KR830002755B1 - 정전 접속형 촬상관 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

정전 접속형 촬상관

제 1도는 종래의 정전 접속형 및 전자 편향형 촬상관의 요부종 단면도.

제 2도는 제 1도에 나타낸 촬상관의 정전 접속렌즈부의 상세도.

제 3도는 제 4그리드의 내경에 대한 길이의비와 최소 착란디스크 직경의 관계를 나타내는 도면.

제 4도는 제 4그리드의 내경에 대한 길이의 비와 각도 배율의 관계를 나타내는 도면.

제 5도는 제 4그리드의 내경에 대한 길이의비, 접속 렌즈계의 최소착란 디스크 직경, 열방출초속도 분포에 의한 전자비임의 확산폭 및 전자비임 직경의 관계를 나타내는 도면.

제 6도는 제 4그리드의 내경에 대한 길이의 비와 해상도의 관계를 나타내는 도면.

제 7a도∼제7d도는 균일 전위 접속형 정전 렌즈의 다른 예를 나타낸 도면이다.

본 발명은 정전 접속형 촬상관에 관한 것이며, 특히 촬상관의 정전집속 렌즈부의 전극 구조에 관한 것이다. 먼저 종래의 정전집속형 촬상관의 구성과 기본적 동작원리에 대하여 간단히 설명하기로 한다.

제1도는 정전집속형 촬상관의 일례인 비디콘과 같은 정전집속형 및 전자편향형 촬상관의 구성을 나타낸 요부 종단면도이다. 동 도면에서, 1은 원통상의 유리관을 나타낸 것으로서 이 유리관(1)의 선단부에는 광도전 타게트(2)가 배치되고 후단부에는 후단벽을 관통하여 다수의 리이드핀(3)이 식설되어 있다. 이 유리관(1)내부는 높은 진공상태를 유지하도록 되어 있으며 후술하는 각종 전극이 동축선상(同軸線狀)으로 배치되어 있다. 5는 음극을 나타내고, 6,7은 각각 음극(5)에서 방사된 전자 비임의 전류량, 수렴각 및 단면적등을 제어하는 제 1그리드 및 제 2그리드를 나타낸다. 광도전 타게트(2)쪽의 제 2그리드(7)의 측면 가까이에 소공(8a)(비임 제한 다이아프램)을 가진 전자 비임 제한 전극(8)이 설치되어 있으므로 전자 비임은 상기한 소공(8a)을 통하여 가늘게 형성된다.음극(5), 제 1그리드(6)및 제 2그리드(7)는 전자총의 3극 부를 구성한다. 9,10,11은 원통상의 전극인 제 3그리드, 제 4그리드 및 제 5그리드를 나타내며, 이 3개의 전극(9),(10),(11)은 상기한 3극부에서 제 2그리드의 소공(8a)을 통하여 발산하는 전자비임을 광도전 타게트(2)의 면상에 미소한 스포트로 접속시키는 정전 접속렌즈 부를 구성한다.

또한, 12는 상기한 제 5그리드(11)와 광도전 타게트(2)간에 개재하는 망상(網狀)전극으로 된 제 6그리드를 나타낸다. 한편, 제 5그리드(11)및 제 6그리드(12)는 상기한 전자비임을 광도 전타게트(2)상에 항상 수직으로 투사시키는 조준 렌즈를 구성한다.

13은 상기 주사되는 전자비임을 편향시키는 전자편향 코일로서 유리관(1)의 외주부에 배치된다.

이런 형태의 촬상관은 3극부에서 방사되는 전자비임을 정전 접속렌즈부 및 망상 전극의 제 6그리드(12)에 의하여 광도 전타 게트(2)에 접속시키는 동시에, 상기한 전자비임을 전자편향코일(13)에 의해 편향시키도록 되어 있기 때문에 실제로 전자비임을 광도전 타게트(2)에 주사함으로써 영상신호를 얻을 수 있다. 즉, 광도전 타게트(2)의 면상에 광학상(光學像)이 형성될 때, 상기 광학상에 해당하는 전위분포가 광도전 타게트(2)의 면상에 나타나게 된다.

