Brevet FR2522440A1 — publié le 19830902

" Canon à électrons ". La présente invention concerne un canon à électrons et notamment un canon à électrons de type unipotentiel à faible aberration sphérique. Comme un canon à électrons de type unipotentiel présente de bonnes caractéristiques de flou d'image dans la plage des courants électriques élevés, un tel canon est utilisé dans les dispositifs tels que les tubes image en couleur ou les tubes-projecteurs En général, le canon à électrons unipotentiel comporte une cathode K, une première grille (électrode de commande) G 1, une secon- de grille (électrode d'accélération) G 2 ' une troisième grille (première anode) G 3, une quatrième grille (élec- trode de focalisation) G 4 et une cinquième grille (secon- de anode) G 5, ces grilles étant disposées dans cet ordre. Dans un tel canon à électrons, pour que le faisceau d'électrons qui rencontre la surface de l'écran de phos- phore puisse donner un point ou une trace de plus petit diamètre, il est important de réduire autant que possible l'aberration sphérique d'une lentille électronique et en particulier de la lentille électronique principale formée par la troisième grille G 3, la quatrième grille G 4 et la cinquième grille G 5 A cet effet, il faut que le diamètre d'ouverture de chaque grille du système optique électro- nique principal soit important Toutefois pour avoir une ouverture de grille de grand diamètre, il faut que l'en- veloppe du tube cathodique contenant le canon à électrons présente un col de diamètre intérieur important Toutefois, un diamètre intérieur important de la partie de col abaisse la sensibilité de la déflexion de la culasse de déflexion. Par ailleurs selon la figure 1, lorsque la lentille unipotentielle se compose d'une lentille de décélération 1 formée d'une troisième et quatrième grilles G 3 et G 4 et d'une lentille d'accélération 2 formée d'une quatrième et d'une cinquième grilles G 4 et G 5, on peut séparer les régions d'action des lentilles électroniques, ce qui permet de considérer que le coefficient d'aberration du système à lentilles électroniques principales peut être séparé en un côté de lentille de décélération 1 et un côté de lentille de décélération 2 Comme le coefficient d'aberration est faible pour la lentille de décélération et important pour la lentille d'accélération, si le degré d'aberration de la lentille d'accélération est amé- lioré pour ne présenter qu'une influence faible, l'ensem- ble de l'aberration de la lentille unipotentielle peut être amélioré. La figure 2 montre un canon à électrons à faible coefficient d'aberration tel que décrit dans la demande de brevet Japonaise 15581/1977; cette lentille repose sur le fait que le coefficient d'aberration décrit ci- dessus du système à lentilles électroniques principales peut être divisé en une partie relative à la lentille de décélération et une partie relative à la lentille d'accé- lération Ce canon à électrons antérieur comporte une cathode K, une première grille G 1, une seconde grille G 2, une troisième grille G 3, une quatrième grille G 4 et une cinquième grille G 5 disposées séquentiellement avec une tension d'anode VA appliquée à la troisième et à la cin- quième grilles G 3 et G 5 et une tension de focalisation VF appliquée à la quatrième grille G 4 de façon à permettre à la troisième grille G 3 de constituer un système à len- tilles électroniques de type unipotentiel Dans ce canon à électrons, on choisit le diamètre D 1 de la lentille électronique de décélération frontale (lentille 1) cons- tituant le système à lentilles optiques principales (c'est- à-dire le diamètre d'ouverture de chaque extrémité oppo- sée de la troisième et de la quatrième grilles G 3 et G 4) inférieur au diamètre 02 de la lentille électronique correspondant à la lentille d'accélération arrière (deu- xième lentille) avec un diamètre d'ouverture de chaque extrémité opposée de la quatrième et de la cinquième gril- les G 4 et G 5 de façon à satisfaire à l'inégalité D 2 > D 1 et pour que la quatrième grille G 4 présente une longueur = ; cela permet de séparer les régions d'action de lalentille électronique en une partie de len- tille avant (première lentille) et une partie de lentille arrière (deuxième lentille) de façon que le coefficient d'aberration de l'ensemble du système à lentilles électro- niques soit