JPH0213416B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電子ビームを発生する電子統を有す
る撮像管に備える装置であつて、前記電子銃には
中心軸に沿つて順次にカソード、開口を有する第
１アノード、ビーム制限開口を有する第２アノー
ド、信号板上に被着した感光層上に電子ビームを
集束させる集束レンズを設け、前記装置はカソー
ドに対し正の電圧を第１アノードに供給しかつ第
１アノードに供給する正電圧の少なくとも10倍の
正電圧を第２アノードに供給する手段を備えてな
る撮像管を備える装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来既知の撮像管について概説すると、もつと
も古くはアメリカRCA社の開発したビジコン
（商品名）型撮像管がある。この名称は普通名称
化されて使われていることも多いが、正式には光
導電型撮像管と定義すべきものである。

さらに本出願人、フイリツプス社が開発したプ
ランビコン（商品名）が知られており、また日本
国NHK技研他が開発したサチコン（商品名）が
既知である。これらは何れも光導電型撮像管に分
類される。

撮像管の特性を表わす要因の１つに応答速度、
すなわち装置が光強度の変化に応答する速度があ
る。応答速度は、電子ビームがある画素を通過す
る短い時間中に、電子ビームより画素に供給され
る電荷が電子ビーム中の電子の速度分布により定
まることにより決定される。撮像管における応答
速度の実際の影響はビーム電流慣性となつて表わ
れる。

これをさらに詳しく説明すると次の如くであ
る。感光層に光が入射すると、この層の電位はあ
る特定レベルV_Lightに迄上昇する。感光層への入
射光を遮断すると、感光層は当初の安定状態に戻
ろうとする。この安定状態への復帰は感光層を走
査する電子ビームの作用により行われる。

安定状態では網状電極（一般的に900Vとする）
と、感光層との間の電位差が（900−V_Lightより
900Vに）増加し、また電子はかかる減速電界内
を通過しなければならないので、ある最低速度以
上の速度を有する電子のみが感光層に到達しう
る。カソードにより形成される電子はマクスウエ
ル速度分布を有する。このため上述の安定化には
ある時間が必要となり、これをビーム電流慣性と
称する。

ビーム電流慣性に及ぼすマクスウエル分布の効
果を測定するためには感光層を導電層で置換し、
これに調整可能な電位を加える。導電層上の電位
に応じた一定のビーム電流強度を有する電子ビー
ムをこの層に入射させ、導電層が受け入れる電流
強度を測定する。その結果として得られる曲線を
アクセプタンス曲線と称し、これは陰極に対する
感光層の電圧と感光層の電流の関係を示す。

ある一定以上の速度を有する電子のみがこの層
（層の電位に応じて）に到達しうるので、このア
クセプタンス曲線はビーム内の電子の速度分布に
密接に関係する。

(1) ３極電子銃 この種撮像管の電子銃の電子ビームの形成構
造を考えると、零電位のカソードと＋（プラス）
高電位のアノードの間に−（マイナス）電位の
グリツドを配置した３極構造（トライオード構
造）のものが初めに開発された。

この構造のものは、クロスオーバー形とも称
され、カソードから引出した電子ビームをカソ
ードを含めた３つの電極による凸レンズ効果に
より、いつたん集束せしめクロスオーバーを形
成し、その後側に直径数10μｍのビーム制限孔
を配置して、発散角が大きいビームを遮断させ
て、偏向収差を減らし、良質ビームだけを利用
するものである。

例えば、Philips Technical Review
Vol.29、1968、No.11 PP325〜335における論文
“Ａ light weight experimental colour
television camera”に、カソード、グリツド
およびアノードを有する３極（トライオード）
電子銃によつて発生した電子ビームをこれらの
電極間の電界によつてクロスオーバーを形成す
る装置が記載されている。このクロスオーバー
はほぼアノード領域に形成される。グリツドお
よびアノードにおける開口はともに円筒形状を
有している。アノードは集束レンズの第１電極
と共に１個の集合体を形成し、300ボルトの正
電圧が印加される。前記クロスオーバーは集束
レンズにより光導電層上に映出される。

