JP2003016964A - 陰極線管装置 - Google Patents

陰極線管装置

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JP2003016964A
JP2003016964A JP2001202550A JP2001202550A JP2003016964A JP 2003016964 A JP2003016964 A JP 2003016964A JP 2001202550 A JP2001202550 A JP 2001202550A JP 2001202550 A JP2001202550 A JP 2001202550A JP 2003016964 A JP2003016964 A JP 2003016964A
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electron beam
electrode
voltage
lens
deflection
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Kazunori Sato
和則 佐藤
Tomoyuki Hayama
智之 羽山
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】蛍光体スクリーン周辺部でのビームスポットの
水平方向径を縮小し、蛍光体スクリーン全面で均一な形
状のビームスポットを形成することができる陰極線管装
置を提供することを目的とする。 【解決手段】電子銃構体7は、電子ビームを予備集束す
る補助レンズと、蛍光体スクリーン上に集束する主レン
ズとを備えている。主レンズは、電子ビームの進行方向
に沿って順に配置された第2セグメントG5−2、第1
付加電極GM1、第2付加電極GM2、及び、第6グリ
ッドG6によって形成される。また、電子銃構体7は、
電子ビームの偏向量の増大に伴って主レンズのレンズ口
径を拡大する手段を備え、さらに、電子ビームの偏向量
の増大に伴って第3グリッドG3、第4グリッド、及び
第1セグメントG5−1によって形成される補助レンズ
の集束力を低下する手段を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、陰極線管装置に
係り、特に蛍光体スクリーン周辺部におけるビームスポ
ット形状の楕円歪を改良し、良好な画質を安定して供給
するようになされたカラー陰極線管装置に関する。
【0002】
【従来の技術】現在主流のセルフコンバーゼンス・イン
ライン型カラー陰極線管装置は、同一水平面上を通る一
列配置の3電子ビームを放出するインライン型電子銃構
体と、この電子銃構体から放出された電子ビームを偏向
する非斉一な偏向磁界を発生する偏向ヨークとを備えて
いる。この偏向磁界は、ピンクッション型の水平偏向磁
界とバレル型の垂直偏向磁界とによって形成されてい
る。この偏向磁界は、電子ビームの偏向量の増大にとも
なって、電子ビームを垂直方向に集束するとともに水平
方向に発散する等価的に4極子レンズとしての作用が強
まる。
【0003】また、電子銃構体から蛍光体スクリーンま
での距離は、電子ビームが蛍光体スクリーン中央部から
周辺部に偏向されるにしたがって長くなる。この距離差
により、蛍光体スクリーン中央部に電子ビームをフォー
カスさせた場合、蛍光体スクリーン周辺部では、電子ビ
ームはデフォーカスする。
【0004】したがって、蛍光体スクリーン周辺部での
ビームスポットは、水平方向については偏向磁界の発散
作用と上述した距離差によるデフォーカスが打消し合っ
て最適フォーカスとなるが、垂直方向については偏向磁
界による集束作用と距離差によるデフォーカスが加えら
れ、過集束状態となる。このため、蛍光体スクリーン上
に形成されるビームスポットは、図8に示すように、中
央部において、ほぼ真円であるのに対して、周辺部にお
いて、水平方向に長い横長の高輝度部(コア)50cと
垂直方向に伸びた低輝度部(ハロー)50hとを伴う。
これにより、蛍光体スクリーン周辺部における解像度
は、大きく劣化する。
【0005】この問題を解決するために、特開昭61−
99249号公報では、図9に示すようなDAF(Dy
namic Astigmatism and Foc
us)型電子銃構体が開示されている。この電子銃構体
の特徴は、フォーカス電極である第3グリッドを第1セ
グメントG3−1と第2セグメントG3−2とによって
構成し、第1セグメントG3−1の第2セグメントG3
−2側の電子ビーム通過孔形状を図10の(a)に示す
ような縦長とし、第2セグメントG3−2の第1セグメ
ントG3−1側の電子ビーム通過孔形状を図10の
(b)に示すような横長としている。さらに、第2セグ
メントG3−2には、電子ビームの偏向量の変化に伴っ
てパラボラ状に変化する交流成分を重畳したダイナミッ
ク電圧が供給される構造としている。
【0006】これにより、電子ビームが偏向されるにし
たがって、第1セグメントと第2セグメントとの間に電
位差が生じる。この電位差は、第1セグメントと第2セ
グメントとの間に、電子ビームを水平方向に集束し且つ
垂直方向に発散する4極子レンズを形成する。この4極
子レンズは、電子ビームの偏向によって生じる偏向収差
を補償している。また、第2セグメントにダイナミック
電圧が供給されるため、電子ビームの偏向量の増大に伴
って主レンズの集束作用が弱まる。このため、上述した
距離差によって生じるデフォーカスも同時に補正してい
る。
【0007】しかし、この電子銃構体には、蛍光体スク
リーン周辺部でのビームスポットの水平方向径が蛍光体
スクリーン中央部でのそれと比較して著しく大きくなる
といった問題がある。この原因として、以下の2点が挙
げられる。
【0008】(1)電子ビームが蛍光体スクリーンの中
央部から周辺部に向けて偏向されるに伴い、電子銃構体
から蛍光体スクリーンまでの距離が長大することによる
レンズ系全体の倍率劣化。
【0009】(2)4極子レンズを動作させることによ
るレンズ系の水平方向の倍率劣化。
【0010】ビームスポットの水平方向径が著しく拡大
