JP3599765B2 - 陰極線管装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、カラー受像管などの陰極線管装置に係り、特に偏向ヨークの発生する磁界により生ずる偏向収差を補正するダイナミックフォーカス方式の陰極線管装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、カラー受像管装置は、図９に示すように、パネル１およびこのパネル１に一体に接合されたファンネル２からなる外囲器を有し、そのパネル１の内面に、青、緑、赤に発光するストライプ状あるいはドット状の３色蛍光体層からなる蛍光体スクリーン３（ターゲット）が形成され、この蛍光体スクリーン３に対向して、その内側に多数のアパーチャの形成されたシャドウマスク４が装着されている。一方、ファンネル２のネック５内に、３電子ビーム６Ｂ ，６Ｇ ，６Ｒ を放出する電子銃７が配設されている。そして、この電子銃７から放出される３電子ビーム６Ｂ ，６Ｇ ，６Ｒ をファンネル２の外側に装着された偏向装置８の発生する水平、垂直偏向磁界により偏向し、シャドウマスク４を介して蛍光体スクリーン３を水平、垂直走査することにより、カラー画像を表示する構造に形成されている。
【０００３】
このようなカラー受像管装置において、特に電子銃７を同一水平面（Ｘ−Ｚ平面）上を通るセンタービーム６Ｇ およ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 を放出する電子銃としたインライン型カラー受像管装置が普及している。
【０００４】
一般に上記電子銃７は、カソードからの電子放出を制御しかつ放出された電子を集束して３電子ビーム６Ｂ ，６Ｇ ，６Ｒ を形成するカソードおよびこのカソードに順次隣接して配置された複数個の電極からなる電子ビーム発生部と、この電子ビーム発生部から得られる３電子ビーム６Ｂ ，６Ｇ ，６Ｒ を蛍光体スクリーン３上に集束かつ集中する複数個の電極からなる主電子レンズ部とを有する。
【０００５】
このようなカラー受像管装置において、上記蛍光体スクリーン３上の画像特性を良好にするためには、電子銃７から放出される３電子ビーム６Ｂ ，６Ｇ ，６Ｒ を適切に集束し、かつ蛍光体スクリーン３の全域に集中するようにすることが必要である。
【０００６】
このうち、３電子ビーム６Ｂ ，６Ｇ ，６Ｒ の集中については、たとえば米国特許第２，９５７，１０６号明細書に示されているように、電子銃から放出される３電子ビームをあらかじめ傾斜させて放出する方法がある。また米国特許第３，７７２，５５４号明細書に示されているように、主電子レンズ部を形成する電極の３個の電子ビーム通過孔のうち、一対のサイドビーム通過孔を電子ビーム発生部側の隣接電極のサイドビーム通過孔よりも、わずかに外側に偏心させて集中する方法がある。いずれも広く実用化されている。
【０００７】
しかしこのように電子銃７を構成しても、実際のカラー受像管装置では、電子ビームを偏向したときに、３電子ビーム６Ｂ ，６Ｇ ，６Ｒ の集中ずれが生ずる。そのため、同一水平面上を通る一列配置の３電子ビーム６Ｂ ，６Ｇ ，６Ｒ に対しては、偏向装置８の発生する水平偏向磁界をピンクッション形、垂直偏向磁界をバレル形とし、これら偏向磁界により一列配置の３電子ビーム６Ｂ ，６Ｇ ，６Ｒ を蛍光体スクリーン３の全域に集中するようにしたものがある。このカラー受像管装置は、セルフコンバーゼンス・インライン型カラー受像管装置といわれ、現在、カラー受像管装置の主流となっている。
【０００８】
しかし上記のように偏向装置８の偏向磁界により３電子ビーム６Ｂ ，６Ｇ ，６Ｒ を集中すると、３電子ビーム６Ｂ ，６Ｇ ，６Ｒ は、いちじるしく偏向収差を受け、蛍光体スクリーン３上のビームスポットの歪が大きくなり、解像度の劣化をまねく。すなわち、図１０に水平偏向磁界について示すように、電子ビーム６（６Ｂ ，６Ｇ ，６Ｒ ）を図面の右側に偏向したとすると、電子ビーム６は、ピンクッション形水平偏向磁界１０により矢印１１で示すように垂直方向（Ｙ軸方向）に集束作用を受ける。一方、水平方向（Ｘ軸方向）には、電子ビーム６の右側と左側とで磁束密度が相違し、左側よりも右側の方が磁束密度が大きいため、右側の方が大きな偏向作用を受け、左右に引張られる。
【０００９】
したがってピンクッション形水平偏向磁界１０は、電子ビーム６に対して水平方向に発散、垂直方向に集束する４極子レンズとして作用するとともに、電子ビーム６を偏向するプリズム作用をもつ。その結果、図１１に示すように、水平偏向磁界により偏向された電子ビームの画面周辺部のビームスポット１３は、垂直方向には過集束状態となり、高輝度部１４の上下に低輝度のハロー部１５が生ずる。また水平方向には不足集束状態となって左右に伸びた形状となり、画面周辺部の解像度をいちじるしく劣化させる。
【００１０】
このような偏向収差による解像度の劣化を防止するため、特開昭６１−９９２４９号公報、特開昭６１−２５０９３４号公報、特開平２−７２５４６号公報などには、図１２に示すように、電子ビーム６の進行方向（蛍光体スクリーン方向）に沿って、順次第１ないし第５グリッドＧ１ 〜Ｇ５ を配置し、その第３グリッドＧ３ に所定の直流電圧Ｖｆ を印加し、第４グリッドＧ４ に同じ直流電圧Ｖｆ に電子ビーム６の偏向量に応じて変化する変動電圧Ｖｄ を重畳した電圧を印加し、第５グリッドＧ５ に陽極電圧Ｅｂ を印加する電子銃が示されている。
【００１１】
この電子銃では、上記電圧の印加により、第３、第４グリッドＧ３ ，Ｇ４ 間に４極子レンズが、第４、第５グリッドＧ４ ，Ｇ５ 間に最終集束レンズが形成される。上記各公報の各電子銃は、電極の構造が相違するのみで、形成される電子レンズは、すべて基本的に同じであり、同一作用をもつている。
【００１２】
図１３に上記電子レンズを光学的モデルで示す。この光学的モデルにおいて、カソードから放出された電子ビーム６は、蛍光体スクリーン３に達するまでの間に、上記第３、第４グリッド間に形成される４極子レンズＱＬと第４、第５グリッド間に形成される最終集束レンズＥＬと、偏向装置の４極子レンズｑＬおよびプリズムｐＬを通る。そして、電子ビーム６が偏向されることなく蛍光体スクリーン３の中央に向かうときは、第３、第４グリッドは、ほぼ同電位となり、これら電極間には４極子レンズＱＬは形成されない。したがって電子ビーム６は、実線で示すように最終集束レンズＥＬにより、蛍光体スクリーン３の中央に適切に集束され、蛍光体スクリーン３上のビームスポット１３は、図示したようにほぼ円形となる。
【００１３】
これに対し、電子ビーム６を偏向するときは、その偏向量に応じて第４グリッドの電位が上昇し、破線で示したように第３、第４グリッド間に４極子レンズＱＬが形成され、同時に第４、第５グリッド間の最終集束レンズＥＬの水平、垂直方向の集束作用が弱まる。その結果、電子銃から放出される電子ビーム６は、垂直方向には不足集束となるが、偏向収差（非点収差）により集束作用を受けるため、垂直方向には適切に集束される。一方、水平方向は、４極子レンズＱＬの集束作用と最終集束レンズＥＬの集束作用がともに減少するため、総合的な集束作用は、ほとんど変わらず、偏向磁界により若干不足集束となる。しかし蛍光体スクリーン３の周辺部は、中央部にくらべて電子銃から離れているため、水平方向も適切に集束される。
【００１４】
しかしながらこのダイナミックフォーカス方式による電子ビーム６の集束には、つぎのような問題がある。
【００１５】
すなわち、管の大型化や偏向の広角化にともなって偏向収差が増大する。そのため、この偏向収差を補正するために要する４極子レンズＱＬの垂直方向の発散作用を強くする必要がある。その結果、４極子レンズＱＬの水平方向の集束作用が大きくなり、最終集束レンズＥＬの集束作用を大幅に低減することが必要となる。そのため、この最終集束レンズＥＬの集束作用を低減するために要する電極間の電位差が大きくなり、テレビセットの回路負担の増大、放電、耐圧などの安全、信頼性上の問題が生ずる。さらに大きな問題として、蛍光体スクリーン周辺部におけるビームスポットの形状が水平方向に長い横長になる。このようにビームスポットの形状が横長になると、画面の水平方向の解像度がいちじるしく劣化する。またビームスポットの垂直方向の径が極度に小さくなると、シャドウマスクのアパーチャの配列ピッチとの干渉によりモアレが生じ、画質の劣化をまねくなどの問題が生ずる。
【００１６】
このビームスポットの形状が横長になる原因は、つぎの理由による。すなわち、図１３に示したように、カソードから放出された電子ビーム６がクロスオーバを結び、第２、第３グリッドにより形成されるプリフォーカスレンズにより弱い予備集束を受け、発散角αで上記電子レンズ系に入射し、蛍光体スクリーン３の中央に、水平方向には集束角βＨｃ、垂直方向には集束角βＶｃで集束するとすると、Ｖ０ をクロスオーバ部の電位、Ｖｉ を蛍光体スクリーン３側の電位とするとき、水平方向の結像倍率ＭＨｃ、垂直方向の結像倍率ＭＶｃは、それぞれ数１、数２で表される。
【数１】

