JPH04237931A - 陰極線管 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はオシロスコープ等に用い
られる観測用ＣＲＴ（陰極線管）に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】陰極、
制御電極、加速電極、ユニポテンシャル型の第１及び第
２の四極レンズ、垂直偏向系、ユニポテンシャル型の第
３の四極レンズ、水平偏向系、走査拡大レンズ、及びス
クリーンを排気管体の軸に沿って配置することによりオ
シロスコープのＣＲＴを構成することは、例えば、特開
昭６３−２３７３３号公報、特開昭６３−２３７３３５
号公報、特開昭６４−６３４８号公報に開示されている
。

【０００３】これ等のＣＲＴにおける結像原理は図１で
示すことができる。図１では、第１、第２及び第３の四
極レンズＱ１　、Ｑ２　、Ｑ３　が管軸１上に配置され
ている。図１では物点１２（クロスオーバー）から像面
４の像５に向う管軸１の上側領域２に垂直方向のレンズ
作用（フォーカス状態）が表示され、下側領域３に水平
方向のレンズ作用（フォーカス状態）が表示されている
。Ｑ１　、Ｑ３　で示す第１及び第３の四極レンズ６、
８は垂直方向に凹レンズ、水平方向に凸レンズとして作
用し、Ｑ２　で示す第２の四極レンズ７は垂直方向に凸
レンズ、水平方向に凹レンズとして作用する。この様に
３個の四極レンズＱ１　、Ｑ２　、Ｑ３　を設けると像
５を真円に近づけることができる。

【０００４】図１の物点１２は、図２に示す陰極９から
放出された電子が陰極９と制御電極１０と加速電極１１
とによって構成されるレンズによって略一点に収束され
る点（クロスオーバー）である。

【０００５】物点１２（クロスオーバー）から第１の四
極レンズＱ１　までの距離をｖ、第１の四極レンズＱ１
　から第２の四極レンズＱ２　までの距離をｄ、第２の
四極レンズＱ２　から第３の四極レンズＱ３　までの距
離をｑ、第３の四極レンズＱ３　から像面４までの距離
をｚ、各四極レンズＱ１　、Ｑ２　、Ｑ３　の凹凸の焦
点距離が同じと仮定し、その逆数をＳ１　、Ｓ２　、Ｓ
３　とすれば、Ｓ１　、Ｓ２　、Ｓ３　を次の（１）（
２）（３）式で示すことができる。

【０００６】

【数１】

【０００７】図２に於いて、制御電極１０の電圧を変化
させ、電子ビームの量を制御すると、物点１２の位置が
変化する。即ち、物点１２から第１の四極レンズＱ１　
までの距離ｖが変化する。このことは各々の四極レンズ
のレンズ定数をｖの変化に応じて変えねば、像面４に像
５が出来なくなることを意味する。四極レンズを用いた
電子銃の弱点の一つは、電子ビーム量を変化させたとき
、各四極レンズの電圧を調整する複雑さがある。この複
雑さを解消する方策が前述の特開昭６３−２３７３３４
号公報に等に開示されている。

【０００８】しかしながら、これ等のＣＲＴに於いては
、電子ビーム量の変化に応じて少なくとも２つの可変抵
抗器を調整しなければならない。

【０００９】特開昭６３−２３７３３４号公報には、、
図３に原理的に示すように、物点１２と第１の四極レン
ズＱ１　との間に軸対称レンズ１３を配置し、そのレン
ズの作用によって物点１２の位置を実質的に一定にする
ことが開示されている。図３で、軸対称レンズ１３と第
１の四極レンズ１３との距離をｅとし、制御電極１０の
調整によりｖからｖ′に物点の位置が変化したとする。 これを軸対称レンズ１３を作用させｖに戻すと、このレ
ンズの作用により物点の大きさが（ｖ−ｅ）／（ｖ′−
ｅ）となる。電子ビーム量を増加させる場合ｖ＞ｖ′の
関係になる。従って、ビーム量を増加させたとき、軸対
称レンズ１３の作用によって物点１２は拡大される。こ
の例では制御電極１０の変化に対応して軸対称レンズ１
３の電圧だけを調整すれば、他は変化させなくても結像
５は得られる。しかし、ビーム量を増加させたとき、物
点１２が大きくなり、結像５が大きくなり品質が低下す
る。

