DE2608463A1 - Strahlsystem fuer eine kathodenstrahlroehre - Google Patents
Strahlsystem fuer eine kathodenstrahlroehreInfo
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Description
26Ü8463
7907-76/Kö/S
RCA 68741
USSH 554,610
Piled: March 3, 1975
RGA Corporation, New York, IT.Y., V.St.A.
Strahlsystem für eine Kathodenstrahlröhre
Die Erfindung betrifft ein Strahlsystem für eine einen evakuierten Kolben mit Frontplatte, auf deren Innenseite angebrachtem
i'arbleuchtstoff schirm und im Abstand von diesem angeordneter Vielloch-Farbwählelektrode aufweisende Kathodenstrahlröhre,
mit mehreren Kathoden und mehreren sswischen diesen und der Farbwählelektrode angeordneten durchbrochenen
Gittern zum Erzeugen, Beschleunigen und Fokussieren mehrerer Elektronenstrahlen in die Farbwählelektrode durchsetzenden
Strahlengängen zum Farbleuchtstoffsehirm. Das Strahlsystem ist hauptsächlich für Farbbildröhren gedacht, die einen
Idnienraster-Farbleuchtstoffschirm, mit oder ohne lichtabsorbierenöe
Schutzbänder zwischen den Farbleuchtstoffstreifen, sowie eine Maske mit Langlöchern oder Schlitzen aufweisen.
Es kann aber auch für Punktraster-Farbbildröhren mit Leuchtschirm aus im wesentlichen kreisförmigen Farbleuchtstoffpunkten
und Maske mit im wesentlichen kreisförmigen Löchern verwendet werden. Die Erfindung ist außerdem auch auf andere Arten von
Kathodenstrahlröhren, wie Penetration-Röhren oder Fokus-Grill-Röhren, anwendbar.
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Bei einem sogenannten In-Line-Strahlsystem werden mindestens
zwei, vorzugsweise drei, Elektronenstrahlen in einer gemeinsamen Ebene erzeugt oder ausgelöst und über konvergierende
Strahlengänge in dieser Ebene auf einen Konvergenzpunkt oder einen kleinflächigen Konvergenzbereich nahe dem Röhrenschirm
gerichtet.
Seit geraumer Zeit besteht ein allgemeiner Trend nach Farbbildröhren mit größeren Ablenkwinkeln, damit man kürzere
Röhren erhält. Während des Übergangs, z.B. von Röhren mit 90° Ablenkung zu Röhren mit 110° Ablenkung, hat es sich herausgestellt,
daß Elektronenstrahlenfaiit zunehmender Ablenkung
gegen die Außenrandbereiche des Leuchtschirmes fortschreitend mehr verzerrt werden. Diese Verzerrungen können mindestens
zum Teil auf Änderungen in den von den Ablenkgochen auf den Röhren erzeugen Ablenkfeldern zurückgeführt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Verzerrungen mindestens teilweise zu kompensieren.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einem Strahlsystem der eingangs genannten Art mindestens
eines der Gitter in den Pokussierbereichen des Strahlsystems in Richtung zum Farbleuchtstoffschirm vorstehende parallele
Platten aufweist, die auf gegenüberliegenden Seiten mindestens einer Öffnung dieses Gitters angeordnet sind, derart, daß das
von diesem Gitter gebildete elektrostatische üfokussierfeld
so verzerrt wird, daß der betreffende Elektronenstrahl einen nichtkreisförmigen Querschnitt erhält.
