KR830000279B1 - 수상관용 전자총(受像管用 電子銃) - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

수상관용 전자총(修像管用 電子銃)

제1도는 종래의 바이퍼텐셜(bipotential)형 전자총의 개략 단면도.

제2도는 종래의 유니퍼텐셜(unipotential)형 개략 단면도.

제3도는 본 발명의 전자총의 1실시예를 나타낸 개략 단면도.

제4도는 본 발명의 전자총의 다른 실시예를 나타낸 개략 단면도.

제5도는 본 발명을 설명하기 위한 전자렌즈의 개략도.

제6도는 제5도의 전자렌즈의 구면수차(球面收差)와 렌즈정수(定數)의 관계를 나타낸 곡선도.

제7도는 전자렌즈의 세기와 전자궤도의 관계를 나타낸 설명도.

제8도는 중간전극의 길이와 중간전극의 전압비와 관계를 나타낸 곡선도.

제9도는 본 발명의 전자렌즈를 배치한 전자총의 1실시예를 나타낸 개략 단면도.

제10도 및 제11도는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 개략 단면도.

제12도 (a)-(c) 및 제13도는 제11도의 전자총의 특성도.

제14도 및 제15도는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 개략 단면도이다.

본 발명은 수상관에 사용하는 전자총의 전자비임을 집속시키는 전자렌즈의 개량에 관한 것이다.

종래에 있어서, 일반적으로 널리 사용되고 있는 수상관용 전자총의 전자렌즈에는 바이퍼텐셜형과 유니퍼텐셜형의 두 가지 종류가 있다.

바이퍼텐셜형 전자총은 현재 특히 칼라 음극선관에 널리 사용되고 있는 것이며, 제1도에 표시한 바와 같이 좌측에서부터 음극(k), 제1그리드(1), 제2그리드(2), 제3그리드(3), 제4그리드(4)에 의해 구성되어 있다.

전자총의 중심축(s)상에 배열된 전자렌즈를 구성하고 있는 제4그리드(4)에는 고전압이, 제3그리드(3)에는 고전압의 약 20%정도의 중고압이 인가되어 있다.

종래의 바이퍼텐셜형 전자총의 전자렌즈에서는 고전류영역에 있어서는, 집속 비임스포트(beam spot)의 직경이 크고, 칼라 수상관이 델타(delta) 또는 인라인(in-line)형의 3개의 전자총에 바이퍼텐셜형 전자총을 사용할 경우, 전자총을 수용하는 칼라수상관의 네크(neck)부의 내경에 의해 전자렌즈의 구경이 제한되어 수차(收差)가 증대되고, 고전류영역에 있어서의 집속비임 스포트의 직경을 충분히 작게할 수가 없으므로 수상화면의 흰문자가 희미해지기도 하고 흰문자가 굵어지는 등의 해상도(解像度)에 현저한 손실을 가져오는 결점이 있었다.

이에 대하여 유니퍼텐셜형전자총은 일부의 칼라수상관에 사용되고 있으나, 이 전자총의 전자렌즈는 제2도에서와 같이 3개의 전극으로 구성된 것이므로 전자총축(s)상의 전위분포가 대략 안장(鞍裝)형상을 하고 있어 주렌즈의 시단(始端)의 제3그리드(5)와 종단(終端)의 제5그리드(7)의 전위가 같게 고전압이 인가되며, 제4그리드(6)에는 대략 접지전위의 저전압이 인가되는 방식이다.

종래의 유니퍼텐셜형 전자총의 전자렌즈는 수차가 크고 고전류 영역에서의 집속스포트는 중심부에 밝은 작은점과 주변부에 어두운 큰 헤일로우(halo)가 생기며, 해상도는 좋으나 선예도(鮮銳度)가 나빠지게 됨과 동시에 저전류영역에서의 집속 비임 스포트가 크고 이 영역에서의 해상도를 열화시키는 결점을 갖고 있었다.

또, 각 그리드(5)(6)(7)의 배열상, 제4그리드(6)의 양측에는 고전압이, 그 중간에는 저전위의 전극이 배열되는 방식이므로 수상관내의 배전압특성을 기본적으로 약화시키는 결점을 갖고 있었다.