する現象について説明する。
【0011】まず、上述した(1)の原因によってビー
ムスポット径が拡大する現象について説明する。
【0012】モデルを単純化するため、図11の(a)
及び(b)に示すように、偏向磁界による4極子レンズ
成分及び電子銃構体に形成される4極子レンズを除き、
電子銃構体から蛍光体スクリーンまでの距離と主レンズ
強度のみで説明する。
【0013】蛍光体スクリーン上のビームスポットの大
きさは、蛍光体スクリーンへの入射角αiに対する電子
銃構体における電子ビーム発生部からの発散角αoの比
で表される倍率Mに依存している。すなわち、倍率M
は、M=(発散角αo/入射角αi)で表される。
【0014】図11の(a)に示したように、蛍光体ス
クリーンの中央部に電子ビームを集束した場合、物点O
から水平方向X及び垂直方向Yに発散角αoで出射した
電子ビームは、主レンズ20によって集束され、蛍光体
スクリーン上に水平方向X及び垂直方向Yに入射角αi
(1)で入射する。このときの倍率をM(1)とする
と、M(1)は、 M(1)=αo/αi(1) で表される。
【0015】図11の(b)に示したように、蛍光体ス
クリーンの周辺部に電子ビームを偏向した場合、電子銃
構体から蛍光体スクリーンまでの距離が長大化する。物
点Oから水平方向X及び垂直方向Yに発散角αoで出射
した電子ビームは、主レンズによって集束される。特開
昭61−99249号公報に開示された電子銃構体で
は、主レンズの集束力を弱めることによって、焦点距離
を伸ばしている。主レンズによって集束された電子ビー
ムは、蛍光体スクリーン上に水平方向X及び垂直方向Y
に入射角αi(2)で入射する。この場合の倍率をM
(2)とすると、M(2)は、 M(2)=αo/αi(2) で表される。物点Oから主レンズまでの距離は一定のた
め、主レンズから蛍光体スクリーンまでの距離(焦点距
離)が長くなるほどαi(2)が小さくなる。
【0016】よって、αi(1)>αi(2)であるか
ら、M(1)<M(2)となる。
【0017】つまり、焦点距離を主レンズ強度によって
変化させる場合、焦点距離が長くなるほど倍率Mが大き
くなり、蛍光体スクリーン上に形成されるスポット径が
拡大する。このため、特開昭61−99249号公報の
電子銃構体では、蛍光体スクリーン周辺部に形成される
ビームスポットの平均スポット径が中央部に形成される
平均スポット径に対して拡大する。
【0018】次に、上述した(2)の原因により電子ビ
ームが横長に歪む現象について同様に光学レンズモデル
を用いて説明する。電子ビームの水平方向倍率をMx、
垂直方向倍率をMyとする。Mx,Myはそれぞれ Mx(水平方向倍率)=αox(水平発散角)/αix
(水平入射角) My(垂直方向倍率)=αoy(垂直発散角)/αiy
(垂直入射角)と表される。
【0019】無偏向時においては、図11の(a)に示
したように、物点Oを水平方向X及び垂直方向Yに発散
角αoで出射した電子ビームは、非点収差を持たない主
レンズ20で集束され、蛍光体スクリーン上に水平方向
X及び垂直方向Yに入射角αi(1)で入射する。この
場合、水平方向倍率Mxは、垂直方向倍率Myに等し
く、真円のビームスポットが形成される。
【0020】偏向時においては、図11の(c)に示す
ように、偏向磁界による4極子レンズ成分30と、これ
を補正する4極子レンズ21が新たに形成される。これ
により、物点Oを水平方向x及び垂直方向yに発散角α
oで出射した電子ビームは、4極子レンズ21、主レン
ズ20、及び偏向磁界による4極子レンズ成分30によ
り、蛍光体スクリーン上に水平方向Xに入射角αix
(3)、垂直方向Yに入射角αiy(3)で入射する。
この場合、水平方向倍率Mx(3)、及び、垂直方向倍
率My(3)は、それぞれ、 Mx(3)=αo/αix(3) My(3)=αo/αiy(3) で表される。このとき、図11の(c)からも明らかな
ように、αix(3)<αiy(3)となる。よって、
水平方向倍率Mx(3)と垂直方向倍率My(3)との
関係は Mx(3)>My(3) となる。すなわち、蛍光体スクリーンの周辺部に形成さ
れるビームスポットは、横長となる。これにより、水平
方向及び垂直方向の蛍光体スクリーンへの入射角αix
(3)及びαiy(3)は、図11の(b)に示した電
子ビームの蛍光体スクリーンへの入射角αi(2)と比
較すると、 αix(3)<αi(2)<αiy(3) となる。したがって、 Mx(3)>M(2)>M(1) となり、つまり、 Mx(3)>>M(1) となる。したがって、蛍光体スクリーン周辺部における
ビームスポットの水平方向径は、図12に示すように、
蛍光体スクリーン中央部におけるビームスポットの水平
方向径と比較して著しく拡大することになる。
【0021】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、陰極
線管装置の画質を良好にするためには、蛍光体スクリー
ン全面でビームスポットの形状を均一にすることが必要
である。このため、電子ビームの偏向量が増大するにし
たがって、電子銃構体−蛍光体スクリーン間距離が拡大
することにより生じるデフォーカスと、偏向磁界による
非点収差とを同時に補償することが求められる。
【0022】特開昭61−99249号公報に代表され
る従来の電子銃構体では、主レンズの低電圧側電極に適
当なパラボラ状のダイナミック電圧を印加することで、
主レンズ強度を可変してデフォーカスを補正すると同時
に、動的に変化する4極子レンズを形成することで偏向
磁界による非点収差を補正している。
【0023】しかしながら、蛍光体スクリーン中央部の
ビームスポットをほぼ真円とすれば、蛍光体スクリーン
周辺部のビームスポット形状は、顕著な横潰れを生じる
とともに平均径が大きくなる。
【0024】蛍光体スクリーン周辺部におけるビームス
ポットが横潰れとなる現象は、偏向磁界の非点収差を、
主レンズよりカソード側にある4極子レンズによって補
償することにより、水平方向のレンズ倍率Mxと垂直方
向のレンズ倍率Myとの差が大きくなるために起こる。