Die Erfindung ist an sich auf mehrere verschiedene Arten von Röhren anwendbar, wird jedoch nachstehend an Hand einer
Röhre mit In-Idne-Strahlsystem erläutert, wie es z.B. in der
USA-Patentschrift 3 772 554 (vom 13. 11. 1973) beschrieben ist. Außerdem wird bezüglich des Aufbaus und der Arbeitsweise
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des Ablenkjoches auf die USA-Patentschrift 3 721 930 (vom
20.3.1973) hingewiesen.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine teilweise im Axialschnitt wiedergegebene Draufsicht einer Schattenmasken-Farbbildröhre mit erfindungsgemäßem
Strahlsystem;
Pig. 2 und 3 schematische Darstellungen mit Veranschaulichung von Strahlfleckformen bei bzw. ohne Verwendung eines
erfindungsgemäßen Strahlsystems ;
Fig. 4 und 5 vergrößerte Axialschnittdarstellungen des in Fig.1
gestrichelt dargestellten Strahlsystems in zueinander senkrechten Axialschnittebenen;
Fig. 6 eine perspektivische Darstellung einer Elektrode des Strahlsystems nach Fig. 4 und 5 mit horizontal orientierten
Platten;
Fig. 7 eine perspektivische Darstellung einer anderen Elektrodenausführung mit vertikal orientierten Platten;
Fig. 8 eine schematische Darstellung der elektrischen Fokussier- und Konvergierfelder für ein Paar von Strahlöffnungen
ohne Verwendung von Platten;
Fig. 9 eine schematische Seitendarstellung der elektrischen Fokussier- und Konvergierfelder für ein Paar von Strahlöffnungen bei Verwendung von horizontalen Platten;
Fig. 10 eine schematische Draufsicht mit Darstellung der elektrischen Fokussier- und Konvergierfelder für ein Paar von
Strahlöffnungen bei Verwendung von vertikalen Platten.
Fig. 1 zeigt in Draufsicht eine Rechteck-Farbbildröhre mit einem Glaskolben 1, der ein rechteckiges Frontplattenteil
3 und ein damit durch einen rechteckigen Trichter oder Konus verbundenes rohrförmiges Halsteil 5 aufweist. Das Frontplattenteil
3 besteht aus einer Bildschirm-Frontplatte 9 und einem
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Randflansch- oder Seitenwandteil, das mit dem Konus 7 verschweißt ist. Auf der Innenseite der Prontplatte 10 ist ein
Dreifarben-Leuchtschirm 13 angebracht. Wie in Pig. 2 und 3 gezeigt, ist der Leuchtschirm 13 vorzugsweise ein Linienrasterschirm,
bestehend aus einer Anordnung von parallelen Leuchtstofflinien oder -streifen, die im wesentlichen parallel
zur vertikalen kleinen Achse Y-Y der Röhre verlaufen. In vorbestimmter AbstandsbeZiehung zum Leuchtschirm 13 ist eine Vielloch-Parbwählelektrode
oder Schattenmaske 15 mit herkömmlichen Mitteln lösbar befestigt. Im Röhrenhals 5 ist ein erfindungsgemäßes
In-Line-Strahls3Btem 19 angeordnet, das drei Elektronenstrahlen
2OB, 2OR und 20G- erzeugt und über koplanare konvergierende Strahlengänge durch die Schattenmaske 15 auf den
Leuchtschirm 13 richtet.
Auf der Außenseite der Röhre nach Pig. 1, in der Gegend
der Verbindungsstelle zwischen Hals 5 und Konus 7, ist ein elektromagnetisches Ablenkjoch 21 angebracht. Bei Zuführung
entsprechender Spannungen zum Ablenkjoch 21 werden die drei . Elektronenstrahlen 2OB, 2OR und 20& durch Magnetfelder in
Vertikal- und Horizontalrichtung rechteck-rasterförmig über den Leuchtschirm 13 abgelenkt.
Die Ausgangsablenkebene (bei Ablenkung Null) ist in Pig.1
durch die Linie P-P ungefähr in der Mitte des Ablenkjoches angedeutet. Wegen des Vorhandenseins von Streufeldern erstreckt
sich die Ablenkzone der Röhre axial vom Ablenkjoch 21 in den Bereich des Strahlsystems 19 hinein. Der Einfachheit halber
ist die tatsächliche Krümmung der abgelenkten Strahlengänge 20 in der Ablenkzone in Pig. 1 nicht gezeigt.
Pig. 2 und 3 zeigen den Leuchtschirm 13 mit Strahlfleckformen, wie sie beim Auftreffen eines Elektronenstrahls 2OR
auf den Leuchtschirm bei bzw. ohne Verwendung des erfindungsgemäßen Strahlsystems entstehen. Wie in Pig. 2 gezeigt, ist
bei Nichtanwendung der Erfindung die Porm des Elektronenstrahls in der Mitte des Schirmes im wesentlichen rund, dagegen an
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den Seitenrändern des Schirmes horizontal elliptisch oder langgestreckt.
