JPH076705A - 陰極線管用電子銃 - Google Patents

陰極線管用電子銃

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JPH076705A
JPH076705A JP5324141A JP32414193A JPH076705A JP H076705 A JPH076705 A JP H076705A JP 5324141 A JP5324141 A JP 5324141A JP 32414193 A JP32414193 A JP 32414193A JP H076705 A JPH076705 A JP H076705A
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JP
Japan
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grid
lens
ray tube
cathode ray
electron gun
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JP5324141A
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English (en)
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Tomoe Takahashi
知恵 高橋
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Priority to KR1019940008297A priority patent/KR0128028B1/ko
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J29/00—Details of cathode-ray tubes or of electron-beam tubes of the types covered by group H01J31/00
    • H01J29/46—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the ray or beam, e.g. electron-optical arrangement
    • H01J29/56—Arrangements for controlling cross-section of ray or beam; Arrangements for correcting aberration of beam, e.g. due to lenses
    • H01J29/563—Arrangements for controlling cross-section of ray or beam; Arrangements for correcting aberration of beam, e.g. due to lenses for controlling cross-section
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J29/00—Details of cathode-ray tubes or of electron-beam tubes of the types covered by group H01J31/00
    • H01J29/46—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the ray or beam, e.g. electron-optical arrangement
    • H01J29/48—Electron guns
    • H01J29/488—Schematic arrangements of the electrodes for beam forming; Place and form of the elecrodes

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ビーム電流の増加に伴うスポットサイズの増
大を抑制し、高ビーム電流域で良好な解像度を得る。 【構成】 電子ビームを放出するカソード２と、夫々電
子ビームを通過する通過孔を備え、蛍光面10側に向けて
一列に配置された第１〜第５グリッド11〜15とを備えた
陰極線管用電子銃において、前段レンズ部Ｌ2 ，主レン
ズ部Ｌ3 夫々を共にバイポテンシャル(BPF) 形レンズと
して構成すると共に、前段レンズ部Ｌ2を構成する第３
グリッド13に対し主レンズ部Ｌ3 を構成する第５グリッ
ド15に対するのと略同じ高電圧Ｅb を印加する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ビーム電流の増加に伴
う電子ビームスポットサイズの増大を抑制し、高ビーム
電流域で良好な解像度を得られるようにした陰極線管用
電子銃に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に陰極線管用電子銃は、カソードか
ら放射された電子ビームを電子レンズ系であるカソード
プリフォーカスレンズ部（ビーム形成領域又は３極部と
も称す）及び前段レンズ部で予備集束した後、同じく電
子レンズ系である主レンズ部で蛍光面上に合焦するよう
蛍光面に入射せしめるようになっている。
【０００３】ところでこのような従来の陰極線管用電子
銃における電子レンズ系はユニポテンシャル形レンズと
バイポテンシャル形レンズが一般的であり、これらを組
み合わせたクォドラポテンシャル(QPFと略記する) 形，
マルチステップ(MPFと略記する) 形等の複合レンズ系も
知られている。
【０００４】従来技術の一例として図８にQPF 形レンズ
