DD217081A5

DD217081A5 - Kathodenstrahlroehre

Info

Publication number: DD217081A5
Application number: DD83248851A
Authority: DD
Inventors: Aart A Van Gorkum
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1982-02-22
Filing date: 1983-03-16
Publication date: 1985-01-02
Also published as: IT8319660A0; GB2115978B; FR2522196A1; NL8200691A; ES8401677A1; JPS58154142A; CA1194081A; DE3305415A1; FR2522196B1; JPH0447939B2; DE3305415C2; IT1171059B; US4567399A; ES519896A0; GB2115978A; GB8304505D0

Abstract

ZIEL UND AUFGABE DER ERFINDUNG BESTEHEN DARIN, EINE KATHODENSTRAHLROEHRE ANZUGEBEN, IN DER DIE SPHAERISCHE ABERRATION STARK HERABGESETZT ODER SOGAR NEGATIV GEMACHT IST, UM DIE POSITIVE ABERRATION EINER VORANGEHENDEN ODER EINER FOLGENDEN LINSE AUSZUGLEICHEN, UM AUF DIESE WEISE DIE AUFTREFFFLECKABMESSUNGEN HERABZUSETZEN. DIE AUFGABE WIRD ERFINDUNGSGEMAESS DADURCH GELOEST, DASS DIE ZWEITE ELEKTRODE MIT EINER IN RICHTUNG AUF DIE ERSTE ELEKTRODE GEKRUEMMTEN ELEKTRISCH LEITENDEN FOLIE VERSEHEN IST, DIE DEN ELEKTRONENSTRAHL SCHNEIDET UND DEREN KRUEMMUNG ZUNAECHST MIT GROESSER WERDENDEM ABSTAND VON DER OPTISCHEN ACHSE DER ELEKTRONENLINSE ABNIMMT.

Description

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Kathodenstrahlröhre Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Kathodenstrahlröhre mit einem Elektronenstrahlerzeugungssystem in einem evakuierten Kolben zum Erzeugen eines Elektronenstrahls, der auf eine Auftreffplatte mit Hilfe mindestens einer beschleunigenden Elektrönenlinse fokussiert wird, die — in Fortpflanzungsrichtung des Elektronenstrahls gesehen — aus einer ersten und einer zweiten, koaxial um den Elektronenstrahl angeordneten Elektrode besteht.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Derartige Kathodenstrahlröhren werden beispielsweise als Schwarzweiß- oder Farbfernsehbildröhre, als Fernsehkameraröhre, als Projektionsfernsehbildröhre, als Oszillografenröhre oder als Röhre zürn Darstellen von Ziffern und Symbolen benutzt. Letztgenannter Röhrentyp wird auch als DGD-Röhre bezeichnet (Data Graphic Display tube). Eine derartige Kathodenstrahlröhre ist beispielsweise aus der offengelegten niederländischen Patentanmeldung 7812540 bekannt. Das hier beschriebene Elektronenstrahlerzeugungssystem einer Farbfernsehbildröhre enthält drei mit ihren Achsen in einer Ebene liegende Elektronenstrahlerzeugungssysterne. Die zweite Elektrode der an der Bildschirmseite liegenden beschleunigenden Elektronenlinse eines jeden Strahierzeugungssystems ist an einer gemeinsamen Zentrierbuchse befestigt. Weiter ist es möglich, daß die ersten Elektroden der beschleunigenden Elektronenlinse einen gemeinsamen Teil bilden. Dies ist beispielsweise der Fall bei einem sogenannten integrierten Strahlerzeugungssystem, das auch in der erwähnten niederländischen Patentanmeldung 7812540 beschrieben ist.

