专利名称：显像管的偏转电子透镜系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种显像管电子枪主聚焦透镜及扫描系统，尤指一种在偏转电子透镜的显像管中，将电子枪发生聚焦作用的主透镜位置向荧光屏方向延伸至偏转轭的偏转磁场区域，令其主透镜的静电场聚焦区和偏转轭的偏转磁场区在空间上占用相同的位置，且相互重叠，使之当电子束在被静电场聚焦及被偏转磁场偏折时，其聚焦及偏转作用不仅在同一空间内发生，且于同一时间内完成。
在传统显像管(CRT)电子枪设计中，电子枪静电主透镜的聚焦区一定须与偏转轭(Yoke)的偏转磁场区分开，两个区域必须各自独立，且互不干扰。一般而言，其电子束均由电子枪的电子形成区(Beam Forming Region，or BFR)发射，成形后，经主透镜聚焦，再进入偏转磁场区，经水平、垂直扫描作用，在荧光屏上形成完整的“画面”显示。在若干显像管系统中，其偏转磁场会向电子枪区域渗透延伸，当该状况发生时，电子枪设计工程师会使用磁性材料来制造电子枪的枪身组件，使电子束在电子枪区域中受屏蔽作用，从而使其轨迹不致因磁场渗漏作用而偏离透镜轴心，造成像差。
参阅
图1，该图为传统型显像管系统的剖面示意图。这种传统显像管系统10主要包括显像管的锥状玻壳13b、显像管的玻璃屏幕14、管内壁的荧光粉层16、玻璃管颈13a、电子枪11、电子枪的偏转轭18及阳极钮30等。其中电子枪11由阴极K、控制极G1、屏极G2、聚焦电极G3及阳极G4等构成。当电子枪11产生的电子束未经偏折时，该未经偏折的电子束12沿电子枪中心轴线A-A′方向的路径射出;当电子枪11产生的电子束经偏转轭18作用而发生偏折时，该电子束12′将在偏转轭18的偏转磁场区的偏转中心线D-D′位置发生偏转。
在这种传统显像管系统中，由于电子枪主透镜的聚焦作用发生在聚焦电极G3及阳极G4两电极间，故其电子束先在此完成聚焦，然后再进入偏转磁场区。此种传统显像管电子枪主透镜的静电场聚焦区与偏转轭的偏转磁场区，在空间上属完全分开，且完全没有重叠的两个区域，所以，电子束在显像管中所完成的聚焦和再被偏转两种作用，分别属于在空间上互不干扰、在时间上依续发生的事件。
本发明的显像管的偏转电子透镜系统，主要在于将显像管电子枪的静电主透镜区和偏转轭的磁性偏转磁场区在空间上重叠，再利用两组动态偏心补偿透镜，来补正其因电子束轨迹偏心所造成的散焦像差。
本发明的主要目的，在于借助将显像管的主透镜沿轴向往荧光屏大幅前移，使显像管的锥状玻壳长度缩小，并使其主透镜口径增大，使之不仅整个显像管的体积可缩小，并由于可使主透镜物距增大而像距减小，故可在不改变其工作电压情况下，令其放大率减小，进而使聚焦后的电子束变小，从而使荧光屏的解像度提高，图像更趋细致。此外，由于在本发明中，主透镜位置前移，将使该透镜的电场区大幅向荧光屏方向延伸，因此，可大幅减少如传统显像管中存在的无电场电子漂流区，减小其空间电荷间的相互排斥作用，增加电子束的解析能力，尤其在用较大电流情况下，更为显著。另外，由于在本发明中，其阳极处于一极为开阔的空间，所形成的电子主透镜直径，远大于传统电子枪的主透镜直径，其球面像差系数将因此比传统电子枪更小，因此，本发明亦可大幅减少电子束在主透镜中因球面像差所产生的散焦作用，使图像的解析度更加提高。