を備えた陰極線管用電子銃を示す。図13(a) は従来のQP
F 形陰極線管用電子銃の基本構成図、図13(b) は同じく
QPF形陰極線管用電子銃の電子レンズ系を構成するグリ
ッド電極の配置を示す模式図、図13(c) は同じくQPF 形
陰極線管用電子銃における電子ビームの光路図である。
【０００５】図13において21はステム、30は蛍光面を示
しており、前記ステム21側から蛍光面30側に向けてカソ
ード22、第１，第２〜第６グリッド31〜36、シールドカ
ップ29がこの順序で配設されている。第２グリッド32は
中心部に電子ビームの通過孔を備えたリング形に、また
他の第１，第３〜第６グリッド31, 33〜36はいずれも両
端部に夫々電子ビームの通過孔を備えた円筒形に形成さ
れている。
【０００６】第２, 第４グリッド32,34 にはカットオフ
電圧が、また第３, 第５グリッド33,35 にはフォーカス
電圧ＥF が、更に第６グリッド36には高電圧Ｅb が印加
されている。第１，第２，第３グリッド31,32,33は電子
ビームの形成に寄与し、これらの配置域は電子ビーム形
成領域又は３極部と称され、またこれらによるレンズ機
能に着目してカソードプリフォーカスレンズ部Ｌ1 とも
称される。
【０００７】同様に第３，第４，第５グリッド33,34,35
にてカソード22から放射された電子ビームを集束するユ
ニポテンシャル形レンズである前段レンズ部Ｌ2 が、更
に第５，第６グリッド35,36 にてバイポテンシャル形レ
ンズである主レンズ部Ｌ3 が夫々構成されている。なお
第３グリッド33はカソードプリフォーカスレンズ部Ｌ1
と前段レンズ部Ｌ2 とに、また第５グリッド35は前段レ
ンズ部Ｌ2 と主レンズ部Ｌ3 とに夫々兼用された構成と
なっている。
【０００８】このような従来のQPF 形陰極線管用電子銃
では、図13(a),図13(b) に示す如くカソード22から放出
された電子ビームはカソードプリフォーカスレンズ部Ｌ
1 を構成する第１グリッド31, 第２グリッド32，第３グ
リッド33により制御されてクロスオーバーを形成し、第
３グリッド33, 第４グリッド34, 第５グリッド35で構成
されるユニポテンシャル形レンズである前段レンズ部Ｌ
2 によって予備集束され、更に第５グリッド35, 第６グ
リッド36で構成されるバイポテンシャル形レンズである
主レンズ部Ｌ3 にて電子ビームを蛍光面30にフォーカス
してビームスポットを得ている。
【０００９】図14は従来の一般的な陰極線管用電子銃に
用いられるユニポテンシャル形レンズを構成する３つの
グリッドＧ1 ，Ｇ2 ，Ｇ3 の模式図であり、グリッドＧ
1 ，Ｇ3 にはフォーカス電圧ＥF が、グリッドＧ2 には
カットオフ電圧が夫々印加されている。そして中間に位
置するグリッドＧ2 の口径Ｄと、その軸長方向の長さＬ
との関係はユニポテンシャル形レンズとしての条件を満
足するようＬ／Ｄ＜2.5 に設定されている( ”Journal
of Applied Physics Vol.48 No.6, JUNE 1977 p.2306〜
p.2311) 。
【００１０】つまり陰極線管用電子銃に用いられるユニ
ポテンシャル形レンズにおいては、これを構成する３つ
のグリッドＧ1 ，Ｇ2 ，Ｇ3 のうち中間に位置するグリ
ッドＧ2 におけるＬ／Ｄは2.5 よりも小さく設定されて
おり、この関係は図13に示す従来の陰極線管用電子銃に
おいても同じである。なお、従来のUPF 陰極線管用形電
子銃のなかには前段レンズ部を構成する第４グリッドの
軸長方向長さを大きくし、球面収差を低減したHigh-UPF
形電子銃が存在するが、この電子銃の第４グリッドの軸
長方向の長さは、たかだか口径２〜2.5 倍程度である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】ところで陰極線管用電
子銃における蛍光面上でのビームスポット径を決定する
上での重要な因子として空間電荷による電子の反発、並
びに各電子レンズ系における球面収差がある。空間電荷
の影響は未だ電子の加速が十分でないビーム形成領域
（３極部）で大きく、一方主レンズ部Ｌ3 では電子が充
分加速されているため、空間電荷による影響よりもむし
ろ球面収差による影響が大きくなってくるという関係に
ある。また画面を明るくする手段としてビーム電流を大
きくすることが行われているが、ビーム電流の増加に伴
って上記空間電荷効果の影響と球面収差の影響とが相乗
して現れ、ビームスポットサイズが増大して解像度の劣
化を引き起こすという問題があった。
【００１２】空間電荷効果による影響を抑制する方法と
しては、従来３極部に高電圧を近付けて位置させ、電子
を急激に加速し、ビームの質を左右するエミッタンスを
小さくすることが行われており、例えばUPF 形陰極線管
用電子銃, High-UPF形陰極線管用電子銃では第３グリッ
ド33に高電圧を印加する構成が採られている。これらの
陰極線管用電子銃はMPF 形陰極線管用電子銃, QPF 形陰
極線管用電子銃, BPF形陰極線管用電子銃等に較べて高
ビーム電流域でのビームスポット特性が優れていること
が知られている (「Hi-UPF電子銃カラーブラウン管の開
発」電気通信学会技術研究報告 (1977) ED77-71 P.1 〜
P.8)。
【００１３】一方電子レンズの球面収差を低減する方法
としては、従来レンズの実効口径を大きくするのが効果
的であることが知られている。例えばデルタ形陰極線管
用電子銃ではレンズ径を大きく出来るためフォーカス性
能が優れている。ただ組立の容易性から近年の主流を占
めているインライン形電子銃の場合、セルフコンバーゼ
ンスシステムを採用しており、３本の電子ビームを水平
方向に一列に配置した電極構成をとるためレンズ口径を
大きくとることができないという問題がある。このため
インライン形電子銃においては球面収差を低減すべく電
