JPH0670900B2 - 光放射電子管 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、管内に封入した光放射気体を、電子との衝突
により励起させ、光を管外へ放射する光放射電子管に関
する。

（背景技術） 近年、第４図に示すように、光放射に対して透過性を有
する管体１内に水銀蒸気等の光放射気体を封入すると共
に、熱電子放射型のカソード２と電子通過性のアノード
３とを設け、カソード２とアノード３との間で電子を加
速し、アノード３の前方空間４で電子と気体原子との衝
突により励起発光させる方式のランプが提案されている
（例えば、特開昭57-130364号）。この方式によれば、
アノード３を通過して前方空間４に入射する電子の運動
エネルギーは、前記カソード２とアノード３との間に印
加する電圧で制御できる。この電子の運動エネルギーを
光放射気体の励起発光に最適な運動エネルギーに制御す
ることにより、高発光効率のランプを実現できる可能性
がある。

しかし、上記従来方式に係るランプにおいては、アノー
ド３の前方空間４における電子による空間電荷効果を除
去するために、光放射気体の一部を電離させる必要があ
り、そのために高いアノード電圧を印加している。従っ
て、管内のほとんどの電子には気体原子を励起発光させ
るに最適な運動エネルギーよりもはるかに高い運動エネ
ルギーが与えられ、励起発光に寄与している電子の数は
少なく、これが発光効率を低下させている。

（発明の目的） 本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、その目的
とするところは、電子の運動エネルギーをより低く制御
することにより、発光効率の良い光放射電子管を提供す
るにある。

（発明の開示） 本発明は、熱電子放射型のカソードと電子通過性のアノ
ードとを、光放射気体を封入した透光性管体内に配設し
て成る光放射電子管において、前記アノードをリング状
に形成すると共に、該アノードリングの中心とカソード
とを結ぶ線上で且つアノードリングの中心を基準にして
カソードの存在する側とは反対の側に静磁界発生源を配
し、該静磁界発生源によりカソードからの電子をアノー
ドリングの中に絞り込んで通過させてアノードリングの
中心を基準にしてカソードの存在する側とは反対の側の
管体に照射すると共に、アノードリングの中心を基準に
してカソードの存在する側とは反対の側の管体にて前記
照射する電子を前記カソードの方へ反射せしめ、該反射
した電子を前記カソードの背後空間の方へ導き、該反射
した電子を背後空間で発散させたことを特徴とする。

以下、本発明を実施例により説明する。

第１図は本発明に係る光放射電子管を示す簡略構成図で
ある。管体１は、所望の光放射（ここにいう光放射と
は、紫外線放射および赤外線放射を含む）に対して透光
性を有する材料、例えば、透明ガラスにより気密に形成
されている。該管体１の内部には、熱電子放射型のカソ
ード２が配設されると共に、該カソード２から電子の平
均自由行程と等しいか若しくは短い位置に、電子透過性
のリング状のアノード３が配設されている。

なお、管体１の内部には、例えば蒸気化水銀の如き電子
の衝突により励起され、光を放出しうる低圧の光放射気
体が封入され、管体１の内面には、必要に応じて蛍光体
が被着される。また、前記カソード２の両端には加熱用
電源５が接続され、アノード３とカソード２との間に
は、封入気体を充分に電離させ励起を引き起こすことの
できる運動エネルギーを電子が持つような電圧源６が接
続されている。そして、該アノードリング３の中心とカ
ソード２とを結ぶ線上で且つアノードリング３の中心を
基準にしてカソード２の存在する側とは反対の側に、静
磁界発生源に相当する永久磁石７が配設されている。

第２図は、前記実施例に係るアノード付近の電磁分布と
磁界分布とを示したものであり、第３図は従来例に係る
アノード付近の電界分布と磁界分布とを示したものであ
る。第２図と第３図とを比較すれば明らかなように、第
２図と第３図とで異なるのは、永久磁石７の位置が異な
ることである。すなわち、永久磁石７は、第２図に示す
実施例の光放射電子管にあっては、アノードリング３の
中心とカソード２とを結ぶ線上で且つアノードリング３
の中心を基準にしてカソード２の存在する側とは反対の
側に配設され、第３図に示す従来例の光放射電子管にあ
っては、アノードリング３の中心とカソード２とを結ぶ
線上で且つアノードリング３の中心を基準にしてカソー
ド２の背後に配設されている。

従って、第２図に示す実施例の光放射電子管にあって
は、永久磁石７によって発生される磁力線Ｂ（図におい
て一点鎖線で示す）は、アノードリング３の中央付近に
収束して来ており、カソード２の方へ行くほど粗に成り
発散して行っている。一方、第３図に示す従来例の光放
射電子管にあっては、永久磁石７によって発生される磁
力線Ｂは、カソード２の中央付近に収束して来ており、
アノードリング３の方へ行くほど粗に成り発散して行っ
ている。

なお、第２図と第３図とではカソード２とアノードリン
グ３との配設関係は等しくされ、しかも、カソード２に
対するアノードリング３の電位も等しくされている。こ
のことは第２図と第３図との等電位線の形状からも理解
できるであろう。また、アノード３がリング状であるた
め、中央付近の電位は低くなっていることも、等電位線
の形状から理解できるであろう。

ところで、磁力線Ｂの存在する空間で運動する電子は、
ラーマー半径で磁力線Ｂに巻き付くような状態で、磁力
線Ｂに沿って回転運動を伴った螺旋軌跡を描きながら進
行する性質がある。また、電子は電界に従った（等電位
線に対して直交するような）力を受け、電子の進行経路
の始点の電位と現在位置の電位との差に相当する運動エ
ネルギーを得る。

従って、第２図に示す実施例の光放射電子管にあって
は、カソード２から放出される電子は、次のような運動
を行う。すなわち、カソード２から放出される電子は、
カソード２とアノードリング３との電位差で生じる電界
分布に従ってアノードリング３に接近し吸収されようと
する。しかしながら、カソード２から放出される電子は
磁力線Ｂが存在するために磁力線Ｂに巻き付くような状
態で進行することに成り、アノードリング３の中央付近
に収束しながらアノードリング３の中央付近を通過し
て、アノードリング３の中心とカソード２とを結ぶ線上
で且つアノードリング３の中心を基準にしてカソード２
の存在する側とは反対の側の管体１の内面へ突進する。
このアノードリング３の中央付近に収束しながらアノー
ドリング３の中央付近を通過する電子の運動エネルギー
は、カソード２の電位とアノードリング３の中央付近の
電位との差に比例する。

一方、第３図に示す従来例の光放射電子管にあっても、
カソード２から放出された電子は、前述同様に、カソー
ド２とアノードリング３との電位差で生じる電界分布に
従ってアノードリング３に接近し吸収されようとすると
共に、磁力線Ｂに巻き付くような状態で磁力線Ｂに沿っ
て進行しようとする。しかも、第３図に示す従来例の光
放射電子管にあっては、磁力線Ｂはカソード２の中央付
近に収束して来ており、アノードリング３の方へ行くほ
ど粗に成り発散している。

従って、第３図に示す従来例の光放射電子管のカソード
２から放出する電子の多くは、前述した第２図に示す実
施例の光放射電子管の場合よりも、アノードリング３に
接近した高電位空間を通過することに成る。

すなわち、カソード２から放出された電子がアノードリ
ング３から得る運動エネルギーは、第３図に示す従来例
の光放射電子管よりも、第２図に示す実施例の光放射電
子管の方が低い。つまり、第２図に示す実施例の光放射
電子管の方が、電子の運動エネルギーを光放射気体の励
起発光に最適な運動エネルギーまで低めることができ、
高発光効率のランプが実現できる。

また、第２図に示す実施例の光放射電子管にあっては、
カソード２から放出される電子が永久磁石７の磁力線に
巻き付くようにして、アノードリング３の中央付近を通
過して、アノードリング３の中心とカソード２とを結ぶ
線上で且つアノードリング３の中心を基準にしてカソー
ド２の存在する側とは反対の側に管体１の内面に次々に
飛来する。そして、アノードリング３の中心とカソード
２とを結ぶ線上で且つアノードリング３の中心を基準に
してカソード２の存在する側とは反対の側の管体１の内
面は、次々に飛来する電子によって強く負に帯電する。
従って、アノードリング３の中心とカソード２とを結ぶ
線上で且つアノードリング３の中心を基準にしてカソー
ド２の存在する側とは反対の側の管体１の内面は、次々
に飛来する電子に対して、斥力を作用するように成る。

すなわち、アノードリング３の中央付近を通過して次々
に飛来する電子は、アノードリング３の中心とカソード
２とを結ぶ線上で且つアノードリング３の中心を基準に
してカソード２の存在する側とは反対の側の管体１の内
面で斥力を受け反射して、アノードリング３の方へ戻る
ように進行する。この反射してアノードリング３の方へ
進行する電子にあっても、磁力線Ｂに巻き付くような状
態で磁力線Ｂに沿って進行する。

すなわち、アノードリング３の中心とカソード２とを結
ぶ線上で且つアノードリング３の中心を基準にしてカソ
ード２の存在する側とは反対の側の管体１の内面で斥力
を受け反射して、アノードリング３を通過すると共にカ
ソード２をも通過してカソード２の背後空間（カソード
を基準にしてアノードと反対側の空間）４へ入射する電
子は、磁力線Ｂに沿って広がり発散する。しかも、カソ
ード２の背後空間４へ入射する電子は、途中で１回程度
は光放射気体の原子に衝突し、その運動エネルギーを一
部失ったり運動方向を変えたりする。

