DD262525A5

DD262525A5 - Farbbild-wiedergabesystem

Info

Publication number: DD262525A5
Application number: DD87307374A
Authority: DD
Inventors: Stanley Bloom; Eric F Hockings
Original assignee: ��@��k��
Priority date: 1986-09-29
Filing date: 1987-09-29
Publication date: 1988-11-30
Also published as: ATE58260T1; MX170842B; SU1618290A3; US4731563A; KR960000531B1; CN1042373C; DD273718A5; FI874130A0; ZA877312B; CA1245344A; EP0265683B1; FI89221C; MX160063A; FI89221B; DE3766070D1; PT85665A; DK508887D0; AU7883187A; JPS6386337A; AU597425B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Farbbildwiedergabesystem mit Kathodenstrahlroehre, das drei Elektronenstrahlerzeuger aufweist. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Einrichtungen in den Strahlenerzeugern zum Kompensieren des Astigmatismus eines selbstkonvergierenden Ablenkjochs, das in Verbindung mit der Roehre im Wiedergabesystem verwendet wird. Die Kathodenstrahlroehre hat ein Strahlsystem, das drei Elektronenstrahlen erzeugen und entlang zugeordneter Wege auf einen Schirm der Roehre richten kann. Das Strahlsystem enthaelt Elektroden, die einen strahlformenden Bereich bilden und Elektroden, die eine Hauptfokussierungslinse bilden und ferner Elektroden, um in jedem der Elektronenstrahlwege eine mehrpolige Linse zwischen dem strahlformenden Bereich und der Hauptfokussierungslinse zu bilden. Die mehrpolige Linse weist zwei Elektroden auf, wovon die erste zwischen den Elektroden des strahlformenden Bereiches und den Elektroden der Hauptfokussierungslinse liegt. Die zweite Elektrode liegt zwischen der ersten Elektrode der Mehrpollinse und der Hauptfokussierungslinse. Es ist eine Einrichtung vorgesehen, um eine feste Fokussierungsspannung an die zweite Elektrode der Mehrpollinse zu legen und eine Einrichtung, um ein dynamisches Spannungssignal an die erste Elektrode zu legen. Fig. 1

Description

Hierzu 6 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft Farbbild-Wiedergabesysteme mit Kathodenstrahlröhren, die drei Elektronenstrahlerzeuger aufweisen, und bezieht sich insbesondere auf Einrichtungen in den Strahlerzeugern zum Kompensieren des Astigmatismus eines selbstkonvergierenden Ablenkjochs, das in Verbindung mit der Röhre im Wiedergabesystem verwendet wird.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Die heutigen Ablenkjoche sind so beschaffen, daß sie einen selbstkonvergierenden Einfluß auf die drei Elektronenstrahlen in einer Kathodenstrahlröhre nehmen, jedoch auf Kosten einer Verschlechterung in den Formen der einzelnen Elektronenstrahlflecke. Das Magnetfeld des Jochs ist astigmatisch, es bringt zum einen eine Unterfokusseirung der in vertikaler Ebene verteilten Bestandteile des Elektronenstrahls („vertikale Teilstrahlen"), was zu einer merklichen vertikalen Aufweitung der Flecke abgelenkter Strahlen führt, und zum anderen eine Unterfokussierung der „horizontalen Teilstrahlen", die zu einer leicht vergrößerten Fleckbreite führt. Zur Kompensation dieser Erscheinungen ist es bisher üblich gewesen, einen Astigmatismus in den strahlformenden Bereich des Strahlerzeugers einzuführen, um eine Defokussierung der vertikalen Teilstrahlen und eine verstärkte Fokussierung der horizontalen Teilstrahlen zu bewirken. Solche astigmatischen strahlformenden Bereiche wurden dadurch geschaffen, daß man die Strahldurchtrittsöffnungen der Steuergitter (G 1-Elektroden) oder der Schirmgitter (G 2-Elektroden) schlitzförmig ausbildete. Solche schlitzförmigen Öffnungen lassen Fehler entstehen, die nicht axialsymmetrisch sind und quadrupolare Komponenten haben, welche auf die Strahlbestandteile in der vertikalen Ebene anders wirken als auf die Strahlbestandteile in der horizontalen Ebene. Derartige schlitzförmige Öffnungen sind in der US-Patentschrift 4234814 offenbart. Solche Konstruktionen sind statisch; das Quadrupol-Feld erzeugt den kompensierenden Astigmatismus auch dann, wenn die Strahlen unabgelenktsind und vom Astigmatismus des Jochs nicht beeinflußt werden.

Zur Erzielung einer verbesserten dynamischen Korrektur lehrt die US-Patentschrift 4319163, eine gesonderte stromaufwärts liegende („hintere") Schirmgitterelektrode G2a vorzusehen, die horizontal geschlitzte Öffnungen aufweist und durch eine variable oder modulierte Spannung beaufschlagt wird. Die stromabwärts liegende („vordere") Schirmgitterelektrode G2b hat runde Öffnungen und wird durch eine feste Spannung beaufschlagt. Die variable Spannung an derG2a-Elektrode variiert die

-2- ZbZ SZU

Stärke des Quadrupol-Feldes derart, daß der erzeugte Astigmatismus jeweils proportional zu demjenigen Maß ist, um welches der Elektronenstrahl aus der Mittelachse abgelenkt ist.

