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Fokussiersystem für Fernsehaufnahmeröhren Bei mit langsamen Elektronen
abgetasteten Bildaufnahmeröhren wird heute allgemein ein Ablenksystem verwendet,
bei dem sich Fokussierfeld und Ablenkfeld durchdringen. Hierdurch wird angestrebt,
daß der abgelenkte Elektronenstrahl möglichst an allen Stellen auf der Zielelektrode
senkrecht landet. Bei diesen Orthogonalabtastsystemen wird der Strahl mehrmals fokussiert,
z. B. beim Superorthikon fünfbis sechsmal. Man kann durch eine geeignete Bemessung
der Länge der Ablenkspulen und einen geeigneten Abstand derselben von der Signalplatte
in bezug auf die Knotenabstände ein hohes Maß an Auflösung erreichen, z. B. bei
einem 3"-Orthikon bei 5 MHz etwa 80 °lo der bei 0,5 MHz erreichten Modulationstiefe.
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Aus Versuchen konnte jedoch geschlossen werden, daß eine weitere Erhöhung
der Auflösung durch elektronenoptische Abbildungsmängel im Bereich des Strahlsystems
verhindert wird. Aufgabe der Erfindung ist es daher, durch eine Verbesserung der
Abbildung des vor der Kathode des Strahlsystems entstehenden Strahlenüberkreuzungspunktes
eine weitere Erhöhung der Auflösung zu erzielen.
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Der Elektronenstrahl tritt aus dem überkreuzungspunkt mit einer gewissen
Divergenz dl (etwa 3°) aus. Erstreckt sich das Fokussierfeld homogen über den gesamten
Strahlenweg, so vereinigen sich die Elektronen im ersten und jedem weiteren Fokussierpunkt
unter dem gleichen Divergenzwinkel b, = b1, und der Strahlquerschnitt im ersten
Überkreuzpunkt bildet sich in jedem weiteren Fokussierpunkt im Maßstab 1 : 1 ab.
Der Strahlengang ist in F i g. 1 durch ausgezogene Linien dargestellt. Zur Vereinfachung
der elektronenoptischen Betrachtungen wurde zunächst das verteilte Feld etwa in
der Mitte des ersten Knotenabstandes vor der Kathode zusammengefaßt.
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Es verhalten sich dann die Divergenzwinkel b1 zu,)"
wie die
Abstände der Knoten von der Hauptebene a zu b. Ferner gilt B : A --- b : a (B
und A sind die bildseitigen und dingseitigen Halbmesser des Elektronenstrahlknotens).
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Durch Verschieben der Fokussierebene in den Punkt C (gestrichelter
Strahlengang) erhält man eine Vergrößerung des Einfallswinkels b,', aber eine Verkleinerung
der Abbildungsgröße B, d. h., der erste Strahlüberkreuzungspunkt wird in den folgenden
Abbildungspunkten verkleinert abgebildet, so daß sich eine dünnere Abtastspur auf
der Signalplatte ergibt. Dies erbringt eine größere Auflösung in Zeilenrichtung
und, sofern sich die Zeilen nicht überlappen, auch in Bildrichtung. Die Vergrößerung
der Divergenz des Einfallswinkels r5., ist im allgemeinen unerwünscht. Es können
dadurch astigmatische Fehler, die durch ein inhomogenes Ablenkfeld und durch ein
inhomogenes Fokussierfeld in der Ebene senkrecht zur Röhrenachse entstehen, vergrößert
werden, und es müssen besondere, bereits bekannte Mittel angewandt werden, um die
astigmatischen Fehler klein zu halten. Aus Versuchen konnte geschlossen werden,
daß eine größere Punktschärfe auch eine größere Auflösung bringt. Die Verlagerung
der Fokussierebene in die zweite Hälfte des ersten Knotenabstandes von der Kathode
ist bei der langen Fokussierspule in geringem Maße erfüllt, da die Kraftlinien am
Ende der Spule auseinanderlaufen.
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Es sind bereits verschiedenartige Maßnahmen zur Beeinflussung der
Feldstärke einer Fokussierspule für Kathodenstrahlröhren bekannt. Man hat bei Fokussierspulen,
die sich über die ganze Länge des abzubildenden Kathodenstrahles erstrecken, zusätzliche
Wicklungen an den Enden der Spule angebracht, um Randunschärfen und geometrische
Verzerrungen der Abbildung zu vermeiden, die von der natürlichen Abnahme der magnetischen
Feldstärke an den Enden der gleichmäßig bewickelten Fokussierspule herrühren.
