JPH0332172B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、カソードとカソード電流制御電極と
アノードとからなる三極部および前記アノードの
アパーチヤを通じてとり出された電子ビームの発
散角を制御するためのリミツテイングアパーチヤ
を有する加速電極を備えてなる電子銃に関するも
のである。

第１図は撮像管や受像管に従来から広く用いら
れている、いわゆる三極銃の構成図で、１はカソ
ード、２はカソード電流制御電極、３はアノー
ド、４は加速電極、５は電子ビーム、６はクロス
オーバ部、７はアパーチヤを示す。この銃では、
カソード電流制御電極（以下G₁と略す）２をカ
ソード（以下Ｋと略す）１に対して負電位に保つ
ことにより陰極レンズが生成され、K₁からの電
子ビームのクロスオーバ部６がアノード（以下
G₂と略す）３の前面板の後方に生じ、G₂３の後
面板のアパーチヤ７で電子ビームの発散角が制限
される。電子ビーム５の発散角を小さくするため
にはクロスオーバ部からのビーム発散角を小さく
しなければならず、アノード３を二重構造にして
見掛上のクロスオーバ部をなるべくK₁から遠く
につくろうとしているのであるが、見掛上のクロ
スオーバ部の電流密度を高くすることが困難にな
る。電子ビーム５の発散角を小さくしようとすれ
ばG₁２の電圧V_G1を一層負にしてクロスオーバ部
６の位置をＫ１側へ移さなければならないが、こ
のようにするとカソード電流およびクロスオーバ
部からアパーチヤへの立体角がともに減少し、得
られる電子ビーム５の量I_Sが激減する。

2/3吋撮像管に使用さている三極銃の電子ビー
ム量I_Sとビーム発散角αとの関係を第２図に例示
する。αを１度以下にすれば、I_Sは1μAにも満た
なくなることがわかる。さらにK₁，G₁２，G₂３
の同軸度およびこれに続く図外の電子レンズ生成
用電極との同軸度をともによくしないと、第１図
に誇張して示すようにアパーチヤからの電子ビー
ム５はG₃４の中心軸からずれ、G₃４に続く電子
レンズ生成用電極の中心を通らなくなり、電子レ
ンズによる収差が増し、この銃を用いた陰極線管
の性能が悪くなる。

本発明は、得られる電子ビームの発散角が小さ
く、かつビーム電流の大きい電子銃を提供するこ
とを目的とする。

第３図Ａに本発明の電子銃の一実施例を示す。
この図において、１はカソード、２はカソード径
よりも小さい電子ビーム流通用穴を有するカソー
ド電流制御電極、３は微細なアパーチヤを有する
箔状平板のアノード、４はアノード電位以上の電
位を持ち、アパーチヤからの電子ビームの発散角
を制御するためのリミツテイングアパーチヤを有
する加速電極、５，５′は電子ビーム、６はクロ
スオーバ部、７はアパーチヤ、８はリミツテイン
グアパーチヤを示す。

この電子銃は、アノード（以下G₂と略す）３
が二重構造でなく、箔状の平板電極であるため、
カソード電流制御電極（以下G₁と略す）２の穴
径φを、G₁２とG₂３との間の距離ｄに同程度な
らしめることにより、クロスオーバ部の位置とア
パーチヤの位置とを一致させること、つまり大電
流密度のクロスオーバ部６をアパーチヤ７上につ
くることができる。しかし、直径数10μm程度の
微細なアパーチヤを有する箔状平板電極の組立は
困難であるので、第３図Ｂに示すように穴のあい
た金属板に、アパーチヤを有する箔状平板をとり
つけたG₂構造にすることが必要である。第３図
Ｃに示すG₂構造にする場合には、G₂３の金属板
の穴で静電レンズが形成されないように、前記穴
の内径を充分に大きくしなければならないが、本
発明のように第３図Ｂに示すような構造によれ
ば、その必要はない。

第３図Ｂに示すような平板電極でG₂３を構成
することにより、クロスオーバー部６を形成した
後の電子の速度ベクトルは、電子銃の軸方向に対
する平行度が高い。すなわち、電子の速度ベクト
ルを、電子銃の軸方向と、その軸に直交する方向
とに分解したときに、軸方向の成分が大きく、直
交方向の成分は小さい範囲に分布する。つまり電
子ビームの向きが軸方向によく揃つていることを
意味する。

このような効果が得られる理由を、第３図Ｃお
よびＤを参照して以下に説明する。

第３図Ｂの構成における電界は、第３図Ｄに示
すような状態になる。すなわちアノードG₂３の
近傍においては電界が平坦になり、カソード電流
制御電極G₁２の近傍においては、カソードＫ１
側に凸となるよう湾曲した電界が形成される。こ
のような電界が電子ビームに与える作用は、一つ
の凸レンズを配置した光学系に近似させて考える
ことができる。