faible En pratique chacune des grilles G 1 Il' G 5 est portée par une tige de support d'isolation commune (appelée "billes de verre") En conséquence lorsque le canon à électrons dont les grilles sont maintenues réu- nies par la tige de support d'isolation est monté dans la partie de col de l'enveloppe du tube cathodique, la place nécessaire à la tige de support d'isolation limite le diamètre de l'ouverture d'une grille Lorsque le canon à électrons est logé dans une partie de col ayant par exemple un diamètre intérieur de 29 mm, le diamètre inté- rieur efficace de la grille est au mieux égal à 14 mm. Tenant compte de cela, la Demanderesse a précédemment proposé le canon à électrons représenté à la figure 2, permettant de réduire le coefficient d'aberration par une lentille de décélération (première lentille) de faible diamètre. La présente invention a pour but de créer un canon unipotentiel, permettant de remédier aux inconvénients ci-dessus, en réduisant autant que faire se peut l'aber- ration sphérique du système à lentilles électroniques principales d'un canon à électrons unipotentiel destiné à un tube image couleur ou à un tube de projecteur ou autre. A cet effet, l'invention concerne un canon à élec- trons formé d'un système à lentilles électroniques prin- cipales qui se compose d'une partie de lentille avant formée d'une troisième grille et d'une quatrième grille, ainsi que d'une partie de lentille électronique arrière formée de la quatrième grille et d'une cinquième grille et dont les régions d'action des lentilles électroniques soient distinctes l'une de l'autre, le diamètre de la lentille électronique de la partie avant étant choisi inférieur à celui de la partie électronique arrière, et le diamètre de l'ouverture de la cinquième grille de la partie de lentille électronique arrière étant choisi supé- rieur à celui de la quatrième grille. La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide des dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une coupe longitudinale de la lentille électronique principale d'un canon à électrons, permettant d'expliquer l'invention. la figure 2 est une coupe longitudinale d'un exemple de canon à électrons connu de type unipotentiel. la figure 3 est une coupe longitudinale d'un exemple fondamental d'un canon à électrons selon l'inven- tion. les figures 4 et 5 sont des coupes longitudinales respectives des parties principales de canons à électrons selon l'art antérieur. la figure 6 est un graphique du coefficient d'aberration sphérique en fonction de la distance focale pour un canon à électrons selon l'invention et un canon à électrons selon l'art antérieur. la figure 7 est un schéma permettant d'expliquer la recherche de l'équation du coefficient d'aberration. les figures 8 et 9 sont respectivement-une vue en plan et une coupe longitudinale d'un mode de réalisa- tion d'un canon à électrons selon l'invention. la figure 10 est une coupe longitudinale d'un autre mode de réalisation d'un canon à électrons selon l'invention. la figure 11 est un graphique donnant la relation entre l'intensité du courant et le diamètre de la trace du faisceau dans le cas d'un canon à électrons selon l'invention et d'un canon à électrons classique. DESCRIPTION DE DIFFERENTS MODES DE REALISATION PREFEREN- TIELS DE L'INVENTION: La figure 3 montre un exemple fondamental d'un canon électrons de type unipotentiel selon l'invention qui se compose successivement d'une cathode K et d'une première grille G 1 et d'une cinquième grille G 5 Dans cet exemple, une tension élevée par exemple une tension anodique VA est appliquée à une troisième et à la cin- quième grilles G 3, G 5 et une tension de focalisation V F beaucoup plus faible que la tension anodique VA est appli- quée à la quatrième grille G 4 permettant aux troisième grille G 3 cinquième grille G 5 de constituer un sys- tème à lentilles optiques principales de type unipoten- tiel De même selon l'invention, la troisième grille G 3 et la quatrième grille G 4 forment la lentille électroni- que de décélération, avant (première lentille) alors que la quatrième grille G 4 et la cinquième grille G 5 consti- tuent la lentille électronique d'accélération arrière, (deuxième lentille) En particulier selon l'invention, la quatrième grille G 4 a une longueur 4 t permettant de sépa- rer les régions d'action des