DE10118652A1 - Kathodenstrahlröhre - Google Patents

Abstract

Für eine Kathodenstrahlröhre wird zur Verringerung der Kapazitäten der Elektroden des Strahlsystems die Gitter 1-Elektrode als flaches Blechteil ausgeführt und mechanisch/galvanisch von einer Zentrieranordnung für eine Kathodenträgeranordnung getrennt mit einer für alle Elektroden des Strahlsystems gemeinsamen Tragstruktur verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kathodenstrahlröhre nach dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1.

Der Aufbau eines Strahlsystems einer Kathodenstrahlröhre mit einer Elektro­ denfolge Kathode, Gitter1 und Gitter2 sowie ggf. weiteren Elektroden, insbe­ sondere einer Fokuselektrode und einer Anode, ist gebräuchlicher Stand der Technik, wobei häufig die Gitter2-Elektrode in zwei separaten, in Elektronen­ strahlrichtung beabstandete Elektroden Gitter21 und Gitter22 auf unterschiedli­ chen Potentialen unterteilt ist.

Die Abbildungseigenschaften einer bildgebenden solchen Elektronenstrahlröhre hängen maßgeblich von der bei einem gegebenen Röhrenaufbau maximal möglichen Hell-Dunkel-Umtastgeschwindigkeit der Strahlintensität ab, die wie­ derum bestimmt ist durch die maximale Modulationsfrequenz der zur Strahlin­ tensitätssteuerung modulierten Elektrodenspannung. Die Modulationsfrequenz ist insbesondere begrenzt durch die für die modulierte Elektrodenspannung wirksame Kapazität. Bei der ursprünglich üblichen Kathodensteuerung zur Steuerung der Strahlintensität wird lediglich die Elektrodenspannung der Ka­ thode gegen Bezugspotential moduliert. Die Gitter1-Elektrode liegt auf kon­ stantem Potential.

Höhere Modulationsfrequenzen können durch die Gegentaktsteuerung erreicht werden, bei welcher die Elektrodenspannungen der Kathode und der Gitter1- Elektrode im Gegentakt moduliert werden, wobei die maximalen Spannungs­ werte der Elektrodenspannungen gegen Bezugspotential jeweils geringer sind als die zur gleichen Helligkeitsdynamik erforderliche Kathodenspannung bei der reinen Kathodensteuerung. Typisch sind beispielsweise maximale Span­ nungsamplituden für Gitter1 und Kathode von -50 V bzw. + 50 V bei der Ge­ gentaktsteuerung gegenüber 100 V bei der Kathodensteuerung.

Eine weitere Möglichkeit der Strahlintensitätssteuerung liegt in der reinen Git­ ter1-Steuerung, bei welcher die Elektrodenspannung der Gitter1-Elektrode mo­ duliert wird und die Kathode auf konstantem Potential liegt.

Aus der DE 198 57 800 A1 ist eine derartige Kathodenstrahlröhre mit einer eine Kathodenträgeranordnung umgebenden Gitter1-Hülse, deren der Gitter2- Elektrode zugewandte Elektrodenfläche eine Aussparung aufweist, welche durch eine topfförmige über den Rand der Aussparung aufgewölbte Blende mit einer zentralen Strahlöffnung überbrückt ist.

Die EP 0 809 853 B1 zeigt eine Kathodenstrahlröhre zur Erzeugung von drei getrennten Elektronenstrahlen. Eine gemeinsame Gitter1-Steuerelektrode ist topfförmig ausgebildet und die drei Kathodenanordnungen sind in dem Gitter1- Topf gehalten, welcher seinerseits mit Glasstäben einer mit nachfolgenden Elektroden gemeinsamen Tragstruktur fest verbunden ist.

Aus der DE 30 10 807 ist eine Kathoden-Gitteranordnung bekannt, bei welcher eine Elektrodengruppe aus Kathode, erstem Steuergitter und zweitem Steuer­ gitter als fest verbundene Baugruppe vorgefertigt ist, welche eine Montage­ platte zur Befestigung der Baugruppe an mit weiteren Elektroden einer Elektro­ nenkanone gemeinsamen Glasstäben umfaßt.