【0025】また、電子ビームを蛍光体スクリーン周辺
部に偏向するにしたがって生じるデフォーカスを、主レ
ンズ強度を変化させて補償しているため、蛍光体スクリ
ーン周辺部での倍率が中央部での倍率と比較して大きく
なる。このため、蛍光体スクリーン周辺部でのビームス
ポット平均径が拡大する。
【0026】この発明は、上述した問題点に鑑みなされ
たものであって、その目的は、蛍光体スクリーン周辺部
でのビームスポットの水平方向径を縮小し、蛍光体スク
リーン全面で均一な形状のビームスポットを形成するこ
とができる陰極線管装置を提供することにある。
【0027】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、請求項1は、電子ビームを発生する電
子ビーム発生部と、前記電子ビーム発生部から発生され
た電子ビームを予備集束する少なくとも1個の補助レン
ズと、前記補助レンズによって予備集束された電子ビー
ムを蛍光体スクリーン上に集束する主レンズと、を有す
る電子銃構体と、この電子銃構体から出射された電子ビ
ームを水平方向及び垂直方向に偏向する偏向磁界を発生
する偏向ヨークと、を備えた陰極線管装置において、前
記電子銃構体は、前記主レンズを構成する、電子ビーム
の進行方向に沿って順に配置されたフォーカス電極、少
なくとも2個の付加電極、及び、アノード電極を備え、
前記フォーカス電極には常に一定のフォーカス電圧を印
加し、前記アノード電極には常に一定で前記フォーカス
電圧より高いアノード電圧を印加し、前記フォーカス電
極側に配置された第1付加電極には前記フォーカス電圧
より高く前記アノード電圧より低く且つ電子ビームの偏
向量の増大に伴って低下するパラボラ状のダイナミック
電圧を印加し、前記アノード電極側に配置された第2付
加電極には前記ダイナミック電圧より常に高く且つ電子
ビームを前記蛍光体スクリーン中央部に集束する無偏向
時に前記アノード電圧と略同等の電圧を印加し、電子ビ
ームを前記蛍光体スクリーンの周辺部に向けて偏向する
偏向時に電子ビームの偏向量の増大に伴って低下する電
圧を印加し、さらに少なくとも1個の前記補助レンズ
は、電子ビームの偏向量の増大に伴って集束力が低下す
ることを特徴とする。
【0028】この発明の陰極線管装置によれば、無偏向
時には、第2付加電極とアノード電極との電位が略等し
いため、第2付加電極とアノード電極との間に電子レン
ズが形成されない。したがって、主レンズは、フォーカ
ス電極、第1付加電極、及び第2付加電極によって形成
される。電子ビーム発生部から発生された電子ビーム
は、この主レンズと補助レンズとにより蛍光体スクリー
ン上の中央部に集束される。
【0029】偏向時には、電子ビームの偏向量の増大に
伴って補助レンズの強度を弱めて、電子銃構体から蛍光
体スクリーンまでの間の距離の拡大によるデフォーカス
を補償するため、レンズ倍率の劣化を抑えることが可能
となる。
【0030】しかしながら、補助レンズ強度が弱まると
主レンズに入射する電子ビーム径が拡大し、主レンズの
球面収差を受けてビームスポットを十分に縮小すること
ができない。
【0031】そこで、この発明の陰極線管装置では、電
位が低下するパラボラ状のダイナミック電圧を第1付加
電極に印加し、第2付加電極には第1付加電極との静電
容量を介してパラボラ状の電圧を誘導して第2付加電極
電圧を低下させる。これにより、第2付加電極とアノー
ド電極との間に電位差が生じ、電子レンズが形成され
る。したがって、主レンズは、無偏向時より管軸方向に
沿ってレンズ領域を拡大し、フォーカス電極、第1付加
電極、第2付加電極、及びアノード電極によって形成さ
れる。
【0032】レンズ領域を拡大することは、実質的にレ
ンズ口径を拡大することに相当する。主レンズの口径を
拡大することにより、主レンズの球面収差の影響を低減
させることができ、蛍光体スクリーンの周辺部でのビー
ムスポット径を十分に縮小させることができる。
【0033】したがって、電子ビームを蛍光体スクリー
ン周辺部に偏向するに従って生じるレンズ倍率の劣化を
抑制し、さらにレンズ収差を改善することにより、蛍光
体スクリーン周辺部でのビームスポットの水平方向径を
縮小し、蛍光体スクリーン全域で良好なビームスポット
形成することが可能となる。
【0034】
【発明の実施の形態】以下、この発明の陰極線管装置の
一実施の形態について図面を参照して説明する。
【0035】図3に示すように、この発明の陰極線管装
置の一例としてのインライン型カラー陰極線管装置は、
パネル1及びこのパネル1に一体に接合するファンネル
2からなる外囲器を有している。パネル1は、その内面
に、青、緑、赤に発光するドット状またはストライプ状
に配置された3色蛍光体層からなる蛍光体スクリーン3
を備えている。シャドウマスク4は、その内側に多数の
電子ビーム通過孔を有し、蛍光体スクリーン3に対向し
て配置されている。
【0036】インライン型電子銃構体7は、ファンネル
2の径小部に相当するネック5内部に配設されている。
この電子銃構体7は、同一水平面上を通るセンタービー
ム6G及び一対のサイドビーム6B,6Rからなる一列
配置の3電子ビーム6B,6G,6Rを放出する。
【0037】偏向ヨーク8は、ファンネル2の径大部か
らネック5にかけて装着されている。この偏向ヨーク8
は、電子銃構体7から放出された3電子ビーム6B,6
G,6Rを水平方向(X)及び垂直方向(Y)に偏向す
る非斉一な偏向磁界を発生する。この非斉一磁界は、ピ
ンクッション型の水平偏向磁界及びバレル型の垂直偏向
磁界によって形成される。
【0038】電子銃構体7から放出された3電子ビーム
6B、6G、6Rは、偏向ヨーク8の発生する非斉一磁
界により偏向され、シャドウマスク4を介して蛍光体ス
クリーン3を水平方向及び垂直方向に走査する。これに
より、カラー画像が表示される。
【0039】図1に示すように、電子銃構体7は、水平
方向(X)に一列に配置された3個のカソードK、これ
らカソードKを個別に加熱する3個のヒーター(図示せ
ず)、及び9個の電極を有している。9個の電極、すな
わち第1グリッドG1、第2グリッドG2、第3グリッ
