專利名稱:攝象管的制作方法
本發(fā)明涉及一種攝象管的磁聚焦靜電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，尤其涉及對這種偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)特性的改進。
作為攝象管聚焦偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的一種方案，所謂磁聚焦靜電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)(下文簡稱MS系統(tǒng))已經(jīng)是為人所知了，這種系統(tǒng)利用磁場來聚焦并利用靜電場來偏轉(zhuǎn)電子束。在一些資料中詳細地描述了用于攝象管的這種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。比如，1967年5月9日的美國專利第3，319，110號或1974年5月12日的美國專利第3，796，910號。
在圖1中示出了MS攝象管的一種現(xiàn)有技術(shù)的具體結(jié)構(gòu)。參照圖1，成四極式的靜電偏轉(zhuǎn)電極1被用來在水平和垂直方向產(chǎn)生均勻的偏轉(zhuǎn)場。靜電偏轉(zhuǎn)電極1與管殼2的內(nèi)表面緊密地接觸。在靠近攝象管的一端(后端)，設(shè)置有一用來產(chǎn)生電子束的電子槍3，而在另一端(前端)的屏面上，形成有一光電導(dǎo)靶5，一網(wǎng)狀電極4裝在離光電導(dǎo)靶5一定距離處。這些元件都裝在管殼2內(nèi)。聚焦線圈7環(huán)繞著管殼2并產(chǎn)生聚焦電子束的磁場。
圖2示出了從偏轉(zhuǎn)電極內(nèi)部向外看的偏轉(zhuǎn)電極展開圖。K。施萊辛格(K.Schlesinger)(1954年6月15日的美國專利第2，681，426)號)發(fā)明了鋸齒形電極，并稱之為曲線箭頭形偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)(Curved arrow pattern yoke)。有時通過圍繞管軸扭轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)電極來改變這些電極的形狀，以減小光柵畸變并改進偏轉(zhuǎn)靈敏度(例如1972年5月30日的美國專利3，666，985號中的圖3)。
扭角ω示于圖2。偏轉(zhuǎn)電極的節(jié)距為L0，重復(fù)次數(shù)為N，偏轉(zhuǎn)電極的總長度為NL0。把Z軸的正向取為未偏轉(zhuǎn)電子行進的方向。Q方向為圍繞著管子Z軸的圓周方向。V+，V-以及H+，H-分別為垂直和水平偏轉(zhuǎn)電極。這種MS攝象管從理論上來說具有下述優(yōu)點，即在整個電子束掃描范圍內(nèi)能得到均勻的分辨率并能把畸變減至最小。
但是，在實際的攝象管中，電子槍3的電極是如圖1所示那樣設(shè)計的，即在膜孔6和電子槍電極3前端之間的間距L1的區(qū)域內(nèi)，由靜電偏轉(zhuǎn)電極1所產(chǎn)生的靜電偏轉(zhuǎn)場是被屏蔽了的，結(jié)果，在此區(qū)域內(nèi)靜電偏轉(zhuǎn)場幾乎為零。在靜電偏轉(zhuǎn)電極1的前端和網(wǎng)狀電極4之間的L3的區(qū)域內(nèi)，靜電偏轉(zhuǎn)場也幾乎為零。此外，在網(wǎng)狀電極4和光電導(dǎo)靶5之間的間距L4的區(qū)域內(nèi)只存在一強靜電減速場EZ，而無靜電偏轉(zhuǎn)場。
另一方面，因為聚焦線圈7的長度有限，從而，在管軸上產(chǎn)生的磁場不是恒值和均勻的，而是如圖3所示的近似高斯分布。
