JPS6014733A - Picture tube device - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To obtain the beam spot in a constant diameter by obtaining the maximal value of voltge distribution on the axis of electron gun in the G3 electrode rigion, the minimal value through gradual reduction in the G4 electrode region and by increasing the voltage continuously in the regions from the G4 electrode to the G5 electrode. CONSTITUTION:Crossover 5 is formed by a cathode lens 4 consisting of a cathode 1, G1 electrode 2 and G2 electrode 3, a potential inclination of about 10<5>V/ cm-5X10<5>V/cm is given by connecting the G3 electrode plate 22 adjacent to the G2 electrode 3 to the G5 electrode 21, and moreover a variable focus voltage is applied to the G4 electrode 23, while a high voltage to the G5 electrode 21. Voltage distribution on the axis is increased up to the maximum value in the beam passing hole 24, it is gradually decreased toward the G4 electrode 23 and then it is increased continuously and finally it is kept to a constant value. Therefore, spheric aberration can be lowered and imaginary picture crossover diameter can also be reduced by increasing voltage inclination at the beam forming area and a high resolution can be obtained even under the high luminance condition.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、高輝度時においても高い解像度が得られるよ
うに構成した受像管装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a picture tube device configured to provide high resolution even at high brightness.

従来例の構成とその問題点 一般に、受像管の解像度は絵素となるビームスポット（
輝点）の大きさに依存し、ビームスポット径が小さいほ
ど高い解像度が得られる。一方、ビームスポットはビー
ム電流の増大に伴って径大化するので、比較的大きいビ
ーム電流が流れる高輝度時にブルーミングを生じて解像
度が低下する。Conventional configuration and its problems In general, the resolution of a picture tube is determined by the beam spot (which becomes a picture element).
The smaller the beam spot diameter, the higher the resolution can be obtained. On the other hand, since the diameter of the beam spot increases as the beam current increases, blooming occurs at high brightness times when a relatively large beam current flows, resulting in a decrease in resolution.

これを図面により説明すると、第１図にはパイポテンシ
ャル形電子銃の電極構成が示されており、第２図には同
電子銃の軸上電位分布が示されている。陰極１から放射
された熱電子は、陰極１．制御電極としての０１電極２
および加速電極としてのＧ２電極３からなる三極部で生
成されるいわゆるカソードレンズ４によりクロスオーバ
６をつくり、Ｇ２電極３と集束電極たるＧ３電極６との
間に生成されるブリフォーカスレンズ７で予備集束作用
を受ける。そしてＧ３電極６と最終加速電極たるＧ４電
極８との間に生成されるメインレンズ９で最終的な集束
作用を受け、螢光体スクリーン面１０に射突してビーム
スポット１１を生成するのであり、ビームスポット１１
はクロスオーバ６の投影像である。To explain this with the drawings, FIG. 1 shows the electrode configuration of a pi-potential type electron gun, and FIG. 2 shows the axial potential distribution of the electron gun. Thermionic electrons emitted from the cathode 1 are transferred to the cathode 1. 01 electrode 2 as control electrode
A crossover 6 is created by a so-called cathode lens 4 generated at the triode consisting of the G2 electrode 3 as an accelerating electrode, and a brifocus lens 7 generated between the G2 electrode 3 and the G3 electrode 6 as a focusing electrode. Receives pre-focusing action. The main lens 9 formed between the G3 electrode 6 and the G4 electrode 8, which is the final accelerating electrode, receives the final focusing action and impinges on the phosphor screen surface 10 to generate a beam spot 11. , beam spot 11
is a projected image of the crossover 6.