Die Verwendung astigmatischer strahlformender Bereiche ist zwar effektiv, hat jedoch mehrere Nachteile. Erstens sind die strahlformenden Bereiche wegen der verwendeten kleinen Abmessungen hochempfindlich gegenüber Konstruktionstoleranzen. Zweitens muß die effektive Länge oder „Dicke" der G 2-Elektrode gegenüber dem optimalen Wert, den sie beim Fehlen geschlitzter Öffnungen hat, geändert werden. Drittens kann sich der Strahlenstrom ändern, wenn an eine Gitterelektrode des strahlformenden Bereichs eine variierende Spannung angelegt wird. Viertens ändert sich die Wirksamkeit des Quadrupol-Feldes mit der Position des Strahlbündelknotens und folglich mit dem Strahlstrom.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Bildqualität von Farbbild-Wiedergabesystemen zu erhöhen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Farbbild-Wiedergabesystem zu schaffen, in dessen Strahlerzeugnissystem eine Astigmatismus-Korrektur vorgesehen ist, die die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß im Strahlsystem Elektroden vorgesehen sind, um zwischen dem strahlformenden Bereich und der Hauptfokussierungslinse in jedem der Elektronenstrahlwege jeweils eine mehrpolige Linse zu bilden. Dabei ist diese mehrpolige Linse so orientiert, daß sie auf den jeweils zugeordneten Elektronenstrahl eine Korrekturwirkung ausübt, um zumindest teilweise den Einfluß des astigmatischen magnetischen Ablenkfeldes auf den betreffenden Strahl zu kompensieren.

In weiterer Ausbildung der Erfindung enthalten die jeweils eine mehrpolige Linse bildenden Elektroden eine erste Mehrpollinsen-Elektrode und eine zweite Mehrpollinsen-Elektrode, wobei die Zweite dieser Elektroden ein Teil einer der die Hauptfokussierungslinse bildenden Elektroden ist. Dabei liegt die erste Mehrpollinsen-Elektrode zwischen der zweiten Mehrpollinsen-Elektrode und dem strahlformenden Bereich, und zwar nahe an der zweiten Mehrpollinsen-Elektrode. Gemäß der Erfindung ist eine Einrichtung zum Anlegen einer festen Fokussierungsspannung an die zweite Mehrpollinsen-Elektrode und eine Einrichtung vorgesehen, um an die erste Mehrpollinsen-Elektrode ein dynamisches Vorspannsignal zu legen, daß in Beziehung zur Ablenkung der Elektronenstrahlen steht. Die Erfindung ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß jede mehrpolige Linse genügend nahe an der Hauptfokussierungslinse sitzt, um zu bewirken, daß sich die Stärke der Hauptfokussierungslinse als Funktion der Spannungsänderung des dynamischen Spannungssignals ändert.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß sich die Stärke der Hauptfokussierungslinse vermindert, wenn die Spannung des dynamischen Spannungssignals erhöht wird. Die mehrpolige Linse ist zweckmäßigerweise durch einander gegenüberliegende und fingerartig ineinandergreifende Teile der ersten und der zweiten Mehrpollinsen-Elektrode gebildet. Dabei ist die mehrpolige Linse vorzugsweise eine Quadrupoi-Linse.

Das erfindungsgemäße Farbbild-Wiedergabesystem enthält eine Kathodenstrahlröhre und ein Ablenkjoch. Das Joch ist von einem selbstkonvergierenden Typ, der ein astigmatisches magnetisches Ablenkfeld innerhalb der Röhre erzeugt. Die Kathodenstrahlröhre hat ein Strahlsystem, das drei Elektronenstrahlen erzeugen und entlang zugeordneter Wege auf einen Schirm der Röhre richten kann. Das Strahlsystem enhält Elektroden, die einen strahlformenden Bereich bilden, und Elektroden, die eine Hauptfokussierungslinse bilden, und ferner Elektroden, um in jedem der Elektronenstrahlwege eine mehrpolige Linse zwischen dem strahlformenden Bereich und der Hauptfokussierungslinse zu bilden. Jede mehrpolige Linse ist so orientiert, daß sie den jeweils zugeordneten Elektronenstrahl einer Korrektur kompensiert, den das astigmatische magnetische Ablenkfeld auf den betreffenden Strahl ausübt. Die mehrpolige Linse weist zwei Elektroden auf. Eine erste Elektrode der Mehrpollinse liegt zwischen den Elektroden desstrahiformenden Bereichsund den Elektroden derHauptfokussierungslinse. Eine zweite Elektrode der Mehrpollinse ist mit einer Elektrode der Hauptfokussierungslinse verbunden und liegt zwischen der ersten Elektrode der Mehrpollinse und der Hauptfokussierungslinse, nahe der ersten Elektrode der Mehrpollinse. Ferner ist eine Einrichtung vorgesehen, um eine feste Fokussierungsspannung an die zweite Elektrode der Mehrpollinse zu legen, und eine Einrichtung, um ein dynamisches Spannungssignal an die erste Elektrode der Mehrpollinse zu legen. Das dynamische Spannungssignal steht in Beziehung zur Ablenkung der Elektronenstrahlen. Jede Mehrpollinse ist genügend nahe an der Hauptfokussierungslinse angeordnet, um zu bewirken, daß sich die Stärke der Hauptfokussierungslinse als Funktion der Änderung des dynamischen Spannungssignals ändert.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel anhand von Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1: zeigt in einer Sicht von oben, teilweise axial aufgeschnitten, ein erfindungsgemäßes Farbbild-Wiedergabesystem; Fig. 2: zeigt von der Seite, ebenfalls teilweise axial aufgeschnitten, das in Fig. 1 gestrichelt angedeutete Strahlsystem; Fig.3: zeigt einen Axialschnitt durch das Strahlsystem gemäß der Linie 3-3 der Fig. 2; Fig. 4: ist eine Stirnansicht von Teilen des Strahlsystems gemäß der Linie 4-4 der Fig. 3; Fig. 5 ; ist eine Stirnansicht von Teilen des Strahlsystems gemäß der Linie 5-5 der Fig.3; Figuren 6 und 7: zeigen von vorn bzw. von der Seite eine Gruppe von Mehrpollinsen-Sektoren des Strahlsystems nach Fig. 2; Fig.8: zeigt den oberen rechten Quadranten der Vierpollinsen-Sektoren nach den Figuren 6 und 7 mit eingezeichneten elektrostatischen Potentiallinien;