Bei derartigen Röhren sind die Abmessungen des Auftreffflecks sehr wichtig, weil sie die Schärfe des dargestellten oder aufgenommenen Fernsehbildes bestimmen. Es gibt drei Beiträge zu den Auftrefffleckabmessungen, und zwar der Beitrag durch die Unterschiede der thermischen Austrittsgeschwindigkeiten und der Winkel der Elektronen, die aus der emittierenden Oberfläche der Kathode heraustreten, die Beiträge der Raumladung des Bündels und die sphärische Aberration der benutzten Elektronenlinsen. Letztgenannter Beitrag wird dadurch ausgelöst, daß Elektroneniinsen den Elektronenstrahl nicht ideal fokussieren. Im allgemeinen werden Elektronen, die einen Teil des Elektronenstrahls bilden und weiter entfernt von der optischen Achse einer Elektronenlinse in diese Linse eintreten, kräftiger von der Linse abgelenkt als Elektronen, die näher bei der Achse in die Linse eintreten. Dies wird als positive sphärische Aberration bezeichnet. Die Auftrefffleckabmessungen vergrößern sich um die dritte Potenz der Bündelparameter, wie beispielsweise des Öffnungswinkels öder des Durchmessers des einfallenden Elektronenstrahls. Sphärische Aberration wird daher auch 3. Ordnungsfehler genannt. Es wurde nachgewiesen (W. Glaser, Grundlagen der Elektronenoptik, Springer Verlag, Wien 1952), daß bei rotations-symmetrischen Elektronenlinsen, bei denen das Potential außerhalb der optischen Achse beispielsweise mit Metailzylindem festgelegt ist, immer eine positive sphärische Aberration auftritt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden. Darlegung des Wesens der Erfindung -

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kathodenstrahlröhre anzugeben, in der die sphärische Aberration stark herabgesetzt oder sogar negativ gemacht ist, um die positive sphärische Aberration einer vorangehenden oder einer folgenden Linse auszugleichen, um auf diese Weise die Auftrefffleckabmessungen herabzusetzen. Diese Aufgabe wird bei einer Kathodenstrahlröhre eingangs erwähnter Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zweite Elektrode mit einer in Richtung auf die erste Elektrode gekrümmten elektrisch leitenden Folie versehen ist, die den Elektronenstrahl schneidet und deren Krümmung zunächst mit größer werdendem Abstand von der optischen Achse der Elektronenlinse abnimmt. Unter Folie sei hier auch eine elektrisch leitende Gaze verstanden. Es sind auch Elektronenstrahlerzeugüngssysteme bekannt, in denen zwei beschleunigende Linsen für die Fokussierung des Elektronenstrahls benutzt werden. Die Erfindung kann in diesem Fall in einer der beschleunigenden Linsen oder in beiden Linsen benutzt werden. ,

Die Verwendung von Folien und Gazen in Elektronenlinsen ist beispielsweise aus Philips Research Reports 18, 465-605 (1963) bekannt; mit Folien und Gazen wurden insbesondere Verwendungen angestrebt, bei denen eine sehr kräftige Linse bei einem verhältnismäßig geringem Potentialverhältnis der Linse gewünscht wird. Dieses Poteritiaiverhältnis ist das Verhältnis zwischen den Potentialen der Linsenelektroden. In einer beschleunigenden Linse erfolgt die Linsenwirkung durch eine konvergierende \ Linsenwirkung im niedrigen Potentialteil der Linse und eine geringe divergierende Wirkung im hohen Potentialteil der Linse, so daß das daraus entstehende Linsenverhaiten konvergierend ist. Die Linse ist also aus einer positiven und einer negativen Linse zusammengesetzt. Durch das Anbringen einer flachen oder konvex gekrümmten Gaze oder Folie am Rand der zweiten Elektrode, die der ersten Elektrode zugewandt ist, wird die negative Linse beseitigt und es entsteht eine rein positive Linse, die somit eine viel kräftigere Linsenwirkung besitzt. Jedoch weist diese Linse immer noch sphärische Aberration auf. Eine kugelförmige Gaze oder Folie in einer beschleunigenden Elektronenlinse liefert, wie weiter unten näher erläutert wird, nur eine geringe Reduzierung der sphärischen Aberration. Indem nunmehr erfindungsgemäß der Krümmungsradius der Gaze oder Folie zunächst mit sich vergrößerndem Abstand zur optischen Achse vergrößert wird, erfolgt eine Stärkeänderung der Linse, wobei diese Stärke in der Mitte vergrößert und zum Rand hin verkleinert wird. Hierdurch bekommt man eine Linse, die die gleiche Stärke für alle Bahnen des Elektronenstrahls hat. Bei den bekannten Gazelinsen, die mit einer flachen Gaze (oder ο oder mit einer konvexen Gaze (oder Folie) mit einem konstanten Krümmungsradius versehen sind, ist dies nicht der Fall. Durch die Wahl des Verlaufs des Krümmungsradius der Gaze oder der Folie nach der Erfindung läßt sich die sphärische Aberration stark herabsetzen oder sogar negativ machen.

