CN1041145C - 动态聚焦的电子枪 - Google Patents

Abstract

在动态聚焦电子枪中，水平动态聚焦电压根据荧光屏上电子束到达的部位而变化，并且在荧光屏的上部和下部区域的一个水平偏转周期中的水平动态聚焦电压的峰-峰值大于在荧光屏中央的该峰-峰值，因而在整个荧光屏上得到均一的电子束光点。

Description

动态聚焦的电子枪

本发明涉及用于彩色阴极射线管(CRT)的动态聚焦电子枪。更具体地，本发明涉及能在整个荧光屏上形成高分辨率电子束光点的动态聚焦电子枪。

彩色CRT的分辨率取决于形成在荧光屏上电子束光点的大小和形状。为得到高分辨率图象，电子束光点应尽量小并且其形状的畸变应尽量小。然而，普通的彩色CRT使用了所谓的自会聚法和一个偏转线圈，在该方法中，三束电子束经过电子枪的一个末级加速透镜射向荧光屏背面的电极，该偏转线圈能形成一个枕形水平偏转磁场和一个桶形垂直偏转磁场，用作为使电子束偏转的装置。按这种结构，指向荧光屏边缘处的电子束的偏转角相对较大，电子束因而穿过了不均一的垂直和水平偏转磁场。因而，穿过不均一磁场的电子束在水平方向上聚焦不足而在垂直方向上聚焦过头，由到达荧光屏边缘处的电子束形成的电子束光点被水平拉长因而光点周围形成相当大的光环。因此荧光屏边缘处形成的这部分图象与形成在荧光屏中央的图象相比有一定程度的畸变。

为避免上述边缘图象畸变，已经提出一种方法，在该方法中用动态电场根据荧光屏区域来动态地控制电子束的聚焦，以便在整个荧光屏上形成均一的光点。该方法被用于一种所谓的动态聚焦电子枪中，它的各种改进在美国专利第4814670，4473775，4771216和4731563号中公开。

参照图1，普通的动态聚焦电子枪包括阴极2，控制极3和屏极4，它们构成一个用来产生电子束的三个极；还包括一个静态聚焦电极5a，动态聚焦电极5b和末级加速电极6，它们构成一个用于形成一个静态聚焦透镜和动态聚焦透镜的主透镜系统。

当200-1200伏的屏压加到屏极4上时，控制极3保持在0伏电位。静态聚焦电压Vs和动态聚焦电压Vd分别加到静态聚焦电极5a和动态聚焦电极5b上。20-35千伏的加速电压Va加到加速电极6上。动态聚焦电压Vd的波形通常是抛物线形的，与加到偏转线圈上的偏转信号同步。其峰值电压高于静态聚焦电压600到800伏。静态聚焦电压Vs的范围为加速电压Va的20-35％。

加到这样一种动态聚焦电子枪上的动态聚焦电压的波形通常如图2所示的那样。尤其是，加到静态聚焦电极5a上的静态聚焦电压Vs维持在预先设置的值上。因而，加到动态聚焦电极5b上的抛物线形动态聚焦电压Vd按电子束将要着落的荧光屏区域而变化，并且以每一水平偏转周期为周期(1H)重复。

一个水平偏转周期的每一抛物线波形的最小电压可能高于、等于或低于静态聚焦电压，且与电子束到达任一扫描线的中央相比，当电子束到达任一扫描线的尽头时，该最小电压相对较高。最小电压的这一差值有规律地按帧在一个垂直周期(1V)中变化。

抛物线形动态电压的每一水平偏转周期的幅值I在整个荧光屏上是相同的，而与电子束的着落区域无关。动态聚焦电压的最大值和最小值以一个垂直周期为周期而变化。在一个水平偏转周期中形成一条水平扫描线而在一个垂直周期中形成多条水平扫描线，以形成一帧图象数据。

在图2的曲线中，由抛物线波形峰值(分别为正和负值)的连线形成的上下包罗线V1和V2对应于电子束沿荧光屏的任一垂直线着落的动态聚焦电压峰值的变化。(在此，包罗线的峰值出现在此线的端点处。)这被看作为一个假定的虚拟垂直动态聚焦电压。对照这一点，可注意到垂直和水平动态聚焦电压与静态聚焦电压的差值在荧光屏的两个方向(垂直和水平方向)上都是变化的。因而，在荧光屏的中央部位在一个水平偏转周期1H中Vd的峰-峰值基本上与在荧光屏的较上或较下部位的峰-峰值相等。垂直动态聚焦电压是以这样一种形式施加的，即在垂直偏转周期内，在荧光屏左右两侧的变化率与荧光屏中央部位的相同。因而，上下包罗线V1和V2的变化率(示出了垂直动态聚焦电压Vd的变化)是相等的。

