DE19857800C2

DE19857800C2 - Elektronenstrahlröhre mit einer Gitter1-Blende

Info

Publication number: DE19857800C2
Application number: DE1998157800
Authority: DE
Inventors: Gerhard Hoersch
Original assignee: Thomson Tubes Electroniques GmbH
Current assignee: Thales Electron Devices GmbH
Priority date: 1998-12-15
Filing date: 1998-12-15
Publication date: 2000-11-30
Anticipated expiration: 2018-12-16
Also published as: DE19857800A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektronenstrahlröhre nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Elektronenstrahlröhre ist z. B. aus der DE 195 34 124 A1 bekannt.

Der Aufbau eines Strahlsystems einer Elektronenstrahlröhre 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 separate, in Elektronen strahlrichtung beabstandete Elektroden Gitter21 und Gitter22 auf unterschiedli chen Potentialen unterteilt ist.

Die Gitter1-Elektrode besteht bei der bekannten Anordnung aus einem Gitter1- Träger, der in einer senkrecht zur Elektronenstrahlrichtung liegenden Elektro denträgerfläche eine Aussparung aufweist, welche durch eine Gitter1-Blende mit einer zentralen Strahlöffnung überspannt ist. Die Materialstärke der Blende ist wesentlich geringer als die des Trägers.

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.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Steuerungsmög lichkeiten der Strahlintensität einer Elektronenstrahlröhre zu verbessern.

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

Die Erfindung ermöglicht auf einfache Weise ohne Beeinträchtigung der elek tronenoptischen Eigenschaften des Strahlsystems eine deutliche Verringerung der Kapazität der Gitter1-Elektrode, die wesentlich durch die Teilkapazität ge gen die Gitter2-Elektrode bestimmt ist, und damit eine höhere Modulationsfre quenz für die Gitter1-Elektrodenspannung. Unter Gitter2-Elektrode sei hier und im folgenden soweit nicht explizit anders ausgeführt allgemein die in Strahl richtung auf die Gitter1-Elektrode folgende Elektrode, insbesondere beispiels weise die Gitter21-Elektrode einer aufgeteilten Gitter2-Anordnug verstanden.

Insbesondere kann bei Gegentaktsteuerung über die Höhe der topfförmigen Aufwölbung gezielt eine Einstellung der relativen Kapazitäten von Kathode und Gitter1 dahingehend vorgenommen werden, daß die Grenzfrequenzen für die Modulation der beiden Elektrodenspannungen ungefähr gleich sind. Bei der typischen und aus schaltungstechnischen Gründen für die Ansteuerschaltun gen günstigen Wahl betragsweise gleicher Spannungsamplituden für die bei den im Gegentakt modulierten Spannungen werden hierzu die Kapazitäten der Gitter1-Elektrode und der Kathode ungefähr gleich eingestellt. Die Abweichung der Gitter1-Kapazität von der Kathodenkapazität soll dabei vorzugsweise weni ger als 50%, insbesondere weniger als 25% betragen.

Die Erfindung macht sich zunutze, daß der Hauptbeitrag zur gesamten Gitter1- Kapazität und auch der Teilkapazität von Gitter1 gegen Gitter2 durch die au ßenliegenden, für die elektronenoptischen Eigenschaften des Strahlsystems nicht relevanten Bereiche von Gitter1 herrühren. Durch die erfindungsgemäße Aufwölbung der Blende über den Rand der Aussparung im Träger von Gitter1 wird die der Gitter2-Elektrode zugewandte Fläche des Gitter1-Trägers weiter von der Gitter2-Elektrode weg verschoben und so der Kapazitätsbeitrag dieser Fläche stark verringert. Die Höhe der Aufwölbung über den Rand beträgt vor zugsweise mindestens 25%, insbesondere mindestens 50% des Abstands zwi schen der Gitter1-Blende und der Gitter2-Elektrode im Bereich der Strahlöff nungen.

Da mit zunehmender Höhe der Aufwölbung der topfförmigen Blende über den Rand der Aussparung im Träger der Gitter1-Elektrode unter Beibehaltung des elektronenoptisch wesentlichen Abstands der Kathode von der Gitter1-Blende in Elektronenstrahlrichtung die Kathode tiefer in die Trägeraussparung und die Topfform der Blende eintaucht, ist der Innendurchmesser der Topfform vor zugsweise mindestens gleich dem 1,5-fachen, insbesondere mindestens gleich dem 2-fachen des Durchmessers der Kathode in diesem Bereich. Der Durch messer der Aussparung im Träger der Gitter1-Elektode ist typischerweise grö ßer als der Durchmesser der Topfform der Blende.

Die Herstellung der topfförmigen Blende erfolgt vorteilhafterweise durch Tiefziehen eines Bleches geringer Materialstärke in Form eines Topfes mit kra genförmig abstehendem ebenem Kreisring als Topfrand und Befestigen der Blende auf dem Träger durch Verlöten, Verschweißen etc. des Topfrandes mit dem Träger. Die Materialstärke der Blende im ebenen Bereich betrage bei spielsweise 50 µm, wogegen die Materialstärke des Trägers der Gitter1- Elektrode im Bereich von 150 µm bis 250 µm liege.