Sowohl aus Messungen als auch aus Berechnungen erfolgt, daß eine Form der Folie oder Gaze im wesentlichen entsprechend der Form des Zentralteils einer 0. Ordnung-Besselfunktion, vorzugsweise bis zum ersten Minimum, zu bevorzugen ist, was weiter unten näher erläutert wird. Diese Form weicht bis zum ersten Minimus der 0. Ordnung-Besselfunktion wenig von der Kosinusform ab. ;

Im Gegensatz zur Verwendung einer Folie gibt die Verwendung einer Gaze jedoch auch einen zusätzlichen Beitrag zur ^l Abmessung des Auftreffflecks. Dies ist die Folge der Öffnungen in der Gaze, die ais negative Blendenlinsen wirken. Dieser Beitrag, wie in Philips Research Reports 18, 465-605 (1963) beschrieben, ist der Maschenweite der Gaze proportional. Diese

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Maschenweite kann jedoch derart gewählt werden, daß dieser Beitrag viel kleiner als die üblichen Beiträge in der Auftrefffleckvergrößerung ist. Der restliche Beitrag der sphärischen Aberration der Hauptlinse kann durch geeignete Wahl der Form der Gaze kleiner als der Beitrag der Maschenweite gemacht werden.

Wenn sich vom Rand der Folie oder Gaze der zweiten Elektrode ein zylinderförmiger Kragen in Richtung auf die erste Elektrode erstreckt, ist es sogar möglich, eine beschleunigende Elektronenlinse mit einer negativen sphärischen Aberration herzustellen. Dieser Effekt läßt sich auch durch eine Vergrößerung des Abstands (d) zwischen den zwei Elektroden der beschleunigenden Linse erreichen. Diese negative sphärische Aberration kann dazu dienen, eine positive sphärische Aberration einer vorangehenden oder nachfolgenden Linse im Elek'tronenstrahlerzeugungssystem auszugleichen. Das Maß, mit dem die sphärische Aberration korrigiert wird, bestimmt auch die Höhe (h) der Gazenach der Erfindung. Die Höhe ist der maximale Abstand zwischen Gazeteilen, entlang der Achse der Linse gemessen (siehe weiter Fig. 9 b).

Da es möglich ist, in einer erfindungsgemäßen Kathodenstrahlröhre die sphärische Aberration herabzusetzen, ist es nicht mehr notwendig, eine Elektronenlinse mit einem Linsendurchmesser zu wählen, der viel größer als der Strahldurchmesser ist. Dadurch ist es möglich, Elektrodenstrahlerzeugungssysteme mit Linsenelektroden mit einem verhältnismäßig geringen Durchmesser herzustellen, wodurch der Hals der Kathodenstrahlröhre, in dem das Elektronenstrahlerzeugungssystem montiert > ist, einen verhältnismäßig geringen Durchmesser haben kann. Da hierdurch die Ablenkspulen näher bei den Elektronenstrahlen liegen, kann man mit einer geringeren Ablenkenergie auskommen. Geeignete Werkstoffe für die Herstellung derartiger Folien und Gazen sind beispielsweise Nickel, Molybdän und Wolfram. Eiqe Nickeigaze kann sehr gut elektrolytisch abgelagert werden (electroformed by elektrolyse deposition); Es ist möglich, Webegaze aus Molybdän und Wolfram mit einer Durchlässigkeit von

· 80% herzustellen. . . ,

Die bisher zum Herabsetzen sphärischer Aberration benutzten Folien oder Gazen waren flach oder konvex (siehe z. B. Optik 46 (1976) Nr.4,463-473 „Der Öffnungsfehler 3. Ordnung und der axiale Farbfehler von rotationssymmetrischen Elektronenlinsen mit gekrümmter geladener transparenter Folie", H.Hoch, E.Kasper·, D.Kern). * ^! .