Fig. 9: ist eine dreidimensionale, perspektivisch gezeichnete graphische Darstellung, die drei getrennte Fokussierungskurven in ihrer relativen Lage bezüglich eines querliegenden „Kreuzdiagramms" zeigen, das die Fokussierungsspannung über der Vorspannung darstellt;

Fig. 10: ist ein Kreuzdiagramm der Fokussiert!rlgsspannung über der Vorspannung und zeigt Punkte eines Astigmatismus vom Wert Null in der Mitte und an der Ecke eines Bildschirms;

Fig. 11: ist ein Kreuzdiagramm ähnlich wie Fig. 10 und zeigt Daten, die aus dem Betrieb eines tatsächlich gebauten Strahlsystems entnommen wurden.

Das in Fig. 1 dargestellte Farbbild-Wiedergabesystem 9 enthält eine rechteckige Farbbildröhre 10 mit einem Glaskolben 11, der aus einer rechteckigen Frontkappe 12 und einem rohrförmigen Hals 14 besteht, die über einen sich rechteckig erweiternden Trichter 15 miteinander verbunden sind. Der Trichter 15 hat innen eine leitende Beschichtung (nicht gezeigt), die von einem Anodenanschluß 16 bis zum Hals reicht. Die Frontkappe 12 besteht ihrerseits aus einer durchsichtigen Frontscheibe 18 und einem nach hinten vorspringenden Umfängsrand 20, der über eine Glasfritte 17 dichtend mit dem Trichter 15 verbunden ist. Die innere Oberfläche der Frontscheibe 18 trägt einen dreifarbigen Leuchtstoffschirm 22. Der Schirm 22 ist vorzugsweise ein Linienschirm, dessen Leuchtstofflinien in Dreiergruppen angeordnet sind, wobei jede dieser Dreiergruppen von jeder der drei Farben jeweils eine Leuchtstofflinie enthält. Alternativ kann es sich auch um einen Punkteschirm handeln. In einem vorbestimmten Abstand zum Schirm 22 ist durch herkömmliche Mittel eine mit vielen Öffnungen versehene Farbwahlelektrode, die sogenannte Schattenmaske 24, lösbar befestigt. Zentral innerhalb des Halses 14 sitzt ein gestrichelt angedeutetes verbessertes Strahlsystem 26, um drei Elektronenstrahlen 28 zu erzeugen und sie längst konvergierender Wege durch die Maske 24 hindurch auf den Schirm 22 zu richten.

Die Röhre nach Fig. 1 ist zur Verwendung mit einem äußeren magnetischen Ablenkjoch gedacht, wie es bei 30 in der Umgebung des Übergangs zwischen Trichter und Hals dargestellt ist. Bei Aktivierung unterwirft das Joch 30 die drei Strahlen 28 Magnetfeldern, welche die Strahlen veranlassen, in einem rechteckigen Raster horizontal und vertikal über den Schirm 22 zu tasten. Die Ursprungsebene der Ablenkung (Ort mit der Ablenkung Null) befindet sich etwa in der Mitte des Jochs 30. Wegen Randfeldern reicht die Ablenkzone der Röhre axial vom Joch 30 bis in den Bereich des Strahlsystems 26. Zur Vereinfachung sind die tatsächlichen Krümmungen, welche die abgelenkten Strahlwege in der Ablenkzone haben, in der Fig. 1 nicht gezeigt. In bevorzugter Ausführungsform bewirkt das Joch 30 eine Selbstkonvergenz der Mittelachsen (Schwerachsen) der drei Elektronenstrahlen an der Röhrenmaske. Ein solches Joch erzeugt ein astigmatisches Magnetfeld, welches die in der vertikalen Ebene liegenden Teilstrahlen der Elektronenstrahlen überfokussiert und die in der horizontalen Ebene liegenden Teilstrahlen unterfokussiert. Das hier zu beschreibende verbesserte Strahlsystem 26 bewirkt eine Kompensation dieses Astigmatismus. Die Fig. 1 zeigt außerdem einen Teil der Elektronik, die zur Anregung der Röhre 10 und des Jochs 30 verwendet wird. Diese Elektronik wird weiter unten nach der Beschreibung des Strahlsystems 26 erläutert..