전자비임이 입사될 때 그 입사점의 전위는 거의 0볼트로 감소된다. 이 때, 광도전타게트(2)의 정전용량에 흐르는 방전전류는 영상신호로서 독출(read out)된다.

다음은 정전 집속렌즈부를 구성하는 제 3그리드(9), 제 4그리드(10) 및 제 5그리드(11)에 관하여 더욱 상세히 설명한다. 제 2도는 제 1도에 나타낸 바와 같이 촬상관의 정전 집속렌즈부를 나타내는 요부종 단면도이다.

동 도면에 나타낸 바와 같이 제 3그리드(9)는 계단부(階段部)를 가진 원통상의 전극으로서 내경이 서로 다른 상층원통부(9b)와 하층원통부(9a)가 상호 연결되어 있다.

상기 하층 원통부(9a)의 내경(d'3)은 상층원통부(9b)의 내경(d₃)보다 작다. 제 4그리드(10)는 그 일 단부(端部)가 제 3그리드(9)의 상층 원통부(9b)의 단부에 소정의 반경 간극(間隙)을 두고 중복시켜 배치된 원통상의 전극이며, 이 제 4그리드의 내경(d4)은 제 3그리드(9)의 상층원통부(9b)의 내경(d3)보다 크게 형성되어 있다. 제 5그리드 역시 계단부를 갖는 원통상의 전극으로서 제 4그리드(10)의 내경(d4)보다 큰 내경(d5)을 갖는 하층원통부(11a)와 이 하층 원통부(11a)의 내경(d5)보다 큰 내경(d'5)을 갖는 상층 원통부(11b)로 구성된다. 제 5그리드(11)의 하층원통부(11a)의 단부는 제 4그리드(10)의 타단부에 소정의 반경 간극을 두고 중복 되어 있다. 또한 동 도면에서 8a 및 12는 각각 상기한 전자비임 제한 전극, 전자비임을 제한하는 소공 및 제 6그리드를 나타낸다. 제 2도의 장단(長短) 대시선(20)은 유리관축에 해당한다. 여기서 종래의 공칭외경(公稱外經) 2/3인치 촬상관에 있어서, 제 3그리드(9), 제 4그리드(10) 및 제 5그리드(11)의 수치예를 나타내면 다음과 같다. 제 3그리드(9)의 길이(I₃)는 약 24.5mm, 이 하층 원통부(9a)의 내경(d'3)은 약 7.6mm, 이 상층원통부(9b)의 내경(d3)은 거의 9.6mm이다. 제 4그리드(10)의 길이(l4)는 약 12.0mm, 이 내경(d4)은 약 11.6mm, 이 상층원통부(11b)의 내경(d'5)은 약 12.4mm이다. 대개 제 3그리드(9)에는 DC 500V를, 제 4그리드(10)에는 DC70∼80V를, 제 5그리드(11)에는 DC300V를 인가한다. 제 6그리드(12)에는 DC 500V를 인가한다.

음극(5), 제 1그리드(6) 및 제 2그리드(7)에는 각각 OV, ―100∼OV, 300V를 인가한다. 동 도면의 l3, l4, l5는 각각 제 3그리드(9) 제 4그리드(10) 및 제 45그리드(11)의 실효길이를 나타낸다. 즉 l3는 제 3그리드(9)의 유리관의 축방향 길이로서 전자비임 제한 전극(8)측의 단부(21)에서 제 4그리드(10)측의 단부(22)까지의 길이를 나타내며, l4는 제 4그리드이 축방향 길이로서 제 3그리드(9)측의 단부(22)에서 제 5그리드(11)측의 제 4그리드(10)의 단부(23)까지의 길이를 나타내며, l5는 제 5그리드(11)의 길이로서 제 4그리드(10)의 단부(23)에서 제 6그리드(12)측의 제 5그리드(11)의 단부(24)까지의 유리관 축방향 길이를 나타낸다. 촬상관에 있어서, 해상 또는 촬상관의 성능을 판가름하는 중요한 요인이 된다.