因而，由于電磁場的不均勻，這種MS攝象管肯定會有偏轉(zhuǎn)象差和著靶偏差。
因此，實際的攝象管遇到的一個問題是，當(dāng)電子束受到偏轉(zhuǎn)時，束斑尺寸變大而且存在光柵畸變。
本發(fā)明的一個目的是提供一種MS攝象管，在這種攝象管中，偏轉(zhuǎn)后電子束斑的尺寸能減至最小并能抑制光柵畸變。
為了達到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的MS攝象管具有一種聚焦線圈，這種聚焦線圈在管軸方向產(chǎn)生一不對稱的磁場強度分布，使得靠近電子槍處的磁場強度大于靠近靶面處的磁場強度。
圖1是表明現(xiàn)有技術(shù)中MS攝象管的剖面圖;
圖2是表明沿管軸扭轉(zhuǎn)了的偏轉(zhuǎn)電極展開圖;
圖3是實際攝象管內(nèi)軸上磁場的分布圖;
圖4是根據(jù)本發(fā)明實施方案的攝象管的剖面圖;
圖5代表本發(fā)明的攝象管內(nèi)不同的軸上磁場分布;
圖6示出了對于偏轉(zhuǎn)后的電子束垂直著靶所需的網(wǎng)狀電極電壓;
圖7示出了對于圖6中同樣的條件所需的扭角;
圖8至圖10是根據(jù)本發(fā)明的攝象管的特性的解析結(jié)果的圖示;
圖11a至圖11e表明利用本發(fā)明所獲得的效果的各種電子束斑。
現(xiàn)將參照圖4來描述根據(jù)本發(fā)明的MS型攝象管的一種最佳實施方案，在圖4中與圖1相同的部件以同一參考數(shù)號來標(biāo)志，而在此處不再贅述。靜電偏轉(zhuǎn)電極1的軸向長度L2為60.0毫米，內(nèi)徑Ds為23.9毫米，電子槍3的膜孔6和電子槍電極3的前端之間的間距L1為2.2毫米，膜孔6和靠近光電導(dǎo)靶5的網(wǎng)狀電極4的表面之間的軸向距離為68.2毫米，靜電偏轉(zhuǎn)電極1和網(wǎng)狀電極4之間的間隙為1.0毫米?？拷械木W(wǎng)狀電極4的表面和靶5之間的間距L4為2.5毫米。
偏轉(zhuǎn)電極重復(fù)的數(shù)目為10，而節(jié)距L0為6毫米。
在光電導(dǎo)靶上電子束的掃描區(qū)域成一矩形，此矩形的垂直和水平方向的長度分別為9.5和12.7毫米。
舉例來說，在電子槍電極3上所加的電壓Ec2為20伏特，光電導(dǎo)靶5上所加的電壓ET為50伏特。靜電偏轉(zhuǎn)電極1上所加直流電壓Ec3為300伏特。靜電偏轉(zhuǎn)電極1上所加的直流電壓和網(wǎng)狀電極4上所加的電壓Ec4之間的電位差產(chǎn)生一靜電場，此靜電場形成一準(zhǔn)直透鏡，通過調(diào)整網(wǎng)狀電極電壓Ec4，該準(zhǔn)直透鏡能消除靶面上偏轉(zhuǎn)后的電子速度的徑向分量。因為在偏轉(zhuǎn)期間由聚焦線圈7所產(chǎn)生的磁聚焦場引起電子束的旋轉(zhuǎn)，所以在靶面處的電子具有切向(θ方向)速度分量。聚焦磁場不同，此分量也就不同。扭轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)電極也是為了消除在靶處偏轉(zhuǎn)后電子的切向分量，這可用調(diào)節(jié)扭角ω來達到。由此，網(wǎng)狀電極的電壓Ec4和靜電偏轉(zhuǎn)電極的扭角共同發(fā)揮作用，以使得受偏電子束能垂直著靶。
聚焦線圈7的軸的中心位置是在離膜孔6的距離為42.0毫米處，而它的軸的總長度為56.0毫米，是一常數(shù)。
聚焦線圈7在管軸方向分成兩個子線圈?？拷怆妼?dǎo)靶5的第一子線圈71的長度為l1，其安匝數(shù)為AT1;靠近電子槍3的第二子線圈72的長度為l2，其安匝數(shù)為AT2。