Horizontale Elliptizität ist definiert als eine Ellipse mit horizontaler Hauptachse.
Eine solche LängsStreckung des Strahlquerschnittes ist
wegen ihres nachteiligen Einflusses auf die Bildauflösung unerwünscht. Die Längsstreckung ergibt sich dadurch, daß der
Elektronenstrahl in der Horizontalrichtung unterfokussiert ist. Bei Anwendung der Erfindung wird dagegen die Strahlform in
denSeitenrandbereichen des Leuchtschirmes wesentlich runder oder mindestens weniger langgestreckt in der Horizontalrichtung.
Die Kompensation, durch die der Strahl an den Rändern runder wird, kann dazu führen, daß der Strahl in der Schirmmitte
vertikal elliptisch wird, d.h. die Form einer Ellipse mit vertikaler Hauptachse annimmt. Jedoch bringt diese vertikale
Elliptizität keine Auflösungsprobleme mit sich, da die vertikale Auflösung durch die Anzahl der Ablenkzeilen begrenzt
ist.
Das Problem der horizontalen Elliptizität tritt bei manchen AblenkJochen auf, die für die Weitwinkelablenkung
(z.B. 90°, 110°) verwendet werden. Wegen der Röhrengeometrie muß ein solches Ablenkjoch, das für Strahlen mit rundem
Querschnitt in horizontaler Ausrichtung verwendet werden und Selbstkonvergenz längs der Horizontalachse der Röhre bewirken
soll, ein Ablenkfeld erzeugen, welches die Strahlen mit zunehmendem Horizontaiblenkwinkel divergiert. Diese horizontale
Divergenz wird mit einem Ablenkjoch erzielt, das ein astigmatisch.es PeId ausbilden kann, welches einerseits die
Strahlen in der Horizontalebene mit zunehmender Horizontalablenkung divergiert und zugleich eine vertikale Konvergenz
der Elektronen in jedem einzelnen Strahl bewirkt. Allein genommen, hat diese vertikale Konvergenz der Elektronen in
jedem Strahl keinen Einfluß auf den horizontalen Strahlabstand j jedoch bewirkt das astigmatische Feld bei der vertikalen
Konvergierung oder Fokussierung zugleich eine horizon-
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tale Divergierung oder Defokussierung jedes einzelnen Strahles, Das typische Resultat bei einer 25 V-110°-In-Line-aöhre mit
astigmatischem EeId ist ein runder Elektronenstrahlfleek von
4,6 mm. Durchmesser in der Schirmmitte, während in den Eckenbereichen
die Strahlflecke in der Horizontalrichtung ausgeweitet oder verlängert sind, und zwar auf eine horizontale
länge von 7,9 mm bei einer vertikalen Höhe von 2,7 mm, so daß
die Strahlfleck-Eckenelliptizität 2,9/1,0 beträgt.
Die Horizontalabmessung des Elektronenstrahlflecks kann
zwar durch Erhöhen der iOkussierspannung verringert werden; jedoch wirkt sich eine derartige Spannungseinstellung nachteilig
auf den Strahl in der Yertikalrichtung aus, indem sie zu einer vertikalen Überfokussierung führt, wodurch sich die
vertikale Bildauflösung verschlechtert. Durch Einstellung der IOkussierspannung allein erhält man nicht eine annehmbare
Strahlfleckform. Eine Änderung der Fokussierspannuig muß daher
Hand in Hand gehen mit irgendwelchen anderen Mitteln oder Maßnahiien zur Veränderung der Form des Elektronenstrahlflecks.
Eine hierzu geeignete Methode besteht darin, daß man dem Strahlsystem einen ausreichenden Astigmatismus verleiht, so
daß eine Fokussierspannung erhalten werden kann, die eine optimale Fokussierung des Elektronenstrahls sowohl in der
Vertikal- als auch in der Horizontalrichtung ergibt. Eine solche optimale iOkussierspannung kann einen Kompromiß
zwischen den für die perfekte Fokussierung in jeder der beiden orthogonalen Richtungen erforderlichen Idealspannungen darstellen.