촬상관의 해상도는 광도전성 타게트(2)에 투사되는 전자비임의 직경에 밀접한 관계를 갖고 있는 것으로서, 이 전자비임의 직경이 작아질수록 촬상관의 해상도는 향상된다. 그런데 집속되는 전자 비임의 실현가능한 최소 직경은 음극(5)에서 방출된 전자의 초속도 분포(즉 열방출 초속도 확산으로 칭함), 공간전하 효과 및 접속렌즈계의 수차(收差)에 의하여 제한된다. 상술한 정전 집속형 촬상관에 있어서 정전 렌자 부를 흐르는 전자비임의 전류밀도는 낮기 때문에 공간 전하 효과에 의한 전자비임의 확산폭은 크지 않으며 주로 열방출 초속도 확산과 접속렌즈계의 수차에 의한 전자비임의 확산은 지배적이다.

따라서 상술한 정전 집속형 촬상관에 관한한 만족스러운 해상도를 얻기 위해서는 상술한 두 요인에 의한 전자비임의 확산폭이 최소가 될 수 있도록 정전집속 렌즈계를 구성하는 각종 전극구조를 설계할 필요가 있다. 그러나 종래에는 정전 집속계내에서의 전자 비임의 거동(擧動)을 정확하게 알 수 없으므로 정전집속 렌즈부의 전극 구조와 전자비임의 확산폭과의 인과관계를 엄밀히 파악할 수 없었다. 이런 이유에서 종래의 정전렌즈부를 구성하는 각종 전극의 구조는 해상도에 대하여 반드시 가장 적당한 것이라고는 볼 수 없다. 본 발명의 목적은 정전접속 렌즈부를 구성하는 각종 전극의 수값을 가장 적절하게 함으로써 우수한 해상도 특성을 갖는 정전집속형 촬상관을 제공하는데 있다.

본 발명에 있어서, 정전집속 렌즈부내의 제4그리드(10)의 내경(d4)에 대한 길이(l4)의 비(l4/d4)는 1.15<l4/d4

2.30의 범위를 만족하도록 선택된다.

본 발명을 첨부도면과 관련하여 설명하면 다음과 같다. 본 발명은 정전 집속 렌즈부의 전극형상과 수차 및 각도 배율의 관계를 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 분석함으로써 전자비임의 확산폭을 결정할 수 있고 이 결과로 부터 최적한 정전집속 렌즈부의 전극 형상을 얻을 수 있다는 사실에 근거를 둔 것이다.

본 발명은 제 2도에 나타낸 바와 같은 상기 구조를 가진 정전집속 렌즈부를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 다음 설명에서 각종 전극에 인가되는 전압은 상술한 종래 촬상관에 준하는 값으로 가정한다.

먼저구면수차(球面收嗟)에 의한 전자 비임의 확산을 설명한다. 정전 집속형 촬상관에 있어서 정전 집속 렌즈중의 전자 비임의 최대직경은 제4그리드(10)의 내경의 약 10%정도 이므로 정전렌즈의 수차를 3차의 구면수차로 간주 할 수 있다.여기서 구면수차에 의한 전자 비임의 확산폭, 즉 최소 착란 디스크 직경(disk of least contusioni D_c)은 구면수차 계수(spherical aberrationcoefficient : C_3p)와 다음식으로 관계지을 수 있다.