極形状，印加電圧最適化が図られ、また主レンズ部につ
いては大口径複合レンズ、拡張形電界レンズ等の開発が
進められているのが現状である。なおビーム電流の増大
に伴うビームスポットサイズの増大については未だ十分
な対策が取られていない。
【００１４】本発明はこのような問題点を改善し、電流
増加に伴うスポットサイズの増大を抑制し、高電流域で
良好な解像度を得ると共に、電流変化に対するビームス
ポット径の変化の小さい陰極線管用電子銃を提供するこ
とを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】第１発明に係る陰極線管
用電子銃は、前段レンズ部, 主レンズ部を夫々バイポテ
ンシャル形レンズとして構成すると共に前段レンズ部を
構成するグリッドの一つに主レンズ部を構成するグリッ
ドに対するのと略同レベルの高電圧を印加する。
【００１６】第２発明に係る陰極線管用電子銃は、第１
発明において、前段レンズ部及び主レンズ部を相互に独
立したバイポテンシャル形レンズとすべく両レンズ部の
中心間の長さを、その前段レンズ部を構成するグリッド
であって前段レンズ部側に位置するビーム通過孔口径の
5.6倍以上としたことを特徴とする。
【００１７】第３発明に係る陰極線管用電子銃は、第１
発明において、カソードプリフォーカスレンズ部を構成
する一のリング状グリッドの厚さを、そのビーム通過孔
口径の1/2 以下としたことを特徴とする。
【００１８】第４発明に係る陰極線管用電子銃は、第１
発明において、前段レンズ部を構成する一のグリッドの
長さを、そのグリッドの主レンズ部側ビーム通過孔口径
の1/2 以下としたことを特徴とする。
【００１９】第５発明に係る陰極線管用電子銃は、第１
発明において、カソードプリフォーカスレンズ部を構成
する一のリング状グリッドの投射対象物側に備えられ
た、前段レンズ部を構成する一のグリッドと、前記リン
グ状グリッドとの間の軸上の電位の傾きを13ＫＶ／mm以
上になしてあることを特徴とする。
【００２０】第６発明に係る陰極線管用電子銃は、第５
発明において、カソードプリフォーカスレンズ部を構成
する一のリング状グリッドの厚みを、そのビーム通過孔
口径の略 1/3〜1/2 となしてあることを特徴とする。
【００２１】
【作用】第１発明にあっては、前段レンズ部, 主レンズ
部を夫々バイポテンシャル形レンズとして構成すると共
に、前段レンズ部を構成する一のグリッドに高電圧を印
加することで、ビーム形成領域の電子ビームを急激に加
速し、電子ビームの拡がりを押さえ、空間電荷効果を低
減し、また電子ビームの質を示すエミッタンス値を小さ
くしてビーム電流の変化に対するビームスポット径の変
化を抑制し、解像度を向上させ得る。
【００２２】第２発明にあっては、第１発明の作用に加
えて、前段レンズ部を減速形のバイポテンシャルレンズ
として構成し、また従来の陰極線管用大口径複合レンズ
で構成される主レンズ部と組合せる場合に、従来の陰極
線管用電子銃における主レンズ部のバイポテンシャル形
レンズ特性と本発明に係る陰極線管用電子銃の前段レン
ズ部のバイポテンシャル形レンズ特性とをマッチングさ
せ、夫々のレンズの優れた特性を維持させ、両レンズの
レンズ作用を独立状態に維持させることができる。
【００２３】第３発明にあっては、第１発明の作用に加
えて、前段レンズ部を構成する一のグリッドを、カソー
ドプリフォーカスレンズ部を構成する一のリング状グリ
ッド側へ近づけることになるので、仮想物点径が十分に
縮小され、投写対象物上でのビームスポット径を縮小す
ることができる。
【００２４】第４発明にあっては、第１発明の作用に加
えて、前段レンズ部における減速形バイポテンシャル形
レンズとしてのレンズ作用を抑制することができる。1/
2 を越えると、前段レンズ部の集束力が強くなり過ぎ、
倍率の増大を引き起こす外、エミッタンス特性が劣化
し、ブルーミング現象が発生する。
【００２５】第５発明にあっては、第１発明の作用に加
えて、ビーム形成領域における電子ビームを急激に加速
して電子ビームの拡がりを抑制する。これにより特に高
ビーム電流域における空間電荷効果を低減しビーム電流
の変化に対するビームスポット径の変化を低減すること
ができる。ここで軸上の電位の傾きを13ＫＶ／mm以上と
すると、ビームスポット径を従来より10％程度縮小する
ことができる。
【００２６】第６発明にあっては、第５発明において軸
上の電位の傾きを大きくすることによりレンズ強さが弱
くなることを、リング状グリッドの厚みを制御して抑制
する。偏向中心位置でのビーム径を縮小することができ
るので、投写対象物上の周辺部のビームスポット径もこ
れに比例して縮小される。これにより中央部と周辺部と
におけるフォーカス性能の差が低減される。リング状グ
リッドの厚みとそのビーム通過孔口径との比が 1/2を越
えると低ビーム電流域におけるビームスポット径の中央
／周辺比が大きくなり、また高ビーム電流域におけるこ
の中央／周辺比との差も大きくなる。逆に 1/3を下回る
と低ビーム電流域におけるこの中央／周辺比は小さくな
るが、高ビーム電流域における中央／周辺比はこれほど
小さくならないために、低ビーム電流域と高ビーム電流
域とにおける差が大きくなる。さらに低ビーム電流域と
高ビーム電流域とにおける中央／周辺比の差を、第１発
明〜第４発明にて得られる値より小さくする場合は、リ
ング状グリッドの厚みとそのビーム通過孔口径との比を
略 3/8〜9/20の範囲内とすることが望ましい。
【００２７】
【実施例】以下本発明をその実施例を示す図面に基づき
具体的に説明する。図１(a) は本発明に係る陰極線管用
電子銃の構成を示す基本構成図、図１(b)はその電子レ
ンズを構成する各グリッドの配置を示す模式図、図１
(c) は同じく電子ビームの光路図である。
【００２８】図１において１はステム、10は蛍光面を示