Bei Einstellung der Fokussierspannung auf optimale Fokussierung am Schirmrand wird der unabgelenkte Strahlfleck
in der Schirmmitte vertikal langgestreckt. Effektiv wird durch die Erfindung also erreicht, daß im Strahlsystem ein
ausreichender Astigmatismus hervorgerufen wird, xmi die durch
das Ablenkjoch an den Schirmrändern verursachte Strahlfleckverzerrung dadurch zu verringern, daß eine entgegengesetzte
Eompensationsverzerrung im Strahlsystem in Form einer Vorformung des Strahles vor dessen Eintritt in das Ablenk j ocii
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fällt, erzeugt wird. Diese Vorformung bringt einen gewissen Kompromiß hinsichtlich der Strahlfleckform in der Schirmmitte
mit sich.
Pig. 4, 5 und 6 zeigen im einzelnen das erfindungsgemäße Strahlsystem 19. Es enthält zwei gläserne Stützstäbe 23, auf
denen die verschiedenen Gitterelektroden montiert sind. Diese Elektroden enthalten drei gleich beabstandete koplanare
Kathoden 25 (je eine für jeden Strahl), eine Steuergitterelektrode 27, eine Schirmgitterelektrode 29, eine erste Beschleunigungs-
und Pokussierelektrode 31, eine zweite Beschleunigungs-
und Pokussierelektrode 33 und einen Abschirmbecher 35. Alle diese Bauteile sind in der angegebenen Reihenfolge
im Abstand voneinander längs der Glasstäbe 23 angeordnet.
Jede der Kathoden 25 besteht aus einer Kathodenhülse 37, die am vorderen Ende durch eine Kappe 39 mit einem stirnseitigen
Belag 41 aus elektronenemittierendem Material verschlossen ist. Die Hülse ist jeweils in einem Kathodentragröhrchen
43 gehaltert. Die Tragröhrchen 43 sind durch vier Bänder oder Bügel 45 und 47 an den Stäben 23 befestigt. Die
Kathoden 25 werden durch je eine Heizspule 49 indirekt geheizt, die in der Hülse 37 angeordnet ist und Schenkel 51
aufweist, die an Heizbänder 53 und 55 angeschweißt sind, welche durch Stifte 57 an den Stäben 23 befestigt sind.
Die Steuer- und Schirmgitterelektroden 27 und 29 sind zwei im dichten Abstand voneinander (ungefähr 0,23 mm) angeordnete
flache Platten mit je drei Öffnungen 59G, 59R und 59B bzw. 6OG, 6OR und 60B, die auf die Kathodenbeläge 41 zentriert
und mit ihren Öffnungen aufeinander längs eines mittleren Strahlenganges 2OR und zwei äußerer Strahlengänge 2OG
und 2OB in Richtung zum Leuchtschirm 13 ausgerichtet sind. Die äußeren Strahlengänge 2OG und 2OB haben gleichen Abstand
vom mittleren Strahlengang 2OR. Vorzugsweise verlaufen die Anfangsteile der Strahlengänge 2OG, 2OR und 2OB im wesentlichen
parallel mit einem gegenseitigen Abstand von ungefähr
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5 mm, wobei der mittlere Strahlengang 2OR mit der Mittelachse A-A zusammenfällt.
Die erste Beschleunigungs- und Fokussierelektrode 31
besteht aus zwei becherförmigen Teilen 61 und 63, die an ihren offenen Enden miteinander verbunden sind. Das erste
Becherteil 61 hat drei Öffnungen 65G-, 65R und 65B mittlerer Größe (ungefähr 1,5 mm) dicht bei der Gitterelektrode 29 und
in jeweiliger Ausrichtung mit den drei Strahlengängen 20G, 2OR bzw. 2OB, wie in Pig. 5 gezeigt. Das zweite Becherteil
hat drei große (ungefähr 4 mm) Öffnungen 67G, 67R und 67B, ebenfalls in Ausrichtung mit den drei Strahlengängen.