カソードＫ１から発した電子ビームは、先ず湾
曲した電界により集束される。更に、平坦な電界
中において、等電位面に垂直な方向、すなわち電
子銃の軸方向の力を受ける。従つて、電子ビーム
の速度エネルギーは、軸方向の成分を増す。

クロスオーバー部を経過した電子ビームは、ク
ロスオーバー部における速度成分によつて決まる
角度をもつて発散する。

一方、平板でないアノード、すなわち第３図Ｅ
に示すような、カソード電流制御電極G₁２に対
して凹となつたものを用いた場合は、カソード電
流制御電極G₁２の近傍だけでなく、アノードG₂
３の近傍においても電界が湾曲（カソード側に凹
となるよう）する。従つて、カソードＫ１からア
ノードG₂３に向かつて凸レンズと凹レンズを順
次配置した光学系に近似させて考えることができ
る。

カソードＫ１から発した電子ビームは、凸レン
ズに相当する湾曲した電界により集束されるが、
その後凹レンズ相当部により、軸に直交する方向
の外向きの成分を持つた力を受ける。つまり、ク
ロスオーバー部を経過した電子ビームは、凹レン
ズ相当部により更に発散させられることになる。

以上のことから明らかなように、第３図Ｅの場
合は、第３図Ｄの場合に比べて、アノードG₂３
に到達した時の発散角が原理的に大きくなり、従
つてアパーチヤ７を通過する電子ビームの電流密
度が小さくなる。

前述のごとく、クロスオーバー部６がアパーチ
ヤ７上にできるので、第３図に示すようにアパー
チヤ７からの電子ビーム５′の量I_S′およびその発
散角α′がともに大きくなるが、アパーチヤ７から
の電子ビーム５′の大半が加速電極４で阻止され、
アパーチヤ７からの電子ビーム５′のごく一部だ
けがリミツテイングアパーチヤ８を通過するの
で、リミツテイングアパーチヤ８からの電子ビー
ム５の発散角が制御され、これを通過する電子ビ
ーム５の発散角は小さくすることができる。この
銃では、電流密度最大の位置であるクロスオーバ
ー部６にアパーチヤ７を置くため、制限されるこ
となくほぼ全ての電子ビームがアパーチヤ７を通
過する。従つて電子ビーム５′は、発散しながら
リミツテイングアパーチヤ８に到達するが、上述
のように、電子ビームの電流密度は極めて高い状
態にあるので、リミツテイングアパーチヤ８を通
過する電子ビーム５の発散角を小さく制限するた
めにリミツテイングアパーチヤ８の径を小さくし
ても、ビーム電流を十分に大きくとることができ
る。

さらにアパーチヤ７とリミツテイングアパーチ
ヤ８との中心軸のみを精度よく一致させておけ
ば、なんらかの原因でアパーチヤ７からの電子ビ
ーム５の向きが、第３図Ａおよび第４図に示すよ
うにリミツテイングアパーチヤ８の中心からずれ
ても、これを通過する電子ビーム５の向きや電流
密度の発散角分布はほとんど変わらず、G₃４に
続く電子レンズ生成用電極によるレンズの収差を
少なくでき、この銃を用いた陰極線管の性能を向
上させることができる。

本発明の実施例における三極部の具体的な構造
を、第５図Ａ，Ｂに示す。

第６図は、V_G1を変化させた時に、その各々の
値に対して、アパーチヤ７上にクロスオーバー部
６が形成されるｄの値を求めて、ｄとV_G1の関係
を示したものである。ここで、ｄはG₁２とG₂３
との間の距離、V_G1はG₁２の電圧である。また、
図中に示したV_G2はG₂３の電圧、ΦK′はG₁２の電
子ビーム流通用穴の直径である。

３種の曲線は各々、 ΦK′＝0.3mm、V_G2＝300Vの条件、 ΦK′＝0.5mmでV_G2＝200Vの条件、及び ΦK′＝0.7mmでV_G2＝100Vの条件、 の下で行なつた測定の結果を示す。

ここで、V_G2については、少なくとも100V〜
300Vの範囲内であれば、その値を変化させても
クロスオーバー部が形成されるｄの値に実質的な
影響を与えない。

第６図から、ｄをΦK′に等しくした場合には、
V_G1＝0V、すなわちＫ１とG₁２とが同電位の条
件において、アパーチヤ７上にクロスオーバー部
６を形成できることがわかる。

