ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА ЦВЕТНОЙ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ТРУБКИ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1997 года по МПК H01J29/48 H01J29/50 

Изобретение относится к системам воспроизведения цветного изображения и, более конкретно, к электронной пушке цветной электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), которая обеспечивает высокое разрешение при регулировании силы электростатической линзы, динамически управляющей пучком электронов в соответствии с силой тока.

Известны электронные пушки, содержащие средство эмиссии электронов, управляющие, ускоряющие и фокусирующие электроды. Схематичное представление такой известной электронной пушки приведено на фиг.1, где показаны катод 1 для эмиссии электронов, управляющий электрод 2 для управления эмиссией электронов, первый ускоряющий электрод 3, система фокусирующих электродов 4, второй ускоряющий электрод 5 и экран 6.

Испускаемый катодом 1 пучок электронов начинает расходиться в области кроссовера 7 вблизи первого ускоряющего электрода 3. Управляющий электрод 2, обычно заземленный, и первый ускоряющий электрод 3 образуют область формирования пучка электронов. Первый ускоряющий электрод 3 и фокусирующий электрод 4 образуют предварительно фокусирующую линзу 8. Фокусирующий электрод 4 и второй ускоряющий электрод 5 образуют главную электростатическую линзу 9, посредством которой расходящийся пучок электронов 10 формирует пятно (элемент изображения) на экране 6.

Размер пятна непосредственно связан с разрешением ЭЛТ, при этом чем меньше размер пятна, тем выше разрешение. К основным факторам, определяющим размер элемента изображения, относятся конфигурация главной электростатической линзы, сферический астигматизм, пространственный заряд, действующий на электроны в свободном пространстве между электронной пушкой и экраном. Эти факторы тесно связаны с углом расхождения пучка электронов, входящего в главную электростатическую линзу, при фиксированном угле α (см. фиг.2).

Так размер пятна Dx, обусловленный увеличением M главной линзы, определяется как Dx M • dx, где dx размер мнимого изображения, полученного экстраполяцией угла расхождения. Размер пятна Dsa, обусловленный сферическим астигматизмом, определяется как Dsa Cs • a³, где Cs - коэффициент сферического астигматизма, a угол расхождения. Размер пятна Dsc, обусловленный пространственным зарядом, во взаимосвязи с силой тока I, шириной пучка Db в главной линзе, расстоянием L от главной линзы до экрана, максимальным напряжением Va на положительном полюсе и константой b для электронов, движущихся в электрическом поле в вакууме, может быть выражен в виде Dsc= 0,8β•I•L²/DbVa³.

Полный размер пятна Dt, определенный вышеуказанными соотношениями, может быть выражен следующим образом

Угол расхождения, при котором общий размер пятна минимален, называется оптимальным углом расхождения α₀. На фиг.3 показан оптимальный угол расхождения α₀, причем абсцисса и ордината представляют соответственно угол расхождения α и размер пятна D. Как показано на фиг. 3, полный размер пятна Dt определяется размером пятна Dx, обусловленным конфигурацией главной линзы, размером пятна Dsa, обусловленным сферическим астигматизмом, и размером пятна Dsc, обусловленным пространственным зарядом, при этом угол расхождения, соответствующий значению абсциссы, для которого размер пятна минимален, является оптимальным углом расхождения a₀.

На фиг.4 представлен график зависимости оптимального угла расхождения от силы тока, где α₀₁,α_0,2,α_0,3 оптимальные углы расхождения при различных значениях силы тока 1 мА, 2 мА и 3 мА, откуда видно, что размеры пятна Do1, Do2, Do3 увеличиваются с увеличением силы тока.

На фиг.5 показана типовая характеристика изменения угла расхождения Ao и изменения оптимального угла расхождения Bo в функции силы тока для известной электронной пушки. Из графика следует, что отклонение угла расхождения от оптимального значения становится больше при увеличении силы тока больше 1 мА, что приводит к возрастанию размера пятна. Таким образом, если такая электронная пушка рассчитана на оптимальный угол расхождения при заданной силе тока, то при любой другой силе тока в ней не будет обеспечиваться оптимальный угол.