通過改變第二子線圈72和第一子線圈71的長度比l2/l1，以及改變子線圈72和71的安匝數(shù)比AT2/AT1，就能使聚焦線圈7所產(chǎn)生的磁場具有如圖5所示的在管軸上的各種分布?？梢钥闯?，在l2/l1＝1/2以及AT2/AT1＝3.0下所產(chǎn)生的磁場分布與在l2/l1＝1和AT2/AT1＝1.0(即相當(dāng)于圖1中所示未分段線圈情況)下，所產(chǎn)生的磁場分布(實曲線)相比，前者大大地向電子槍方向偏移了。當(dāng)以聚焦線圈7的總長度為1來歸一化時，軸上磁場分布(虛曲線)的峰值，對于l2/l1＝1和AT2/AT1＝1.5來說，大約位于靠近電子槍3一邊距離聚焦線圈7軸的中心位置1/6處，而對于l2/l1＝1/2和AT2/AT1＝3.0來說，大約位于離軸的中心位置1/3處。
當(dāng)安匝數(shù)比AT2/AT1如上述那樣變化時，為了使偏轉(zhuǎn)后的電子束垂直地打在靶5上，所需的網(wǎng)狀電極4的電壓也要隨之改變，如圖6中所示。此外，同樣，為電子束垂直著靶所需的靜電偏轉(zhuǎn)電極1圍繞管軸的扭角象圖7中所示那樣的變化。在這些圖中，以長度比l2/l1作為參變量。
圖6和圖7均說明l2/l1值越小或AT2/AT1值愈大，則所需的網(wǎng)狀電極電壓和扭角的值也愈大。
在AT2/AT1＝1.5到AT2/AT1＝3.0的范圍內(nèi)，扭角從54度(l2/l1＝1)變化到95度(l2/l1＝1/3)。
以長度比l2/l1作為參變量，圖8至圖10示出了通過計算機模擬定出的各種特性對安匝數(shù)比AT2/AT1的關(guān)系。不管l2/l1的數(shù)值如何，在AT2/AT1＝1.0下的特性值都和那些以未分段的聚焦線圈產(chǎn)生的無偏移的軸上磁場分布(圖5中的實踐)的值相同的。
圖8明確地示出了畸變和AT2/AT1之間的關(guān)系。從圖8可看出，在AT2/AT1＝1。5至AT2/AT1＝3.0的范圍內(nèi)，對于l2/l1＝1和l2/l1＝1/2來說，畸變值能減小到未分段線圈(l2/l1＝1，AT2/AT1＝1.0)情況下畸變值的一半或更小。然而，對于l2/l1＝1/3來說，即使改變AT2/AT1也不能把畸變減小到低于未分段線圈情況下的值。
圖9示出了橫向放大倍數(shù)和AT2/AT1之間的關(guān)系，因為網(wǎng)狀電極的電壓是如圖6中所示那樣變化的，所以甚至當(dāng)AT2/AT1變化時，橫向放大倍數(shù)幾乎保持不變。然而，當(dāng)安匝數(shù)比AT2/AT1增大時，l2/l1＝1/3情況下的橫向放大倍數(shù)與未分段線圈(l2/l1＝1，AT2/AT1＝1.0)情況下的橫向放大倍數(shù)相比，有著較大的增加，結(jié)果導(dǎo)致屏幕中心束斑尺寸的增大。
圖10示出了偏轉(zhuǎn)后的電子束在掃描區(qū)域角上最大束斑尺寸和安匝數(shù)比AT2/AT1之間的關(guān)系。在AT2/AT1＝1.5到AT2/AT1＝3.0的范圍內(nèi)，對于l2/l1＝1和l2/l1＝1/2的情況來說，最大束斑尺寸可以減小到大約為未分段線圈(l2/l1＝1，AT2/AT1＝1.0)情況下最大束斑尺寸的一半。對于l2/l1＝1/3來說，束斑尺寸在AT2/AT1＝1.5處也能減小到大致為未分段線圈情況下數(shù)值的一半，但是在安匝數(shù)比AT2/AT1增大時，它的增加速率就較大。
圖11a至11e示出了在掃描區(qū)域角上的、偏轉(zhuǎn)后的各種電子束斑形狀。從這些圖中可看出，在AT2/AT2＝1.5至AT2/AT1＝3.0的范圍內(nèi)，對l2/l1＝1和l2/l1＝1/2(圖11b至圖11e)來說，束斑尺寸能夠減小到低于未分段線圈(AT2/AT1＝1)情況下(圖11a)的值。明確的說，對于l2/l1＝1和AT2/AT1＝1.5來說(圖11b)，束斑尺寸最小，圓度也好，用它以后，在整個掃描區(qū)域內(nèi)分辨率的均勻性可以得到很大的改進。
