis 30 Mikron. Die Targetelektrode 78 kann ein elektrogeformtes Nickelgewebe von etwa 100 Drähten/cm sein. Dieses erste übertragungsspeichertarget 76 ist in der US-Patentschrift 3 710 173 offenbart. An dem Speichertarget 76 wird ein Potential von 0 bis 125 V angelegt.

Einige der Flutelektronen werden in einer noch zu beschreibenden Weise durch das erste Target 76 zu einem zweiten Übertragungsspeichertarget 80 und zu einem Sichttarget 82 übertragen, um das Ladungsbild vom ersten Target 76 zum zweiten Target 80 zu übertragen und ein Lichtbild auf dem Sichttarget 82 zu erzeugen, das dem Ladungsbild auf dem ersten Target 76 entspricht. Das Speichertarget 80 ist mit einer Spannung zwischen -35 und +600 V verbunden.

Die Flutelektronen niedriger Geschwindigkeit des Flutelektronenstrahles FB werden in den Raum übertragen, der von einem Kollimierungselektrodensystem umgeben wird, das erste, zweite, dritte und vierte Kollimierungselektroden 84, 86, 88 bzw. 90 aufweist, die vorzugsweise In der Form von Wandbändern aus Gold oder einem anderen geeigneten leitenden Material besteht, die auf der inneren

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Oberfläche des Trichterabschnittes des Kolbens 12 aufgeschichtet sind und voneinander einen isolierenden Abstand aufweisen, der eine spezifische Konfiguration besitzt. Ein Kollektorelektrodengewebe 92 ist zwischen der Kollimierungselektrode 90 und dem ersten Übertragungsspeichertarget 76 vorgesehen und mit einer Spannung von +100 bis +150 V verbunden.

Die Kollimierungselektroden liegen an folgenden Gleichspannungspotentialen:

Kollimierungselektrode 84 an +40 bis +65 V, Kollimierungselektrode 86 an +40 bis +55 V, Kollimierungselektrode 88 an +45 bis +75 V, Kollimierungselektrode 90 an +65 bis +85 V.

Die Konfigurationen der Kollimierungselektroden 84, 86, 88 und werden dadurch festgelegt, daß die innere Oberfläche des Trichterabschnittes eine jeweilige Lösung von Fourier-Bessel-Serienfunktionen gemäß der allgemeinen Formel

V(r,z) = V₁ +Sc I₀(r) Sin(z)
darstellen, wobei

V(r,z) das Potential an irgendeiner Stelle des Kollimierungs-

raumes,
Vj das Potential aufgrund der Anfangsbedingungen an den

Flutkanonenanoden und der Kollektorelektrode, C eine Konstante und
I (r) eine Bessel-Funktion an irgendeiner radialen Stelle ist.

Die Information findet sich in einem Aufsatz mit dem Titel "Hybrid Computer Aided Design of Thick Electrostatic Electron Lenses", verfaßt von J. Robert Ashley, veröffentlicht auf den Seiten 115 - 119 der Zeitschrift Proceedings of the IEEE, Band 60, Nr. 1, Januar 1972.

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Diese Konfigurationen der Kollimierungselektroden werden von den Potentialen festgelegt, die sich aufgrund der Anfangsbedingungen den an Flutkanonenanoden und der Kollektorelektrode ergeben, wobei die Flutkanonen von der Oszillografenachse einen Abstand aufweisen, und die Konfiguration der Targets, des Trichterabschnittes sowie dieser neuartigen Kollimierungselektroden zusammen mit den daran angelegten Spannungen eine effektive Steuerung der Flutkanonenelektronen derart ermöglichen, daß sie gleichförmig über das Speichertarget verteilt werden und das Target in einer im wesentlichen senkrechten Richtung beaufschlagen oder durch dieses hindurchlaufen. Somit ist die gleichförmige Flutelektronendichte über dem Schnellschreibtarget und die Beaufschlagung des Targets 76 mit diesen Flutelektronen bzw. deren Hindurchlaufen, wie es jeweils der Fall sein mag, so nahe wie möglich senkrecht dazu, wie es von der Konfiguration der Kollimierungselektroden 84, 86, 88 und 90 erreichbar ist

Die Kollektorelektrode 92 ist vor dem ersten Target 76 angeordnet und sammelt Sekundärelektronen, die von dem dielektrischen Speicher 74 des ersten Target 76 ausgesendet werden.

