(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも電子銃部、スクリーン部とこれらを包囲する外囲器と偏向部からなり、前記電子銃部から発射される電子ビームを前記偏向部により垂直方向および水平方向に偏向するカラー受像管であって、前記電子銃部は陰極を含む電子ビーム形成部と該電子ビーム形成部によって形成された水平方向にインライン状の複数本の電子ビームをそれぞれ前記スクリーン部に集束する主電子レンズ部を少なくとも備えるカラー受像管において、
前記主電子レンズ部は、少なくとも第１の電子レンズとこれよりもスクリーン側にある第２の電子レンズからなり、前記第１の電子レンズは陰極側からスクリーンに向かって順次配置された第１の電極と第２の電極と第３の電極からなり、第２の電極電位は第１、第３の電極電位よりも低く、前記第１の電子レンズの第１の電極の陰極側に電子ビームの水平方向を集束し垂直方向を発散する４極子レンズ成分を形成する手段のあることを特徴とするカラー受像管。
【請求項２】
少なくとも電子銃部、スクリーン部とこれらを包囲する外囲器と偏向部からなり、前記電子銃部から発射される電子ビームを前記偏向部により垂直方向および水平方向に偏向するカラー受像管であって、前記電子銃部は陰極を含む電子ビーム形成部と該電子ビーム形成部によって形成された水平方向にインライン状の複数本の電子ビームをそれぞれ前記スクリーン部に集束する主電子レンズ部を少なくとも備えるカラー受像管において、
前記主電子レンズ部は、少なくとも第１の電子レンズとこれよりもスクリーン側にある第２の電子レンズからなり、前記第１の電子レンズは陰極側からスクリーンに向かって順次配置された第１の電極と第２の電極と第３の電極からなり、第２の電極電位は第１、第３の電極電位よりも低く、第１の電極はそれぞれ電子ビーム通過孔を有する複数個の部材からなり、前記複数個の部材のうち少なくとも１個の部材はインライン状の複数本の電子ビームを共通に包囲する断面が実質的に水平方向に長方形状の筒状部と、その少なくとも一端にこの筒状部と実質的に直交する電子ビーム通過孔をもつ面部から少なくともなり、前記実質的に長方形状の筒状部は、その短軸方向の内径Ｗが前記第２の電極に対向する側に設けられた面部の電子ビーム通過孔の垂直径Ｒよりも小さいことを特徴とするカラー受像管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、カラー受像管に係り、特に蛍光体スクリーン周辺の解像度を向上させる電子銃を備えるカラー受像管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にカラー受像管は、図５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漏斗状のファンネル２からなる外囲器を有し、そのパネル１の内面に３色蛍光体層からなる蛍光体スクリーン３が形成され、この蛍光体スクリーン３に対向して、その内側に多数の電子ビーム通過孔の形成された色選別電極としてのシャドウマスク４が配置されている。一方、ファンネル２のネック５内に３電子ビーム６B ，６G ，６R を発射する電子銃７が封止されている。そして、ファンネル２の外側に装着された偏向ヨーク８の発生する水平、垂直偏向磁界により、上記電子銃７から発射された３電子ビーム６B ，６G ，６R を偏向して、蛍光体スクリーン３を水平、垂直走査することにより、カラー画像を再生する構造に形成されている。
【０００３】
このようなカラー受像管のうち、現在一般に使用されているインライン型カラー受像管は、蛍光体スクリーン３が垂直方向に長いストライプ状の３色蛍光体層で形成され、電子銃７が同一水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 を発射するものとなっている。特に一列配置の３電子ビーム６B ，６G ，６R を自己集中するセルフコンバーゼンス・インライン型カラー受像管では、偏向ヨーク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て、これら水平、垂直偏向磁界により、上記電子銃７から発射された一列配置の３電子ビーム６B ，６G ，６R を蛍光体スクリーン３上の一点に集中するように構成されている。
【０００４】
このようなカラー受像管に使用される電子銃として、従来より各種方式のものがある。しかしそのいずれの電子銃も、陰極からの電子放出を制御しかつ放出された電子を集束する電子ビーム発生部と、この電子ビーム発生部から引出された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する。
【０００５】
図６（ａ）にその一例を示す。この電子銃は、水平方向にインライン状に配列された３個の陰極Ｋ（ＫB ，ＫG ，ＫR ）およびこの陰極Ｋ上に順次所定間隔離れて蛍光体スクリーン３方向に配置された第１ないし第４グリッドＧ1 〜Ｇ4 から構成されている。その第１および第２グリッドＧ1 ，Ｇ2 は、陰極Ｋに対応して比較的小さな３個の電子ビーム通過孔が水平方向にインライン状に形成された板状電極からなる。第３グリッドＧ3 はカップ状の電極、第４グリッドＧ4 は筒状の電極からなり、その第３グリッドＧ3 の第２グリッドＧ2 側には、上記第２グリッドＧ2 の電子ビーム通過孔よりも大きな３個の電子ビーム通過孔が水平方向にインライン状に形成され、第３グリッドＧ3 の第４グリッドＧ4 側および第４グリッドＧ4 には、さらに大きな１個の電子ビーム通過孔が形成されている。
