JPH0332173B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、陰極線管用の電子銃に関するもの
であり、さらに詳しく言えばカラー・テレビジヨ
ン装置において自己集中形ヨークと共に使用され
る一体化されたインライン形電子銃の収束レンズ
電極に関するものである。

家庭用テレビジヨン受像機でカラーの映像を表
示させるための最近の陰極線管装置は、共通の水
平面内に配置された３本のインライン・ビームを
発生するように設計された電子銃と、そのビーム
で管のスクリーン全体にわたつて走査するとき
に、それらビームを集中状態に維持するように設
計された自己集中形偏向ヨークとを具備してい
る。このような装置では、ヨークの偏向磁界は、
自己集中特性が得られるように、本来非点収差が
現われるように設計されている。しかしながら、
自己集中特性を得る上で望ましいこの非点収差
も、同時に電子ビームの断面形状に歪を与えると
いう好ましくない影響力を持つている。特にヨー
クの磁界は、垂直面では過集中になり、水平面で
は不足集中となる。従つて、もし電子銃がスクリ
ーンの中央部で円形のビーム・スポツトを形成す
るように構成されていると、スポツトは、それが
スクリーンの隅部に走査されたとき、水平方向に
引き伸ばされ、垂直方向に拡がるフレアあるいは
スミアが現われるようになる。

上に述べたインライン形自己集中形装置では、
通常、３本のビームが３個の各別の孔を有する共
通の電極によつて影響される一体化構造としての
電子銃が設けられている。この形式の構造によれ
ば、３本のビームの各々に対する電子ビーム形成
構体相互間の精度ならびに強度に寄与るところが
大きい。このような電子銃では、ある種の電極、
例えば、電子銃の主収束レンズが形成される電極
として、長く延びたカツプの相対向する底に電子
ビーム開孔の形成された上記カツプ状形状のもの
を使用するのが普通である。このようなカツプ
は、それらが長く延びた浴槽状の形をしているの
で、しばしばタブ（浴槽）と称されることもあ
る。このようなタブすなわちカツプ状電極は、そ
の底に３個のインライン形に配置された開孔に加
えて、その開孔の周囲にタブの内側に向つて伸び
る筒状の縁部を有している。

これらのタブ電極間に形成される収束電界は、
開孔周囲の筒状縁部を完全に貫通して伸び、また
３つの各別の電界のフリンジ部分は、互に一体化
してタブ電極の全長および全幅にわたる単一電界
になるということが発見された。この電界のフリ
ンジ部分には、タブ電極の短径方向におけるより
もこれに直交する長径方向における方がより浅い
湾曲をなしている。その結果、開孔縁部の端部を
越えてタブの内側に形成されるフリンジ電界は非
点収差特性となり、また自己集中磁界と同様に、
垂直面で過集中、水平面で不足集中となり、それ
によつてビーム・スポツトをさらに歪ませるとい
う好ましくない状態が生ずる。

上述の形式の電子銃において、この発明によれ
ば、インライン開孔を有する上述のようなタブ電
極におけるフリンジ電界に固有の非点収差は、筒
状の開孔縁部の相対的な長さを調整することによ
つて調整される。例えば、レンズの低電圧部分に
おける縁部を延長することによつて、および（ま
たは）レンズの高電圧部分の縁部を短縮すること
によつてレンズにおける非点収差を必然的に平衡
させることができる。さらに、高電圧部分の縁部
の長さをその縁部が関連する開孔の直径の２分の
１以下に設定すると共に、２個の電極の相対的な
縁部長を適当に調整することによつて、電子ビー
ム・スポツトの形状に自己集中形ヨーク磁界が及
ぼす非点収差を少なくとも部分的に補償するよう
に、レンズの非点収差の極性を逆にすることがで
きる。

以下、図を参照しつゝこの発明を詳細に説明す
る。

第１図はこの発明の一実施例による電子銃１０
を示す。後程説明するように、この発明による新
規な構造の部分を除けば、この発明の電子銃１０
は1973年11月13日付で本願発明の発明者でもある
ヒユーズ氏（R.H.Hughes）に与えられた米国特
許第3772554号明細書に示されている３ビーム・
インライン形電子銃と本質的に同じものでよい。