ドG3、第4グリッドG4、第5グリッドG5の第1セ
グメントG5−1、第5グリッドG5の第2セグメント
G5−2(フォーカス電極)、第1付加電極GM1、第
2付加電極GM2、及び第6グリッドG6(アノード電
極)は、カソードKから蛍光体スクリーン方向に順次配
置されている。これらヒーター、カソードK、及び複数
の電極は、一対の絶縁支持体(図示せず)によって一体
に固定されている。
【0040】第1グリッドG1及び第2グリッドG2
は、それぞれ一体構造の板状電極によって構成されてい
る。これらの板状電極は、3個のカソードKに対応して
水平方向に一列に形成された3個の略円形の電子ビーム
通過孔を有している。第3グリッドG3及び第4グリッ
ドG4は、一体構造の筒状電極によって構成されてい
る。これらの筒状電極は、その両端に、3個のカソード
Kに対応して水平方向に一列に形成された3個の略円形
の電子ビーム通過孔を有している。
【0041】第5グリッドG5の第1セグメントG5−
1は、一体構造の筒状電極によって構成されている。こ
の筒状電極は、第4グリッドG4に対向する端面に、3
個のカソードKに対応して水平方向に一列に形成された
3個の略円形の電子ビーム通過孔を有している。また、
この筒状電極は、第5グリッドG5の第2セグメントG
5−2に対向する端面に、図2の(a)に示すように、
3個のカソードKに対応して水平方向に一列に形成され
た3個の非円形電子ビーム通過孔を有している。これら
3個の非円形電子ビーム通過孔は、垂直方向Yに長軸を
有する縦長状に形成されている。
【0042】第5グリッドG5の第2セグメントG5−
2は、一体構造の筒状電極によって構成されている。こ
の筒状電極は、第5グリッドG5の第1セグメントG5
−1に対向する端面に、3個のカソードKに対応して水
平方向に一列に形成された3個の非円形電子ビーム通過
孔を有している。これら3個の非円形電子ビーム通過孔
は、水平方向Xに長軸を有する横長状に形成されてい
る。また、この筒状電極は、第1付加電極GM1に対向
する端面に、3個のカソードKに対応して水平方向に一
列に形成された3個の略円形の電子ビーム通過孔を有し
ている。
【0043】第1付加電極GM1及び第2付加電極GM
2は、それぞれ一体構造の板状電極によって構成されて
いる。これらの板状電極は、3個のカソードKに対応し
て水平方向に一列に形成された3個の略円形の電子ビー
ム通過孔を有している。第6グリッドG6は、一体構造
の筒状電極によって構成されている。これらの筒状電極
は、その両端に、3個のカソードKに対応して水平方向
に一列に形成された3個の略円形の電子ビーム通過孔を
有している。
【0044】このような構成の電子銃構体7において、
カソードKには、約150乃至200Vの直流電圧に映
像信号が重畳された電圧が印加される。第1グリッドG
1は、接地されている。第2グリッドG2には、約60
0乃至1000Vの直流電圧が印加される。
【0045】第3グリッドG3は、管内で第5グリッド
G5の第2セグメントG5−2に電気的に接続され、電
子ビームの偏向量にかかわらず相対的に中位の電圧、例
えば約4乃至8kVで一定の固定電圧(フォーカス電
圧)Vf1が印加される。
【0046】第6グリッドG6には、電子ビームの偏向
量にかかわらず相対的に高位の電圧、例えば約25乃至
35kVで一定の陽極電圧(アノード電圧)Ebが印加
される。
【0047】第4グリッドG4は、管内で第1付加電極
GM1に電気的に接続され、フォーカス電圧Vf1より
高くアノード電圧Ebより低い電圧が印加される。すな
わち、これらのグリッドには、フォーカス電圧Vf1よ
り高位の電圧、例えば約8乃至12kVの直流電圧Vf
2に、パラボラ状に変化する交流電圧成分Vdを重畳し
たダイナミック電圧が印加される。この交流電圧成分V
dは、偏向ヨーク8に供給される鋸歯状の偏向電流に同
期し、かつ、電子ビームの偏向量の増大に伴ってパラボ
ラ状に低下する。
【0048】したがって、第4グリッドG4及び第1付
加電極GM1には、電子ビームを蛍光体スクリーン3の
中央部に集束する無偏向時に、電位Vf2に相当するレ
ベルの電圧が印加され、電子ビームの偏向量の増大に伴
ってVf2より低いレベルの電圧が印加される。なお、
このダイナミック電圧(Vf2+Vd)は、最も低い電
位でもフォーカス電圧Vf1より高位となるように設定
されている。
【0049】第5グリッドG5の第1セグメントG5−
1には、電子銃構体7に沿って配置された分圧抵抗器1
01により第6グリッドG6に印加される陽極電圧Eb
を分圧した、第2セグメントG5−2に印加されるフォ
ーカス電圧Vf1と略同等の電圧が印加される。すなわ
ち、第1セグメントG5−1に印加される電圧は、無偏
向時には、フォーカス電圧Vf1と略同等であり、偏向
時には、第4グリッドG4との静電容量を介して誘起さ
れたパラボラ状の交流成分が重畳される。このパラボラ
状の交流成分は、電子ビームの偏向量の増大に伴ってパ
ラボラ状に低下する。
【0050】第2付加電極GM2には、電子銃構体7に
沿って配置された分圧抵抗器101により第6グリッド
G6に印加される陽極電圧Ebを分圧した、第6グリッ
ドG6に印加される陽極電圧Ebと略同等の電圧が印加
される。すなわち、第2付加電極GM2に印加される電
圧は、無偏向時には、陽極電圧Ebと略同等であり、偏
向時には、第1付加電極GM1との静電容量を介して誘
起されたパラボラ状の交流成分が重畳される。このパラ
ボラ状の交流成分は、電子ビームの偏向量の増大に伴っ
てパラボラ状に低下する。
【0051】第3グリッドG3乃至第6グリッドG6に
印加されるそれぞれの電圧と、偏向ヨーク8に供給され
る鋸歯状の偏向電流との関係は、図4に示す通りであ
る。すなわち、第6グリッドG6に印加される陽極電圧
Ebは、最も高位である。また、第2付加電極GM2に
印加される電圧は、無偏向時に陽極電圧Ebと略同等で
あり、電子ビームの偏向量の増大に伴って低下するが、
直流電圧Vf2を下回ることはない。
【0052】第4グリッドG4及び第1付加電極GM1
に印加されるダイナミック電圧(Vf2+Vd)は、無