陰極１からＧ３電極６にいたる軸上電位分布はゆるやか
に上昇し、これによりカソードレンズ４およびプリフォ
ーカスレンズ７が生成されるが、両レンズ４，７は明確
に区別し難いので、以下の説明ではこの両レンズ領域を
ビーム形成部と呼称する。Ｇ３電極６内における軸上電
位分布はＶｆｏｃ　と略一定であるが、Ｃｒ３電極６と
０４電極８との間における軸上電位は高電位Ｖ、へと急
激に上昇し、ここにメインレンズ９が生成される。The axial potential distribution from the cathode 1 to the G3 electrode 6 gradually rises, thereby creating a cathode lens 4 and a prefocus lens 7, but since it is difficult to clearly distinguish between the two lenses 4 and 7, the following explanation will be given. Hereinafter, both lens regions will be referred to as beam forming sections. The axial potential distribution within the G3 electrode 6 is approximately constant at Vfoc, but the axial potential between the Cr3 electrode 6 and the 04 electrode 8 rapidly rises to a high potential V, where the main lens 9 generated.

前記ビーム形成部での熱電子の挙動は非常に複べて一点
で交差すれば理想的な径小のクロスオーバおよびビーム
スポットが生成されるのであるが、実際には陰極１の中
央部から放射された熱電子の軌道１２．１３は陰極１か
らもっとも遠い位置１８で交差し、陰極１の周辺部から
放射された熱電子の軌道１６．１７は陰極１に近い位置
１９で交差する。これは前記ビーム形成部でのレンズに
球面収差が伴っているからで、実際上のクロスオーバの
径は、理論的限界値に比べて著しく大きい値となる。The behavior of the thermoelectrons in the beam forming section is very complex, and if they intersect at one point, an ideal small-diameter crossover and beam spot will be generated, but in reality, they are emitted from the center of the cathode 1. Trajectories 12 and 13 of the thermoelectrons emitted from the cathode 1 intersect at a position 18 farthest from the cathode 1, and trajectories 16 and 17 of the thermoelectrons emitted from the periphery of the cathode 1 intersect at a position 19 close to the cathode 1. This is because the lens in the beam forming section is accompanied by spherical aberration, and the actual diameter of the crossover is significantly larger than the theoretical limit value.

そして、このクロスオーバがメインレンズ９によって螢
光体スクリーン面１０上に投影されるのであるが、正確
にはプリフォーカスレンズ７が存在するために、第３図
に示すように実際に投影されるものはクロスオーバ（径
ｄ）の虚像であり、この虚像クロスオーバは第３図中に
破線で示したように電子軌道１２〜１７を逆方向へ延長
させたときの交点としてめられる。This crossover is then projected onto the phosphor screen surface 10 by the main lens 9, but precisely because of the presence of the prefocus lens 7, it is actually projected as shown in FIG. This is a virtual image of a crossover (diameter d), and this virtual image crossover is seen as an intersection point when electron trajectories 12 to 17 are extended in opposite directions, as shown by broken lines in FIG.

いま、虚像クロスオーバの直径をｄＯとすると、螢光体
スクリーン面１０に生じるビームスポット１１の径ｄｓ
は次の関係式で表わすことができる。Now, if the diameter of the virtual image crossover is dO, then the diameter ds of the beam spot 11 generated on the phosphor screen surface 10 is
can be expressed by the following relational expression.

１　。1.

ｄｓ　二ｄｏｘＭ＋　Ｃ１５Ｄ　・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・（１）ここではＭはメインレンズ
の倍率、Ｏ５はメインレンズの球面収差係数、Ｄはメイ
ンレンズでの電子ビームの拡がり径を示し、Ｍｉ４次式
で表わされる。ds 2doxM+ C15D ・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・(1) Here, M is the magnification of the main lens, O5 is the spherical aberration coefficient of the main lens, and D is the spread diameter of the electron beam at the main lens, which is expressed by the Mi quartic equation. It will be done.

ただし、ａはビーム形成部から出る電子ビームの最大発
散角、Ｌはメインレンズ９の中心と螢光体スクリーン面
１０との間の距離、Ｖ、ｓはＧ５電極電位、ｖａ　は０
４電極電位を示す。However, a is the maximum divergence angle of the electron beam emitted from the beam forming section, L is the distance between the center of the main lens 9 and the phosphor screen surface 10, V and s are the G5 electrode potentials, and va is 0
4 electrode potentials are shown.

（２）式を（１）式に代入すると となる。Substituting equation (2) into equation (1), we get becomes.