图3和图4示出的是另一种常规动态聚焦电压的波形。

首先，参照图3，当电子束着落于荧光屏的中央时，动态聚焦电压Vd的最小值比静态聚焦电压Vs低，而当电子束着落于荧光屏的较上或较下的部位时，动态聚焦电压的最小值相对较高。

参照图4，当电子束着落于荧光屏的中央时，动态聚焦电压Vd的最小值基本上等于静态聚焦电压Vs。当电子束着落于荧光屏的较上或较下部位时，动态聚焦电压的最小值相对较高。

加到常规动态聚焦电子枪上的动态聚焦电压的幅值保持恒定，而不考虑电子束在荧光屏上的着落部位。然而，由于从电子束的发射点(从电子枪处)到荧光屏的距离随着落位置而改变(荧光屏是非球面状的)，并且由于电子束因偏转线圈而被严重扭曲，因而不能在整个荧光屏上得到均一的电子束光点。由于CRT的结构限制，用上述传统的施加电压法也不能获得高质量的画面。

如图5所示，当电子束的聚焦适应荧光屏100的左和右边缘即在水平扫描线110的端部时，位于扫描线110中央的电子束光点的芯变大，这样大大降低了形成在荧光屏中央的图象的质量。另外，如图6所示，当电子束沿穿过荧光屏中央的竖线聚焦时，即适应扫描线110的中央时，形成在水平扫描线110端部的电子束光点呈现出较大的光环，因而也不能在整个荧光屏上得到高质量图象。

1989年11月1日公开的中国专利申请公开说明书CN 1036861A公开了一种彩色显象管装置用的电子枪，其在管轴方向上配置有发生电子束的阴极、构成使电子束聚焦的电子透镜的聚焦电极和最终加速电极，上述聚焦电极在管轴方向上被分割为多个电极，与上述最终加速电极相邻的第2聚焦电极经电阻与和上述第2聚焦电极相邻的第1聚焦电极相连，在上述第2聚焦电极上加有与上述电子束的偏转同步变化的聚焦电压，在上述第1聚焦电极上经上述电阻加有上述聚焦电压并通过上述电阻实质上控制交流成分，在上述第2聚焦电极的靠上述第1聚焦电极的一侧上形成有在水平方向上具有长轴的第1电子束通过孔，在上述第1聚焦电极的靠上述第2聚焦电极一侧上形成有在与上述第1电子束通过孔正交的方向上具有长轴的第2电子束通过孔。

这种彩色显示象管装置用的电子枪同样难以在整个荧光屏上均一地聚焦电子束，从而不能在整个荧光屏上得到高质量图象。

因而，本发明的目的是提供一种动态聚焦电子枪，它能在整个荧光屏上均一地聚焦电子束以便在整个荧光屏上得到高质量的图象。

为实现本发明的这一目的，所提供的动态聚焦电子枪包括阴极、控制极和屏极，用于产生电子束，还包括静态聚焦电极、动态聚焦电极和末级加速电极，静态聚焦电极上施加静态聚焦电压以形成加速和会聚电子束的主透镜，动态聚焦电极上施加动态聚焦电压，末级加速电极上施加一个最高加速阳极电压，其中动态聚焦电压随荧光屏上电子束到达的部位而变化，并被如此施加，即当电子束扫描到荧光屏的较上和较下部位时，动态聚焦电压的幅值大于电子束扫描到荧光屏中央时的幅值。

