JPH0158823B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、高輝度時においても高い解像度が得
られるように構成した受像管装置に関する。

従来例の構成とその問題点 一般に、受像管の解像度は絵素となるビームス
ポツト（輝点）の大きさに依存し、ビームスポツ
ト径が小さいほど高い解像度が得られる。一方、
ビームスポツトはビーム電流の増大に伴つて径大
化するので、比較的大きいビーム電流が流れる高
輝度時にブルーミングを生じて解像度が低下す
る。

これを図面により説明すると、第１図にはバイ
ポテンシヤル形電子銃の電極構成が示されてお
り、第２図には同電子銃の軸上電位分布が示され
ている。陰極１から放射された熱電子は、陰極
１、制御電極としてのG₁電極２および加速電極
としてのG₂電極３からなる三極部で生成される
いわゆるカソードレンズ４によりクロスオーバ５
をつくり、G₂電極３と集束電極たるG₃電極６と
の間に生成されるプリフオーカスレンズ７で予備
集束作用を受ける。そしてG₃電極６と最終加速
電極たるG₄電極８との間に生成されるメインレ
ンズ９で最終的な集束作用を受け、螢光体スクリ
ーン面１０に射突してビームスポツト１１を生成
するのであり、ビームスポツト１１はクロスオー
バ５の投影像である。

陰極１からG₃電極６にいたる軸上電位分布は
ゆるやかに上昇し、これによりカソードレンズ４
およびプリフオーカスレンズ７が生成されるが、
両レンズ４，７は明確に区別し難いので、以下の
説明ではこの両レンズ領域をビーム形成部と呼称
する。G₃電極６内における軸上電位分布はV_fpcと
略一定であるが、G₃電極６とG₄電極８との間に
おける軸上電位は高電位V_aへと急激に上昇し、
ここにメインレンズ９が生成される。

前記ビーム形成部の熱電子の挙動は非常に複雑
であるが、大ビーム電流時には第３図に数本の線
でもつて代表的に示す電子軌道１２〜１７を通
る。電子軌道１２〜１７がすべて一点で交差すれ
ば理想的な径小のクロスオーバおよびビームスポ
ツトが生成されるのであるが、実際には陰極１の
中央部から放射される熱電子の軌道１２，１３は
陰極１からもつとも遠い位置１８で交差し、陰極
１の周辺部から放射された熱電子の軌道１６，１
７は陰極１に近い位置１９で交差する。これは前
記ビーム形成部でのレンズに球面収差が伴つてい
るからで、実際上のクロスオーバの径は、理論的
限界値に比べて著しく大きい値となる。

そして、このクロスオーバがメインレンズ９に
よつて螢光体スクリーン面１０上に投影されるの
であるが、正確にはプリフオーカスレンズ７が存
在するために、第３図に示すように実際に投影さ
れるものはクロスオーバ（径ｄ）の虚像であり、
この虚像クロスオーバは第３図中に破線で示した
ように電子軌道１２〜１７を逆方向へ延長させた
ときの交点として求められる。

いま、虚像クロスオーバの直径をd₀とすると、
螢光体スクリーン面１０に生じるビームスポツト
１１の径dsは次の関係式で表わすことができる。

ds＝d₀×Ｍ＋１／４CsD³ ……(1) ここではＭはメインレンズの倍率、Csはメイ
ンレンズの球面収差係数、Ｄはメインレンズでの
電子ビームの拡がり径を示し、Ｍは次式で表わさ
れる。

ただし、ａはビーム形成部から出る電子ビーム
の最大発散角、Ｌはメインレンズ９の中心と螢光
体スクリーン面１０との間の距離、V_g3はG₃電極
電位、V_aはG₄電極電位を示す。

(2)式を(1)式に代入すると となる。

この式の（ ）内は受像管のサイズと動作条件
とによつて決まり、Csは使用するレンズの口径
によつて決まる。

電子ビームの拡がり径Ｄは、第１項ではD^-1、
第２項ではD³のかたちで入つているから、dsが
最小となるようなＤの値が存在し、通常はその値
に選ばれる。そして、このような制約のもとでds
を小さくしようとすると、第１項のａ・d₀を小さ
くしなければならないことになる。