Der Abstand zwischen Kathode und Gitter1-Blende in Strahlrichtung liegt bei spielsweise im Bereich von 100 µm, der Abstand zwischen Gitter1-Blende und Gitter2 im Bereich von 150 µm. Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Aus führungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch eingehend veranschaulicht. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Gesamtansicht eines Strahlsystems

Fig. 2 eine Ausschnittsvergrößerung aus Fig. 1

Fig. 3 eine weiter vergrößerte Darstellung des Triodenbereichs

Fig. 4 eine gebräuchliche Anordnung

Fig. 5 eine erste erfindungsgemäße Anordnung

Fig. 6 eine zweite erfindungsgemäße Anordnung

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen typischen Aufbau eines Strahlsy stems einer Elektronenstrahlröhre mit einer Anode AN, einer langgestreckten Fokuselektrode F und einer in dieser Darstellung im Detail nicht aufgelösten Troden-Elektrodengruppe TR. Die Elektroden sind in ihrer gegenseitigen Lage fixiert und beispielsweise an mehrere parallel zur Elektronenstrahlrichtung Z verlaufende Trägerstäbe aus Glas angeschmolzen. Die Fig. 2 zeigt einen in Fig. 1 durch einen Kreis eingerahmten Ausschnitt in vergrößerter Form. Mit G1T ist der topfförmig ausgebildete Gitter1-Träger bezeichnet. Die Gitter2- Anordnung ist aufgeteilt in eine kathodenseitige Gitter21-Elektrode G21 und eine fokusseitige Gitter22-Elektrode G22.

In Fig. 3 ist die in Fig. 2 mit unterbrochener Kreislinie eingerahmte Elektroden gruppe weiter vergrößert dargestellt. In Elektronenstrahlrichtung Z aufeinan derfolgend sind nachfolgend insbesondere die Elektroden Kathode K, Gitter1 mit Gitter1-Träger G1T und Gitter1-Blende B sowie Gitter21-Elektrode G21 als Teil der Gitter2-Anordnung näher betrachtet. Die Elektroden seien zumindest in dem hier betrachteten Bereich vollständig aus Metall.

Der Gitter1-Träger G1T weist in Richtung der Gitter21-Elektrode eine im we sentlichen ebene Trägerfläche auf, in welche eine Aussparung SP, vorzugs weise als kreisförmige zur Elektronenstrahlachse konzentrische Aussparung eingebracht ist. Die Aussparung SP ist überbrückt durch eine Gitter1-Blende B, die topfförmig ausgebildet und über die Fläche des Gitter1-Trägers G1T zur Gitter21-Elektrode hin aufgewölbt ist. Die Blende B ist in einem Randbereich R, der als ebener Kreisring den Topfrand der Topfform bildet, fest mit dem Gitter1- Träger G1T verbunden. Die Höhe der Aufwölbung der Blende B über die Trä gerfläche des Gitter1-Trägers sei mit D bezeichnet. Die aufgewölbte Fläche der Blende B liegt der Gitter21-Elektrode in einem Abstand H gegenüber. Die Grö ße des Abstands H ist von wesentlicher Bedeutung für die elektronenoptischen Eigenschaften des Strahlsystems. Dieser Abstand H wird durch die erfindungs gemäßen Maßnahmen nicht beeinflußt. Die wesentliche Wirkungsweise der Erfindung liegt in einer deutlichen Vergrößerung des Abstandes zwischen Git ter21-Elektrode und der dieser zugewandten Fläche des Gitter1-Trägers G1T, der sich durch die erfindungsgemäße Maßnahme auf die gesamte Distanz H + D erhöht.

Die gesamte bei der Ansteuerung des Gitter1 wirksame Kapazität setzt sich zusammen aus einer Teilkapazität C_G1,K gegenüber der Kathode K, einer Teil kapazität C_G1,G2 gegenüber der Gitter21-Elektrode sowie weiteren aus dem Aufbau und den Zuleitungen resultierenden Teilkapazitäten. Die Hauptbeiträge zur Gesamtkapazität von Gitter1 liefern die Teilkapazitäten gegen die Kathode und gegen die Gitter21-Elektrode. Der Abstand zwischen Gitter1-Elektrode und Kathode ist wesentlich bestimmt durch die Teilkapazität zwischen der Gitter1- Blende und der Kathode im Bereich des geringen Abstands dieser beiden Elektroden um die Elektronenstrahlachse Z. Die Kathode taucht in die Ausspa rung SP des Gitter1-Trägers G1T und, je nach Höhe D der topfförmigen Blende B auch in die Topfform ein. Durch Wahl des Durchmessers DS der Aussparung SP im Gitter1-Träger G1T zu dem mindestens 1,5-fachen, insbesondere dem mindestens 2-fachen des Durchmessers DK der Kathode in diesem Bereich ist der Kapazitätsbeitrag aufgrund der sich im größerem Abstand gegenüberste henden Wandflächen von Kathode K und Aussparung SP gering. Der Innen durchmesser der Topfform der Gitter1-Blende B ist vorzugsweise annähernd gleich groß wie der Innendurchmesser der Aussparung SP, so daß auch ein Kapazitätsbeitrag zwischen Kathode und den Seitenwänden der Topfform ver nachlässigbar ist. Der Abstand zwischen Kathode K und Gitter1-Blende B in Richtung des Elektronenstrahls Z ist für die elektronenoptischen Eigenschaften des Strahlsystems wesentlich und wird durch die erfindungsgemäßen Maß nahmen nicht beeinflußt. Eine Kapazitätszunahme durch tieferes Eintauchen der Kathode in die Aussparung SP und die Topfform der Blende bei zuneh mender Höhe D der Aufwölbung der Blende über die Fläche des Gitter1- Trägers G1T führt daher nicht zu einer beachtenswerten Kapazitätserhöhung.