In der DE 196 30 200 A1 ist eine Kathodenstrahlröhre beschrieben, bei deren Strahlsystem ein Sandwich-Teilmodul mit erstem und zweitem Steuergitter zwi­ schen keramischen Scheiben über einen keramischen Distanzring mit einer Halterung einer Kathodenträgeranordnung verbunden ist.

Es zeigt sich in der Praxis, daß die mehrfache Anwendung der Verbindung ke­ ramischer Bauteile untereinander und mit metallischen Bauteilen zu einem komplexen Elektrodenmodul durch die verschiedenen Verbindungstechniken aufwendig und nicht zufriedenstellend ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kathodenstrahl­ röhre mit weiter verbessertem Aufbau des Strahlsystems anzugeben.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Unteransprüche ent­ halten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.

Die Erfindung verringert gegenüber der aus DE 198 57 800 A1 bekannten Ka­ thodenstrahlröhre insbesondere die Kapazität zwischen sich radial gegenüber­ stehenden metallischen Flächen von Gitter1 als erstem Steuergitter und Katho­ de sowie zwischen Gitter1 und einer typischerweise das Strahlsystem umge­ benden, auf Massepotential liegenden metallischen Abschirmung.

Die Ausführung des ersten Steuergitters, nachfolgend auch Gitter1-Elektrode genannt, als flache metallische Scheibe, insbesondere als Blechteil ermöglicht in für Elektroden eines solchen Strahlsystems an sich bekannter Weise eine gegenüber z. B. metallisierten keramischen Elektrodenträgern kostengünstige Herstellung mit hoher Präzision und Reproduzierbarkeit. Durch die vom zweiten Steuergitter selbsttragend getrennte Halterung in der Tragstruktur entfallen Fertigungsvorgänge mit extra Verbindungstechniken. Die relative Ausrichtung der mehreren Elektroden, vorzugsweise einschließlich Fokuselektrode und An­ ode, kann vorteilhafterweise in einem Schritt, insbesondere durch Einschmel­ zen äußerer Abschnitte, Haltestege etc. der Elektroden in Glasstäbe der ge­ meinsamen Tragstruktur erfolgen.

Die Gitter1-Elektrode weist vorteilhafterweise wie an sich bekannt eine Ausspa­ rung auf, welche durch eine Blende geringerer Materialstärke, insbesondere eine topfförmig aufgewölbte Blende überspannt ist. Die Höhe der Gitter1- Elektrode ist vorzugsweise geringer als 20%, insbesondere geringer als 10% ihres größten Durchmessers oder in absolutem Maß geringer als 2,5 mm, ins­ besondere geringer als 1,5 mm.

Während bei der aus der DE 198 57 800 A1 bekannten Anordnung die Seiten­ wände des Gitter1-Topfs als Zentrierung für eine Kathodenträgeranordnung dienen können, erfolgt eine derartige Zentrierung bei der erfindungsgemäßen Kathodenstrahlröhre vorteilhafterweise mittels einer separaten Zentrieranord­ nung, in welcher die Kathodenträgeranordnung in Richtung der Strahlachsen verschiebbar geführt ist. Die Zentrieranordnung ist vorteilhafterweise unabhän­ gig von dem ersten Steuergitter an der gemeinsamen Tragstruktur der mehre­ ren Elektroden fixiert. Die Zentrieranordnung kann in einer ersten vorteilhaften Ausführungsform als kreiszylindrische Hülse, insbesondere metallisch auf kon­ stantem Potential liegend ausgeführt sein. Die Zentrieranordnung kann auch reduziert sein auf wenigstens drei polar verteilte Einzelführungen.