【数２】

この蛍光体スクリーン３の中央に集束する場合は、
βＨｃ＝βＶｃ
となるから、結像倍率ＭＨｃ、ＭＶｃは、
ＭＨｃ＝ＭＶｃ
となり、蛍光体スクリーン３の中央でのビームスポットは円形となる。
【００１７】
しかし電子ビームを偏向する場合は、偏向装置の４極子レンズｑＬが作用し、かつ偏向収差を補正する４極子レンズＱＬが作用する。そして蛍光体スクリーン３の周辺部に、水平方向には集束角βＨｐ、垂直方向には集束角βＶｐで集束するとすると、水平方向の結像倍率ＭＨｐ、垂直方向の結像倍率ＭＶｐは、それぞれ数３、数４となる。
【数３】

【数４】

この蛍光体スクリーン３の周辺部に集束する場合は、
βＨｐ＜βＶｐ
となり、結像倍率ＭＨｐ、ＭＶｐは、
ＭＨｐ＞ＭＶｐ
となるため、蛍光体スクリーン３の周辺部では、ビームスポットが横長となる。
【００１８】
この蛍光体スクリーン３の周辺部でのビームスポットの横長を解決するために、特開平３−９５８３５号公報、特開平３−９３１３５号公報には、上記電子銃の４極子レンズ、最終集束レンズのほかに、カソードと上記４極子レンズとの間に別の４極子レンズを追加形成し、この追加４極子レンズに上記電子銃の４極子レンズの集束、発散作用とは逆の作用をもたせて、電子ビームを水平方向に発散、垂直方向に集束することにより、電子ビームの水平方向の集束角βＨｐを垂直方向の集束角βＶｐに近づけ、結像倍率ＭＨｐ、ＭＶｐを数５のようにした電子銃が示されている。
【数５】

