JPH0445928B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子銃、特に陰極線管用電子銃に関す
る。

従来、陰極線管用電子銃の収束レンズとしてユ
ニポテンシヤル形とバイポテンシヤル形の２種が
最も多く利用されている。

従来のユニポテンシヤル形のレンズ系の球面収
差を極小とする目的で本発明者等によつて、第１
図に示す如き電極でレンズ系を構成することが提
案されている。即ち、陰極１から放出された電子
ビーム電流を第１グリツド２と第２グリツド３で
制御してクロスオーバーを形成させ、第３グリツ
ド４、第４グリツド５、第５グリツド６の３個の
円筒状電極で構成した主レンズ系により、クロス
オーバー像をけい光面上に撮影させ電子ビームス
ポツトを得ている。

通常のユニポテンシヤル形では第３グリツド４
と第５グリツド６はけい光面の電圧V_Bを印加し
第４グリツドはフオーカス電圧V_Fとして零電圧
附近に選ぶ場合が多いが、このフオーカス電圧を
零とするためには、第４グリツド５の長さをレン
ズ強度の関係で電極内径Ｄの1/2より長くするこ
とは困難である。

この形式のレンズ系では、フオーカス電極とな
る第４グリツド５の内径に対する長さを増すとフ
オーカス電圧は急激に上昇し、同時に球面収差が
著るしく減少する。

かかるレンズ系を用いた電子銃では従来のバイ
ポテンシヤル系のレンズ系を有する電子銃に比較
して、電子ビームのスポツト径は小さくなる特徴
を有する。

本発明は、かかるユニポテンシヤル形式の電子
銃を改良して、さらに電子ビームのスポツト径を
小さくし、もつて球面収差を極小にすることので
きる電子銃を提供せんとするのである。

かかる目的を達成するために本発明は、レンズ
系を４個の円筒状電極で構成し、陰極側から順に
第３、第４、第５、第６グリツド電極とすると
き、その第３グリツド電極と第５グリツド電極に
フオカス電圧を印加すると共に、第４グリツド電
極と第６グリツド電極に陰極線管のけい光面電圧
と等しい電圧を印加し、第５グリツド電極の長さ
をその内径の1/2より長くしかつ第３グリツドの
陰極側端面から第５グリツドの第６グリツド側端
面までの長さを第５グリツドの電極内径の3.5倍
から６倍の範囲にし、さらにフオーカス電圧をけ
い光面電圧の1/4〜1/2の大きさにする。

以下、図面より本発明を詳細に説明する。

第２図は本発明のレンズ系を用いた電子銃の構
成の一実施例を示す図である。陰極１、第１グリ
ツド２、第２グリツド３と、レンズ系を形成する
第３グリツド４、第４グリツド５、第５グリツド
６、および第６グリツド７から成り、第４グリツ
ド５と第６グリツド７は電気的に接続され、けい
光面電圧（けい光面に印加されている電圧）V_B
が印加され、第３グリツド４と第５グリツド６は
電気的に接続されフオーカス電圧V_Fが印加され
ている。

ここで、第４グリツド５、第５グリツド６、第
６グリツド７により形成されるレンズ系はユニポ
テンシヤル形であり、第３グリツド４、第４グリ
ツド５により形成されるレンズ系はバイポテンシ
ヤル形のレンズ系である。

本実施例の第３グリツド４に印加される電圧
V_Fは先のユニポテンシヤル形の第３グリツド電
圧V_Bにくらべ数分の一に低くなつているため、
第２グリツド３と第３グリツド４との間の電位勾
配が小さくなり、ここに形成されるフオーカスレ
ンズの球面収差は著しく軽減されている。

一方、レンズ系の主要部を構成する第５グリツ
ド電極６はユニポテンシヤル形の第４グリツド電
極５と同様の作用を持ち、その長さが長いほど、
主レンズ系の球面収差を小さくできる。第３図ａ
は本発明の電子銃において主レンズ系の第５グリ
ツド電極６の長さl₅を変化させた場合の球面収差
差量の変化を、第３図ｂは同じくフオーカス電圧
の変化を解析した結果の一例である。第３図か
ら、本発明の電子銃では第５グリツド電極の長さ
が増す程フオーカス電圧は高くなることが、ま
た、フオーカス電圧とけい光面電圧との比が1/4
〜1/2の範囲で主レンズ系での球面収差が急激に
減ることが分る。