【００１０】そこで、本発明の目的は、電子ビーム量の
変化によるフォーカス状態の変化の調整を単一可変電圧
源で行うことが可能なＣＲＴを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、少なくとも第１、第２及び第３の四極レン
ズを有する陰極線管において、少なくとも前記第１及び
第２の四極レンズが管軸に対して直角に配置された複数
の板状電極から夫々成り、前記複数の板状電極は第１の
極性の電圧を印加する複数の第１極性電極と第２の極性
の電圧を印加する複数の第２極性電極との組み合せから
成り、前記第１の四極レンズの前記第１の極性電極と前
記第２の四極レンズの前記第１極性電極とが同一の電圧
源に接続され、前記第１の四極レンズの前記第２極性電
極と前記第２の四極レンズの前記第２極性電極の一部と
が同一の可変電圧源に接続され、前記第２の四極レンズ
の前記第２極性電極の残りが別の電圧源に接続されてい
ることを特徴とする陰極線管に係わるものである。

【００１２】

【作用】第２の四極レンズの第２極性電極の一部に第１
の四極レンズと同一の電圧を印加することにより、第２
の四極レンズのレンズ長を変えたと等価な作用が生じる
。この第２の四極レンズのレンズのレンズ長変化のレン
ズ定数への寄与が、電子ビーム量の変化によるフォーカ
ス状態の変化の補正に利用される。この結果、低輝度ま
でのフォーカス調整を１つの可変電圧源で行うことが可
能になる。

【００１３】

【実施例】次に、本発明の実施例に係わるオシロスコー
プのＣＲＴを説明する。図４には、管軸１に沿って配置
された陰極９と、制御電極１０と、加速電極１１と、ユ
ニポテンシャル型の第１及び第２の四極レンズＱ１　、
Ｑ２　と、一対の偏向板から成る垂直偏向系４０と、ユ
ニポテンシャル型の第３の四極レンズＱ３　と、一対の
偏向板から成る水平偏向系４１と、ドームメッシュ４２
と、像面即ちスクリーン４とから成るＣＲＴが示されて
いる。 なお、ＣＲＴの排気管体は省略されている。各部の基本
的構成及び作用は特開昭６３−２３７３３４号公報に開
示されているものと実質的に同一であるので、詳しい説
明は省略する。

【００１４】ドームメッシュ４２は軸対称性を有するよ
うに形成され、像面４に結像される像点をスクリーン面
に結像する働きを有し、更に偏向系４０、４１で偏向さ
れたたビームを拡大する作用（走査拡大作用）を有する
。

【００１５】第１、第２及び第３の四極レンズＱ１　、
Ｑ２　、Ｑ３は説明の都合上斜線を付して示す第１の電
極２０と、斜線を付さないで示す第２の電極２１との組
み合せから成る。この実施例では、第１及び第２の四極
レンズＱ１、Ｑ２　が３枚の第１の電極２０と３枚の第
２の電極２１とを交互に配置することによって夫々構成
され、第３の四極レンズＱ３　が２枚の第１の電極２０
と２枚の第２の電極２１とを交互に配置することによっ
て構成されている。。なお、各四極レンズＱ１　、Ｑ２
　、Ｑ３　によって図１に示すレンズ作用を得るために
、第１及び第２の電極２０、２１の配置順番が第１及び
第３の四極レンズＱ１　、Ｑ３　と第２の四極レンズＱ
２　とで相違している。即ち、第１及び第３の四極レン
ズＱ１　、Ｑ３　では第１の電極２０が正極性（第１極
性）電極となり、第２の電極２１が負極性（第２極性）
電極となり、第２の四極レンズＱ２　では第２の電極２
１が正極性電極となり、第１の電極２０が負極性電極に
なっている。

【００１６】図５は第１の四極レンズＱ１　の電極２０
、２１の配置を示すものであり、各電極２０、２１の中
心は管軸１に一致している。各電極２０、２１は間隔ｌ
を有して互いに平行に配置され且つ管軸１に対して直角
に配置されている。このレンズの全長はＬである。

【００１７】図６は第１及び第２の電極２０、２１を詳
しく示す斜視図である。金属板から成る第１及び第２の
電極２０、２１は孔２０ａ、２１ａを夫々有する。孔２
０ａ、２１ａは軸１に向って突出している一対の周縁２
２と、軸１から離れるように凹んでいる一対の周縁２３
とを夫々有する。管軸１を中心に対称に配置された一対
の周縁２２は直角双曲線を示す式ｘ２　−ｙ２　＝±ａ
２　をほぼ満足する曲率を有する。同様に管軸１を中心
に対称に配置された一対の周縁２３は円を示す式ｘ２　
＋ｙ２　＝ｂ２　をほぼ満足する曲率を有する。なお、
ｘｙ座標の中心即ち管軸１から第１の対の周縁２２の頂
点までの距離ａと、中心から第２の対の周縁２３の頂点
までの距離ｂとの関係は、ｂ＞ａである。また、第２の
電極２１の孔２１ａは第１の電極２０の孔２０ａを９０
度回転したものに相違する。