Die zweite Beschleunigungs- und Fokussierelektrode 33
ist ebenfalls becherförmig und besteht aus einem Bodenplattenteil 69 in dichtem Abstand (ungefähr 1,5 mm) von der ersten
Beschleunigungselektrode 31 und einer Seitenwand oder einem Plansch 71, der nach vorn in Richtung zum Leuchtschirm der
Röhre vorsteht. Der Bodenplattenteil 69 hat drei Öffnungen 73G, 73R und 73B, die vorzugsweise etwas größer (ungefähr
4,4 mm) sind als die benachbarten Öffnungen 67G, 67R und 67B der Elektrode 31. Die mittlere Öffnung 73R ist auf die benachbarte
Mittelöffnung 67R (und den mittleren Strahlengang 20R) ausgerichtet, so daß sich bei Beaufschlagung der
Elektroden 31 und 33 mit verschiedenen Spannungen ein im wesentlichen symmetrisches elektrisches Strahlfokussierfeld
zwischen den Öffnungen 67R und 73R ergibt. Die beiden äußeren Öffnungen 73G und 73B sind gegenüber den entsprechenden
äußeren Öffnungen 67G und 67B etwas nach außen versetzt, so daß sich bei Spannungsbeaufschlagung der Elektroden 31 und
ein asymmetrisches elektrisches Feld zwischen jedem Paar von äußeren Öffnungen ergibt, wodurch jeder der äußeren Strahlen
2OG und 2OB nahe dem Leuchtschirm einzeln fokussiert und außerdem in Richtung zum mittleren Strahl 2OR auf einen gemeinsamen
Konvergenzpunkt mit dem mittleren Strahl nahe dem Leuchtschirm abgelenkt wird. Beim vorliegenden Ausführungs-
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beispiel kann die Versetzung der Strahlöffnungen 73G und 73B
ungefähr 0,15 mm betragen.
Um die vorerwähnte Strahlausflachung mit zunehmendem
Horizontalabwinkel zu korrigieren, wird jeder Strahl im Strahlsystem so vorverzerrt, daß er in der Schirmmitte
vertikal defokussiert ist, so daß sich eine vertikale Längsstreckung des unabgelenkten Strahlflecks ergibt. Diese Vorverzerrung
oder Vorformung der Strahlen wird dadurch erzielt, daß beiderseits jedes Strahls parallele horizontale Platten
angeordnet sind, die von einer der Pokussierelektroden in Richtung zum Leuchtschirm vorstehen. Bei der Ausführungsform
nach Pig. 4, 5 und 6 sind zwei horizontal orientierte parallele Platten 75 an der Innenwand der becherförmigen
zweiten Beschleunigungs- und Pokussierelektrode 33 befestigt. Die Platten 75 sind gleicherstreckend mit den Elektrodenöffnungen
73G-, 73R und 73B und durch diese voneinander getrennt.
Der Zweck dieser Anordnung der Platten 75 besteht darin, eine Defokussierung um vertikale Achsen durch die
einzelnen Öffnungen 73G, 73E und 73B zu bewirken.
Statt es um eine vertikale Achse zu defokussieren, kann man das Pokussierfeld auch um eine horizontale Achse überfokussieren
oder verstärken. Zu diesem Zweck kann man auf gegenüberliegenden Seiten jeder Öffnung im Becherteil 63 der
ersten Beschleunigungs- und Pokussierelektrode 31 vertikal orientierte Platten 77 anbringen, wie in Pig. 7 gezeigt.
Der Erfindungsgedanke wird noch besser verständlich an Hand der schematischen Darstellungen nach Pig. 8, 9 und
Pig. 8 zeigt einen vertikalen Querschnitt einer Elektronenlinse gemäß dem Stand der Technik, die durch die beiden
Elektroden 33 und 66 ohne die Platten 75 gebildet ist. Es sind die Linien gleichen Potentials für die Elektronenlinse
sowie deren Einwirkung auf zwei Elektronenstrahlengänge 79 und 81 gezeigt. Der Strahlengang 79 liegt in der Mittellinie
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der Elektronenlinse, während der Strahlengang 81 exzentrisch
ist. Die Elektronenlinse hat keinen Einfluß auf den zentrischen Strahlengang 79, bewirkt jedoch, daß die Elektronen in exzentrischen
Strahlengängen gegen die Mitte der linse konvergieren. Wenn man zur Elektrode 33 die Platten 75 hinzufügt,
so werden die Linien gleichen Potentials in Richtung der Platten 75 gestreckt, wie in Fig. 9 gezeigt, wodurch das
elektrostatische leid der Elektronenlinse in der durch die Elektroden verlaufenden Vertikalebene defokussiert oder verzerrt
wird. Diese Verzerrung der Elektronenlinse hat keinen Einfluß auf den zentrischen Strahlengang 79, verringert jedoch
die Konvergenz der exzentrischen Strahlengänge 81 in Richtung zur Linsenmitte. Da die Platten 75 einen Elektronenstrahl
nur längs der Vertikalachse beeinflussen, ergibt die Verzerrung der Elektronenlinse längs dieser Achse eine
planare Defokussierung mit der Folge, daß ein Elektronenstrahl in Vertikalrichtung gedehnt oder gestreckt wird.