第４図は本発明の電子銃構成において、レンズ
系の長さl_Lを一定に保ちながら第５グリツド６の
電極長l₅を変化させた場合に得られる大電流域で
のスポツト径の変化を実測した結果である。

第４図から、大電流域で小さいスポツト径を得
るためには、l₅の長さとして第５グリツド電極内
径Ｄの1/2より長いことが必要である。

第５図は、従来のバイポテンシヤル形電子銃
G₁第１図に示したユニポテンシヤル形電子銃G₂、
および本発明の電子銃G₃について、陰極電流に
対する電子ビームスポツト径を実測し比較したも
のである。

従来のバイポテンシヤル形G₁にくらべ、本発
明の電子銃G₃では大電流でスポツト径が約３割
小さくなり、さらに小電流域でも、ユニポテンシ
ヤル形G₂にみられるような劣化がなく、逆にス
ポツト径の減少が実現される。

第６図は本発明の電子銃における大電流動作時
の主レンズ系での電子ビームの太さを変化したと
き、けい光面上で得られるスポツト径の変化を示
すものである。この特性は二つの相反する効果の
重ね合せで説明できる。即ち、電子ビーム中の電
子の熱初速度分散と空間電荷効果によつて決まる
スポツト径の成分（図中、曲線C₂で示す）は主
レンズ中での電子ビームが太いほど小さくなるの
に対し主レンズ系の球面収差から生ずる最小錯乱
円の大きさ（図中、曲線C₃で示す）すなわち、
収差によるスポツト径の成分は一定の電極内径の
レンズでは電子ビームの太さの３乗に比例して増
加する。したがつてこれらの効果が重なつた実際
の電子ビームスポツト径は第６図中の曲線C₁で
示したごとくある特定のところで最小となる。本
発明の電子銃では、大電流動作でレンズ中の電子
ビームの太さが、電極内径の1/2より太いときけ
い光面上のスポツト径は最小となる。

而して、従来のバイポテンシヤル形レンズを用
いた電子銃のビームスポツト径の変化は、第６図
において、曲線C₄の如くに示される。この曲線
C₄によれば、レンズ中の電子ビームの太さが、
電極内径の1/3のところでスポツト径は最小とな
る。したがつて、本発明によれば、曲線C₁，C₄
から明らかな如く、電子ビーム径の最大値を上記
レンズ径の内径Ｄの1/3より大きく選択すること
によつて、従来の電子銃よりもスポツト径を小さ
くすることが可能となるのである。

第７図は本発明の電子銃で第５グリツド電極長
l₅を1.7Dに選び主レンズ系主要部の長さl_Lと電子
ビームのスポツト径、および大電流域、小電流域
でのフオーカス電圧V_Fの変化を調べたものであ
る。

第７図ａに示される大電流域I_lのスポツト径
は、l_Lが4D付近で最小となる。なお、Isは小電流
域を示す。一方、第７図ｂに示されるフオーカス
電圧V_Fはl_Lの5.3D付近で大電流に対する値と小電
流に対する値が一致し、電子ビームの電流によつ
てフオーカス電圧を調整する必要がない条件のあ
ることがわかる。そのため、実用領域としては約
l_L≒6.0Dまで許容できる。なお、図中V₁，V₂は、
それぞれ大電流及び小電流のフオーカス電圧を示
し、Ｓは、l₅＝1.7Dのときの実用領域を示す。故
にl₅の長さを変えることによつて実用領域Ｓは4D
≦．l_L≦6.0Dの間を微妙に変化する。

陰極線管で動作状態のビーム電流に合せてフオ
ーカス電圧を電子回路を用いて動的に調整するこ
とは非常に困難であり、経済的にも実用性に乏し
いので、ビーム電流によらず一定のフオーカス電
圧で動作する電子銃特性は非常に望ましいもので
ある。