この式のに）内は受像管のザイズと動作条件とによって
決まり、Ｃ８は使用するレンズの口径によって決まる。The value in () in this equation is determined by the size of the picture tube and the operating conditions, and C8 is determined by the aperture of the lens used.

１ 電子ビームの拡がり径りは、第１項ではＤ　、第２項で
はＤ　のかたちで入っているから、ｄｓが最小となるよ
うなりの値が存在し、通常はその値に選ばれる。そして
、このような制約のもとでｄｓ　を小さくしようとする
と、第１項のａ−ｄＯを小さくしなければならないこと
になる。1. Since the spread radius of the electron beam is in the form D in the first term and D in the second term, there exists a value that minimizes ds, and that value is usually selected. If one attempts to reduce ds under such constraints, the first term a−dO must be reduced.

本発明者らの研究結果によると、Ｇ２電極と０３電極と
の間の電位の上昇を急峻にするとａ−ｄｏを小さくする
ことができる。第４図はＧ２電極と０３電極との間隔を
小さくしたときにａ−ｄｏが減少する様子を示したもの
で、ａとｄｏとが単独でどのように変化するかがわかる
。Ｇ２電極と０５電極との間隔を小さくするとｄｏは著
しく減少し、ａは逆に増大するが、ｄｏの減少度合がよ
り著しいので両者の積ａ−ｄ（、は減少する。ｄｏがこ
のように減少するのは、電位の上昇が急峻になるとビー
ム形成部におけるレンズの球面収差が減少するためであ
る。According to the research results of the present inventors, a-do can be reduced by making the potential rise between the G2 electrode and the 03 electrode steeper. FIG. 4 shows how a-do decreases when the distance between the G2 electrode and the 03 electrode is reduced, and it can be seen how a and do change independently. When the distance between the G2 electrode and the 05 electrode is reduced, do decreases significantly and a increases, but since the degree of decrease in do is more remarkable, the product a−d(, decreases. The reason for this decrease is that the spherical aberration of the lens in the beam forming section decreases as the potential rises steeply.

このような効果がはっきりと現われるのは、電位傾度で
約１０”　Ｖ／ｃｍからであり、この値が大きいほど大
電流時ビームスポットの径小化に有利である。しかし小
電流時ビームスポット径は逆に大きくなる。また、電位
傾度が大きくなり過ぎると、Ｇ２電極の表面から電界放
出による電子放射が起こり、これが螢光体スクリーン面
に射突して不本意な発光を生じる。Such an effect clearly appears at a potential gradient of about 10" V/cm, and the larger this value is, the more advantageous it is to reduce the beam spot diameter at high currents. However, the beam spot diameter at small currents decreases. On the other hand, when the potential gradient becomes too large, electron emission occurs from the surface of the G2 electrode due to field emission, and this impinges on the phosphor screen surface, causing unwanted light emission.

このように実用可能な電位傾度には上限があり、その値
は実験結果によると約６×１０５ｖ／Ｃｍであ隔は０．
８　朋から０．１６間となる。In this way, there is an upper limit to the practical potential gradient, and according to experimental results, the value is about 6 x 105 v/Cm, with a distance of 0.
8 It will be 0.16 meters from Tomo.

しかし、このような電位傾゛度を従来の受像管電子銃の
ビーム形成部にそのまま適用しても、螢光体スクリーン
面上でのビームスポット径を縮小させ得ない。それは、
Ｇ２−Ｇ、間電位傾度を高めるとビーム発散角ａが増大
するためである。ビーム発散角ａが増大すると、メイン
レンズ９での電子ビーム径りが増大し、（３）式右辺第
２項のメインレンズ収差による寄与分が増大する。そし
て同第２項はＤの三乗に比例するので、１［子ビーム径
りのわずかな増大でも影響が大きく　、（３）式第１項
のａ・ｄｏをせっかく減少させても、ビームスポット径
ｄｓはかえって増大する結果となる。However, even if such a potential gradient is directly applied to the beam forming section of a conventional picture tube electron gun, the beam spot diameter on the phosphor screen surface cannot be reduced. it is,
This is because increasing the potential gradient between G2 and G increases the beam divergence angle a. When the beam divergence angle a increases, the radius of the electron beam at the main lens 9 increases, and the contribution of the main lens aberration in the second term on the right side of equation (3) increases. Since the second term is proportional to the cube of D, even a slight increase in the child beam diameter has a large effect. Even if a and do in the first term of equation (3) are decreased, the beam spot This results in an increase in the diameter ds.