【００１９】
しかしこのような手段では、テレビ学会技報、ＩＤＹ９２−１７に述べられているように、大電流時の電子ビームの発散角αが大きくなる。そのために電子ビームを追加４極子レンズでさらに水平方向に発散すると、最終集束レンズの水平方向の球面収差の影響を大きく受け、蛍光体スクリーン上のビームスポットの水平方向の径が小さくならないという原理的な問題が生ずる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、電子銃から放出される同一水平面上を通る一列配置の３電子ビームに対して、偏向装置の発生する水平、垂直偏向磁界をそれぞれピンクッション形、バレル形とすると、電子ビームは、その偏向磁界の偏向収差の影響を受け、蛍光体スクリーン周辺部上のビームスポットが歪み、解像度がいちじるしく劣化する。
【００２１】
この偏向収差による解像度の劣化を解決する手段として、従来、電子ビームの進行方向に沿って４極子レンズ、最終集束レンズを形成したダイナミックフォーカス方式の電子銃がある。しかしこのような電子銃では、管の大型化や偏向の広角化にともなって、その偏向収差を補正する４極子レンズの垂直方向の発散作用を強くする必要があり、それにともなって、４極子レンズの水平方向の集束作用も大きくなり、最終集束レンズの集束作用を大幅に低減する必要がある。そのため最終集束レンズを形成する電極間の電位差が大きくなり、テレビセットの回路負担の増大、放電、耐圧などの安全、信頼性上の問題が生ずる。さらにこの電子銃では、蛍光体スクリーンの周辺部でのビームスポットの形状が水平方向に長い横長になり、水平方向の解像度の劣化、シャドウマスクのアパーチャの配列ピッチとの干渉によるモアレの発生などによる画質の劣化をまねくなどの問題がある。
【００２２】
このような問題を解決するために、上記４極子レンズ、最終集束レンズとは別に、カソードと上記４極子レンズとの間に別の４極子レンズを追加形成するようにした電子銃がある。しかしこのように４極子レンズを追加すると、原理的に蛍光体スクリーン上のビームスポットの水平方向の径が小さくならないという問題が生ずる。
【００２３】
この発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ダイナミックフォーカス方式の電子銃により、偏向装置の発生する磁界により生ずる偏向収差を補正して、画面全域にわたり電子ビームのビームスポットをほぼ円形とすることにより、解像度が高く、かつ信頼性の高い陰極線管装置を構成することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
電子銃部、偏向部、蛍光体スクリーン部を少なくとも有し、電子銃部は水平方向にインライン配列された中央および両側の３本の電子ビームを発生・制御する陰極を含む電子ビーム発生部と、この電子ビームを蛍光体スクリーン上に集束する主電子レンズ部とを有し、この電子ビームを偏向部により水平および垂直方向に偏向走査する陰極線管装置において、
主電子レンズ部を、蛍光体スクリーン部と電子ビーム発生部の間にある第１の電子レンズと、この第１の電子レンズより蛍光体スクリーン側にある第２の電子レンズとから少なくともなり、この第１の電子レンズは、偏向部の少なくとも電子ビームの水平方向偏向量に同期して変動する電圧が管外から供給される第１の電極と、管内に内蔵された電気抵抗器を介して電圧が供給される少なくとも１個の第２の電極とからなり、第２の電極と隣接し管外から電圧を供給する第３の電極との間の静電容量： C と、この静電容量に等価的に並列接続される直流抵抗値： R と、変動電圧の水平偏向に同期する周波数： f Ｈとの間には、
２π f Ｈ CR ≧１０４ / ８π （π：円周率）
なる関係があり、また、変動電圧の垂直偏向に同期する周波数： f Ｖとの間には、
２π f Ｖ CR ≦１ / ４
なる関係とした。
【００２６】
さらに、第１の電子レンズは、電子ビームの偏向に伴い、電子ビームを水平方向に集束、垂直方向に発散作用をもたせるようにした。
【００２７】
さらにまた、第１の電極と第２の電極の実質的に対向する面の面積：Sと間隔：Lとの間には、
S/L≦０．４５［ｍ］
なる関係をもたせるようにした。
【００２８】
【作用】
上記のように、一列配置の３電子ビームを蛍光体スクリーン上に集束する主電子レンズ部を形成すると、この主電子レンズ部の蛍光体スクリーン側に、偏向装置の偏向にともない電子ビームを垂直方向に発散して、偏向収差による垂直方向の過集束を補正する電子レンズを形成することができる。またカソード側に、偏向にともない電子ビームを水平方向に集束して、偏向磁界を通過する電子ビームの水平方向の大きさを小さくし、偏向による電子ビームの歪を軽減する電子レンズを形成することができる。
【００２９】
しかも変動電圧を水平、垂直偏向の周期にそれぞれ同期して変化させると、蛍光体スクリーン側の電子レンズを水平、垂直偏向に同期して変化させ、カソード側の電子レンズを水平偏向に同期した場合よりも垂直偏向に同期して強く作用する偏向周波数による自動選択作用を与えることができる。
【００３０】
また、蛍光体スクリーン側の電子レンズおよびカソード側の電子レンズをそれぞれ４極子レンズとして、偏向にともない両電子レンズをともに垂直方向に発散作用をもつ電子レンズとすることにより、偏向収差の補正に要する変動電圧の電位差を低くすることができ、高感度の補正が可能となる。
【００３１】
さらに、管内に配置した電気抵抗器により陽極電圧を分割して供給することにより、電子ビームの集束状態を調整するフォーカス電圧に変動電圧を重畳した電圧を別に管外から供給するだけで良く、ＴＶ−セットの回路が簡単な上に耐電圧などの信頼性に富み、画面全域にわたり高解像度が得られる高性能陰極線管とすることができる。
【００３２】
【実施例】
以下、図面を参照してこの発明を実施例に基づいて説明する。
【００３３】
図１にその一実施例であるカラー受像管装置を示す。このカラー受像管装置は、パネル１およびこのパネル１に一体に接合されたファンネル２からなる外囲器を有し、そのパネル１の内面に、青、緑、赤に発光するストライプ状の３色蛍光体層からなる蛍光体スクリーン３（ターゲット）が形成され、この蛍光体スクリーン３に対向して、その内側に多数のアパーチャの形成されたシャドウマスク４が装着されている。一方、ファンネル２のネック５内に、同一水平面上を通る一列配置の３電子ビーム２０Ｂ ，２０Ｇ ，２０Ｒ を放出する電子銃２１が配設されている。さらにこの電子銃２１に沿って、その一側に電気抵抗器（図示せず）が配設されている。またファンネル２の外側に偏向装置８が装着されている。そして、上記電子銃２１から放出される３電子ビーム２０Ｂ ，２０Ｇ ，２０Ｒ を偏向装置８の発生する水平、垂直偏向磁界により偏向し、シャドウマスク４を介して蛍光体スクリーン３を水平、垂直走査することにより、カラー画像を表示する構造に形成されている。
