CN1021264C - 一字形电子枪 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种一字形电子枪，在其中，水平方向为会聚而垂直方向为发散的第一象散透镜场是在第一聚焦栅极和第二聚焦栅极之间形成，而水平方向为发散、垂直为向为会聚的第二象散透镜场是在第一聚焦栅极之前产生。水平和垂直方向的透镜倍率能做到基本相同，从而在整个荧光屏面范围内能获得令人满意的分辨率，同时也能防止莫尔条纹的发生。

Description

本发明涉及一种用于彩色阴极射线管装置中、能在整个荧光屏面区域内获得高分辨率的一字形电子枪。

阴极射线管装置的分辨率特性很大程度取决于电子束点的尺寸和形状。换言之，要获得令人满意的分辨率特性是不可能的，除非由电子束撞击到荧光屏上所产生的束点的直径小、形状接近圆形时才能获得。

然而，由于当电子束的偏转角度大时，电子束从电子枪到荧光屏的途径变长。假如在电子束途径中保持一个能在荧光屏中心获得小直径和圆形束点的最佳聚焦电压，那么，在荧光屏周边区域中的电子束点将处于过聚焦状态，因此，在周边区域中不可能获得小直径束点，从而在该区域中不可能得到任何令人满意的分辨率。

为了这个原因，已采用了动态聚焦系统，在该系统中聚焦电压随着电子束偏转角的增加而增加，为的是减小主透镜的作用。然而，如下所讨论的，这样一个系统是不适合用在激励一字形电子枪中。在一种具有水平排列成行的三个电子束发射单元的一字形电子枪中，水平偏转场畸变为枕形分布，而垂直偏转场畸变为桶形分布，以便保证实现自会聚作用。因此，通过该形状电场的三个电子束在水平方向受发散透镜作用，而在垂直方向则受会聚透镜的作用，因此，束点的截面为横向伸长了的扁平形。

上述发散透镜作用可使电子束偏转角变大时导致每个电子束的 途径变大的现象消除，它引起束点的过聚焦，从而束点就在其水平方向的分布来说，在整个偏转周期中能保持在最佳聚焦状态，然而，在垂直方向使用上述会聚透镜作用导致过聚焦作用的增加，从而束点包含一个伸长的低亮度雾状部分，它引起分辨率降低。如果试图用上述动态聚焦系统来校正过聚焦作用，束点将在水平向方欠聚焦，而不可能获得适当的校正作用。

有关这一问题的改进措施能够通过例如在USP4814670中所描述的一字形电子枪来获得，如图13所示，在其中，阴极1a、1b、1c，控制栅极2，加速栅极3，第一聚焦栅极4，第二聚焦栅极5以及阳极6，按照所述顺序安置。然而，如图14a和14b所示，该第一聚焦栅极4在其靠近第二聚焦栅极的一端具有垂直伸长的电子束通孔4a、4b、4c，而该第二聚焦栅极5在其靠近第一聚焦栅极的一端具有水平伸长的电子束通孔5a、5b、5c。第二聚焦栅极5和阳极6相应地具有由电子束通孔5d、5e、5f和6a、6b、6c形成的主透镜。第一聚焦栅极4加有恒定聚焦电压V_foc，阳极6加恒定高压，第二聚焦栅极5上加有动态电压，该动态电压从聚焦电压V_foc起相应于电子束偏转角向上变化而逐渐增加。由于第二聚焦栅极5加有动态电压，当第二聚焦栅极5的电位大于第一聚焦栅极4的聚焦电压V_foc时，在两个栅极4和5之间，通过垂直伸长的电子束通孔4a、4b、4c和水平伸长的电子束通孔5a、5b、5c两者中间形成了四极透镜场，同时降低了第二聚焦栅极5和阳极6之间的电位差。结果主透镜的透镜作用被减弱。从而，朝荧光屏周边部分偏转的电子束撞击而形成的束点在垂直方向不再含有任何低亮度雾状部分，在这同时，在水平方向它们保持在最佳聚焦状态，标号7为产生动态电压的电路。