Следовательно, поскольку угол расхождения увеличивается очень резко при увеличении силы тока, увеличение главной линзы будет меняться в соответствии с силой тока. А поскольку напряжение фокусирующего электрода будет меняться в соответствии с силой тока, ввиду вышеуказанных причин, в известной электронной пушке следовало бы использовать дополнительные электроды, что привело бы к увеличению ее стоимости.

Задачей изобретения является создание электронной пушки для цветной ЭЛТ, преодолевающей недостатки решений, известных из предшествующего уровня техники. Достигаемым при этом техническим результатом является улучшение разрешения трубки цветного изображения путем управления углом расхождения пучка электронов в соответствии с изменением силы тока.

Указанный технический результат достигается тем, что электронная пушка цветной электронно-лучевой трубки, содержащая средство эмиссии пучков электронов в виде трех расположенных в ряд катодов, управляющий и ускоряющий электроды для управления величиной эмиссии и формирования кроссовера пучков электронов, а также по меньшей мере два фокусирующих электрода и положительный электрод для формирования главной электростатической фокусирующей линзы, причем средство эмиссии пучков электронов и упомянутые электроды размещены вдоль трубки последовательно с пространственным разнесением с заданными интервалами, в соответствии с изобретением содержит дополнительный катодный электрод, напряжение на котором синхронизировано с напряжением, прикладываемым к средству эмиссии пучков электронов, при этом дополнительный катодный электрод размещен между ускоряющим электродом и ближайшим к нему фокусирующим электродом и предназначен для образования усиливающей электростатической линзы для управления углом расхождения пучка электронов в соответствии с силой тока.

При этом дополнительный катодный электрод может иметь трубчатую форму и содержать расположенные в линию три сквозных отверстия для прохода пучков электронов, изолирующую часть между краями отверстия и краем электрода, и проводящие выводы, выполненные в изолирующей части и соединенные с каждым из отверстий.

Указанный выше технический результат достигается также тем, что электронная пушка цветной электронно-лучевой трубки, содержащей средство эмиссии пучков электронов в виде трех расположенных в ряд катодов, управляющий и ускоряющий электроды для управления величиной эмиссии и формирования кроссовера пучков электронов, а также по меньшей мере два фокусирующих электрода и положительный электрод для образования главной электростатической фокусирующей линзы, причем средство эмиссии пучков электронов и упомянутые электроды размещены вдоль оси трубки последовательно с пространственным разнесением с заданными интервалами, в соответствии с изобретением содержит дополнительный катодный электрод, напряжение на котором синхронизировано с напряжением, прикладываемым к средству эмиссии пучков электронов, размещенный между первым и вторым фокусирующими электродами.

На фиг.1 дано схематичное представление известной электронной пушки; на фиг. 2 линза, формируемая известной электронной пушкой; на фиг.3 график для расчета оптимального угла расхождения для конкретного размера пятна; на фиг. 4 график для расчета оптимального угла в функции силы тока; на фиг.5 график угла расхождения и оптимальный угол расхождения в функции силы тока для известной электронной пушки; на фиг.6 схематичное представление электронной пушки, выполненной согласно первому варианту осуществления изобретения; на фиг. 7 схематичное представление электронной пушки, выполненной согласно второму варианту осуществления изобретения; на фиг.8 общий вид дополнительного катодного электрода электронной пушки, соответствующей изобретению; на фиг.9 сечение A-A' на фиг.8; на фиг.10 сечение B-B' на фиг.8; на фиг.11 графики напряжения в функции времени для дополнительного катодного электрода электронной пушки, соответствующей изобретению; на фиг.12 график угла расхождения в функции силы тока для первого варианта осуществления изобретения; на фиг.13 график размера пятна в функции силы тока для первого варианта осуществления изобретения; на фиг.14 то же, что на фиг.12, для второго варианта осуществления изобретения; на фиг.15 то же, что на фиг.13, для второго варианта осуществления изобретения.