, Der Effekt derartiger Folien bei einer beschleunigenden Eiektronenlinse auf die sphärische Aberration ist jedoch nicht sehr groß. Dies läßt sich auch verstehen. Eine flache oder eine konvexe Gaze folgt mehr oder weniger der Form der Äquipotentialflächen zwischen zwei Linsenelektroden ohne Gaze. Erfindungsgemäß wird die Form der Äquipotentialflächen zum Herabsetzen der sphärischen Aberration beeinflußt. · -- ! ·

Da die beschleunigenden Elektronenlinsen für erfindungsgemäße Kathodenstrahlröhren nahezu keine sphärische Aberration aufweisen, können die Elektronenstrahlerzeugnissysteme einfacher ausgeführt werden und beispielsweise aus einer Kathode, einem Steuergitter und der erwähnten beschleunigenden Elektronenlinse bestehen.

In der DE-PS 1134769 wird eine Einrichtung beschrieben, bei der zwischen zwei Ringelektroden eine konvexe Gazeelektrode · elektrisch isoliert aufgehängt ist. Diese Gazeelektrode wird zum Ausgleichen der sphärischen Aberration einer magnetischen Fokussierungslinse benutzt. Die Gaze bildet keinen Teil der zu korrigierenden Linse. Außerdem ist die Magnetlinse keine beschleunigende Linse. Auch ist aus der US-PS 3240972 eine Kathodenstrahlröhre mit einer in Richtung auf die Auftreffplatte konvexen Gaze bekannt, durch die eine negative beschleunigende Linse zum Erhalten von Ablenkverstärkung ohne Rasterverzerrung gebildet wird; Hiermit wird jedoch die sphärische Aberration des Elektronenstrahls nicht herabgesetzt.

Ausführungsbeispiei

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Flg. 1: einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Kathodenstrahlröhre; Fig.2: einen Schnitt durch ein Elektronenstrahlerzeugungssystem für eine Kathodenstrahlröhre nach Fig. 1; Fig. 3: eines der Elektronenstrahlerzeuger'des Systems nach Fig. 2 im Längsschnitt; Fig. 4a: eine beschleunigende Elektronenlinse nach dem Stand der Technik im Längsschnitt;

Fig.4b: eine Vergrößerung des Fokuspunktes des mit der Linse nach Fig.4a fokussierten Elektronenstrahls; ^v

Fig.5a: eine beschleunigende Elektronenlinse mit einer konvexen Gaze nach dem Stand derTechnik im Längsschnitt; Fig. 5 b: ,eine Vergrößerung des Fokuspunktes des mit der Linse nach Fig.5a fokussierten Elektronenstrahls; Fig.6a: eine erfindungsgemäße beschleunigende Eiektronenlinse im Längsschnitt:

Fig.6b: eine Vergrößerung des Fokuspunktes des mit der Linse nach Fig.6a fokussierten Elektronenstrahls; Fig.7a: eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen beschleunigenden Elektronenlinse im Längsschnitt; Fig.7b: eine Vergrößerung des Fokuspunktes des mit der Linse nach Fig. 7a fokussierten Elektronenstrahls; , Fig.8a: eine andere Ausführungsform einer beschleunigenden Eiektronenlinse mit einer negativen sphärischen·Aberration

im Längsschnitt; . ' · . . ;

Fig.8b: eine Vergrößerung des Fokuspunktes des mit der Linse nach Fig. 8a fokussierten-Elektronenstrahls und Fig.9a:' eine 0. Ordnung-Besselfunktion und die Fig.9b bis i Schnitte durch eine Anzahl beschleunigender Eleklronenjinsen

nach der Erfindung. - . .