Im alternativen Falle der Anordnung vertikaler Platten 77 zwischen den Öffnungen 67&, 67R und 67B in der Elektrode
31 geschieht statt vertikaler Defokussierung eine erhöhte horizontale Fokussierung. Wie in Fig. 10 gezeigt, bewirkt
die Anbringung der Platten 77 eine Konzentration der Linien gleichen Potentials, wodurch die Konvergenz eines exzentrischen
Elektronenstrahlenganges 83 erhöht wird. Diese erhöhte horizontale Fokussierung führt zu einer horizontalen Konzentration
eines Elektronenstrahls, so daß der resultierende Strahl wiederum in Vertikalrichtung gedehnt oder gestreckt ist.
Statt auf ein In-Line-Strahlsystem, wie vorstehend beschrieben,
ist die Erfindung ebenso auch auf Delta-Strahlsysteme, Penetration-Röhren-Strahlsysteme und Fokus-G-rill-Röhren-Strahlsysteme
bei gleichartiger Elektronenstrahlformung anwendbar.
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Claims (6)
- 26U84B3Patentansprüche/ Strahlsystem für eine einen evakuierten Kolben mit Prontplatte, auf deren Innenseite angebrachtem Parbleuchtstoffschirm und im Abstand von diesem angeordneter Vielloch-Parbwählelektrode aufweisende Kathodenstrahlröhre, mit mehreren Kathoden und mehreren zwischen diesen und der Farbwählelektrode angeordneten durchbrochenen Gittern zum Erzeugen, Beschleunigen und !Fokussieren mehrerer Elektronenstrahlen in die Parbwählelektrode durchsetzenden Strahlengängen zum Farbleuehtstoffschirm, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Gitter (33, 31) in den lOkussierbereichen des Strahlsystems (19) in Richtung zum larbleuchtstoffschirm (13) vorstehende parallele Platten (75, 77) aufweist, die auf gegenüberliegenden Seiten mindestens einer Öffnung (73, 67) dieses Gitters angeordnet sind, derart, daß das von diesem Gitter gebildete elektrostatische iOkussierfeld so verzerrt wird, daß der betreffende Elektronenstrahl einen nichtkreisförmigen Querschnitt erhält.
- 2. Strahlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um ein In-Idne-Strahlsystem handelt, welches die Elektronenstrahlen über koplanare Strahlengänge aussendet und bei welchem das eine Gitter eine der Anzahl der Elektronenstrahlen gleiche Anzahl von Öffnungen aufweist, und daß die Platten auf gegenüberliegenden Seiten jeder der Öffnungen dieses Gitters angeordnet sind.
- 3. Strahlsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Gitter (31) das dem 3?arbleuchtstoffschirm zweitnächste Gitter ist.
- 4. Strahlsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (77) zwischen603837/09072 6 O 8 4 B- 12 •und außerhalb der Öffnungen angeordnete flache Platten sind.
- 5. Strahlsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Gitter (33) das dem Farbleuchtstoffschirm nächste Gitter ist.
- 6. Strahlsystem nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (75) oberhalb und unterhalb der Öffnungen angeordnete flache Platten sind.809837/0907Leerseite
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Free format text: VON BEZOLD, D., DR.RER.NAT. SCHUETZ, P., DIPL.-ING. HEUSLER, W., DIPL.-ING., PAT.-ANWAELTE, 8000 MUENCHEN |