JPS58657B2 - インキヨクセンカンソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はバイポテンシャル形静電集束式の電子銃を有す
る陰極線管にダイナミック電磁集束コイルを組合せて成
る陰極線管装置に関し、特にその調整の簡略化を可能に
して外装部品を簡素化しようとするものである。

従来スポット径１００μ以下の解像度を要求される陰極
線管、例えばファイバーチューブ、フライングスポット
用陰極線管、ディスプレイ用陰極線管等においては、第
１図に示すような電磁集束電磁偏向性が多く用いられて
来た。

これは電磁集束コイル１１による電子レンズ１２の口径
が大きいために収差の点で優れており、電子銃１３の陰
極付近にできた物点すなわちクロスオーバー１４をその
倍率に応じて忠実に画面１５上に像すなわちビームスポ
ット１６として結像させることによる。

また陰極線管は偏向コイル１７により上記画面をビーム
で走査してラスターを作り、一次元または二次元的な画
面を構成するわけであるが、普通画面は平面または平面
に近い曲率の形状をなしているため、第１図に示すよう
に走査面までの距離が偏向角によって変化するのでビー
ム集束のはずれが起ることになる。

従って集束レンズとしては偏向の程度に応じてその強さ
を加減するいわゆるダイナミック集束を採用しなければ
ならない。

これはスタティック集束コイルのエアギャップ部にダイ
ナミックコイルを巻き込んで函数波形の電流を流してや
ればよく、簡単に達成できる。

しかしこのような電磁集束方式には以下に述べるように
大きな欠点がある。

その一つは陰極部より発射された電子ビームに電磁集束
コイルの中心磁果を厳密に合わせる必要があることであ
る。

これにはコイル位置微調整装置を必要とし、機械的に管
軸に対して上下左右および傾きを調整しなければならず
、その操作が厄介であると同時に装置も大形となり、ま
た価格も高いものとなる。

上記の電子ビームを電磁集束コイルの中心部を通さなく
てはならない理由については後に詳述することとする。

その他室磁集束コイルは例えば３６．５φネツク、陽極
電圧１５ＫＶの陰極線管の場合では集束のための起磁力
が約５００ＡＴ以上必要であり、集束コイル自体その発
熱のために構造、重量共大きくなってしまう。

次にバイポテンシャル形の静電集束電子銃を採用した陰
極線管を第３図について説明する。

第３図において第３グリツド３１と第４グリツド３２（
陽極）との間に電位差を作り、これによつて生じる静電
的な電子レンズ３３の作用によって電子ビームを集束さ
せるものである。

この方式は前述の電磁集束方式と比較して集束コイルが
必要でなく、陰極線管の外装部品が簡素化される。

また電子ビームの大きさも電磁集束方式に匹敵するもの
が得られる。

しかしこの方式もまた以下に述べるような重大な欠点が
ある。

上述のように集束レンズは走査面の位置によってその強
さを加減するダイナミック集束が必要なことである。

ところでバイポテンシャル形の静電集束電子銃の集束電
極、第３図では第３グリツド３１には普通陽極の約１／
３の電圧を供給しなければならず、構造によって若干界
るが、陽極電圧を１５ＫＶとすると第３グリツド電圧は
４０００〜５０００Ｖに達する。

そしてダイナミック集束電圧はこれも陰極線管の構造に
よって異るが、画面の周辺では中心に比較して集束電極
の電圧が４００〜８００Ｖ高くなり、この電圧の函数波
形を画面の中心から周辺に移るに従って基本になる電圧
４０００〜５０００Ｖに重畳して加えてやらなくてはな
らず、実際の装置では非常に複雑なものとなる。

更に最初に述べた高解像度の陰極線管では解像度を上げ
るために第３図の第３グリツド３１では電子ビームの周
辺部のビーム密度の小さい部分を制限孔３４を用いて遮
断して電子ビームの中心部のみを集束レンズへ導くよう
にしている。

このため第３グリツドは、陽極電流以上の電流が流れ込
み低インピーダンスの電極となってしまう。

以上述べた２つの理由のためバイポテンシャル形静電集
束式の陰極線管の採用は著しい制限を受け、未だに取扱
いが厄介にもかかわらず電磁集束方式が主流を占めてい
るのが現状である。

本発明は以上説明した利点および欠点に鑑み、第４図に
示すようにバイポテンシャル形静電集束式の電子銃を有
する陰極線管にダイナミック集束専用の電磁集束コイル
４１を組合せて成る陰極線管装置を提供するもので、次
のような優れた特徴を有する。