【０００６】
この電子銃の各電極には、図６（ａ）に示した電極構成に対応して同（ｂ）に示した電位１０が付与される。すなわちたとえば陰極Ｋに１００〜２００Ｖ、第１グリッドＧ1 に０Ｖ、第２グリッドＧ2 に５００〜１０００Ｖ、第３グリッドＧ3 に４〜８ kＶ、第４グリッドＧ4 に陽極電圧である２０〜３０ kＶの電位が付与される。それにより、陰極Ｋおよび第１、第２、第３グリッドＧ1 ，Ｇ2 ，Ｇ3 により電子ビーム発生部ＧＥＡが形成され、第３、第４グリッドＧ3 ，Ｇ4 により主電子レンズ部ＭＬＡが形成される。
【０００７】
図６（ｃ）に上記電位を付与したときに形成される電子レンズを光学的モデルで示す。陰極Ｋから放出された電子は、陰極Ｋおよび第１、第２グリッドＧ1 ，Ｇ2 によりクロスオーバＣＯを形成し、ついで第２、第３グリッドＧ2 ，Ｇ3 間に形成されるプリフォーカスレンズＰＬ（予備集束レンズ）によりわずかに集束され、電子ビーム６（６B ，６G ，６R ）を形成して第３グリッドＧ3 に発散しながら入射する。ついでこの第３グリッドＧ3 に入射した電子ビーム６は、第３、第４グリッドＧ3 ，Ｇ4 間に形成される主電子レンズＭＬにより蛍光体スクリーン３上に集束され、この蛍光体スクリーン３上にビームスポットＳＰを形成する。
【０００８】
この蛍光体スクリーン３上にビームスポットＳＰは、上記第３グリッドＧ3 に発散しながら入射する電子ビーム６の陰極Ｋ側への延長上に得られる仮想クロスオーバＶＣＯを図６（ｄ）に示すように物点１１として、これを蛍光体スクリーン３上に像点１２として結像させたものとみなすことができる。
【０００９】
したがって蛍光体スクリーン３上のビームスポットＳＰをできるだけ小さくして、蛍光体スクリーン３上に描かれる画像特性を良好にするためには、主電子レンズＭＬのレンズ性能を向上させることも重要であるが、物点１０である仮想クロスオーバＶＣＯの径をできるだけ小さくすること、および主電子レンズＭＬに入射する電子ビーム６の発散角αを小さく抑えて、主電子レンズＭＬの収差の影響を受けにくくすることもきわめて重要である。特にこの主電子レンズＭＬの収差の影響は、電子ビーム６の電流量（ビーム電流量）が多いときに顕著となる。
【００１０】
上記主電子レンズに入射する電子ビームの発散角を小さく抑えるために、電子ビーム発生部と主電子レンズとの間に補助電子レンズ部を形成して、電子ビーム発生部とこの電子ビーム発生部に接近して形成された補助電子レンズ部とでもって電子ビーム形成部とし、それにより主電子レンズに入射する電子ビームの状態を調整する電子銃が、特公昭２９−２２１６号公報、特公昭６０−５１７７５号公報、特開昭５７−３０２４７号公報などに示されている。
【００１１】
このうち、特公昭２９−２２１６号公報および特公昭６０−５１７７５号公報に示されている電子銃は、それぞれ図７（ａ）、図８（ａ）に示すように、第２グリッドＧ2 と第３グリッドＧ3 との間に、第１、第２、補助グリッドＳg1，Ｓg2または第１、第２、第３，第４補助グリッドＳg1，Ｓg2，Ｓg3，Ｓg4が配置され、これら補助グリッドＳg1，Ｓg2またはＳg1，Ｓg2，Ｓg3，Ｓg4を含む各電極に、それぞれ図７（ｂ）、図８（ｂ）に示す電位１０を付与して、陰極Ｋおよび第１、第２グリッドＧ1 ，Ｇ2 により形成される電子ビーム発生部ＧＥＡと、第１、第２補助グリッドＳg1，Ｓg2と第３グリッドＧ3 または第１ないし第４補助グリッドＳg1〜Ｓg4と第３グリッドＧ3 とにより形成される補助電子レンズ部ＳＬＡとで電子ビーム形成部を形成し、第３、第４グリッドＧ3 ，Ｇ4 により主電子レンズ部ＭＬＡを形成し、図７（ｃ）、図８（ｃ）に示すように、陰極Ｋおよび第１、第２グリッドＧ1 ，Ｇ2 により形成される電子ビーム発生部ＧＥＡからクロスオーバＣＯを経て形成される電子ビーム６を、上記第１、第２補助グリッドＳg1，Ｓg2と第３グリッドＧ3 、または第１ないし第４補助グリッドＳg1〜Ｓg4と第３グリッドＧ3 とにより形成される補助電子レンズ部ＳＬＡの１つの補助電子レンズＳＬにより少し集束して、第３、第４グリッドＧ3 ，Ｇ4 間に形成される主電子レンズＭＬに入射する電子ビーム６の発散角αを小さく抑えようとしている。
【００１２】
しかしこの構造の電子銃では、前記図６に示した補助電子レンズを形成しない電子銃にくらべ、仮想クロスオーバＶＣＯの径が大きくなり、そのために蛍光体スクリーン３上のビームスポットＳＰを大幅に小さくすることはできない。
【００１３】
この仮想クロスオーバＶＣＯの径の増大は、上記公報に述べられているように、クロスオーバＣＯ部の空間電位を高くして、クロスオーバＣＯ部の空間電荷の反発効果を抑制し、クロスオーバＣＯの径を小さくするよりも結果的に悪くなる。そのため、蛍光体スクリーン３上のビームスポットＳＰの径を小さくすることはできない。
【００１４】
