JPH01313843A - スプリアス画像の生じないスクリーンを備えるテレビ用撮像管 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、電子撮像管を備えるテレビカメラに関するも
のである。

従来の技術 電子撮像管は真空管であり、その前面が感光性ターゲッ
トで構成されている。この感光性ターゲットにレンズま
たはそれ以外の光学手段を用いて画像を収束させる。こ
の画像が、ビデオ信号と呼ばれる電気信号に変換される
。

撮像管は、感光性ターゲットの後方に位置して細い電子
ビームを発生させる電子銃と、このビームを感光性ター
ゲット上に収束させる収束手段と、このビーム（従って
ターゲット上の衝突点）をターゲットの表面全体または
その一部上に走査させる偏向手段とを備えている。

一般に、走査は、テレビの走査の規格に従って半フレー
ムインターレース方式で行う順次式直線走査である。最
も多いのは、走査される面が長方形であり、ターゲット
は円形であってその直径がこの長方形の対角線よりも大
きい場合である。

電子ビームの収束手段は、電磁式（電子銃を取り囲むコ
イル）または静電式にすることができる。

一般に、電子銃は、電子を放出させる放射用カソードと
、このカソードの前方に設置されて数百ボルトの電位に
されている加速用電極とで構成されている。必要に応じ
て、様々なグリッド、特に放射されたビームの強度を調
節することのできる制御ゲート（ウェネルト（Ｗｅｈｎ
ｅｌｔ））がカソードと加速用電極の間に設けられる。

加速用電極には、撮像管内で放射された電子ビームの直
径を制限する非常に狭い穴（例えば直径が数１０ミクロ
ン）が開けられた膜が取り付けられている。

最後に、撮像管は、「フィールドグリッド」と呼ばれる
グリッドをターゲットの近くに備えているたとがしばし
ばある。このグリッドは例えば１０００ボルトという高
電位にされるため、ターゲットの付近においてこのター
ゲットの表面のあらゆる点に垂直な強い電場を発生させ
る。ところで、ターゲットは最大で数１０ボルトの電位
にされる。

フィールドグリッドを用いると、電子ビームが出力膜と
ターゲットの間で全体として大きく偏向しても、ビーム
の電子をできる限り垂直にターゲットに衝突させること
ができる。

ターゲットの各点の輝度を表すビデオ信号を出力させる
ため、ターゲットの前面を透明電極で覆う。この透明電
極が出力接続端子に接続され、そこからビデオ信号が読
み出される。

撮像管の動作は以下の通りである。すなわち、撮イ蕨管
のガラス製エンベロープと透明な前面電極を通してター
ゲットの前面に外側から収束させた画・像は、ターゲッ
トの各点で輝点となる。これら輝点が、各点の輝度に比
例した電荷（電子−正孔対）を局所的に発生させる。感
光性ターゲットを構成する材料の中の電場が、正電荷を
ターゲットの裏面、すなわち撮像管の内側、さらに詳し
く説明するとターゲットが電子ビームによって叩かれる
側の方に引きつける。この電場を発生させるために、前
面電極の平均電位が撮像管のカソードの電位に対して正
になっているようにする。

電子ビームは、ターゲットの長方形領域の各点を走査す
る。すなわち、各点では、電子ビームがターゲットの裏
面のこの点に蓄積された正電荷を相殺する電子を運び去
る。すると電荷による電流が出力電極からターゲットに
向かって流れ、このようにして発生した電荷の局所的変
化が補償される。電荷によるこの電流は、点の輝度に応
じて点ごとに異なる。その結果、出力端子の電気信号が
変化する。この信号は、ターゲットの輝度を、１つのフ
レーム内の走査線ごとに、および各走査線内の点ごとに
表している。