第１図はかかる既知の３極電子銃の電子ビー
ムの流れを模式的に示すもので、これによると
この３極電子銃は、カソードＫはOVの大地電
位とし、第１グリツドG₁を−40Vの負電位と
し、第２グリツドG₂を＋300Vの正電位として、
その間のレング効果により図示の如く負電位の
第１グリツドG₁のすぐ先にビームのクロスオ
ーバーを形成させ、さらに正電位の第２グリツ
ドG₂の先に直径数10μｍのビーム制限孔を配置
したものである。図中の実線はビームの流れを
示し、点線はその包絡線を示すものである。

この既知の撮像管の３極電子銃の電子放射特
性を考えると次のことが云える。

カソードから放射される電子ビームの速度分
布は、本来カソードの温度によつて決るマツク
スウエル分布を示す。しかし３極電子銃構造の
ものでは後述する如く高速電子が過剰に発生す
る欠点があつた。すなわちマツクスウエル分布
に対応する量より多くの高速電子がビーム中に
発生する特性があつた。かかる過剰な高速電子
は、ビーム電流慣性、従つて応答速度に悪影響
を及ぼす。

３極電子銃において、高速電子を発生させる
もつとも大きな要因は電子ビームの電子相互間
の相互作用である。この相互作用が過剰に高速
電子を発生させる重大な原因であることが確認
されている。前記相互作用は、例えば、ある通
路を前後に移動する電子間に生ずるものであ
る。その場合電子どうしが互に反撥することに
より前方の電子は一層迅速に移動し、かつ後方
の電子は一層緩慢に移動するので、過剰な高速
電子が形成される。

３極電子銃は上述の如く、電子流のクロスオ
ーバーを生じさせるものであるので、ビーム電
流慣性が大である欠点があつた。このため使用
に際し、画面中に高輝度点があるとその箇所の
残像時間が長くなるという欠点を有していた。

(2) ２極電子銃 出願人は、先に特公昭51−32443号（特許
912893号、米国特許第3831058号に対応）にお
いて、クロスオーバーを形成させずに層流を一
定にさせることによつて、３極電子銃構造のも
のに比しビーム電流慣性を大幅に小とした２極
電子銃方式の撮像管を提案した。

ここでいう２極（ダイオード）電子銃方式と
は、電極数が２つという意味ではなく、カソー
ド電位に対し、正のアノード電位で電子を吸引
する方式であり、２極管（ダイオード）の動作
原理と同じという意味で定義されたものであ
る。この電子銃は層流形とも称されている。

第２図は特公昭51−32443号に発表されたか
かる既知の層流形（２極）電子銃方式撮像管の
第１実施例における電子ビームの流れと等電位
線を示す模式図である。

第２図の例ではカソードＫは0Vとし、グリ
ツドＧは走査中−6.5V、アノードＡは＋50Vと
している。ビームは図示の如く層流となりクロ
スオーバーを生じない。なおグリツドＧはフラ
イバツク中は−175Vの如く負の大電圧を加え、
ビーム電流を０とする。グリツドの開孔の径を
アノードのビーム制限孔の径に比し遥に大とし
ていることに注意されたい。

第３図は同じく特公昭51−32443号の第２実
施例の電子ビームの流れと等電位線を示す図で
ある。

層流形（２極）電子銃においてカソードから
アノードへの方向における電子ビームの電流密
度は増大しないようにするかまたは殆ど増大さ
せず、好ましくは減少させるようにする（即ち
クロスオーバーが形成されない）ことによつ
て、ビーム電流慣性を大幅に減少させている。

この２極構造方式では電子流はクロスオーバ
ーを作らず、なるべく平行な流れ、すなわち層
流となるようにしているもので、上述の３極構
造の如くビーム電流慣性が大であるという欠点
はなくなる。