また特開昭５７−３０２４７号公報に示されている電子銃は、図９（ａ）に示すように、第２グリッドＧ2 と第３グリッドＧ3 との間に１個の補助グリッドＳg を配置し、この補助グリッドＳg を含む各電極に同（ｂ）に示す電位１０を付与して、陰極Ｋおよび第１、第２グリッドＧ1 ，Ｇ2 により形成される電子ビーム発生部ＧＥＡと、第２グリッドＧ2 、補助グリッドＳg および第３グリッドＧ3 により形成される補助電子レンズ部ＳＬＡとにより電子ビーム形成部を形成し、第３、第４グリッドＧ3 ，Ｇ4 により主電子レンズ部ＭＬＡを形成し、同（ｃ）に示すように、陰極Ｋおよび第１、第２グリッドＧ1 ，Ｇ2 により形成される電子ビーム発生部ＧＥＡからクロスオーバＣＯを経て形成される電子ビーム６の外側ビーム６o （離軸ビーム）のみを、第２グリッドＧ2 、補助グリッドＳg および第３グリッドＧ3 により形成される補助電子レンズＳＬで強く集束し、この外側ビーム６o のみを第３、第４グリッドＧ3 ，Ｇ4 間に形成される主電子レンズＭＬの手前で電子ビーム軸１３（ビーム軸）と交差させることにより、この外側ビーム６0 が主電子レンズＭＬの収差の影響を受けても、収差の影響を受けない内側ビーム６i （近軸ビーム）と同じように蛍光体スクリーン３上に集束するようにし、それによりブルーミング現象を解消しようとするものである。
【００１５】
しかし外側ビーム６o のみを主電子レンズＭＬの手前で電子ビーム軸１３と交差させるほど補助電子レンズＳＬを強くすると、内側ビーム６i も強く集束される。そのため、上記公報に述べられているように、主電子レンズＭＬを通過する内側ビーム６i と外側ビーム６o とを同時に蛍光体スクリーン３上に適正に集束することはきわめて難しく、内側ビーム６i も主電子レンズＭＬの手前でビーム軸１３と交差し、同（ｄ）に示すように、主電子レンズＭＬからみた物点１１は、主電子レンズＭＬに近づく。その結果、電子光学的倍率が悪くなり、像点１２で示したように蛍光体スクリーン３上のビームスポットは大きくなる。
【００１６】
このことは、電子ビーム発生部からのビーム電流量が少ない低電流時に、電子ビームが主電子レンズの手前で電子ビーム軸と交差しているとして、改良手段を提案している特開昭５７−４４９４４号公報からも明らかである。
【００１７】
また上記公報には、高電流時には内側ビームは主電子レンズの手前で電子ビーム軸と交差しないとして、低電流時には補助電子レンズを働かせないで、高電流時にのみ補助電子レンズを働かせる、いわゆるビーム電流量によるダイナミック補正方法が示されているが、このように高電流時に内側ビームが主電子レンズの手前で電子ビーム軸と交差しないように補助電子レンズの強さを調整したとしても、前述したように外側ビームのみを主電子レンズの手前で電子ビーム軸と交差させるほど強く補助電子レンズを働かせると、内側ビームも強く集束され、主電子レンズを通過する内側ビームと外側ビームとを同時に蛍光体スクリーン上に適正に集束することがきわめて難しくなる。
【００１８】
またビーム電流量に対応したダイナミック補正をおこなう場合は、高周波のため、陰極線管の駆動回路が複雑になり、使用しにくいばかりでなく高価になる。さらにインライン型カラー受像管の電子銃のように一列配置の３個の電子銃が一体化された電子銃では、同一平面上を通る一列配置の３電子ビームに対して、個々にビーム電流量に対応したダイナミック補正をおこなうことができないという致命的な問題もある。
【００１９】
一方、補助電子レンズを形成することなく、主電子レンズに入射する電子ビームの発散角を抑えるとともに、仮想クロスオーバの径を小さくするために、プリフォーカスレンズの最適化を図った電子銃が、特開昭５９−１４８２４２号公報などに示されている。
【００２０】
この電子銃は、図６に示した電子銃の第２グリッドと第３グリッドとの間に形成されるバイポテンシャル型のプリフォーカスレンズを特に強く働かせようとしたものである。このプリフォーカスレンズは、図１０（ａ）にその電子ビーム発生部を拡大して示し、同（ｂ）にその銃軸１４上の電位分布Ｖおよび２階微係数Ｖ″をそれぞれ曲線１５，１６で示したように、第２グリッドＧ2 と第３グリッドＧ3 との間に、バイポテンシャル型電子レンズの特性上、第２グリッドＧ2 側に集束レンズＣＬ、第３グリッドＧ3 側に発散レンズＤＬが形成され、全体として集束作用をもつプリフォーカスレンズＰＬとしたものである。
【００２１】
このプリフォーカスレンズＰＬは、上記公報によれば、内側ビームと外側ビームとのクロスオーバＣＯの位置と発散角が異なるため、プリフォーカスレンズＰＬの集束作用を強めることにより、主として外側ビームのみを強く集束し、電子ビーム６全体の発散角を抑えるとともに、仮想クロスオーバＶＣＯの径も小さくなるとしている。さらにこのようなプリフォーカスレンズＰＬのみを強く効かせても、内側ビームが発散角の大きいまま主電子レンズＭＬに入射することを防止するため、図８に示したように補助電子レンズ部を設け、プリフォーカスレンズＰＬで外側ビームを、また補助電子レンズ部で徐々に外側になっていく内側ビームを主として集束し、主電子レンズＭＬに入射させる方法も考えられるとしている。
【００２２】
しかし陰極Ｋから放出される電子を集束して得られる電子ビーム６の密度分布は、図１０（ｃ）に示すように、クロスオーバＣＯ部のａ面では、裾の広がりの少ない高密度分布１７a となっており、プリフォーカスレンズＰＬ部のｂ面でも、なお裾の広がりの少ない可なり急峻な密度分布１７b である。そのため、この部分で外側ビームと内側ビームを区分することは困難である。なお第３グリッドＧ3 の内側のｃ面およびｄ面では、１７c ，１７d で示したように裾の広がりが可なり大きくなる。したがって上記公報の記載のようにプリフォーカスレンズＰＬで外側ビームのみを主として集束させることは、きわめて困難である。
