KR900001713B1

KR900001713B1 - 텔레비젼카메라 튜우브장치

Info

Publication number: KR900001713B1
Application number: KR1019850005029A
Authority: KR
Inventors: 마사노리 마루야마; 마사미찌 모리야; 신이찌 가또; 마사가즈 후꾸시마; 야스히꼬 노나까; 찌하야 오구스
Original assignee: 가부시기가이샤 히다찌세이사구쇼; 미따 가쯔시게; 니뽕호소쿄오카이; 가와하라 마사히또
Priority date: 1984-07-18
Filing date: 1985-07-15
Publication date: 1990-03-19
Also published as: US4682077A; EP0169480A2; JPS6129045A; EP0169480B1; EP0169480A3; KR860001665A; DE3570801D1

Abstract

내용 없음.

Description

텔레비젼카메라 튜우브장치

제1도는 본 발명을 응용한 텔레비젼카메라 튜우브장치의 개략 구성도.

제2도 및 제3도는 본 발명의 텔레비젼카메라 튜우브장치에 사용되는 전자총의 요부를 도시하는 확대부분 단면도.

제4도는 본 발명의 실시예의 비임특성과 종래 장치의 비임특성과를 비교하기 위한 도해적 설명도.

제5도는 본 발명에 따른 비임확산각도 특성의 일례를 도시하는 그래프.

제6a, b, c도는 본 발명에 따른 전자궤적의 예시도.

제7도는 종래의 다이오우드형 전자총의 요부를 도시하는 확대부분 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 음극 2 : 히이터

3 : 제1그리드전극 4 : 제2그리드전극

5 : 제3그리드전극 6 : 제4그리드전극

7 : 표적 8 : 진공외피

9 : 촛점코일 10 : 편향코일

11 : 정렬코일 12 : 전자비임

본 발명은 텔레비젼카메라 튜우브장치에 관한 것으로, 특히 정상 조작하에서 층류 전자비임이 발생되고 필요에 따라 고비임전류를 얻을 수 있는 텔레비젼카메라 튜우브장치의 개량에 관한 것이다.

비디콘형 텔레비젼카메라 튜우브에 있어서는, 피사체의 휘도에 대응하는 전하의 패턴이 광전도층에 형성되고, 광전도층에는 전자총으로부터 방출되는 전자비임이 주사되어 패턴화된 전하를 연속적으로 방전하고, 연속방전에 따른 충전전류가 튜우브로부터 신호로서 송출된다. 일반적으로, 피사체에 따라 일단 발생한 전하가 모두 1회의 비임주사 사이클동안에 완전히 방전되지는 않는다. 따라서, 피사체가 튜우브의 시야로부터 사라지더라도, 후속 비임주사 사이클중에는 잔류전하에 의한 가신호가 발생하여 신호지연을 초래하고, 그 결과 움직이는 피사체를 촬영할 때에는 화질이 악화되게 된다. 특히, 적층형 광전도층을 가진 텔레비젼카메라 튜우브에 있어서는, 신호지연이 주로 광전도층의 정전용량과 주사전자비임의 비임저항과의 곱으로써 결정되는 시간상수를 가지는 용량신호지연에 기인한다. 비임저항은 전자비임을 형성하는 전자의 속도분포와 등가이며, 저지연특성을 실현하기 위해서는 전자비임이 좁은 전자속도분포를 가지는 것이 필요하다.

본 기술분야에 잘 알려진 바와 같이, 음극으로부터 방출되는 전자는 맥스웰분포에 속하는 속도분포를 가지게 되지만, 전자가 고전류밀도를 가지는 가는 비임으로 수렴될때에는, 전자간의 쿨롱힘의 작용으로 인하여 에너지 이완형상이 발생하므로써 속도분포를 광역화시키게 된다. 이 현상이 이른바 보쉬효과라는 것으로 본 기술분야에 공지되어 있으며, 속도분포의 광역화비율은 대략 J(Z) 1/3에 비례한다. 여기서 J(Z)는 비임축상의 전류밀도를 나타낸다.