一方第７図には、ｄと、I_S′，α′及びI_Sとの関係
を示す。ここでI_S′はアパーチヤ７を通過した電
子ビーム５′の量、α′は電子ビーム５′の発散角、
I_Sはリミツテイングアパーチヤ８を通過した電子
ビーム５の量である。

３種の曲線は各々、 ΦK′＝0.3mm、V_G2＝300V、G₁−Ｋ間50μmの条
件、 ΦK′＝0.5mm、V_G2＝200V、G₁−Ｋ間100μmの
条件、及び ΦK′＝0.7mm、V_G2＝100V、G₁−Ｋ間200μmの
条件、 の下で行なつた測定の結果を示す。

第７図から、ｄ＝ΦK′の近傍でI_Sが最大になる
ことがわかる。この結果を、第６図に示されるデ
ータと対比させれば明らかなように、ｄの値に関
しては、アパーチヤ７上にクロスオーバー部６を
形成する条件の下で、最大のI_Sが得られることが
わかる。

ところで三極銃では、V_G1≦０の作動条件内で
V_G1を変えることにより電子ビーム量を制御して
おり、V_G1が大きく負になるに従い、カソードか
ら出る電子が負電位により抑制されるので、カソ
ードから引き出される電子ビーム量は、V_G1＝０
のとき最大となる。

従つて、V_G1に関して電子ビーム量最大となる
条件であるV_G1＝０の下で、上記のｄについても
電子ビーム量最大となる条件を充足できるように
構成すれば、最大量の電子ビームが得られること
が判る。すなわち、電子銃の構成としては、G₁
２とG₂３との間の距離ｄを、G₁２の電子ビーム
流通用穴の直径ΦK′に等しくするのが最善である
と言える。本発明の電子銃はこの条件にしたがつ
て構成する。

以上のような本発明の要件を具備した実際の電
子銃について、リミツテイングアパーチヤ８から
の電子ビームの発散角αを0.8度に制限したとき、
アパーチヤ径25μφ、V_G2＝200，V_G3＝750VでI_Sは
約3μAが得られた。これは第２図の結果に比し約
20倍である。

上述の好結果はφK′＝ｄ＝0.3〜0.7mm、Ｋ・G₁
間が50〜200μ、V_G2＝100〜300Vの範囲で得られ
た。

以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、アノードを、肉厚の金属支持板の三極部側に
箔状平板を取付けて三極部側における動作領域を
箔状平板のみで形成した構成とすることにより、
アノード近傍における電界が平坦になり、クロス
オーバー部を形成した後の電子ビームに対して、
発散させる力を与えることがない。従つて、クロ
スオーバー部を経過した後の電子ビームの電流密
度がきわめて高い。そのため、リミツテイングア
パーチヤにより発散角を小さく制限しても、最終
的に得られる電子ビーム量は、従来のものに比べ
て十分に大きい。

更に、カソード電流制御電極に設けられる電子
ビーム流通用穴の直径を、同電極とアノードとの
間の距離に同程度ならしめることにより、最大限
の電子ビーム量が得られる条件が実現される。

これらの結果、発散角が小さく、ビーム電流の
極めて大きい電子銃を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は三極銃を説明するための概略側面図、
第２図は三極銃の特性図、第３図Ａは本発明の電
子銃の一実施例を説明するための概略側面図、第
３図Ｂ，Ｃは同電子銃の主としてアノードの構造
を示す断面図、第３図Ｄ，Ｅは各々、本発明の実
施例及び従来例の電子銃の動作を示す断面図、第
４図は同電子銃のビーム発散角分布特性図、第５
図Ａ，Ｂは同電子銃の三極部の構造を示す側面
図、第６図，第７図は同電子銃の諸特性図であ
る。 １……カソード、２……カソード電流制御電
極、３……アノード、４……加速電極、５……電
子ビーム、６……クロスオーバー部、７……アパ
ーチヤ、８……リミツテイングアパーチヤ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ カソードとカソード電流制御電極とアノード
   とからなる三極部および前記アノードのアパーチ
   ヤを通じてとり出された電子ビームの発散角を制
   御するためのリミツテイングアパーチヤを有する
   加速電極を備え、前記カソード電流制御電極の電
   位を前記カソードの電位以下とする作動条件で用
   いる電子銃において、前記カソード電流制御電極
   に設けられる電子ビーム流通用穴の直径を、同電
   極と前記アノードとの間の距離に同程度ならし
   め、前記アノードは肉厚の金属支持板の三極部側
   に箔状平板を取付けて三極部側における動作領域
   を箔状平板のみで形成するとともに、この平板に
   設けられる前記アパーチヤを前記電子ビームのク
   ロスオーバー部に適合する微細孔となしたことを
   特徴とする電子銃。