【００２３】
これは、図９に示した電子銃についても、電子ビームの密度分布から外側ビームも内側ビームも同じように集束されるため、同様である。
【００２４】
つまり、いずれの電子銃においても、プリフォーカスレンズのレンズ作用を強くしても、クロスオーバから発散する電子ビームは、外側ビームも内側ビームもともに強く集束され、仮想クロスオーバの径は大きくなる。
【００２５】
このことは、たとえば図７に示した電子銃のように補助電子レンズ部を設けても、プリフォーカスレンズで主として外側ビームのみを強く集束することができないため、主電子レンズ部に入射する電子ビームの最大発散角は抑えられても、仮想クロスオーバの径を十分に小さくできないことを示している。またプリフォーカスレンズの強さを変えるために、第２グリッドと第３グリッドとの間隔を変えたり、第１、第２グリッドの板厚や第１、第２、第３グリッドの電子ビーム通過孔の大きさを変えたりすると、陰極から電子を取出すためのカットオフ特性が変化し、所望のカラー受像管とならない。また必要なビーム電流量を確保できなくなるなどの実用上の不都合が生ずる。
【００２６】
以上、電子ビームの発散角を抑えて、主電子レンズの収差によるブルーミングを軽減する場合について述べたが、電子ビームの電流が低い低電流時には、物点が小さくなり、蛍光体スクリーンに集束される電子ビームのスポットが過度に小さくなった場合に新たな問題が生ずる。つまり、インライン形カラー受像管では、一般にに垂直方向に長いほぼ矩形状の電子ビーム通過孔が垂直方向にブリッジを介して複数個配列され、この垂直方向の電子ビーム通過孔列が水平方向に複数列並列されたシャドウマスクが用いられている。そのため、このシャドウマスクの電子ビーム通過孔の配列と水平方向に偏向される電子ビームの走査間隔により干渉が生じ、画面の輝度が周期的に変化するモアレが生ずる。
【００２７】
このモアレを解決するためには、シャドウマスクの電子ビーム通過孔の垂直方向の間隔を変えて、水平走査線の間隔と干渉する空間周波数をずらすことが有効である。しかしながらカラー受像管の水平走査線の数は、ＴＶシステムにより異なるし、また同じシステムでも、水平走査線の数を可変として、映像を映し出すシステムもある。したがってこのように水平走査線の間隔の相違や変化に対応して、モアレを生じないようにシャドウマスクの電子ビーム通過孔の配列を設定することはきわめて困難である。
【００２８】
一般にモアレは、電子ビームのスポットの垂直方向径が小さいほど生じやすく、また低電流の電子ビームほど顕著となる。したがって低電流の電子ビームの場合には、電子ビームのスポットの垂直方向径が極端に小さくならないように物点である仮想クロスオーバの垂直径を大きくする必要がある。一方、水平方向径は、解像度が劣化しないように仮想クロスオーバの径を小さくする必要がある。つまり、仮想クロスオーバを水平、垂直方向に非対称にする必要がある。しかしながら上述した従来の技術は、いずれも円筒電子レンズを用いているため、仮想クロスオーバを非対称にすることができないという問題がある。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、カラー受像管の画像特性を向上させるためには、蛍光体スクリーン上のビームスポットができるだけ小さくなるように、物点である仮想クロスオーバの径をできるだけ小さく、かつ主電子レンズ部に入射する電子ビームの発散角αを小さく抑えて、主電子レンズ部の収差の影響を受けにくくすることが重要かつ有効である。そのために、従来より第２グリッドと第３グリッドとの間に電子ビーム発生部からの電子ビームを集束する補助電子レンズ部を形成する補助グリッドを配置した電子銃がある。しかしこのように補助グリッドを配置しても、従来の電子銃は、蛍光体スクリーン上のビームスポットを小さくすることが困難であり、特に高電流時のブルーミング現象を十分に抑制することができず、高電流域における画像特性を向上させることが困難であった。一方、低電流ビームの場合には、電子ビームのスポットの垂直方向径が極端に小さくなって、モアレが生ずるという問題がある。
【００３０】
この発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、物点である仮想クロスオーバの径を小さくするとともに、主電子レンズ部に入射する電子ビームの発散角を小さく抑え、高電流域におけるブルーミング現象を抑制するとともに、低電流時のモアレを抑えて、低電流域から高電流域にわたり、良好な画像特性をもつカラー受像管を構成することを目的とする。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