lentilles électroniques cor- respondant à la lentille électronique avant (première len- tille) et à la lentille électronique arrière (deuxième lentille); la lentille électronique avant (première len- tille) est telle que le diamètre de la lentille électro- nique soit inférieur à celui de la lentille électronique arrière (deuxième lentille); la cinquième grille G 5 de la lentille électronique arrière (deuxième lentille) présente un diamètre d'ouverture plus grand que celui de la quatrième grille G 4 En d'autres termes, le côté de la quatrième grille G 4 tourné vers la troisième grille G 3 a un diamètre d'ouverture D 1 et l'autre côté tourné vers la cinquième grille G 5 a un diamètre d'ouverture D supérieur à Dl; la cinquième grille G 5 a une ouverture D 3 supérieure à l'ouverture D 2 ci-dessus La relation indiquée ci-dessus se traduit par l'inégalité D 1 En outre pour séparer les régions d'action des lentilles électroniques correspondant à la lentille électronique avant (lentille 1) et à la lentille électronique arrière (lentille 2) la quatrième grille G 4 a une longueur telle que t J= j +À)' cette longueur étant supérieure à 1 2 1,5 fois le diamètre d'ouverture de la troisième grille G 3 et ainsi le plus petit diamètre d'ouverture D de la quatrième grille G 4; en d'autres termes 1,5 D 1. Selon le montage décrit ci-dessus, le degré d'aber- ration de la lentille électronique d'accélération, arrière (deuxième lentille) est amélioré, ce qui améliore d'autant l'ensemble de l'aberration du système à lentilles électro- niques. La figure 6 est un graphique donnant les résultats comparés du coefficient d'aberration sphérique d'un canon à électrons selon l'invention et d'un canon à électrons classique Dans le graphique de la figure 6, les ordon- nées représentent le degré 93 correspondant au coeffi- cient d'aberration sphérique, (qui sera donné dans l'équa- tion suivante du coefficient d'aberration) alors que les abscisses représentent la distance focale f 1 du côté d'un objet (côté du point d'intersection) Dans ce graphique, la courbe I représente le cas d'un canon à électrons de type unipotentiel classique (figure 4) dont le diamètre d'ouverture de la troisième grille G 3, de la quatrième grille G 4 et de la cinquième G 5 sont les mêmes, la lon- gueur t de la quatrième grille G 4 étant égale à 21,0 mm. La courbe Il correspond au cas d'un canon à électrons de type unipotentiel selon la figure 5 dans lequel le diamètre D 2 de la lentille électronique arrière deuxième lentille) et le diamètre d'ouverture de la cinquième grille G 5 sont les mêmes que celui de la quatrième grille G 4 du côté tourné vers la cinquième grille G 5, ce diamè- tre étant choisi supérieur au diamètre D 1 de la lentille électronique avant (première lentille); on a choisi les dimensions suivantes: D 1 = 13,8 mm; D 2 = 16,4 mm, Q = 28,1 mm; 42 = 10 mm. Les courbes IIIA, IIIB et IIIC correspondent aux cas d'un canon à électrons de type unipotentiel représenté à la figure 3 selon l'invention avec t = 28,1 mm, 33,1 mm et 38,1 mm, respectivement avec D 1 = 13,8 mm, D 2 = 16,4 mm, D 3 = 22,0 mm et 12 = 10 mm. L'équation liant le coefficient d'aberration sera explicitée à l'aide de la figure 7 Si le coefficient d'aberration sphérique est égal à CS, l'agrandissement de la lentille égal à M et le demi-angle correspondant à l'angle de divergence maximum du faisceau d'électrons à partir du point d'intersection (objet) O égal à cô 1 (an- gle d'ouverture), le degré d'aberration Ar (le rayon du point ou de la trace laissé sur le plan image 1) est don- né par àr = MC Sco 3 C 51 C 52 C 53 C 54 M 4 M 4 4 La valeur 93 selon la figure 6 représente une grandeur exprimée comme suit: g 3 i 4 CSO/f Ar (LÀ O g 3 % g 3 Dans ces formules f 2 est la distance focale du côté image et L est la distance entre le point objet et le plan image. Il résulte clairement de la figure 6 que le canon à électrons selon l'invention donne le meilleur coeffi- cient d'aberration que le canon à électrons classique représenté à la figure 5, ce qui se traduit par une ré- duction du coefficient d'aberration de l'ordre de 15 à % En outre, des études faites dans le cadre de la présente invention ont montré que l'aberration n'était pas augmentée de façon notable même si la quatrième gril- le G 4 étaient emmanchée dans la cinquième grille G 5. Un mode de réalisation