本発明者らの研究結果によると、G₂電極とG₃
電極との間の電位の上昇を急峻にするとａ・d₀を
小さくすることができる。第４図はG₂電極とG₃
電極との間隔を小さくしたときにａ・d₀が減少す
る様子を示したもので、ａとd₀とが単独でどのよ
うに変化するかがわかる。G₂電極とG₃電極との
間隔を小さくするとd₀は著しく減少し、ａは逆に
増大するが、d₀の減少度合がより著しいので両者
の積ａ・d₀は減少する。d₀がこのように減少する
のは、電位の上昇が急峻になるとビーム形成部に
おけるレンズの球面収差が減少するためである。

このような効果がはつきりと現われるのは、電
位傾度で約10⁵V/cmからであり、この値が大きい
ほど大電流時ビームスポツトの径小化に有利であ
る。しかし小電流時ビームスポツト径は逆に大き
くなる。また、電位傾度が大きくなり過ぎると、
G₂電極の表面から電界放出による電子放射が起
こり、これが螢光体スクリーン面に射突して不本
意な発光を生じる。

このように実用可能な電位傾度には上限があ
り、その値は実験結果によると約５×10⁵V/cmで
ある。G₂電極とG₃電極との電位差を8KVとする
と、前記値の電位傾度を与えうるG₂電極とG₃電
極との間隔は0.8mmから0.16mmとなる。

しかし、このような電位傾度を従来の受像管電
子銃のビーム形成部にそのまま適用しても、螢光
体スクリーン面上でのビームスポツト径を縮小さ
せ得ない。それは、G₂−G₃間電位傾度を高める
とビーム発散角ａが増大するためである。ビーム
発散角ａが増大すると、メインレンズ９での電子
ビーム径Ｄが増大し、(3)式右辺第２項のメインレ
ンズ収差による寄与分が増大する。そして同第２
項はＤの三乗に比例するので、電子ビーム径Ｄの
わずかな増大でも影響が大きく、(3)式第１項の
ａ・d₀をせつかく減少させても、ビームスポツト
径dsはかえつて増大する結果となる。

電子ビーム径Ｄの増大は、G₃電極の長さを小
さくすることによつて避けられるが、フオーカス
条件を満すためにG₃電極を短かくした分だけメ
インレンズ焦点距離を短かくすることが必要とな
り、そのためにはG₃電極電位を下げなければな
らない。そうすると、G₂−G₃間電位傾度が下つ
てしまい、電極間隔をせつかく狭めたにもかかわ
らずａ・d₀の低減効果は失われてしまう。

発明の目的 本発明は、前述のような従来の不都合を除去す
るためになされたもので、低輝度域から高輝度域
まで略一定径のビームスポツトが得られる受像管
装置を提供するものである。

発明の構成 本発明の受像管装置は、制御電極としてのG₁
電極側から最終加速電極としてのG₅電極側へと
順次に配設されたG₂電極、平板状のG₃電極およ
び円筒状のG₄電極を備える。G₃電極は管内でG₅
電極に接続されて高電位が与えられ、G₂電極と
G₃電極との間隔は、この２電極間電位傾度が10⁵
Ｖ／cm〜５×10⁵V/cmとなるように設定され、G₄
電極には前記高電位よりも低い数KV以下の電位
が与えられる。そして軸上電位分布は、G₃電極
領域で極大値をとつたあとG₄電極領域にかけ漸
減して極小値をとり、G₄電極からG₅電極にいた
る領域で連続的に上昇して、G₃電極ないしG₅電
極の電位の関与により実質的に単一の厚肉メイン
レンズを生成するのであり、これを以下図面に示
した実施例とともに詳しく説明する。