少なくとも電子銃部、スクリーン部とこれらを包囲する外囲器と偏向部からなり、電子銃部から発射される電子ビームを偏向部により垂直方向および水平方向に偏向するカラー受像管であって、電子銃部が陰極を含む電子ビーム形成部とこの電子ビーム形成部によって形成された水平方向にインライン状の複数本の電子ビームをそれぞれスクリーン部に集束する主電子レンズ部を少なくとも備えるカラー受像管において、主電子レンズ部を、少なくとも第１の電子レンズとこれよりもスクリーン側にある第２の電子レンズから構成し、第１の電子レンズを陰極側からスクリーンに向かって順次配置された第１の電極と第２の電極と第３の電極とから構成し、第２の電極電位を第１、第３の電極電位よりも低くして、第１の電子レンズの第１の電極の陰極側に電子ビームの水平方向を集束し垂直方向を発散する４極子レンズ成分を形成する手段をもつものとした。
【００３２】
その具体的構成として、第１の電極を、それぞれ電子ビーム通過孔を有する複数個の部材から構成し、その複数個の部材のうち少なくとも１個の部材をインライン状の複数本の電子ビームを共通に包囲する断面が実質的に水平方向に長方形状の筒状部と、その少なくとも一端にこの筒状部と実質的に直交する電子ビーム通過孔をもつ面部から少なくともなり、実質的に長方形状の筒状部を、その短軸方向の内径Ｗが第２の電極に対向する側に設けられた面部の電子ビーム通過孔の垂直径Ｒよりも小さくなるようにした。
【００３３】
【作用】
上記のように電子銃を構成すると、陰極、第１グリッドおよび第２グリッドによりクロスオーバを形成して発散する電子ビームを第１の電極と第２の電極との間に形成される４極子レンズ成分をもつ第１の電子レンズ成分領域で電子ビームの垂直方向を発散する。この垂直方向の発散により電子ビームの密度分布の裾が広がって大きくなり、外側ビームと内側ビームとを区別できるようになる。この外側ビームと内側ビームとを区別できるようになって、第２の電極と第３の電極との間に形成される円筒レンズ成分をもつ第２の電子レンズ成分の球面収差領域を通過し、主として外側ビームが強く集束され、離軸電子ビームの発散角を抑えて第２の電子レンズに入射する。一方、水平方向は、第１の電極と第２の電極との間の４極子レンズ成分をもつ第１の電子レンズ領域できわめて球面収差の少ない状態に集束され、ついで第２の電極と第３の電極との間に形成される円筒レンズ成分をもつ第２の電子レンズ成分の球面収差の影響を少なく受けて、小さな発散角で第２の電子レンズに入射する。
【００３４】
したがって上記のように形成される電子ビームは、高電流の場合は、その最大発散角が小さく抑えられ、かつ主電子レンズ部からみた仮想クロスオーバの径の大きさは、外側ビームと内側ビームのそれぞれの仮想クロスオーバの位置の差が小さくなるため、その径を小さくすることができる。また低電流の場合は、電子ビームの垂直方向の仮想クロスオーバの位置が水平方向の仮想クロスオーバの位置よりも蛍光体スクリーン側に形成され、かつ第２の電子レンズ成分の球面収差の影響で物点径も大きくなる。したがって蛍光体スクリーン上のビームスポットの垂直方向径は、極端に小さくならず、モアレの発生を抑えることが可能となる。
【００３５】
【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。
【００３６】
この実施例のカラー受像管の全体の構成は、従来のカラー受像管と同じであるので、図４を参照して説明する。このカラー受像管は、パネル１とこのパネル１に一体に接合された漏斗状のファンネル２からなる外囲器を有し、そのパネル１の内面に、青、緑、赤に発光する垂直方向に長いストライプ状の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、その内側に多数の電子ビーム通過孔の形成された色選別電極としてのシャドウマスク４が配置されている。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 を発射する下記電子銃７が封止されている。そしてファンネル２の外側に装着された偏向ヨーク８の発生する磁界により、上記電子銃７から発射された３電子ビーム６B ，６G ，６R を偏向して、蛍光体スクリーン３を水平、垂直走査することにより、カラー画像を再生する構造に形成されている。
【００３７】
上記電子銃７は、図１に示すように、水平方向にインライン状に配列された３個の陰極ＫB ，ＫG ，ＫR 、これら陰極ＫB ，ＫG ，ＫR を各別に加熱するヒータ（図示せず）および上記陰極ＫB ，ＫG ，ＫR 上に順次所定間隔離れて蛍光体スクリーン３方向に配置された第１、第２、第３、第４、第５、第６グリッドＧ1 、Ｇ2 ，Ｇ3 ，Ｇ4 ，Ｇ5 ，Ｇ6 を有し、それらが絶縁支持体（図示せず）により一体に固定された構造に形成されている。
【００３８】
その第１、第２グリッドＧ1 ，Ｇ2 は、それぞれ水平方向（Ｘ方向）を長軸方向とする長方形状の板状電極からなり、第３、第４、第５、第６グリッドＧ3 ，Ｇ4 ，Ｇ5 ，Ｇ6 は、それぞれ水平方向を長軸方向とする実質的に長方形状の筒状部の一端に実質的に直交する面部が形成された２個のカップ電極の開口を突合わせた筒状電極からなる。
【００３９】
その第１、第２グリッドＧ1 ，Ｇ2 には、３個の陰極ＫB ，ＫG ，ＫR に対応して３個の比較的小さな円形電子ビーム通過孔が水平方向にインライン状に形成されている。第３グリッドＧ3 の第２グリッドＧ2 と対向する面部には、３個の陰極ＫB ，ＫG ，ＫR に対応して、第２グリッドＧ2 の電子ビーム通過孔よりも大きい３個の円形電子ビーム通過孔が水平方向にインライン状に形成されている。第３グリッドＧ3 の第４グリッドＧ4 との対向する面部および第４、第５、第６グリッドＧ4 ，Ｇ5 ，Ｇ6 を構成するカップ電極の面部には、３個の陰極ＫB ，ＫG ，ＫR に対応して、第３グリッドＧ3 の第２グリッドＧ2 との対向面の電子ビーム通過孔よりも大きい３個の円形電子ビーム通過孔が水平方向にインライン状に形成されている。