따라서, 저지연특성을 목적으로 하는 텔레비젼카메라 튜우브에 있어서는, 비임전류밀도의 증가를 가능한한 억제시켜야 한다. 이러한 목적에서, 음극과 대향배치된 제1그리드전극에 음극에 대한 양전압을 인가하여서 전자가 음극으로부터 튜우브축과 평행하게 방출되도록 함으로써 전류밀도가 높은 교차부를 형성하지 않는 층류전자비임을 발생시키게한 다이오우드형 전자총이 제안된 바있다(예를들면, 미합중국 특허 제3,894,261호). 그러나, 층류전자비임을 발생시키기 위한 이러한 종류의 다이오우드형 전자총에 있어서는 비임전류의 양이 음극으로부터의 방출전류밀도에 비례하므로, 고비임전류를 얻기 위해서는 음극에 의해 방출되는 전류밀도를 극도로 증가시킬 필요가 있고, 따라서, 피사체의 휘도에 따라 비임전류량을 제어하는 자동비임조정기(이하 ABO로 약칭함)를 조작하기 위하여 비임전류량의 동적범위를 확장하는데 있어 각종 문제점이 제거된다.

본 발명의 목적은 층류비임발생용 다이오우드형 전자총의 결점을 제거할 수 있고 ABO의 조작 및 저지연특성을 도모하기 위하여 비임전류량의 동적범위를 확장할 수 있는 텔레비젼카메라 튜우브장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 텔레비젼카메라 튜우브장치는 전자비임장출용 음극, 통공을 가진 제1그리드전극 및 통공을 가진 제2그리드전극으로 구성된 전자총을 구비한다. 제1그리드전극에는 음극에 대하여 양전압이 인가되고, 제2그리드전극에는 제1그리드전극에 인가된 것보다 높은 양전압이 인가되어 제1그리드 전극의 통공부근에서 전자수렴렌즈를 형성케 한다. 전자수렴렌즈의 강도는 제1그리드전극에 인가된 전압에 의해 조정됨으로써 제2그리드 전극의 통공을 통과하는 전자비임전류의 양을 제어한다. 구체적으로 말해서, 기준신호전류의 양은 0.4μA 내지 0.5μA로 설정하고 비임전류는 기준신호전류량의 2배 내지 3배로 설정하여 고해상도텔레비젼용 1인치 카메라튜우브를 정상 조작하는 동안, 제1그리드전극에 인가되는 전압을 음극에 비하여 수십볼트 높게 설정하여 제1그리드 전극의 통공부근에 위치한 전자수렴렌즈의 효과를 약화시키므로써 전자궤적이 튜우브축과 대략 평행한 층류전자를 발생시킨다. 피사체의 휘도가 증가함에 따라 고비임전류가 필요하게 되고, 정상조작은 ABO조작으로 변동한다(ABO조작에 있어서는 1인치 텔레비젼카메라 튜우브에 대하여 3 내지 4 μA의 전류량이 필요하다). ABO조작중에는 제1그리드전극에 인가되는 전압이 낮아져서 제1그리드전극의 통공부근에 있는 전자수렴렌즈의 효과가 강화됨으로써 전자를 교차부로 수렴하게 되고, 그 결과 고비임전류를 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 텔레비젼카메라 튜우브장치는 고전류를 발생시킬 필요가 있을때에 종래기술과는 달리 제1그리드전극에 인가되는 전압을 강화시키는 역스윙 형 조작을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명의 방식에 따르면, 비임전류가 기준신호전류의 수배로 설정되는 정상조작시에는 제1그리드전극의 전압이 증가되어 층류비임을 발생하고, 고비임전류를 필요로하는 ABO조작시에는 제1그리드전극의 전압이 저음극부하하에 역스윙조작을 거쳐 강하되어 고비임전류를 발생시키므로써, 음극의 수명 및 신뢰성, 텔레비젼카메라 튜우브의 해상도, 신호지연의 방지면에 있어서 개량을 도모한 텔레비젼카메라 튜우브장치를 실현할 수 있다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 설명한다.

