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JP2728428B2 - 荷電粒子ビーム管及びその駆動方法 - Google Patents

荷電粒子ビーム管及びその駆動方法

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JP2728428B2
JP2728428B2 JP63107643A JP10764388A JP2728428B2 JP 2728428 B2 JP2728428 B2 JP 2728428B2 JP 63107643 A JP63107643 A JP 63107643A JP 10764388 A JP10764388 A JP 10764388A JP 2728428 B2 JP2728428 B2 JP 2728428B2
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charged particle
particle beam
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beam tube
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健太郎 奥
正和 福島
光宏 倉重
典文 江上
敏郎 山岸
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Japan Broadcasting Corp
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Hitachi Ltd
Nippon Hoso Kyokai NHK
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J29/00Details of cathode-ray tubes or of electron-beam tubes of the types covered by group H01J31/00
    • H01J29/46Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the ray or beam, e.g. electron-optical arrangement
    • H01J29/70Arrangements for deflecting ray or beam
    • H01J29/72Arrangements for deflecting ray or beam along one straight line or along two perpendicular straight lines
    • H01J29/74Deflecting by electric fields only

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はパターンヨークを用いた荷電粒子ビームの静
電偏向系に係り、特に、2つの直交する方向の荷電粒子
の偏向感度を異ならしめてもビーム特性を劣化させない
荷電粒子ビーム管及びその駆動方法に関する。
[従来の技術] 静電偏向撮像管は電子ビームの偏向に管内壁に形成さ
れたパターンヨークの作る電界を用いているため、ビー
ム偏向用コイルアセンブリが不要であり、ビデオカメラ
の小型・軽量・低消費電力化に有利な撮像管である。こ
の静電偏向撮像管には電子ビームの集束に磁界の作用を
用いた電磁集束・静電偏向(MS)形、及び電界の作用を
用いた静電集束・静電偏向(SS)形の2種類がある。MS
形撮像管に関するものには例えば、特開昭53−105316,
特公昭46−12213,特公昭57−31257,特開昭60−100343,
特開昭62−206750等があり、SS形撮像管に関するものに
は例えば、特開昭59−207545,特開昭60−47349,特開昭6
0−172147,特開昭61−7544,特開昭62−246233等があ
る。
以上の静電偏向撮像管ではパターンヨークは、管の円
周方向の幅が等しい水平及び垂直偏向電極から構成さ
れ、水平方向と垂直方向の偏向感度が等しかった。一
方、テレビの画面は水平方向が垂直方向に比べて長く、
特にハイビジョンテレビシステムでは16:9とかなり長く
なっている。このため上記の偏向電極幅が等しいパター
ンヨークでは、水平偏向に要する電圧(水平偏向電圧)
が垂直偏向に要する電圧(垂直偏向電圧)に比べて高く
なり、駆動回路規模が大きくなるという問題があった。
この問題を解決するため例えば特開昭62−80943号公報
に示されるように、水平偏向電極管の円周方向幅を垂直
偏向電極幅より広くすることが考案されていた。このこ
