JPH029427B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は受像管に使用する電子の電子ビーム
を集束する電子レンズの改良に関するものであ
る。

従来、一般に広く使用されている受像管用電子
銃の電子レンズには加速形バイポテンシヤル形と
ユニポテンシヤル形の２種類がある。バイポテン
シヤル形電子銃は現在特にカラー受像管に広く採
用されているものであり、第１図に示すように左
側から陰極に、第１グリツド１、第２グリツド
２、第３グリツド３、第４グリツド４によつて構
成されている。電子銃の中心軸Ｓ上に配列された
電子レンズを構成する第４グリツド４には高電圧
Ebが、第３グリツド３には高電圧の約20％程度
のフオーカス電圧Efが印加されるものである。、
この従来のバイポテンシヤル形電子銃の電子レン
ズでは高電流領域において集束ビームスポツト径
が大きく、カラー受像管のデルタまたはインライ
ン形の３本の電子銃にバイポテンシヤル形電子銃
を採用する場合、電子銃を収容するカラー受像管
のネツク部の内径によつて電子レンズの口径が制
限され収差が増大し、高電流領域における集束ビ
ームスポツト径を充分小さくできず受像画面の白
文字がぼけたり、白文字が太くなる等の解像度の
顕著な損失をまねく欠点を有していた。

これに対してユニポテンシヤル形電子銃は、一
部のカラー受像管に使用されているが、この電子
銃の電子レンズは第２図に示すように３個の電極
より構成されるもので、電子銃軸Ｓ上電位分布が
ほゞ鞍状をなし、主レンズの始端の第３グリツド
３と終端の第５グリツド５の電位が等しく高電圧
Ebが印加され、第４グリツド４にはほゞ接地電
位のフオーカス電圧Efが印加される方式である。

この従来のユニポテンシヤル形電子銃の電子レ
ンズは収差が大きく、高電流領域での集束ビーム
スポツトは、中心部に明るい小さな芯と周辺部に
暗い大きなハローが生じ、解像度は良いが鮮鋭度
が悪くなるとともに、低電流領域での集束ビーム
スポツトが大きく、この領域での解像度を劣化さ
せる欠点を有していた。さらに各グリツド５，
６，７の配列上第４グリツド４の両側に高電圧
が、その中間には低電位の電極が配列される方式
であるため、受像管内の耐電圧特性を基本的に悪
くさせる欠点を有していた。

このようにバイポテンシヤル形電子銃にしろ、
ユニポテンシヤル形電子銃にしろ一長一短の特徴
をもつており、低電流領域から高電流領域の全領
域にわたつて解像度を上げることはこれら従来の
方式の電子銃では不可能であり、特に最近カラー
受像管においては受像画面の輝度を上げるため、
高電流による使用が行なわれ高解像度を維持する
には従来の電子銃では対処することができなくな
つて来た。

この発明は上記の点に鑑みてなされたもので、
電子レンズを形成する電極の寸法を規定した新規
な電子銃を提供するものである。

以下この発明の電子銃について詳細に説明す
る。第３図はこの発明による電子銃の集束レンズ
系の概略図を示すもので電子銃の中心軸Ｓ上に左
側から、Ｋは陰極、１は第１グリツド、２は第２
グリツド、３は第３グリツド、４は第４グリツ
ド、５は第５グリツド、６は第６グリツドであ
る。第３グリツド３の長さL₃は、後述のごとく
本出願人の先願である特願昭52−148321号（特公
昭64−1899号）に詳述されているように、第３グ
リツド３と第４グリツド４とで形成される電子レ
ンズの物体側主面が陰極Ｋ、第１グリツド１、第
２グリツド２、第３グリツド３で構成される電子
銃から放射される電子ビームの最外電子線の虚物
体位置近辺に配設される様に設定する。

なお、ここで「物体側主面」とは、「理論応用
電子工学」（昭和15年７月18日、共立社発行）第
126頁〜第130頁に記載の「第一主面」に相当し、
本願では、加速形バイポテンシヤルに陰極Ｋとは
逆側、つまり主電子レンズを構成する第４、第
５、第６グリツド側からの中心軸Ｓと平行な入射
電子線に沿つた直線と、この入射電子線によるバ
イポテンシヤルレンズ通過後の中心軸Ｓに交わる
電子線に沿つた直線との交点を含む中心軸Ｓに垂
直な平面をいう。

また、「虚物体位置」とは、本願では、加速形
バイポテンシヤル形レンズのレンズ作用領域に入
射する直前の陰極Ｋからの電子ビームの最外電子
線の入射してきた方向に沿つた直線と中心軸との
交わる点として定義する。