Zur Einstellung des Abstands zwischen Kathode und erstem Steuergitter ist vorzugsweise in der Kathodenträgeranordnung ein isolierendes Distanzelement zwischen einem Kathodenträger und dem ersten Steuergitter eingefügt. Die Kathodenträgeranordnung stützt sich vorteilhafterweise unter einer geringen Federvorspannung gegen das erste Steuergitter ab. Das erste Steuergitter kann, ggf. zusätzlich zu der topfförmigen Aufwölbung einer Strahlblende in ei­ ner Aussparung, im radialen Verlauf eine Stufe oder Rampe in Strahlrichtung aufweisen, welche formstabilisierend wirken kann.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch eingehend veranschaulicht. Da­ bei zeigt

Fig. 1 einen Aufbau eines Strahlsystems nach der Erfindung

Fig. 2 einen Ausschnitt aus dem Strahlsystem nach Fig. 1

Das in Fig. 1 skizzierte Strahlsystem umfaßt als Elektroden eine Kathode KA, ein erstes Steuergitter G1, auch als Gitter1 bezeichnet, eine zweite Steuergit­ teranordnung, auch als Gitter2 bezeichnet, welche in zwei Gitter-Teilelektroden mit einer kathodenferneren Teilelektrode G22 und einer dem ersten Steuergit­ ter G1 zugewandten Teilelektrode G21 aufgeteilt ist. Im folgenden ist mit zwei­ tem Steuergitter nur das Gitter G21 bezeichnet.

Mehrere, vorzugsweise drei regelmäßig um die Strahlachse angeordnete Hal­ testäbe HS, vorzugsweise aus Glas, dienen als gemeinsame Tragstruktur für die Elektroden G22, G21 und G1 sowie ggf. weiteren Elektroden des Strahlsy­ stems wie z. B. einer Fokuselektrode FO und einer Anode AN. Die metallischen Elektroden werden in einer Montage-Hilfseinrichtung in präziser gegenseitiger Ausrichtung gehalten und mit ihren Außenrändern, über radial nach außen ge­ richtete Haltefahnen HF o. ä. in die Haltestäbe HS eingeschmolzen und sind dann über die Tragstruktur in ihren gegenseitigen Positionen fixiert. Die Fig. 2 zeigt den in Fig. 1 markierten Ausschnitt in detaillierterer Darstellung.

Wesentliches an der erfindungsgemäßen Elektronenstrahlröhre gegenüber dem Stand der Technik mit vollmetallischem Gitter1, z. B. nach DE 198 57 800 A1 oder EP 0 809 853 B1, ist die flache Ausführung der Gitter1-Elektrode G1 als ebene oder vorzugsweise gestufte metallische Scheibe, insbesondere als Blechteil. Die Gitter1-Elektrode ist dadurch galvanisch von einer Zentrierein­ richtung für die Kathodenanordnung entkoppelt und zeigt in der flachen Ausfüh­ rung eine vorteilhaft geringe Kapazität gegen die Kathodenhülse und gegen eine typischerweise das Steuerelektrodensystem umgebende, auf Massepo­ tential liegende Abschirmung. Zugleich ist eine solche Gitter1-Elektrode als Blechteil kostengünstig und mit reproduzierbar hoher Präzision herstellbar. Die Höhe H1 der Gitter1-Elektrode beträgt vorteilhafterweise weniger als 20%, ins­ besondere weniger als 10% des größten Durchmessers D1 dieser Elektrode (H1 < 0,2 D1) und/oder weniger als 2,5 mm, insbesondere weniger als 1,5 mm.