またビーム電流のクロスオーバーを生じさせ
ない２極電子銃構造の撮像管において、カソー
ド電極とアノード電極の中間にアノードのアパ
ーチヤー径より大きいアパーチヤーを有する中
間電極を設け、これにカソードとアノードの中
間の電位を加えて、アノード電極での電力損失
を減少させる構造の撮像管が実開昭53−94554
号（昭和53年８月１日公開）に開示されてい
る。

この先願技術では全消費電力が、それ迄のも
のに比し約１／９になるとしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述の如く２極電子銃は３極電子銃の欠点を改
良しているが、撮像管の画面内に強い光の部分が
ある場合、この強い光の部分が移動すると、ター
ゲツト板は不安定状態となり、強い光に続いて白
い光の尾が生ずるいわゆるコメツトテールを生ず
る現象があり、これは観視者に不快感を与える。
これを防ぐため、ターゲツト信号を増幅した後、
第１アノードに帰還し、その正電位を増加させ、
ビーム電流を増加させ、より多くの電子が陰極よ
り引出されるようにするダイナミツクビーム制御
が行われている。

既知の２極電子銃にダイナミツク・ビーム電流
制御を行おうとする場合には、ビーム電流を一時
的に５〜10倍も増大させることができるようにす
る必要がある。

従来のクロスオーバーが形成されない２極電子
銃ではビーム電流はカソード電流に正比例するた
め、ビーム電流を増大させようとする場合、カソ
ード電流も同じ倍率で増大させなければならず、
このためカソードは重負荷状態となり、その結果
カソードの寿命を著るしく減少させている。

（発明の目的） 本発明は既知の３極電子銃の如くビーム電流慣
性が大でなく、しかも２極電子銃構造の上述のよ
うなダイナミツク・ビーム電流制御とその際のカ
ソードの短寿命の欠点をさらに改良することをそ
の目的とする。

すなわち本発明の目的は、既知の２極電子銃に
比べ振幅の小さい制御信号により遥かに小さいカ
ソード負荷でビーム電流の前記増大を可能にする
ようなダイナミツク・ビーム電流制御を行うこと
ができ、しかもビーム電流慣性が小さい撮像管を
備える装置を提供することにある。

〔問題を解決するための手段〕

本発明は前述の２極電子銃構造をさらに改良し
た、セミ２極電子銃構造撮像管であつて、従来生
じさせないようにしていたビームクロスオーバー
を逆に用いることによつてこの問題を解決したも
のである。

本発明の撮像管を備える装置は、第１および第
２アノード間の位置に電子ビームを集束させてク
ロスオーバーを形成させることと、前記レンズ電
界を変化させることにより前記クロスオーバーを
前記ビーム制限開口に近づけるかまたは前記ビー
ム制限開口から遠ざける手段を設けたことを特徴
とする。

〔作用〕

本発明では電子ビームのクロスオーバーの位置
の制御により、従来の２極電子銃に比し陰極負荷
を殆ど増加させずにターゲツトに入射する電子ビ
ームを増大させることができる。

すなわち本発明のセミ２極電子銃においては、
第１アノードにおける電圧を前記ダイナミツク・
ビーム電流制御電圧と共に増大させた場合、電子
ビームの電流密度がより大きい部分即ちクロスオ
ーバーが第２アノードの方向に移動するので、カ
ソード電流全体のうちのより大きな割合を占める
部分が第２アノードの絞り部を通過することとな
る。その結果、ビーム電流はカソード電流に比例
する値より大きい割合で増大するので、既知の２
極電子銃のように第１アノードに帰還させるター
ゲツト信号を増幅する必要がなくなる。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明をより詳細に説明す
る。

第４図は本発明撮像管の実施例で、この撮像管
は全体としては、いわゆるプランビコン形撮像管
であり、ガラス外匣１を備え、このガラス外匣の
一側における前面ガラス板２に被着層３を配設
し、この被着層３は光導導電層の如き感光層と、
この感光層及び前記前面ガラス板２の間の導電性
透明信号板とを以つて構成されている。この光導
電層は主として、特別に活性化された一酸化鉛で
構成され、信号板は導電性二酸化錫で構成する。
ガラス外匣１の被着層３と反対の側に撮像管の接
続ピン４を配置する。中心軸５に沿つて撮像管は
電子銃６および集束レンズ７を備えている。更に
撮像管は被着層３上に電子ビームを垂直に入射さ
せるための網状電極８と、図中に線図的に示した
一組の偏向コイル９とを備えている。これら偏向
コイル９は電子銃６によつて発生した電子ビーム
を互に垂直な２方向に偏向するよう作動し、ガラ
ス外匣１の周りに配設される。