また、「電子ビームの最外電子線」とは、加速
形バイポテンシヤルレンズのレンズ作用領域に入
射する直前の電子ビームのうち最も外側を通る電
子ビームをいう。

第３グリツドの軸方向の長さL₃は、後述する
ように第３グリツドと第４グリツド間で構成され
る電子レンズの物体側主面が陰極から放射される
電子ビームの最外電子線の虚物体位置近辺に配設
されるように設定することにより、主電子レンズ
の球面収差の影響を非常に受けにくくし、電子ビ
ームを理想的な状態に絞ることができる。

L₃を決定する具体的手段としては、第１０図
に示すように、虚物体位置Ａ、陰極Ｋから虚
物体位置Ａまでの距離P₀、距離P₁、電圧比
Ef／Eb、印加電圧Ebが関係してくる。

特に、距離P₁はEf／Eb、ギヤツプ長Ｇ、内径
Ｄの関数として計算にて求められるので実際の設
計しようとする電子銃で上記距離P₁を計算し、
この計算値と虚物体位置Ａから第３グリツド３と
第４グリツド４のギヤツプ中心までの距離が一致
するように第３グリツド３の長さを設定すればよ
い。

これは、通常はL₃／Ｄ＝0.6〜1.3の実用範囲に
なる。

第５グリツド５の長さL₅は、第４グリツド４、
第５グリツド５及び第６グリツド６で形成される
ユニポテンシヤル形電子レンズ（或は加速形と減
速形バイポテンシヤル形電子レンズの複合レン
ズ）の球面収差が小さくなり、しかもフオーカス
電圧Efができるだけ低くする事が可能な範囲に
設定する。次にその範囲の設定方法について述べ
る。

第８図は第３図の電子レンズについて球面収差
Csと焦点距離ｆの比Cs／ｆをレンズの半径Ｄ／
２で規格化した値が、第５グリツド５の電圧比
Ef／Ebによつてどのように変化するか、レンズ
の内径Ｄで規格化した第５グリツド５の長さ
L₅／Ｄをバラメータにして示したものである。

この場合、第４グリツド４の長さL₄は無限長
として理想状態を形成している。従つて、第８
図、第９図はL₃、L₄の変化にどう対応するかと
いう特性ではなく、L₃、L₄の条件に直接影響さ
れない特性である。

第８図において点線で示した領域は、電子レン
ズの強さが強く、電子軌道に変曲点が発生するの
で、この領域で動作させることは得策ではない。

結局、第８図から次のことが言える。(1)第３図
に示す電子レンズの球面収差は第５グリツド５の
長さL₅を長くするほど小さくなるがL₅／Ｄ≧1.5
でほぼ飽和して小さくならない。(2)第５グリツド
５の長さを長くするとレンズ収差は小さくできる
が、取り得る電位Efは高くなる。第５グリツド
５の長さL₅と電圧Efの取り得る範囲との関係を
示したのが第９図であり、曲線の上側が動作させ
ることのできる範囲である。

結曲、この第９図の関係を近似式で表すと次式
のようになり、第５グリツド５の長さL₅は次式
を満足する範囲で選定するのが良いことが分か
る。

1.5≦L₅／Ｄ≦１／A²（Ef／Eb）²＋0.85 ただしＡ＝0.185、Ｄ：レンズ内径 従つて一般にはL₃＜L₅が成立つ。

第６グリツド６の長さL₆は比較的自由に設定
出来るが、第６グリツド６の右側（スクリーン
側）からレンズ領域の電界への影響を防止するた
め一般にはL₆／Ｄ≧１を満足する程度に設定す
る。

第４グリツド４は第３グリツド３とで電子レン
ズを形成すると共に第５、第６グリツド５，６と
で電子レンズを形成し、更にこの二つの電子レン
ズを接続する電極であるが、その長さL₄はスク
リーン面（図示せず）上での集束ビームスポツト
径が所要のフオーカス電圧Efにて最小になる様
に設定する必要がある。

前述の様にして設定した第３グリツド３の長さ
L₃₀及び第５グリツド５の長さL₅₀を固定して第４
グリツド４の長さL₄を変化させた場合のフオー
カス電圧Ef／Eb、及びスクリーン面上でのビー
ムスポツト径ｄの変化例を示したのが第４図ａで
ある。第４図ａの第４グリツドL₄を基準値L₃₀を
中心に長くした場合、即ちL₄＞L₃ではフオーカ
ス電圧比はEf／Eb＞0.33となり、短くした場合、
即ちL₄＜L₃₀ではEf／Eb＜0.33となつている。

同様に第３グリツド３及び第５グリツド５の長
さL₃、L₅を変化させた場合の例が第４図ｂ及び
ｃである。第４図ｂに示す第３グリツド３の長さ
L₃を設計値L₃₀から変化させた場合にも言えるが、
ビームスポツト径ｄの変化が、第４図ａに示す第
４グリツドの場合の方が優れている。