偏向時にVf2と同等のレベルであり、電子ビームの偏
向量の増大に伴って低下するが、フォーカス電圧Vf1
を下回ることはない。
【0053】第3グリッドG3及び第2セグメントG5
−2に印加されるフォーカス電圧Vf1は、電子ビーム
の偏向量にかかわらず常に一定である。第1セグメント
G5−1に印加される電圧は、無偏向時にフォーカス電
圧Vf1と略同等であり、電子ビームの偏向量の増大に
伴って低下する。
【0054】電子銃構体7は、各グリッドに上述したよ
うな電圧を印加することにより、電子ビーム発生部、プ
リフォーカスレンズ、補助レンズ、4極子レンズ、及
び、主レンズを形成する。
【0055】電子ビーム発生部は、カソードK、第1グ
リッドG1、及び第2グリッドG2によって形成され
る。この電子ビーム発生部は、電子ビームを発生し、か
つ主レンズに対する物点を形成する。プリフォーカスレ
ンズは、第2グリッドG2及び第3グリッドG3によっ
て形成される。このプリフォーカスレンズは、電子ビー
ム発生部から発生された電子ビームを予備集束する。
【0056】補助レンズは、第3グリッドG3(第1電
極)、第4グリッドG4(第2電極)、及び第5グリッ
ドG5の第1セグメントG5−1(第3電極)によって
形成される。この補助レンズは、プリフォーカスレンズ
によって予備集束された電子ビームをさらに予備集束す
る。
【0057】無偏向時には、補助レンズは、第3グリッ
ドG3と第4グリッドG4との間の相対的に大きな電位
差によって形成される。また、偏向時には、補助レンズ
は、第3グリッドG3と第4グリッドG4との間の相対
的に小さな電位差によって形成される。したがって、補
助レンズのレンズ強度は、無偏向時と比較して偏向時に
弱くなる。
【0058】4極子レンズは、第5グリッドG5の第1
セグメントG5−1、及び第2セグメントG5−2によ
って形成される。この4極子レンズは、偏向磁界に含ま
れる4極子レンズ成分(水平方向Xに発散作用を有し、
垂直方向Yに集束作用を有する)による非点収差を補償
するために偏向時にのみ形成され、水平方向Xに集束作
用を有するとともに垂直方向Yに発散作用を有する。
【0059】主レンズは、第5グリッドG5の第2セグ
メントG5−2(フォーカス電極)、第1付加電極G
M、第2付加電極GM2、及び第6グリッドG6(アノ
ード電極)によって形成される。この主レンズは、最終
的に電子ビームを蛍光体スクリーン上に集束する。
【0060】無偏向時には、第2付加電極GM2には、
第6グリッドG6に印加される陽極電圧Ebと略同等の
電圧が印加されるため、主レンズは、管軸方向Zに沿っ
て第2セグメントG5−2、第1付加電極GM1、及び
第2付加電極GM2によって形成される。また、偏向時
には、第2付加電極GM2には、陽極電圧Ebより低い
電圧が印加されるため、主レンズは、管軸方向Zに沿っ
て第2セグメントG5−2、第1付加電極GM1、第2
付加電極GM2、及び第6グリッドG6によって形成さ
れる。偏向時に形成される主レンズは、無偏向時と比較
して管軸方向Zに沿ってより長い間隔の領域にわたって
形成されるため、実質的にレンズ口径を拡大することが
可能となる。
【0061】次に、上述した構造の電子銃構体における
効果を説明する。
【0062】まず、無偏向時におけるレンズ作用につい
て、光学モデルを用いて説明する。
【0063】すなわち、図5の(a)に示すように、主
レンズ20の前段に、補助レンズ22が形成される。物
点Oから水平方向X及び垂直方向Yともに発散角αoで
出射した電子ビームは、補助レンズ22によって予備集
束され、さらに、主レンズ20によって集束される。こ
の電子ビームは、水平方向X及び垂直方向Yともに入射
角αi(5)にて蛍光体スクリーン3に入射する。この
時の倍率をM(5)とすると、 M(5)=αo/αi(5) となる。この場合、水平方向X及び垂直方向Yともに対
称となるため、蛍光体スクリーン3の中央部に集束され
た電子ビームのビームスポット径は、水平方向径及び垂
直方向径が等しく、ほぼ真円となる。
【0064】続いて、偏向時における電子銃構体−蛍光
体スクリーン間距離が拡大した時のデフォーカス補償に
ついて説明する。なお、ここでは、説明を簡略化するた
めに、電子銃構体7における4極子レンズ及び偏向磁界
に含まれる4極子レンズ成分を省略する。
【0065】このデフォーカス補償について、図5の
(b)に示す光学モデルを用いて説明する。図5の
(b)は、図5の(a)に対して、電子銃構体−蛍光体
スクリーン間距離が拡大している。この電子銃構体7で
は、電子銃構体−蛍光体スクリーン間距離が拡大するこ
とによるデフォーカス補償を、主レンズ20のカソード
側に配置した補助レンズ22のレンズ強度を変化させて
行っている。
【0066】すなわち、偏向時には、第4グリッドG4
には、電子ビームの偏向量の増大に伴って低下するパラ
ボラ状のダイナミック電圧(Vf2+Vd)が印加され
る。このため、第4グリッドG4と第3グリッドG3と
の間の電圧差は、電子ビームの偏向量の増大に伴って縮
小する。
【0067】また、第1セグメントG5−1には、第4
グリッドG4との静電容量を介して誘導されたパラボラ
状の交流成分が重畳されるが、誘導されたパラボラ状の
電圧は、第4グリッドG4に印加されるダイナミック電
圧(Vf2+Vd)より小さい。このため、第4グリッ
ドG4と第1セグメントG5−1と間の電圧差は、電子
ビームの偏向量の増大に伴って縮小する。
【0068】以上により、補助レンズ22のレンズ強度
は、電子ビームの偏向量の増大に伴って低下する。
【0069】この場合、物点Oから水平方向X及び垂直
方向Yともに発散角αoで出射した電子ビームは、補助
レンズ22にて予備集束されるが、この補助レンズ22
は、図5の(a)で示した無偏向時よりそのレンズ強度
が弱い。このため、主レンズ20に入射する電子ビーム
径は、図5の(a)に示した場合より拡大する。主レン
ズ20のレンズ強度は、無偏向時と略同等であるため、
電子銃構体−蛍光体スクリーン間距離が拡大した場合、
電子ビームは、蛍光体スクリーン3上に水平方向X及び