제1도에 개략적으로 도시한 바와 같이, 본 발명을 용융한 비디콘형 텔레비젼카메라 튜우브장치는 음극(1), 히이터(2), 제1그리드전극(3), 제2그리드전극(4), 제3그리드전극(5), 망사전극을 가진 제4그리드 전극(6) 및 광전도층형 표적(7)으로 구성된다. 이들 부품은 진공외피(8)내에 수용된다. 또, 본 발명의 장치는 촛점코일(9), 편향코일(10) 및 정렬코일(11)을 가진다. 음극(1)으로부터 방출된 전자비임(12)은, 제1 및 제2그리드전극으로 된 전자총에 의해 가는 비임을 형성하고, 촛점코일(9)로 된 자기렌즈에 의해 광전도층 표적(7)에 촛점이 맞춰지고, 편향코일(10)에 의해 발생된 자계에 의해 주사된다. 전압은 외부로부터 진공외피(8)의 일단에 부착된 스템(13)을 거쳐 각각의 전극에 인가된다. 본 명세서에서는 설명의 편의상 전기-자기 촛점 및 전기-자기편향 카메라튜우브창치를 참조하여 본 발명을 설명하지만, 이것은 전기-자기촛점 및 정전기편향 카메라튜우브장치, 정전기촛점 및 전기-자기편향 카메라튜우브장치, 정전기촛점 및 정전기편향 카메라 튜우브장치등에 의해 실현되는 어떠한 종류의 비임촛점 및 편향에도 응용할 수 있다.

제2도 및 제3도는 본 발명에 사용되는 다이오우드형 전자총의 요부를 도시하는 개략단면도이다. 제1그리드전극(3)에 형성된 통공(23)은 음극(1)으로부터 발생된 전자비임의 직경을 제한하는 기능을 한다. 제2그리드전극(4)은 요홈구멍(24)을 가진다. 제2그리드전극(4)에 형성된 통공(34)은 연속촛점 시스템을 통과하는 전자비임과 관련하여 직경, 확산 각도 및 전류량을 제한하는 기능을 한다.

음극(1)으로는, 고방출전류밀도를 제공할 수 있는 바륨함유음극을 사용하는 것이 바람직하다. 이 음극은 다공질 텅스텐 펠릿에 BaO, CaO 및 Al₂O₃를 4:1:1의 표준혼합비로 첨가하고, 이 결과 얻어지는 펠릿을 예를들면 탄탈로 만든 슬리브의 상단에 용접함으로써 제조할 수 있다. 상기 펠릿의 표면에는 전자방출특성을 더욱 개선하기 위하여 Ir 또는 Os등의 원소를 피복하는 것도 좋다. 이러한 음극은 약 900 내지 1100℃(휘도 온도)의 고온하에서도 동작할 수 있다. 제1그리드전극(3)은 고온에서 동작하는 음극과 대향배치되어서 고전류를 받아야하므로 탄탈등의 고용융점재료로 제조하는 것이 바람직하다.

제2그리드전극(4)에는 음극을 기준점으로 하는 100 내지 300V의 전압(E_C2)이 인가되고, 제1그리드전극(3)에는 기준 DC전압과 중첩된 피사체의 휘도에 따라 ABO조작을 위한 신호전압이 인가된다. 제1그리드전극(3)의 통공(23)부근에 있는 전자렌즈의 효과는, 합성전압(E_C1)을 변화시키므로써, 층류비임(120) 또는 교차비임(121)을 선택적으로 발생할 수 있도록 변화시킬 수 있다.

제2도에 도시한 전자총의 전극은 제3도에 도시한 바와같은 치수로 되어 있다. 제3도에 있어서, 음극(1)과 제1그리드전극(3)간의 거리는 l₁이고, 제1그리드전극(3)과 제2그리드전극(4)간의 거리는 l₂이며 제1그리드전극(3)의 두께는 T₁이고, 제2그리드전극(4)의 유효두께는 T₂이고, 통공(34)이 형성되어 있는 제2그리드전극부분의 두께는 T₃이며, 통공(23)의 직경은 d₁이고, 제2그리드전극(4)의 요홈구멍(24)의 직경은 d₂이며, 제2그리드전극(4)의 통공(34)의 직경은 d₃이다.

제2그리드전극(4)에 인가되는 전압(E_C2)은 300V이고, 통공(34)의 직경(d₃)은 10μm 이며, 거리(l₁)은, 0, 1mm인 것으로 가정하면, 300V가 인가된 제2그리드전극을 가지는 제7도에 도시한 종래 전자총의 제1그리드전극(15)에 30V의 전압을 인가할 경우에, 0.8μA의 비임전류(0.4μA인 기준신호전류의 2배)를 얻을 수 있다. 또, 제1그리드전극(3)의 두께(T₁)는 0.1mm, 제2그리드전극(4)의 유효두께(t₂)는 0.5mm, 제2그리드전극(4)의 통공부의 두께(t₃)는 0.03mm, 거리(l₂)는 0.2mm, 통공(23)의 직경(d₁)은 0.3mm, 요홈구멍(24)의 직경(d₂)은 제1실시예에 대하여 0.5mm 또는 제2실시예에 대하여 0.3mm로 가정한다.