電子ビーム径りの増大は、Ｇ５電極の長さを小さくする
ことによって避けられるが、フォーカス条件を満すため
に０５電極を短かくした分だけメインレンズ焦点距離を
短かくすることが必要となり、そのためにはＧ３電極電
位を下げなければならない。An increase in the electron beam diameter can be avoided by reducing the length of the G5 electrode, but in order to satisfy the focus condition, it is necessary to shorten the main lens focal length by the length of the 05 electrode. For this purpose, the G3 electrode potential must be lowered.

そうすると、Ｇ２−Ｇ３間電位傾度が下ってしまい、電
極間隔をせっかく狭めたにもかかわらずａ−ｄｏの低減
効果は失われてしまう。In this case, the potential gradient between G2 and G3 decreases, and the effect of reducing a-do is lost even though the electrode interval is narrowed.

発明の目的 本発明は、前述のような従来の不都合を除去するために
なされたもので、低輝度域から高輝度域まで略一定径の
ビームスポットが得られる受像管装置を提供するもので
ある。Purpose of the Invention The present invention was made in order to eliminate the above-mentioned conventional disadvantages, and provides a picture tube device that can obtain a beam spot with a substantially constant diameter from a low brightness region to a high brightness region. .

発明の構成 本発明の受像管装置は、制御電極としての０１電極側か
ら最終加速電極としての０５電極側へと順次に配設され
た０２電極、板状の０３電極および円筒状の０４電極を
備える。そして、Ｇ３電極は管内で０５電極に接続され
て高電位が与えられ、Ｇ４電極には前記高電位よりも低
い数ＫＶ　以下の電位が与えられる。そして軸上電位分
布は、Ｇ３電極領域で極大値をとったあとＣｒ４電極領
域にかけ漸減して極小値をとり、Ｇ４電極からＧ５電極
にいたる領域で連続的に上昇して、０３電極ないしＧ５
電極の電位の関与により実質的に単一の厚肉メインレン
ズを生成するのであり、これを以下図面に示した実施例
とともに詳しく説明する。Structure of the Invention The picture tube device of the present invention includes an 02 electrode, a plate-shaped 03 electrode, and a cylindrical 04 electrode, which are sequentially arranged from the 01 electrode side as a control electrode to the 05 electrode side as a final acceleration electrode. Be prepared. The G3 electrode is connected to the 05 electrode within the tube and given a high potential, and the G4 electrode is given a potential of several KV or less, which is lower than the high potential. The axial potential distribution takes a maximum value in the G3 electrode region, then gradually decreases to a minimum value in the Cr4 electrode region, rises continuously in the region from the G4 electrode to the G5 electrode, and then increases from the 03 electrode to the G5 electrode.
Through the involvement of the electrode potentials, a substantially single thick main lens is produced, which will be explained in detail below in conjunction with the embodiments shown in the drawings.

