NL8402609A - Kathodestraalbuis. - Google Patents

Description

* - m* C/Ca/ar/1645

Kathodestraalbuis.

De uitvinding heeft betrekking op een kathodestraalbuis van het voor toepassing als beeldopneembuis geschikte type met bijvoorbeeld elektrostatische focussering en elektrostatische afbuiging van de elektronenbundel.

5 Beeldopneembuizen van het type met magnetische focussering en magnetische afbuiging of van het type met elektrostatische focussering en magnetische afbuiging zijn bekend. Met dergelijke beeldopneembuizen kunnen in het algemeen, wanneer de buis een zekere lengte heeft, goede presta-10 ties worden verkregen. In geval van toepassing van een dergelijke beeldopneembuis in bijvoorbeeld een videocamera van geringe afmetingen dient de buis echter een geringe lengte te hebben om de videocamera in zijn geheel compact uit te voeren.

Voorts dient bij toepassing van een beeldopneem-15 buis in een videocamera van geringe afmetingen het energieverbruik zo laag mogelijk te liggen.

In verband met het voorgaande stelt de uitvinding zich ten doel, een kathodestraalbuis van compact type en gering gewicht te verschaffen, welke bij een laag energie-20 verbruik goede resultaten levert.

Daartoe verschaft de uitvinding een kathodestraalbuis met een omhulsel, een aan het ene einde van het omhulsel aangebrachte elektronenbundelbron, een aan het andere einde van het omhulsel tegenover de elektronenbundel-25 bron aangebrachte trefelektrode, een tegenover de trefelektrode aangebrachte gaaselektrode en met een tussen de elektronenbundelbron en de gaaselektrode aangebracht, elektrostatisch lenzenstelsel, dat voor focussering van de elektronenbundel dient en een langs de door de elektronenbundel gevolgde baan 30 elkaar opvolgende eerste, tweede en derde elektrode bevat, waarbij de tweede elektrode voor afbuiging van de elektronenbundel in vier pijlvormige of zig-zag patronen is verdeeld.

De uitvinding zal worden verduidelijkt in de nu volgende beschrijving aan de hand van de bijbehorende teke-35 ning van enige uitvoeringsvormen, waartoe de uitvinding zich echter niet beperkt. In de tekening tonen: fig. 1 een langsdoorsnede door een kathode- 8! 9 fi Λ ύ t l' 4 S il δ - 2 - straalbuis volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding/ fig. 2 een uitslag van enige elektroden van de kathodestraalbuis volgens fig. 1, fig. 3 een schematische weergave van het equi-5 potentiaaloppervlak van het elektrostatische lenzenstelsel van de kathodestraalbuis volgens fig. 1, fig. 4 een schematische weergave van de lenswerking van de kathodestraalbuis volgens de uitvinding, fig. 5 een grafiek, welke de relatie tussen 10 de bundelaberratie en de buislengte laat zien, en fig. 6 een doorsnede door een belangrijk onderdeel van een kathodestraalbuis volgens een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding.

De in fig. 1 weergegeven kathodestraalbuis 15 volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding is bestemd voor toepassing als beeldopneembuis van het type met elektrostatische focussering en elektrostatische afbuiging van de elek-* ' tronenbundel (S.S type).

In fig. 1 heeft het verwijzingscijfer 1 be-20 trekking op een glazen omhulsel, het verwijzingscijfer 2 op een frontplaat, het verwijzingscijfer 3 op een trefscherm (fotogeleidend scherm), het verwijzingscijfer 4 op een hoeveelheid indium voor koude afdichting en het verwijzingsci jfer 5 op een metalen ring. Aan het trefscherm 3 wordt een 25 instelspanning van bijvoorbeeld +50V aangelegd. Het verwij-zingscijfer 6 heeft betrekking op een als pen uitgevoerde elektrode voor afname van een signaal; deze penvormige elektrode gaat door de frontplaat 2 en verkeert in aanraking met het trefscherm 3. Gg heeft betrekking op een gaaselektrode, 30 welke is aangebracht op een gaaselektrodehouder 7. De gaaselektrode Gg is via de gaaselektrodehouder en de hoeveelheid indium 4 verbonden met de metalen ring 5. Een voorafbepaalde spanning van bijvoorbeeld +950V wordt via de metalen ring 5 aan de gaaselektrode Gg aangelegd.