【００３４】
上記電子銃２１は、図２に示すように、水平方向に一列配置された３個のカソードＫＢ ，ＫＧ ，ＫＲ （ＫＲ のみ図示）、これらカソードＫＢ ，ＫＧ ，ＫＲ を各別に加熱するヒータＨ、上記ＫＢ ，ＫＧ ，ＫＲ から蛍光体スクリーン方向に順次所定間隔離間して配置された第１ないし第９グリッドＧ１ 〜Ｇ９ からなる。なお、図２において、２２は、電子銃の一側に配設された電気抵抗器である。
【００３５】
上記第１、第２グリッドＧ１ ，Ｇ２ は板状電極、第３、第４、第５、第６グリッドＧ３ ，Ｇ４ ，Ｇ５ ，Ｇ６ は筒状電極、第７、第８グリッドＧ７ ，Ｇ８ は板厚の厚い板状電極、第９グリッドＧ９ はカップ状電極からなる。そして、その第１、第２、第３、第４グリッドＧ１ ，Ｇ２ ，Ｇ３ ，Ｇ４ および第５グリッドＧ５ の第４グリッドＧ４ 側の対向面には、３個のカソードＫＢ ，ＫＧ ，ＫＲ に対応して、３個の円形の電子ビーム通過孔が一列配置に形成されている。第５グリッドＧ５ の第６グリッドＧ６ 側の対向面には、３個のカソードＫＢ ，ＫＧ ，ＫＲ に対応して、図３（ａ）に示すように、垂直方向（Ｙ軸方向）を長径とするほぼ矩形状の３個の電子ビーム通過孔２４が一列配置に形成されている。第６グリッドＧ６ には、３個のカソードＫＢ ，ＫＧ ，ＫＲ に対応して、図３（ｂ）に示すように、水平方向（Ｘ軸方向）を長径とするほぼ矩形状の３個の電子ビーム通過孔２５が一列配置に形成されている。第７および第８グリッドＧ７ ，Ｇ８ には、３個のカソードＫＢ ，ＫＧ ，ＫＲ に対応して、図３（ｃ）に示すように、ほぼ円形の３個の電子ビーム通過孔２６が一列配置に形成されている。第９グリッドＧ９ の第８グリッドＧ８ 側の対向面には、３個のカソードＫＢ ，ＫＧ ，ＫＲ に対応して、図３（ｄ）に示すように、水平方向を長径とするほぼ矩形状の３個の電子ビーム通過孔２７が一列配置に形成されている。
【００３６】
この電子銃では、ステムピン２９（図１参照）を介して、カソードＫＢ ，ＫＧ ，ＫＲ に１００〜２００Ｖの電圧に映像信号電圧を重畳した電圧が、第１グリッドＧ１ に接地電位がそれぞれ印加される。第２、第４グリッドＧ２ ，Ｇ４ および第３、第６グリッドＧ３ ，Ｇ６ は、それぞれ管内で接続され、その第２、第４グリッドＧ２ ，Ｇ４ には５００〜１０００Ｖ、第３、第６グリッドＧ３ ，Ｇ６ には、陽極電圧Ｅｂ の２０〜３０％のフォーカス電圧Ｖｆ に偏向装置に流れる偏向電流に同期して変化する変動電圧Ｖｄ を重畳した電圧がそれぞれステムピン２９を介して印加される。また第５、第７、第８グリッドＧ５ ，Ｇ７ ，Ｇ８ には、電気抵抗器２２により陽極電圧Ｅｂ を分割して、第５グリッドＧ５ に第３および第６グリッドＧ３ ，Ｇ６ に印加されるフォーカス電圧Ｖｆ と同じか、またはそれよりも少し高い電圧が、第７グリッドＧ７ に陽極電圧Ｅｂ の３５〜４５％の電圧が、第８グリッドＧ８ に陽極電圧Ｅｂ の５０〜７０％の電圧が印加される。さらに第９グリッドＧ９ には、陽極端子３０、ファンネルの内面に形成された導電膜３１（図１参照）などを介して陽極電圧Ｅｂ が印加される。
【００３７】
ところで、この電子銃では、各電極の間に存在する静電容量を介して、第３および第６グリッドＧ３ ，Ｇ６ に印加される変動電圧Ｖｄ が他の電極に誘導される。すなわち、この電子銃では、第４ないし第９グリッドＧ４ 〜Ｇ９ の各電極間に静電容量が存在し、第５、第７、第８グリッドＧ５ ，Ｇ７ ，Ｇ８ には電気抵抗器２２を介して陽極電圧Ｅｂ を分割供給しているので、この静電容量を介して第５、第７、第８グリッドＧ５ ，Ｇ７ ，Ｇ８ に、第３および第６グリッドＧ３ ，Ｇ６ に印加される変動電圧Ｖｄ が誘導され重畳する。電極間の静電容量の交流インピーダンスが電気抵抗器２２の直流インピーダンスよりも十分に小さい場合には、直流インピーダンスを無視することができる。
【００３８】
そこで、第４ないし第９グリッドＧ４ 〜Ｇ９ の各電極に誘導される変動電圧を求めるために、第４、第５グリッドＧ４ ，Ｇ５ 間の静電容量をＣ５ 、第５、第６グリッドＧ５ ，Ｇ６ 間の静電容量をＣ４ 、第６、第７グリッドＧ６ ，Ｇ７ 間の静電容量をＣ３ 、第７、第８グリッドＧ７ ，Ｇ８ 間の静電容量をＣ２ 、第８、第９グリッドＧ８ ，Ｇ９ 間の静電容量をＣ１ とし、直流電圧を短絡し、かつ電気抵抗器の抵抗を省略して、交流電圧について等価回路で示すと、図４のようになる。ここで上記各電極間の静電容量Ｃ１ 〜Ｃ５ がすべて同じであるとすると、第５グリッドＧ５ には、第６グリッドＧ６ に印加される変動電圧Ｖｄ の１／２、第７グリッドＧ７ には２／３、第８グリッドＧ８ には１／３が誘導される。
【００３９】
図５に横軸を時間軸としてこれら変動電圧が誘導される各電極の電位を縦軸に示す。曲線３２は、第６グリッドに印加されるフォーカス電圧Ｖｆ に変動電圧Ｖｄ を重畳した電圧（Ｖｆ ＋Ｖｄ ）、曲線３３は第５グリッドの電圧ｅｃ５、曲線３４は第７グリッドの電圧ｅｃ７、曲線３５は第８グリッドの電圧ｅｃ８、直線３６は第９グリッドＧ９ に印加される陽極電圧Ｅｂ である。なお、破線３３ａ，３４ａ，３５ａは、それぞれ変動電圧が重畳されない場合の第５、第７、第８グリッドの電圧Ｅｃ５，Ｅｃ７，Ｅｃ８である。また１Ｈは、水平偏向の１周期の期間である。
【００４０】
図６に上記第５ないし第９グリッドに印加される電圧を、また図７にこの第５ないし第９グリッドに印加される電圧に対応して、これら電極間に形成される電子レンズを光学的モデルで示す。図６では、第５ないし第９グリッドに印加される電圧をそれぞれ（Ｇ５ ）〜（Ｇ９ ）で示した。この図６に実線３７ａで示した電圧は、電子ビームが偏向されず、蛍光体スクリーンの中央に向かうときの電圧、破線３７ｂは偏向される場合の電圧である。また図７は、管軸Ｚより上部に垂直方向の電子ビーム２０の軌道および電子レンズを、下部に水平方向のそれを示したものであり、それぞれ実線は、電子ビーム２０が偏向されず、蛍光体スクリーン３の中央に向かうときの軌道および形成される電子レンズであり、破線は、電子ビーム２０が偏向された場合の軌道および形成される電子レンズである。
【００４１】
これら図６および図７に示したように、電子ビーム２０が偏向されずに蛍光体スクリーン３の中央に向かうときは、第６グリッドの電圧ｅｃ６は、フォーカス電圧Ｖｆ に等しく、
ｅｃ６＝Ｖｆ
となる。
【００４２】
一方、第５グリッドの電圧ｅｃ５は、電気抵抗器により分割した電圧Ｅｃ５に、第５、第６グリッド間の静電容量を介して誘導された変動電圧が重畳され、数６となる。
【数６】