電子銃１０は、３個の筒状インライン陰極１
２、制御グリツド（G1）１４、スクリーン・グ
リツド（G2）１６、および収束電極（G3）１８
と加速電極（G4）２０とからなる２個のレンズ
電極からなつている。陰極、グリツド、レンズ電
極は１対の絶縁支持棒２２上に所定の位置関係を
保つて組立てられている。G1，G2，G3，G4に
は各々３個の陰極と整列された３個のインライン
開孔が形成されており、これらの開孔を通つて共
通平面内にある３個のインライン電子ビームが発
射される。

レンズ電極G3は、開放端で互いに結合された
１対のタブ形カツプ２４および２６からなつてい
る。カツプ２４および２６の第１図における頂部
から底部までの寸法は、紙面に直交する方向の寸
法よりもかなり大である。カツプ２４の底部には
３個の単純な開孔３０が形成されており、それを
通つて電子ビームがG3電極に入り込む。カツプ
２６の底部には３個の比較的大きな開孔３２が形
成されており、それを通つて電子ビームがG3電
極から出て行く。出口開孔３２には、それが形成
されているカツプ２６の内方に向つて伸びる筒状
の縁部３４が形成されている。

レンズ電極G4はまたタブ形カツプ３６を含ん
でおり、それにはG3電極の３個の開孔３２と対
向する３個の開孔３８が形成されている。G3電
極の場合と同様に、G4電極の開孔３８にはカツ
プ３６の内側に向つて伸びる筒状の縁部４０が形
成されている。G3電極の縁部３４はG4電極の縁
部４０よりもかなり大きく、それらの長さの比
は、後程説明するように、G3およびG4電極内に
形成される収束電界の非点収差を調整するように
設計されている。

電子銃１０の動作について言えば、各電子ビー
ムに対する主収束電界はG3電極とG4電極との
間、およびG3電極、G4電極内で形成される。第
２図および第３図にはこれらG3電極およびG4電
極の部分の水平軸断面および垂直軸断面が示され
ている。これらの図において、２個の電極によつ
て形成される収束電界の様子が、その代表的な形
および位置を示す一連の等電位線によつて示され
ている。

収束電界は基本的には電極の縁部３４，４０内
および両者の間で形成されるが、電界のフリンジ
部分はこれらの縁部を越えてG3電極およびG4電
極内に入り込んでいる。縁部３４，４０を越えて
伸びるこれらの電界フリンジ部分は、縁部内の３
つの別々の電界から、第２図の水平軸面（インラ
イン面）に示すようにG3電極内の等電位線４２、
G4電極内の等電位線４４によつて示すように単
一の電界になる。第３図の垂直軸面内における対
応する等電位線はG3電極内の等電位線４２′およ
びG4電極内の等電位線４４′によつて示されてい
る。電極カツプ２６および３６の寸法は、第３図
に示すような垂直面内におけるよりも第２図に示
すような水平面内における方が大であるので、水
平面内における等電位線４２および４４の曲率は
垂直面内における等電位線４２′および４４′の曲
率よりもはるかに小さくなる。その結果、G3電
極のフリンジ電界４２−４２′、G4電極のフリン
ジ電界４４−４４′は共に非点収差状になり、
各々の電界は水平面内におけるよりも垂直面内に
おいてより強くなる。

G3電極のフリンジ電界の非点収差、G4電極の
フリンジ電界の非点収差は、従来の設計によるレ
ンズにおいても、この新規な設計による電子銃１
０においても存在するが、さらに言えば、電極の
縁部３４および４０の相対的な長さに関係なく存
在する。これは、これらの非点収差が一体化され
た３ビーム・インライン形電子銃用に使用された
タブ状電極の長く伸びた横断面により存在するか
らである。

よく知られているように、簡単な２電位電子レ
ンズは、加速あるいは減速にかゝわらず、横断中
心面（例えば、電子銃１０のG3とG4との間の横
断中心面）の両側において侵入部分と出口部分を
有し、一方の部分はビームの電子を集中するよう
に作用し、他方の部分はビームの電子を発散する
ように作用する。さらに、もしこれら２つの部分
が従来のように等しい電界強度であると、レンズ
の総合効果は常に集中となる。これは、レンズの
集中部分は、常に電子の速度が遅いレンズの低電
圧側にあり、それによつて電子ビームは上記の他
の部分における発散作用を受ける時間よりも長い
時間、集中作用を受けるからである。