とによって、水平偏向の感度を向上させ、水平・垂直偏
向全体としての偏向電圧を低減することができる。
[発明が解決しようとする課題点] しかしながら、この様な偏向電極を用いた場合には、
偏向電極間のギャップ、すなわち管内壁のガラスが露出
した部分が帯電し、この帯電によって電子ビームに非点
収差を生じせしめる様な電界(非点電界)が形成される
ことが明らかになった。またこの非点電界によって、撮
像管の解像度劣化及び図形歪増大という特性劣化が生じ
る。なおこの帯電は水平・垂直偏向電極の幅が等しい時
にも同様に起っていたが、この時には、非点電界は発生
していなかった。
本発明の目的は、静電偏向撮像管の水平偏向電極の幅
を垂直偏向電極の幅より広くした場合(以下H・V非対
称化と呼ぶ)に、非点電界の発生を抑制することがで
き、ビームの特性劣化を防ぐことができる荷電粒子ビー
ム管及びその駆動方法を提供することにある。
[課題を解決するための手段] 上記目的は(1)水平偏向電極と垂直偏向電極に印加
するバイアス電圧を異ならしめたり、(2)水平偏向電
極の間にスリットを設けたりすることによって達成する
ことができる。
[作用] 上記(1)のように水平と垂直偏向電極のバイアス電
圧を異ならしめ、その電位差を適正すればギャップ帯電
によって生じた非点電界と逆の非点電界を発生させ互い
に消滅させることができる。また、上記(2)のよう
に、水平偏向電極の間にスリットを設けその形状や幅を
適正化することによって、スリットの管内壁のガラス露
出部の帯電によってやはり逆の非点電界を発生させ互い
に非点電界を消滅させることができる。このことによっ
て、電子ビームの非点収差を実質的に零にすることがで
き、H・V非対称化による解像度劣化及び図形歪の増大
を防ぐことができる。
[実施例] 以下、本発明を実施例を参照にしながら詳細に説明す
る。
第2図に本実施例のMS形撮像管の概要断面図を示す。
カソード201から出た電子は10〜20Vに印加された第1格
子電極202中央に設けた10μm程度の微小孔によって制
限され、細い電子ビームとなる。この電子ビームは管外
部に設けられた集束コイル210の作る磁界の作用によっ
てターゲット206上に集束され、それと同時に管内壁に
形成された偏向電極いわゆるパターンヨーク203が作る
電界によって偏向されターゲットを走査し、映像信号を
読み出す。この電気信号はガラス基板211を貫通するピ
ン207を通して管外に取り出される。メッシュ電極204に
はインジウムリング208を通して電圧が供給され、その
他の電極電圧にはガラス管212を貫通するステムピン209
を通して供給される。管内壁に形成された円筒電極205
はメッシュ電極204と同電位に保たれ、この円筒電極と
パターンヨーク203の間に静電レンズが形成される。こ
のレンズはコリメーションレンズと呼ばれ、偏向した電
子をターゲットに垂直に入射させる作用を持つ。
この例での駆動電圧(カソードを基準)の代表値は、
第1格子電圧EC1が15V,パターンヨークバイアス電圧が5
50V,メッシュ電極電圧が1000Vである。
第3図に本実施例に用いたパターンヨークの展開図を
示す。この例では、パターンヨークの一部にツイストが
加えられている(特開昭62−206750号公報参照)。この
ツイスト角ωは偏向時のビーム径,図形歪,ランディン
グ誤差が最も小さくなるように約80°に設定されてい
る。また、水平・垂直偏向電極幅比θ/θ(ここで
水平偏向電極H+,H-の円周方向角度θ及び垂直偏向電
極V+,V-の円周方向角度θは電極間ギャップの中央か
ら測るものとする)は2.075である。走査領域のアスペ
クト比が16:9の時に水平と垂直偏向電圧が等しくなるよ
うに幅比θ/θが設定されている。なお,電極間ギ
ャップはθ方向に1mm(管内径が16mmであるので7.16
°)である。この電極間ギャップには実験及び解析から
平均+20V程度(この場合には+19V)の帯電があること
が明らかになった。
第4図に、この帯電によって生ずる電界を示す。管軸
方向zが一定(第1格子電極202とメッシュ電極の中央
部)のxy断面内の管内径40%内で電界ベクトルを示し
た。ギャップの帯電によって4重極電界いわゆる非点電
界が形成されている様子がわかる。この電界に軸対称電
界が重畳されて静電レンズが形成される。
第5図に示す様に非点電界によって電子ビームは点状
に集束できず、タンジェンシャル像面T及びザジッタル
像面Sで線状に集束する。その結果ビームが最も丸くな
る位置(すなわちビームの最大径が最も小さくなる位
置)Iではビームが広がってしまう。これがいわゆる非
点収差である。
第6図は、ギャップ帯電の非点電界の有無による走査
面中心及び周辺でのビーム(1°発散ビーム)の広がり
を解析した結果である。第6図(イ)がギャップ帯電が