Das zweite Target 80 ist für eine längere Speicherzeit geeignet, besitzt jedoch eine niedrigere Schreibgeschwindigkeit als das erste Target 76. Irgendein geeignetes sekundäremittierendes Isoliermaterial, das eine bistabile Speicherung eines Ladungsbildes für eine unbegrenzte Zeit ermöglicht, kann als dielektrische Speicherschicht 80a auf der linken Seite der elektrogeformten Nickelmaschentargetelektrode 80b vorgesehen sein. Es wurde beispielsweise gefunden, daß eine dünne, dichte Schicht aus Magnesiumoxid, die auf einem Maschengewebe gemäß der US-Patentschrift 3 798 477 geformt ist, die dielektrische Speicherschicht 80a liefert.

Während also das erste Speicherdielektrikum 74 und das zweite Speicherdielektrikum 80a beide aus Magnesiumoxid hergestellt sind, ist doch das erste Dielektrikum von viel geringerer Dichte und größerer Dicke, so daß das erste Target eine niedrigere

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Kapazität und damit eine größere Schreibgeschwindigkeit aufweist, als das zweite Target. Jedoch besitzt das zweite Speichertarget 80 eine viel längere Speicherzeit als das erste Speichertarget und ist daher in der Lage, eine bistabile Speicherung zu ermöglichen, während das erste Speichertarget als Halbtonspeichertarget für maximale Schreibgeschwindigkeit betrieben wird.

Das Sichttarget 82 besteht aus einer Schicht aus Phosphormaterial 94, das auf der inneren Oberfläche der Frontplatte 14 aufgebracht ist, sowie aus eine Beschleunigungselektrode 96, die eine Aluminiumschicht oder eine Schicht aus anderem leitfähigen Material aufweist, die auf der Oberfläche der Phosphorschicht aufgebracht und mit einer Spannung von +8 kV verbunden ist. Somit stellt der Raum zwischen dem zweiten Target 8O und dem Sichtschirm 82 einen Beschleunigungsraum zur Beschleunigung der Flutelektrouen dar, die durch die Tragets 76 und 80 hindurchtreten, so daß sie auf den Sichtschirm 82 mit einer ausreichenden Geschwindigkeit auftreffen, um eine Fluoreszenz stattfinden zu lassen und eine helle Darstellung der auf den Targets 76 und 80 geschriebenen Information zu geben.

Der Ladungsbild-Ladungsübertragungsoszillograf gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt vier Speicherbetriebsarten, die jeweils von den Spannungen festgelegt werden, die an die Kollimierungselektroden 84, 86, 88 und 92, die Kollektorelektrode 92 und die Targets 76 und 80 angelegt werden.

Beim Halbtonbetrieb schreibt der Schreibelektronenstrahl Informationen als ein Ladungsbild auf das Niedriggeschwindigkeitstarget 80, nachdem dieses für den Halbtonbetrieb vorbereitet wurde. Die Flutelektronen des Flutelektronenstrahls laufen durch die Maschenöffnungen von Target 76, wo das Ladungsbild vorhanden ist, und werden dann auf den Sichttargetschirm 82 hin beschleunigt und veranlassen die Phosphorschicht 94, das Ladungsbild auf dem Target 80 als erleuchtetes Bild zur Besichtigung oder Aufzeichnung zu reproduzieren. Eine beleuchtete Gradskala 98 kann auf der Frontplatte 14 vorgesehen sein, wie es beispiels-

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weise in der US-Patentschrift 3 683 225 und in der US-Patentanmeldung 743 017 offenbart wurde.

Der bistabile Betrieb erfordert, daß das Niedriggeschwindigkeitstarget 80 für den bistabilen Betrieb vorbereitet wird, bevor der Schreibelektronenstrahl darauf Informationen schreibt. Nachdem der Schreibstrahl Informationen auf das Niedriggeschwindigkeitstarget in der Form eines Ladungsbildes aufgeschrieben hat, verursachen Flutelektronen des Flutelektronenstrahls, daß die auf dem bistabilen Target 80 gespeicherten Informationen auf dem Sichtschirm dargestellt werden, wie es bezüglich dem Halbtonbetrieb bereits beschrieben wurde.