本願発明の技術によれば、レンズはG3電極と
G4電極との中間面の両側で非同一に作られてお
り、それによつて、縁部３４および４０内におけ
る非点収差電界部分は総合的にはビームに収束作
用を与えるコンパーゼンス作用を持つているが、
縁部を越えて伸びる非点収差部分は相殺されてフ
リンジ電界が０となるようにされるか、あるいは
逆極性の好ましい非点収差、すなわち水平面で過
集中となる非点収差を持つようにされる。

従来技術では最も普通に行なわれていたよう
に、G3電極、G4電極に等しい長さの縁部が設け
られていると、フリンジ電界４２−４２′、４４
−４４′は同じ形で且つ等しい強さとなり、全体
的には垂直面におけるよりも水平面における収束
作用が小さくなる非点収差が現われる。特に、非
点収差フリンジ電界によつて、収束レンズの総合
効果は、垂直面において過収束あるいは過集中と
なり、水平面において不足収束あるいは不足集中
となる。２つの面における収束作用のこの差によ
つて、垂直方向の寸法よりも水平方向の寸法が大
きな楕円状の高密度中心部を持つており、この楕
円状中心部の上下両側で垂直方向に伸びる低密度
領域を持つた電子ビーム・スポツトが形成され
る。このような電子ビーム・スポツトの形状が第
４図のａ項に示されている。そしてこの電子ビー
ム・スポツトは管のスクリーンの中心および隅部
で現われる。

G3電極の縁部３４を対応するG4電極の縁部４
０に比して長くすることにより、G4電極の垂直
方向の発散性フリンジ電界４４−４４′に比して
G3電極の垂直方向の発散性フリンジ電界４２−
４２′を選択的に弱くすることができることが判
つた。G3電極の縁部３４をそのように延長する
ことにより、G3電極による全電界のより多くの
部分は、対称的に形成されたG3電極の縁部内に
含まれ、等電位線４２および４２′によつて示す
ように、縁部を越えて伸びる全フリンジ電界は、
G3電極の縁部３４が延長されていない場合に比
して少なくなる。その結果、G3電極の電界の集
中非点収差部分はG4電極の電界の発散性非点収
差部分に非して弱くなる。G3電極の縁部３４と
G4電極の縁部４０の相対的な長さを適正に選択
することによつて、G3電極の発散性非点収差を
G4電極の発散性非点収差を丁度相殺することが
できるように選択的に弱めるか、あるいは全体と
して発散性非点収差を生成するようにさらに弱め
ることができる。

第４図のａ項に示すように、G3電極、G4電極
の両方に実質的に等しい長さの縁部を有する代表
的な従来技術によるレンズは、スクリーンの中心
部および隅部において共に垂直方向に過集中され
た電子ビーム・スポツトを生成する。このような
レンズによつて生成されたスポツトの形は水平方
向に伸びた楕円形となる。スポツトの楕円状中心
部の上下に伸びる３角形のにじみあるいは尾状部
は低電子密度部分であつてフレアと称されるもの
である。

第４図のｂ項は自己集中形ヨーク磁界によつて
生成される代表的なスポツト形状を示す。これは
円形断面を有する電子ビームがヨーク磁界中に送
り込まれるものと仮定する。スクリーンの中心で
はビームに対して偏向磁界は与えられないので、
ビームは円形断面を保つている。しかしながら、
偏向磁界が最大になるスクリーンの隅部では、代
表的な従来のレンズによつて与えられるのと同様
な態様で垂直方向に過集中される。これは水平方
向に伸びた形で示されており、楕円状中心部の上
下に代表的なフレアを保つている。実際には、ヨ
ーク磁界は、従来技術による代表的なレンズの非
点収差フリンジ電界によつて与えられる集中作用
よりも10乃至12倍あるいはそれ以上に強い垂直方
向の過集中作用を電子ビームに与える。これが第
４図のｂ項に示されており、ａ項の中心部よりも
さらに偏平な楕円状中心部が隅部スポツトとして
現われる。