이와 같이 바이퍼텐셜형 전자총이나, 유네퍼텐셜형 전자총을 막론하고 일장일단의 특징을 갖고 있어 저전류영역에서 고전류영역의 전영역에 걸쳐 해상도를 높인다는 것은 종래방식의 전자총에서는 불가능하며, 특히 칼라 수상관에 있어서는 수상화면의 휘도(輝度)를 높이기 위해 인가되는 고전압을 30kv 부근까지 높혀 고전류를 사용하게 되면 종래의 전자총 방식으로는 대처하기가 불가능하게 되는 것이다.

본 발명은 전자총을 구성하는 주전자렌즈의 전단(前段)에 가속형(加速形)전자렌즈부를 포함해서 전자렌즈를 특수한 위치관계로 배치한 전자총을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 전극구성이 유니퍼텐셜형 전자렌즈와 동일한 것으로써, 전극의 길이 및 전극전압을 적절하게 하여 구면수차가 작은 전자렌즈를 배치한 전자총을 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 주전자렌즈 및 가속형전자렌즈를 구성하는 전극의 칫수를 규정한 신규한 전자총을 제공하는데 있다.

본 발명의 전자총에 대하여, 주전자렌즈의 전단에 배치한 전자렌즈로써, 가속형 바이퍼텐셜렌즈를 사용한 1실시예를 들어 상세히 설명한다.

제3도는 본 발명에 의한 전자총의 집속렌즈계의 개략도를 표시한 것으로써, 제3도에 있어서 전자총의 중심축(s)상에 좌측에서부터 (k)는 음극, (1)은 제1그리드, (2)는 제2그리드, (8)은 제3그리드, (9)는 제4그리드, (10)은 최종단에 전자비임을 집속시키는 주전자렌즈이며, 수상관화면상(도시하지 않았음)에 저자 비임을 집속하는 것이다.

주 전자렌즈(10)의 전단에 바이퍼텐셜렌즈, 제3그리드 (8)와 제4그리드 (9)로 형성된 렌즈를 배치하고, 이 렌즈의 몸체측주면(物體側主面)을 음극(k), 제1그리드(1), 제2그리드(2), 제3그리드(8)로 구성된 전자총에서 방사(放射)되는 전자비임의 최외전자선(最外電子線)의 가상물점위치(假想物點位置)에 놓으면 다음의 효과가 얻어진다. 지금 여기서, "최외전자선"이라는 것은 전자렌즈주면에 입사되는 전자비임중 제일 바깥쪽을 통과하는 전자비임을 말한다.

또, "가상물점위치"라는 것은 최외전자선의 궤도를 전자비임 진행방향과 역방향으로 연장시켜 전자총중심축과 교차하는 점을 말한다.

(1) 바이퍼텐셜 렌즈를 통과한 후의 최외전자선의 가상물점위치는 통과전의 점위치와 거의 변하지 않는다.

(2) 최외전자선의 발산각(發散角)은 1/***로 작게할 수 있다. 단 N=제4그리드(9)의 전위/제3그리드(8)의 전위.

(3) 최외전자선은 가속형 바이퍼텐셜렌즈의 수차를 받지 않는다.

즉 음극(k), 제1그리드(1), 제2그리드(2), 제3그리드(8)로 구성되는 전자총에서 방사되는 전자비임은, 가속형 바이퍼텐셜렌즈를 통과한 후 그 가상물점 위치를 거의 바꾸지 않고 발산각만이 작아져, 주전자렌즈(10)의 수차의 영향을 대단히 받기 어렵게 되고 전자비임을 이상적인 상태로 집속시킬 수 있다.

종래의 주 전자렌즈(10)가 단독으로 존재할 때와 비교하여 중(中) 및 고(高)전류영역에서 집속전자비임스포트의 직경을 20%이상 개선할 수 있다. 주전자렌즈(10)의 방식은 특히 지정되어 있지는 않으나, 바이퍼텐셜형 또는 유니퍼텐셜형의 전자렌즈를 채용할 수 있다.