垂直方向Yともに入射角αi(6)にて入射する。よっ
て、倍率M(6)は、 M(6)=αo/αi(6) となる。蛍光体スクリーン3に入射する電子ビームの入
射角αi(6)は、補助レンズ22のレンズ強度によっ
て変化し、そのレンズ強度を弱めることによって図5の
(a)で示した無偏向時の蛍光体スクリーン3への入射
角αi(5)とほぼ同等とする、すなわち、 αi(6)≒αi(5) とすることができる。このため、偏向時における倍率M
(6)は、無偏向時における倍率M(5)とほぼ等しく
することが可能となる。または、補助レンズ22のレン
ズ強度を弱めることによって、 αi(6)>αi(5) とすることも可能である。
【0070】このため、電子銃構体−蛍光体スクリーン
間距離拡大によるレンズ倍率劣化をほぼ解消することが
できる。
【0071】しかしながら、主レンズ20に入射する電
子ビームの径を拡大させることは、主レンズの球面収差
を受けやすくするものであり、電子銃構体と蛍光体スク
リーンとの間の距離の拡大によるレンズ倍率劣化を抑え
ても、レンズ収差の影響を受けることによってビームス
ポット径を十分に縮小することができない。
【0072】そこで、この電子銃構体7では、主レンズ
20の実質レンズ口径を電子ビームの偏向量の増大に伴
って拡大させている。
【0073】この方法を図6を用いて具体的に説明す
る。
【0074】すなわち、無偏向時において主レンズを形
成する第2セグメントG5−2、第1付加電極GM1、
第2付加電極GM2、及び第6グリッドG6の電圧の関
係は、上述したように、第2セグメント印加電圧Vf1
<第1付加電極印加電圧Vf2<第2付加電極印加電圧
=第6グリッド印加電圧Ebとなる。したがって、無偏
向時において、主レンズは、実質的に第2セグメントG
5−2、第1付加電極GM1、及び第2付加電極GM2
によって形成されている。この時の主レンズの軸上電位
分布は、図中のAで示すようになり、主レンズは、第2
セグメントG5−2中の点Sから第1付加電極GM1中
の点Cを経て第2付加電極GM2中の点Eまでの間で形
成されている。
【0075】一方、電子ビームの偏向量が増大して第1
付加電極GM1にダイナミック電圧(Vf2+Vd)が
印加されると、第1付加電極GM1の電位は、点Cから
点Dに低下し、電圧はVf2→Vf2’となる。
【0076】また、第2付加電極GM2には、分圧抵抗
器101を介して電圧が供給されているため、第1付加
電極GM1との静電容量を介してパラボラ状の交流電圧
が印加される。したがって、第2付加電極GM2の電位
は、点Eから点Fに低下し、電圧はEb→Vf3とな
る。
【0077】第6グリッドG6に印加される陽極電圧
は、Ebで固定され、また第2セグメントG5−2に印
加されるフォーカス電圧もVf1で固定されている。し
たがって、偏向時の主レンズの軸上電位分布は、図中の
Bで示すようになる。主レンズは、軸上電位分布Bに示
すように、第2セグメントG5−2中の点Sから第1付
加電極GM1中の点D及び第2付加電極GM2中の点F
を経て第6グリッドG6中の点Tまでの間で形成されて
いる。
【0078】つまり、主レンズを形成する領域は、管軸
方向Zに沿って拡大している。この主レンズの形成領域
拡大は、実質的に主レンズのレンズ口径の拡大に相当す
る。したがって、電子ビームの偏向量の増大に伴って主
レンズの口径を拡大することが可能となる。
【0079】以上により、図5の(b)に示すように、
偏向時における主レンズ20のレンズ口径は、拡大さ
れ、主レンズ20の球面収差を抑えることが可能とな
る。
【0080】蛍光体スクリーンの周辺部に電子ビームが
偏向される場合、実際には偏向磁界に含まれる4極子レ
ンズ成分により非点収差の影響を受ける。上述した電子
銃構体においても、この非点収差を補償するために補助
レンズ22と主レンズ20との間に配置された4極子レ
ンズを備えている。
【0081】図5の(c)に偏向時の光学レンズモデル
を示す。
【0082】電子ビームを偏向磁界によって偏向する場
合、偏向磁界は、電子ビームに対して水平方向Xに発散
し且つ垂直方向Yに集束する4極子レンズ成分30を形
成する。この偏向磁界に含まれる4極子レンズ成分30
の影響を補償するため、電子銃構体の第1セグメントG
5−1と第2セグメントG5−2との間に、電子ビーム
の偏向量が増大するに従ってレンズ作用が強まる4極子
レンズを形成する。
【0083】この4極子レンズは、以下のようにして形
成する。
【0084】すなわち、図1に示すように、第1セグメ
ントG5−1には、陽極電圧Ebを分圧する分圧抵抗器
101を介した電圧が供給される。無偏向時には、第2
セグメントG5−2に印加されるフォーカス電圧Vf1
と略同等の電圧を第1セグメントG5−1に印加するよ
うに分圧抵抗器101の抵抗値を設定しておく。これに
より、無偏向時には、第1セグメントG5−1と第2セ
グメントG5−2との間には、電圧差が生じないので、
4極子レンズは形成さない。
【0085】一方、偏向時には、第4グリッドG4に
は、パラボラ状のダイナミック電圧(Vf2+Vd)が
印加されるため、第4グリッドG4との静電容量を介し
てパラボラ状の交流電圧が第1セグメントG5−1に誘
導される。したがって、電子ビームの偏向量が増大する
に従い、第1セグメントG5−1の印加電圧が低下し、
第1セグメントG5−1と第2セグメントG5−2との
間に電圧差が生じる。
【0086】第1セグメントG5−1の第2セグメント
G5−2との対向面には、図2の(a)に示すような縦
長の電子ビーム通過孔が形成されている。また、第2セ
グメントG5−2の第1セグメントG5−1との対向面
には、図2の(b)に示すような横長の電子ビーム通過
孔が形成されている。このため、第1セグメントG5−
1と第2セグメントG5−2との間に、水平方向Xに集
束作用を有するとともに、垂直方向Yに発散作用を有す
る4極子レンズを形成することが可能となる。
【0087】図5の(c)に示すように、第1セグメン
トG5−1と第2セグメントG5−2との間に形成され
る4極子レンズ21は、偏向磁界による4極子レンズ成
分30の影響を補償し、非点収差を低減するが、水平方