【００１８】この実施例では、第１及び第２の電極２０
、２１の厚さは夫々０．５ｍｍ、双曲線の定数ａは５で
あり、電極間隔ｌは１ｍｍである。

【００１９】図４においては、第１の四極レンズＱ１　
の３枚の第１の電極２０と第２の四極レンズＱ２　の３
枚の第２の電極２１が＋３００Ｖの電源端子４３に接続
され、第１の四極レンズＱ１　の３枚の第２の電極２１
と第２の四極レンズＱ２　の第１番目の電極２０とが可
変抵抗器４４に接続されている。この可変抵抗器４４は
負の電源端子４５に接続され、例えば−３００Ｖ程度の
負電圧をライン４４ａに与える。第２の四極レンズＱ２
　の第２番目の第１の電極２０は−４０Ｖの負の電源端
子４６に接続されている。第３の四極レンズＱ３　の２
枚の第１の電極２０は＋２５０Ｖの正の電源端子４７に
接続され、２枚の第２の電極２１はグランドに接続され
ている。電源の数を減らす目的で第３の四極レンズＱ３
　には正負の対称電圧が印加されていないが、（２５０
＋０）／２＝１２５から正電圧＋１２５Ｖと負電圧−１
２５Ｖを印加したと同等の効果が得られる。

【００２０】図４において第１、第２及び第３の四極レ
ンズＱ１　、Ｑ２、Ｑ３　の軸方向の長さＬ１　、Ｌ２
　、Ｌ３　は、１０ｍｍ、７．５ｍｍ、６ｍｍであり、
クロスオーバー（物点）から第１の四極レンズＱ１　の
中心までの距離ｖが３０ｍｍ、第１の四極レンズＱ１　
の中心から第２の四極レンズＱ２　の中心までの距離ｄ
が３０ｍｍ、第２の四極レンズＱ２　の中心から第３の
四極レンズＱ３　の中心までの距離ｑが６０ｍｍ、第３
の四極レンズＱ３　の中心から像面４までの距離ｚが１
２０ｍｍである。

【００２１】次に、制御電極１０の電圧を変えて電子ビ
ームの量を変えることによって生じるクロスオーバーの
移動に基づくフォーカスずれを単一の可変抵抗器で４４
で調整することができることを説明する。

【００２２】前述の（１）、（２）、（３）式で与えら
れた各四極レンズＱ１、Ｑ２　、Ｑ３　のレンズ定数Ｓ
１　、Ｓ２　、Ｓ３　に基づいて次の（４）、（５）式
が得られる。

【００２３】

【数２】

【００２４】制御電極１０の電圧を調整してクロスオー
バーから第１の四極レンズＱ１　の中心までの距離がｖ
からｖ−Δｖに変化したとすれば、（４）、（５）式に
対応してＳ１　、Ｓ２　、Ｓ３　のｖの微分係数Ｓ１’
（ｖ）、Ｓ２’（ｖ）、Ｓ３’（ｖ）を示す（６）、（
７）式が得られる。

【００２４】

【数３】

【００２５】（６）、（７）式はｖを一定としてＱ１　
、Ｑ２　、Ｑ３　のレンズ定数の比率を（４）、（５）
式によって決めてもｖの変化があると像点に結像しない
ことを意味する。即ち、（６）、（７）式から、−△ｖ
の変化に対して付加因数により（４）、（５）式からは
ずれ、結像の条件が満足しなくなる。前述の特開昭６３
−２３７３３４号公報に開示されている方式では、ｖが
あまり変化しない場合は問題がないが、ｖの変化が大き
い場合、即ちビーム電流を大きくすると結像しなくなる
。

【００２６】図５及び図６に示すような四極レンズの焦
点距離の逆数Ｓは次の（８）式で与えられる。なお、次
式のＶは電極２０、２１に印加する正負の電圧であり、
Ｌはレンズ長である。

【００２７】

【数４】

【００２８】この（８）式はレンズ長Ｌを適当に選ぶこ
とによって、（４）、（５）式を満足するＳ１　、Ｓ２
　、Ｓ３　を得ることが可能であることを示す。即ち、
第１の四極レンズＱ１　のレンズ長Ｌ１　と第２及び第
３の四極レンズＱ２　、Ｑ３　のレンズ長Ｌ２　、Ｌ３
　とを、（４）、（５）、（８）式に基づいて次の（９
）、（１０）式に従うように決定すればよい。