【００４０】
特にこの電子銃７においては、図１および図２（ａ）および（ｂ）に示すように、第３グリッドＧ3の第２グリッドＧ2側の電極Ｇ3Bの３個の電子ビーム通過孔２０B，２０G，２０Rの配列方向（長軸方向）と直交する短軸方向（Ｙ方向）の内径Ｗは、第４グリッドＧ4側の電極Ｇ3Tの長軸方向に形成された３個の電子ビーム通過孔２１B，２１G，２１Rの直径Ｒよりも小さくなっている。
【００４１】
表１に上記電子銃の具体的な寸法を示す。
【表１】
第１グリッドの電子ビーム通過孔Ｇ1 φ                  0.40〜1.0 mm
第１グリッドの厚さＧ1 ｔ                              0.08〜0.15mm
第１グリッドと第２グリッドとの間隔Ｇ1 ／Ｇ2           0.20〜1.0 mm
第２グリッドの電子ビーム通過孔Ｇ2 φ                  0.40〜1.0 mm
第２グリッドの厚さＧ2 ｔ                              0.10〜1.00mm
第２グリッドと第３グリッドとの間隔Ｇ2 ／Ｇ3           0.50〜1.0 mm
第３グリッドの第２グリッド側電子ビーム通過孔Ｇ3Bφ    0.80〜1.50mm
第３グリッドの第４グリッド側電子ビーム通過孔Ｇ3Tφ    4.00〜6.00mm
第３グリッドの長さＧ3 Ｌ                              1.50〜4.00mm
第３グリッドと第４グリッドとの間隔Ｇ3 ／Ｇ4           0.40〜1.0 mm
第３グリッドの第２グリッド側電極の垂直方向内径Ｇ3 ｈ  3.0 〜5.0 mm
第４グリッドの電子ビーム通過孔Ｇ4 φ                  4.00〜6.00mm
第４グリッドの長さＧ4 Ｌ                              0.80〜4.00mm
第４グリッドと第５グリッドとの間隔Ｇ4 ／Ｇ5           0.40〜1.0 mm
第５グリッドの第４グリッド側電子ビーム通過孔Ｇ5Bφ    4.00〜6.00mm
第５グリッドの第６グリッド側電子ビーム通過孔Ｇ5Tφ    4.00〜7.00mm
第５グリッドの長さＧ5 Ｌ                              8.00〜40.0mm
第５グリッドと第６グリッドとの間隔Ｇ5 ／Ｇ6           0.80〜1.2 mm
第６グリッドの電子ビーム通過孔Ｇ6 φ                  4.00〜7.00mm
この電子銃においては、図３（ｂ）に同（ａ）の構造に対応して示す電位10が付与される。すなわち陰極ＫB ，ＫG ，ＫR に１００〜２００Ｖ、これに映像信号の重畳された電位、第１グリッドＧ1 に０Ｖ、第２グリッドＧ2 に５００〜１０００Ｖ、第３グリッドＧ3 に５〜９ kＶ、第４グリッドＧ4 に０．５〜３ kＶ、第４グリッドＧ5 に第３グリッドＧ3 と同じ５〜９ kＶ、第６グリッドＧ6 に陽極電圧である２０〜３０ kＶの電位が付与される。
【００４２】
それにより、陰極ＫB ，ＫG ，ＫR 、第１グリッドＧ1 、第２グリッドＧ2 および第３グリッドＧ3 により電子ビーム形成部が形成され、図３（ｃ）に示すように、その第２グリッドＧ2 と第３グリッドＧ3 との間にバイポテンシャル型のプリフォーカスレンズＰＬが形成される。また第３グリッドＧ3 （第１の電極）、第４グリッドＧ4 （第２の電極）および第５グリッドＧ5 （第３の電極）により、ユニポテンシャル型の第１の電子レンズＬ1 が形成される。この第１の電子レンズＬ1 は、第３グリッドＧ3 側に形成される電子ビーム６（６B ，６G ，６R ）を水平方向に集束、垂直方向に発散する４極子レンズ成分ＱＬと、第５グリッドＧ5 側に形成される電子ビーム６を水平、垂直方向ともに集束する円筒電子レンズ成分ＣＬとからなる。そして第５グリッドＧ5 と第６グリッドＧ6 とにより、電子ビーム６を最終的に蛍光体スクリーン３上に集束する第２の電子レンズＬ2 が形成される。
【００４３】
上記のように第１の電子レンズＬ1の第３グリッドＧ3側に４極子レンズ成分ＱＬが形成されるわけは、図２に示したように、第３グリッドの第２グリッドＧ2側の電極Ｇ3Bが３個の電子ビーム通過孔２０B，２０G，２０Rがインライン状に配列された水平方向を長径とし、その垂直方向の内径Ｗが第３グリッドＧ3の第４グリッドＧ4側の電極Ｇ3Tの電子ビーム通過孔２１B，２１G，２１Rの直径Ｒよりも小さく形成されているためである。すなわち、上記のように第３グリッドＧ3の第２グリッドＧ2側を構成すると、図４に示すように、この第２グリッドＧ2側の電極Ｇ3Bに浸透する電界２３が水平方向と垂直方向とで異なり、同（ａ）に示した垂直方向の電界２３が同（ｂ）に示した水平方向の電界２３よりも密になる。しかも第１の電子レンズＬ1の第３グリッドＧ3側は、ユニポテンシャル型電子レンズの発散レンズ領域であるため、電位の密な垂直方向の発散が強く作用し、電子ビーム６を水平方向に集束、垂直方向に発散する４極子レンズ成分ＱＬが形成される。