ない、すなわち非点電界がない場合、(ロ)が非点電界
が存在する場合である。ただし、走査面中心でのビーム
の最大径が最も小さくなる様に集束コイルに流す電流を
調整した。第6図(イ)と(ロ)を比較すると、非点電
界によって画面中心でのビームのみならず、画面周辺部
でのビームの径が増していることがわかる。このことか
ら、ギャップの帯電によって撮像管の解像度が劣化する
ことがわかる。
第7図は、ギャップ帯電の非点電界の有無による図形
歪を解析した結果である。理想的な矩形状の走査面から
のずれで図形歪を表した。第7図(イ)が非点電界がな
い場合、(ロ)が非点電界がある場合である。第6図
(イ)と(ロ)とを比較すると、非点電界の作用によっ
て電子ビームが描く走査面が平行四辺形状に歪んでいる
(すなわちスキュー歪を生じている)ことがわかる。こ
の歪δXは約0.5%(走査面の高さHで規格化)とかな
り大きい。
次に、この非点電界による解像度の劣化及びスキュー
歪の増大を防ぐために為された2種類の考察について説
明する。
まず第1番目は、水平偏向電極H+,H-のバイアス電圧
EdefHと垂直偏向電極V+,V-のバイアス電圧をEdefVを異
ならしめ別の非点電界を発生させギャップ帯電によって
生じた非点電界と相殺させる方法である。
第8図は、ギャップ帯電が+19Vの時に非点電圧(E
defH−EdefV)を3V印加した時に生ずる電界を示したも
のである。この図からわかるように、適正な非点電圧の
印加によって、非点電界は管の中心軸近傍ではほぼ完全
に消滅していることがわかる。
第9図は適正な非点電圧を印加した時の(イ)ビーム
の広がり(ロ)図形歪を示したものである。第9図
(イ)と第6図を比較すると適正な非点電圧の印加によ
ってビームの非点収差がほぼ消滅し、走査面中心でのビ
ームはほぼ一点に集束していること、偏向時のビーム径
もギャップ帯電のない場合とほぼ同程度まで低減されて
いることがわかる。また、第9図(ロ)から、適正な非
点電圧の印加によって、スキュー歪がほぼ完全に消滅し
ていることがわかる。以上の様に非点電圧の印加によっ
て、ギャップ帯電によって生じたビーム特性の劣化をほ
ぼ補正できることがわかる。
第2番目の考案は、水平偏向電極H+及びH-の一部ある
いは全部に亘りスリットを設け、スリットにおける帯電
によって非点電界を消滅させる方法である。
第1図には、スリットSを偏向電極のジグザグ形状に
沿って設けた場合を示す。この例では、水平偏向電極
H+,H-が等しく2分割され、さらに、分割されたそれぞ
れの部分と垂直偏向電極V+,V-とが同一形状をしてい
る。すなわち6つの等しい形状をした電極H+ 1,H+ 2,H-
1,H- 2,V+,V-からパターンヨークが形成されている。
第10図には、ギャップ帯電によって生じた電界の計算結
果を示す。この様に電極が円周方向に60°毎に対称な6
極から成る場合には、ギャップ帯電によっても非点電界
が発生していないことがわかる。これは、従来の水平と
垂直の偏向電極幅が等しい(すなわち、電極が円周方向
に90°毎に対称な4極から成る)場合と同様で、ギャッ
プ帯電が円周方向に平均化されたためである。
第11図は、第1図のパターンヨークを用いてギャップ
帯電+19Vがある場合の(イ)ビームの広がり、(ロ)
図形歪を示したものである。第6図及び第7図とこの図
とを比較すると、水平偏向電極の間にスリットを設ける
ことによって非点収差及びスキュー歪がほぼ消滅し、ギ
ャップ帯電がない場合とほぼ同等のビーム特性が得られ
ていることがわかる。
第12図は、第2番目の考案に基づいた別の実施例であ
る。この例では、第1図パターンヨークと異なり、水平
偏向電極H+,H-に設けたスリットSはつながっておら
ず、断続的に設けられている。各スリットの大きさや、
形状を適正に選択すれば、やはり非点電界を消滅させる
ことができる。
またスリットに、メッシュ状の電極を設けても同様な
効果がある。この時にはメッシュ状電極内部でのガラス
露出部の帯電によって非点電界を相殺させることができ
る。さらに、第1図の様にスリットによって偏向電極が
2分割されている場合でも、メッシュ状電極を設けれ
ば、分割された電極どうしの導通を容易に保つことがで
きる。
なお、ここでは説明を省いたが、第3図の偏向電極間
ギャップに非常に高い抵抗を持った帯電防止剤を付着さ
せることによっても、非点電界の発生を防止できること
は言うまでもない。
以上の説明は、MS形撮像管についてなされたが、SS形
撮像管についても同様なことが言える。また、撮像管に
ついてのみならず、本発明は、イオンビーム及び電子ビ
ームを含む荷電粒子の静電偏向系についても有効である
ことは言うまでもない。
[発明の効果] 以上のように、本発明によれば、パターンヨークを用
いた荷電粒子偏向系の2つの直交する方向の偏向感度を