In Fig. 1 ist als Beispiel·schematisch eine erfindungsgemäße Kathodenstrahlröhre dargestellt, in diesem Fall eine ι Farbfernsehbildröhre vom „in-line"-Typ. In einem Glaskolben 1, der aus einem Bildfenster 2, einem Konus 3 und einem Hals 4 besteht, sind in diesem Hals drei Elektronenstrahlerzeugungssysteme 5, 6 und 7 angeordnet, welche die Elektrodenstrahlen 8, 9 und 10 erzeugen. Die Achsen der Elektronenstrahlerzeugungssysteme liegen in einer Ebene, d.h. in der Zeichenebene. Die . Achse des mittleren Elektronenstrahlerzeugungssystems 6 ist mit der Röhrenachse 11 nahezu deckungsgleich. Die drei ... Elektronenstrahlerzeugungssysteme münden in eine Buchse 16, die koaxial im Hals 4 liegt. Das Bildfenster 2 ist an der Innenseite mit einer Vielzahl von Tripein von Phosphorlinien versehen. Jedes Tripel enthält eine Linie aus einem grün leuchtenden Phosphor, eine Linie aus einem blau leuchtenden Phosphor und eine Linie aus einem rot leuchtenden Phosphor. Alle Tripel zusammen bilden den Bildschirm 12. Die Phosphorlinien verlaufen senkrecht zur Zeichenebene. Vor'dem Bildschirm ist eine Lochmaske 13 angeordnet, in der eine Vielzahl länglicher Öffnungen 14 angebracht ist, durch die die Elektronenstrahlen 8, 9 und 10 hindurchgehen. Die Elektronenstrahlen werden in horizontaler Richtungen der Zeichenebene) und in der vertikalen Richtung (senkrecht.dazu) vom Ablenkspulensystem 15 abgelenkt. Die drei Elektronenstrahlerzeugungssystemesind derart montiert, daß ihre Achsen einen spitzen Winkel miteinander bilden. Die Elektronenstrahlen fallen dadurch unter einem Winkel, dem sogenannten Farbauswahlwinkel, durch die Öffnungen 14 und treffen jeweils nur Phosphorlinien einer Farbe., In Fig.2 sind die drei Elektronenstrahlerzeugungssysteme 5, 6 und 7 in Perspektive dargestellt. Die Elektroden dieses dreifachem Elektronenstrahlerzeugungssystems sind in bezug aufeinander mit Hilfe von Metallstreifen 17 positioniert,-die in

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.. /

Glasmontagestäbchen 18 eingeschmolzen sind. Jedes Elektronenstrahlerzeugungssystem besteht aus einer Kathode (hier nicht dargestellt), einer Steuerelektrode 21, einer ersten Anode 22 und Elektroden 23 und 24. Die Elektroden 23 und 24 bilden zusammen eine beschleunigende Elektronenlinse, mit der die Elektronenstrahlen auf den Bildschirm 21 (Fig. 1) fokussiert werden. Die Elektroden 24 sind mit in Richtung der Elektroden 23 gekrümmten Gazen 30 (hier nicht sichtbar) versehen'.

In Fig.3 ist im Längsschnitt durch eines dar Elektronenstrahlerzeugungssysteme dargestellt. In der Elektrode 21 befindet sich eine Kathode 19. Die Elektrode 24 ist mit einer aus Wolfram hergestellten Gaze 30 (Drahtdurchmesser 7,5μη-iund Mascheinweite 75μ.ηι) versehen. Die Gazekrümmung sinkt zunächst mit dem Abstand von der Achse 31. Dies hat, wie anhand der Figuren 6a und 6b bis 8a und b näher erläutert wird, eine Verringerung der positiven, oder abhängig vom Abstand (siehe Fig.8a sogar eine negative sphärische Aberration zur Folge. Die an die Elektroden gelegten Potentiale sind in Fig. 3 dargestellt.

In Fig.4ä ist schematisch eine bekannte beschleunigende Elektronenlinse im Schnitt dargestellt. Die Linse besteht aus einer ersten zylinderförmigen Elektrode 41 mit einem Potential V₁ und aus einer zweiten zylinderförmigen Elektrode 42 mit einem Potential V₂. Wenn V₂ZV₁ = 10, beträgt der Brennpunktabstand an der Bildseite etwa 2,5D, worin D der Durchmesser der Zylinderelektroden ist. Die Äquipotentiallinien 40 (es sind die Schnittlinien der Äquipotentialflächen mit der Zeichenebene) sind nach jeweils O,5V-| dargestellt. Der Gegenstandsabstand ist hier und auch in den nachfolgenden Beispielen derart gewählt, daß die paraxiale lineare Vergrößerung immer 5 beträgt. Der Gesamtöffnungswinkel des Elektronenstrahls 48 beträgt 0,15rad.

Neben der Zentralbahn 43 sind äquidistant auf den Öffnungswinkel an beiden Seiten dieser Zentralbahn verteilt vier Elektronenbahnen 44,45,46 und 47 da'rgesteilt. In Fig.4b ist eine Vergrößerung des Fokuspunkts (Punkt mit Mindestdurchmesser) des Elektronenstrahls nach Fig.4a an der Stelle Z= 10,5D dargestellt. Der Mindeststrahidurchmesser, geteilt durch D beträgt 3 x 10~². Die Strahlen 44 schneiden die Zentralbahn 43 an einer ganz anderen Stelle und weiter vom Gegenstand entfernt als die weiter von der Zentralbahn 43 entfernt liegenden Strahlen 45,46 und 47. Dies wird mit positiver sphärischer Aberration bezeichnet.