【００４４】
その結果、陰極ＫB ，ＫG ，ＫR から放出された電子は、陰極ＫB ，ＫG ，ＫR および第１、第２グリッドＧ1 ，Ｇ2 によりクロスオーバＣＯを形成し、ついで第２グリッドＧ2 と第３グリッドＧ3 との間に形成されるバイポテンシャル型のプリフォーカスレンズＰＬによりわずかに集束される。このプリフォーカスレンズＰＬでは、電子ビーム６の密度分布は、まだ急峻であるため、電子ビーム６の全体にプリフォーカスレンズＰＬの集束作用が及び、電子ビーム全体６が少し集束される。
【００４５】
一般にクロスオーバＣＯの径は、ビーム電流量が３〜５ mＡのときでも、１００μm 程度であり、プリフォーカスレンズＰＬでも、電子ビームの径は、まだ１００〜２００μm 程度である。また第２グリッドＧ2 の電子ビーム通過孔でも、４００μm 程度の急峻な密度分布であるため、プリフォーカスレンズＰＬにより、電子ビーム６の外側ビームと内側ビームとに対する集束作用を大きく異ならしめることは、ほとんどできない。
【００４６】
なお、このプリフォーカスレンズＰＬがない場合は、電子ビーム６は、大きな発散角をもって広がり、電極に衝突するようになる。またこの電子銃でのバイポテンシャル型のプリフォーカスレンズＰＬは、これを形成する第３グリッドの電位が５〜９ kＶと高いため、電子ビーム６の反発による広がりを抑える上に有効に作用している。つぎに、上記プリフォーカスレンズＰＬにより少し集束された電子ビーム６は、第３ないし第５グリッドＧ3 〜Ｇ5 により形成される４極子レンズ成分ＱＬをもつユニポテンシャル型の第１の電子レンズＬ1 に入射する。
【００４７】
この第１の電子レンズＬ1 に入射した電子ビーム６は、まず４極子レンズ成分ＱＬの垂直方向に発散、水平方向に強く集束する作用を受け、図３（ｃ）に実線で示したように、外側ビーム６o が破線で示した内側ビーム６i よりも大きく発散する。そしてつぎの円筒電子レンズ成分ＣＬの領域で、垂直方向の外側ビーム６o は、この円筒電子レンズ成分ＣＬの球面収差を大きく受けて、内側ビーム６i よりも強く集束され、小さな発散角でつぎの第５グリッドＧ5 と第６グリッドＧ6 とにより形成される第２の電子レンズＬ2 に入射する。
【００４８】
このとき、内側ビーム６i の発散角は、外側ビーム６o の発散角よりも大きく、内側ビーム６i が外側ビーム６o よりも隔軸を通過し、球面収差を受けて蛍光体スクリーン３上に集束される。一方、外側ビーム６o の仮想クロスオーバＶＣＯo は、第２の電子レンズＬ2 からの距離Ｌo ，Ｌi で示したように内側ビーム６i の仮想クロスオーバＶＣＯi よりも遠くなる。そのため、蛍光体スクリーン３上に内側ビーム６i と同じ位置に像点を結ぶようになる。
【００４９】
この場合、電子ビーム６の水平方向は、４極子レンズ成分ＱＬの強い集束により円筒電子レンズ成分ＣＬの近軸を通過するので、球面収差の影響をほとんど受けずに集束され、小さな発散角で第２の電子レンズＬ2 に入射して、蛍光体スクリーン３上に集束される。このとき、水平方向の仮想クロスオーバは、垂直方向の内側ビーム６i の仮想クロスオーバよりも遠くなるため、電子ビーム６の水平方向は、垂直方向の内側ビーム６i よりも手前で結像する。したがって電子ビーム６の水平方向が蛍光体スクリーン３上に適切に集束するようにした場合、電子ビーム６の垂直方向は、若干不足集束状態となる。しかしセルフコンバーゼンス・インライン形カラー受像管では、水平偏向磁界がピンクツション形、垂直偏向磁界がバレル形となっており、この偏向磁界により画面の周辺部で電子ビーム６の垂直方向に集束作用が加わるため、上記のように電子ビーム６の垂直方向が若干不足集束状態となっていても問題はなく、かえって画面の周辺部のビームスポット径が小さくなり、解像度を向上することができる。
【００５０】
したがってこのような第１の電子レンズＬ1 で電子ビーム６を予備集束することにより、電子ビーム６の垂直方向は、特に高電流での電子ビーム６の発散角が小さく抑えられ、第２の電子レンズＬ2 の球面収差の影響を小さくして、ビームスポットのブルーミングを抑えることができる。一方、低電流時は、上記内側ビーム６i と考えてよく、第１の電子レンズＬ1 の４極子レンズＱＬにより一旦発散され、つぎの円筒電子レンズ成分ＣＬの球面収差を少なからず受ける。そのため、プリフォーカスレンズＰＬだけで集束した場合よりも、その物点径は大きくなる。したがって垂直方向のビームスポットは大きくなり、シャドウマスク４の電子ビーム通過孔の配列との干渉によるモアレが生じにくくなる。
【００５１】
一方、水平方向は、主に球面収差のきわめて少ない４極子レンズＱＬにより集束され、発散角が抑えられるため、物点径の劣化（拡大）は、きわめて少ない。したがって水平方向のビームスポットを小さくでき、解像度を向上することができる。
【００５２】
したがって上述のように電子銃７を構成すると、電子ビーム６が高電流のときには、その水平、垂直方向の発散角を効果的に抑えて、最終的に蛍光体スクリーン３上に集束する電子レンズＬ2 の球面収差の影響を少なくし、蛍光体スクリーン３上のビームスポットをブルーミングのない小さなビームスポット径とすることができる。また低電流時には、電子ビームの垂直方向の物点径を大きくし、蛍光体スクリーン３上のビームスポットの径を過度に小さくしなくなるため、モアレを生じにくくすることがてき、低電流域から高電流域にわたり、良好な画像特性を備えるカラー受像管を構成することができる。