본 발명의 장치에 사용되는 전자총은 그 치수가 상기 예에만 국한되는 것이 아니며, 바람직하기로는, 거리(l₁)은 0.05mm 내지 0.15mm, 통공(34)의 직경(d₃)은 0.008mm 내지 0.015mm, 통공(23)의 직경은 0.1mm, 내지 0.5mm의 범위가 좋다.

제4도는 전술한 제1실시예, 제2실시예 및 종래예와 관련하여, 제2그리드전극(4)의 통공(34)을 통과하는 발생비임전류(I_B)와 제1그리드전극의 전압(E_C1)에 대한 음극중심에서의 방출전류밀도(음극부하)(P_C)의 변화를 도해적으로 도시한다. 여기서, 발생비임전류(I_B)는 실제 촬영작업용 비임전류량의 약 4배이다. 이와 같이 대량의 발생비임전류가 필요한 이유는 제1도에 도시한 망사전극(6)이 약 50%의 전자비임 이용도를 가지기 때문이다. 따라서, 0.4μA의 기준신호 전류량에 대하여, 정상조작하에 있어서는 그것으로부터 0.8μA의 비임전류(기준신호전류의 2배)를 유도하기 위하여, 0.8×4=3.2μA의 비임전류량(I_B)이 필요하고, ABO조작하에 있어서는 그것으로부터 4μA의 비임전류(기준신호전류의 10배)를 유도하기 위하여 4×4=μA의 비임전류량(I_B)이 필요하다.

제4도에 있어서, 실선은 발생비임전류(I_B)를 나타내고, 점선은 음극부하(P_C)를 나타낸다.

음극(l), 제1그리드전극(15) 및 제2그리드전극(16)을 가지는 제7도의 종래예에 있어서, 음극(l)가 제1그리드전극(15)간의 거리는 l₁이고, 제1그리드전극(15)에 인가된 전압이 E_C1일 경우에, 음극부하(P_C')는 평판전극에 대한 Child-Langmuir 공식을 이용하여 하기식으로 나타낼 수 있다.

따라서, 제1그리드전극(15)의 통공(14)의 직경을 d₄라고 하면, 발생비임전류(I_B')는 다음식으로 주어진다.

상기 식에서 볼 수 있는 바와 같이, 종래예에 있어서

인 것이 타당하며, 발생비임전류(I_B')의 증가는 직접 음극부하(P_C')의 증가를 초래한다. 제4도의 결과를 얻기 위해서는 종래예의 치수를 음극(1)과 제1그리드전극(15)간의 거리(l₁)는 0.1mm, 제1그리드전극(15)의 통공(14)의 직경(d₄)은 10μm로 되게 한다. 3.2μA의 발생비임전류(I_B')를 얻기 위해서는, 4A/cm₂의 음극부하의 증가와 함께 약 30V의 전압(E_C1)을 제1그리드전극(15)에 인가하여야 한다. 제4도의 특성 곡선을 보면, 종래에는 대량의 비임전류를 필요로하는 ABO조작에 있어 여러 가지의 문제점이 있음을 명백히 이해할 수 있다.

이와는 달리, 제2도 및 제3도에 도시한 제1실시예 및 제2실시예는 약 15V의 전압(E_C1)의 인가하에 최고값을 가지는 발생비임전류(I_B1)(I_B2)를 제공할 수 있다. 이때, 최고값은 20μA이상으로 ABO조작을 시키기에 충분하다. 제1실시예를 예로들면, 제1그리드전극의 전압(E_C1)은 3.2μA의 발생비임전류(I_B1)를 얻기 위하여 약 30V로 설정해도 된다. 이 조건하에서는, 음극부하(P_C1)는 약 2.5A/㎠로 되고 증류비임이 발생한다. 이어서 제1그리드전극의 전압(E_C1)을 역스윙에 의해 17V로 설정하여 약16μA의 발생비임전류(I_B1)를 제공하는 교차비임을 형성시키므로써 ABO조작을 행한다. 이 조건하에서는, 음극부하(P_C1)는 정상조작용 음극부하(P_C1)의 절반에 해당하는 1.5A/㎠로 저하되어서 ABO조작하에서 조차 음극방출수명이 감소되는 것을 완전히 장지할 수 있다.