撮像管によっては厄介な問題があることが確認された。

撮像管の出力で回収されるビデオ信号は、ターゲット上
に収束された実際の画像とスプリアス画像の重ね合わせ
を表す。

スプリアス画像が出現するこの現象は、電磁収束・静電
偏向方式の撮像管の場合に顕著である。

この場合をここでは例にとって考える。

スプリアス画像はその形状から同定することができる。

実際には２種類のスプリアス画像がある。

一方は、電子銃の加速用電極を約％の縮尺で正確に表し
ている。他方は、走査が長方形になされる場合を考える
と、電子ビームが走査する長方形をやはり縮小されては
いるが約３０°回転された状態で表す。

これらスプリアス画像の原因を調べることにより以下の
結論に到達した。感光性ターゲットに到達するビームの
電子がすべてこのターゲットによって吸収されることは
ない。というのは、吸収は局薪的な輝度に依存するから
である。吸収されない電子は、１０００ボルトにされた
フィールドグリッド、によって加速され再出発する。一
部がこのグリッドを再び通過する。このグリッドの電子
に対する透過率は約５０％である。このような電子は、
電子銃の前方で撮像管の断面の最大部分を占める加速用
電極に衝突する。電子の偏向と二次電子放出のために、
加速用電極は二次電子源として機能する。すなわち、電
子銃は加速用電極の膜の非常に小さな開口部を通過する
極めて絞られたビームしかもはや放射しない。電子銃は
、加速用電極の表面のあらゆる点から二次ビームも放射
する。この二次ビームはターゲットに向かって戻り、主
ビームの収束用電極と偏向用電極によって収束され、偏
向される。

この二次ビームはターゲットに到達して主ビームと同じ
効果をほぼ同時に発生させる。というのは、電子の移動
時間はテレビの走査速度を考慮すると無視できるからで
ある。このようにしてスプリアスビデオ信号が発生して
主要信号に重ね合わされる。このスプリアス信号の変調
は加速用電極の画像に対応している。さらに、二次ビー
ムとターゲットの間の相互作用は、この二次ビームが走
査される長方形の内側に到達した場合のほうがターゲッ
トの表面の残り部分に到達した場合よりも小さい。とい
うのは、後者の領域のほうが電位が高いからである。こ
の効果は、走査される長方形のスプリアス画像の原因と
なる。

スプリアス画像は、１つの平面を別の平面上に収束させ
る点が優れている電磁収束・静電偏向方式の撮像管では
特によく見えて目障りである。従って、（撮像管の軸線
に対して横方向の平面内にほぼ位置し、膜の穴を通る）
加速電極の画像と走査される長方形の画像が完全に見え
る。さらに詳しく説明すると、これら画像は振幅が数ナ
ノアンペアにしかすぎないビデオ信号の変調に対応する
が、テレビモニタではっきりと見ることができる。

というのは、幾何学的輪郭線のコントラストがはっきり
としているからである。

発明が解決しようとする課題 スプリアス画像を避けるために、従来技術では幾゛つか
の方法が提案されている。その１つは、加速用電極を、
この電極に電子が衝突したときに電子の再放出を防止す
る層で覆う方法である。提案されているこの方法は多孔
性の金をもとにしているが、完全に満足のゆくものでは
ない。この方法は、高温（約８００℃）での脱ガスを必
要とする高性能の撮像管の場合には特に実施が難しい。

というのは、この温度では多孔性の金が電極を構成する
金属の中に拡散し、いずれにせよ多孔構造が維持されな
くなるからである。

電子銃から放射される電子ビームの軸線上に加速電極の
電位にされた細長い管を配置することも提案された。こ
の管は、加速用電極の近くの等電位面を大きく変形させ
るために、出力膜の前方において撮像管の軸線上で十分
な長さにわたってビームを軸方向に取り囲む。このよう
にして、加速用電極に衝突する電子は一新たにターゲッ
ト上に収束されてスプリアス画像を形成することのない
ような方向に反射される。

この細長い管は完全に満足のゆくものではない。

さらに、この管が存在していると撮像管の全長が長くな
るが、静電偏向用の管（この管のスプリアス画像が最も
顕著である）の利点はまさに撮像管の全長を短くするこ
とにある。