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Ferner hat man auch bei Spulensystemen zur magnetischen Konzentration
der von einer großflächigen Fotokathode ausgehenden Elektronen eine den ganzen Strahlengang
umhüllende Fokussierspule verwendet und diese auf ihrer gesamten äußeren Oberfläche
mit einer Zusatzwicklung aus ferromagnetischem Draht umgeben. Zusatzwicklungen zur
Verbesserung der Abbildungsgüte sind auch bei Braunschen Röhren für Oszillographen
und Fernsehzwecke angegeben worden, bei denen der Röhrenhals zwischen der Kathode
und dem kegelförmigen Teil des Kolbens von einer Fokussierspule umschlossen ist.
Durch diese Zusatzwicklung soll erreicht werden,
daß der Überkreuzungspunkt
(cross-over) innerhalb des Ablenkraumes der Strahlablenkmittel abgebildet wird.
Diese Zusatzwicklung befindet sich über der ersten Hälfte des Knotenabstandes zwischen
dem Überkreuzungspunkt und dem ersten Knoten. Schließlich ist auch bereits eine
Hilfsspule in dem Raum zwischen der Fokussierspule und der Röhrenhülle einer Superorthikonröhre
angegeben worden, welche aus wenigstens zwei Teilwicklungen besteht und dazu dient,
eine Zentrierung des Elektronenstrahles auf die Röhrenachse vorzunehmen und eine
schraubenförmige Bewegung der Elektronen zu unterdrücken.
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Keine der bekannten Anordnungen läßt demnach die dem Erfindungsgegenstand
zugrunde liegende Aufgabe erkennen, eine Verbesserung der Abbildung des Überkreuzungspunktes
am ersten Knotenpunkt im Sinne einer punktförmigen Konzentration vorzunehmen.
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Zur Lösung der eingangs gestellten Aufgabe wird bei einem Fokussiersystem
für Fernsehaufnahmeröhren mit lanssamein Abtaststrahl und mit einer langen Fokussierspule,
innerhalb derer der Abtaststrahl in mehreren Knoten gebündelt wird und bei dem sich
Fokussierfeld und Ablenkfeld durchdringen, erfindungsgemäß die Fokussierspule an
ihrem der Kathode des Abtaststrahles zugewandten Ende so ausgebildet ist, daß der
Gradient des durch dieses Ende erzeugten Feldes im Bereich des Abtaststrahles in
der ersten Hälfte des ersten Knotenabstandes, vom Überkreuzungspunkt aus gesehen,
flach steigend über einen steilen Anstieg im mittleren Bereich zu einer Abflachung
in der zweiten Hälfte des ersten Knotenabstandes übergeht.
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Eine beispielsweise Ausbildung der erfindungsgemäßen Fokussierspule
wird in F i g. 2 gezeigt. Hier ist 1 die Fokussierspule des bisher verwendeten
Typs. Die dick ausgezogene Kurve 2 stellt den dazugehörigen Feldverlauf dar. Mit
3 ist die nach der Erfindung verlängerte Fokussierspule und mit 4 die ferromagnetische
Umhüllung bezeichnet. Sie erstreckt sich auf der Außenseite unmittelbar bis mindestens
in die Nähe des ersten Knotenabstandes, auf der Innenseite von etwa der Hälfte bis
drei Viertel des ersten Knotenabstandes und bedeckt auch die Stirnseite der Spule.
Die punktiert ausgezogene Kurve 5 ergibt den verbesserten Feldverlauf. Das Feld
nahe der Kathode K wird fast Null. Das Feld vor dem ersten Knoten K1 wird verstärkt.
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Dadurch tritt eine Verlagerung der Fokussierebene nach dem ersten
Knoten hin ein, und es wird ein kleineres Abbildungsverhältnis im ersten Knoten
und somit eine erhöhte Auflösung der Bildaufnahmeröhre erreicht.
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Mittel, um astigmatische Fehler der Ablenkspulen zu vermeiden, sind
kosinusartige Strombelagverteilung oder gleichmäßige Strombelagverteilung über 60°
des kreisförmig begrenzten Ablenkraums.
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Mittel, um astigmatische Fehler der Fokussierspule, hervorgerufen
z. B. durch Eisengehalt des Kupferspulendrahtes, zu vermeiden, sind mehr oder weniger
lange Kompensationsbleche an der Innenseite der Fokussierspule oder Verwendung von
sehr eisenarmen Draht.