実施例の説明 第５図に示す電子銃は、制御電極としてのG₁
電極２側から最終加速電極としてのG₅電極２１
側へと順次に配設されたG₂電極３、G₃電極２２
およびG₄電極２３を備えている。G₂電極３は従
来の電子銃における加速電極と同様の構造を有し
ており、G₂電極３に隣接する平板状のG₃電極２
２はG₅電極２１に接続されており、G₂電極３に
対し10⁵V/cm〜５×10⁵V/cmの電位傾度となるよ
うに近接配置されている。G₄電極２３およびG₅
電極２１はいずれも円筒状のもので、G₄電極２
３には0V近くから数KVまでの比較的低い可変フ
オーカス電位V_fpcが与えられ、G₅電極２１には約
30KVの高電位V_aが与えられる。第５図にはG₄電
極２３とG₅電極２１とが同一径として示されて
いるが、相互に異なる直径を有していてもよい。
とくにV_fpcを0V近傍で使用する場合には、G₄電
極径はG₅電極径よりも大きいことが望ましい。

このような構成によると、ビーム形成部におけ
る軸上電位分布は急峻に上昇し、大ビーム電流時
のａ・d₀が著しく減少する一方、ビーム発散角ａ
が増大する。すなわち、第６図に示すように軸上
電位分布はG₃電極２２の電子ビーム通過孔２４
内で最大値まで上昇し、G₄電極２３にかけて漸
減する。そして、G₄電極２３およびG₅電極２４
の領域で連続的に上昇し、G₅電極２１内にいた
つて高電位V_aに達し、一定となる。一方、G₃電
極は平板状であるので、その直後に生成される発
散レンズ電界はきわめ微弱となり、G₃電極２２、
G₄電極２３およびG₅電極２１により生成される
レンズ電界は、実質的に単一の、しかも短焦点距
離のメインレンズ２５をつくることになる。短焦
点距離のメインレンズが生成されることは、ビー
ム形成部における電位上昇を急峻に保ちながら虚
像クロスオーバとメインレンズとの相互間距離を
短小化できることを意味し、ビーム発散角ａが増
大してもメインレンズ２５でのビーム径Ｄを適正
値に保つことが可能となる。そして、これを(3)式
に照らしてみると、ビーム径Ｄを増すことなく
ａ・d₀を減少させ得るのであるから、ビームスポ
ツト径dsを縮小化しうることが判かる。

発明の効果 以上のように本発明の受像管装置によると、ビ
ーム形成部における電位傾度を増大させたので、
同部における球面収差の低減および虚像クロスオ
ーバ径の縮少効果が得られ、しかも、メインレン
ズ電界はG₃電極、G₄電極およびG₅電極の３電極
が関与して短焦点となるので、ビーム発散角が増
大するにもかかわらずメインレンズでの電子ビー
ム径を適正値に保ち得るのであり、大ビーム電流
が流れる高輝度時においても径小のビームスポツ
トが生成され、良好な解像度特性を得ることがで
きる。また、電子銃が短小となるので、管の全長
を短縮できるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の受像管装置の電子銃の電極構成
図、第２図は同電子銃の軸上電位分布図、第３図
は同電子銃のビーム形成部における動作態様説明
図、第４図はG₂電極とG₃電極との相互間距離に
対するビーム発散角および虚像クロスオーバ径の
関係を示す特性図、第５図は本発明を実施した受
像管装置の電子銃の電極構成図、第６図は同電子
銃の軸上電位分布図である。 １……陰極、２……G₁電極、３……G₂電極、
２１……G₅電極、２２……G₃電極、２３……G₄
電極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 制御電極としてのG₁電極側から最終加速電
   極としてのG₅電極側へと順次に配設されたG₂電
   極、G₃電極、およびG₄電極を備え、G₃電極は平
   板状のもので、高電位が与えられるG₅電極に管
   内で接続され、G₂電極とG₃電極との間隔は、こ
   の２電極間電位傾度が10⁵V/cm〜５×10⁵V/cmと
   なるように設定され、筒状のG₄電極には前記高
   電位よりも低い数KV以下の電位が与えられ、軸
   上電位分布はG₃電極領域で極大値をとつたあと
   G₄電極領域にかけ漸減して極小値をとり、G₄電
   極からG₅電極にいたる領域で連続的に上昇して、
   G₃電極ないしG₅電極の電位の関与により実質的
   に単一の厚肉メインレンズを生成することを特徴
   とする受像管装置。