向Xの倍率が垂直方向Yより大きくなり、ビームスポッ
トの水平方向径が垂直方向径より大きくなるのは従来の
場合と同じである。
【0088】つまり、物点Oを水平方向及び垂直方向と
もに発散角αoで出射した電子ビームは、補助レンズ2
2によって予備集束され、4極子レンズ21によって水
平方向Xに集束されるとともに垂直方向Yに発散され
る。この電子ビームは、さらに、主レンズ20によって
集束された後、偏向磁界の4極子レンズ成分30により
蛍光体スクリーン3に水平方向Xの入射角αix
(7)、垂直方向Yの入射角αiy(7)で入射する。
【0089】このとき、 αix(7)<αiy(7) となる。したがって、水平方向Xの倍率Mx(7)と垂
直方向Yの倍率My(7)との関係は、 Mx(7)>My(7) となる。すなわち、蛍光体スクリーン周辺部でのビーム
スポットの形状は、横長となる。しかしながら、図5の
(b)で説明したように、補助レンズ22と主レンズ2
0との作用により、電子銃構体〜蛍光体スクリーン間距
離が拡大した時の倍率劣化は抑えられており、蛍光体ス
クリーン周辺部でのビームスポットの水平方向径が蛍光
体スクリーン中央部でのビームスポットの水平方向径に
対して著しく大きくなることを防止することが可能とな
る。
【0090】図5の(c)に示した水平方向X及び垂直
方向Yの蛍光体スクリーン3への入射角αix(7)及
びαiy(7)は、図5の(b)に示した蛍光体スクリ
ーン3への入射角αi(6)と比較すると、 αix(7)<αi(6)<αiy(7) の関係がある。αi(6)を前述したように、 α1(6)≒αi(5) とすれば、 αix(7)<αi(6)≒αi(5) となり、 Mx(7)>M(6)≒M(5) となって、従来例より水平方向のレンズ倍率が改善され
る。このため、著しい横歪を改善することができる。更
に、 αi(6)>αi(5) とすれば、 αix(7)≒αi(5) となり、 Mx(7)≒M(5) となる。つまり、蛍光体スクリーン周辺部におけるレン
ズ水平倍率を画面センターと略同等にすることができ
る。したがって、蛍光体スクリーン全面のビームスポッ
トは、図7の(a)に示すようになる。図7の(a)に
しめすように、この電子銃構体を適用することにより、
蛍光体スクリーン周辺部でのビームスポットは、水平方
向径だけではなく垂直方向径も図12に示した従来例よ
り縮小することができる。
【0091】ビームスポットの縮小は、解像度の向上に
繋がるが、ビームスポットの垂直方向径を必要以上に縮
小すると、シヤドウマスクの孔ピッチと走査線間隔との
関係からモアレが生じる場合もある。この場合、ダイナ
ミック電圧(Vf2+Vd)の変化量を大きくし、ビー
ムスポットの垂直方向をアンダーフォーカス状態にする
ことで改善される。また、ビームスポットの水平方向に
関しては、ダイナミック電圧(Vf2+Vd)の変化量
を大きくした場合、補助レンズ22の集束作用が弱まる
効果と、主レンズ20のレンズ口径が拡大することによ
る焦点距離拡大と、電子銃構体内の4極子レンズのレン
ズ作用が強まることによる焦点距離縮小とが相殺され
る。このことから、ビームスポットの水平方向は、ダイ
ナミック電圧(Vf2+Vd)の変化量を大きくして
も、略ジャストフォーカス状態を保つことができ、スポ
ット径は変化しない。
【0092】したがって、蛍光体スクリーンでのビーム
スポット形状は、図7の(b)に示すようになり、蛍光
体スクリーンの全域にわたって略均一なビームスポット
を形成することが可能となる。
【0093】以上説明したように、この発明の陰極線管
装置によれば、電子ビームを蛍光体スクリーン周辺部に
向けて偏向した場合に生じるデフォーカスを主レンズよ
り電子ビーム発生部側に位置する補助レンズのレンズ強
度を偏向に同期して変化させて(弱めて)補償するた
め、レンズ倍率の劣化を抑制することが可能となる。ま
た、補助レンズのレンズ強度が弱まる場合には、主レン
ズの実質的なレンズ口径を拡大することにより、主レン
ズの収差を低減することが可能となる。
【0094】したがって、蛍光体スクリーンの全域にわ
たって略均一なサイズのビームスポットを形成すること
が可能となる。しかも、ビームスポットサイズを十分に
縮小できるため、表示品位を向上することができ、しか
も、解像度を向上することが可能となる。
【0095】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、蛍光体スクリーン周辺部でのビームスポットの水平
方向径を縮小し、蛍光体スクリーン全面で均一な形状の
ビームスポットを形成することができる陰極線管装置を
提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、この発明の陰極線管装置に適用される
電子銃構体の構成の一例を概略的に示す水平断面図であ
る。
【図2】図2の(a)は、図1に示した電子銃構体に適
用される第5グリッドの第1セグメントの第5グリッド
の第2セグメントとの対向面の構造を概略的に示す正面
図であり、図2の(b)は、第5グリッドの第2セグメ
ントの第5グリッドの第1セグメントとの対向面の構造
を概略的に示す正面図である。
【図3】図3は、この発明の陰極線管装置の一実施の形
態に係るカラー陰極線管装置の構成を概略的に示す水平
断面図である。
【図4】図4は、図1に示した電子銃構体の各電極に印
加される電圧と偏向ヨークに供給される偏向電流との関
係を示す図である。
【図5】図5の(a)は、図1に示した電子銃構体にお
いて、電子ビームを蛍光体スクリーンの中央部に集束す
る無偏向時のレンズ作用を説明するための光学レンズモ
デルであり、図5の(b)は、電子銃構体−蛍光体スク
リーン間距離が無偏向時より拡大した場合のレンズ作用
を説明するための光学レンズモデルであり、図5の
(c)は、電子ビームを蛍光体スクリーンの周辺部に向
けて偏向した偏向時のレンズ作用を説明するための光学
レンズモデルでる。
【図6】図6は、図1に示した電子銃構体において、主
レンズの実質的な口径を拡大するための方法を説明する
ための図である。