この第５グリッドの電圧ｅｃ５は、フォーカス電圧Ｖｆ に等しい第６グリッドの電圧ｅｃ６とほぼ同電位となり、第５、第６グリッド間には、電位差が生じない。そのため、この場合、第５、第６グリッド間には、電子レンズＬ１ （第１の電子レンズ）は形成されない。
【００４３】
一方、第６ないし第９グリッド間には、軸上電位分布が連続的に変化する拡張電子レンズＬ２ （第２の電子レンズ）が形成される。この拡張電子レンズＬ２ は、第６、第７グリッド間に形成される電子レンズ成分Ｌ２１（４極子レンズ）と、第７、第８グリッド間に形成される電子レンズ成分Ｌ２２（円筒電子レンズ）と、第８、第９グリッド間に形成される電子レンズ成分Ｌ２３（４極子レンズ）とからなる。
【００４４】
すなわち、電子レンズＬ２ については、第６グリッドの電圧ｅｃ６に対して、第７グリッドの電圧ｅｃ７は、電気抵抗器により分割した電圧Ｅｃ７に、第６、第７グリッド間の静電容量を介して誘導された変動電圧が重畳され、数７となる。
【数７】

しかもこの第６および第７グリッドには、それぞれ図３（ｂ）および（ｃ）に示した電子ビーム通過孔が形成されているため、この第６、第７グリッド間には、水平方向に発散作用、垂直方向に集束作用をもつ４極子レンズからなる電子レンズ成分Ｌ２１が形成される。
【００４５】
また第７グリッドの電圧ｅｃ７に対して、第８グリッドの電圧ｅｃ８は、電気抵抗器により分割した電圧Ｅｃ８に、第７、第８グリッド間の静電容量を介して誘導された変動電圧が重畳され、数８となる。
【数８】

しかもこの第７および第８グリッドには、それぞれ図３（ｃ）に示した電子ビーム通過孔が形成されているため、この第７、第８グリッド間には、水平、垂直方向ともに集束作用をもつ円筒電子レンズからなる電子レンズ成分Ｌ２２が形成される。
【００４６】
また第８グリッドの電圧ｅｃ８に対して、第９グリッドには、陽極電圧Ｅｂ が印加され、しかもこれら第８および第９グリッドには、それぞれ図３（ｃ）および（ｄ）に示した電子ビーム通過孔が形成されているため、第８、第９グリッド間には、水平方向に集束作用、垂直方向に発散作用をもつ４極子レンズからなる電子レンズ成分Ｌ２３が形成される。
【００４７】
つまり、第６ないし第９グリッド間には、２重４極子レンズ、すなわちレンズ作用が逆の２つの４極子レンズを含む３個の電子レンズ成分Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３からなる拡張電子レンズＬ２ が形成される。そして電子ビーム２０は、偏向されずに蛍光体スクリーン３の中央に向かうときは、この拡張電子レンズＬ２ により、水平、垂直方向ともに蛍光体スクリーン３の中央に適切に集束される。
【００４８】
これに対し、電子ビーム２０を偏向する場合は、偏向装置の発生する偏向磁界により、電子銃と蛍光体スクリーン３との間に、等価的に４極子レンズからなる電子レンズｑＬとプリズムｐＬが形成される。そしてこれにともなって変動電圧Ｖｄ が上昇し、第６グリッドの電圧ｅｃ６は、フォーカス電圧Ｖｆ に変動電圧Ｖｄ が重畳され、
ｅｃ６＝Ｖｆ ＋Ｖｄ
となる。
【００４９】
また第５グリッドの電圧ｅｃ５は、第６グリッドとの間の静電容量を介して誘導される変動電圧により数９に示す電圧となる。また第７グリッドの電圧ｅｃ７は、同じく第６グリッドとの間の静電容量を介して誘導される変動電圧により数１０に示す電圧となる。また第８グリッドの電圧ｅｃ８は、第７グリッドとの間の静電容量を介して誘導される変動電圧により数１１に示す電圧となる。
【数９】