最後に、加速用電極の前方に反発電極と呼ばれる別の電
極を設置することが提案された。ターゲットから出た戻
りビームの電子がこの反発電極に向かう。この電極は加
速用電極とは電気的に絶縁されて異なる電位にされてい
る。この電位は、入射電子が再出発するときに、これら
入射電子がターゲット上にもはや収束されないようなエ
ネルギと方向で反射されるような値にする。

この最後の構成の欠点は、もちろん、加速用電極とは絶
縁された補助電極を取り付けてこの電極に対して別にパ
ワーを供給しなくてはならないことである。

課題を解決するための手段 従来の撮像管の上記の欠点を回避するため、本発明は、
加速用電極の前方にこの電極をマスクする゛スクリーン
を設置することを提案する。このスクリーンは一方の面
が滑らかで不連続性がなく、縁部が丸くなっている。こ
の結果、ターゲットの位置から見ると、尖った端部、ス
テップ、あるいはこれ以外の不連続性が見られなくなる
。

実際、本発明は、加速用電極のスプリアス画像が出力ビ
デオ信号においてターゲットに投影される実際の画像に
重ね合わされるときに、このスプリアス画像に変化があ
るとこのスプリアス画像が特によく見えて目障りになる
という発見に基づいている。これは一般的に起こる。と
いうのは、加速用電極にはターゲットのほうを向いた側
にステップや不連続性があり、ステップがビデオ信号に
極めてはっきりと再現されるからである。

さらに詳細には、本発明により、電子銃と感光性ターゲ
ットとを備え、前記電子銃が、電子ビームを放射するカ
ソードと、このカソードの前方に存在しており、電子ビ
ームの直径を制限する穴の開いた膜を取り付けられた加
速用電極とを特に備える電子撮像管であって、前記膜の
前方に前記加速用電極をマスクするスクリーンを備え、
このスクリーンは前記膜の穴と対向する位置に開口部を
備え、このスクリーンはさらに、前記ターゲットの側に
マクロなスケールでの不連続性または急峻なステップの
ない表面を備えるとともに、凸方向が前記ターゲットの
方を向いた丸くなった縁部を該スクリーンの外周部なら
びに前記膜と対向する開口部の周辺部に備えることを特
徴とする撮像管が提供される。

この構成により、加速用電極のスプリアス画像が著しく
減る。というのは、ビデオ信号における変調がもはや急
激なステップとはならず、従ってテレビモニタではコン
トラストのより少ない画像になるからである。

マスク用スクリーンは加速用電極と同じ電位ににされる
ことが好ましいが、場合によっては、衝突する二次電子
の再放出のエネルギを変えるため　。

に異なる電位にして、電子が新たにターゲットに収束さ
れることがないようにすることもできる。

この電位は、例えば加速用電極の電位に対して明ら・か
に正の電位である。

マスク用スクリーンの前面は電子の二次放出が少ない構
造にして、二次ビームを減らし、従って加速用電極と走
査される長方形のスプリアス画像に対応する変調振幅を
小さくすることが好ましい。

特に、ターゲットの方向を向いた前面をマクロなスケー
ルの凹凸構造にすることが好ましい。この凹凸構造は、
例えば前面がステンレスの場合には、加熱した塩酸を用
いて化学的にエツチングすることにより得られる。

さらに、凹凸構造の面は微小孔層で覆われていることが
好ましい。微小孔層は、炭素、あるいはブラックタング
ステンまたはブラックチタン、すなわち多孔度の大きな
タングステンまたはチタンからなることが好ましい。

本発明の特徴ならびに利点は、添付の図面を参照した実
施例についての以下の詳細な説明により明らかになろう
。

実施例 第１図の従来の撮像管は、前面が感光性ターゲット１２
となっている真空管１０を備えている。電子銃１４がこ
の真空管の後方に配置されている。電磁偏向コイル１６
がこの真空管を取り囲んでいる。静電偏向用電極１８が
この真空管の周囲に形成されている。