然而，传统的结构具有一个缺陷，即电子束扫描线与荫罩孔之间的相互影响有可能导致产生莫尔条纹（具有亮暗部分交替的条纹图形）。莫尔条纹是一种图像噪声，假如发生时，不仅对图象质量产生有害影响，而且人眼也会感到不舒适。

莫尔条纹还可能导致每个束点的垂直直径变小。因此，在设计电子枪时，必须注意确保束点的垂直直径不过分小。然而，在上述的这种传统电子枪中，当一个足可调到使束点在其相应的荧光屏位置上处于最佳聚焦状态的动态电压加到第二聚焦栅极时，在荧光屏周边部分的束点9没有低亮度雾状部分;但是如图15所示，它们反而呈现出一个由高亮度核心部分形成的横向伸长的图形，垂直直径的尺寸减小。当每个束点的直径为最小时的低束电流产生时，该束点的垂直直径尺寸变得过分的小，因此，莫尔条纹非常容易产生。

尽管电子束在水平和垂直方向都处于最佳聚焦状态，束点呈现横向伸长的图形的现象可归结于上述传统电子透镜系统的性质。这将参考图16来说明，图16说明一个电子束在水平方向受到偏转并通过施加一个动态电压而保持在最佳聚焦状态下的变化过程。图16a表示沿电子束偏转方向的水平截面视图，图16b表示沿电子束偏转方向时垂直截面视图。标号10表示电子束的相交部分，它相当于透镜系统的物点;11表示电子束包线，12表示主透镜，13表示在第一聚焦栅极和第二聚焦栅极之间形成象散透镜场起水平会聚透镜作用的凸透镜，14表示上述象散透镜场起垂直发散透镜作用的凹透镜，15表示自会聚偏转线圈水平偏转场起水平发散透镜作用的凹透镜，16表示上述水平偏转场起垂直会聚透镜作用的凸透镜，17表示偏转 束的撞击点。

在这种情况下，传统电子透镜可以用重新安置光学系统来体现，在该光学系统中，水平方向从相当物点10的相交部分起依次安置一个凸透镜、另一个凸透镜和一个凹透镜，而在垂直方向则依次安置一个凹透镜、一个凸透镜和另一个凸透镜。当试图实现在水平和垂直方向同时获得最佳聚焦状态时，可以料到，因为在水平方向最后放置凹透镜，所以，在水平方向的入射角α′_H变得较小。

在这样一个透镜系统中，α′表示从相交部分10、以相对于中心轴为α角度发射的电子束在通过透镜系统之后进入到荧光屏8上入射点17的入射角，水平方向和垂直方向的入射角是有差别的，垂直方向的入射角α′_V大于水平方向的入射角α′_H，通常，电子透镜系统的倍率M可以用公式表示：M＝（α/α′） $\sqrt{\mathrm{V/V}{}^{\prime }}$ ，式中V和V′分别代表相交点的电位和荧光屏上的电位。因此，水平方向透镜系统的倍率M_H能用公式M_H＝（α/α′_H） 表示，而垂直方向的倍率Mv能用公式Mv＝（α/α′_V） 表示。

现在，α′_V＞α′_H，从而M_V＜M_H，因此，在上述传统电子枪中，垂直倍率小于水平倍率，相应的每个束点的垂直直径变的较小，结果莫尔条纹极易发生。

本发明的一字形电子枪克服了上面讨论过的以及现有技术中的许多其它缺点和缺陷，它包含有一个加有恒定加速电压的平板形加速栅极;一个加有恒定聚焦电压的盒形第一聚焦栅极;一个加有动态电压的第二聚焦栅极，所说的动态电压随电子束偏转角的增大从聚焦电压起逐渐升高，而所说的三个栅极是在控制栅极和阳极之间依次安置的;一个第一象散透镜场形成装置，它在所说的第一和第二聚 焦栅极的至少一个相对端形成，以便在所说两个聚焦栅极之间形成第一透镜场，所说第一透镜场在水平方向为会聚的，而在垂直方向为发散的，在所说的一字形电子枪中包含一个与所说第一聚焦栅极连接的平板形第一辅助栅极;一个与所说的第二聚焦栅极连接的平板形第二辅助栅极，所说的两个辅助栅极是在所说加速栅极与所说第一聚焦栅极之间依次排列，在所说第一和第二辅助栅极的至少一个相对端形成一个第二象散透镜场形成装置，以便在所说两个辅助栅极之间形成第二透镜场，所说第二透镜场在水平方向为发散的，而在垂直方向为会聚的。