제5도는 d₂=0.5mm인 제1실시예와 관련하여 비임확산 특성을 도시하고, 제6도는 전자궤적을 도시한다.

제5도에 도시한 바와 같이, 제2그리드전극(4)의 통공(34)을 통과하는 비임의 확산각도(열속도의 효과에 의해 영향을 받음)는 제1그리드전극의 전압(E_C1)에 따라 변화한다. 약 40V의 E_C1에서는 약 1도의 확산각도를 가진 증류비임이 얻어진다. 1°의 값을 가지는 이 비임확산각도는 열속도의 효과에만 의존하는 것이며, 초기속도 0에서 음극표면으로부터 방출된 전자비임은 제6a도에 도시한 튜우브축과 대략 평행한 주전자궤적을 가지는 증류비임으로 된다.

또, 제5도를 보면, 약 15V의 E_C1에서는 전자비임이 약 7°의 확산각도를 가지는 확산비임으로 되는 것을 알 수 있다.

제1그리드전극에 인가되는 전압(E_C1)을 40V, 15V 및 5V로 설정하면, 제6a도, 제6b도, 제6c도와 같은 전자궤적이 얻어진다.

제6도에 있어서, 전자비임의 주궤적은 참조번호 12로 표시되고, 등전위선은 참조번호 15로 표시된다. 제6a도에 도시한 바와 같이, E_C1=40V일때에는 튜우브축과 대략 평행한 전자궤적을 가지는 증류비임이 형성된다. 제6b도에 도시한 바와 같이, E_C1=15V에서는 제2그리드전극의 통공(34)부근에 교차비임이 형성된다. E_C1=5V일때에는, 제6c도에 도시한 것처럼 제2그리드전극의 요홈구멍(24)내에 교차비임이 형성된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면 제1그리드전극의 전압이 역스윙을 거치게 되어서 종래 기술과는 달리 음극방출전류밀도(음극부하)를 감소시키므로써 ABO조작에 필요한 고비임전류를 안정적으로 발생케 할 수 있다. 그러나 정상조작시에는 제1그리드전극 전압을 높게 유지하여 저지연특성 및 고해상도특성을 얻는데 효과적인 증류비임을 발생시킬 수 있다. 그 밖에도, 바륨함유 음극으로부터의 바륨증발, 통공의 유효직경의 변동 및 발생비임전류량의 감소등을 억제 또는 방지할 수 있다.

Claims

전자방출용 음극과, 제1통공을 가지는 한편 상기 음극에 대한 양전압을 인가받도록된 상기 음극에 이어진 제1그리드전극과, 상기 제1통공보다 작은 제2통공을 가지는 한편 상기 제1그리드전극에 인가되는 양전압보다 높은 음극에 대한 양전압을 인가받도록 된 상기 제1그리드전극에 이어진 제2그리드전극과, 상기 제1그리드전극에 공급되는 상기 양전압을 감소시켜서 상기 제2통공을 통과하는 전자의 양을 증가시키는 수단을 구비하여서된 텔레비젼카메라 튜우브장치.
제1항에 있어서, 상기음극은 합침음극인 것을 특징으로하는 텔레비젼카메라 튜우브장치.
제1항에 있어서, 상기 제1그리드전극에 인가된 상기 양전압은 50V의 최대값을 가지는 것을 특징으로하는 텔레비젼카메라 튜우브장치.
제1항에 있어서, 상기 음극과 제1그리드전극간의 거리는 0.05 내지 0.15mm이고, 상기 제1통공의 직경은 0.1 내지 0.5mm이며, 상기 제2통공의 직경은 0.008 내지 0.015mm인 것을 특징으로하는 텔레비젼카메라 튜우브장치.
제1항에 있어서, 상기 증가수단은 자동비임조정기(ABO)인 것을 특징으로하는 텔레비젼카메라 튜우브장치.
제2항에서, 상기 제1그리드전극은 고용융점재료로 제조한 것을 특징으로하는 텔레비젼카메라 튜우브장치.