第４図のｃ項は、従来技術によるレンズと自己
集中ヨークの作用を受けたときの電子ビーム・ス
ポツトを示している。これは単純には各々によつ
て生成されるビームの歪を加えたものとなる。従
来技術のレンズとヨークの双方は同じ極性の垂直
方向過集中を与えるので、これら２つの合成によ
つて生成される隅部における歪はさらに誇張さ
れ、特にスポツトのフレア部分が著しくなる。

第４図のｄ項は新規な電子銃１０の一実施例に
よつて与えられる電子ビーム・スポツトの形状を
示している。図示のようにスポツトの形状は円形
になつている。これはG3およびG4電極の縁部３
４および４０の長さを、非点収差を与えるフリン
ジ電界を完全に除去あるいは相殺するように適正
に調整することによつて与えられる。

第４図のｅ項は、新規な電子銃１０の別の実施
例によつて得られるビーム・スポツトを示してい
る。これは、実際には非点収差フリンジ電界の平
衡状態を超過し、等しい長さのG3およびG4電極
の縁部を持つた従来技術のレンズで見られた極性
と反対の極性の非点収差が現われるように、G3
電極の縁部３４とG4電極の縁部４０を所定の比
に調整したものである。このような過平衡化作用
により、スクリーンの中心部および隅部の双方で
水平方向に過集中された電子ビーム・スポツトを
生成し、それによつて水平方向に拡大するフレア
を有する垂直方向に伸びた楕円中心部を生成す
る。

第４図のｆ項は、自己集中ヨークとｄ項の新規
な電子銃の組合せを示している。その結果は、中
央部で円形スポツトとなり、隅部では垂直方向に
過集中スポツトとなる。垂直方向の過集中は、第
４図のｂによつて示すように、ヨーク単独によつ
て生成される過集中に等しい。

第４図のｇは、代表的な自己集中ヨークとｃ項
の新規な電子レンズとの組合せを示している。
こゝでは、中心部のスポツトは水平方向に過集中
となり、隅部のスポツトは垂直方向に過集中とな
る。しかしながら、レンズの電界とヨークの磁界
の非点収差の極性が反対であるため、隅部スポツ
トの歪はヨーク単独の場合に生成される歪（ｂ
項）よりも大幅に減少している。

第５図は、縁部の長さの変化がスポツトの形状
に与える影響を示している。第５図に示されてい
る例は、次のようなパラメータを持つた新規な電
子銃１０によるものである。

G3の軸方向の長さ 23.5mm G3の開孔３４の直径 5.436mm G4の開孔３４の直径 5.776mm G3とG4との間隔 1.270mm G3のカツプ２６の長さ 22.098mm G3のカツプ２６の幅 9.906mm G4のカツプ３６の長さ 22.098mm G4のカツプ３６の幅 9.906mm G3の電圧 7000ボルト G4の電圧 25000ボルト 第５図の例ａは、G3電極とG4電極の縁部の長
さが等しい、すなわちG3の縁部の長さとG4の縁
部の長さの比が１の代表的な従来技術の電子銃で
ある。これによつて形成されるスクリーンの中心
部におけるスポツトの形状は、水平方向に伸びた
楕円中心部を有し、その中心部の上下にフレアが
形成されたものとなる。これは言う迄もなく、上
述の垂直面における過集中作用によるものであ
る。

第５図のｂ項は、2.54mmの長さのG3電極の縁
部と1.905mmの長さのG4電極の縁部とからなるも
のである。この場合のG3電極の縁部とG4電極の
縁部の比は0.75で、G3電極の集中性非点収差フ
リンジ電界と発散性非点収差フリンジ電界は本質
的に平衡化され、円形のビーム・スポツトを形成
することができる。

第５図のｃ項もまた平衡化されたフリンジ電界
を発生し、円形のビーム・スポツトを形成するこ
とができるものであるが、ｂ項の例よりも長い縁
部を持つている。このｃ項の例では、G3電極の
縁部の長さは6.096mm、G4電極の縁部の長さは
2.54mmで、G3電極の縁部とG4電極の縁部の比は
0.417となる。ｂの例とｃの例とを比較すれば明
らかなように、ｃの例では縁部の長さは増大して
おり、G3電極の縁部とG4電極の縁部の長さの比
は非点収差を同程度に平衡化すなわち相殺するた
めに減少されている。これは、全電界のより多く
の部分が縁部内に対称に含まれるので、より長い
縁部を使用すると、非点収差フリンジ電界は全体
としてより弱くなるからである。従つて、非点収
差の変化について同じ絶対値を得るためには、縁
部の長さの差をより大きくしなければならない。
円形のビーム・スポツトを得るためにこゝで説明
したこの設計パラメータは、垂直方向の過集中楕
円ビーム・スポツト、水平方向の過集中楕円ビー
ム・スポツトの両方に対して等しく適用すること
ができる。