在一个优选的实施例中，第三象散透镜场形成装置在所说第二辅助栅极和所说第一聚焦栅极的至少一个相对端形成。

在另一个优选实施例中，所说第一辅助栅极相邻于所说第二辅助栅极的一端的每个电子束通过具有一个水平延伸长轴的非圆形孔;所说第二辅助栅极相邻于所说第一辅助栅极的一端的每个电子束通孔具有一个垂直方向延伸长轴的非圆形孔，并且在它相邻于所说第一聚焦栅极的一端也有一个圆孔，所说第一聚焦栅极在其相邻于所说第二辅助栅极的一端具有圆形电子束通孔。

在一个优选实施例中，所说第一辅助栅极在其相邻于所说第二辅助栅极的一端的每个电子束通孔具有一个水平延伸长轴的非圆形孔，所说第二辅助栅极在其相邻于所说第一辅助栅极的一端的每个电子束通孔具有一个垂直延伸长轴的非圆形孔，并且在其相邻于所说第一聚焦栅极一端也有一个圆孔，所说第一聚焦栅极在其相邻于所说第二辅助栅极的一端具有圆形电子束通孔。

因此，本文描述的发明能实现的目的为：（1）提供一个在整个荧 光屏面范围内获得高分辨率的一字形电子枪;（2）提供一个防止发生莫尔条纹干扰的一字形电子枪;（3）提供一个第一和第二辅助栅极能在管内分别与第一和第二聚焦栅极连接的一字形电子枪;这样在管内不需要额外提供栅极端引线。

本领域的技术人员参考如下附图可以更好理解本发明，并且对本发明的一些目的和优点会更加明确：

图1表示本发明的彩色阴极射线管装置电子枪的剖视图。

图2a至2c是电子枪栅极的侧视图。

图3a和3b为分别表示一个光学系统代替水平和垂直透镜场作用到图1枪中电子束的示意图。

图4是在本装置荧光屏上形成的束点形状平面示意图。

图5是本发明另一种电子枪主要部分的剖视图。

图6a至6c是电子枪单个栅极的侧视图。

图7是本发明又一个电子枪的剖视图。

图8a至8c是图7电子枪单个栅极的侧视图。

图9是本发明又一个电子枪主要部分的剖视图。

图10a和10b是图9电子枪单个栅极的侧视图。

图11是本发明的另一个电子枪剖视图。

图12a至12c是图11电子枪单个栅极的侧视图。

图13是在传统彩色阴极射线管装置中传统电子枪的剖视图。

图14a和14b是图13电子枪单个栅极的侧视图。

图15是表示图13装置荧光屏上形成的束点形状平面示意图。

图16a和16b分别为图11枪中一个光学系统代替水平和垂直透镜影响电子束的示意图。

本发明提供一个一字形电子枪，在该电子枪中在第一和第二聚焦栅极之间产生一个象散透镜场，该象散透镜场在水平方向是会聚的，在垂直方向为发散的。然而，处于第一聚焦栅极之前的两个辅助栅极之间产生一个倒向象散透镜场，该倒向象散透镜场在水平方向为发散的，在垂直方向为会聚的。因此，透镜的倍率在水平方向和垂直方向可以做到几乎一样，所以，在整个荧光屏面范围内能够产生基本为圆形的束点，结果在整个荧光屏面范围内具有令人满意的分辨率。此外，还能防止束点的垂直直径变的太小，从而能避免莫尔条纹的产生。