【００２９】

【数５】

【００３０】各四極レンズＱ１　、Ｑ２　、Ｑ３　のレ
ンズ長Ｌ１　、Ｌ２　、Ｌ３　が（９）、（１０）式を
満足するように設定され且つクロスオーバーが一定即ち
ｖが一定の場合には各四極レンズＱ１　、Ｑ２　、Ｑ３
　に±Ｖの電圧を印加することによって結像させること
ができる。しかし、クロスオーバー点即ちｖが変化した
ときには（６）、（７）式に示すように付加因数が加わ
り、像面に結像しなくなる。つまり（９）、（１０）式
によってレンズ長を決めた場合、像面に結像しなくなり
、像点の質が悪くなり、最適フォーカスからずれること
が判る。

【００３１】本発明は上述のようなフォーカスずれを単
一の電源で調整することができる方法を提供する。本発
明の原理は基本的には（６）、（７）式の付加因数を配
慮したものである。図７はその原理を説明するものであ
る。四極レンズＱ１　、Ｑ２　、Ｑ３　のレンズ長は各
々Ｌ１　、Ｌ２　、Ｌ３　とする。四極レンズの各々は
図６に示された双曲形状の電子通過孔を有する電極から
構成されている。。即ち、図７の四極レンズＱ１　、Ｑ
２　、Ｑ３　は図７の四極レンズＱ１　、Ｑ２　、Ｑ３
　と同様に示されている。しかし、電極２０、２１の枚
数を適当に増減されている。３つの四極レンズＱ１　、
Ｑ２　、Ｑ３　は共通の正の電源端子３０に接続されて
いるが、負の電源に対しては全部が共通に接続されてい
ない。第２及び第３の四極レンズＱ２　、Ｑ３　の一部
は負の電源端子３１に接続され、残りは第１の四極レン
ズＱ１　と共に可変抵抗器３４に接続されている。可変
抵抗器３４は負の電源端子３３に接続されて折り、この
出力ライン３４ａに負の電位を与える。第２及び第３の
四極レンズＱ２　、Ｑ３　の可変抵抗器３４に接続する
電極に基づくレンズ長ΔＬ２　、ΔＬ３　は次の（１１
）、（１２）式を満足するように設定する。

【００３２】

【数６】

【００３３】四極レンズを構成する各電極には、交互に
正負の電圧が印加され、正側電極には電源３０により＋
Ｖが印加される。クロスオーバー点即ちｖが一定の時に
は可変抵抗器３４の分圧出力ライン３４ａに−Ｖを与え
、電源端子３１にも−Ｖを与える。物点１２から第１の
四極レンズＱ１　６までの距離がｖのとき正側には＋Ｖ
、負側に−Ｖを印加すれば、これまでの説明から、像面
４上に結像が得られることは明らかである。

【００３４】次に、ｖがｖ−Δｖと変化したとき、Δｖ
は幾何学量ｖ、ｄ、ｑ、ｚに比較して小さいが、レンズ
定数Ｓ１　の変化量Ｓ１’（ｖ）は、Ｓ１　（ｖ−△ｖ
）＝Ｓ１　（ｖ）−Ｓ１’（ｖ）△ｖ式より導かれる。 従って、Ｓ１’（ｖ）△ｖの変化量に対応して電圧が△
Ｖ変化するものとすると、第１の四極レンズに印加され
る電圧は±Ｖから±Ｖ（Ｖ＋ΔＶ）になる。また＋Ｖを
一定に保つ場合には、負側の電圧が−Ｖ（１−２ΔＶ）
となる。但し、△Ｖは−△ｖの変化に対応した第１の四
極レンズの調整電圧である。即ち、以上のことはＳ１　
（ｖ−△ｖ）がＬ１　（Ｖ＋△Ｖ）／　ａ２　にほぼ一
致することを意味する。第２の四極レンズＱ２　部分の
レンズ長ΔＬ２　に相当する部分にはこの電圧が印加さ
れるため、レンズ長ΔＬ２　のレンズ定数への寄与分Ｓ
′を次の（１３）式で表わすことができる。