Die Einzelheiten des Strahlsystems 26 sind in den Figuren 2 und 3 dargestellt. Das Strahlsystem 26 hat drei beabstandete Kathoden 34 in sogenannter Inline-Anordnung (d. h. in einer Linie nebeneinander ausgerichtet), für jeden Strahl jeweils eine, von denen nur eine in der Figur zu erkennen ist. Das Strahlsystem 26 enthält ferner eine Steuergitterelektrode (G 1-Elektrode) 36, eine Schirmgitterelektrode (G 2-Elektrode) 38, eine Beschleunigungselektrode (G 3-E!ektrode) 40, eine erste Quadrupol-Elektrode und einer ersten Elektrode einer Hauptfokussierungslinse in sich vereinigt, und eine zweite Hauptfokussierungslinsen-Elektrode (G 6-Elektrode) 46. Diese Elektroden sind in der genannten Reihenfolge im Abstand zueinander angeordnet. Jede der Elektroden G1-G6 enthält drei in einer Linie nebeneinander angeordnete (Inline-) Öffnungen, um einen Durchtritt der drei Elektronenstrahlen zu erlauben. Die elektrostatische Hauptfokussierungslinse im Strahlsystem 26 ist durch die einander zugewandten Teile der G 5-Elektrode 44 und der G 6-Elektrode 46 gebildet. Die G 3-Elektrode 40 besteht aus drei becherförmigen Elementen 48,50 und 52. Die offenen Enden zweier dieser Elemente 48 und 50 sind miteinander verbunden, und die mit den erwähnten Öffnungen versehenen geschlossenen Enden des dritten Elementes 52 ist an dem mit den Öffnungen versehenen geschlossenen Ende des zweiten Elementes 50 befestigt. Obwohl dieG3-Elektrode40 hier als dreistückige Struktur dargestellt ist, könnte sie aus jeder beliebigen Anzahl von Elementen hergestellt sein, um dieselbe oder irgendeine andere gewünschte Länge zu erreichen.

Die erste Quadrupol-Elektrode 42 besteht aus einer Platte 54 mit drei Inleine-Öffnungen 56 und daran befindlichen Ausstoßungen, die sich von den Öffnungen 56 weg und fluchtend mit diesen erstrecken. Jede Ausstoßung bildet zwei sektorförmige Teile 62. Wie in Fig. 4 gezeigt, liegen sich die beiden Sektorteile 62 einander gegenüber, und jeder Sektoranteil 62 umfaßt ungefähr 45° des Umfangs eines Zylinders.

Die G 5-Elektrode und die G 6-Elektrode 46 sind einander ähnlich im Aufbau dahingehend, daß ihre einander zugewandten Seiten jeweils einen umlaufenden Bord rand 86 bzw. 88 und jeweils einen mit Öffnungen versehenen Teil haben, der unter Bildung einer jeweils großen Vertiefung 78 bzw. 80 gegenüber dem betreffenden Bordrand zurückspringt. Die Bordränder 86 und 88 sind die einander am nächsten liegenden Teile der beiden Elektroden 44 und 46 und haben den dominierenden Einfluß auf die Bildung der Hauptfokussierungslinse.

Die G 5-Elektrode 44 enthält drei Inline-Öffnungen 82, deren jede Ausstoßungen hat, die sich in Richtung auf die G4-Elektrode 42 erstrecken. Die Ausstoßungen einer jeden Öffnung 82 bilden zwei sektorförmige Teile 72. Wie in Fig. 5 gezeigt, liegen die beiden Sektoranteile 72 einander gegenüber, und jeder Sektoranteil 72 umfaßt ungefähr 45° des Zylinderumfangs. Die Lage der Sektoranteile 62 der G4-Elektrode 42 versetzt, und die vier Sektorteile eines jeden Paars gegenüberliegender Öffnungen greifen fingerartig ineinander, ohne sich zu berühren. Obwohl die Sektorteile 62 und 72 mit rechtwinkligen Ecken dargestellt sind, können ihre Ecken auch gerundet sein.

Alle Elektroden des Strahlsystems 26 sind entweder direkt oder indirekt mit zwei isolierenden Haltestäben 90 verbunden. Die Stäbe 90 können sich bis zur G-1 -Elektrode 36 und zur G-2-Elektrode 38 erstrecken und diese Elektroden halten, oder die beiden genannten Elektroden können durch irgendwelche anderen isolierenden Mittel an derG3-Elektrode40 befestigt sein. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Haltestäbe aus Glas, das nach Erhitzung auf von den Elektroden wegstehende Klauen gedruckt wurde, um die Klauen in die Stäbe einzubetten.

Die Figuren 6 und 7 zeigen die Sektorteile 62 und 72 mit gleichen Abmessungen, gleichem Krümmungsradius a und einer Überlappungslänge t. An die Sektorteile 62 wird eine Spannung V₄ = V₀₄ + V_m4 gelegt, und die Sektorteile 72 werden mit einer Spannung V₅ = V₀₅ beaufschlagt. Der bei den vorstehend geschriebenen Termen im Index stehende Buchstabe „o" bedeutet Gleichspannung, während der Indexbuchstabe „m" anzeigen soll, daß es sich um eine modulierte Spannung handelt. Die beschriebene Struktur liefert eine quadrupolare Potentialverteilung für Ortskoordinaten χ und y gemäß der Formel

0 = (V₄ + V₅)/2 + (V₄ - V₅) (x² - y²)/2a² + ...,

und ein Querfeld

E_x = -(AV/a²)x =(-x/y)E_y, '

AV = V₄ - V₅.

Dieses Feld lenkt einen ankommenden (Teil-)Strahl (des Elektronenstrahlbündels) um einen Winkel

Θ = LE_X/2V_O ab, wobei L die effektive Länge des Wechselwirkungsbereichs ist, für welche gilt:

L = 0,4a + t

Das mittlere Potential ist

V₀ = (V₄ + V₅)/2

Somit ergibt sich für diese Quadrupol-Linse eine parachsiale Brennweite

f_x = s/Θ = [2a²/(0,4a + t)] (V₀MV) = -f_y.