In Fig.5a ist schematisch eine beschleunigende Elektronenlinse mit einer kugelförmigen Gaze 59 mit einem Krümmungsradius der Gaze von 0,625D dargestellt. Die Linse besteht aus einer ersten zylinderförmigen Elektrode 51 mit einem Potential V₁ und einer zweiten zylinderförmigen Elektrode 52 mit einem Potential V₂. Wenn jetzt V₂ZV₁ = 1,6(z.B. V₁ =? 1OkV und V₂ = 16 kV),'ist der Brenhpunktabstand an der Bildseite wieder etwa'2,5O. Die Äquipotentiallinien 50 sind nach jeweils 0,05V dargestellt. Der Gesamtöffnungswinkel des Elektronenstrahls 58 beträgt 0,06rad. Er ist im Vergleich zum Öffnungswinkel in Fig.4a im Zusammenhang mit dem anderen Spannungsverhältnis V₂ZV₁ kleiner gewählt. Neben der Zentralbahn 53 werden bei äquidistanter Verteilung auf den Öffnungswinkel an einer Seite dieser Zentralbahn vier Elektronenbahnen 54, 55, 56 und 57 dargestellt. Die an der anderen Seite der Zentralbahn symmetrisch liegenden Elektronenbahnen sind der Symmetrie halber

nicht dargestellt. ι ·

In Fig.5b ist eine Vergrößerung des Fokuspunkts an der Stelle Z = 13,8D dargestellt Der Mindestelektronenstrahldurchmesser

geteilt durch D beträgt 1,8 x 10"². ·

Aus dieser Figur ist ersichtlich, daß durch Verwendung einer kugelförmigen Gaze in einer beschleunigenden Elektronenlinse

die sphärische Aberration herabgesetzt wird. Denn der Schnittpunkt der inneren Strahlen'54 mit der Zentralbahn liegt näher beim Schnittpunkt der äußeren Strahlen 57 mit der Zentralbahn als in Fig.4b.

In Fig.6a ist schematisch eine beschleunigende Elektronenlinse mit einer Gaze 69 dargestellt, die erfindungsgemäß die Form des Zentralteils einer 0. Ordnung-Besselfunktion besitzt, wobei das erste Minimum der 0. Ordnung-Besselfunktion mit dem Rand der zylinderförmigen Elektrode 62 zusammenfällt. Die Höhe h der Gaze beträgt 0,125D. Weiter besteht die Linse aus einer ersten zylinderförmigen Elektrode 61 mit einem Potential V₁. Die zweite zylinderförmige Elektrode 62 hat ein Potential V₂.

Wenn V₂ZV₁ = 1,6 (z. B. V₁ = 1OkV und V₂= 16kV) beträgt der Brennpunktabstand an der Bildseite wieder etwa 2,5 D. Die Äquipotentiallinien 60 sind nach jeweils 0,05 V₁ dargestellt. Der Gesamtöffnungswinkel des Elektronenstrahls 68 beträgt 0,06 rad.

Es sind wieder vier Elektronenbahnen 64, 65, 66 und 67 an einer Seite der Zentralbahn 63 dargestellt.

In Fig. 6 b ist eine Vergrößerung des Fokuspunkts in Z = 13,3 D dargstellt. Aus dieser Figur ist ersichtlich, daß durch Verwendung einer Gaze mit einer Form, die im wesentlichen der Form des Zentralteils einer 0. Ordnung-Besselfunktion entspricht, die sphärische Aberration nahezu beseitigt werden kann. Der Mindeststrahldurchmesser beträgt etwa 25% des Mindeststrahldurchmessers nach Fig. 5 b.

In Fig.7a und 7b ist eine beschleunigende Elektronenlinse und eine Vergrößerung des Fokuspunkts analog der Fig. 6a und 6b dargestellt. Die Elektrode 62 ist jetzt jedoch mit einem sich in Richtung auf die Elektrode 61 erstreckenden Kragen 70 mit einer Länge 1 von 0,125D versehen. Wie aus Fig.7b ersichtlich, ist im Punkt Z = 15,6D der Mindeststrahldurchmesser sehr gering und tritt kaum mehr eine sphärische Aberration auf.