여기서, M_L은 정전 접속 렌즈의 배율, θ는 전자 비임의 제한 소공(8a)에서의 전자비임의 발산 각도이다. 상기 관계식(1)에 나타낸 바와 같이 최소 착란 디스크 직경(D_c)은 구면수차계수(C_3p)에 비례하기 때문에 촛점거리가 일정한 정전 접속렌즈부의 수차특성을 계산하는데 최소 착란디스크직(D_c)경을 이용할 수도 있다. 제 3도는 최소착란 디스크 직경(D_c)(임의 단위)과 제 4그리드(10)의 내경(d4)에 대한 유효 길이(14)의 비(l4/d4)의 관계를 계산기 시뮬레이션을 통하여 얻은 결과를 나타낸 도면이다. 이 경우 정전 렌즈계의 전장(L)(전자 비임 제한 소공 8a에서 제 6그리드12의 그물눈 부분까지의 길이를 지칭)을 일정하게 유지한다.

동 도면에서 상기한 l4/d4의 비의증가에 따라서 최소 착란디스크 직경(D_c)이 감소한다는 것과 상기한 종래의 정전 접속렌즈에서의 l4/D4=1.15를 1.60이상으로 설성하게 되면, 구면수차에 의한 전자비임의 확산폭, 즉 최소착란 디스크 직경(D_c)이 약 1/2로 축소 개선된다는 것을 알 수 있다.

다음 설명은 열방출초속도의 분포에 의한 전자비임의 확산에 관한 것이다. 이 전자비임의 확산폭은 음극과 접속된 전자비임의 전류일도를 관계짓는 “Langmuir”식에 의하여 계산될 수 있는데, 이 식은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

여기서 ρ₃는 집속된 전자비임의 전류 밀도, ρ_c는 전자 비임제한 소공(8a)에서의 전자 비임의 전류 밀도, V는 제 6그리드(12)의 접속점에서 의전위, M_A는 정전 렌즈부의 각도배율, T는 음극의 온도, e는 전자의 전하량 그리고 k는 볼쯔만 상수이다.

여기서 집속점에서의 전자비임의 전류밀도(ρ₃)분포를 구형(矩形)분포로 근사 시킴으로서 전자의 열방출 초속도 분포에 의한 전자비임의 확산폭(D_L)을 다음과 같은 관계식으로 나타낼 수 있다.

여기서 iB는 정전 집속렌즈내에서의 비임 전류, π는 원주율이다, 상기 관계식(3)으로부터 전자비임의 확산폭(D_L)이 정전 접속렌즈부의 각도 배율(M_A)에 반 비례하여 변하는 것을 알 수 있다. 제 4도는 l4/d4와 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 얻어진 각도 배율(M_A)간의 관계를 나타낸 도면이다. 동 도면에 나타낸 바와 같이 l4/d4의 비가 증가함에 따라서 각도 배율(M_A)은 점차 감소한다. 일례로서 l4/d4의 비가 2.10일때 각도 배율(M_A)은 약 0.79인데 반하여 l4/d4의 비가 1.15인 종래 정전 집속렌즈의 경우에는 각도 배율(M_A)이 약 0.88이다. 제 5도는 최소확산 디스크 직경(D_c)과 제 4그리드(10)의 내경에 대한 길이의 비(l4/d4)로서 관계식(3)으로부터 계산된 전자비임의 확산폭(D_L)의 변화를 나타낸 도면이다. 관계식(3)에서 음극의 전자비임의 전류밀도(ρ)를 가능한한 크게 함으로써 열방출초속도 분포에 의한 전자 비임의 확산폭(D_L)이 감소됨을 알 수 있다.

그런데 전류밀도(ρ³)의 증가는 음극수명의 단축요인이 되기 때문에 전류 밀도(D_c) 를 무한정 크게 할 수는 없다. 일반적인 촬상관안에 사용되는 산화물 음극에 있어서 전류밀도(ρ_c)는 0.2∼0.5 A/cm²의 범위내의 값이 가장 적당하다. 관계식(3)에서 분명하게 알 수 있듯이 전자 비임의 발산각(θ)을 가능한한 크게 해줌으로써 열방출초속도 분포에 의한 전자비임의 확산폭(D_L)이 감소하게 된다. 그런데 관계식(1)에서 발산각(θ)의 증가는 상당한 최소착란 디스크 직경(D_L)의 증가를 초래한다는 것을 알 수 있다. 그러므로 발산각( )은 전자 비임의 확산폭(D_C)과 최소착란 디스크 직경(D_C)을 평균화함으로써 구하여지는데 통상 1°전후의 값을 갖도록 고정시켜 놓는다.