Как показано на фиг.6, электронная пушка, выполненная в соответствии с изобретением, содержит средство эмиссии пучков электронов (катод) 1, множество электродов 2 5 для управления, ускорения и фокусирования эмиттированных пучков электронов, дополнительный катодный электрод 11 толщины t₁, введенный между первым ускоряющим электродом 3 и фокусирующим электродом 4 на расстоянии l₁ от указанных элементов. К дополнительному катодному электроду 11 прикладывается напряжение Vc', усиленное за счет синхронизации с катодным напряжением Vc, имеющее амплитуду, изменяющуюся в функции времени от дополнительного катодного электрода 11.

На фиг. 7 представлена электронная пушка, выполненная в соответствии с вторым вариантом осуществления изобретения. Здесь электронная пушка содержит дополнительный катодный электрод 12 толщины t₂, введенный между первым фокусирующим электродом 4A и вторым фокусирующим электродом 4B на расстоянии 12 от указанных электродов. И в данном варианте электронная пушка работает при приложении напряжения Vc', усиленного за счет синхронизации с катодным напряжением Vc, имеющего амплитуду, изменяющуюся в функции времени от дополнительного катодного электрода 12.

На фиг. 8 10 представлено детальное выполнение дополнительного катодного электрода электронной пушки, выполненной в соответствии с изобретением. Как показано на фиг. 8, пространство между краями трех отверстий 13R, 13G и 13B и краем 14 электрода обработана нанесением металлокерамики с образованием керамической изоляционной части 15 (заштрихована) для электрической изоляции отверстий 13R, 13G, 13B. Проводящие выводы 14 (показаны пунктиром), заделанные в керамическую часть для обеспечения их изоляции друг от друга, предусмотрены для каждого из трех отверстий 13R, 13G, 13B для подачи к каждому из них питающей мощности. Для фиксации дополнительного катодного электрода в электронной пушке между двумя электродами предусмотрены вставки 15 из зернистого стекла сверху и снизу для каждого из отверстий 13R, 13G, 13B. Вставки 15 выступают на высоту h от края 14 электрода, как показано на фиг. 10.

Электронная пушка цветной ЭЛТ, выполненная согласно изобретению, работает следующим образом.

Как показано на фиг.11, катодное напряжение Vc, амплитуда которого изменяется в функции времени, усиливается до величины BVc' и синхронизируется с напряжением на дополнительном катодном электроде 11, введенном между первым ускоряющим электродом 3 и фокусирующим электродом 4 (см. фиг.6). Соответственно формируется усиливающая электростатическая линза 16, изменяемая в функции силы тока и расположенная между первым ускоряющим электродом 3 и фокусирующим электродом 4.

Как показано на фиг.12, когда сила тока велика, потенциал катода в общем случае низок, и поскольку потенциал синхронизированного с ним дополнительного катодного электрода 11 также понижается, то усиливающая электростатическая линза 16 становится толще, а угол расхождения α пучка электронов уменьшается. И наоборот, когда сила тока мала, катодный потенциал становится выше, и поскольку потенциал синхронизированного с ним дополнительного катодного электрода 11 также повышается, то усиливающая электростатическая линза 16 становится тоньше, а угол расхождения a пучка электронов увеличивается. Соответствующие зависимости приведены на фиг.12, где график изменения угла расхождения a₂ пучка электронов в пушке с дополнительным катодным электродом показывает сравнительно меньшее изменение по отношению к изменению угла расхождения α₁ в пушке без такого электрода.

Благодаря указанному действию усиливающей электростатической линзы 16, обеспечивающей направление пучка электронов в главную электростатическую линзу 9 с оптимальным углом расхождения для данной силы тока, как показано на фиг. 13, можно получить график изменения размера пятна D₂, показывающий сравнительно меньшее изменение по сравнению с графиком размера пятна D₁ при отсутствии контроля размера пятна, предусмотренного изобретением. Таким образом, за счет указанного контроля размеров пятна, непосредственно влияющего на разрешение ЭЛТ, может обеспечиваться воспроизведение малых элементов изображения высокой плотности.