다음에, 주 전자렌즈(10)에 유니퍼텐셜형 전자렌즈를 채용한 전자총의 1실시예를 제4도에 표시한다. 제3도와 동일한 것은 동일부호이며, (11)은 제4그리드, (12)는 제5그리드, (13)은 제6그리드이며, 제3그리드(8)에는 중, 고전압 7kv를 인가하며, 제4그리드(11)에는 고압 30kv가 인가되어 제3그리드(8)와 제4그리드(11)에서 가속형 바이퍼텐셜 렌즈를 구성한다. 제3그리드(8)의 전극길이 L은 음극(k)에서 방사되는 전자비임의 최외전자선의 가상물점위치가 바이퍼텐셜렌즈의 물체측주면의 위치에 일치하도록 결정한다.

또, 가속형 바이퍼텐셜렌즈의 물체측주면에 있어서의 전자비임의 직경의 렌즈구경 에 대한 비(比)를 최소로하기 위하여 구경을 가능한한 크게 설계할 필요가 있다. 제4그리드(11)는 가속형 바이퍼텐셜렌즈와 주 전자렌즈를 접속시키는 전극이다. 제4그리드(11), 제5그리드(12), 제6그리드(13)에 의해 구성되는 주전자렌즈에서는 제5그리ㄷ(12)의 길이가, 수차를 작게하기 위하여 각 그리드의 구경 R₂의 2배이상의 길이로 할 필요가 있다. 또, 구경 R₂도 가능한한 크게하는 것이 바람직하다. 보통 제4그리드(11)와 제6그리드 (13)는 내부리이드(lead)선에 의해 접속되어 있고 양자에 고압 30kv가 인가되어 제5그리드(12)에는 10kv정도의 가변할 수 있는 중고압이 인가된다.

따라서, 제5그리드(12)의 양측에 30kv의 고전압이 인가되어도 전압간내 전압특성의 열화를 초래하는 일은 없다. 또 본 실시예에서는, 가속형 바이퍼텐셜렌즈의 구경 R₁과 주전자렌즈의 구경 R₂은 상이하지만 전자총조립제조상 양자의 렌즈구경 R₁과 R₂를 동일한 직경으로 하는 편이 쉬운것은 물론이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 전자총은 가속형 전자렌즈를 포함한 전자렌즈의 가속도형 전자렌즈부를 특정위치에 배치하고 있기 때문에 전전류역에서의 전자비임의 집속특성을 개량할 수 있어 밝은 화면으로 샤아프(sharp)한 그림을 볼 수 있는 효과가 있다. 다음에, 주전자렌즈(10)에 유니트퍼텐셜형 전자렌즈를 채용할 경우의 최적한 전극형상에 대하여 설명한다.

일반적으로 전자렌즈의 구면수차 C_S는 다음의 식으로 주어진다.

단 ψ₀는 물체측의 전위, ψ는 측상전위 분포, Z_O는 물체 측입사점, Z_i는 상측출사점(像側出射點), rd는 하기의 초기조건을 만족시키는 기준궤도를 표시한다.

rd(Z₀)=0, rd´(Z₀)=1

한편, 화면상에서의 비임스포트 사이즈를 관측하면 강하게 빛나는 실(實)스포트부와 다시 비임전류를 증가시켜가면 주위에 연하게 빛나는 헤일로우가 발생한다. 따라서 어떤 비임전류치로 하였을 때 헤일로우를 내지않고 최소로 되는 비임스포트사이즈는 실스포트사이즈와 헤일로우 사이즈가 일치하였을 때이지만, 이때의 화면상의 비임스포트사이즈 ds는 다음의 식으로 주어진다.

(2)식에서 a는 물점에서 렌즈까지의 거리, b는 렌즈에서 화면까지의 거리, θ_m은 정해진 전류치에서의 입사 최외전자비임의 발산각, f는 초점거리이다.

위의 비임스포트사이즈 ds식은 구면수차가 C_s≠O인 이상, 예컨데 광원이라 할지라도 집속스포트사이즈를 0으로 할 수 없다는 것을 표시하고 있으며 C_s/f의 값이 작아지면 작아질수록 집속비임 스포트사이즈를 작게할 수가 있다는 것을 나타내고 있다.