從前面的描述中可以看出，為了把畸變和偏轉(zhuǎn)后電子束斑的尺寸減至最小，最好取長度比l2/l1為1/2到1，安匝數(shù)比AT2/AT1設(shè)置在1.5到3.0的范圍內(nèi)。在這種條件下，如圖5所示，以聚焦線圈7的總長度為1來歸一化后，軸上磁場強度分布的峰值落在靠近電子槍3一邊、離聚焦線圈7的軸的中心位置1/6到1/3的范圍內(nèi);同時，圍繞管軸扭轉(zhuǎn)的靜電偏轉(zhuǎn)電極1的扭角，如圖7中所示從54度變到95度。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明前面的實施方案，把聚焦線圈分成兩個子線圈，取靠近電子槍的第二子線圈的長度為靠近光電導(dǎo)靶的第一子線圈長度的0.5到1.0倍，并取第二子線圈的安匝數(shù)為第一子線圈安匝數(shù)的1.5到3.0倍。與那些現(xiàn)有技術(shù)中的攝象管相比，畸變能減小一半或更多，而偏轉(zhuǎn)后的電子束斑的尺寸能夠減小一半左右，從而獲得一種畸變最小，并且改善了整個掃描區(qū)域內(nèi)分辨率的均勻性的攝象管。
雖然在上述實施方案中，把聚焦線圈分開以提供不對稱的磁場分布，但是單位軸向長度上匝數(shù)漸變的單個線圈，當(dāng)然也可以用來實現(xiàn)這種不對稱的分布。
權(quán)利要求
1、一種攝象管，其特征在于包括
一個管殼，在它的一端裝有一產(chǎn)生電子束的電子槍；
一個靶，它設(shè)置在所述管殼的另一端，受電子束掃描；
一個靜電偏轉(zhuǎn)電極，它設(shè)置在所述管殼的內(nèi)表面，用來產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)電子束的靜電場；
一個網(wǎng)狀電極，位于所述靶和所述電子槍之間；以及
一個環(huán)繞所述管殼的聚焦線圈，所述聚焦線圈產(chǎn)生一磁場，此磁場把電子束聚焦在所述靶上，在所述管殼的軸上分布的磁場具有一個偏向電子槍方向的場強峰值。
2、根據(jù)權(quán)利要求
1的攝象管，其特征在于以所述聚焦線圈的總長度為1來歸一化后，所述軸上磁場強度分布的峰值落在靠近所述電子槍一側(cè)，離所述聚焦線圈軸的中心1/6至1/3的范圍內(nèi)。
3、根據(jù)權(quán)利要求
1的攝象管，其特征在于所述聚焦線圈至少分成兩個子線圈，以l1代表靠近所述靶的第一子線圈的軸向長度，以l2代表靠近所述電子槍的第二子線圈的軸向長度，比例l2/l1為0.5至1.0;以AT1代表所述第一子線圈的安匝數(shù)，以AT2代表所述第二子線圈的安匝數(shù)，比例AT2/AT1為1.5至3.0。
4、根據(jù)權(quán)利要求
1的攝象管，其特征在于圍繞著該管軸扭轉(zhuǎn)所述靜電偏轉(zhuǎn)電極，其扭角在54度至95度的范圍內(nèi)。
專利摘要
一種磁聚焦靜電偏轉(zhuǎn)攝象管，它利用磁場來聚焦電子束，利用靜電場來偏轉(zhuǎn)電子束。由一磁聚焦線圈產(chǎn)生的磁場沿管軸方向的分布具有一向電子槍方向偏移的峰值。可把該電子束偏轉(zhuǎn)和聚焦，以提供一最小束斑并獲得最小的畸變。
文檔編號H01J29/74GK86102397SQ86102397
公開日1986年10月15日 申請日期1986年4月7日
發(fā)明者高山成彥, 鈴木仁美, 丸山優(yōu)德, 福島正和, 倉重光宏 申請人:株式會社日立制作所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan