JPS62264540A - 電子銃 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子銃１％に陰極線管用電子銃に関する０ 従来、陰極線管用電子銃の集束レンズとしてユニポテン
シャル形とパイポテンシャル形の２種が最も多く利用さ
れている。

従来のユニポテンシャ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って、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グリッド２
と第２グリッド３で制御してクロスオーバーを形成させ
、第３グリッド４、第４グリッド５、第５グリッド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ット
を得ている。

通常のユニポテンシャル形では第３グリッド４と第５グ
リッド６はけい光面の電圧ＶＢを印加し第４グリッドは
フォーカス電圧■２として零電圧附近に選ぶ場合が多い
が、このフォーカス電圧を零とするためには、第４グリ
ッド５の長さをレンズ強度の関係で電極内径りの１７２
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、フォーカス電極となる第４グ
リッド５の内径に対する長さを増すとフォーカス電圧は
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パイポテンシ
ャル形のレンズ系を有する電子銃に比較して、電子ビー
ムのスポッ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ャル形式の電子銃を改良
して、さらに電子ビームのスポット径を小さくし、もっ
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
とするものである。

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グリッド電極とするとき。

その第３グリッド電極と第５グリッド電極にフォカス電
圧を印加すると共に、第４グリッド電極と第６グリッド
電極に陰極線管のけい光面電圧と等しい電圧を印加し、
さらに第５グリッド電極の長さをその内径の１７２より
長くする。

以下、図面により本発明の詳細な説明する。

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、ド２、第２グ
リッド３と、レンズ系を形成する第３グリッド４．第４
グリッド５．第５グリッド６、および第６グリッド７か
ら成り、第４グリッド５と第６グリッド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Ｔ圧
）■３が印加され、第３グリッド４と第５グリッド６は
電気的に接続されフォーカス電圧■２が印加されている
。

ここで、第４グリッド５．第５グリッド６、第６グリッ
ド７により形成されるレンズ系はユニポテンシャル形で
あり、第３グリッド４．第４グリッド５により形成され
るレンズ系はパイポテンシャル形のレンズ系である。

本実施例の第３グリ、ド４に印加される電圧Ｖ、は先の
ユニポテンシャル形の第３グリ、ド電圧■８にくらべ数
分の−に低くなっているため、第２グリッド３と第３グ
リ、ド４との間の電位勾配が小さくなり、ここに形成さ
れるフォーカスレンズの球面収差は著るしく軽減されて
いる。

一方、レンズ系の主要部を構成する第５グリッド電極６
はユニポテンシャル形の＠４グリッド電極５と同様の作
用を持ち、その長さが長い程、主レンズ系の球面収差を
小さく出来る。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。

ド電極６の長さ７？５を変化させた場合の球面収差量の
変化を、第３図（ｂ）は同じくフォーカス電圧の変化を
解析した結果である。第３図から１本発明の電子銃では
第５グリッド！極の長さが増すほど主レンズ系での球面
収差が減り、フォーカス電圧は高くなることがわかる。

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を一定に保ちながら第５グリッド６の電極ｌ、を変
化させた場合に得られる大電流域でのスポット径の変化
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ット径を得ルタめニ
ハ、７？５の長さとして第５グリッド電他内径りの１／
２より長いことが必要である。

第５図は、従来のパイポテンシャル形電子銃Ｇ１．第１
図に示したユニポテンシャル形電子銃Ｇ２．および本発
明の電子銃Ｇ３につぃ工、陰極電流に対する電子ビーム
スポット径を実測し比較したものである。

従来のパイポテンシャル形Ｇ１にくらべ１本発明の電子
銃Ｇ、では大電流でスポット径が約３割小さくなり、さ
らに小電流竣でも、ユニポテンシャル形Ｇ２にみられる
ような劣化がなく、逆にスポッ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
で得られるスポッ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黙祷速度分散と空間電荷効果に
よって決まるスポット径の成分（図中１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
きさく図中１曲線Ｃ３で示す）すなわち、収差によるス
ポッ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。したがってこれら
の効果が重なった実際の電子ビームスポット径は第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
光面上のスポット径は最小となる。