第５図のｄ項の例は、2.54mmの長さのG3電極
の縁部と、1.143mmの長さのG4電極の縁部とから
なり、G3電極の縁部とG4電極の縁部の比は0.45
である。これは、G3−G4電極のレンズの総合非
点収差の極性の反転を与え、ヨーク磁界によつて
与えられる垂直方向過集中を部分的に補償する水
平方向過集中を与える好ましい寸法設定であるこ
とが判つた。従つて、この中心スポツトは垂直方
向に伸びた楕円形であり、水平方向にフレアを持
つている。

経験的には、第５図の各別の縁部の寸法は、非
点収差の調整やビーム・スポツトの形状に重要な
変化を与えることなく約７％程度変えることがで
きるということが判つた。

第６図は新規な電子銃１０の変形例を示し、こ
の例ではG4電極には２個の外側開孔の縁部４８
よりも短かい円筒状の中央開孔の縁部４６が設け
られている。これの目的は、３本の電子ビームに
対してより一層等しい非点収差の調整を与えるこ
とにある。これは、第２図に示すように、フリン
ジ電界の等電位線４２および４４は、電子ビーム
通路におけるよりも外側ビーム通路においてより
大きな曲率を持つようになるから必要となるもの
である。従つて、G3およびG4電極のフリンジ電
界の総合非点収差は外側ビームに対するよりも中
心ビームに対してより大きくなる。G4電極の中
心の縁部４６を短かくすることにより、３本のビ
ームに対する非点収差をより一層等しくすること
ができる。これ以外の方法として、G3電極の中
心開孔の縁部３４の長さを長くしても、同じよう
な最適条件が得られる。

この新規な電子銃１０の最大の利点は、これを
前述の自己集中形ヨークと組合せて使用したとき
に得られる。組合せに当つては、電子銃の開孔の
縁部３４および４０は、ヨークの垂直過集中非点
収差を部分的に補償するように、電子銃のフリン
ジ電界の非点収差の反転が得られるように調整さ
れる。理論的には、スクリーンの中心部および隅
部で極性が反対のビーム・スポツトの歪が等しく
なるまで、電子銃のフリンジ電界の垂直方向不足
集中を増大させればよいと考えるかも知れない。
しかしながら実際には、これは通常は不可能であ
り、設計の最適条件も得られない。これは、自己
集中ヨークの非点収差は収束レンズのフリンジ電
界の非点収差の何倍（おそらく10乃至12倍）もあ
り、このため後者のフリンジ電界を前者のヨーク
の非点収差を完全に補償するように調整できない
からである。スクリーンの中心領域は通常、重要
な視野面であるので、隅部の歪を大きくするとい
う犠牲を払つても隅部よりも中心部の歪を小さく
することが望ましいので、上記の点は設計の最適
条件ではない。このような理由で、最適設計条件
あるいはこの発明の実施例の目的は、等しい大き
さで反対の方向に最大可能状態にまで補償するの
ではなく、隅部非点収差の約10乃至25％だけを補
償しようとするものである。そうすることによ
り、隅部スポツトの中心部の水平方向に伸びた寸
法、垂直方向に圧縮された寸法に比して、中心部
のスポツトの中心部は、垂直方向の伸びた寸法が
小さくなり、水平方向の圧縮された寸法は大きく
なる。

G3およびG4電極の縁部３４，４０の絶対長を
設計するに当つて、一般には、G3電極の縁部３
４を実用的な長さとし、それからG4電極の縁部
４０の長さをそれに従つて調整するのが望まし
い。実際には電極の縁部分は押出し成形され、通
常の押出し工程では、これらの縁部はそれが押出
される部分の開孔の直径の約1/2よりも長くする
ことは容易にはできない。このことは、直径が約
5.5mmの開孔をもつた上述の実施例では、G3電極
の縁部の最大実用長は約2.75mmであるということ
を意味している。実際の作業では、この寸法の開
孔では、製造上の余裕を与えるために、G3電極
の縁部は2.54mmの長さに作られる。G3電極の縁
部３４の長さをそのように設定すると、G4電極
の縁部４０を、フリンジ電界の非点収差を所望通
りに平衡化および／または相殺するのに適した長
さとする。