【数１０】

【数１１】

【００５０】
その結果、第５、第６グリッド間に電位差が生じ、かつこれら第５、第６グリッド間には、それぞれ図３（ｂ）および（ｃ）に示した電子ビーム通過孔が形成されているため、この第５、第６グリッド間には、破線で示したように水平方向に集束、垂直方向に発散作用をもつ４極子レンズからなる電子レンズＬ１ が形成される。
【００５１】
これに対し、第６、第７グリッド間の電位差は小さくなり、これら電極間に形成される４極子レンズからなる電子レンズ成分Ｌ２１の作用は、破線で示したように、実線で示した電子ビーム２０を偏向しない場合にくらべて弱くなり、電子ビーム２０は、相対的に水平方向に集束、垂直方向に発散する。また第７、第８グリッド間の電位差も小さくなり、これら電極間に形成される円筒電子レンズからなる電子レンズ成分Ｌ２２の作用も、電子ビーム２０を偏向しない場合にくらべて弱くなり、電子ビーム２０は、相対的に水平、垂直方向ともに発散する。さらに第８、第９グリッド間の電位差も若干小さくなり、これら電極間に形成される４極子レンズからなる電子レンズ成分Ｌ２３の作用も、電子ビーム２０を偏向しない場合にくらべて弱くなり、電子ビーム２０は、相対的に水平方向にわずかに発散し、垂直方向に集束するようになる。
【００５２】
したがって第６ないし第９グリッド間に形成される第２の電子レンズＬ２ は、上記３個の電子レンズ成分Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３の変化により、水平方向には、電子レンズ成分Ｌ２１の相対的な集束作用と、電子レンズ成分Ｌ２２，Ｌ２３の相対的な発散作用とが相殺され、第２の電子レンズＬ２ 全体として、電子ビーム２０を偏向しないときと、ほぼ同じ集束状態を保つ。また垂直方向には、電子レンズ成分Ｌ２１、Ｌ２２の相対的な発散作用が電子レンズ成分Ｌ２３の相対的な集束作用よりも大きくなり、第２の電子レンズＬ２ 全体として、電子ビーム２０を発散させる。
【００５３】
その結果、電子ビーム２０を偏向する場合は、第１の電子レンズＬ１ の水平方向に集束、垂直方向に発散する作用と、第２の電子レンズＬ２ の水平方向に集束、垂直方向に発散する作用とにより、水平方向には、第１の電子レンズＬ１ の集束作用により集束され、さらに第２の電子レンズＬ２ の集束作用により集束されて偏向磁界に入る。このとき、電子ビーム２０は、この偏向磁界の等価的な４極子レンズｑＬにより発散作用を受けるが、電子ビーム２０は、第１の電子レンズＬ１ の集束作用により水平方向に径が絞られるため、偏向磁界を通過するときの電子ビーム２０の径は小さく、したがって偏向磁界の発散作用の影響は小さい。一方、垂直方向には、第１の電子レンズＬ１ の発散作用により発散され、さらに第２の電子レンズＬ２ の発散作用により発散され、偏向磁界の等価的な４極子レンズｑＬの集束作用を補正する。その結果、電子ビーム２０を偏向する場合も、水平、垂直方向ともに蛍光体スクリーン３上に適切に集束される。
【００５４】
さて、以上は電極間の静電容量：Ｃの交流インピーダンス：ｚが電極間の直流抵抗値：Ｒに比べて十分に小さく、Ｒを無視できる場合について説明した。Ｒを無視できない場合は、第５グリッドに重畳される変動電圧に位相差が生じ、問題となる。
【００５５】
つまり、第６グリッドに印加する変動電圧Ｖｄ を偏向装置の水平および垂直偏向の両方に同期して変化させると、画面の上下、左右における電子ビームの集束状態が異なるようになり、画質の不均一をまねく。
【００５６】
このような問題を解決するためには、変動電圧の位相差を実用的に問題のない量に抑えるか、あるいは重畳する電圧が実質的に画質の不均一性に影響しない大きさにすることが必要である。この条件を満足する電極間の静電容量：Ｃと電極間の直流抵抗値：Ｒの関係について以下に述べる。
【００５７】
第５、第６グリッド近傍の等価回路は、図８に示すように、第４、第５グリッド間の静電容量：Ｃ５ と抵抗Ｒとが並列しており、これに第５、第６グリッド間の静電容量：Ｃ４ が直列接続した回路となる。
【００５８】
したがってこの場合、第５グリッドに重畳される電圧ｅｃ５は数１２となる。
【００５９】
【数１２】

ただし、Ｖｄ は第６グリッドに印加する変動電圧、ｊおよびωは、
ｊ ＝−１
ω＝２πｆ （π：円周率）
であり、ｆは変動電圧の周波数である。ここで、
Ｃ＝Ｃ４ ＝Ｃ５
とすると、第５グリッドの電圧ｅｃ５の振幅｜ｅｃ５｜および位相ずれφは、それぞれ数１３、数１４となる。
【００６０】
【数１３】

【数１４】

【００６１】
ここで、一般の受像管装置では、画面よりも広い範囲に電子ビームを偏向走査する。その割合は、１０４〜１１０％程度である。したがって、許容される位相差：φＬ は、

となる。したがって実用的に許容される位相差φＬ 以下とするＲとＣの関係は、
１／（２・２πｆＣＲ）≦４π／１０４
１／（２πｆＣＲ）≦８π／１０４
２πｆＣＲ≧１０４／８π
となる。
【００６２】
一方、静電容量：Ｃは電極間隔と対向する電極の面積でほぼ決まる。その間隔は、耐電圧上からは大きい方がよいが、間隔をあまり大きくすると、ネックに帯電した電位がその電極間に浸透し、電子レンズの特性を損なうなどの問題が発生する。したがって実用的には、電極間隔は、０．４〜１ｍｍ程度に設定する。電極間の静電容量Ｃは、１〜４ ｐＦに設定する。変動電圧Ｖｄ の周波数ｆは、受像管のシステムにより異なり、ＮＴＳＣ方式の場合、水平偏向周波数ｆＨ は１５．７５ ｋＨｚ 、垂直偏向周波数ｆＶ は６０Ｈｚ である。したがってこれら水平、垂直偏向周波数ｆＨ ，ｆＶ に対する各交流インピーダンスをＺＨ ，ＺＶ は、