例1

图1表示本发明的一字形电子枪，它包含沿水平方向排成一字形的三个阴极1a、1b、1c，一个控制栅极2，一个平板形加速栅极3，一个平板形第一辅助栅极18，一个平板形第二辅助栅极19，一个盒形第一聚焦栅极4，一个盒形第二聚焦栅极5以及一个阳极6。

第一聚焦栅极4在其邻近第二聚焦栅极5的一端形成垂直伸长的电子束通孔4a、4b、4c，而第二聚焦栅极在其邻近第一聚焦栅极4的一端形成水平伸长的电子束通孔5a、5b、5c，所有通孔起象散透镜场形成装置的作用。作为主透镜场形成装置的电子束通孔5d、5e、5f和6a、6b、6c分别在第二聚焦栅极5邻近阳极6的一端和阳极6邻近第二聚焦栅极5的一端形成。上述的通孔与传统电子枪的相同。

第一辅助栅极18与第一聚焦栅极4连接。因此，一个恒定的聚焦电压V_foc被加到辅助栅极18上。第二辅助栅极19与第二聚焦栅极5连接，因此，辅助栅极19加有一个动态电压，该动态电压随电子 偏转角的增加而逐渐升高。

如图2a和2b所示，第一辅助栅极18和第二辅助栅极19分别有非圆形电子束通孔18a、18b、18c和19a、19b、19c，这些通孔全都起象散透镜场形成装置的作用。第一辅助栅极18的每个电子束通孔18a、18b、18c在其邻近加速栅极3的一端有一个圆形孔，而在其邻近第二辅助栅极19的一端为横向矩形孔。第二辅助栅极19的每个电子束通孔19a、19b、19c在其邻近第一辅助栅极18的一端具有一垂直延伸长轴的矩形孔，而在其邻近第一聚焦栅极4的一端为圆形孔。第一聚焦栅极4在其邻近第一辅助栅极19的一端具有圆形电子束通孔4d、4e、4f，如图2c所示。

因此，当电子束的偏转角变大时，第一辅助栅极18和第二辅助栅极19之间、以及第二辅助栅极19和第一聚焦栅极4之间均产生电位差，从而在两个辅助栅极18和19之间产生了水平方向为发散而垂直方向为会聚的象散透镜场。第二辅助栅极19和第一聚焦栅极4之间也产生了透镜场，但它们的透镜作用比较弱，因为每个电子束通孔4d、4e、4f比较大。

通常，每个电子束的相交部分是在靠近加速栅极3处形成。象散透镜场仅仅是在两个辅助栅极18和19之间形成，因此，所说透镜场靠近相交部分。在靠近相交部分，即在此处为透镜系统的物点处形成的象散透镜场仅起改变每个电子束角度位置的作用，更具体地说，是使电子束横向加宽而垂直方向变窄。所以，相对于一个实际图象的物点，或在水平方向或在垂直方向发生位角变化是极其不可能的。

电子束的变化过程参照图3可说明，图3a表示沿电子受偏转的 水平截面，图3b表示其垂直截面，在这里用凹透镜20表示由第一和第二辅助栅极形成的象散透镜场的水平发散透镜作用，用凸透镜21表示所说透镜场的垂直会聚透镜作用。图中其它标号参照前面相应的标号。

从相交部分10相对于中心轴为α角度发射的电子束在水平方向受到凹透镜20的发散透镜作用，而在垂直方向受到凸透镜21的会聚作用。因此，在水平方向供电子束变宽到角度大于α，而同时使在垂直方向变窄到角度小于α。从已经通过象散透镜场20、21的电子束观察物点的位置，也就是实际图象的物点位置，一般是处于相交部分10之后面。然而，如上所述，象散透场20、21是在靠近相交部分处形成，因此，物点从相交部分的偏移是非常小的，并且，物点经常处于非常贴近相交点的位置。这意味着甚至当加上象散透镜场20、21时，整个透镜系统的图象几乎不受影响。从而，就第一聚焦栅极4和处于第一聚焦栅极4后面的其它部分来说，传统透镜系统是适合用于实际的本发明的。