上述の電極寸法を有する電極の各種の縁部の長
さについて実験したところ、非点収差を有効に調
整するためのG4およびG3電極の縁部の長さの実
用上の比は0.3乃至0.7の範囲内にあることが判つ
た。G4電極の縁部の長さがG3電極の縁部の長さ
の約0.3倍以下であると、水平方向の過集中が非
常に大きくなり、スクリーンのの中心部における
ビーム・スポツトに許容限度以上の歪を与える。
逆に上記の比が約0.7を越えると、非点収差の補
償が小さくなり、レンズ自体の非点収差が０にな
るように平衡化することさえ不能となり、このた
め、ヨークの非点収差を全く補償することが出来
なくなる。

新規な構造の設計によれば、ヨークの非点収差
を、電子銃のビーム形成領域、すなわちG1およ
びG2電極の領域において、少なくとも部分的に
は補償することができるということは知られてい
る。このような設計に係る電子銃の例が、1980年
11月18日付の米国特許第4234814号明細書に示さ
れている。この特許発明では、G2電極に、その
G1電極側に水平方向に伸びるスロツトが設けら
れており、それによつて水平面内で過集中を、垂
直面内で不足集中を与えるようにしている。これ
は、ヨーク磁界によつて与えられる垂直面におけ
る過集中を部分的に補償するように設計されてい
る。この発明は、斯る補償用構成と共に使用する
ことができ、また全体で所望量の補償が行なわれ
るようにビーム形成電極で与えられる補償効果に
更に補償効果を加え合せることができる。このよ
うな２種の補償機能が合成される、いづれか一方
によつて必要とされる補償量は必要とする全補償
量よりも小さくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による新規な３ビーム・イン
ライン形電子銃の断面図、第２図は第１図の電子
銃の電子レンズ電極の部分およびそれによる収束
電界の様子を示す拡大断面図、第３図は同じく第
１図の電子銃の電子レンズ電極の部分およびそれ
による収束電界の様子を第２図と直交する方向か
ら示した拡大断面図、第４図は各種の電子収束電
界あるいは偏向磁界によつて生ずる電子ビーム・
スポツトの形状を示す図、第５図はこゝに示した
形式の電子銃における各種のレンズ電極の開孔の
縁部の比に対する各種の電子ビーム・スポツトの
形状を示す図、第６図は第１図の新規な電子銃の
レンズ電極の開孔縁部の変形例を示す断面図であ
る。 １０……電子銃、１８……G3（低電圧）電極、
２０……G4（高電圧）電極、２６，３６……カツ
プ状部分、３２，３８……開孔、３４，４０……
縁部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 低電圧電極と高電圧電極とからなり、これら
   両電極間に電子銃の動作期間中、静電収束電界が
   形成され、上記各電極はタブ形カツプ状部分を有
   し、これらの電極の互いに対向する底部には３個
   のインライン形に配列された開孔が形成されてお
   り、上記各電極の各開孔はその周辺から互いに他
   方の電極から遠ざかる方向に伸びる筒状の縁部を
   有し、また、上記カツプ状電極は上記低電圧電極
   においてはビーム集中性非点収差を与え、上記高
   電圧電極においてはビーム発散性非点収差を与
   え、上記低電圧電極に形成された筒状縁部の長さ
   はそれが関連する開孔の直径の２分の１以下であ
   り、また上記高電圧電極に形成された対応する縁
   部よりも長く、上記高電圧電極の縁部の少なくと
   も１つの長さと低電圧電極の対応する縁部の長さ
   との比は0.3乃至0.7の範囲内にあり、それによつ
   て上記低電圧電極における非点収差は上記高電圧
   電極における非点収差に対して所定量だけ減少し
   て上記収束電界の非点収差を予め設定された値と
   なるように調整する、３ビーム・インライン形電
   子銃。