35 In fig. 1 hebben de symbolen K,G^ en G^ respec tievelijk betrekking op een kathode, een eerste roosterelek-trode en een tweede elektrode, welke tezamen een elektronen- 8402609 * Λ - 3 - kanon vormen. De elektrode en de elektrode ontvangen respectieve spanningen van bijvoorbeeld +4V en +320V. Het verwijzingscijfer 8 heeft betrekking op een glaskraal voor- bevestiging van deze elektroden. Het verwijzingssymbool LA heeft 5 betrekking op een bundelbegrenzingsopening.

In fig. 1 hebben de symbolen en G^ res pectievelijk betrekking op een derde roosterelektrode, een vierde roosterelektrode en een vijfde roosterelektrode, welke bij de hier beschreven uitvoeringsvorm van de uitvinding res-10 pectievelijk als een eerste, een tweede en een derde cylinder-vormige elektrode zijn uitgevoerd. Deze elektroden zijn vervaardigd volgens een werkwijze, waarbij een metaal, zoals chroom of aluminium, op het binnenoppervlak van het glazen omhulsel 1 van de buis wordt opgedampt of geplateerd, waarna 15 door middel van een laserstraal of door foto-etsen voorafbepaalde patronen in de metaallaag worden gevormd. Bij de hier beschreven uitvoeringsvorm van de uitvinding vormen de elektroden G^/G^ en G$ focusseringselektroden, terwijl de elektrode G^ tevens als afbuigelektrode dient.

20 De elektrode G5 is verbonden met een geleiden de laag 10, welke is gevormd op een oppervlak van een ring 11 van keramisch materiaal, welke door "frit-sealing" in 9 afdichtend aan het ene einde van het glazen omhulsel 1 is aangebracht. De geleidende laag 10 is bijvoorbeeld gevormd 25 door het sinteren van een Ag-pasta. Via de ring 11 van keramisch materiaal wordt een spanning van voorafbepaalde grootte, bijvoorbeeld +500V, aan de elektrode G^ aangelegd.

De elektroden G3/G4 en Gg van dé uitvoeringsvorm volgens fig. 1 vertonen in uitslag de gedaante volgens 30 fig. 2. Zoals deze fig. laat zien, is de elektrode G^ verdeeld volgens een patroon van vier geïsoleerde, tussen elkaar grijpende en elkaar afwisselende elektroden H+,H-,V+ en V-, waaruit een pijlvormig of zig-zag patroon resulteert. Gelijktijdig met de vorming van deze elektroden zelf zijn op het 35 binnenoppervlak van het glazen omhulsel 1 respectieve leidingen 12H+,12H-,12V+ en 12V- gevormd, welke ten opzichte van de elektrode G^ zijn geïsoleerd en deze kruisen. In fig.2 8402609 ? * - 4 - heeft het verwijzingssymbool SL betrekking op een sleuf in de elektrode G^, welke dient om te verhinderen dat deze elektrode te heet wordt wanneer de elektroden en G^ voor het evacueren van het inwendige van de buis vanaf de buitenzijde worden 5 verhit.

In fig. 1 heeft het verwijzingsgetal 13 betrekking op een contactveer, waarvan het ene einde is verbonden met een stengelpen 14 en het andere einde in aanraking verkeert met de leidingen 12H+,12H-,12V+ en 12V-. De veer en 10 de stengelpen zijn voor iedere van deze leidingen aanwezig.

De elektroden H+ en H— van de (afbuig)elektrode G^ ontvangen via de stengelpen, de veer en de leidingen 12H+,12H- een horizontale afbuigspanning van voorafbepaalde grootte, welke ten opzichte van een centrale waarde van,+13V symmetrisch 15 binnen een gebied van + 50V en -50V kan variëren. De elektroden V+ en V- ontvangen eveneens via de stengelpen, de veer en de leidingen 12V+ en 12V- een afbuigspanning van voorafbepaalde grootte, welke ten opzichte van een centrale waarde van +13V binnen een gebied van +50V en -50V kan variëren.