参照附图详尽描述其最佳实施例后，本发明的上述目的和其它优点将变得更显而易见。在附图中：

图1是普通态聚焦电子枪的示意的剖面图；

图2是施加到常规聚焦电子枪上的动态聚焦电压波形图；

图3是施加到常规聚焦电子枪上的另一个动态聚焦电压波形图；

图4是施加到常规聚焦电子枪上的另一个动态聚焦电压波形图；

图5和图6示出采用常规动态聚焦电压施加法时扫描线的畸变；

图7是根据本发明的动态聚焦电子枪的示意透视图；

图8是施加到根据本发明动态聚焦电子枪上的动态聚焦电压的波形图；

图9是施加到根据本发明的动态聚焦电子枪上的另一动态聚焦电压的波形图；

图10是施加到根据本发明的动态聚焦电子枪上的又一动态聚焦电压的波形图；

图11示出采用根据本发明的动态聚焦电子枪时得到的荧光屏上的扫描线。

参照图7，根据本发明的动态聚焦电子枪10依次包括发射热电子的阴极20；控制热电子以形成电子束的控制极30和屏极40；静态聚焦电极50a，动态聚焦电极50b和末级加速电极60，电极50a、50b和60构成主透镜系统的预聚焦透镜和主聚焦透镜，用于最终的会聚和加速电子束。屏极30、静态聚焦电极50a和动态聚焦电极50b构成静态预聚焦透镜和动态预聚焦透镜。加速电极60构成动态主聚焦透镜。在静态聚焦电极50a的电子束发出平面并排地形成三个垂直延长的电子束通过孔，而在位于静态聚焦电极的发出平面的对面的动态聚焦电极50b的电子束接收平面并排地形成三个水平延长的电子束通过孔。这样做就在静态聚焦电极和动态聚焦电极间形成动态四极透镜。

按照普通的方法，0伏电压加到控制电极30上而200-1200伏的电压加到屏极40上。静态聚焦电压Vs加到静态聚焦电极50a上而动态聚焦电压Vd加到动态聚焦电极50b上。20-35千伏的加速电压Va加到加速电极60上。静态聚焦电压Vs的范围为加速电压Va的20-35％。动态聚焦电压的峰值电压比静态聚焦电压高600-800伏。

加到本发明的动态聚焦电子枪上的静态和动态聚焦电压的波形通常如图8、9和10所示。在图8、9和10中，加到静态聚焦电极50a上的静态聚焦电压Vs维持在预定的值上。加到动态聚焦电极50b上的抛物线形动态聚焦电压Vd按荧光屏上电子束到达的部位而变化，并且在每一水平偏转周期中重复。作为本发明的特征，抛物线形动态电压的每一水平偏转周期的幅度按电子束的着落位置而变化，并且动态聚焦电压的最大和最小值在每一垂直偏转周期中都是变化的。一个水平偏转周期的每一抛物线波形的最小电压有一个高于、等于或低于静态聚焦电压的值，并且与电子束着落于每一扫描线的中部相比，当电子束着落于每一扫描线的较上部和较下部时，该最小电压相对偏高。最小电压的差值规则地按帧在一个垂直周期中变化。

在图8、9和10中，分别连接抛物线波形的最大值点和最小值点形成的上、下波状线V10和V20示出当电子束着落于穿过荧光屏的边缘和中央部位的垂直线上时动态聚焦电压的变化。由于它们与垂直聚焦特性相关，因而可以看作为假定的第一和第二垂直动态聚焦电压V10和V20。根据垂直电压的变化，可以看到动态聚焦电压与静态聚焦电压的差值在荧光屏的各个方向(垂直和水平方向)上都是变化的。另外，按照本发明的特点，在荧光屏的较上或较下部位的一个水平偏转周期中的幅值Io与在荧光屏的中央部位的一个水平偏转周期中的幅值Ic是不同的。在垂直动态聚焦电压V10和V20的垂直偏转周期中，在荧光屏的左右两侧的变化率与在荧光屏中央的变化率也是不同的。

参照图9，当电子束着落于荧光屏的中央时，动态聚焦电压Vd的最小值低于静态聚焦电压Vs，当电子束着落于荧光屏的边缘部位时，动态聚焦电压的最小值相对偏高。

参照图10，当电子束着落于荧光屏的中央时，动态聚焦电压Vd的最小值基本上等于静态聚焦电压Vs。当电子束着落于荧光屏的较上部和较下部时，动态聚焦电压相对较高。

这时，在荧光屏的较上部和较下部区域中的水平偏转周期内的幅值Io与在荧光屏的中央部位中的水平偏转周期内的幅值Ic不同。在垂直偏转周期中，荧光屏左右两侧的抛物线形波的变化率比荧光屏中央的要大。于是，连接水平动态聚焦电压的最大值点得到的假定的第一垂直动态聚焦电压V10的变化率与连接水平动态聚焦电压的最小值点得到的假定的第二垂直动态聚焦电压V20的变化率不同。

如图9所示，当电子束着落于荧光屏的中央时，动态聚焦电压Vd的第二垂直动态电压V20的最小值低于静态聚焦电压Vs，而在荧光屏的较上和较下部位，其最小值相对高于静态聚焦电压Vs。如图10所示，当电子束着落于荧光屏的中央时，动态聚焦电压Vd的第二垂直动态电压V20的最小值基本上与静态聚焦电压相同，而在荧光屏的较上和较下部位，其最小值相对较高。