【００３５】

【数７】

【００３６】第２の四極レンズＱ２　のｖが変化する前
の寄与分Ｓ″は次の（１４）式で表わされる。また、Ｓ
２　′とＳ２　″との和Ｓ２　は（１５）式で表わされ
る。

【００３７】

【数８】

【００３８】（１５）式は（６）式を包含する。即ち、
これは、物点１２の変化によって距離ｖが変化してもフ
ォーカス条件を満足させることができることを意味する
。第３の四極レンズＱ３　についても第２の四極レンズ
Ｑ２　と同様な効果が生じる。よって、１つの可変抵抗
器３４により、フォーカス調整を行うことが可能になる
。 以上の説明は説明を判りやすくするために、四極レンズ
の端部の効果は考慮していない。実際にはレンズ長につ
いては実験的または数値計算等によって求めるが、基本
的な考え方は相違しない。

【００３７】本発明の実施例を示す図４と原理を示した
図７とは同一でないが、フォーカス調整の原理は全く同
一であり、図４の構成によってフォーカス調整が可能に
なる。図４において、低輝度時、つまりビーム電流が少
ないときの可変抵抗器４４の出力ライン４４ａの負電位
は−３００Ｖである。この時、第２の四極レンズＱ２　
の電極の内でライン４４ａに接続された電極に基づくレ
ンズ長ΔＬ２　は約．１．９ｍｍである。Ｌ２　は７．
５ｍｍに設定されているので、このＬ２　に対する割合
ΔＬ２　／Ｌ２　は０．２５である。一方、（６）式の
付加因数ｖ（ｑ＋ｚ）／｛２ｄ（ｖ＋ｑ＋ｚ＋ｄ）＋ｖ
（ｑ＋ｚ）｝は０．２７３となる。この例の場合は（６
）式から若干ずれているが、スクリーン電流で２０μＡ
（ビーム電流に換算すると１ｍＡに相当）までフォーカ
スの調整が可能になった。（１）式から推定すると、こ
のときのｖの変化は８ｍｍ程度になる。

【００３８】

【変形例】本発明は上述の実施例に限定されるものでな
く、例えば次の変形が可能なものである。 （１）　　第１及び第２の四極レンズＱ１　、Ｑ２　の
負電位を同一又は固定に設定し、第２の四極レンズＱ２
　の正電位を与えるべき電極から選択されたものを第１
の四極レンズＱ１　の正電位を与える電極と共に正の可
変電圧源に接続しても良い。　　（２）　　軸対称の後
段加速方式であるドームメッシュ４２の代りに、特開昭
６３−２３７３３４号公報等で周知のボックス型走査拡
大レンズ等のメッシュレスレンズによる後段加速方式を
使用するＣＲＴにおいても本発明を適用することができ
る。メッシュレスレンズを使用する場合には、像面まで
の距離が水平方向と垂直方向で異なる。従って（１）、
（２）、（３）式は変形されるが、同様な関係式が得ら
れる。即ち実施例で説明した方法と同様に付加因数を算
出し、この付加因数に相当するように第２の四極レンズ
Ｑ２　と第３の四極レンズＱ３　との一方または両方を
分割し、分割されたものを第１の四極レンズＱ１　に接
続すれば同様の結果が得られる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、低輝度から高輝度
までのフォーカス調整を１つの可変電圧源で行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】３個の四極レンズによる結像原理を光学類推で
示す図である。

【図２】ＣＲＴの陰極と制御電極と加速電極とから成る
レンズ系による物点の生成を示す図である。

【図　３】軸対称レンズを有するレンズ系を示す図であ
る。

【図４】本発明の実施例に係わるＣＲＴの一部を原理的
に示す図である。

【図５】図４の第１の四極レンズを示す図である。

【図６】図５の第１及び第２の電極を示す斜視図である
。

【図７】本発明の原理を説明するための３つの四極レン
ズを示す図である。

【符号の説明】

１　　管軸 ４　　像面 ９　　陰極 １０　　制御電極 １１　　加速電極 ４４　　可変抵抗器 Ｑ１　、Ｑ２　Ｑ３　　　四極レンズ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　少なくとも第１、第２及び第３の四極
   レンズを有する陰極線管において、少なくとも前記第１
   及び第２の四極レンズが管軸に対して直角に配置された
   複数の板状電極から夫々成り、前記複数の板状電極は第
   １の極性の電圧を印加する複数の第１極性電極と第２の
   極性の電圧を印加する複数の第２極性電極との組み合せ
   から成り、前記第１の四極レンズの前記第１極性電極と
   前記第２の四極レンズの前記第１極性電極とが同一の電
   圧源に接続され、前記第１の四極レンズの前記第２極性
   電極と前記第２の四極レンズの前記第２極性電極の一部
   とが同一の可変電圧源に接続され、前記第２の四極レン
   ズの前記第２極性電極の残りが別の電圧源に接続されて
   いることを特徴とする陰極線管。