電子銃は、放射用カソード２０と、このカソードの前方
に位置しており、絞られた電子ビームを通過させる小さ
な穴が開いた膜２４を取り付けられた加速用電極２２と
を備えている。

ビームでターゲットを走査することにより発生するビデ
オ信号は、ターゲットの前面上の透明な電極に接続され
た出力端子２６で回収される。

第１図には、電子の典型的な軌跡が描かれている。電子
銃から出て膜２４を通過した主ビームＦＰは、ターゲッ
トの点１に衝突する。衝突点では蓄積されている電荷の
値が白レベル（最大輝度）と黒レベル（輝度ゼロ）の間
の中間値であるため、ビームのある程度の割合は吸収さ
れない。吸収されない電子は、戻りビームＦＲとなって
後方に戻される。この戻りビームは、一部がターゲット
の近くのフィールドグリッドで吸収され、別の一部が加
速用電極２２まで戻る。戻りビームＦＲは、静電偏向電
極が主ビームとこの戻りビームの両方に対して作用する
ときにそれだけうまく戻る。戻りビームの電子密度は、
主ビームの電子密度の例えば２０％に達する。

加速用電極２２に対する戻りビームＦＲの衝突点が参照
番号２で示されている。もちろん、この衝突点は主ビー
ムと戻りビームを走査すると移動する。従って、衝突点
２は加速用電極２２０表面全体を移動する。膜２４がこ
の電極の前方に設置されている場合には、衝突点２がこ
の膜の上も移動する。

加速用電極２２は、その表面の性質に応じた二次電子放
出係数で二次電子を放出する。一般に、二次電子放出係
数はく例えばステンレス製の加速用電極に対しては）１
．５である。すなわち、表面への入射電子ｎ個に対して
１．５　Ｘ　ｎ個の電子が出る。

放出される電子の景は、衝突点２が表面を一様かつ均一
に走査する限りは一定であるが、衝突点２が部品の縁部
や鋭い角などの不規則性に出会うと突然に変化する。つ
まり、放出される電子の量は、加速用電極の表面の局所
状態によって変化し、従って電子量にこの表面の画像の
情報が含まれる。

さらに、二次電子の中の一部の電子、すなわち加速用電
極の電位に対応する電子は入射電子と同じエネルギをも
つことが知られている（この部分は二次放出スペクトル
の弾性ピークと呼ばれる）。

従って、このような電子は、主ビームが膜の穴から出る
のと同じ速度で加速用電極から出て、同じ効率で収束さ
れ、偏向される。このような電子は二次ビームＦＳを構
成し、その元になるビームが加速用電極の表面を走査す
る。この二次ビームは、収束コイル１６によってターゲ
ット１２上に新たに収束され、偏向電極１８により走査
が偏向する。

二次ビームＦＳの電子の一部はターゲットに効果的に衝
突する。衝突点が参照番号３で示されている。このよう
な電子は、出力端子２６に電流を発生させる。この電流
の強度は、衝突点３に存在する電荷の量に依存する。

゛ある時刻に端子２６を流れる電流は、（画像の１点が
実際に輝いていることに対応する）点１の電荷に対応す
る通常の電流と、スプリアス電流の和である。二次ビー
ムＦＳの相互作用は、衝突点３が走査される長方形の中
に存在しているか、ターゲットの残り部分に存在してい
るかに応じて異なる。実際、第１の領域では、表面の電
位が主ビームＦＰによって周期的に０ボルト　（０ボル
トは通常はカソードの電位）にされる。これとは逆に、
第２の領域は電位がこれよりも高く、従って二次ビーム
ＦＳの吸収に都合がよい。