제5도에서 전자렌즈는 양측전극(10a)(10b)와 중간전극(10c)의 3개의 전극으로 구성되어 양측전극(10a)(10b)에는 동전위 E_b가 인가되며, 중간전극(10c)에는 전압 E_f가 인가된다.

일반적으로 종래부터 유니트퍼텐셜형 전자렌즈는 중간전극(10c)의 전압 E_f는 영전위 또는 저전위가 인가되는 것을 지칭하고 있으나, 본 실시예는 전위 E_f를 특히 한정하지 않을 경우의 최적한 전극 형상으로 주어지는 것이다.

제6도는 제5도의 전자렌즈의 렌즈반경을 R로 규격화시킨 C_s/R을 또 동일하게 R로 규격화시킨 f/R의 3승(3乘)으로 나눈치(C_s/R)/(f/R)³가 중실전극(10c)의 전압비 E_f/E_b에 의해 어떻게 변화하는 가를 렌즈직경으로 규격화한 중간전극의 길이 L_f/2R를 파라미터로하여 표시한 것이다.

제7도는 제5도의 구조의 렌즈에 평행입사하는 전자비임의 렌즈중의 운동을 표시하고 있으나, 제6도에서는 점선으로 표시한 영역은 전자렌즈의 세기가 강하여 t_anθ≒θ, 즉 근축근사(近軸近似)를 만족시키지 못하는 영역이다. 이와 같은 경우에는 식(1)이 구면수차의 크기를 정확히 나타내지 못한다.

제6도의 실선에 해당되는 것이 제7도의 (a)(b)이고, 제6도의 점선에 해당하는 것이 제7도의 ( c)-(g)이다. 제7도의 (c)-(g)는 식(1)이 구면수차의 대소를 정확히 표시하지 못하였을 때의 전자궤도를 표시하며 예컨데 C_s의 계산치가 작은데도 실제의 렌즈의 구면수차는 대단히 크다. 따라서, 이 영역에서 동작시키는 것은 득책이 될 수 없다. 결국, 제6도에서 다음과 같은 것을 말할 수 있다.

(1) 제5도에서 표시한 전자렌즈의 수차는 중간전극(10c)의 길이를 길게할수록 작아지지만 L_f/2R

1.5에서 포화되어 작아지지 아니한다.

(2) 중간전극(10c)의 길이를 길게하면 렌즈수차를 작게할 수 있으나, 얻어지는 전위 E_f는 높아지게 된다. 중간전극(10c)의 길이 L_f와 전압 E_f의 취득범위와의 관계를 표시한 것이 제8도며 곡선의 상측이 취득범위이다. 이 관계를 근사식으로 표시하면,

결국 중간전극(10c)의 길이 L_f는 다음 식을 만족시키는 범위에서 선정하는 것이 바람직하다.

제9도, 제10도는 이 실시예의 전자렌즈를 실제의 전자총에 적용한 것을 표시하는 것이다.

이상은 3개의 전극이 동일직경의 경우에 대해서 설명하였으나, 동일직경이 아니라도 거의 동일직경에 근사한 경우에 대해서도 적용할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면 구면수차가 작은 전자렌즈의 구성이 가능하게 되며 이것을 배치한 전자총은 전자비임의 집속특성을 개방할 수 있다.

제11도는 본 발명의 다른 실시예에 의한 전자총의 집속렌즈계의 개략도를 표시한 것으로써, 제3그리드(8)의 길이 L₃는 제3그리드(8)와 제4그리드(11)로 형성된 전자렌즈의 물체적 주면이 음극(k), 제1그리드(1), 제2그리드(2), 제3그리드(8)로 구성된 전자총에서 방사되는 전자비임의 최외전자선의 가상물점 위치부근에 배설되도록 설정한다.