【図7】図7の(a)及び(b)は、この発明の陰極線
管装置における蛍光体スクリーン上に形成されたビーム
スポットの一例を示す図である。
【図8】図8は、従来の電子銃構体における蛍光体スク
リーン上に形成されたビームスポットの一例を示す図で
ある。
【図9】図9は、従来の電子銃構体の構成を概略的に示
す図である。
【図10】図10の(a)は、図9に示した電子銃構体
に適用される第3グリッドの第1セグメントの第3グリ
ッドの第2セグメントとの対向面の構造を概略的に示す
正面図であり、図10の(b)は、第3グリッドの第2
セグメントの第3グリッドの第1セグメントとの対向面
の構造を概略的に示す正面図である。
【図11】図11の(a)は、従来の電子銃構体におけ
る無偏向時のレンズ作用を説明するための光学レンズモ
デルであり、図11の(b)は、電子銃構体−蛍光体ス
クリーン間距離が無偏向時より拡大した場合のレンズ作
用を説明するための光学レンズモデルであり、図11の
(c)は、偏向時のレンズ作用を説明するための光学レ
ンズモデルである。
【図12】図12は、従来の電子銃構体における蛍光体
スクリーン上に形成されたビームスポットの一例を示す
図である。
【符号の説明】
1…パネル 2…ファンネル 3…蛍光体スクリーン 4…シャドウマスク 5…ネック 6(R、G、B)…電子ビーム 7…電子銃構体 8…偏向ヨーク 20…主レンズ 21…4極子レンズ 22…補助レンズ 101…分圧抵抗器 K(R、G、B)…カソード G1…第1グリッド G2…第2グリッド G3…第3グリッド G4…第4グリッド G5…第5グリッド G5−1…第1セグメント G5−2…第2セグメント G6…第6グリッド GM1…第1付加電極 GM2…第2付加電極

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電子ビームを発生する電子ビーム発生部
    と、前記電子ビーム発生部から発生された電子ビームを
    予備集束する少なくとも1個の補助レンズと、前記補助
    レンズによって予備集束された電子ビームを蛍光体スク
    リーン上に集束する主レンズと、を有する電子銃構体
    と、 この電子銃構体から出射された電子ビームを水平方向及
    び垂直方向に偏向する偏向磁界を発生する偏向ヨーク
    と、を備えた陰極線管装置において、 前記電子銃構体は、前記主レンズを構成する、電子ビー
    ムの進行方向に沿って順に配置されたフォーカス電極、
    少なくとも2個の付加電極、及び、アノード電極を備
    え、 前記フォーカス電極には常に一定のフォーカス電圧を印
    加し、前記アノード電極には常に一定で前記フォーカス
    電圧より高いアノード電圧を印加し、前記フォーカス電
    極側に配置された第1付加電極には前記フォーカス電圧
    より高く前記アノード電圧より低く且つ電子ビームの偏
    向量の増大に伴って低下するパラボラ状のダイナミック
    電圧を印加し、 前記アノード電極側に配置された第2付加電極には前記
    ダイナミック電圧より常に高く且つ電子ビームを前記蛍
    光体スクリーン中央部に集束する無偏向時に前記アノー
    ド電圧と略同等の電圧を印加し、電子ビームを前記蛍光
    体スクリーンの周辺部に向けて偏向する偏向時に電子ビ
    ームの偏向量の増大に伴って低下する電圧を印加し、 さらに少なくとも1個の前記補助レンズは、電子ビーム
    の偏向量の増大に伴って集束力が低下することを特徴と
    する陰極線管装置。
  2. 【請求項2】前記電子銃構体は、前記電子ビーム発生部
    と前記主レンズとの間に、前記偏向磁界により電子ビー
    ムに及ぼされる非点収差を補償する4極子レンズを備え
    たことを特徴とする請求項1に記載の陰極線管装置。
  3. 【請求項3】前記第2付加電極に対して、前記アノード
    電極に印加されたアノード電圧を分圧する分圧抵抗器を
    介した電圧を印加し、 前記第2付加電極に印加される電圧は、前記第1付加電
    極に印加される前記ダイナミック電圧によって誘起され
    るパラボラ状の電圧により、電子ビームの偏向量の増大
    に伴ってパラボラ状に変動することを特徴とする請求項
    1に記載の陰極線管装置。
  4. 【請求項4】少なくとも1個の前記補助レンズは、電子
    ビームの進行方向に沿って順に配列された第1電極、第
    2電極、第3電極よって構成され、 前記第1付加電極と前記第2電極とが電気的に接続さ
    れ、 前記第1電極及び前記第3電極には、無偏向時には、前
    記フォーカス電圧と略同等の電圧を印加し、 前記第1電極及び前記第3電極の少なくとも一方には、
    前記第2電極に印加されるパラボラ状のダイナミック電
    圧により電子ビームの偏向量の増大に伴って低下するパ
    ラボラ状の電圧が誘起されることを特徴とする請求項1
    に記載の陰極線管装置。
  5. 【請求項5】電子ビームを発生する電子ビーム発生部
    と、前記電子ビーム発生部から発生された電子ビームを
    予備集束する少なくとも1個の補助レンズと、前記補助
    レンズによって予備集束された電子ビームを蛍光体スク
    リーン上に集束する主レンズと、を有する電子銃構体
    と、 この電子銃構体から出射された電子ビームを水平方向及
    び垂直方向に偏向する偏向磁界を発生する偏向ヨーク
    と、を備えた陰極線管装置において、 前記電子銃構体は、前記主レンズを構成する、電子ビー
    ムの進行方向に沿って順に配置されたフォーカス電極、
    少なくとも2個の付加電極、及び、アノード電極を備
    え、 また、電子ビームの偏向量の増大に伴って前記主レンズ
    の実質的なレンズ口径を拡大する手段を備え、 さらに、電子ビームの偏向量の増大に伴って少なくとも
    1個の前記補助レンズの集束力を低下する手段を備えた
    ことを特徴とする陰極線管装置。
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