Die Teilkapazität der Gitter1-Elektrode gegen die Gitter21-Elektrode kann bei der Anordnung nach Fig. 3 wieder in zwei Anteile unterschieden werden, näm lich einen ersten Anteil von dem aufgewölbten Blende B gegen die im Abstand H diesem gegenüberstehende Gitter21-Elektrode und einen zweiten Anteil von dem Gitter1-Träger G1T, der gemäß der Erfindung mit H + D einen wesentlich größeren Abstand gegen die Gitter21-Elektrode hat. Durch den größeren Ab stand gegenüber der Gitter21-Elektrode in Verbindung mit dem großen Flä chenanteil der kapazitätswirksamen Trägerfläche ergibt sich eine erhebliche Reduzierung der Teilkapazität der Gitter1-Elektrode gegen die Gitter21- Elektrode und damit auch eine deutliche Reduzierung der wirksamen Gesamt kapazität bei der Ansteuerung der Gitter1-Elektrode. Der Randbereich R mit dem kreisringförmigen Topfrand der Gitter1-Blende sei in der Betrachtung des Kapazitätsanteils der Fläche des Gitter1-Trägers gegen die Gitterelektrode21 miteingeschlossen. Die topfförmige Blende kann auch von unten durch die Aussparung geführt und mit der Unterseite des Gitter1-Trägers verbunden sein.

Die Fig. 4, 5 und 6 zeigen im Vergleich Anordnungen mit verschiedener Höhe D der Aufwölbung der topfförmigen Blende, wobei in Fig. 4 die bekannte Ausführungsform mit D = 0 und damit im wesentlichen ebener Fläche der Git ter1-Elektrode dargestellt ist. Auch bei dieser bekannten Anordnung ist im Git ter1-Träger eine Aussparung vorgesehen, welche durch eine Blende mit einer zentralen Strahlöffnung überspannt ist, wobei auch hier die Blende selbst Topfform haben kann, jedoch dann von unten in die Aussparung eingesetzt ist und mit dem aufgewölbten Flächenteil einen ebenen Abschluß mit der in Strahlrichtung weisenden Fläche des Gitter1-Trägers bildet.

In Fig. 5 ist eine Ausführungsform mit einer erfindungsgemäßen Aufwölbung der Blende über die Fläche des Trägers hinaus mit einem mittleren Aufwöl bungsmaß D skizziert, wogegen in dem Beispiel nach Fig. 6 eine hohe Aufwöl bung D dargestellt ist. Die Signifikante Änderung des Abstands des Gitter1- Trägers von der Gitter21-Elektrode ist augenfällig.

Claims

1. Elektronenstrahlröhre mit einer Gitteranordnung, die in Elektronenstrahl richtung aufeinanderfolgend eine Kathode, eine Gitter1-Elektrode und eine Gitter2-Elektrode enthält, wobei die Gitter1-Elektrode aus einem Gitter1- Träger mit einer Aussparung und einer die Aussparung überspannenden Gitter1-Blende, die mit ihrem äußeren Rand mit dem Gitter1-Träger verbun den ist und eine zentrale Strahlöffnung aufweist, besteht, dadurch gekenn zeichnet, daß die Gitter1-Blende in ihrem inneren Bereich in Richtung der Gitter2-Elektrode topfförmig über den Rand der Aussparung des Gitter1- Trägers hinaus aufgewölbt ist.

2. Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswölbung über den Rand der Aussparung mindestens 25%, insbesondere mindestens 50% des Abstands zwischen Blende und Gitter2 im Bereich der Strahlöffnungen beträgt.

3. Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufwölbung so dimensioniert ist, daß die Gitter1-Kapazität ungefähr gleich der Kathodenkapazität ist.

4. Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitter1-Kapazität um weniger als 50%, insbesondere um weniger als 25% von der Kathodenkapazität abweicht.

5. Elektronenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß der Innendurchmesser der Topfform der Gitter1-Blende min destens gleich dem 1,5-fachen, insbesondere mindestens gleich dem 2- fachen des Durchmessers der Kathode ist.

6. Elektronenstrahlröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß zur Strahlintensitätssteuerung die Elektrodenspannungen von Kathode und Gitter1 im Gegentakt moduliert sind.