Ein zusätzliches Maß an Kontrolle wird durch die Möglichkeit geboten, für die Quadrupole, welche die beiden äußeren Elektronenstrahlbündel umgeben, einen anderen Linsenradius a und/oder eine andere Länge t zu wählen als für den das mittlere Elektronenstrahlbündel umgebenden Quadrupol.

Die elektrostatischen Potentiallinien, die durch die einander gleichen Sektorteile 62 und 72 hergestellt werden, sind in der Fig. 8 für einen Quadranten dargestellt. Speziell ist der Fall gezeigt, daß an die Sektorteile 72 und 62 Nominalspannungen mit den Werten 1,0 bzw. -1,0 gelegt werden. Das elektrostatische Feld bildet eine Quadrupol-Linse, deren resultierender Gesamteinfluß auf ein Elektronenstrahlbündel darin besteht, das Bündel in dereinen Richtung zusammenzudrücken und in einer dazu senkrechten Richtung auseinanderzudehnen.

Das Strahlsystem 26 enthält eine dynamische Quadrupol-Linse, die anders angeordnet und anders konstruiert ist als die in bisherigen Strahlsystemen verwendeten Quadrupol-Linsen. Die neue Quadrupol-Linse enthält gekrümmte Platten, deren Oberflächen parallel zu den Elektronenstrahlwegen liegen und die elektrostatische Feldlinien bilden, welche senkrecht zu den Strahlwegen verlaufen. Die Quadrupol-Linse liegt zwischen dem strahlformenden Bereich und der Hauptfokussierungslinse, jedoch näher an der Hauptfokussierungslinse. Die Vorteile dieser Ortswahl sind folgende: Erstens ist die Empfindlichkeit gegenüber Konstruktionstoleranzen gering; zweitens braucht die effektive Länge der G-2-Elektrode nicht anders gemacht zu werden als ihr Optimalwert; drittens führt die dichte Nähe des Quadrupols an der Hauptfokussierungslinse dazu, daß die Strahlbündel in der Hauptlinse ziemlich genau kreisrund sind und ein Abfangen von Teilen des Bündels durch die Hauptfokussierungslinse weniger wahrscheinlich ist; viertens wird der Strahlstrom nicht durch die variable Quadrupol-Spannung moduliert; fünftens ist die effektive Stärke der Quadrupol-Linse um so größer, je dichter diese Linse an der Hauptlinse liegt; sechstens hat die Quadrupol-Linse, da sie von der Hauptfokussierungslinse getrennt ist, keinen nachteiligen Einfluß auf die Hauptlinse. Die Vorteile der neuen Konstruktion sind folgende: Erstens werden die Querfelder des Quadrupols direkt erzeugt und sind stärker als die Querfelder, die wie beider Röhrenach der o.g. US-Patentschrift 4319163 in indirekter Weise nur als Begleiterscheinung des differentiellen Eindringens der G-2b-Spannungen in den Schlitz der G-2a-Elektrode auftreten; zweitens gibt es keine sphärische Aberration durch Mehrpole höherer Polzahl, wie sie zusätzlich durch Gitterelektrodenlinsen mit geschlitzten Öffnungen entstehen können; drittens ist der Aufbau in sich geschlossen, was die Konstruktion unabhängig von benachbarten Elektroden macht.

Es sei nun wieder auf die Fig. 1 zurückgekommen, worin ein Teil der Elektronik 100 gezeigt ist, die das System als Fernsehempfänger oder als Computermonitor betreiben kann. Die Elektronik 100 kann auf Rundfunksignale ansprechen, die über eine Antenne 102 empfangen werden, und auf direkte Rot-, Grün- und Blau-Videosignale R, G und B, die über Eingangsanschlüsse 104 kommen. Das Rundfunksignal wird auf eine Tuner- und Zwischenfrequenzschaltung 106 gegeben, deren Ausgangssignal an einen Videodetektor 108 gelegt wird. Das Ausgangssignal des Videodetektors 108 ist ein zusammengesetztes Videosignal, das auf eine Synchronsignal-Abtrennstufe 110 und auf einen Farbart- und Leuchtdichtesignalprozessor 112 gegeben wird. Die Abtrennstufe 110 erzeugt Horizontal- und Verrtikalsynchronimpulse, die an eine Horizontal-bzw. eine Vertikal-Ablenkschaltung 114 bzw. 116 gelegt werden. Die Horizontalablenkschaltung 114 erzeugt einen Horizontalablenkstrom in einer Horizontalablenkwicklung des Jochs 30, während die Vertikalablenkschaltung 116 einen Vertikalablenkstrom in einer Vertikalablenkwicklung des Jochs 30 erzeugt.

Neben dem zusammengesetzten Videosignal aus dem Videodetektor 100 kann der Farbart- und Leuchtdichtesignalprozessor 112 über die Anschlüsse 114 alternativ auch individuelle Rot-, Grün-und Blau-Videosignale von einem Computer empfangen. Synchronimpulse können der Abtrennstufe 110 über eine gesonderte Leiter oder, wie in Fig. 1 gezeigt, über eine vom Grün-Videosignaleingang abgezweigte Leitung zugeführt werden. Der Ausgang des Farbart-und Leuchtdichtesignalprozessors 112 liefert die Rot-, Grün- und Blau-Farbsteuersignale, die über zugehörige Leitungen RD, GD und BD an das Strahlsystem 26 der Kathodenstrahlröhre 10 gelegt werden.