In Fig.8a ist eine beschleunigende Elektronenlinse gleich der in Fig.7a dargestellt, wobei der Abstand d zwischen den Elektroden 61 und 62 vergrößert ist und 0,125D beträgt. Es ist aus Fig. 8b ersichtlich, daß eine derartige Linse eine negative sphärische Aberration besitzt. Die inneren Strahlen 64 des Elektronenbündels schneiden die Zentralbahn früher als die weiter auswärts liegenden Strahlen. Es ist möglich, mit einer derartigen Linse' mit negativer sphärischer Aberration die positive sphärische Aberration einer vorangehenden Linse auszugleichen. So bilden die Elektroden 22 und 23 in Fig. 1 zusammen eine beschleunigende Elektronenlinse mit einer positiven sphärischen Aberration. Sie läßt sich durch eine negative sphärische Aberration der Linse ausgleichen, die von den Elektroden 23 und 24 gebildet wird, so daß der Gesamtbeitrag der sphärischen Aberration zur Auftreffflächenabmessung möglichst klein wird.

In Fig. 9a ist der Verlauf der 0/ Ordnung-Besselfunktion dargestellt. Im Zentrum befindet sich das erste und größte Maximum und daneben die Biegepunkte 91 und die ersten Minima 92. Daneben befinden sich die zweiten Maxima 93, abwechselnd gefolgt von Minima und Maxima. Für die Erfindung ist nur der Verlauf dieser Funktion bis zu den zweiten'Maxima 93

wichtig. - .

In Fig. 9 b ist schematisch eina.beschleunigende Elektronenlinse mit zwei zylinderförmigen Elektroden 100 und 101 dargestellt.

Die Elektrode 100 ist mit einer gekrümmten Gaze 102 versehen, die nach einer 0. Ordnung-Besselfunktion gekrümmt ist. Der Rand bildet das erste Minimum dieser 0. Ordnung-Besselfunktion. Die Höhe h der Gaze-bestimmtjmit da,s Maß des Ausgleichs der sphärischen Aberration, [n Fig.6a ist diese Höhe h beispielsweise 0,125D.

In Fig.9c ist schematisch eine beschleunigende Elektronenlinse mit zwei zylinderförmigen Elektroden 103 und 104 dargestellt.

Die ETektrode 103 ist mit einem zylinderförmigen, sich in Richtung auf die Elektrode 104 erstreckenden Kragen 105 ausgerüstet.

Die Form der Gaze 106 ist der Form der Gaze in Fig. 9 b identisch. Außerdem ist der Abstand zwischen den Elektroden 103 und 104_größer als der Abstand zwischen den Elektroden 100 und 101 (Fig. 9 b), wodurch, wie in Fig.8a und b dargestellt, eine negative sphärische Aberration erhalten wird.

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lh Fig.9d ist schematisch eine beschleunigende Elektronenlinse mit zwei zylinderförmigen Elektroden 107 und 108 dargestellt.

Die Elektrode 107 ist mit einer Gaze 109 versehen, die gemäß dem Zentralteil einer O. Ordnung-Besselfunktion gekrümmt ist.

Vom ersten Biegepunkt aus erstreckt sich ein flacher Teil 116 zum Rand der Elektrode 107.' In Fig.9e ist schematisch eine beschleunigende Elektronenlinse mit zwei zylinderförmigen Elektroden 110 und 11 ^dargestellt.

Die Elektrode 110 ist mit einer Gaze 112 versehen, die nach einer O. Ordnung-Besselfunktion bis zum zweiten Nulldurchgang

gekrümmt ist..,_. , . .

In Fig. 9f ist schematisch eine beschleunigende Elektronenlinse mit zwei zylinderförmigen Elektroden 113 und 114 dargestellt.

Die Form der gekrümmten Gaze 115 ist gleich der Form der in Fig.9d dargestellten Gaze, jedoch ist die Höhe das 1¹/2fache der

Höhe der gekrümmten Gaze 109 (Fig.9d). , ·

In Fig.9g ist schematisch eine beschleunigende Elektronenlinse mit zwei zylinderförmigen Eiektroden 117 und 118 dargestellt.

Die Form der gekrümmten Gaze 1 ί9 ist der Form der Jn Fig. 9f dargestellten Gaze gleich, jedoch ist der flache Rand 120 schmaler

als der flache Rand 116 in Fig. 9f. ' .