В другом варианте настоящего изобретения, иллюстрируемом фиг. 7, напряжение Vc, приложенное к дополнительному катодному электроду 12, синхронизируется с катодным напряжением Vc и усиливается. Соответственно, как показано на фиг.14, когда сила тока велика, поскольку напряжение синхронизированного с ним дополнительного катодного электрода 12 понижается, то электростатическая линза 17 становится толще, а угол расхождения пучка электронов α уменьшается. А когда сила тока мала, поскольку напряжение синхронизированного с ней дополнительного катодного электрода 12 повышается, то усиливающая электростатическая линза 17 становится тоньше, а угол расхождения a пучка электронов увеличивается. Соответственно этому на фиг. 14 представлен график изменения угла расхождения a₄ для электронной пушки, выполненной согласно второму варианту осуществления изобретения, показывающий сравнительно меньшее расхождение пучка электронов по сравнению с графиком угла расхождения α₃ без использования предусмотренного этим вариантом дополнительного катодного электрода.

В результате действия усиливающей электростатической линзы 17 (передняя фокусирующая линза), которая обеспечивает направление потока электронов к главной линзе 9 в оптимальном угле расхождения для конкретной силы тока, может быть получен график для размера пятна D₄, иллюстрирующий сравнительно меньшие изменения упомянутого размера в сравнении с изменениями размера пятна D₃ для случая отсутствия предусмотренного изобретением дополнительного катодного электрода 12.

Таким образом, настоящее изобретение облегчает управление размерами пятна, влияющими в определенной степени на разрешение ЭЛТ при воспроизведении элементов изображения, характеризуемых малыми размерами и высокой плотностью расположения.

Настоящее изобретение обеспечивает незначительное изменение размеров элементов изображения на экране цветной ЭЛТ, в частности позволяет уменьшить их размеры при высоких значениях силы тока, в результате чего может быть улучшено разрешение формируемых при этом цветных изображений.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1618280, кл. H 01 J 29/50, 1987.

Использование: для цветных электронно-лучевых трубок высокого разрешения. Сущность изобретения: в цветную электронно-лучевую трубку, содержащую катодный, управляющий, ускоряющий, 2 фокусирующих и положительный электроды, размещенные вдоль оси трубки, введен дополнительный катодный электрод, напряжение которого синхронизировано с напряжением, прикладываемым к основному катодному электроду, размещенный между ускоряющим и ближайшим к нему фокусирующим электродом. Дополнительный катодный электрод в другом варианте размещен между первым и вторым фокусирующими электродами. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Электронная пушка цветной электронно-лучевой трубки, содержащая средство эмиссии пучков электронов в виде трех расположенных в ряд катодов, управляющий и ускоряющий электроды для управления величиной эмиссии и формирования кроссовера пучков электронов, а также по меньшей мере два фокусирующих электрода и положительный электрод для формирования главной электростатической фокусирующей линзы, причем средство эмиссии пучков электронов и упомянутые электроды размещены вдоль оси трубки последовательно с пространственным разнесением с заданными интервалами, отличающаяся тем, что содержит дополнительный катодный электрод, напряжение на котором синхронизировано с напряжением, прикладываемым к средству эмиссии пучков электронов, размещенный между ускоряющим электродом и ближайшим к нему фокусирующим электродом, и предназначенный для образования усиливающей электростатической линзы для управления углом расхождения пучка электронов в соответствии с силой тока. 2. Электронная пушка по п.1, отличающаяся тем, что дополнительный электрод имеет форму трубки для прохода трех пучков электронов через отверстия, расположенные в линию, изоляционную часть, образованную между краями отверстия и краем электрода, и вводы, заделанные в изоляционную часть. 3. Электронная пушка цветной электронно-лучевой трубки, содержащая средство эмиссии пучков электронов в виде трех расположенных в ряд катодов, управляющий и ускоряющий электроды для управления величиной эмиссии и формирования кроссовера пучков электронов, а также по меньшей мере два фокусирующих электрода и положительный электрод для образования главной электростатической фокусирующей линзы, причем средство эмиссии пучков электронов и упомянутые электроды размещены вдоль оси трубки последовательно с пространственным разнесением с заданными интервалами, отличающаяся тем, что содержит дополнительный катодный электрод, напряжение на котором синхронизировано с напряжением, прикладываемым к средству эмиссии пучков электронов, размещенный между первым и вторым фокусирующими электродами.