【００５３】
なお、上記実施例では、電子銃の第２の電子レンズをバイポテンシャル型の対称レンズとしたが、この発明は、その第２の電子レンズをユニポテンシャル型や拡張電界型、あるいはそれらの複合型としてもよい。また非対称の電子レンズにも適用することができる。
【００５４】
【発明の効果】
水平方向にインライン状の複数本の電子ビームを発射する電子銃を有するカラー受像管において、その主電子レンズ部を、少なくとも第１の電子レンズとこれよりもスクリーン側にある第２の電子レンズから構成し、第１の電子レンズを陰極側からスクリーンに向かって順次配置された第１の電極と第２の電極と第３の電極から構成し、第２の電極電位を第１、第３の電極電位よりも低くして、第１の電子レンズの第１の電極の陰極側に電子ビームの水平方向を集束し垂直方向を発散する４極子レンズ成分を形成する手段をもつものとし、具体的には、その第１の電極を、それぞれ電子ビーム通過孔を有する複数個の部材から構成し、その複数個の部材のうち少なくとも１個の部材をインライン状の複数本の電子ビームを共通に包囲する断面が実質的に水平方向に長方形状の筒状部と、その少なくとも一端にこの筒状部と実質的に直交する電子ビーム通過孔をもつ面部から少なくともなる実質的に長方形状の筒状部を、その短軸方向の内径Ｗが前記第２の電極に対向する側に設けられた面部の電子ビーム通過孔の垂直径Ｒよりも小さくすることにより、高電流の電子ビームについては、その発散角を効果的に抑えて、電子ビームを最終的に蛍光体スクリーン上に集束する電子レンズの球面収差の影響を少なくし、蛍光体スクリーン上のビームスポットをブルーミングのない小さなスポット径とすることができる。一方、低電流の電子ビームについては、電子ビームの垂直方向の物点径を大きくして、蛍光体スクリーン上のビームスポットの垂直方向の径が過度に小さくならないようにして、シャドウマスクの電子ビーム通過孔の配列との干渉によるモアレを生じにくくし、低電流域から高電流域にわたり、良好な画像特性を備えるカラー受像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の電子銃の構成を示す断面図である。
【図２】図２（ａ）はその第３グリッドの第２グリッド側の電極の構造を示す図、図２（ｂ）は第４グリッド側の電極の構造を示す図である。
【図３】図３（ａ）は図３（ｂ）および図３（ｃ）に対応して示した電子銃の構成図、図３（ｂ）はその各電極に付与する電位を示す図、図３（ｃ）は電子銃に形成される電子レンズの光学モデル図である。
【図４】図４（ａ）は第３、第４および第５グリッドにより形成される第１の電子レンズの垂直方向の電界を示す図、図４（ｂ）は水平方向の電界を示す図である。
【図５】カラー受像管の構成を示す図である。
【図６】図６（ａ）は従来の電子銃の構成を示す図、図６（ｂ）はその各電極に付与する電位を示す図、図６（ｃ）は電子銃に形成される電子レンズの光学的モデル図、図６（ｄ）はその電子レンズにより形成される物点と像点との関係を示す図である。
【図７】図７（ａ）は従来の補助グリッドの配置された電子銃の構成を示す図、図７（ｂ）はその各電極に付与する電位を示す図、図７（ｃ）はその電子銃に形成される電子レンズの光学的モデル図である。
【図８】図８（ａ）は従来の補助グリッドの配置された異なる電子銃の構成を示す図、図８（ｂ）はその各電極に付与する電位を示す図、図８（ｃ）はその電子銃に形成される電子レンズの光学的モデル図である。
【図９】図９（ａ）は従来の補助グリッドの配置されたさらに異なる電子銃の構成を示す図、図９（ｂ）はその各電極に付与する電位を示す図、図９（ｃ）はその電子銃に形成される電子レンズの光学的モデル図、図９（ｄ）はその電子レンズにより形成される物点と像点との関係を示す図である。
【図１０】図１０（ａ）は従来の補助レンズを形成することなく仮想クロスオーバを小さくする電子銃を説明するための図、図１０（ｂ）はその銃軸上の電位分布およびその２階微分を示す図、図１０（ｃ）はその電子銃の各部分における電子ビームの密度分布を示す図である。
【符号の説明】
１…パネル
３…蛍光体スクリーン
６B ，６G ，６R …３電子ビーム
６i …内側ビーム
６o …外側ビーム
７…電子銃
２０B ，２０G ，２０R …電子ビーム通過孔
２１B ，２１G ，２１R …電子ビーム通過孔
２３…電界
ＣＬ…円筒電子レンズ成分
ＣＯ…クロスオーバ
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
Ｇ3B…第３グリッドの第２グリッド側電極
Ｇ3T…第３グリッドの第４グリッド側電極
ＫB ，ＫG ，ＫR …陰極
Ｌ1 …第１の電子レンズ
Ｌ2 …第２の電子レンズ
ＰＬ…プリフォーカスレンズ
ＱＬ…４極子レンズ成分
ＶＣＯi …内側ビームの仮想クロスオーバ
ＶＣＯo …外側ビームの仮想クロスオーバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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