因为由于象散透镜场20、21每个电子束的角度在水平方向扩大到大于α的角度，而在垂直方向缩小到小于α角度，所以入射到水平偏转撞击点17上的电子束的垂直入射角α′_V未必会过分地大于水平入射角α′_V。因此，α′_V值几乎等于α′_H值（即α′_V≈α′_H），换言之，能使垂直倍率Mv和水平倍率M_H符合如下关系：M_V≈M_H。

虽然上述例子仅仅描述了电子束在荧光屏上的水平偏转，但前面的说明同样适用于束在垂直方向偏转的情况。

如上所述，用施加动态电压来恒定保持电子束点不仅在水平方向、也在垂直方向处于最佳聚焦状态，而且也能保持每个透镜系统 在水平和垂直方向同时具有基本相同倍率是有可能的。因此，以致由向荧光屏周边部分偏转的电子束形成的束点差不多为圆形，如图4所示，这样有可能防止束点在垂直直径上变的过小。所以，在荧光屏上能够产生一个具有高分辨率的、无莫尔条纹的高质量图象。

在一个使用110°偏转角类型的一字形电子枪的例子中，其末极加速电压为30KV，第一聚焦栅极4和第一辅助栅极18的聚焦电压为8KV，加到第二聚焦栅极5和第二辅助栅极19上的动态电压大约为1.2KV，它是加在该聚焦电压8KV之上的。换言之，最佳动态电压的最大幅度约为1.2KV。

当主透镜的实际孔为7.8mm时，从两个聚焦栅极之间形成的象散透镜到主透镜的距离可以是12.5mm。在这种情况下，聚焦栅极的矩形电子束通孔的尺寸，长边可以是4.5mm，矩边为3.6mm。象散透镜和第二辅助栅极19之间的距离可定为19.5mm，而第二辅助栅极19和阴极之间的距离可定为4mm。

第一辅助栅极18的每个电子束通孔的水平伸长孔和第二辅助栅极19的每个电子束通孔的垂直伸长孔是这样选择的，即垂直入射角α′_V和水平入射角α′_H符合关系式α′_H≈α′_V。当第一辅助栅极18和第二辅助栅极19之间的距离为0.5mm时，每个水平伸长孔和每个垂直伸长孔的长边可以为3至4mm，而其短边可以为1至2mm。

例2

图5表示本发明的另一个一字形电子枪，在该电子枪中，第一和第二辅助栅极18、19的以及第一聚焦栅极4在其邻近第二辅助栅极19的一端的电子束通孔为圆形，如图6a和6b所示，第一辅助栅极 18在其邻近第二辅助栅极19的一面位于栅极18每个电子束通孔的上面和下面装有一对水平伸出的突出部分18d、18e、18f，而第二辅助栅极19在其邻近第一辅助栅极18的一面位于栅极19每个电子束通孔相对边处装有一对垂直伸出的突出部分19d、19e、19f，所说突出部分起象散透镜场形成装置的作用。

在这种情况下，通过相应的水平和垂直突出部分对的相对关系的排列，有可能引起与在它们相互表面上安置非圆形电子束通孔所产生的相同样式的象散透镜场。

例3

图7示出本发明的另一个实施例，其中，非圆形电子束通孔18a、18b、18c、19d、19e、19f以及4g、4h、4i分别被提供在第一辅助栅极18、第二辅助栅极19以及第一聚焦栅极4其邻近第二辅助栅极的一端上，如图8a、8b和8c所示，这些通孔是起象散透镜形成装置的作用。每个电子束通孔18a、18b、18c在其邻近加速栅极3的一边为圆孔，在其邻近第二辅助栅极19的一边为水平伸长的孔，每个电子束通孔19d、19e、19f为垂直伸长主轴的矩形，而每个电子束通孔4g、4h、4i是在第一聚焦栅极4的邻近第二辅助栅极19的一端上，其形状为水平伸长主轴的矩形，当采用这种排列时，透镜场不仅在第一和第二辅助栅极18、19之间形成，而且也在第二辅助栅极19和第一聚焦栅极4之间形成。这些组合的透镜场。如图3a和3b中20和21所示，起凹和凸透镜作用