このフオーカス電圧が一定になる理由は次の通
りである。電子ビームの電流を増すとクロスオー
バーがけい光面側に動くことと、ビーム中の空間
電荷効果が大きくなるためけい光面上に作るはづ
のビームスポツトはけい光面より先に伸びてしま
う。これを補正するには、レンズ系の集束力を強
く、すなわち本発明の電子銃では第５グリツドの
電圧を低くしなければならない。一方、ビーム電
流を増したとき、クロスオーバーからの電子ビー
ムの発散角は電流と共に増大し、レンズ中のビー
ムの太さが増し、これによりレンズ系の球面収差
が増え、最小錯乱円はけい光面より陰極側に移動
する。従つてこの二つの効果が互に打ち消し合う
ようにレンズ系の球面収差量とビームの太さを選
べば、第７図ｂに示したような電流によらずフオ
ーカス電圧が一定になる条件がある。

本発明の電子銃では第５グリツド電極長l₅を一
定にしているので第７図に示したl_Lの範囲では主
レンズ系の球面収差量の変化が比較的小さいのに
対し、主レンズ中での電子ビームの太さは、ほぼ
l_Lに比例して太くなるので、l_Lで本発明の主レン
ズ系の特性が決まるとみてさしつかえない。

この観点から、l_Lの範囲は3.5D6Dの範囲に選
ぶのが適当である。

上述した様に、本発明の電子銃はビーム電流に
よらず、従来に比して３割程度スポツト径が小さ
く、かつビーム電流によらず一定のフオーカス電
圧で動作するという極めて優れた効果を有する。

なお、第２図では第３および第５グリツド電極
に同一のV_Fを印加しているが、異なる電圧を印
加してもさしつかえないし、主レンズ系を構成す
る電極の内径についても、すべて等しい必要は全
くない。

なお、以上の説明において示した、第３図〜第
７図の特性は、電子銃、20インチ、110°偏向の場
合でかつけい光面電圧を18kVとした場合につい
ても測定したものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明者によつて提案されたユニポテ
ンシヤル形電子銃の構成を示す図である。第２図
は本発明の一実施例の構成を示す図である。第３
図ａは本発明のレンズ系の第５グリツド電極の長
さを変化したときの球面収差量の変化を示し、第
３図ｂはフオーカス電圧の変化を示す特性図であ
る。第４図は本発明のレンズ系の長さを一定に保
つて第５グリツド電極の長さを変化させたとき得
られる大電流域でのスポツト径の変化を示す図で
ある。第５図は従来のバイポテンシヤル形レンズ
を用いた電子銃と、第１図に示されるユニポテン
シヤル形レンズを用いた電子銃、および本発明に
係るレンズ系を用いた電子銃の陰極電流とビーム
スポツト径との関係を示す特性図である。第６図
は本発明の電子銃と従来のレンズ系を用いた電子
銃のレンズ中でのビームの太さに対する熱初速度
分散と空間電荷効果によるスポツト径の成分、お
よび、レンズ系の球面収産によるスポツト径の成
分と、の変化を示す図である。第７図ａは本発明
の電子銃のレンズ部の長さに対するスポツト径の
変化を、第７図ｂはフオーカス電圧の変化を示す
図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 陰極から放出される電子ビームを集束するレ
   ンズ系を備えた電子銃において、上記レンズ系が
   ４個の円筒状電極を陰極側から順に第３、第４、
   第５及び第６グリツド電極として配置された電極
   からなり、第３グリツドと第５グリツドにフオー
   カス電圧を印加しかつ第４グリツドと第６グリツ
   ドにけい光面電圧を印加して、バイポテンシヤル
   レンズ系とユニポテンシヤルレンズ系を形成する
   と共に、上記第５グリツド電極の長さをその内径
   の1/2より長くしかつ上記第３グリツドの陰極側
   端面から上記第５グリツドの第６グリツド側端面
   までの長さを上記第５グリツドの電極内径の４倍
   から６倍の範囲にし、さらに上記フオーカス電圧
   を上記けい光面電圧の1/4〜1/2の大きさにしたこ
   とを特徴とする電子銃。