Die Betriebsleistung für das System kommt aus einer Versorgunqsspannungsquelle 118, die an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen ist. Die Versorgungsspannungsquelle 118 erzeugt einen stabilisierten Gleichspannungspegel +Vi, der z.B. zur Versorgung der Horizontalablenkschaltung 114 verwendet wird. Die Quelle 118 erzeugt außerdem eine Gleichspannung +V₂, die dazu verwendet werden kann, verschiedene Schaltungen der Elektronik wie z.B. die Vertikalablenkschaltung 116 zu speisen. Schließlich erzeugt die Versorgungsspannungsquelle eine Hochspannung V_u, die an den Endanodenanschluß 16 gelegt wird. Geeignete Schaltungen und Bauteile für den Tuner 106, den Videodetektor 108, die Synchronsignal-Abtrennstufe 110, den Prozessor 112, die Horizontalablenkschaltung 114, die Vertikalablenkschaltung 116 und die Versorgungsspannungsquelle 118 sind allgemein bekannt und brauchen daher hier nicht im einzelnen beschrieben zu werden.

Zusätzlich zu den o.e. Teilen enthält die Elektronik 100 noch einen Generator 120 für eine dynamische Wellenform. Dieser Wellenformgenerator 120 erzeugt die sich dynamisch ändernde Spannung V_m4 zum Anlegen an die Sektorteile 62 des Strahlystems26.

Der Generator 120 empfängt die Horizontal- und Vertikalablenksignale von der Horizontalablenkschaltung 114 und der Vertikalablenkschaltung 116. Für den Wellenformgenerator 120 kann eine Schaltungsanordnung verwendet werden, wie sie z. B. aus der US-Patentschrift 4214188, der US-Patentschrift 4258298 oder der US-Patentschrift 4316128 bekannt ist. Das erforderliche dynamische Spannungssignal hat seinen Maximalwert, wenn der Elektronenstrahl zur Ecke des Schirms abgelenkt ist, und den Wert Null, wenn der Strahl auf die Mitte des Schirms trifft. Während der Strahl entlang jeder Rasterzeile tastet, wird das dynamische Spannungssignal von hohem Wert auf niedrigen Wert und dann wieder auf hohen Wert geändert, wobei dieser Verlauf parabeiförmig sein kann. Dieses sich mit der Zeilenfrequenz parabolisch ändernde Signal kann durch ein weiteres parabelförmiges Signal moduliert sein, das mit Bildfrequenz auftritt. Wie das speziell verwendete Signal im einzelnen aussieht, hängt von der Konstruktion des verwendeten Jochs ab

Im folgenden seien die Prinzipien der Arbeitsweise beschrieben.

Wenn man an einer gegebenen Position des Schirms die Höhe (Y) und die Breite (X) des Elektronenstrahlflecks als Funktion der Fokussierungsspannung V₅ bei konstant gehaltener Vorspannung AV (AV = V₄ - V₅) zwischen V₅ und der Quadrupolspannung V₄ mißt, dann haben die sich ergebenden „Fokussierungskurven" Y = f(V₅) und X = f(V₅) jeweils ein Minimum, wie es in Fig.9 gezeigt ist. Die Differenz zwischen den V₅-Werten für das X-Minimum und das Y-Minimum ist die sogenannte Astigmatismusspannung für den betreffenden Vorspannungswert. Alternativ kann der Astigmatismus auch aus einem sogenannten „Kreuzdiagramm" ermittelt werden, wie es in Fig. 9 gezeigt ist. Solche Diagramme erhält man, indem man die Fokussierungsspannung V₅ auf irgendeinen Wert einstellt und die Vorspannung AV durch Änderung der Quadrupolspannung V₄ ändert. Man notiert dann die beiden Werten von V₄, bei denen die Fleckhöhe und die Fleckbreite ihr jeweiliges Minimum haben. Dieser Vorgang wird für einen Bereich von V₅-Werten wiederholt.

Wenn man Kreuzdiagramme für Flecke sowohl in der Schirmmitte als auch in der Schirmecke ermittelt, dann sieht das Ergebnis im allgemeinen so aus, wie es in Fig. 10 dargestellt ist, wobei die Näherung gemacht wurde, daß beide X-Linien (gestrichelt) gleiches Steigungsmaß und beide Y-Linien (durchgezogen) ebenfalsl gleiches Steigungsmaß haben. Einen Astigmatismus von Null, wenn auch nicht unbedingt einen runden Fleck, erhält man an den Punkten P und P', wo sich die jeweiligen X- und Y-Linien schneiden. Im Falle einer Vorspannung von Null gilt allgemein, daß sich die Höhe des in der Schirmmitte liegenden Flecks bei geringerer G-5-Spannung fokussiert als die Fleckbreite; die Differenz zwischen den V₅-Werten ist der Astigmatismus A des Strahlsystems, der sich bei unmodifiziertem Strahlsystem ergibt. Die Höhe des in der Schirmecke liegenden Flecks fokussiert sich im Falle einer Vorspannung von Null bei einem viel höheren V₅-Wert, weil die Fokussierung der Hauptlinse geschwächt werden muß, um die fokussierende Wirkung des kissenförmigen Horizontalablenkfeldes des selbstkonvergierenden Jochs auf die vertikalen Strahlbestandteile zu kompensieren. Die Kompensation der durch das kissenförmige Feld verursachten kleinen horizontalen Defokussierung geschieht durch eine kleine Verminderung der G-5-Spannung, gewöhnlich von 50 bis 100 Volt. Nachfolgend wird diese kleine Verminderung ignoriert, und die beiden gestrichtelten X-Linien für den auf die Schirmmitte und den auf die Schirmecke treffenden Strahl werden so betrachtet, als fielen sie zusammen. Die Differenz A' zwischen der Fokussierungsspannung für die Horizontalausdehnung und die Fokussierungsspannung für die Vertikalausdehnung des in der Schirmecke liegenden Flecks ist der Joch-Astigmatismus und wird aus dem Kreuzdiagramm bei AV_ctr abgelesen, wo die Vorspannung den Strahlsystem-Astigmatismus kompensiert.