In Fig.9h ist schematisch eine beschleunigende Eiektroneniinse mit zwei zylinderförmigen Eiektroden 121 und 122 dargestellt.

Die Elektrode 121 ist mit einer Gaze 123 versehen, die nach einer O. Ordnung-Besselfunktion bis zum ersten Biegepunkt gekrürnmt ist.

In Fig.9i ist schematisch eine beschleunigende Elektrodenlinse mit zwei zylinderförmigen Elektroden 124 und 125 dargestellt.

Die Form der gekrümmten Gaze 126 ist gleich der Form der in Fig. 9b dargestellten Gaze, jedoch ist die Höhe h das Zweifache der Höhe der gekrümmten Gaze 102 der Fig. 9b.

Alle dargestellten Gazeformen haben gemeinsam, daß sie wenigstens teilweise gemäß einer 0. Ordnung-Besselfuriktion gekrümmt sind, lh Abhängigkeit vom Elektronenstfahldurchmesser und vom Elektrodendurchmesser können die beschriebenen Formen gewählt werden. Die Höhe h der Gaze und der Abstand d zwischen den zwei Elektroden der beschleunigenden Eiektroneniinse können anhand'von Versuchen und Berechnungen ermittelt werden.

Da die Form einer O.. Ordnung-Besselfunktion bis zum ersten Minimum nur geringfügig von der Form einer-Kosinusfunktion abweicht, ist es klar, daß auch Gazen oder Folien mit der Form einer Kosinusfunktion oder einer anderen, nur geringfügig von einer Q< Ordnung-Besselfunktion abweichenden Form benutzt werden können. Denn der Kern der Erfindung ist, daß der Krümmungsradius der Gaze zunächst mit größer werdendem Abstand zur optischen Achse der Elektronenlinse größer wird, wodurch eine Stärkenänderung der Linse erfolgt, wobei diese Stärke im Zentrum des Strahls vergrößert und zum Rande hin verkleinert wird. Hierdurch wird eine Linse erhalten, die für alle Bahnen des Elektronenstrahls nahezu gleiche Stärke hat.

Claims

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Erfindungsansprüche:

1. Kathodenstrahlröhre mit einem Elektronenstrahlerzeugungssystem in einem evakuierten Kolben zum Erzeugen eines Elektronenstrahis, der auf eine Auftreffplatte mit Hilfe mindestens einer beschleunigenden Elektronenlinse fokussiert wird, die — in Fortpflanzungsrichtung des Elektronenstrahls gesehen — aus einer ersten und einer zweiten, koaxial um den Elektronenstrahl angeordneten Elektrode besteht, gekennzeichnet dadurch, daß die zweite Elektrode (24) mit einer in Richtung auf die erste Elektrode (22) gekrümmten, elektrisch leitenden Folie (30) versehen ist, die den Elektronenstrahl schneidet und deren Krümmung zunächst mit größer werdendem Abstand von der optischen Achse (31) der Elektronenlinse abnimmt. . , „
2. Kathodenstrahlröhre nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Krümmung der Folie (30) als Funktion des Abstandes von der optischen Achse (31) im wesentlichen gemäß dem Zentralteil einer O. Ordnung-Besselfunktion verläuft.
3. Kathodenstrahlröhre nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Krümmung der Folie (30) als Funktion des Abstandes von der optischen Achse (31) im wesentlichen gemäß dem Zentralteil einer O. Ordnung-Besselfunktion bis zum ersten Minimum verläuft. .
4. Kathodenstrahlröhre nach den Punkten 1, 2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß sich vom Rand der Folie (69) in Richtung auf die erste Elektrode (61) ein zylinderförmiger Kragen (70) erstreckt.
5. Kathodenstrahlröhre nach einem der vorangehenden Punkte, gekennzeichnet dadurch, daß das Elektronenstrahlerzeugungssystem nacheinander eine Kathode, ein Steuergitter und die erwähnte beschleunigende Elektroneniinse enthält.
6. Kathodenstrahlröhre nach einem der vorangehenden Punkte, gekennzeichnet dadurch, daß sie eine Bildröhre zum Darstellen von Buchstaben, Ziffern und Symbolen ist.

Hierzu 6 Seiten Zeichnungen ·