pratique sera décrit ci- après. Les figures 8 et 9 montrent un mode de réalisation pratique d'un canon à électrons selon l'invention; ce canon se compose d'une cathode K, d'une premier grille G 1 d'un cinquième grille G 5; ces différents éléments sont disposés sur un axe commun Dans cet exemple en particulier la cinquième grille G 5 ayant un diamètre d'ouverture D 3 et la troisième grille G 3 ayant un diamè- tre D 1 sont constituées par un seul élément; la quatriè- me grille G 4 est placée dans la cinquième grille G 5 ainsi réalisée sous la forme d'une structure unique Dans ces conditions, la partie allongée 2 qui va de la cinquième grille G 5 jusqu'à la fenêtre opposée 3 et est reliée à la troisième grille G 3 correspond essentiellement à la partie avant par laquelle la cinquième grille G 5 est reliée électriquement à la troisième grille G 3 La qua- trième grille G 4 ayant une partie à petite ouverture de diamètre D 1 et une partie à grande ouverture de diamètre D est placée dans la cinquième grille G 5, longue, de façon que sa partie de grand diamètre soit tournée vers cette grille G 5 alors que sa partie de petit diamètre est tournée vers la troisième grille G 3 au niveau des parties de fenêtre 3 La partie d'ouverture de petit diamètre de cette quatrième grille G 4 et la troisième grille C 3 cons- tituant la lentille électronique avant (première lentille) alors que la partie de grand diamètre de la quatrième grille G 4 et la cinquième grille G 5 constituent la len- tille arrière (deuxième lentille) L'ensemble formé par la première grille G 1 jusqu'à la quatrième grille G 4 est maintenu réuni par des tiges communes de maintien 4, isolantes En particulier la quatrième grille G 4 est maintenue dans les parties de fenêtre 3 Comme la partie d'extrémité arrière de la cinquième grille G est munie d'une plaque formant écran 5 pour former un diaphragme, la distance 3 entre l'extrémité arrière de la quatrième grille C et la plaque formant diaphragme 5 est choisie de façon à éviter que la lentille électronique ne soit formée entre la quatrième grille G 4 et les plaques formant écrans 5; la distance satisfait par exemple à la relation Q 3/D 3 > 0,57. Le canon à électrons ainsi réalisé est placé dans la partie de col 6 de l'enveloppe d'un tube cathodique. Si le diamètre intérieur de la partie de col 6 est égal à D 4, le diamètre d'ouverture D de la cinquième grille G 5 peut se choisir de façon à satisfaire à l'inégalité D 4 > D 3 > 0,65 D Selon l'invention, comme représenté aux figures 8 et 9, la cinquième grille G 5 et la troisième grille G 3 sont réalisées mécaniquement sous la forme d'une pièce unique; la cinquième grille G 5 n'est pas maintenue di- rectement par les tiges isolantes de support 4 mais en même temps que la troisième grille G 4 est-maintenue par les tiges de support isolantes 4; la quatrième grille G 4 est maintenue par des tiges de support d'isolation 4, droites à travers les parties de fenêtre 3 réalisées dans la partie allongée de la cinquième grille G 5 en même temps que la troisième, la seconde et la première grilles G 3 Y G 2, G 1 sont maintenues Ainsi, la distance entre les tiges de support d'isolation 4, opposées au niveau des surfaces extérieures peut être inférieure au diamètre d'ouverture D 3 de la cinquième grille G 5; le diamètre d'ouverture D 3 de la cinquième grille G 5 peut ainsi etre augmenté jusqu'à atteindre approximativement la valeur du diamè- tre intérieur D 4 de la partie de col de tube 6; de plus, on réduit l'aberration sphérique du système à lentilles électroniques principales. La figure 10 montre un autre mode de réalisation de l'invention Dans ce mode de réalisation, la troisième grille G 3, la quatrième grille G 4 et la cinquième grille G 5 sont séparées; lorsque la quatrième grille G 4 est in- troduite par sa partie de grande ouverture dans la cin- quième grille G 5, la quatrième grille G 4 et la cinquième grille G 5 sont reliées mécaniquement par un matériau isolant en céramique en forme d'anneau 7 par l'intermé- diaire d'un agent de liaison Puis, l'ensemble des gril- les G 1 G 4 est maintenu réuni par les mêmes tiges d'isolation 4 et la troisième grille G 3 ainsi que la cin- quième grille G 5 sont reliées l'une à l'autre par des conducteurs appropriés, non représentés, de façon à cons- tituer ainsi le canon à électrons. Dans les