Wenn man die Vorspannung definiert als AV = V₄ - V₅ und wenn man die Änderungen der G-4-und G-5-Spannungen zwischen jeweils ihrem Schirmecke-Wert und ihrem Schirmmitte-Wert definiert als 5(V₄) = V_4cnr - V_4ctrbzw. 5(V₅) = V_5cnr - V_5ctr, dann läßt sich das Steigungsmaß Sx der X-Linie, wie sie in Fig. 10 dargestellt ist, in nachstehender Weise ausdrücken:

^S <V

woraus folgt:

fa (V^; ^⁺X

Bezeichnet man das Steigungsmaß der Y-Linie mit S_Y, dann läßt sich aus der Fig. 10 auch der folgende Ausdruck für den Joch-Astigmatismus ableiten:

A' = (S_x - Sy) [5(V₄) - 5(V₅)]

Mit Hilfe der Gleichung (1) erhält man dann:

S (V₄) = (w—1-§ ) A¹

X ~ X (2)

r ,S_y

^ί (V₅)= ( ^A'·

Der fingerartig ineinandergreifende Quadrupol kann so ausgelegt werden, daß er mit einem positiven Steigungsmaß für die X-Linien (und daher mit einem negativen Steigungsmaß für die Y-Linien) arbeitet. Für positives Sx sind die sich in Nord-Süd-Richtung (d. h. in Vertikalrichtung) gegenüberliegenden „Finger" des Quadrupole an der G-4-Elektrode, während die in Ost-West-Richtung (d. h. in Horizontalraichtung) einander gegenüberliegenden Finger an der G-5^Elektrode sind. Folglich macht eine Erhöhung der Vorspannung AV = V₄ - V₆ die Nord-Süd-Finger positiver als die Ost-West-Finger, so daß die Strahlen in der horizontalen Ebene überfokussiert werden. Zur Wiederherstellung der horizontalen Fokussierung ist es dann notwendig, die Hauptlinse schwächer zu machen, also die G-5-Spannung zu erhöhen.

Neben der Möglichkeit, die Vorzeichen der Steigungsmaße Sx und Sy durch die Orientierung der Quadrupol-Finger einzustellen, kann man die Beträge der Steigungen durch die Wahl von Konstruktionsabmessungen kontrollieren. Vernachläßigt man im Augenblick jede elektrostatische Kopplung zwischen der G-4-Elektrode und der Hauptlinse, dann sind die Beträge von Sx und S_Y in einem Kreuzdiagramm gleich und durch folgende Gleichung gegeben:

_ * (f-g) C₅^₀; [2^(0,36+ |)] ,

wobei t/a > 0,30. Fürt/a < 0,30 wird der letzte Faktor in der Gleichung (3) ersetzt durch

und zwar wegen Änderungen im Randfeld. Hier ist σ = V₆/V₅das Verhältnis der Endanodenspannung zur Fokussierungsspannung, f ist die Brennweite der Hauptlinse, g ist der Abstand zwischen den Mitten der Vierpol-Linse und der Hauptlinse, t ist das Überlappungsmaß der Quadrupol-Finger, und a ist der Radius der Apertur der Quadrupol-Linse. In der Praxis gibt es jedoch immer eine gewisse elektrostatische Kopplung zwischen den beiden Linsen. Daher führt z.B. eine Erhöhung der Spannung des Nord-Süd-Fingerpaars an G₄ zu einer Erhöhung der effektiven G-5-Spannung an der Hauptlinse. Dies schwächt die Fokussierung der Hauptlinse und verstärkt damit die vertikale Defokussierung des Quadrupols, während der horizontalen Fokussierung des Quadrupols entgegengewirkt wird. Das Resultat ist ein Kreuzdiagramm, in welchem die Y-Linien um ein gewisses Maß steiler sind als beim Fehlen der genannten Kopplung und in welchem die Y-Linien um das gleiche Maß weniger steil sind. Dies läßt sich mit Hilfe eines empirischen Kopplungsfaktors α ausdrücken:

V₅ (effektiv) = V₅- ot (V₄ - V₅)

wobei 0 < α < 1. Für die Steigerung in der Gleichung (2) ist dann zu schreiben: S_x = S_x(O) - oC

S₁ = S₁(O) - <*- ⁽⁵⁾,

S₁(O) = -S_x(O),

wobei S_x(O) die Steigung der X-Linie beim Fehlen der Kopplung ist, wie es die Gleichung (3) beschreibt. Die Gleichungen (2), (3) und (5) werden bei der nachfolgend beschriebenen Konstruktion eines Strahlsystems für den Betrieb mit einer Einfach-Wellenform benutzt.

Eine statische Fokussierungsspannung 5(V₅) = 0 wird gemäß der Gleichung (2) erhalten, wenn S_x = S_x(O) - α = 0. Der begleitende Ausschlag in der Qudrupol-Spannung ist 5(V₄) = A72a und ist um so kleiner, je größer der Kopplungsfaktor ist. Einen großen Kopplungsfaktor erhält man bei kleinem Linsenabstand; die Steigung der X-Linie ist positiv, wenn die Nord-Süd-Finger an der G-4-Elektrode liegen. Der Steigungsbetrag S_x(O) wird durch Wahl von Abmessungen so eingestellt, daß er gleich α ist.