Beim Halbtonübertragungsbetrieb wird das Niedriggeschwindigkeitstarget 80 für Halbtonbetrieb vorbereitet, wonach das Hochgeschwindigkeitstarget 76 für einen derartigen Betrieb vorbereitet wird. Der Schreibstrahl schreibt dann auf dem Hochgeschwindigkeitstarget 76 Informationen in Form eines Ladungsbildes, wonach diese Information von dem Hochgeschwindigkeitstarget 76 zu den Niedriggeschwindigkeitstarget 80 durch Flutelektronen übertragen wird, die durch das Hochgeschwindigkeitstarget 76 durchlaufen und auf das Niedriggeschwindigkeitstarget 80 auftreffen. Die auf dem Niedriggeschwindigkeitstarget 80 auftreffenden Flutelektronen schreiben diese übertragene Information mittels Sekundäremission auf. Diese übertragene Information wird auf dem Sichttarget 82 mit Hilfe von Flutelektronen wiedergegeben, die durch die Targets 76 und 80 in der gleichen Weise hindurchlaufen, wie es weiter oben bezüglich des Halbtonbetriebs bereits beschrieben wurde.

Der bistabile Ubertragungsbetrieb ist der gleiche wie der Halbtonübertragungsbetrieb, mit der Ausnahme, daß das Niedriggeschwindigkeitstarget 80 für bistabilen Betrieb vorbereitet wird.

Die für den Betrieb der Ladungsbild-LadungsübertragungskathodenstrahIröhre für irgendeine der obigen Betriebsarten erforderlichen Spannungen werden den Flutkanonenanoden 70, den Kolli-

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mierungselektroden 84, 86, 88 und 90, der Kollektorelektrode 92, dem Hochgeschwindigkeitstarget 76 und dem Niedriggeschwindigkeitstarget 80 mittels herkömmlicher Pulsgeneratorschaltkreiseinrichtungen zugeführt, die mittels herkömmlicher Oszillatoren und elektronischer Impulsformerschaltkreise konstruiert werden, die hier nicht in Einzelheiten beschrieben zu werden brauchen, da sie keinen wesentlichen Teil der Konstruktion der Kathodenstrahlröhre darstellen. Der Betrieb von Ladungsbild-Ladungsübertragungskathodenstrahlröhren ist bekannt und kann beispielsweise den US-Patentschriften 3 710 173, 3 710 179 und 3 753 129 entnommen werden.

Die gegenwärtig beschriebene Kathodenstrahlröhre besitzt einen normalen Betrieb, bei der der Schreibstrahl durch die Kollektorelektrode 92 und die Speichertargets 76 und 80 hindurchläuft und auf das Sichttarget 82 gelangt, welches die Signalinformation in herkömmlicher Weise darstellt.

Die beschriebene Ladungsbild-Ladungsübertragungskathodenstrahlröhre liefert eine wesentlich verbesserte Schreibgeschwindigkeit gegenüber existierenden Ladungsbild-Ladungsübertragungsoszillografenröhren, und zwar infolge der verbesserten Elektronenkanonenstruktur und der verbesserten Kollimierungselektrodenkonfiguration. Die verbesserte Elektronenkanonenstruktur umfaßt die Quadrupolfokussierlinseneinrichtungen vor den Ablenkeinrichtungen sowie die Quadrupolfokussierlinseneinrichtungen zwischen den vertikalen und horizontalen Ablenkeinrichtungen. Diese Struktur liefert einen Hochgeschwindigkeitsschreibelektronenstrahl mit einer kleineren Punktgröße, höherem Strahlstrom pro Spurbreite und sehr guter Punktgleichförmigkeit über den Targetgebiet, Die von dieser neuartigen Elektronenkanonenstruktur gelieferte Ablenkexpansion ergibt höhere Strahlgeschwindigkeit wegen der höheren Kanonengeschwindigkeit und vermindert das Verstärkungsverhältnis für die kleinere Punktgröße. Die besondere Kollimierungselektrodenkonfiguration liefert Gleichförmigkeit für die Flutelektronen über der Targeteinrichtung und ein Auftreffen der Flutelektronen auf der Targeteinrichtung und ein Hindurch-

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laufen durch diese Targeteinrichtung in einer noch genauer senkrechten Richtung dazu, als es bisher erreichbar war. Diese verbesserte Struktur hat die Bandbreite der Kathodenstrahlröhre um zumindest einen Faktor von 4 gegenüber bisher existierenden Kathodenstrahlröhren ähnlicher Konstruktion verbessert.