実施例の説明 第６図に示す電子銃は、制御電極としての０１電極２側
から最終加速電極としての０５電極２１側へと順次に配
設されたＧ２電極３．Ｇ５電極２２およびＧ４電極２３
を備えている。Ｇ２電極３は従来の電子銃における加速
電極と同様の構造を有しており、Ｇ２電極３に隣接する
板状のＧ３電極２２はＧ５電極２１に接続されており、
Ｇ２電極３に対し１ｏ５ｖ／Ｃｍ〜５　Ｘ　１０５Ｖ／
ｃｍ　の電位傾度となるように近接配置されている。Ｇ
４電極２３およびＧ５電極２１はいずれも円筒状のもの
で、Ｇ４電極２３にはＯＶ近くから数ＫＶまでの比較的
低い可変フォーカス電位ｖｆ０゜が与えられ、Ｇ５電極
２１には約３０　ＫＶの高電位ｖａが与えられる。第６
図にはＧ４電極２３とＧ５電極２１とが同一径として示
されているが、相互に異なる直径を有していてもよい。DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS The electron gun shown in FIG. 6 includes G2 electrodes 3. G5 electrode 22 and G4 electrode 23
It is equipped with The G2 electrode 3 has a structure similar to the accelerating electrode in a conventional electron gun, and the plate-shaped G3 electrode 22 adjacent to the G2 electrode 3 is connected to the G5 electrode 21.
1o5v/Cm~5 x 105V/ for G2 electrode 3
They are placed close together so that the potential gradient is cm 2 . G
Both the 4th electrode 23 and the G5 electrode 21 are cylindrical, and the G4 electrode 23 is given a relatively low variable focus potential vf0° from near OV to several KV, and the G5 electrode 21 is given a high variable focus potential of about 30 KV. A potential va is applied. 6th
Although the G4 electrode 23 and the G5 electrode 21 are shown to have the same diameter in the figure, they may have different diameters.

とくにｖｆＯＣをＯｖ近傍で使用する場合には、Ｇ４電
極径はＧ５電極径よりも大きいことが望ましい。In particular, when using the vfOC near Ov, it is desirable that the G4 electrode diameter be larger than the G5 electrode diameter.

このような構成によると、ビーム形成部における軸上電
位分布は急峻に上昇し、大ビーム電流時のａ−ｄｏが著
しく減少する一方、ビーム発散角ａが増大する。すなわ
ち、第６図に示すように軸上電位分布はＧ３電極２２の
電子ビーム通過孔２４内で極大値まで上昇し、Ｇ４電極
２３にかけて漸減する。そして、Ｇ４電極２３およびＧ
５電極２４の領域で連続的に上昇し、Ｇ５電極２１内に
いたって高電位Ｖ、に達（〜、一定となる。このため、
Ｇ５電極２２、Ｇ４電極２３およびＧ５電極２１の電位
の関与により複合レンズ電界が生じ、実質的に単一の厚
肉のメインレンズ２５が生成される。According to such a configuration, the axial potential distribution in the beam forming section rises steeply, and while the a-do at the time of a large beam current decreases significantly, the beam divergence angle a increases. That is, as shown in FIG. 6, the axial potential distribution rises to a maximum value within the electron beam passage hole 24 of the G3 electrode 22, and gradually decreases toward the G4 electrode 23. Then, the G4 electrode 23 and the G
The voltage rises continuously in the region of the G5 electrode 24 and reaches a high potential V within the G5 electrode 21 (~, becomes constant. For this reason,
A complex lens electric field is generated due to the involvement of the potentials of the G5 electrode 22, the G4 electrode 23, and the G5 electrode 21, and a substantially single thick main lens 25 is generated.

Ｇ４電極２３内の軸上電位は従来の電子銃構成における
Ｇ３電極電位Ｖｇ３よりも低くなしうるから、焦点距離
を短小となしうる。このことは、ビーム形成部における
電位上昇を急峻に保ちながら虚像クロスオーバとメイン
レンズとの相互間距離を短小化できることを意味し、ビ
ーム発散角ａが増大してもメインレンズ２５でのビーム
径りを適正値に保つことが可能となる。そして、これを
（３）式に照らしてみると、ビーム径りを増すことなく
ａ−ａ（１を減少させ得るのであるから、ビームスポッ
ト径ｄｓ　を縮小化しうろことが判かる。Since the axial potential within the G4 electrode 23 can be made lower than the G3 electrode potential Vg3 in the conventional electron gun configuration, the focal length can be made short. This means that the distance between the virtual image crossover and the main lens can be shortened while maintaining a steep potential rise in the beam forming section, and even if the beam divergence angle a increases, the beam diameter at the main lens 25 This makes it possible to maintain the temperature at an appropriate value. If we compare this with equation (3), we can see that the beam spot diameter ds can be reduced because a-a(1) can be decreased without increasing the beam diameter.