異ならしめるため、2つの方向に対応する偏向電極の幅
を変えた場合に生ずる解像度劣化及びスキュー歪の増大
を防止する効果がある。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の一実施例のパターンヨークの展開図、
第2図は本発明の一実施例のMS形撮像管の断面概略図、
第3図はH・V非対称パターンヨークの展開図、第4図
は偏向電極ギャップ帯電によって生じた非点電界を示す
図、第5図は非点収差の概要を示す模式図、第6図は偏
向電極間ギャップ帯電の無い場合と有る場合とのビーム
広がりの比較を示す図、第7図は偏向電極間ギャップ帯
電の無い場合とある場合との図形歪の比較を示す図、第
8図はギャップ帯電19Vの時に適正な非点電圧(3V)を
印加した時の非点電界の消滅を示す図、第9図は適正な
非点電圧を印加した時のビームの広がり及び図形歪を示
す図、第10図は第1図のパターンヨークのギャップ帯電
によって生じた電界を示す図、第11図は第1図のパター
ンヨークを用い、ギャップ帯電が19Vの時のビームの広
がりと図形歪を示す図、第12図は本発明の別の実施例の
パターンヨークの展開図である。 H+,H-;水平偏向電極、V+,V-;垂直偏向電極、H+ 1,H
+ 2,H- 1,H- 2;2つに分割された水平偏向電極、S;水平偏
向電極に設けたスリット。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 倉重 光宏 東京都世田谷区砧1丁目10番11号 日本 放送協会放送技術研究所内 (72)発明者 江上 典文 東京都世田谷区砧1丁目10番11号 日本 放送協会放送技術研究所内 (72)発明者 山岸 敏郎 東京都世田谷区砧1丁目10番11号 日本 放送協会放送技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭62−80943(JP,A) 特開 昭49−132924(JP,A)

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】誘電体バルブの内面に形成されたパターン
    ヨークで、2つの直交する方向に荷電粒子ビームを偏向
    するための2対の偏向電極が相異なる幅を有しており、
    かつ、上記2対の偏向電極に相異なるバイアス電圧を与
    えることを特徴とする荷電粒子ビーム管。
  2. 【請求項2】誘電体バルブの内面に形成されたパターン
    ヨークで、2つの直交する方向に荷電粒子ビームを偏向
    するための2対の偏向電極が相異なる幅を有しており、
    かつ、幅の広い1対の偏向電極にスリットを設けたこと
    を特徴とする荷電粒子ビーム管。
  3. 【請求項3】特許請求の範囲第2項において、上記偏向
    電極のスリットにメッシュ状電極を設けたことを特徴と
    する荷電粒子ビーム管。
  4. 【請求項4】特許請求の範囲第2項または第3項におい
    て、偏向電極のスリットが偏向電極を同一の形状に分割
    していることを特徴とする荷電粒子ビーム管。
  5. 【請求項5】誘電体バルブの内面に形成されたパターン
    ヨークで、2つの直交する方向に荷電粒子ビームを偏向
    するための2対の偏向電極が相異なる幅を有しており、
    上記偏向電極間のバルブ内面に帯電防止剤を設けたこと
    を特徴とする荷電粒子ビーム管。
  6. 【請求項6】誘電体バルブの内面に形成されたパターン
    ヨークが円周方向に60°毎にほぼ対称となる6つの電極
    から構成され、そのうちの隣接する2つの電極2対が電
    気的に接続されていることを特徴とする荷電粒子ビーム
    管。
  7. 【請求項7】特許請求の範囲第1項から第6項のいずれ
    かにおいて、上記パターンヨークがジグザグ状のカーブ
    ドアロウ型形状を有することを特徴とする荷電粒子ビー
    ム管。
  8. 【請求項8】誘電体バルブの内面に形成されたパターン
    ヨークで、2つの直交する方向に荷電粒子ビームを偏向
    するための2対の偏向電極が相異なる幅を有しており、
    かつ、上記2対の偏向電極に相異なるバイアス電圧を与
    えることを特徴とする荷電粒子ビーム管の駆動方法。
  9. 【請求項9】特許請求の範囲第8項において、上記パタ
    ーンヨークがジグザグ状のカーブドアロウ型形状を有す
    ることを特徴とする荷電粒子ビーム管の駆動方法。
JP63107643A 1988-05-02 1988-05-02 荷電粒子ビーム管及びその駆動方法 Expired - Lifetime JP2728428B2 (ja)

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