面シて、従来のパイポテンシャル形レンズを用いた電子
銃のビームスポット径の変化は、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
中を通過する電子ビームの太さが、電極内径の１／３の
ところでスポット径は最小となる。したがって１本発明
によれば１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系の内径りの１／３より大き
く選択することによって、従来の電子銃よりもスポット
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グリッド電極長ｌ、を１
．７Ｄに選び主レンズ系主要部の長さｉＬと電子ビーム
のスポット径、および大電流域、小電流域でのフォーカ
ス電圧■２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、のスポット径は、
／！、が４Ｄ附近で最小となる０なお、■、は小電流域
を示す。一方、第７図（ｂ）に示されるフォーカス電圧
Ｖｒはｉ、の５．３Ｄ附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ってフォー
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
。なお１図中ｖ１゜■２は、それぞれ大電流及び小電流
のフォーカス電圧を示し、Ｓは、実用領域を示す。

陰極線管で動作状態のビーム電流に合せてフォーカス電
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
よらず一定のフォ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。

このフォ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ットはけい光面
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
ッドの電圧を低くしなければならない〇一方、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。従ってこの二つの効
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、筒７図（ｂ）に示したような電流
によらずフォ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グリッド電極長／！’５を一定
にしているので第７図に示した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。

はぼ／！１に比例して太くなるので、ｌ！１で本発明の
主レンズ系の特性が決るとみてさしつかえない。

この観点から、／１の範囲は４Ｄく６Ｄの範囲を選ぶの
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割程度スポット径が小さく、かつビーム
電流によらず一定のフォ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グリッド電極に同一の
Ｖ、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、以上の税明において示した。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図は本発明者によって提案されたユニポテンシャル
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０ 第３図（ａ）は本発明のレンズ系の第５グリッド電極の
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）はフォーカス電圧の変化を示す特性図である。 図４図は本発明のレンズ系の長さを一定に保って第５グ
リッド電極の長さを変化させたとき得られる大電流域で
のスポット径の変化を示す図である０ 第５図は従来のパイポテンシャ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ャル形レンズを用
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ッ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黙祷速度分散と
空間電荷効果によるスポット径の成分、および、レンズ
系の球面収差によるスポット径の成分と、の変化を示す
＃本図である。 第７図（ａｌは本発明の電子銃のレンズ部の長さに対す
るスポット径の変化を、第７図（ｂ）はフォーカス電圧
の変化を示す図である。 代理人弁理士　小　川　勝　男、・　ゝ、１（。 ＼、− 第１囚 第２囚 坏衝ｙ、ｌ−リ４ζ Ｖ／　Ｖｓ　（’／−）　　　　　　　　　ぶ０　　１
）、ｒ　　　７６１　　　Ｉｆ　　　２．ＯＪｒ／Ｄ 第９の 珍Ｊ：ＪＡ賀人（帆Ａジ Ｘ（ｚ〉ス”ＰＩｆｇ７’ＪＪ’ｌ！４ｎｉ　Ｄ第７図 （％ ｌ乙／り １！−ｔ／Ｄ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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グリッ
   ド電極として配置された電極からなり、第３グリッドと
   第５グリッドにフォーカス電圧を印加しかつ第４グリッ
   ドと第６グリッドにけい光面電圧を印加して、バイポテ
   ンシャルレンズ系とユニポテンシャルレンズ系を形成す
   ると共に、上記第５グリッド電極の長さをその内径の１
   ／２より長くしたことを特徴とする電子銃。 ２、特許請求の範囲第１項において、上記レンズ系を通
   過する電子ビーム径の最大値を上記レンズ系を構成する
   円筒状電極の内径の１／３より大きくしたことを特徴と
   する電子銃。 ３、特許請求の範囲第１項において、上記フォーカス電
   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。