発明の効果 以上のように本発明の受像管装置によると、ビーム形成
部における電位傾度を増大させたので、回部における球
面収差の低減および虚像クロスオーバ径の縮少効果が得
られ、しかも、メインレンズ電界はＧ３電極、Ｇ４電極
およびＧ５電極の３電極が関与して短焦点となるので、
ビーム発散角が増大するにもかかわらずメインレンズで
の電子ビーム径を適正値に保ち得るのであり、大ビーム
電流が流れる高輝度時においても径小のビームスポット
が生成され、良好な解像度特性を得ることができる。ま
た、電子銃が短小となるので、管の全長を短縮できると
いう利点がある。Effects of the Invention As described above, according to the picture tube device of the present invention, since the potential gradient in the beam forming section is increased, it is possible to reduce the spherical aberration in the gyral section and the virtual image crossover diameter, and further, The main lens electric field involves three electrodes: G3 electrode, G4 electrode, and G5 electrode, and has a short focus.
Even though the beam divergence angle increases, the electron beam diameter at the main lens can be maintained at an appropriate value, and a beam spot with a small diameter is generated even at high brightness when a large beam current flows, resulting in good resolution characteristics. Obtainable. Furthermore, since the electron gun is short and small, there is an advantage that the total length of the tube can be shortened.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は従来の受像管装置の電子銃の電極構成図、第２
図は同電子銃の軸上電位分布図、第３図は同電子銃のビ
ーム形成部における動作態様説明図、第４図は０２電極
と０５電極との相互間距離に対するビーム発散角および
虚像クロスオーバ径の関係を示す特性図、第６図は本発
明を実施した受像管装置の電子銃の電極構成図、第６図
は同電子銃の軸上電位分布図である。 １・・・・・・陰極、２・・・・・・Ｇ１電極、３・・
・・・・Ｇ２電極、２１・・・・・・Ｇ５電極、２２・
・・・・・Ｇ３電極、２３・・・・・・Ｇ４電極。Figure 1 is a diagram of the electrode configuration of an electron gun in a conventional picture tube device;
The figure is an axial potential distribution diagram of the electron gun, Figure 3 is an explanatory diagram of the operation mode in the beam forming section of the electron gun, and Figure 4 is the beam divergence angle and virtual image cross with respect to the mutual distance between the 02 and 05 electrodes. FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between over diameters, FIG. 6 is an electrode configuration diagram of an electron gun of a picture tube device embodying the present invention, and FIG. 6 is an axial potential distribution diagram of the electron gun. 1... cathode, 2... G1 electrode, 3...
...G2 electrode, 21...G5 electrode, 22.
...G3 electrode, 23...G4 electrode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 制御電極としての０１　電極側から最終加速電極として
の０５電極側へと順次に配設されたＧ２電極、Ｇ３電極
およびＧ４電極を備え、板状の０５電極は高電位が与え
られるｃ−５電極に管内で接続され、筒状の０４電極に
は前記高電位よりも低い数ＫＶ以下の電位が与えられ、
軸上電位分布はＧ３電極領域で極大値をとったあと０４
電極領域にかけ漸減して極小値をとり、Ｇ４電極からＧ
５電極にいたる領域で連続的に上昇して、Ｇ５電極ない
し一電極の電位の関与により実質的に単一の厚肉メイン
レンズを生成することを特徴とする受像管装置。G2, G3, and G4 electrodes are sequentially arranged from the 01 electrode as a control electrode to the 05 electrode as the final accelerating electrode, and the plate-shaped 05 electrode is a c-5 electrode to which a high potential is applied. is connected in the tube to the cylindrical 04 electrode, which is given a potential of several KV or less lower than the high potential,
The axial potential distribution reached its maximum value in the G3 electrode region, and then
It gradually decreases over the electrode area and reaches a minimum value, and
1. A picture tube device characterized in that the voltage rises continuously in the region up to the 5th electrode, and generates substantially a single thick main lens through the involvement of the potential of the G5 electrode or one electrode.