20 In fig. 1 heeft het verwijzingsgetal 15 be trekking op een contactveer, welke aan zijn ene einde is verbonden met een stengelpen 16 en aan zijn andere einde met de elektrode G2 is verbonden. Via de stengelpen 16 en de contactveer 15 wordt een spanning van voorafbepaalde grootte, bij-25 voorbeeld +500V, aan de elektrode G^ toegelegd.

In fig. 3 is met een gebroken lijn het equi-potentiaaloppervlak weergegeven van het door -de- elektroden Gg-Gg gevormde, elektrostatische lenzenstelsel, dat voor focussering van de elektronenbundel Bm dient. Het elektro-30 statische lenseffect, dat tussen de elektroden G^ en Gg optreedt, dient voor correctie van trefpuntfouten. Het equi-potentiaaloppervlak in fig. 3 omvat niet het van de elektrode G^ afkomstige, elektrische afbuigveld E, dat voor afbuiging van de elektronenbundel B dient.

m 35 Hoewel bij de hier beschreven uitvoeringsvorm de elektrostatische bundelfocussering met behulp van de drie 8402809 * > - 5 - elektroden en Gj. plaatsvindt, behoeft het aantal voor de focussering toegepaste elektroden zich niet tot drie te beperken.

Bij een kathodestraalbuis volgens de uitvinding 5 van het in fig. 1 weergegeven type met elektrostatische focus-sering en elektrostatische afbuiging van de elektronenbundel (S.S type) kan de buislengte worden verkort zonder gevaar voor problemen, welke zich in dat geval bij andere buizen van dit type voordoen.

10 Bij kathodestraalbuizen van het type met elek trostatische focussering en magnetische afbuiging (S.M type) en bij dergelijke buizen van het type met magnetische focussering en magnetische afbuiging (M.M type) geschiedt de afbuiging van de elektronenbundel door middel van een magnetisch 15 veld. Bij afbuiging van een elektron door een magnetisch veld treedt tijdens de afbuiging geen verandering van de kinetische energie van het .elektron op, doch neemt de snelheidscomponent in axiale richting af, waaruit een kromming van het beeldveld resulteert, zodat aan het randgedeelte van het trefscherm 20 defocusseringsverschijnselen optreden. Deze worden gewoonlijk gecorrigeerd door dynamische focussering, doch indien de buislengte wordt verkort, neemt niet alleen.de afbuighoek doch tevens de kromming van het beeldveld toe, zodat een sterkere correctie nodig is. Bij magnetische afbuiging varieert 25 het afbuigmiddelpunt met de mate van afbuiging; indien de buislengte wordt verkort, neemt niet alleen de afbuighoek toe, doch tevens de verandering van het afbuigmiddelpunt. Indien in dat geval de trefpuntfouten door een collimerende lens worden gecorrigeerd, werkt dit nadelig op de trefhoek uit.

30 Voorts geldt voor buizen van de hier genoemde types S.M en M.M, dat de afbuigenergie bij benadering evenredig is met 1/(buislengte)2, zodat bij verkorting van 'de buislengte de voor afbuiging van de elektronenbundel benodigde energie drastisch toeneemt.

35 Daarentegen geschiedt bij kathodestraalbuizen met magnetische focussering en elektrostatische afbuiging (M.S type) en bij kathodestraalbuizen met elektrostatische 8402609 - 6 ~ 4 4' focussering en elektrostatische afbuiging (S.S type) de afbuiging door een elektrisch veld; bij verkorting van de buis-lengte doen zich derhalve niet de hiervoor beschreven problemen van magnetische afbuiging voor.

5 Voorts kan worden gesteld, dat bij kathode- straalbuizen van het M.M type en het M.S type de focusserings-energie evenredig met 1/(buislengte)2 is, zodat bij verkorting van de buislengte een drastische toename van de voor focussering benodigde hoeveelheid energie optreedt.

10 Hieruit resulteert, dat slechts bij een kathode- straalbuis van het S.S type met elektrostatische focussering en elektrostatische afbuiging verkorting van de buislengte zonder gevaar voor het optreden van de hiervoor genoemde problemen mogelijk is.

15 Bij de onderhavige uitvinding is van dit in zicht uitgegaan; voorts is de conclusie bereikt, dat ter verkrijging van goede resultaten enige verkorting van de buis. lengte gewenst is, zoals nu aan de hand van fig. 4 zal worden toegelicht.