している。ステム１側から蛍光面10側に向けてカソード
２、第１グリッド11、第２グリッド12、第３グリッド1
3、第４グリッド14、第５グリッド15，シールドカップ
９をこの順序に配置してある。第１グリッド〜第５グリ
ッド11〜15のうち、第２グリッド12はリング形に、また
第１，第３〜第５グリッドは夫々その長手方向の両端部
にビーム通過孔を備えた円筒形に形成されている。前記
第２グリッド12にはカットオフ電圧が、また第４グリッ
ド14にはフォーカス電圧ＥF が、更に第３，第５グリッ
ド13，15には高電圧Ｅb が夫々印加されている。
【００２９】このような構成によって第１，第２，第３
グリッド11，12，13にてカソードプリフォーカスレンズ
部Ｌ1 が構成され、また第３，第４グリッド13，14にて
減速形のバイポテンシャル形レンズである前段レンズ部
Ｌ2 が、更に第４，第５グリッド14，15にて加速形のバ
イポテンシャル形レンズである主レンズ部Ｌ3 が構成さ
れている。なお第３グリッド13はカソードプリフォーカ
スレンズ部Ｌ1 ，前段レンズ部Ｌ2 に、また第４グリッ
ド14は前段レンズ部Ｌ2 と主レンズ部Ｌ3 とに兼用され
る構成となっている。
【００３０】前記第３グリッド13に対し、第５グリッド
15への印加電圧と同じ高電圧を印加するのは印加電圧の
多様性を押さえるため、即ち印加電圧の種類を減らすた
めである。印加電圧の種類が減れば部品数が少なくな
り、それだけ組立が簡単となる。また第３グリッド13に
高電圧を印加するのはこれによって前段レンズ部Ｌ2 の
像倍率と角倍率の積を小さく出来、またこのような前段
レンズ部Ｌ2 と従来の陰極線管用電子銃等で採用してい
る球面収差の少ない高性能の大口径レンズと組み合わせ
たとき、高ビーム電流域でのビームスポット径を改善す
ることが出来るからである。
【００３１】そして（Ａ） 第２グリッド12の厚さ (リ
ング状に形成されているグリッド電極の軸方向の厚さ)
はその中心部に開口するビーム通過孔口径の1/2 以下と
し、（Ｂ） また第３グリッド13の長さ (円筒形に形成
されているグリッドの軸長方向の長さ) は、第３グリッ
ド13における第４グリッド14側のビーム通過孔口径の1/
2 以下とし、（Ｃ） 更に第４グリッド14の長さ (円筒
形に形成されている第４グリッド14の軸長長さ）は第４
グリッド14における第３グリッド13側のビーム通過孔口
径の5.6 倍以上に夫々設定してある。
【００３２】次に上記した第２グリッド12の厚さ、第３
グリッド13及び第４グリッド14の長さについて、その具
体的な数値例及び数値限定理由を説明する。 （Ａ） 第２グリッド12の厚さをそのビーム通過孔口径
の1/2 以下とするのは、高電圧である第３グリッド13を
カソード２側に近づけて位置させ、仮想物点径を縮小す
るためであり、1/2 を越えると仮想物点径に対する十分
な縮小効果が得られなくなることによる。
【００３３】なおここに仮想物点径とは主レンズ側から
みたときの物点位置における直径をいう。ちなみに第２
グリッド12の厚さはそのビーム通過孔口径を0.64mmとす
ると、その1/2 以下である0.1mm 程度である。なお、従
来の陰極線管用電子銃の第２グリッド32の厚さは0.45mm
程度である。
【００３４】図２はビーム電流Ｉk ：500 μＡでの仮想
物点径の第２グリッド厚さに対する依存性について、電
子計算機による電磁界解析により求めた結果を示すグラ
フであり、横軸に第２グリッド12の厚さ(mm)、及び第２
グリッドの厚さ／第２グリッドのビーム通過孔口径の比
を、また縦軸に仮想物点径 (半径で示してある) をとっ
て示している。グラフ中×印は従来の陰極線管用電子銃
(第２グリッドの厚さ：0.45mm) の仮想物点径 (半径)
である。このグラフから明らかなように第２グリッドの
厚さ／第２グリッドの通過孔口径の比を1/2 以下、望ま
しくは1/3 以下の値とするのが仮想物点径の縮小に特に
有効であることが解る。
【００３５】図３はビーム電流Ｉk ：500 μＡ，4000μ
Ａ夫々においての第２グリッド12の厚さと蛍光面上での
ビームスポット径とについて実験結果を示すグラフであ
り、横軸に第２グリッド12の厚さ(mm)を、また縦軸に蛍
光面上でのビームスポット径(mm)をとって示してある。
このグラフから明らかな如く第２グリッド12の厚さ:0.2
5mm 以下でビーム電流域（500 μＡ）においては勿論、
高ビーム電流域（4000μＡ) においてもビームスポット
径の大幅な縮小効果が得られることが解る。
【００３６】（Ｂ） 第３グリッドの長さをその第４グ
リッド14側ビーム通過孔口径の１／２以下とするとは、
前段レンズ部Ｌ２ における減速形バイポテンシャル形
レンズとしてのレンズ作用を抑制するためであり、1/2
を越えると第３グリッド13と第４グリッド14との電位差
が大きく、これらによって形成される前段レンズ部Ｌ2
に集束力が強くなり過ぎ、倍率の増大を引き起こす外、
エミッタンス特性が劣化し、ブルーミング現象が発生す
ることによる。
【００３７】前段レンズ部Ｌ2 の集束力を弱化させる手
段としては第３グリッド13の長さを短くする (極端な場
合には第２グリッド12と同様のリング形グリッドで構成
する) か、又は第３グリッドにおける第２グリッド12側
ビーム通過孔口径を大きくすることが考えられる。いず
れの手段をとってもよいが、以下には第３グリッド13の
長さを短くする場合について具体的に説明する。ちなみ
に第３グリッド13における第４グリッド14側ビーム通過
孔口径:4.3mmとすると、第３グリッド13の長さはその1/
2 以下の1.2mm 程度である (但し第２グリッド12の長さ
が0.15mmとした場合) 。従来の陰極線管用電子銃におけ
る第３グリッド33の長さは3.35mmである (但し第２グリ
ッド32の厚さを0.45mmとした場合) 。
【００３８】図４は仮想物点径（半径）の第３グリッド