従って、衝突点３が第１の領域にある場合には、スプリ
アス電流が極めて小さくなり、その結果、走査される長
方形のスプリアス画像の範囲が−様に黒くなる。逆に、
衝突点３が第２の領域にある場合には、スプリアス電流
が一次近似として二次ビームＦＳの強度に比例する。こ
の強度は、加速用電極の画像に応じて変調される。画像
がない（ターゲット全体で輝度がゼロ）と仮定すると、
黒に対応するビデオ信号が回収される。実際にはビデオ
信号にスプリアス電流が含まれるため、−定でないビデ
オ信号が得られる。このビデオ信号に対応する画像を再
現する場合には、以下の２つのものが見られる。すなわ
ち、加速用電極の画像と、ターゲットの走査長方形の画
像である。偏向・収束手段が電子ビームを回転させるた
め、各画像はさらに所定の角度回転している。

第２図は、二次ビームによってビデオ信号中に発生する
画像の概略図である。正常な画像の走査長方形２８の内
側に複数の円が見られる。これらの円は、加速用電極の
輪郭の像（円３０）と、この加速用電極のシャープな別
の輪郭（例えば膜２４の輪郭または加速用電極２２の表
面のこれとは異なる任意のステップの輪郭）の像が各の
縮尺にされたものである。後者の輪郭のうちの１つが例
えば円３２の形態の像を形成する。また、ビデオ画像の
走査長方形の画像であり、サイズが縮小されて約３０゜
回転した長方形の画像３４も見られる。

第２図にはさらに、ターゲットに光が全く入射していな
いと仮定して、ビデオ信号の（例えば参照番号３６で示
されるラインに対応する）１本のラインの形状も示され
ている。このビデオ信号は、２つの同期パルスの間で一
定であるべきなのに大きくシャープな変化をしている。

第３図は、本発明により変更された構造を示している。

マスク用スクリーン３８が加速用電極２２の前方に配置
されている。このスクリーンは、戻りビームＦＲのほぼ
すべてを受ける。このスクリーンは加速用電極をマスク
する。すなわち、このマスクは戻りビームＰＲが加速用
電極の前面、あるいは、いずれにせよこの加速用電極の
急激なステップを有する部分に衝突するのを防止する。

しかし、このスクリーンは、膜の出口に向けて主ビーム
を通過させる中央開口部４０を備えている。スクリーン
は、縁部と中央開口部４０の周辺部が丸くなっている。

丸くなった縁部の凸方向は、ターゲットの方を向いてい
る。従って、スクリーンの前面、すなわちターゲットの
方を向いた側の面はマクロに見て不連続性や急峻なステ
ップがない。

スクリーンは加速用電極２２に固定されており、この加
速用電極２２と同じ電位にされていることが好ましい。

しかし、ターゲットに向かう二次電子の再放出を制限す
るために、スクリーンを正の異なる電位にすることも可
能である。

第４図は、加速用電極２２と膜２４の前方のマスク用ス
クリーン３８の取りつけ状態の詳細図である。

前方とは、第１図および第３図の場合と同様に図面の右
側である。加速用電極の直径が約１０〜２Ｑｍｍだと、
丸くなった縁部の曲率半径は約１〜３ｍｍになる。スク
リーンは、タイ３９を用いて加速用電極２２と膜２４の
前方に溶接することができる。

スクリーンはステンレス製であることが好ましい。

（肉眼では見えない）ミクロなスケールでは、スクリー
ンの前面は、やはり二次電子の再放出を減らすために凹
凸になっている（従ってこの面には急峻なステップや不
規則性が存在していてもよい）。凹凸は、例えば酸性浴
の中で上記のステンレスをエツチングすることによって
得られる。

この凹凸面は、二次電子放出の少ない材料からな゛る非
常に薄い（滑らかでない、すなわち凹凸を消す危険性が
ない）層で覆うことが好ましい。この材料は炭素が好ま
しいが、ブラックチタンまたはブラックタングステン（
多孔度が大きくなるような条件で堆積された金属）でも
かまわない。