例えば、ある磁力線B₁（図示せず）に絡み付くようにし
てアノードリング３の中央付近を通過し、アノードリン
グ３の中心とカソード２とを結ぶ線上で且つアノードリ
ング３の中心を基準にしてカソード２の存在する側とは
反対の側の管体１の内面で斥力を受け反射し、カソード
２の背後空間４の方へ進行する電子は、カソード２の背
後空間４に達する頃には磁力線B₁に絡み付くのではなく
他の磁力線B₂（図示せず）に絡み付いている。

すなわち、カソード２から放出する電子は、行きと戻り
とでは同じ経路を通らない。つまり、同じ経路を通って
同じ位置に戻って来るならば、該同じ位置に戻って来た
電子の運動エネルギーは、該位置で一端零に成るはず
で、再びアノードリング３の方へ加速され振動し、カソ
ード２の背後空間４に達する電子は一見無いように思わ
れるが、前述したように同じ経路を戻るのではないの
で、カソード２の背後空間４に電子が達し得るのであ
る。

このようにしてカソード２の背後空間４に達した電子の
運動エネルギーは、カソード２とアノードリング３との
間の電界分布により大勢的に運動エネルギーが失われ、
光放射気体の励起発光に最適な運動エネルギーまで低く
成っている。つまり、カソード２の背後空間４では、高
発光効率のランプ発光が実現できる。事実、第１図に示
す配設関係において、カソード２とアノードリング３と
の位置を入れ替えた場合と、第１図に示す通りの配設関
係とした場合とで、光放射電子管の発光効率を比較する
と、第１図に示す通りの配設関係とした場合の方が約1.
3倍に上昇することが確認できた。

また、第２図に示すように、アノードリング３の中心と
カソード２とを結ぶ線上で且つアノードリング３の中心
を基準にしてカソード２の存在する側とは反対の側に永
久磁石７を配設しているので、磁界分布がカソード２の
背後空間４の奥に行くほど発散して、該背後空間４では
均一な発光が得られる。

更に、アノードリング３を通過した電子は、磁力線Ｂに
巻き付くような状態で進行してゆくので、気体原子との
衝突確率も高くなり発光効率も上昇する。また、従来例
では磁力線Ｂに沿って電離したイオンがカソード２に向
かって集中して衝突し、カソード２が加熱され負特性に
なりやすいという問題があったが、本実施例では電離し
たイオンがカソード２に集中しないので、カソード２が
加熱されにくく負特性に移行しにくい。

（発明の効果） 本発明の光放射電子管は上記のように構成されているの
で、カソードとアノードとの間に、電位エネルギー（位
置エネルギー）が全て運動エネルギーに変換されたとす
れば、光放射気体の励起発光に最適な運動エネルギーを
遥かに超える高い電圧を印加しておいても、カソードと
アノードとの間の電圧以下の低い運動エネルギー（光放
射気体の励起発光に最適な運動エネルギー）を備えた電
子を、背後空間（カソードを基準にしてアノードと反対
側の空間）に多く供給することができ、また、磁力線に
絡み付くようにして電子の飛行距離を増加して光放射気
体と電子との衝突確率を増加させることができ、更に、
負特性に移行しにくく、発光効率の良い優れた光放射電
子管を提供できると言う効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す簡略構成図、第２図は
上記実施例に係るアノード付近の電界分布と磁界分布と
を示す分布図、第３図は従来例に係るアノード付近の電
界分布と磁界分布とを示す分布図、第４図は他の従来例
の簡略構成図である。 １……管体、２……カソード、３……アノード、４……
背後空間、5,6……電圧源、７……静磁界発生源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部に低圧の光放射気体が封入され、光放
   射に対して透光性を有する管体と、該管体内に配設され
   た熱電子放射型のカソードと、該カソードからの距離が
   電子の平均自由行程と等しいか若しくは短い位置に配設
   された電子通過性のアノードとを有し、前記カソードと
   アノードとの間に光放射気体が少なくとも励起発光する
   に充分な電圧を印加して成る光放射電子管において、前
   記アノードをリング状に形成すると共に、該アノードリ
   ングの中心とカソードとを結ぶ線上で且つアノードリン
   グの中心を基準にしてカソードの存在する側とは反対の
   側に静磁界発生源を配し、該静磁界発生源によりカソー
   ドからの電子をアノードリングの中に絞り込んで通過さ
   せてアノードリングの中心を基準にしてカソードの存在
   する側とは反対の側の管体に照射すると共に、アノード
   リングの中心を基準にしてカソードの存在する側とは反
   対の側の管体にて前記照射する電子を前記カソードの方
   へ反射せしめ、該反射した電子を前記カソードの背後空
   間の方へ導き、該反射した電子を背後空間で発散させた
   ことを特徴とする光放射電子管。