13の長さに対する依存性について、電子計算機による電
磁界解析により求めた結果を示すグラフであり、横軸に
第３グリッド13の長さ(mm)、及び第３グリッドの長さ／
第３グリッド13の第４グリッド14側ビーム通過孔口径
(4.3mmである) の比を、また縦軸に仮想物点径(mm)をと
って示している。グラフ中×印は従来の陰極線管用電子
銃 (第３グリッド33の長さ:3.35mm)の仮想物点径 (半径
で示してある) である。このグラフから明らかな如く、
第３グリット13の第４グリッド14側ビーム通過口径の比
が3/4 以下、望ましくは1/2 以下で仮想物点径の大幅な
縮小効果が得られることが解る。
【００３９】（Ｃ） 第４グリッド14の長さをその第３
グリッド13側ビーム通過孔口径の5.6 倍以上とするのは
以下の理由による。即ち、前段レンズ部Ｌ2 を減速形の
バイポテンシャルレンズとして構成し、また従来の陰極
線管用大口径複合レンズで構成される主レンズ部Ｌ3 と
組合せる場合に、従来の陰極線管用電子銃における主レ
ンズ部Ｌ3 のバイポテンシャル形レンズ特性と本発明に
係る陰極線管用電子銃の前段レンズ部Ｌ2 のバイポテン
シャル形レンズ特性とをマッチングさせ、夫々のレンズ
の優れた特性を維持させるべく、第４グリッド14を介在
させてその両側に形成される両レンズが互いにそのレン
ズ作用を独立状態に維持させるためである。
【００４０】まず前段レンズ部Ｌ2 を減速形のバイポテ
ンシャルレンズとして構成するために、第４グリッド14
の長さを主レンズ部Ｌ3 のレンズ口径の 2.5倍以上にす
る。従来の陰極線管用電子銃の大口径複合レンズの等価
実効レンズ径は、約８〜９mm程度であるから、Ｌ／Ｄ＞
2.5 を満たすためには第４グリッド14の長さＬを Ｌ＞９×2.5 ＝22.5 とすればよいこととなる。
【００４１】しかし、主レンズ部Ｌ3 の等価実効レンズ
径で第４グリッド14の電極長さを規定することはそれが
実効レンズ径であるだけに難しい。そこで第４グリッド
14における第３グリッド13側ビーム通過孔口径Ｄによっ
て規定すると、上記主レンズ部Ｌ3 からの制約であるＬ
／Ｄ＝22.5／４≒5.6 から、Ｌ／Ｄ＞5.6 であればよい
こととなる。
【００４２】これによって前段レンズ部Ｌ2 は減速形の
バイポテンシャルレンズとして構成され、また主レンズ
部Ｌ3 は従来より加速形のバイポテンシャルレンズとし
て構成されているから、前段レンズ部Ｌ2 ，主レンズ部
Ｌ3 が共にバイポテンシャルレンズとして構成され、し
かも両レンズ中心間は相互に十分な距離が隔てられるこ
ととなって、相互の干渉が低減され、主レンズ部Ｌ3 に
入射するビームの発散角を独立して設計することが可能
となると共に、フォーカス電極長が長くなることで主レ
ンズ部Ｌ3 のレンズ倍率を下げ、フォーカス特性が改善
される。
【００４３】ちなみに第４グリッド14の第３グリッド13
側ビーム通過孔口径Ｄ：約４mmとすると、第４グリッド
14の長さＬは約27mmである。従って本発明に係る陰極線
管用電子銃における第４グリッド14のＬ／ＤはＬ／Ｄ＝
27／４≒6.5 であり、これは従来の陰極線管用電子銃に
おける第４グリッドのＬ／Ｄ＜2.5 に比較して格段に大
きくなり、前段レンズ部Ｌ2 はバイポテンシャル形レン
ズとなる。
【００４４】次に電子計算機を用いた電磁界解析により
求めた本発明に係る陰極線管用電子銃（本発明品とい
う）と従来の陰極線管用電子銃（従来品という）とにつ
いてのビーム電流ＩK と仮想物点径，発散角との関係を
図５, 図６に示す。なお本発明品では、主レンズ部とし
て従来のバイポテンシャル形レンズである大口径複合レ
ンズを採用した。また従来品はQPF 形のものである。
【００４５】図５は横軸にビーム電流Ｉk （μＡ）を、
また縦軸に仮想物点径(mm)をとって示してある。グラフ
中実線は本発明品の、また破線は従来品の各結果を示し
ている。このグラフから明らかなようにビーム電流ＩK
が 500μA 以上の高ビーム電流域で仮想物点径が大幅に
縮小し得ていることが解る。
【００４６】図６は本発明品と従来品とにおけるビーム
電流と発散角との関係を示すグラフであり、横軸にビー
ム電流ＩK (μA)を、また縦軸に発散角(mrad)をとって
示してある。グラフ中、実線は本発明品の、また破線は
従来品の各結果を示している。このグラフから明らかな
ようにビーム電流ＩK が1000〜4000μA の範囲内で従来
品と比較して本発明品の発散角が縮小されていることが
解る。
【００４７】図７は本発明品と従来品とにおけるビーム
電流とビームスポット径とについての比較試験結果を示
すグラフである。図７は横軸にビーム電流ＩK (μA)
を、また縦軸にビームスポット径(mm)をとって示してあ
る。グラフ中、実線は本発明品の、また破線は従来品の
各結果を示している。なお、試験においては本発明品，
従来品を夫々28インチの横長のカラーテレビ管に内蔵
し、その時の画面中央でのビームスポット径を測定し
た。
【００４８】本発明品にあっては第３グリッド13に第５
グリッド15と同じ高電圧を印加するため、グリッド間の
耐圧性を確保する必要上、第２グリッド12と第３グリッ
ド13との間隔を0.8mm から3.0mm に広げた。他の条件は
従来品のそれと同じである。図７から明らかな如くビー
ム電流Ｉk ＝1000〜4000μA の高ビーム電流域では従来
品に比較して本発明品のビームスポットサイズが大幅に
縮小され、良好なビームスポット径が得られ、またビー
ム電流の変化に対するビームスポット径の変化も低減し
得ていることが解る。
【００４９】次に本発明に係る陰極線管用電子銃の他の
実施例について説明する。本実施例においては、前述の
実施例と同様の構成において、板厚0.08mm，孔径0.64mm
の第１グリッド11、板厚0.25mm（又は0.35mm) ，孔径0.