Offensichtlich können auch Änderungen in Einzelheiten vorgenommen werden. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung in Verbindung mit Einfachtargetubertragungsspeicherkathodenstrahlröhren benutzt werden, um den Betrieb dieser Kathodenstrahlröhren zu verbessern, oder auch in Verbindung mit bistabilen Frontplattenspeicherröhren der Art, wie sie in der US-Patentschrift 3 293 473 offenbart wurde.

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Leerse ite

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,Düsseldorf, 13. Jan. 1978

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Patentansprüche :

Ladungsbild-Ladungsübertragungskathodenstrahlröhre, mit einem Kolben mit einem fluoreszenten Schirm an einem Ende und einer Kathodeneinrichtung am anderen Ende zur Erzeugung eines Schreibelektronenstrahls aus Elektronen hoher Geschwindigkeit, die auf den Schirm gerichtet sind, mit längs der Röhrenachse des Kolbens angeordneten Ablenkeinrichtungen zur Ablenkung des Elektronenstrahls in zueinander senkrechten Richtungen, gekennzeichnet durch Quadrupollinseneinrichtungen (36, 38; 56), die längs der Röhrenachse vor (36, 38) und zwischen (56) den Ablenkeinrichtungen (52, 54; 62; 64) angeordnet sind, um die Elektronenstrahlablenkungen zu vergrößern, während gleichzeitig die Elektronenstrahlgeschwindigkeit konstantgehalten wird, durch übertragungsspeichertargeteinrichtungen (76, 80), die angrenzend zu dem fluoreszenten Schirm (14) angeordnet sind und Targetelektroden (78) und dielektrische Speichereinrichtungen (74) umfassen, die auf der Targetelektrode (78) angeordnet sind und die Maschenöffnungen freiläßt, wobei der Schreibstrahl die dielektrischen Speichereinrichtungen

(74) bei Spannungen bombardiert, bei denen das Sekundäremissionenverhältnis der dielektrischen Speichereinrichtungen (74) größer als 1 ist, um ein Ladungsbild auf die dielektrischen Speichereinrichtungen (74) zu schreiben; durch Flutkanonen (66) angrenzend zu den Ablenkeinrich-

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ORiGlNAL INSPECTED

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tungen (62, 64) zur Lieferung eines Flutkanonenstrahls aus Flutelektronen niedriger Geschwindigkeit über den Targeteinrichtungen (76, 80); durch Kollektorelektroden (92), die angrenzend zu der Targeteinrichtung (76) angeordnet sind, um die Sekundärelektronen aufzufangen, die von den dielektrischen Speichereinrichtungen (74) abgegeben werden; und durch Kollimierungselektroden (84, 86, 88, 90), die längs dem Kolben (12) zwischen den Flutkanonen (66) und den Kollektorelektroden (92) angeordnet sind, um die Flutelektronen zu veranlassen, gleichförmig über die Targeteinrichtungen (76, 80) verteilt zu werden und die Targeteinrichtungen (76, 80) in im wesentlichen senkrechter Richtung zu beaufschlagen oder durch deren Öffnungen hindurchzulaufen.

2, Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quadrupollinseneinrichtungen (36, 38) vor den Ablenkeinrichtungen (52) erste (36) und zweite (38) Quadrupollinsen umfassen.

3, Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsspeichertargeteinrichtungen eine erste Maschentargetelektrode (78) mit einem ersten Speicherdielektrikum (74) darauf aufweisen, welche eine Hochgeschwindigkeitstarget (76) bildet, und zweite Speichertargetelektrodeneinrichtungen (80), die ein zweites Speicherdielektrikum (80a) auf sich aufweisen und ein Niedriggeschwindigkeitstarget bilden,

4, Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Speicherdielektrikum (74) aus einem Material niedriger Dichte besteht, das eine Dichte von weniger als 5 % der Ausgangsmaterialdichte aufweist.

5, Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 3_f dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Speicherdielektrikum (80a) eine größere Kapazität aufweist, als das erste Speicherdielektrikum (74) ,

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6. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des ersten Speicherdielektrikums (74) größer ist als die Dicke des zweiten Speicherdielektrikums (80a).

7. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quadrupollinseneinrichtungen (36, 38) aus im Abstand zueinander angeordneten Platten (40, 42) bestehen, die Öffnungen (40a, 42a) von besonderer Konfiguration aufweisen, um ein Quadrupolfeld zur Steuerung des Elektronenstrahls zu liefern, während dieser hindurchläuft.

8. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollimierungselektroden (92) eine vorbestimmten Konfiguration aufweisen und jede Kollimierungselektrode an einen Spannungsbereich angeschlossen ist, der von der Betriebsart abhängt.

9. Ladungsbild-Übertragungskathodenstrahlröhre, gekennzeichnet durch Übertragungsspeichertargeteinrichtungen (76) mit Maschenelektrodeneinrichtungen (78) mit Maschenöffnungen und einer auf den Maschenelektrodeneinrichtungen (78) aufgebrachten Speicherdielektrikumeinrichtung (74), ohne daß die Maschenöffnungen bedeckt werden, durch Flutkanoneneinrichtungen (66) zur Erzeugung von Flutelektronenstrahlen aus Elektronen niedriger Geschwindigkeit, die auf die Übertragungsspeichertargeteinrichtung (76) gerichtet sind, durch Elektronenkanoneneinrichtungen (16, 18) einschließlich Kathodeneinrichtungen (16) zur Erzeugung eines Elektronenstrahls aus Elektronen hoher Geschwindigkeit, durch Fokussiereinrichtungen, die Quadrupollinseneinrichtungen (36, 38) bilden, um den Elektronenstrahl zu einem Schreibstrahl zu fokussieren, und durch Ablenkeinrichtungen (52, 62), um den Schreibstrahl längs der dielektrischen Speichereinrichtung (74) abzulenken und dadurch auf dieser ein positives Ladungsbild zu bilden; und durch Kollimierungselektrodeneinrichtungen (92) , die zwischen den Flutkanoneneinrichtungen (66) und den Übertragungsspeichertargeteinrichtungen

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(76) angeordnet sind, um die Flutelektronen zu veranlassen, die dielektrischen Speichereinrichtungen (74) in einer im wesentlichen senkrechten Richtung dazu gleichförmig zu bombardieren und den Flutelektronen zu ermöglichen, durch die Maschenöffnungen, die angrenzend zum Ladungsbild liegen, in einer im wesentlichen normalen Richtung dazu hindurch übertragen zu werden.

10. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch Sichttargeteinrichtungen (82), die an der Seite der übertragungsspeichertargeteinrichtung (76) angeordnet ist, die der Kathodeneinrichtung (68) abgewandt ist. so daß die Flutelektronen, die durch die Maschenöffnungen angrenzend zu dem Ladungsbild hindurch übertragen werden, die Sichttargeteinrichtungen (82) beaufschlagen und ein Lichtbild darauf bilden, das dem Ladungsbild entspricht.

11, Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorelektrodeneinrichtungen (92) vor der Übertragungsspeichertargeteinrichtung (76) angeordnet sind.

12, Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die tibertragungsspeichertargeteinrichtungen (76) Hochgeschwindigkeitstargeteinrichtungen (76) und Niedriggeschwindigkeitstargeteinrichtungen (80) umfassen, die jeweils Maachenelektrodeneinrichtungen (78) aufweisen, die mit Maschenöffnungen und mit auf den Maschenelektroneneinrichtungen (78) aufgebrachten speicherdielektrischen Einrichtungen (74, 80a) versehen sind, ohne daß diese die Maschen-Öffnungen abdecken.

13. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherdielektrikumeinrichtungen (74) auf den Hochgeschwindigkeitstargeteinrichtungen (76) von geringerer Dichte sind, als die Speicherdielektrikumeinrichtungen (80a) auf den Niedriggeschwindigkeitstargeteinrichtungen (80).

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14. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Speicherdielektrikumeinrichtung (74) auf der Hochgeschwindigkeitstargeteinrichtung (76) größer ist als die der Speicherdielektrikumeinrichtung (8Oa) auf der Niedriggeschwindigkeitstargeteinrichtung (80).

15. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Quadrupollinseneinrichtungen (36, 38, 56) vor den Ablenkeinrichtungen und zwischen ihnen angeordnet sind.

16. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollimierungselektrodeneinrichtungen (92) vorbestimmte Konfigurationen besitzen und an vorbestimmte Spannungen angelegt sind.

Bes ehr eibung;

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