すなわちダイナミック集束コイル４１の装置はその位置
を厳密にする必要がなく、前述したコイル位置微調整装
置を必要としない。

また同じスポットの大きさを得るのに従来の電磁集束形
と比較して大幅に全長を短縮できる。

以下順にその理由を詳述するに先立って従来の電磁集束
形の陰極線管では電磁集束コイルを厳密に調整しなけれ
ばならない理由を先ず説明する。

第２図ａは従来の電磁集束レンズの構造を示すものであ
って、電子銃から発射された電子ビーム２１は小さな発
散角度θで集束磁界２２に入射する。

磁界の磁束密度をＢとすると速度Ｖの電子に働くローレ
ンツ力Ｆは Ｆ＝−ｅＶ×Ｂ・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・（１）で与えられるから運動方程式は ｍ（ｄ２γ）／（ｄｔ２）＝−ｅＶ×Ｂ・・・・・・・
・・・・・・・・（２）ただしｅ：電子の電荷 ｍ：電子の質量 γ：ビーム進行方向を表わす位置ベク トル となる。

いま３次元の直角座標（ｘ、ｙ、ｚ）を用いて磁束密度
のｘ、ｙ、ｚ方向の成分をそれぞれＢｘ、Ｂｙ、Ｂｚと
すれば、運動方程式は次のように表わされる。

Ｆｘ＝−ｅ（ＶｙＢｚ−ＶｚＢｙ）・・・・・・・・・
（３）Ｆｙ＝−ｅ（ＶｚＢｘ−ＶｘＢｚ）・・・・・・
・・・（４）Ｆｚ＝−ｅ（ＶｘＢｙ−ＶｙＢｘ）・・・
・・・・・・（５）ただしｚは管軸方向とする。

そして第２図ａで電磁集束コイルによる磁界Ｂの方向は
磁界中心部Ｂ面ではほぼ管軸方向を向いており、その前
後のＡ面、０面では動径方向を向いている。

いま電磁集束コイルを完全に調整して電子ビームが磁界
の中心を通る場合を想定し、そのときのＡ面、Ｂ面、０
面での電子ビームの動きを第２図す、ｃ、ｄにそれぞれ
示す。

Ａ面では動径方向の成分が強いから、Ｂｚ≒Ｏとすると Ｆｘ≒ｅＶｚＢｙ・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・（６）Ｆｙ≒−ｅＶｚＢｘ・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・（７）Ｆｚ≒０
・・・・・・・・・・・・・・・・・（８）（電子ビー
ムの発散角θは非常に小さくほぼ管軸に平行であると仮
定しＶｘ≒Ｖｙ≒０とした）となり、力は方位角方向に
働くために電子は管軸のまわりにらせん運動を始める。

磁界の中心部Ｂ面に達すると、磁界の管軸方向成分が優
勢となり≒Ｂｘ≒Ｂｙ≒ＯとおいてＦｘ≒−ｅＶｙＢｚ
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・（９）Ｆｙ≒ｅＶｘＢｚ・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・（１０）Ｆｚ≒０・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
（１１）となり、方位角方向の速度成分Ｖｘ、Ｖｙの作
用で電子が管軸の方向に引かれ、集束作用を生じる。

更に進んで０面に達すると再びＢの動径方向の成分が強
くなり、（６）式、（７）式、（８）式が成立する。

ただしＡ面とは動径方向の磁界の方向が逆になるために
電子の方位角方向の回転を停止させるような力が生じる
。

かくして電子ビームは電子銃からＡ面までは直進し、Ａ
面から８面で管軸のまわりに回転しながら集束作用を受
け、０面で回転を止めて後軸の方向に向かって直進運動
をして管軸と交差しそこに像すなわちビームスポットを
結像する。

次にＡ面、８面、０面での電子ビームの動きをスクリー
ン側から見た場合を第２図ｅで示せば、電子ビーム２３
はＡ面の２４から一定の回転後Ｃ面の２５となって同軸
上にあり、集束作用を受けていることがわかる。

このときの回転の角度δ（ｚ）は ただしｖ：電子ビームの加速電圧 となるが、図では説明の都合上適当な値を使って示しで
ある。

以上電子ビームが磁界の中心を通る場合について詳述し
たが、電子ビームが磁界の中心からずれて入射した場合
は第２図ｆに電子ビームの動きを示すように電子ビーム
の周辺に作用する動径方向の磁界の強さが異るために、
電子ビーム２６はＡ面の２７ではらせん運動が周辺の各
部分によって異ってくる。

その結果８面での集束作用は不均一になり、さらに０面
の２８に対する作用も均一でなくなる。

従って０面から後軸に直進するとき電子ビームはＡ面の
ビーム２７とは同軸上になく、また形状も収差のある楕
円形となってしまい、著しくビームスポットを悪化させ
ることとなる。

以上の理由により従来の電磁集束では電子ビームの中心
と磁界の中心とを厳密に合わせなくてはならないことが
わかる。

これに対し本発明の陰極線管装置ではその要部を拡大し
て示す第５図のように、バイポテンシャル形静電集束式
電子銃５１で静電レンズ５２を形成し、ダイナミック集
束はダイナミック集束コイル５３にて電磁的に行わせる
ものである。