64mmの第２グリッド12、電極長15mm，孔径 1.5mmの第３
グリッド13、電極長51.8mmの第４グリッド14、電極長10
mmの第５グリッド15を使用している。ここで各グリッド
間の間隔は以下のとおりである。即ちカソード２，第１
グリッド11間は0.08mm、第１グリッド11，第２グリッド
12間は0.41mm、第２グリッド12，第３グリッド13間は
2.0mm、第３グリッド13，第４グリッド14間は 1.6mm、
第４グリッド14，第５グリッド15間は 1.6mmである。
【００５０】そして第１グリッド11には０Ｖ、第２グリ
ッド12には 700Ｖのカットオフ電圧が、また第４グリッ
ド14には 7,5〜8.5 ＫＶの範囲で可変なフォーカス電圧
ＥFが、さらに第３，第５グリッド13，15には32ＫＶの
高電圧Ｅb が夫々印加されている。
【００５１】第２グリッド12と第３グリッド13との間隔
を狭めることにより、ビーム形成領域の電子ビームを急
激に加速することができるが、この場合はカソードプリ
フォーカスレンズ部Ｌ1 のレンズ強さが従来に比べて弱
くなる。そこで本実施例では、空間電荷効果を低減する
ために、第２グリッド12と第３グリッド13との間の軸上
の電位の傾きが13ＫＶ／mm以上となるように、第２グリ
ッド12，第３グリッド13間の距離を 2.0mmに設定してあ
る。
【００５２】また画面中央部のビームスポット径と画面
周辺部のスポット径との比が最小となるように第２グリ
ッド12の板厚を前述の実施例より厚くしてある。
【００５３】上述のような数値限定の理由について以下
に述べる。図８は、ビーム電流ＩK ： 400μＡ（低ビー
ム電流域），4000μＡ（高ビーム電流域）での、第２グ
リッド12，第３グリッド13の間隔と蛍光面上中央部での
ビームスポット径との関係について、電子計算機による
電磁界解析及びビームの軌道解析により求めた結果を示
すグラフであり、横軸には間隔及び電位勾配を並記して
ある。なお人間の目で見えるのは輝度が５％以上である
ことから５％でのビームスポット径を評価している（以
下５％プロファイルという）。このグラフから明らかな
如く、第２グリッド12，第３グリッド13の間隔を 2.4mm
まで縮小すると高ビーム電流域でのビームスポット径を
前述の実施例（前記間隔 3.0mm) より約10％小さくする
ことができる。即ち第２グリッド12，第３グリッド13の
間隔を、その軸上の電位の傾きが13ＫＶ／mm以上となる
ようにすると高ビーム電流域での蛍光面10のビームスポ
ット径を十分に小さくすることができ、電流に対するビ
ームスポット径の変化を小さくすることが可能である。
【００５４】また、前述の如く第２グリッド12，第３グ
リッド13の間隔を狭めることにより、カソードプリフォ
ーカスレンズＬ1 のレンズ強さが弱くなると、偏向中心
位置でのビーム径が大きくなり、偏向収差の影響を受け
易くなる。そうすると画面周辺のスポット径が増大して
しまう。これを抑制するために、第２グリッド12の板厚
を厚くしてカソードプリフォーカスレンズＬ1 のレンズ
強さを強くする。
【００５５】図９は、第２グリッド12の板厚が0.25mm,
第２グリッド12, 第３グリッド13の間隔が 3.0mm（軸上
の電位の傾きが10ＫＶ／mm) であるType−Ａと、第２グ
リッド12の板厚が同じく0.25mm, 第２グリッド12, 第３
グリッド13の間隔が 2.0mm（軸上の電位の傾きが15ＫＶ
／mm) であるType−Ｂとにおける、ビーム電流と蛍光面
10中央部でのビームスポット径との関係を示し、図10
は、同じくType−ＡとType−Ｂとにおけるビーム電流と
偏向中心位置でのビーム径との関係を示すグラフであ
る。これらは電子計算機による電磁界解析及びビームの
軌道解析により求めた結果を示すグラフ（５％プロファ
イル）である。蛍光面10周辺部のビームスポット径はこ
れに比例する偏向中心中心位置でのビームスポット径に
より予想している。即ち偏向中心中心位置でのビームス
ポット径が大きいほど偏向磁界の影響を受け易く、蛍光
面10周辺部に偏向したときのビームスポット径の増大を
引き起こすのである。
【００５６】図９より明らかな如く、間隔が２mmである
Type−Ｂの方が高電流域において蛍光面10中央部のビー
ムスポット径が小さく良好なフォーカス性能を示してい
る。しかしながらType−Ｂは、図10に示す如く蛍光面10
周辺部のビームスポット径はType−Ａより大きくなって
おり、蛍光面10周辺部でのフォーカス劣化が生じてい
る。
【００５７】このような蛍光面10周辺部でのビームスポ
ット径を小さくするために第２グリッド12の板厚を前述
の実施例より厚くする。図11は蛍光面10におけるビーム