本発明の要部となる電子銃６はカソード１０、
第１アノード１１および第２アノード１２を備え
る。これらの要素の調整手段および接続ピン４へ
の結線は図面を簡明にするため図示してない。次
で電子ビーム形成構造を説明する。第５図の拡大
図により詳細を示すように、第１アノード１１は
小開口１３を有する。第２アノード１２における
開口部は、小開口１５を有する板部材１４によつ
て部分的に閉成し、この小開口１５の直径は第１
アノード１１における開口１３の直径の約1/4と
する。

このようにすると、第１アノード１１と第２ア
ノード１２の間にレンズ電界が形成され、これに
よつて後述する如く両アノード間に電子ビームの
クロスオーバーが形成される。なおこのレンズ電
界はカソード１０の電子放射自体に対しては実際
上悪影響を及ぼさないように選定する。

集束コイル１６により電子ビームを被着層３上
に集束する。

第５図は第４図に示した電子銃の要部の拡大断
面図である。電極は既知の態様で金属支持体１７
およびガラス棒１８を介して互に連結され、配設
される。電子銃はカソード１０と、好適例として
直径0.2mmの開口１３を有する第１アノード１１
とを備える。中心軸５の方向のカソード１０およ
び第１アノード１１の間の間隔は好適例で0.3mm
とする。第２アノード１２に対接する板部材１４
における開口１５の直径は好適例で0.05mmとす
る。さらに第１および第２アノード１１および１
２の間の間隔は0.7mmとする。カソード１０、第
１アノード１１および第２アノード１２の電位を
図示の値、すなわち＋10Vおよび＋300Vにした
場合、電子銃は両アノード間に形成されたクロス
オーバーを最適状態で作動させることができる。

第６図は第４図及び第５図に示した電子銃の動
作原理図であり、説明の便宜上、電極間の間隔及
びアノードにおける開口の寸法等は本記述中の好
適例におけるものとは正確には対応させていな
い。

また第６図中、第１アノード１１と第２アノー
ド１２の電位を可変電圧源２４，２５で示したの
は、単にダイナミツクビームコントロールの説明
のためであり、これは決して手動制御を意味する
ものではない。

第１アノード１１は可変電圧源２４に接続さ
れ、カソード１０に対し正の小さい電位５〜30ボ
ルトで作動させる。カソード１０及び第１アノー
ド１１は電子ビーム源を構成し、カソード電流は
第１アノード１１の電位によつて決まる。典型的
な動作状態のもとでは第１アノード１１はカソー
ドに対し約＋10ボルトとする。第１アノード１１
及び第２アノード１２間の間隔並びに第２アノー
ド１２の電位は、カソードから放射された電子を
２つのアノード間の領域２３にビーム軸５上に集
束するクロスオーバー２２を形成するレンズ電界
が発生するように選定される。

第２アノード１２は電源２５に接続され、カソ
ード１０に対し＋100ボルトから＋400ボルトの間
の電位、典型的には約＋300ボルトで作動させる。
第１アノード１１の開口１３は領域２３における
レンズ電界がカソードの電子放射に影響を及ぼさ
ないよう十分小さくする。第２アノード１２の開
口１５の直径は第１アノードの開口１３の約４分
の１とする。このように直径を適切に選定する
と、ビームの断面は集束コイル１６に適合する直
径に制限される。第２アノード１２は、ビーム制
限素子としても作動し、またレンズ電界を発生す
るよう作動することに加え、加速電極として作動
する。