従ってダイナミック集束コイル５３で発生させる磁界５
４は従来の電磁集束に比較して１１５以下の弱いもので
もよい。

この結果第６図に示すようにＡ面上で仮にビーム６１の
中心と磁界の中心とがずれていてビームの周辺におよぼ
す磁界の強さが異なっていても式（１２）に示すＢｚが
小さいので回転は少なく、８面上のわずかに集束作用を
受けたビーム６２は楕円形とはならず、はぼ円形を保持
し、また管軸上からのずれも極めて少なく、Ｃ面上で６
３のようになる。

静電集束電子銃にてビームは集束作用を受けて後軸に向
って直進運動をし、軸と交差してそこに像すなわちビー
ムスポットを形成する。

このように静電集束と電磁集束とを組合せたものにおい
ては、静電集束レンズを調整して画面の周辺部で最良フ
ォーカスのスポットにする。

このとき画面の中心部ではレンズの中心からの距離が画
面周辺部より短いので、スポットは充分フォーカスせず
デフォーカススポットになっている。

これを補正するためにダイナミック集束コイルで集束磁
界を発生させて画面中心部で最良のフォーカスになるよ
うにする。

すなわちダイナミック集束コイルはビームが画面の周辺
部を走査するときにはレンズ作用をせず、ビームが画面
の中心に近付くにつれて徐々にレンズ作用を強くして画
面中心で集束作用が最大になるようにする。

この間集束コイルに流れる電流の波形はほぼパラボラ波
形であり、画面の左右で非対称の場合にはその補正を行
なえばよい。

また静電集束レンズを若干弱めにして画面周辺部で最良
フォーカスより外し、ダイナミック集束コイルに若干の
直流分を加えて最良フォーカスにしてもよい。

またパイポテンシャル形静電集束式の電子銃にダイナミ
ック電磁集束コイルを併用した場合は電磁集束形に比較
して大幅に全長を短縮できる利点がある。

第１図に示す電磁集束の陰極線管の両面上のビームスポ
ットの大きさβ１は ただしα：物点の大きさ Ｐ１：物点から集束コイルまでの距 離 Ｑ１：集束コイルから画面までの距 離 で表わされる。

これに対して第３図に示すパイポテンシャル形静電集束
の陰極線管の画面上のビームスポットの大きさＰ２は ただしα：物点の大きさ Ｐ２：物点から集束レンズまでの距 離 Ｑ２：集束レンズから画面までの距 離 Ｖ３：第３グリツドの電圧 Ｖ４：第４グリツド（陽極）の電圧 となる。

普通Ｖ３／Ｖ４＝１／３程度であり、となる。

上記の式（１３）、（１４）より明らかなようにバイポ
テンシャル形静電集束電子銃を用いた方が電磁集束電子
銃を用いた場合よりレンズ倍率が小さくなるので全長を
短縮して高解像度化が可能となることがわかる。

本発明で使用する陰極線管はこのようなパイポテンシャ
ル形静電集束電子銃を採用しているので全長の短縮がで
きるのは明らかである。

なお画面周辺部では画面にビームが斜に入射することと
、偏向ヨーク磁界による収差とにより一般にスポットが
楕円形にゆがむ。

これを補正するには第７図に示すように周知の８極磁界
発生コイルすなわぢアスティグマ補正コイル７１を偏向
ヨーク７２とダイナミック集束コイル７３との間にまた
はダイナミック集束コイルの直前に配置すれはよく、そ
の磁界によりビーム形状をあらかじめ歪ませておくこと
によって画面の中心部、周辺部共に最良のスポットを得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は電磁集束、電磁偏向を採用した陰極線管の概略
図、第２図ａはその電磁集束コイルの磁界分布図、第２
図ｂ 、ｃ 、ｄはその集束磁界が電子ビームに力を及
ぼす状態を示す説明図、第２図ｅｌｆはこの力によって
電子ビームが動く状態を示す説明図、第３図は従来のパ
イポテンシャル形静電集束電子銃を採用した陰極線管の
概略図、第４図は本発明によってパイボデンシャル形静
電集束陰極線管にダイナミック電磁集束コイルを組合せ
て成る陰極線管装置の概略図、第５図はその要部拡大図
、第６図はそのダイナミック集束磁界によって電子ビー
ムが動く状態を示す説明図、第７図は本発明による陰極
線管にアスティグマ補正コイルを設けた場合の概略図で
ある。 １１．２２・・・・・・電磁集束コイル、その集束磁界
、２３．２６・・・・・・電子ビーム、３３，５２・・
・・・・静電集束レンズ、４１．５３・・・・・・ダイ
ナミック集束コイル、６１・・・・・・電子ビーム、７
１・・・・・・アスティグマ補正コイル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ バイポテンシャル形静電集束レンズを有する陰極線
   管においてダイナミック電磁集束コイルを併用し、上記
   静電集束レンズにより画面周辺部のフォーカスをほぼ最
   良に調整しておき、上記電磁集束コイルに電子ビームの
   走査に同期して所要の電流を流して画面全体のフォーカ
   スを最良に調整することを特徴とする陰極線管装置。