となる。ここで、水平偏向周波数ｆＨ に同期して重畳された変動電圧の位相差が許容されるためには、ＮＴＳＣ方式の場合、数１５となる。
【数１５】

Ｒ＝４０ ＭΩの場合には、
｛１／（２πｆＨ ＣＲ）｝^２ ＜＜２^２
であるから、第５グリッドの電圧：｜ｅｃ５｜ Ｈは、数１６となり、
【数１６】

変動電圧Ｖｄ の約５０％を重畳することができる。
【００６３】
一方、電極間の抵抗Ｒを４０ ＭΩとすると、垂直偏向周波数ｆＶ に同期して重畳する変動電圧の位相差φＶ は、
１／（２πｆＶ ＣＲ）＝３２〜６６
であるから、

となり、位相差が問題となる。ここで、
｛１／（２πｆＶ ＣＲ）｝^２ ＞＞２^２
であるから、第５グリッドの電圧｜ｅｃ５｜ Ｖは、数１７となり、
【数１７】

変動電圧Ｖｄ の６％以下の電圧が第５グリッドＧ５ に重畳することになる。この場合、垂直偏向周波数ｆＶ に同期して第６グリッドＧ６ に印加する電圧は、３００Ｖ程度であるから、上記のように第５グリッドＧ５ に６％程度の電圧が位相ずれして重畳されても、実質的に電子ビームの集束状態は変化せず、無視することができる。
【００６４】
この位相ずれして重畳される電圧が無視できる大きさは、実験による評価の結果、変動電圧Ｖｄ の２５％程度であった。したがってこの条件を満足するＣとＲの関係は、
２πｆＶ ＣＲ≦１／４
となり、ＮＴＳＣ方式の場合、
Ｒ≦１６５ ＭΩ
となる。
【００６５】
ここで、上記Ｒの値は、Ｇ５ に陽極電圧を分割して供給する電圧を決める。分割電圧は陽極電圧の２０〜３０％であり、抵抗器の総抵抗値をＲＴ とすると、
Ｒ／ＲＴ ＝０．２〜０．３
であるから、Ｒ＝１６５ ＭΩとすると、
ＲＴ ＝５５０〜８２５ ＭΩ
となる。
【００６６】
ＲＴ を小さくすると抵抗器の消費電力が大きくなり、発熱によって抵抗器が破壊したり、又は抵抗値が経時的に変化して分割比が変化するといった問題が生じ、抵抗器の信頼性をそこない、ひいては陰極線管の性能そのものを劣化することになる。したがって、抵抗値はあまり小さくできなく、一般的に抵抗器の消費電力は２Ｗ以下にすべく、総抵抗値ＲＴ は８００ ＭΩ以上に設定される。したがって、Ｒは、
Ｒ≧１６０ ＭΩ
したがって、Ｃは、
２πｆＶ Ｃ・１６０×１０^６ ≦１／４
Ｃ≦４ ｐＦ
となる。
【００６７】
電極間の静電容量は、その間隔：ｌと対向する面積：Ｓによるから、Ｃ≦４ｐＦとするためには、
Ｃ＝Ｓ・ε０／Ｌ≦４×１０ ^−１２
よって、ｌとＳは、
Ｓ／ｌ≦０．４５ ［ｍ］
なる関係を満足すればよい。また、対向する電極の面積が異なる場合には、互いに重なり合う面の面積を採用してもかまわない。
【００６８】
以上のように、ＲとＣの関係を設定することにより、Ｖｄ を十数ＫＨｚ以上の水平偏向周波数に同期して第６グリッドに印加すると、Ｖｄ の約５０％の電圧を実用範囲内の位相差をもって第５グリッドに重畳することができ、先に述べた如く電子ビームの集束状態を変えて偏向磁界の収差を補正することができる。さらに、Ｖｄ を数十から数百Ｈｚの垂直偏向周波数に同期して第６グリッドに印加した場合には、第５グリッドにほぼ９０°位相のずれた変動電圧が重畳する。このとき、重畳電圧：Ｖｄ の２５％以下とすることができ、その量は実質的に電子ビームの集束状態に影響を及ぼすことはないので、第５グリッドと第６グリッドの間にはＶｄ の電位差が生じ、図７に示した第５、第６グリッドの第１の電子レンズＬ１ は強く作用し、第２の電子レンズＬ２ とともに作用するようになる。その結果、垂直偏向磁界の偏向収差により生ずる電子ビームの垂直方向の過集束は、極めて低い電圧のＶｄ で補正することが可能となる。
【００６９】
つまり、第６グリッドに重畳する変動電圧を水平および垂直偏向の両方に同期して変化させると、水平偏向に同期した変動電圧により、第５、第６グリッド間の第１の電子レンズＬ１ 、および第６ないし第９グリッド間の第２の電子レンズＬ２ は、Ｒを無視した前述の如く作用するが、垂直偏向に同期した変動電圧に対しては、第２の電子レンズは、水平偏向に同期した変動電圧を印加した場合と同様に作用するが、第１の電子レンズは水平偏向に同期した場合よりも強く作用するという偏向周波数による自動選択作用を与えることができるので、特に画面コーナー部のビーム歪を低いダイナミック電圧で補正することが可能となる。
【００７０】
なお、上記各実施例では、４極子レンズを含んだ拡張電界型電子レンズを有する電子銃について説明したが、この発明は、４極子レンズとＢＰＦ（Ｂｉ−Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ Ｆｏｃｕｓ）型電子レンズを有する電子銃など、４極子レンズと他の電子レンズとを組合わせた電子銃において、その４極子レンズ部を第１の電子レンズとする電子銃にも適用できる。
【００７１】
【発明の効果】
この発明では、電子ビーム発生部から得られる一列配置の３電子ビームをターゲット上に集束する複数個の電極からなる主電子レンズ部を有する電子銃と、この電子銃から放出される３電子ビームを水平および垂直方向に偏向する偏向装置とを備える陰極線管装置において、主電子レンズ部は、少なくとも第１の電子レンズとこの第１の電子レンズよりも蛍光体スクリーン側に形成される第２の電子レンズとからなり、第１の電子レンズは、偏向部の少なくとも電子ビームの水平方向偏向量に同期して変動する電圧を管外から供給される第１の電極と、電気抵抗器を介して電圧を供給される少なくとも１個の第２の電極からなり、第１の電極と第２の電極との間の静電容量により変動電圧を分割して第２の電極の電圧に重畳させ、電子ビームが蛍光体スクリーンの中央に向かうときは第１の電極と第２の電極の電圧は略等しく、電子ビームが蛍光体スクリーンの周辺に偏向されるにしたがい第１の電極と第２の電極間の電圧に差を生じさせる。
【００７２】
なお、この発明の具体的構成としては例えば、第１の電極と第２の電極との間の静電容量：Ｃと、この静電容量に等価的に並列接続される直流抵抗値：Ｒと、変動電圧の水平偏向の同期する周波数：ｆＨ との間には、
２πｆＨ ＣＲ≧１０４／８π （π：円周率）
なる関係があり、また、変動電圧の垂直偏向に同期する周波数：ｆＶ との間には、
２πｆＶ ＣＲ≦１／４
なる関係のあるようにすればよい。
【００７３】
この結果、第１の電極と第２の電極との間の静電容量を介して、第２の電極に変動電圧を実質的に位相差なく重畳させて、電子ビームの偏向に同期して主電子レンズ部の電子ビームの集束状態を変化させる電子レンズとすることができる。
【００７４】
また、第１の電子レンズと第２の電子レンズを、電子ビームの偏向に伴い、電子ビームを水平方向に集束し、垂直方向に発散作用をする４極子レンズとすると、偏向収差による垂直方向の過集束を補正することができ、特に第１の電子レンズで電子ビームの水平方向を集束して、偏向磁界を通過する電子ビーム径を小さくすることができるので、スクリーン上のビームスポットの水平径を縮小することが可能となる。さらに、変動電圧を水平および垂直偏向の両方に同期させると、第１の電子レンズは水平偏向よりも垂直偏向に対し相対的に強くレンズ作用が働く周波数選択作用を与えることができるで、画面コーナー部のビーム歪を低い変動電圧で補正することが可能となる。
【００７５】
また、管内に配置した抵抗器により陽極電圧を分割して供給することにより、電子ビームの集束状態を調整するフォーカス電圧に変動電圧を重畳した電圧を別に管外から供給するだけで、耐電圧などの信頼性に富み、画面全域にわたり高解像度が得られる高性能陰極線管とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例であるカラー受像管装置の構成を示す図である。
【図２】その電子銃の構成を示す図である。
【図３】図３（ａ）はその電子銃の第５グリッドの第６グリッド側対向面の電子ビーム通過孔の形状を示す図、図３（ｂ）は第６グリッドの電子ビーム通過孔の形状を示す図、図３（ｃ）は第７、第８グリッドの電子ビーム通過孔の形状を示す図、図３（ｄ）は第９グリッドの第８グリッド側対向面の電子ビーム通過孔の形状を示す図である。
【図４】電子ビームを水平偏向した場合に第５ないし第９グリッドの各電極間の静電容量を介して誘導される変動電圧を説明するための等価回路図である。
【図５】上記変動電圧の誘導により得られる第５ないし第９グリッドの電位の変化を示す図である。
【図６】上記第５ないし第９グリッドの電位を示す図である。
【図７】上記電子銃の第５ないし第９グリッドの各電極間に形成される電子レンズを説明するための図である。
【図８】電子ビームを垂直偏向した場合に第５ないし第９グリッドの各電極間の静電容量を介して誘導される変動電圧を説明するための等価回路図である。
【図９】従来のカラー受像管装置の構成を示す図である。
【図１０】従来のカラー受像管装置におけるピンクッション形水平偏向磁界の電子ビームに対する作用を説明するための図である。
【図１１】上記ピンクッション形水平偏向磁界により偏向された電子ビームの画面周辺部でのビームスポットの形状を示す図である。
【図１２】偏向収差による解像度の劣化を防止する従来の電子銃の構成を示す図である。
【図１３】その電子銃の各電極間に形成される電子レンズを説明するための図である。
【符号の説明】
３…蛍光体スクリーン
８…偏向装置
２０Ｂ ，２０Ｇ ，２０Ｒ …３電子ビーム
２１…電子銃
２２…電気抵抗器
２４…電子ビーム通過孔
２５…電子ビーム通過孔
２６…電子ビーム通過孔
２７…電子ビーム通過孔
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
Ｇ６ …第６グリッド
Ｇ７ …第７グリッド
Ｇ８ …第８グリッド
Ｇ９ …第９グリッド
Ｈ…ヒータ
ＫＢ ，ＫＧ ，ＫＲ …カソード