如上所述，本发明的电子枪的特征在于抛物线形动态聚焦电压的幅值根据电子束的扫描位置而变化。

下面将描述本发明动态聚焦电子枪实施例的工作和效果。

水平动态聚焦电压Vd根据荧光屏上电子束到达的部位而变化，并且该电压是这样施加的即在荧光屏上部和下部的水平偏转周期1H中的幅值大于在荧光屏中央的值。在荧光屏左右两侧的垂直动态聚焦电压V10和V20的变化率大于在荧光屏中央的变化率。在图8，9和10中，每一根抛物线的动态电压示出水平聚焦电压Vd并且示出了当电子束水平地从左向右或从右向左经过荧光屏中央扫描时水平聚焦电压的变化。

在此，根据本发明的特点，在荧光屏的上部和下部的水平动态聚焦电压Vd的抛物线形波的幅值大于在荧光屏中央的幅值，因而在荧光屏的上部和下部区域得到了良好的聚焦特性。

更具体地说，当电子枪发出的电子束扫描每一扫描线的中部并且所加的动态电压稍低或稍高于静态聚焦电压时，别当电子束穿过静态聚焦电极50a与动态聚焦电极50b之间时就要受其间电场的影响。这样，形成在荧光屏上的是垂直和水平宽度差相对较小的电子束光点。当动态聚焦电压与静态聚焦电压相同时，由于静态聚焦电极50a与动态聚焦电极50b之间还没形成透镜，电子束通过时不受透镜的影响。这样，形成的是水平和垂直方向宽度几乎相同的圆形电子束光点。

当电子束扫描于扫描线的端部时，由于所加的动态聚焦电压高于静态聚焦电压，当电子束穿过静态聚焦电极50a和动态聚焦电极50b之间时，该电子束受形成于电极50a与电极50b之间的强四极透镜的影响而被垂直拉长。向荧光屏边缘偏转的电子束的垂直拉长程度根据扫描位置而变化。当电子束扫描荧光屏的上部和下部区域时，由于形成的四极透镜非常强，射向荧光屏四个角的电子束被垂直拉长到最大限度并且焦距被拉长。由于垂直拉长的电子束受非均一偏转磁场的影响，并且由于根据荧光屏的非球面度的象散性，当电子束到达荧光屏边缘处时形成的几乎是圆形的电子束光点。

通过上面的方法，在整个荧光屏100上能得到均一的扫描线110，如图11所示。

在按照本发明的动态聚焦电子枪中，由于所加动态聚焦电压的幅值按本发明的特征变化，水平聚焦状态和垂直聚焦度都能调节。

这样的动态聚焦电压施加法能用在利用低电压驱动法以及利用高电压驱动法的动态聚焦电子枪中，其中低电压驱动法的调节电压低于聚焦电压，高电压驱动法的调节电压高于聚焦电压。

如上所述，在本发明的动态电子枪的动态聚焦电压施加法中，水平动态聚焦电压根据荧光屏上电子束到达的部位变化，并且施加该电压后，在荧光屏上部下部中的水平偏转周期内的幅值大于在荧光屏中央的值。在垂直动态聚焦电压中，由于在荧光屏的左右两侧的垂直偏转周期内的变化率大于在荧光屏中央的垂直偏转周期的变化率，改进了荧光屏中央和边缘部位的聚焦状态，补偿了由于偏转线圈及其几何结构而在荧光屏的边缘部位引起的聚焦特性的畸变，在整个荧光屏上得到了高分辨率的图象。

按照本发明的电子枪能适用于HDTV以及普通电视。

Claims (4)

1.一种动态聚焦电子枪，包括产生电子束的阴极(20)、控制极(30)和屏极(40)，施加有静态聚焦电压的静态聚焦电极(50a)，施加有动态聚焦电压的动态聚焦电极(50b)和施加有加速阳极电压的末级加速电极(60)，形成加速和会聚电子束的主透镜，上述动态聚焦电压根据电子束将要到达的荧光屏上的点而变化，其特征在于所述动态聚焦电压是这样施加的，使得电子束扫描荧光屏较上部和较下部时的幅值比电子束扫描荧光屏中央时的幅值大。

2.根据权利要求1中的动态聚焦电子枪，其特征在于当电子束着落于荧光屏的中央时，上述动态聚焦电压的一个水平偏转周期的负峰值电压低于所述静态聚焦电压，当电子束着落于荧光屏的上部和下部区域时，负峰值电压相对偏高。

3.根据权利要求1中的动态聚焦电子枪，其特征在于所述动态聚焦电压的最小值大于或等于所述静态聚焦电压。

4.根据权利要求1中的动态聚焦电子枪，其特征在于所述动态聚焦电压的一个水平偏转周期的最小电压值低于所述静态聚焦电压。

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