かかる構成によれば、第１アノードの電位の比
較的小さい変化によつてビーム電流を大きく変化
させることができる。すなわち第１アノードの電
圧を増大させると、カソードから引出される電子
が増大する他、クロスオーバー２２を第２アノー
ド１２の開口１５に近づけるように領域２３のレ
ンズ電界が変化するため、所定のカソード電流に
対し、放射された電子ビーム流のより大きい部分
が開口１５を通過するので、ビーム電流の増大は
カソード電流の増大に比例するものより大きくな
る。従つてこの電子銃構成によればカソードから
引出される電子の量を比較的僅か増大させるだけ
でビーム電流を大幅に増大させることができる。
同様に、第１アノードの電圧を減少させることに
より、クロスオーバー２２を第２アノード１２か
ら遠ざかる方向に移動させて開口１５を通過する
電子の数を減少させることによつてビーム電流を
減少させることができる。このため本発明によれ
ば、比較的小さい振幅変化を有する信号で、カソ
ードに負荷変化を殆んど与えずにビーム電流を制
御できる。

〔発明の効果〕

第７図は本発明の効果の説明のため、３つのア
クセプタンス曲線を示す。

図中縦軸は感光層が受入れる電流強度(A)を示
し、横軸は感光層の電圧（Ｖ）を示す。

感光層の電圧は0.2ボルト単位で横軸上に直線
目盛でプロツトしてあり、受入れ電流はナノアン
ペア単位で縦軸上に対数目盛でプロツトしてあ
る。

比較の目的のため第７図においては既知の２極
電子銃及び３極電子銃のアクセプタンス曲線も示
してある。

第７図においては、各電子銃の全ビーム電流の
値を、約700nAと相等しくなるようにして、各電
子銃による感光層の応答速度の影響を比較しうる
ようにした。

第７図においては中央の曲線４０（Ｔ＝1300
〓）が本発明装置の実施例のアクセプタンス曲線
である。

第７図において左側の曲線５０（Ｔ＝1900〓）
は３極電子銃のアクセプタンス曲線であり、右側
の曲線６０（Ｔ＝1200〓）は２極電子銃のアクセ
プタンス曲線である。

アクセプタンス曲線は電子ビーム中の電子の速
度分布に密接に関連し、従つて電子銃の性能を示
す尺度となる。

実際上、感光層が十分高い正電圧であるとビー
ム電流の全てが感光層に受入れられる。感光層の
電圧が低下する（負方向）に従つて、感光層に到
達できる電流強度は小さくなる。

感光層の電圧に対し受入れ電流の対数でプロツ
トしてアクセプタンス曲線を求めた場合、真のマ
ツクスウエル分布に対する理想的なアクセプタン
ス曲線は、カソードの温度によつて決まる傾斜を
有する第１直線状部（例えば点線３０で示す）
と、全ビーム電流が受入れられることを示す水平
な第２直線状部（例えば点線３２で示す）から構
成される。

本発明の電子銃の曲線及び左側の３極電子銃並
びに右側の２極電子銃の曲線に対してマクスウエ
ル分布に対応する特性を点線で示してある。

感光層の電圧が高く、従つて対応するカソード
温度が低くなるほど前記第１直線状部が急峻にな
る。

また感光層を負に充電することさえできるよう
な低電圧においては、過剰な高速電子によりアク
セプタンス曲線にいわゆる尾部（図中の斜線部）
が生じ、従つて第７図でアクセプタンス曲線にお
いて左に向う程ビーム内にマクスウエル分布から
はずれた過剰の高速電子が存することを意味し、
この尾部が大きい程過剰な高速電子が発生してい
ることを意味する。

左側の３極電子銃のアクセプタンス曲線では、
感光層電位0V（すなわち網状電極電位が900Vで
ある減速電位）で約0.1nAの受入れ電流を示す。
これはある程度の電子が依然として減速電位に打
勝つことを意味し、図においては、このような高
速電子が存在する部分を領域域Ａで示す。

マクスウエル分布からはずれた過剰な高速電子
の存在を示す各アクセプタンス曲線と第１直線部
分との間の領域（第７図中斜線で示される部分
Ａ，Ｂ，Ｃ）を各アクセプタンス曲線毎に比較す
ることにより、本発明の電子銃の技術的効果を理
解することができる。