Claims (3)

1. 電子銃部、偏向部、蛍光体スクリーン部を少なくとも有し、上記電子銃部は水平方向にインライン配列された中央および両側の３本の電子ビームを発生・制御する陰極を含む電子ビーム発生部と、この電子ビームを上記蛍光体スクリーン上に集束する主電子レンズ部とを有し、この電子ビームを上記偏向部により水平および垂直方向に偏向走査する陰極線管装置において、
   上記主電子レンズ部は、上記蛍光体スクリーン部と上記電子ビーム発生部の間にある第１の電子レンズと、この第１の電子レンズより上記蛍光体スクリーン側にある第２の電子レンズとから少なくともなり、この第１の電子レンズは、上記偏向部の少なくとも電子ビームの水平方向偏向量に同期して変動する電圧が管外から供給される第１の電極と、管内に内蔵された電気抵抗器を介して電圧が供給される少なくとも１個の第２の電極とからなり、上記第２の電極と隣接し管外から電圧を供給する第３の電極との間の静電容量： C と、この静電容量に等価的に並列接続される直流抵抗値： R と、上記変動電圧の水平偏向に同期する周波数： f Ｈとの間には、
   ２π f Ｈ CR ≧１０４ / ８π （π：円周率）
   なる関係があり、また、上記変動電圧の垂直偏向に同期する周波数： f Ｖとの間には、
   ２π f Ｖ CR ≦１ / ４
   なる関係のあることを特徴とする陰極線管装置。
2. 上記第１の電子レンズは、電子ビームの偏向に伴い、電子ビームを水平方向に集束、垂直方向に発散作用をすることを特徴とする請求項１記載の陰極線管装置。
3. 上記第１の電極と第２の電極の実質的に対向する面の面積： S と間隔： L との間には、
   S/L ≦０．４５［ｍ］
   なる関係のあることを特徴とする請求項１記載の陰極線管装置。

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