Eine Kathodenträgeranordnung, in welcher die Kathode gehalten ist, ist inner­ halb einer Zentrieranordnung, welche z. B. als kreiszylindrische Zentrierhülse ZH ausgeführt ist, gehalten und dabei vorteilhafterweise in geringem Maß in Strahlrichtung verschiebbar geführt und vorzugsweise unter dem Einfluß einer Federkraft in Richtung der Strahlachse an der Gitter1-Elektrode G1 anliegend. Die Kathodenträgeranordnung kann beispielsweise wie skizziert eine Träger­ scheibe TR, mit welcher die Kathodenhülse KH mit der Kathode KA und der ggf. vorhandenen Kathodenheizung HE fest verbunden ist, und einen Distanz­ ring DR zwischen Trägerscheibe TR und Gitter1 enthalten. Im skizzierten Bei­ spiel sind noch ein Adapterring AR als Zwischenstück zwischen dem Innen­ durchmesser der Zentrierhülse ZH und dem kleineren Durchmesser der Trä­ gerscheibe TR sowie eine Stützhülse SH vorhanden, über welche eine von ver­ schränkten Laschen LA aufgebrachte Federkraft in Richtung der Strahlachse auf Trägerscheibe TR und Distanzring DR als schwache Andruckkraft an die Gitter1-Elektrode G1 übertragen wird. Eine Federkraft kann auch durch eine separate Druckfeder aufgebracht werden. Durch eine solche Federkraft ist eine hohe Konstanz des achsialen Abstands von Kathode KA zu der Strahlblende SB1 gewährleistet, ohne daß thermisch bedingte mechanische Spannungen zwischen Gitter1 und Kathode auftreten. Die Hülse SH kann in anderer Ausfüh­ rung auch fest mit der Zentrierhülse verschweißt werden, insbesondere mittels Laserschweißen. Ein sicheres Anliegen des Rings DR an der Gitter1-Elektrode kann beispielsweise durch eine zusätzliche Federanordnung zwischen SH und TR oder allein durch die Elastizität der Gitter1-Elektrode nach anfänglichem Andrücken des Trägerrings TR bzw. des Distanzrings DR bei der Montage ge­ geben sein.

Die Gitter1-Elektrode G1 ist vorzugsweise in ihrem radialen Verlauf in der Wei­ se nicht eben ausgeführt, daß sich der achsiale Abstand zu der zweiten Steuer­ elektrode G21 mit zunehmendem Abstand vergrößert, bevorzugt in Form we­ nigstens einer Stufe. Vorzugsweise sind die Abschnitte der Elektrode vor und nach einer solchen Stufe im wesentlichen eben mit senkrecht zur Strahlachse SA liegenden Ebenen.

Eine günstige solche Stufe kann durch eine aus der DE 198 57 800 A1 an sich bekannte topfförmige Aufwölbung einer zentralen Strahlblende SB1 gegeben sein. Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht eine von der Strahlblende ge­ trennte Stufe ST im radialen Verlauf der Gitter1-Elektrode zwischen einem in­ nenliegenden Ringabschnitt und einem außenliegenden Ringabschnitt GR12 vor. Eine solche Stufe ST liegt vorteilhafterweise in einem Radiusbereich von maximal ± 20% des größten Elektrodenradius D1/2 um die Anlagefläche der Kathodenträgeranordnung an der Gitter1-Elektrode und erhöht die mechani­ sche Stabilität der flachen Gitter1-Elektrode gegen eine vorzugsweise gegebe­ ne lichte Andrückkraft, mit welcher die Kathodenträgeranordnung achsial gegen die Gitter1-Elektrode gedrückt ist.

Die Zentrieranordnung ist vorzugsweise mechanisch unabhängig von der Git­ ter1-Elektrode eigenständig mit der gemeinsamen Tragstruktur, z. B. den Hal­ testäben HS verbunden ist und bei metallischer Ausführung galvanisch von der Gitter1-Elektrode getrennt ist. In der Fig. 2 ist eine solche Zentrieranordnung als kreiszylindrische Metallhülse vorgesehen, die vorteilhafterweise auf kon­ stantem Potential, insbesondere Massepotential der Kathodenstrahlröhre liegt. Die kreiszylindrische Form ist wegen der einfachen und präzis herstellbaren Geometrie bevorzugt, aber nicht zwingend. Die Zentrieranordnung kann bei­ spielsweise auch mehrere getrennte, polar um die Strahlachse verteilt ange­ ordnete Einzelführungen mit zur Strahlachse parallelen Führungsflächen auf­ weisen. Bei metallischer Ausführung der Führungsflächen ist durch eine solche Segmentierung die Fläche, welche die Kapazität der Kathodenhülse gegen eine solchen Zentrieranordnung bestimmt, gegenüber einer geschlossenen kreiszy­ lindrischen Form reduziert. Die Zentrieranordnung kann auch nichtmetallisch ausgeführt sein.