제 5도에 나타낸 바와 같이 열방출 초속도에 의한 전자 비임의 확산폭(D_L)은 대표적인 3극부의 비임 전류가 2.4μA,전류밀도(ρ_c)가 0.38A/cmm², 발산각(θ)이 1.37°인 가정하에 있을 때 관계식(3)으로 부터 산출하여 얻을 수 있다. 제 5도에서 제 4그리드(10)의 내경에 대한 길이의 비(l4/d4)가 증가함에 따라 최소 착란 디스크 직경(D_C)은 점차 감소하는 반면, 전자 비임의 확산폭(D_L)은 완만하게 증가하는 것을 명백히 알 수 있다. 또한, 동 도면에는 D_C의 제곱과 D_L의 제곱의합에 대한 평방근(√D

²＋D_L ²)으로 정의되는 전자비임의 스포트 직경(D)이 표시되어 있다. 여기서 비임스포트 직경(D)은 l4/d4의 비가 약 1.5일 때 최소값을 가지며, 이 최소값은 l4/d4의 비가 1.15인 종래의 정전 렌즈부에 있어서의 비임 스포트 직경에 비하여 9%정도 작음을 알 수 있다.

그러므로, 제 4그리드(10)의 실효길이(14)가 제 4그리드의 내경(d4)의 1.50배 즉, l4=1,5d4로 설정될때 가장 우수한 정전 접속렌즈부를 얻을 수 있다.

좀 더 구체적으로 말하자면, 공칭외경 2/3인치 촬상관에서의 제 3그리드(9), 제 4그리드(10) 및 제 5그리드(11)의 수치는 l3=22.8mm, l4=15.6mm, l5=21.8mm가 되도록 설정한다. 한편 이 3가지 그리드(9), (10), (11)의 전극 내경 및 그곳에 인가되는 전압은 상술한 종래의 촬상관의 경우와 같다. 또한 제 4그리드(10)의 실효길이(l4)의 선택범위가 1.15 d4<l4

2.30정도로 확장된다 하더라도 이 경우의 비임 스포트 직경(D)은 종래의 정전 렌즈에서의 비임 스포트 직경에 비하여 여전히 작기 때문에 본 발명의 소정의 목적을 얻을 수 있는 것이다. 제 6도는 제 4그리드(10)의 길이(l4)가 각기 다른 각종 정전 접속전자편향 촬상관에 대한 해상도를 나타낸 도면이다. 이 도면의 횡촉은 제 4그리드(10)의 내경에 대한 길이의 비(l4/d4)를 나타내며 종축은 400TV라인의 공간 주파수를 갖는 세로줄무늬에 대한 진폭응답(AR)의 크기(임의 단위)로 표현되는 해상도를 나타낸다.