例4：

图9表示本发明的另一个实施例，其中第二辅助栅极19的电子束通孔19g至19i分别在它们板中间部分为圆形孔，而板的两边为垂直伸长的开口，如图10a所示。同时，在邻近第二辅助栅极19的一边的电子束通孔4j、4k、4m是圆形开口，并有水平伸长的孔，如图10b所示。

例5：

图11示出又一个实施例，第一辅助栅极18的、第二辅助栅极19的以及第一聚焦栅极4在其邻近第二辅助栅极19的一端的电子束通孔18d、18e、18f、19g、19h、19j和4d、4e、4f全部为圆形，而在图12a至12c中，第一辅助栅极18在其邻近第二辅助栅极19的一端具有各自成对的突出部分18g、18h、18i，同时，第一聚焦栅极4在其邻近第二辅助栅极19的一端具有各自成对的突出部分4g、4h、4i，所说突出部分的每一个从栅极18、4相应电子束通孔的上面和下面水平伸出。然而，第二辅助栅极19在其两面相应电子束通孔19g、19h、19i的两边具有垂直伸出的突出部分对19j、19k、19m;19n、19p、19q。全部通孔起象散透镜场形成装置的作用。

显然，在不脱离开本发明的范围和构思的情况下，各种其它变型对本领域的技术人员来说是显而易见且易完成的。因此，并不意味着要求保护的范围仅限于说明书前面所述的内容，而且将要求保护的范围解释为包含有属于本发明的有专利性的新特征，包括本发明有关领域技术人员作为等同物的所有特征。

Claims (4)

1、一种一字形电子枪，包括：

一个有恒定加速电压的平板形加速栅极；

一个有恒定聚焦电压的盒形第一聚焦栅极；

一个加有动态电压的盒形第二聚焦栅极，所说的动态电压随电子束偏转角的增加从聚焦电压起逐渐升高，所说的三个栅极是在控制栅极和阳极之间依次安置的；以及

一个第一象散透镜场形成装置，它在所说的第一和第二聚焦栅极的至少一个相对端形成，以便在所说两个聚焦栅极之间形成第一透镜场，所说的第一透镜场在水平方向为会聚的，而在垂直方向为发散的，

所说的一字形电子枪的特征在于：

一个与所说第一聚焦栅极相连接的平板形第一辅助栅极；

一个与所说第二聚焦栅极相连接的平板形第二辅助栅极，所说的两个辅助栅极是在所说加速栅极和所说第一聚焦栅极之间依次排列；以及

一个第二象散透镜场形成装置，它在所说的第一和第二辅助栅极的至少一个相对端形成，以便在所说的两个辅助栅极之间形成第二透镜场，所说的第二透镜场在水平方向为发散的，而在垂直方向为会聚的。

2、根据权利要求1所述的一字形电子枪，其特征在于，一个第三象散透镜形成装置在所说的第二辅助栅极和所说的第一聚焦栅极的至少一个相对端形成。

3、根据权利要求1所述的一字形电子枪，其特征在于所说的第一辅助栅极在其相邻所说第二辅助栅极的一端的每个电子束通孔具有一个水平延伸长轴的非圆形孔，所说的第二辅助栅极在其相邻所说第一辅助栅极的一端的每个电子束通孔具有一个垂直延伸长轴的非圆形孔，并且在其相邻所说第一聚焦栅极的一端还有一圆孔;所说第一聚焦栅极在其相邻所说第二辅助栅极的一端具有圆形电子束通孔。

4、根据权利要求2所述的一字形电子枪，其特征在于，所说第一辅助栅极在其相邻所说第二辅助栅极的一端的每个电子束通孔具有一个水平延伸长轴的非圆形孔;所说第二辅助栅极在其相邻所说第一辅助栅极的一端的每个电子束通孔具有一个垂直延伸长轴的非圆形孔，并且在其相邻所说第一聚焦栅极的一端还有一个圆孔;所说第一聚焦栅极在其相邻所说第二辅助栅极的一端具有圆形电子束通孔。

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