20 Als parameters, welke de eigenschappen en het gedrag van een kathodestraalbuis van het type met elektrostatische focussering en elektrostatische afbuiging bepalen worden eerst genoemd; de lengte x van de afbuigelektrode G^, de afstand y tussen de bundelbegrenzingsopening LA en 25 het hart van de elektrode en de buislengte dat wil zeggen de afstand tussen de bundelbegrenzingsopening LA en de gaaselektrode Gg.

Indien de buislengte -6 groot is, zal de elektronenbundel B bij het binnentreden in het elektrostatische IU

30 lenzenstelsel een bundelvergroting over de divergentiehoek γ hebben ondergaan, zoals fig. 4A laat zien, zodat de elek-tronenbundelafwijking bij de focussering van de bundel op het trefscherm toeneemt als gevolg van de lensafwijking. Om hierin verbetering te brengen is het van belang, dat de 35 elektronenbundel B in het elektrostatische lenzenstelsel m binnentreedt voordat een sterke bundeldivergentie is opgetreden. Daartoe kan bijvoorbeeld de reeds genoemde afstand y 8402609 V > - 7 - worden verkort, zoals fig. 4B laat zien. In dat geval verschuift echter het hart van het elektrostatische lenzenstelsel in de richting naar de bundelbegrenzingsopening LA en krijgt de vergroting een grotere waarde, bijvoorbeeld 2,0 of 5 meer, zodat de diameter van de bundelbegrenzingsopening LA dient te worden verkleind; deze laatstgenoemde maatregel is van vervaardigingstechnisch gezichtspunt uit niet erg aantrekkelijk.

Indien daarentegen een verkorting van de buis-10 lengte 4 wordt toegepast, treedt de elektronenbundel in het elektrostatische lenzenstelsel binnen voordat een sterke bundeldivergentie is opgetreden; als gevolg daarvan treedt aanzienlijk minder afwijking op.

Indien de buislengte 4 te klein gemaakt wordt, 15 doet zich echter het verschijnsel voor, dat aangezien de afbuighoek een grote waarde krijgt, de treffouten dienen te worden.gecorrigeerd door vergroting van de mate van collimatie, waardoor echter de bundelafwijkingen als gevolg van vervorming door de collimatielens weer toenemen.

20 Het voorgaande leidt tot de conclusie, dat bij een kathodestraalbuis van het S.S type met elektrostatische focussering en elektrostatische afbuiging een zekere mate van verkorting van de buislengte noodzakelijk is om te voorkomen, dat de resultaten achteruit gaan.

25 Fig. 5 toont de afwijkingen in micron voor verschillende waarden van de buislengte 4 , uitgedrukt in de buisdiamter Φ, voor enige relaties tussen , x en y. In fig. 5 tonen respectievelijk de volle lijn A, de gebroken lijn B en de streep-stippellijnen C en D de aberratie voor 30 x = 1/3 t - 1/10Z , y = 1/24- 1/1θ4 ; x = 1/3-ί+..1/1 θ4 j y = 1/2 £ - 1/10 -£ y x = 1/3 £- 1/\θ4; y = 1/2 ; en x = 1/3^ + 1/10 2 , y = 1/2 ί .

Uit fig. 5 komt naar voren, dat de buislengte 4 bij een kathodestraalbuis van het S.S type bij voorkeur 35 2Φ - 4Φ dient te bedragen.

In tegenstelling daartoe geldt voor bruikbare kathodestraalbuizen van bestaand M.M type, dat 4 - 4Φ of meer, 84 0 2 6 0 9 'Cf * - 8 - en voor het S.M type, dat Z = 4Φ tot 5Φ. Bij een kathode-straalbuis van het M.S type kan *£ = 3Φ voorkomen, doch de voor focussering benodigde energie is in dat geval verre van verwaarloosbaar. In verband daarmede komt een op minimalise-5 ring van het energiegebruik zonder verlies aan weergavekwali-teit gerichte verkorting van de buislengte vooral voor een kathodestraalbuis van het S.S type met elektrostatische focussering en elektrostatische afbuiging van de elektronenbundel in aanmerking.