Die Gitter1-Elektrode und die Kathode sind vorzugsweise mit getrennt, insbe­ sondere im Gegentakt modulierten Steuerspannungen beaufschlagt. Zuführung zu den einzelnen Elektroden sind in den Figuren der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet.

Die Ausführung der Gitter1-Elektrode als flache vollmetallische Scheibe ermög­ licht eine kostengünstige und mit hoher Präzision reproduzierbare Herstellung einer mechanisch stabilen Elektrode, insbesondere als Blechteil, mit einer vorteilhaft geringen Kapazität in dem Strahlsystem der Kathodenstrahlröhre. Ein nicht ebener Verlauf an der Stufe ST kann z. B. durch Tiefziehen eines ebenen Blechs erzeugt werden.

Die vorstehend und die in den Ansprüchen angegebenen sowie die den Abbil­ dungen entnehmbaren Merkmale sind sowohl einzeln als auch in verschiedener Kombination vorteilhaft realisierbar. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebe­ nen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen fachmännischen Könnens in mancherlei Weise abwandelbar.

Claims (14)

1. Kathodenstrahlröhre mit einem Elektrodensystem, in welchem in Strahl­ richtung beabstandet wenigstens eine Kathode (KA), ein erstes Steuer­ gitter (G1) und ein zweites Steuergitter (G21) in einer isolierenden ge­ meinsamen Tragstruktur (HS) in definierten relativen Positionen gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Steuergitter (G1) als eine flache metallische Scheibe ausgeführt und selbsttragend getrennt von dem zweiten Steuergitter in der Tragstruktur gehalten ist.

2. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (H1) des ersten Steuergitters (G1) geringer ist als 20% insbesonde­ re geringer als 10% seines größten Durchmessers (D1).

3. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des ersten Steuergitters geringer ist als 2,5 mm, insbeson­ dere geringer als 1,5 mm.

4. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das erste Steuergitter (G1) in radialer Richtung einen Stu­ fenverlauf mit wenigstens einer Stufe (ST) und beidseitig der Stufe Flä­ chenabschnitte (GR11, GR12) aufweist, welche im wesentlichen eben sind.

5. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das erste Steuergitter (G1) aus einem Außenring (GR11, GR12, ST) mit einer Aussparung um die Kathode und einer die Ausspa­ rung überspannenden Strahlblende (SB1) zusammengesetzt ist, wobei die Materialstärke der Strahlblende geringer ist als die des Außenrings.

6. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlblende (SB1) topfförmig ausgebildet ist.

7. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenring in radialer Richtung eine Stufe (ST) aufweist.

8. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe (ST) mit zunehmendem Radius von dem zweiten Steuergitter (G21) weg gerichtet ist.

9. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine die Kathode tragende Kathodenträgeranordnung unter Federspannung gegen das erste Steuergitter abgestützt ist.

10. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenanordnung in einer Zentrieranordnung (ZH) in Strahlrichtung verschiebbar geführt ist.

11. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Steuergitter (G1) unabhängig von der Kathodenträgeran­ ordnung oder der Zentrieranordnung in der Tragstruktur gehalten ist.

12. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Tragstruktur mehrere am Außenumfang des zwei­ ten und ersten Steuergitters, der Kathodenträgeranordnung und ggf. wei­ terer Elektroden um die Strahlachse verteilt angeordnete, im wesentlichen parallel zur Strahlachse verlaufende Haltestreben umfaßt.

13. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Kathode und erstes Steuergitter mit getrennt gegen Masse modulierbaren Steuerspannungen beaufschlagbar sind.

14. Kathodenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Elektrodensystem von einer auf Massepotential liegenden Abschirmung umgeben sind.