すなわち、Ef／Eb＞0.33では第４図ａではビ
ームスポツト径は減少の傾向にあるが、第４図ｂ
ではほとんど変化していない。

Ef／Eb＜0.33では第４図ａでのビームスポツ
ト径の増大よりも第４図ｂの方が著しい。

これが本願発明の導出の理由である。また、第
４図ｃのように第５グリツドL₅は長さを変化さ
せてもフオーカス電圧比の変化が少くないので有
効ではなく、一般的にL₅₀≫L₃₀としている。

なお、フオーカス電圧Ef／Eb＝0.33が設計中
心として好ましいが、フオーカス電圧を設計上変
える必要がある場合のため、縦軸Ef／Eb比を
0.28〜0.4に変化させている。

これ等をもとにフオーカス電圧比Ef／Ebを各
グリツドの長さを変えて変化させた場合のビーム
スポツト径ｄの変化をまとめた結果が第５図であ
るが、Ef／Eb＞0.33の範囲では各グリツドの長
さに対してビームスポツト径ｄの変化は小さく差
異が微小である。

これ等の結果を総合すると次の事がいえる。

(1) フオーカス電圧を低くするには各々の電極長
さを短くする事により可能であるが、ビームス
ポツト径の増加を最小にするには第４図ａから
第４グリツド４の長さL₄を短くするが最も良
く、次いで第３グリツド３、第５グリツド５の
順である。

(2) フオーカス電圧を高くするには各々の電極長
さを長くする事により可能であるが、第５グリ
ツド５でのフオーカス電圧の変化は小さいの
で、第３グリツド３を長くする方がビームスポ
ツト径への影響は小さい。

結局各電極の長さの大小関係は、 フオーカス電圧比Ef／Eb≦0.33ではL₄≦L₃＜L₅と なる様に設定し、 フオーカス電圧比Ef／Eb＞0.33では一般にはL₃≦ L₄＜L₅となる。

第６図はフオーカス電圧比Ef／Eb≦0.33の場
合の一実施例であり、又第７図はフオーカス電圧
比Ef／Eb＞0.33の場合の一実施例である。

なお、以上は第３グリツドと第５グリツドを電
気的に結合している場合について説明したが第３
グリツドに固定の中高圧を印加する場合にも適用
出来る。

又各電極の内径Ｄが同一の場合について説明し
たがこれに限らず多少内径が異なる場合にも適用
出来る。

以上説明したように、この発明は各電極の長さ
を規定の範囲内に設定する事により高解像度で高
鮮鋭度を有する画像を得ることができる効果を有
するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のバイポテンシヤル電子銃の概略
断面図、第２図は従来のユニポテンシヤル電子銃
の概略断面図、第３図はこの発明の一実施例を示
す概略断面図、第４図及び第５図はこの発明の電
子銃の特性図、第６図、第７図はこの発明の他の
実施例を示す概略断面図、第８図は第３図の電子
レンズの球面収差とレンズ定数との関係を示す曲
線図、第９図は第５グリツドの長さとフオーカス
電圧比との関係を示す曲線図、第１０図はバイポ
テンシヤルレンズの位置関係を示す電子等価図で
ある。 図においてＫは陰極、１は第１グリツド、２は
第２グリツド、３は第３グリツド、４は第４グリ
ツド、５は第５グリツド、６は第６グリツドであ
る。なお図中同一符号は同一または相当部分を示
す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 主レンズ系として陰極側から第３グリツド、
   第４グリツド、第５グリツド及び第６グリツドを
   配設し、第４グリツドと第６グリツドを電気的に
   結合して高電圧Ebを印加し、第３グリツドと第
   ５グリツドは電気的に結合してフオーカス電圧
   Efを印加するか、もしくは第３グリツドには固
   定の中高圧を印加し、第５グリツドにフオーカス
   電圧Efを印加する電子銃において、第３グリツ
   ドの軸方向の長さL₃は第３グリツドと第４グリ
   ツド間で構成される電子レンズの物体側主面が陰
   極から放射される電子ビームの最外電子線の虚物
   体位置近辺に配設される様にL₃／Ｄ＝0.6〜1.3の
   範囲で設定し、第５グリツドの軸方向の長さL₅
   は次式を満足する範囲に設定し 1.5≦L₅／Ｄ≦１／A²（Ef／Eb）²＋0.85 ただしＡ＝0.185 Ｄ：レンズ内径 第４グリツドの軸方向の長さL₄はフオーカス
   電圧比Ef／Ebに対応してすくなくとも Ef／Eb≦0.33ではL₄≦L₃＜L₅ Ef／Eb＞0.33ではL₃≦L₄＜L₅ となるように設定したことを特徴とする電子銃。