Ein fingerartig ineinandergreifender Quadrupol wurde in eine 26V 110°-Röhre eingesetzt, deren Strahlsystem gemäß der Fig.2 ausgebildet ist. Der Abstand g zwischen den Mittelebenen der Quadrupol-Linse und der Hauptlinse betrug 4,09 mm (0,161"). Die Längen der Sektorteile 62 und 72 an den G-4- und G-5-Elektroden waren so bemessen, daß sich eine Überlappungslänge t von 0,178mm (0,007") ergab.

Die gemessenen Kreuzdiagramme für die Schirmmitte und die Schirmecke sind in der Fig. 11 dargestellt. Die Tabelle innerhalb dieser Figur zeigt, daß die G-5-Spannung bei den Arbeitspunkten für Null-Astigmatismus in der Mitte und in der Ecke praktisch die gleiche ist, bis auf weniger als 1,5% ihres Wertes. Der begleitende Ausschlag oder Hub der G-4-Spannung ist 5(V₄) = 1180V.

Der Kopplungsfaktor und die Steigung der X-Linie für eine Kopplung von Null kann geschätzt werden aus den gemessenen Steigungen der X-und Y-Linien für die Schirmmitte, wie sie in Fig. 11 gezeigt sind. Setzt man S_x = 0,18 und S_Y = - 0,97 in die Gleichung (5) ein, dann erhält man α = 0,40 und S_x(O) = 0,58. Der Wert von α kann auch folgendermaßen abgeleitet werden: Der gemessene Ausschlag der G-4-Spannung, 5(V₄) = 1880 V, sollte gleich A72a sein. Wenn also der gemessene Wert von A' = 8230 - 6580 = 1 650 (bei der Vorspannung 5V = -600, die den Astigmatismus der Hauptlinse beseitigt) aus der Fig. 11 abgelesen wird, dann ist α = 1 620/2 · 1180 = 0,44. Dies stimmt recht gut mit der obigen Schätzung überein. Das aus der Fig. 11 abgeleitete Steigungsmaß S_x(O) der X-Linie für eine Kopplung von Null ist gleich 0,58. Der Wert von S_x(O) läßt sich auch folgendermaßen ableiten: Man setzt die Werte f = 19,05 mm (0,750"), g = 4,09 mm (0,161"), σ= 25000/6600 = 3,79, a = 2,03mm (0,080") und t = 0,178mm (0,007") in die Gleichung (3) ein und erhält dann einen errechneten Wert von S_x(O) = 0,52.

Claims

1. Farbbild-Wiedergabesystem mit folgenden Teilen: einer Kathodenstrahlröhre mit einem Strahlsystem, das drei Elektronenstrahlen erzeugen urrd sie längs zugeordneter Wege auf einen Schirm der Röhre richten kann und das Elektroden, die einen strahlformenden Bereich aufweisen, und Elektroden zur Bildung einer Hauptfokussierungslinse enthält; einem selbstkonvergierenden Joch, das ein astigmatisches magnetisches Ablenkfeld erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlsystem (26) Elektroden (42,44) vorhanden sind, um zwischen dem strahlformenden Bereich und der Hauptfokussierungslinse in jedem der Elektronenstrahlwege jeweils eine mehrpolige Linse zu bilden, die so orientiert ist, daß sie auf den jeweils zugeordneten Elektronenstrahl (28) eine Korrekturwirkung ausübt, um zumindest teilweise den Einfluß des astigmatischen magnetischen Ablenkfeldes auf den betreffenden Strahl zu kompensieren; daß die jeweils eine mehrpolige Linse bildenden Elektroden (42,44) eine erste Mehrpollinsen-Elektrode (42) und eine zweite Mehrpollinsen-Elektrode (44) enthalten-, wobei die zweite dieser Elektroden ein Teil einer der die Hauptfokussierungslinse bildenden Elektroden (44,46) ist und wobei die erste Mehrpollinsen-Elektrode zwischen der zweiten Mehrpollinsen-Elektrode und dem strahlformenden Bereich liegt, und zwar nahe an der zweiten Mehrpollinsen-Elektrode; daß eine Einrichtung zum Anlegen einer festen Fokussierungsspannung (V_Os) an die zweite Mehrpolinsen-Elektrode vorgesehen ist; daß eine Einrichtung (20) vorgesehen ist, um an die erste Mehrpollinsen-Elektrode ein dynamisches Vorspannungssignal (V_m4) zu legen, das in Beziehung zur Ablenkung der Elektronenstrahlen steht; daß jede mehrpolige Linse genügend nahe an der.Hauptfokussierungslinse sitzt, um zu bewirken, daß sich die Stärke der Hauptfokussierungslinse als Funktion der Spannungsänderung des dynamischen Spannungssignals ändert.

2. Farbbild-Wiedergabesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Stärke der Hauptfokussierungslinse vermindert, wenn die Spannung des dynamischen Spannungssignals (V_m4) erhöht wird.

3. Farbbild-Wiedergabesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mehrpolige Linse durch einander gegenüberliegende und fingerartig ineinandergreifende Teile (62, 72) der ersten und der zweiten Mehrpollinsen-Elektrode (42 und 44) gebildet ist.

4. Farbbild-Wiedergabesystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mehrpolige Linse eine Quadrupol-Linse ist.