本発明の電子銃の過剰電子による影響領域Ｂ
は、３極電子銃のアクセプタンス曲線における過
剰電子による影響領域Ａは、より遥かに小さく、
従来の２極電子銃のそれＣに匹敵する程度であ
る。

クロスオーバーポイントを有する従来の３極電
子銃においては、本発明の電子銃及び従来の２極
電子銃に比較して、極めて多くの過剰な高速電子
が発生し、従つてビーム電流慣性が大きく、応答
速度が悪い。

一方、本発明の電子銃においては、クロスオー
バーポイントを有してはいても対応する領域Ｂ及
びＣの比較から判る様に、過剰な高速電子の発生
程度は従来の２極電子銃と殆んど変らない。つま
り本発明の電子銃は、応答速度において従来の２
極電子銃並みの特性を有する。しかもその特性を
維持したまま本発明の電子銃においては従来の２
極電子銃では困難であつたダイナミツク・ビーム
電流制御を極めて効率良く行うことができる。

つまり、本発明の撮像管においては既知の構成
の２極電子銃におけるダイナミツク電流制御信号
に比べ、遥に小さいカソード負荷および制御信号
によつてビーム電流を増大させるダイナミツク・
ビーム電流制御を行なうことができるという大な
る効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のクロスオーバー形（３極）電子
銃の動作を示す略図、第２図及び第３図は従来の
層流形（２極）電子銃の電子ビームの流れと等電
位線を示す動作図、第４図は本発明撮像管の実施
例の縦断面図、第５図は第４図の円内に示した
撮像管の要部の拡大図、第６図は本発明撮像管の
動作原理図であり、可変供給電圧の記号は単にダ
イナミツク・ビーム電流制御の説明のために用い
たものである。第７図は本発明の撮像管の特性を
示すため既知の撮像管と本発明撮像管のそれぞれ
の電子銃のアクセプタンス曲線を示す図である。 １……外匣、２……ガラス板、３……被着層、
４……接続ピン、５……中心軸、６……電子銃、
７……集束レンズ、８……網状電極、９……偏向
コイル、１０……カソード、１１……第１アノー
ド、１２……第２アノード、１３……開口、１４
……板部材、１５……開口、１６……集束コイ
ル、２２……クロスオーバー、２３……領域、２
４，２５……可変電圧源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電子ビームを発生する電子銃を有する撮像管
   を備える装置であつて、前記電子銃には中心軸に
   沿つて順次にカソード、開口を有する第１アノー
   ド、ビーム制限開口を有する第２アノード、信号
   板上に被着した感光層上に電子ビームを集束させ
   る集束レンズを設け、前記装置がカソードに対し
   正の電圧を第１アノードに供給しかつ第１アノー
   ドに供給する正電圧の少なくとも10倍の正電圧を
   第２アノードに供給する手段を備えて成る撮像管
   を備える装置において、 電子ビームを集束させて第１および第２アノー
   ド間の位置にクロスオーバーを形成せしめるレン
   ズ電界を第１および第２アノード間に形成するこ
   とと、 前記電子ビームにおける電流を増大または減少
   させるため前記レンズ電界を変化させて前記クロ
   スオーバーを前記ビーム制限開口に近づけるかま
   たは前記ビーム制限開口から遠ざける手段を設け 第１アノードの開口の直径を第２アノードの開
   口の直径の少くとも２倍とし、 第１アノードの開口の寸法は、第１アノードと
   第２アノード間に形成されるレンズ電界がカソー
   ドエミツシヨンに殆ど影響を与えないような寸法
   とすることとを特徴とする撮像管を備える装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の撮像管を備える
   装置において、 第１アノードにおける開口の直径を約0.2mmと
   し、 第２アノードにおける開口の直径を約0.05mmと
   し、 カソードおよび第１アノードの間隔を約0.3mm
   とし、 第１および第２アノードの間隔を約0.7mmとす
   る如く構成したことを特徴とする撮像管を備える
   装置。