이것은 제3그리드(8)의 전압과 제4그리드(11)의 전압비의 함수로 되지만, 통상적으로 L₃/2R=1.6-1.3의 범위로 된다. 제5그리드(12)의 길이 L₅는 제4그리드(11), 제5그리드(12) 및 제6그리드(13)로 형성되는 유니트퍼텐셜형 전자렌즈(도는 가속형과 감속형 바이퍼텐셜형 전자렌즈의 복합렌즈)의 구면수차가 적어져 포커스(focus) 전압 E_f가 가급적 저하되는 것을 가능한 다음의 범위로 설정한다.

따라서 일반적으로 L₃〈L₅가 성립된다.

제6그리드(13)의 길이 L₆는 비교적 자유롭게 설정할 수 있으나, 제6그리드(13)의 우측(스크린측)에서 렌즈영역의 전계에 영향을 방지하기 위하여 일반적으로는 L₆/2R

1을 만족시키는 정도로 설정한다.

제4그리드(11)는 제3그리드(8)로 전자렌즈를 형성함과 동시에 제5, 제6그리드(12)(13)으로 전자렌즈를 형성하고, 또 2개의 전자렌즈를 접속시키는 전극이지만, 그 길이 L₄는 스크린면(도시하지 않았음)상에서의 집속비임 스포트의 직경이 소요의 포커스전압에 의해 최소로 되도록 설정할 필요가 있다.

위에서와 같이 설정된 제3그리드(8)의 길이 L₃₀및 제5그리드(12)의 길이 L₅₀을 고정시켜 제4그리드(11)의 길이 L₄를 변화시켰을 경우의 포커스전압비 E_f/E_b및 스크린면상에서의 비임스포트의 직경 d의 변화를 표시한 것이 제12도(a)이며, 동일하게 제3그리드(8) 및 제5그리드(12)와 길이 L,L₅를 변화시켰을 경우의 예가 제12도 (b) 및 (c)이다.

이들을 기초로하여 포커스전압비 E_f/E_b를 각 그리드의 길이를 변화시켰을 경우의 비임스포트의 직경 d의 변화를 합친결과가 제13도이다.

이들의 결과를 종합하면 다음과 같다.

(1) 포커스전압을 갖게하기 위해서는 전극의 길이를 짧게함으로써 가능하니, 비임스포트의 직경의 증가를 최소로하기 위해서는 제4그리드(11)의 길이 L₄를 짧게하는 것이 가장좋으며, 그 다음으로 제3그리드(8), 제5그리드(12)의 순서이다.

(2) 포커스전압을 높게하는 데는 전극의 길이를 길게함으로써 가능하나, 제5그리드(12)에서의 포커스전압의 변화는 작으므로 제3그리드(8) 또는 제4그리드(11)중 어느 하나를 길게하는 것이 유효하다.

어느 경우에도 비임스포트의 직경의 영향은 적다.

결국 간 전극의 길이의 대소관계는 포커스전압비

에서는 L₄

L₃〈L₅로 되도록 설정하며, 포커스전압비

에서는 일반적으로 L₃

L₄〈L₅로 된다.

제14도는 포커스전압비 E_f/E_b

0.33경우의 1실시예이며, 또 제15도는 포커스전압비 E_f/E_b

0.33경우의 실시예이다.

또, 이상은 제3그리드와 제5그리드를 전기적으로 결합하여 있는 경우에 대하여 설명하였으나 제3그리드에 고정된 중고압을 인가하는 경우에도 적용될 수 있다.

또, 각 전극의 내경이 동일한 경우에 대하여 설명하였으나 여기에 극한하지 않고 다소 내경이 다른 경우에도 적용될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 각 전극의 길이를 규정한 범위내에 설정함으로써 고해상도(高解像度)로써 고선예도(高鮮銳度)를 가진 화장을 얻을 수 있는 효과이다.

Claims (1)

1. 전자총을 구성하는 주 전자렌즈의 전단에 가속형 전자렌즈부를 포함한 전자렌즈를 배치하고, 위의 가속형 전자렌즈부의 국체측 렌즈주면을, 가속형 전자렌즈부에 입사되는 전자비임의 최외전자선의 가상물점 위치근방에 설치하는 것을 특징으로 하는 수상관용 전자총.

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