10 Als gevolg hiervan kan bij een kathodestraal buis van het S.S type volgens fig. 1 de buislengte Z worden verkort zonder verlies aan kwaliteiten, waarbij geen afbuig-wikkeling en focusseringswikkeling behoeven te worden toegepast, zodat een compacte kathodestraalbuis van licht gewicht 15 wordt verkregen. De toepassing van elektrostatische afbuiging en focussering leidt bovendien tot een gering energieverbruik.

Bij de uitvoeringsvorm volgens fig. 1 zijn verschillende elektroden gevormd door gemetalliseerde patronen op het binnenoppervlak van het glazen buisomhulsel aan te 20 brengen. Als gevolg daarvan kan de diameter van de collimatie-lens bij benadering even groot als de binnendiameter van het glazen omhulsel worden gekozen. Dit is van belang, omdat bij verkorting van de buislengte een toename van de afbuighoek optreedt, zodat ook de collimatielens dient te worden ver-25 sterkt. Aangezien de diameter van deze lens betrekkelijk groot kan worden gemaakt, zoals zojuist opgemerkt, zal zelfs bij een versterking van de collimatielens geen toename van de aberratie optreden, terwijl ook de trefhoek niét ongunstig wordt beïnvloed.

30 Fig. 6 toont nog een uitvoeringsvorm van de uitvinding, waarbij de spanning aan de elektrode op andere wijze dan bij de eerder beschreven uitvoeringsvorm wordt aangelegd. Zoals fig. 6 laat zien, kan ongeveer in het midden van het glazen omhulsel tegenover de elektrode een ring 18 35 van keramisch materiaal, waarvan het oppervlak is bedekt met een geleidende laag, zoals een Ag pasta of dergelijke, door "frit-sealing" (zie 17) aan het omhulsel 1 worden aangebracht, 8402609 9- Sr - 9 - waarbij de elektrode G,. zijn spanning via de ring 18 van keramisch materiaal krijgt aangelegd. Hoewel fig. S dit niet laat zien, kan tegenover de elektrode G,. in het glazen omhulsel 1 een gat worden geboord, waarin een metalen pen wordt gesol-5 deerd of geleidend frit-materiaal wordt aangebracht, zodanig, dat de gewenste spanning via de metalen pen of het geleidende frit-materiaal aan de elektrode G^ wordt aangelegd.

Hoewel de uitvinding in het voorgaande is beschreven in geval van toepassing van een kathodestraalbuis 10 als beeldopneembuis van het S.S type, is de uitvinding daartoe niet beperkt, doch kan de kathodestraalbuis volgens de uitvinding ook als opslagbuis, aftastomzetbuis of dergelijke worden toegepast.

Zoals uit het voorgaande naar voren komt, kan 15 bij een kathodestraalbuis van het S.S type met elektrostatische focussering en elektrostatische afbuiging van de elektronenbundel de buislengte £ zonder yerlies aan kwaliteiten enigermate worden verkort, terwijl het feit dat geen afzonderlijke afbuigwikkeling en afzonderlijke focusseringswikkeling behoe-20 ven te worden toegepast, ertoe leidt, dat een compacte kathodestraalbuis van licht gewicht wordt verkregen. Daar zowel de afbuiging als de focussering van de elektronenbundel op elektrostatische wijze geschiedt, vertoont een dergelijke kathodestraalbuis volgens de uitvinding een gering energieverbruik.

25 ----- « 8402609

Claims (2)

1, Kathodestraalbuis met een omhulsel, een aan het ene einde van het omhulsel aangebrachte elektronen-bundelbron, een aan het andere einde van het omhulsel tegenover de elektronenbundelbron aangebrachte gaaselektrode, en 5 met een tussen de elektronenbundelbron en de gaaselektrode aangebracht, elektrostatisch lenzenstelsel, dat voor focus-sering van de elektronenbundel dient en een langs de door de elektronenbundel gevormde baan elkaar opvolgende eerste, tweede en derde elektrode bevat, waarbij de tweede elektrode 10 voor afbuiging van de elektronenbundel in vier pijlvormige of zig-zag patronen is verdeeld.

2. Kathodestraalbuis volgens conclusie 1, m e t het'kenmerk, dat de buislengte >£ tussen de elektronenbundelbron en de gaaselektrode in het gebied van 2Φ tot 4Φ 15 ligt, waarin Φ de diameter van de eerste, tweede en derde elektrode is. * 8402603