スポット径の中央／周辺比と第２グリッド12の板厚との
関係を、低ビーム電流域(400μＡ）と高ビーム電流域
（4000μＡ）とにおいて示すグラフである。また横軸に
は第２グリッド12の板厚と共に板厚／ビーム通過孔径
（0.64mm) 比を示す。なお第２グリッド12, 第３グリッ
ド13の間隔は2.0mm（軸上の電位の傾き15ＫＶ／mm) で
ある。
【００５８】図11より低ビーム電流域においては、第２
グリッド12の板厚が大きいと急激にこの中央／周辺比が
大きくなり、高ビーム電流域はこの変移が緩慢であるこ
とが判る。そして低ビーム電流域と高ビーム電流域とに
おける中央／周辺比は、板厚が0.26mm近傍で略等しくな
る。図12はこの低ビーム電流域と高ビーム電流域とにお
ける中央／周辺比の差を示すグラフである。実線は本実
施例（軸上の電位の傾き15ＫＶ／mm) を示し、破線は前
述の実施例（軸上の電位の傾き10ＫＶ／mm) を示し、一
点鎖線は従来のQPF形を示す。図12より明らかな如く第
２グリッド12の板厚をビーム通過孔径の略1/3 〜1/2 と
すると従来のQPF 形より良好な結果が得られ、さらに 3
/8〜9/20程度とすると前述の実施例より良好な結果が得
られる。
【００５９】このように高電流域において蛍光面10中央
部のフォーカス性能を向上させるには、第２グリッド1
2，第３グリッド13間の電位勾配を13ＫＶ／mm以上とす
ればよい。さらに蛍光面10周辺部のフォーカス性能を向
上させ中央部との差を低減するには、第２グリッド12の
板厚を、ビーム通過孔径の略1/3 〜1/2 、好ましくは 3
/8〜9/20程度とすればよい。
【００６０】本実施例においては、第２グリッド12，第
３グリッド13間の電位勾配を13ＫＶ／mm以上とすること
により、ビーム形成領域における電子ビームを急激に加
速して電子ビームの拡がりを抑制する。これにより特に
高ビーム電流域における空間電荷効果を低減しビーム電
流の変化に対するビームスポット径の変化を低減するこ
とができ、画質及び輝度の向上を実現することができ
る。さらに第２グリッド12の板厚をビーム通過孔径の略
1/3 〜1/2 , 好ましくは略3/8〜9/20とすることによ
り、偏向中心位置でのビーム径を縮小することができる
ので、蛍光面10周辺部のビームスポット径もこれに比例
して縮小され、蛍光面10における中央部と周辺部とのビ
ームスポット径比を小さくすることができる。これによ
りさらに画質が向上する。
【００６１】
【発明の効果】以上の如く本発明にあっては前段レンズ
部と主レンズ部とを夫々共にバイポテンシャル形レンズ
として構成とすると共に、前段レンズ部を構成する一つ
のグリッドに主レンズ部を構成する一つのグリッドに印
加するのと略同じ高電圧を印加することで電子を急加速
し、空間電荷効果を低減して電流の増加に伴う上記空間
電荷効果の影響と球面収差との影響を押さえることが出
来、ビーム電流変化に対するビームスポット径の変化を
低減出来て、高ビーム電流域での画像品質の向上が図
れ、それだけ画像を明るくすることが出来る。
【００６２】また、前段レンズ部を減速形のバイポテン
シャルレンズとして構成し、また従来の陰極線管用大口
径複合レンズで構成される主レンズ部と組合せる場合
に、従来の陰極線管用電子銃における主レンズ部のバイ
ポテンシャル形レンズ特性と本発明に係る陰極線管用電
子銃の前段レンズ部のバイポテンシャル形レンズ特性と
をマッチングさせ、夫々のレンズの優れた特性を維持さ
せ、両レンズのレンズ作用を独立状態に維持させること
ができる。
【００６３】さらに、前段レンズ部を構成する一のグリ
ッドを、カソードプリフォーカスレンズ部を構成する一
のリング状グリッド側へ近づけることになるので、仮想
物点径が十分に縮小され、投写対象物上でのビームスポ
ット径を縮小することができる。
【００６４】さらに、前段レンズ部の集束力が強くなり
過ぎ、倍率の増大を引き起こす外、エミッタンス特性が
劣化し、ブルーミング現象が発生することを抑止して、
前段レンズ部における減速形バイポテンシャル形レンズ
としてのレンズ作用を抑制することができる。
【００６５】さらに、加速電極でありカソードプリフォ
ーカスレンズ部を構成する一のリング状グリッドと、該
リング状グリッドの投写対照物側に位置する、前段レン
ズ部を構成する一のグリッドとの間の軸上の電位の傾き
を13ＫＶ／mm以上とすることにより、ビーム形成領域に
おける電子ビームを急激に加速して電子ビームの拡がり
を抑制し、特に高ビーム電流域における空間電荷効果を
低減しビーム電流の変化に対するビームスポット径の変
化を低減することができ、画質及び輝度の向上を実現す
ることができる。
【００６６】さらに、カソードプリフォーカスレンズ部