第５図は、スクリーン３８の前面の状態をミクロなスケ
ールで示した図である。この表面には数ミクロン−数１
０ミクロンの深さの凹凸がある。この表面は、例えば数
千オングストロームの炭素の微小孔層４２で覆われる。

第５図ではさらに、表面の詳細が拡大されて示されてい
る。この図からは、炭素の微小孔の多孔層４２で覆われ
た凹凸面の状態と、入射電子が発生させる二次電子が孔
の中に捕獲されるという意味でいかにして入射電子がこ
の微小孔層で吸収されるかとがわかる。

第６図は、ターゲットに光が全く入射していないときの
本発明の構成を用いた走査線に対応するビデオ信号を示
している。黒レベルの振幅変化は１／１０以下に小さく
なっている。さらに、この変化は滑らかであり、従って
、はとんどコントラストのない画像と比較してはるかに
明瞭で目障りな大きなコントラストのスプリアス画像を
発生させることがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の撮像管の全体図である。 第２図は、撮像管の出力のビデオ信号中に再現されるス
プリアス画像と、１本の走査線上の黒レベルの対応する
変化を示す図である。 第３図は、縁部が丸くなったマスク用スクリーンを備え
る本発明の撮像管の図である。 第４図は、加速用電極に縁部が丸くなったスクリーンが
取りつけられた状態の拡大図である。 第５図は、スクリーンの凹凸構造をミクロに見た図であ
る。 第６図は、本発明に従う改良によって得られた改善され
た黒レベルを表す図である。 （主な参照番号） １０゛・・真空管、 １２・・感光性ターゲット、 １４・・電子銃、　　　　　１６・・偏向コイル、１８
・・偏向電極、２０・・カソード、２２・・加速用電極
、　　　２４・・膜、２６・・出力端子、 ３８・・マスク用スクリーン、

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）電子銃と感光性ターゲットとを備え、前記電子銃
   が、電子ビームを放射するカソードと、このカソードの
   前方に存在しており、電子ビームの直径を制限する穴の
   開いた膜を取り付けられた加速用電極とを特に備える電
   子撮像管であって、前記膜の前方に前記加速用電極をマ
   スクするスクリーンを備え、このスクリーンは前記膜の
   穴と対向する位置に開口部を備え、このスクリーンはさ
   らに、前記ターゲットの側にマクロなスケールでの不連
   続性または急峻なステップのない表面を備えるとともに
   、凸方向が前記ターゲットの方を向いた丸くなった縁部
   を該スクリーンの外周部ならびに前記膜と対向する開口
   部の周辺部に備えることを特徴とする撮像管。
2. （２）前記スクリーンが前記加速用電極と同じ電位であ
   ることを特徴とする請求項１に記載の撮像管。
3. （３）マスク用の前記スクリーンの前面が、二次電子の
   放出が少ない構造を有することを特徴とする請求項１ま
   たは２に記載の撮像管。
4. （４）前記スクリーンの前記ターゲットの方を向いた前
   面が、ミクロなスケールの凹凸構造を有することを特徴
   とする請求項３に記載の撮像管。
5. （５）前記前面がステンレス製であり、前記凹凸構造が
   加熱した塩酸を用いて化学的にエッチングすることによ
   り形成されていることを特徴とする請求項４に記載の撮
   像管。
6. （６）前記凹凸構造の深さが、約１０〜数１０ミクロン
   であることを特徴とする請求項４に記載の撮像管。
7. （７）前記スクリーンの前面が、二次電子放出の割合の
   少ない材料からなる微小孔層で覆われていることを特徴
   とする請求項３に記載の撮像管。
8. （８）前記微小孔層が、炭素層、あるいは、ブラックタ
   ングステンまたはブラックチタン、すなわち多孔度の大
   きなタングステンまたはチタンからなる層であることを
   特徴とする請求項７に記載の撮像管。
9. （９）前記微小孔層の厚さが数千オングストロームであ
   ることを特徴とする請求項７に記載の撮像管。