비임 스포트의 직경(D)의 역수가 해상도에 대응한다는 것을 고려할 때 제6도에 나타낸 실측 해상도(AR)의 l4/d4에 대한 의존성의 제 5도에 나타낸 전자 비임의 스포트 직경(D)의 계산결과와 일치함을 알 수 있으므로 정전 접속렌즈부에 관련된 최적수치의 상기 선택은 타당한 것임이 증명된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 높은 해상도를 가진 정전 접속 촬상관을 제공하는 데 있다. 상술한 설명에서 정전 접속렌즈는 제 2도에 나타낸 계단 구조의 전극을 갖는다고 언급한 바 있는데 본 발명은 단지 이 계단 구조의 전극에만 국한되는 것이 아니고 균일전위 점속형(UPF : Unipotential Focusing Type)전극구조에 관한한 임의의 변형에도 적용될 수 있다. 제7a도∼제7d도는 UPF형 정전렌즈의 다른 전형적인 전극구조를 나타낸 도면이다. 제7a도∼제7d도 및 제 2도에서는 동일부분에 대하여 동일한 참조번호를 나타낸다. 제7a도에 나타낸 전극구조에서 제 3그리드(9), 제 4그리드(10) 및 제 5그리드(11)의 내경은 다 같은 크기를 가지며 제 4그리드(10)의 실효길이(l4)는 제 3그리드(9)의 단부(22)와 제 4그리드(10)의 일 단부(22')의 중간점으로부터 제 4그리드(10)의 다른일 단부(23)와 제 5그리드(11)의 단부(23')의 중간점까지의 유리관의 축방향 길이를 나타낸다. 제7b도 및 제7c도의 전극구조에서 제 4그리드(10)의 내경(d4)은 제 3그리드(9) 및 제 5그리드(11)의 내경에 비해 크게 표시되어 있다. 제7b도의 제 4그리드(10)의 양(兩)단부는 각각 제 3그리드(9)의 단부(22)와 제 5그리드(11)의 단부(23')에 중복되어 있다.

제7c도의 3가지 그리드(9), (10), (11)은 유리관 축을 따라 각각 서로 분리되어 배열되어 있다. 제7b도에서, 제 4그리드(10)의 실효길이(l4)는 제 3그리드(9)의 단부(22)에서 제 5그리드(11)의 단부(23')까지의 유리관 축방향 길이로서 정의되는데 제7c도에서 제 4그리드(10)의 실효길이(l4)는, 제7a도의 경우와 마찬가지로 제 3그리드(9)의 단부(22)와 제 4그리드(10)의 일단부(22')사이의 중간점에서 제 4그리드(10)의 다른 일단부(23)와 제 5그리드(11)의 단부(23')의 중간점까지의 유리관 축방향 길이로서 정의된다. 제7d도에 나타낸 전극 구조에서 제 4그리드(10)의 내경은 제 3그리드(9) 및 제 5그리드(11)의 내경보다 작게 설정되어 있으며 제 4그리드(10)의 실효길이(l4)는 제 4그리드(10)의 일 단부(22')에서 그의 다른 일 단부(23)까지의 유리관 축방향 길이로서 정의된다. 상술한 정전 렌즈의 전극 구조들은 전극 조립공정의 기술상의 면에서 제안된 것이며 상기 구조상의 차이는 해상 도특성에 관해서 아무런 영향을 주지 않는다.

더구나 본 발명은 일반적인 접촉 기능을 실행하기 위해 전자 접속렌즈가 결합된 상술한 정전렌즈에 대해서도 적용될 수 있다.

Claims (1)

1. 음극(5)과 제 1, 제 2그리드(6), (7)을 포함하여 전자 비임을 발생시키는 전자 비임 방출부와, 광도전 타게트(2)와, 정전 접속렌즈 등으로 이루어지는 정전 집속형 텔레비젼 촬상관에 있어서, 상기정전 접속렌즈는 전자 비임 방출부와 전자비임을 집속하는 광도전타게트 사이에 배치된 그리드 전극(원통 전극수단)을 포함하고 상기 그리드 전극은 전자 비임 방출부로부터 상술한 순서에 따라 축방향으로 배치된 제 3, 제 4, 제 5그리드(9),(10),(11)를 가지며, 제 3그리드(9)에는 제 5그리드(11)에 인가된 제 3전압보다 큰 제 1전압이 인가되고 제 4그리드(10)는 제 3전압보다 작은 제 2전압이 인가되며, 제 4그리드는 1.20<l4/d4

   

   2.30의 관계를 만족하고, l4와 d4는 제 4그리드의 길이와 내경이 되는 것을 특징으로 하는 정전 집속형 텔레비젼 촬상관.

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