を構成する前記一のリング状グリッドの厚みを、そのビ
ーム通過孔口径の略 1/3〜1/2 とすることにより、偏向
中心位置でのビーム径を縮小することができるので、投
写対象物上の周辺部のビームスポット径もこれに比例し
て縮小され、投写対象物の中央部と周辺部とのビームス
ポット径比を小さくすることができる。これによりさら
に画質が向上する等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る陰極線管用電子銃の説明図であ
る。
【図２】電子計算機による第２グリッドの厚さに対する
仮想物点径の依存性についてのシミュレーション結果を
示すグラフである。
【図３】本発明に係る陰極線管用電子銃と従来の陰極線
管用電子銃とにおける第２グリッドの厚さによるビーム
スポット径の依存性についての比較試験結果を示すグラ
フである。
【図４】電子計算機による第３グリッド長さに対する仮
想物点径の依存性についてのシミュレーション結果を示
すグラフである。
【図５】電子計算機による電磁界解析から求めた本発明
品と従来品とにおけるビーム電流と仮想物点径との関係
を示すグラフである。
【図６】電子計算機による電磁界解析から求めた本発明
品と従来品とにおけるビーム電流と発散角との関係を示
すグラフである。
【図７】本発明品と従来品とにおける画面中央でのビー
ムスポット径を求めた比較試験結果を示すグラフであ
る。
【図８】第２グリッド，第３グリッドの間隔と蛍光面上
でのビームスポット径との関係を示すグラフである。
【図９】ビーム電流と蛍光面中央部でのビームスポット
径との関係を示すグラフである。
【図１０】ビーム電流と偏向中心位置でのビーム径との
関係を示すグラフである。
【図１１】中央／周辺比と第２グリッドの板厚との関係
を示すグラフである。
【図１２】中央／周辺比の高電流域・低電流域差と第２
グリッドの板厚との関係を示すグラフである。
【図１３】従来のQPF 形陰極線管用電子銃の説明図であ
る。
【図１４】一般的なユニポテンシャル形レンズの説明図
である。
【符号の説明】
１ ステム ２ カソード ９ シールドカップ 10 蛍光面 11 第１グリッド 12 第２グリッド 13 第３グリッド 14 第４グリッド 15 第５グリッド Ｌ1 カソードプリフォーカスレンズ部 Ｌ2 前段レンズ部 Ｌ3 主レンズ部

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電子ビームを放出するカソードと、該カ
    ソードから電子ビームの投射対象物側に向けて、電子ビ
    ームの通過孔を備えた複数のグリッドで夫々構成された
    カソードプリフォーカスレンズ部，前段レンズ部及びバ
    イポテンシャル形レンズで構成された主レンズ部をこの
    順序に配置した陰極線管用電子銃において、 前段レンズ部をバイポテンシャル形レンズとして構成す
    ると共に、前記前段レンズ部を構成する一のグリッド
    に、主レンズ部を構成する一のグリッドの印加電圧と略
    同じ高電圧を印加することを特徴とする陰極線管用電子
    銃。
  2. 【請求項２】 前段レンズ部及び主レンズ部を相互に独
    立したバイポテンシャル形レンズとすべく両レンズ部の
    中心間の長さを、その前段レンズ部を構成するグリッド
    であって前段レンズ部側に位置するビーム通過孔口径の
    5.6倍以上としてあることを特徴とする請求項１記載の
    陰極線管用電子銃。
  3. 【請求項３】 カソードプリフォーカスレンズ部を構成
    する一のリング状グリッドの厚さを、そのビーム通過孔
    口径の1/2 以下としてあることを特徴とする請求項１記
    載の陰極線管用電子銃。
  4. 【請求項４】 前段レンズ部を構成する一のグリッドの
    長さを、そのグリッドの主レンズ部側ビーム通過孔口径
    の1/2 以下としてあることを特徴とする請求項１記載の
    陰極線管用電子銃。
  5. 【請求項５】 カソードプリフォーカスレンズ部を構成
    する一のリング状グリッドの投射対象物側に備えられ
    た、前段レンズ部を構成する一のグリッドと、前記リン
    グ状グリッドとの間の軸上の電位の傾きを13ＫＶ／mm以
    上になしてあることを特徴とする請求項１記載の陰極線
    管用電子銃。
  6. 【請求項６】 カソードプリフォーカスレンズ部を構成
    する一のリング状グリッドの厚みを、そのビーム通過孔
    口径の略 1/3〜1/2 となしてあることを特徴とする請求
    項５記載の陰極線管用電子銃。
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