canons à électrons selon les figures 8 à 10, comme la cinquième grille G 5 est associée mécani- quement à la troisième grille G 3 ou à la quatrième grille G 4 pour former une pièce unique qui n'est pas maintenue par et entre les tiges de support isolantes 4, le diamè- tre d'ouverture D 3 de la cinquième grille G 5 peut être augmenté pour atteindre approximativement le diamètre intérieur D de la partie de col 6 Ainsi dans le système 1 l à lentille électronique arrière (deuxième lentille), le diamètre D 3 de l'ouverture de la cinquième grille G 5 peut être plus grand que le diamètre D 2 de l'ouverture de la quatrième grille G et cela sans augmenter le dia- mètre intérieur D 4 de la partie de col 6, ce qui permet de réduire l'aberration sphérique du systèmes à lentilles électroniques principales. La figure Il est un graphique donnant la relation entre l'intensité de courant (m A) et le diamètre moyen (mm) de la trace (point) du faisceau sur l'écran de phos- phore d'une part pour le canon à électrons selon l'inven- tion et d'autre part pour le canon à électrons classique de type unipotentiel selon la figure 4 Dans le graphique de la figure 11, la courbe IV correspond à un canon électronique classique et la courbe V à un canon selon l'invention La figure 11 montre clairement que selon l'invention la trace du faisceau est considérablement améliorée. En outre, il est possible que la lentille électro- nique arrière (deuxième lentille) soit une lentille à champ étendu ayant pour diamètre intérieur celui de la grande électrode d'extrémité Un tel canon à électrons modifié réduit également l'aberration sphérique. Comme décrit ci-dessus, le canon à électrons selon l'invention donne une aberration sphérique plus réduite c'est-à-dire améliorée par rapport à celle d'un canon à électrons classique En choisissant l'ouverture de la lentille électronique frontale plus faible que celle de la lentille électronique arrière, l'action de chaque région de lentille électronique étant distincte, le canon à électrons selon l'invention convient pour un tube image couleur, pour un tube de projecteur ou autre. RE V E N D I C A T I O N S ) Canon à électrons de type unipotentiel compor- tant un système à lentilles électroniques principales formé d'une première lentille électronique (G 3 e G 4) et d'une seconde lentille électronique (G 4 e G 5) dont les régions de fonctionnement sont séparées l'une de l'autre, caractérisé en ce que la première lentille est formée de la troisième et de la quatrième grilles (G 3, G 4) et la seconde lentille est formée de la quatrième et de la cin- quième grilles (G 4, G 5), le diamètre de la première len- tille étant inférieur à celui de la seconde lentille et le diamètre de l'ouverture de la cinquième grille (G 5) est supérieur à celui de la quatrième grille (G 4). ) Canon à électrons selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre d'ouverture de la qua- trième grille (G 4) tournée vers la cinquième grille (G 5) est supérieur à celui de la quatrième grille (G 4) vers la troisième grille (G 3), la troisième grille (G 3) et la cinquième grilles (G 5) étant reliées mécaniquement et électriquement pour former une pièce unique, au moins une partie de fenêtre ( 3) étant réalisée dans cette pièce unique, la quatrième grille étant logée dans la pièce unique et cette quatrième grille est maintenue par au moins un support isolant ( 4) passant à travers la partie de fenêtre ( 3) - ) Canon à électrons selon la revendication 2, caractérisé en ce que le support isolant est une bille de verre. ) Canon à électrons selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre d'ouverture de la qua- trième grille (G 4) du côté tourné vers la cinquième grille (G 5) est supérieur à celui de la quatrième grille (G 4) du côté tourné vers la troisième grille (G 3) et la cinquième grille (G 5) est maintenue par un support iso- lant ( 7) sur la quatrième grille (G 4). ) Canon à électrons selon la revendication 4, caractérisé en ce que le support isolant ( 7) est une bague en céramique. 6 ) Canon à électrons selon la revendication 2, caractérisé en ce que la cinquième grille (G 5) a un dia- mètre supérieur à celui du support isolant ( 4). ) Canon à électrons selon la revendication 4, caractérisé en ce que la cinquième grille (G 5) a un dia- mètre supérieur à celui du support isolant ( 4).