本发明的另一目的，在于使电子束进入偏转磁场区时，仍处于未完成被电场聚焦的状态，换言之，其电子所具有的动能仍远小于阳极电压，故其偏转灵敏度较高，且其上偏转轭所需的功率亦可因此而大幅降低。此外，由于电子束的折射角会因透镜的作用而增加，故本发明利用此一原理，将主透镜位于聚焦电极测的焦点放在偏转中心的外方(即靠近阴极方向)。以使被偏转的电子束可因此而增加偏转灵敏度，因此，在同样的偏转距离条件下，依本发明的设计方式可较传统方式节省约30%至40%的偏转功率。
本发明的又一目的，在于借助在电子枪中加装两组偏心极孔区，以补正由于主透镜和偏转磁场区重叠，电子束经磁场偏转时，在透镜中产生的离轴聚焦，使电子束仍能在屏幕上形成一圆形像点。另外，由于本发明的主透镜直径较一般传统主透镜为大，故若在聚焦电压是针对大电流状态而设定时，小电流状态时将会变成过聚焦，从而形成小电流的聚焦落点偏大。本发明借减小屏极与聚焦电极的间距，使电子形成区的透镜强度增加，从而使小电流对主透镜的入射角增加，以有效补正小电流时聚焦不良的现象。
图1为传统型显像管系统的剖面示意图;
图2为本发明偏转电子透镜显像管系统一实施例的剖面示意图;
图3为电子枪中电子透镜的物距与像距位置关系示意图;
图4a、4b及4c为点光源0分别位于电子透镜一光学焦点外侧、其上及内侧时，其聚焦点与透镜的位置关系示意图;
图5a及5b为电子束经磁场偏转时，在透镜中所产生的离轴聚焦，及该离轴聚焦使电子束产生的一种轴向拖尾慧星式散焦像点示意图;
图6a及6b分别为电子枪中所加装的水平偏心极孔区及垂直偏心极孔区示意图;
图7为在作水平修正时，电子束在屏幕上的电压波形变化示意图;
图8a、8b、8c及8d为补偿偏轴散焦方式示意图;
图9为本发明偏转电子透镜显像管系统另一实施例的剖面示意图。
请参阅图2所示，该图为本发明偏转电子透镜显像管系统40的一实施例。该系统40主要包括显像管的锥状玻壳62b、玻璃管颈62a、显像管的玻璃屏幕46、管内壁的荧光粉层48、电子枪42、高阻抗的涂料层54、偏转轭50及阳极钮58等。其中电子枪42主要由阴极K、控制极G1、屏极G2、聚焦电极G3及阳极G4等构成。尤须注意，本发明中阳极G4是由导电涂料涂布在电子管内壁上构成，当电子枪产生的电子束为未经偏折时，该未偏折的电子束44沿电子枪中心轴线A-A′方向的路径射出，而当电子枪产生的电子束，经偏转轭50作用而发生偏折时，该电子束44′将于偏转轭50的偏转磁场区的偏转中心线D-D′位置处发生偏转。
在本发明的偏转电子透镜显像管中，其电子枪42的主透镜聚焦作用发生在聚焦电极G3和阳极G4间，与传统型显像管不同处在于，该聚焦电极G3和阳极G4间的交界中点已向前延伸至偏转轭50的偏转磁场区域中，此一主透镜聚焦作用位置的转变，使本发明的主透镜的静电场聚焦区和偏转轭的偏转磁场区在空间上占用了相同的位置，且相互重叠，所以，当电子束被静电场聚焦及被偏转磁场偏折时，其聚焦及偏转作用不仅在同一空间内发生，且属于同一时间内完成的事件。
由于本发明的电子主透镜位置是向显像管玻璃屏幕46方向延伸的，因此不仅因电子枪长度缩短，可使阴极射线管锥状玻壳62b的玻璃管颈62a长度较传统者缩短了X，如图2所示，而且，由于电子主透镜位置的转变，产生了多项有利于聚焦性能的条件。但是，也产生了多项不利于聚焦性能的情况，须加以补正。为便于了解本发明的技术内容，谨将各种情况详细说明如下Ⅰ.对电子束聚焦有利的条件A)在本发明中，由于主透镜DFL向屏幕方向移近，故参阅图3所示，该主透镜DFL一侧的点光源0发射的光，会被透镜聚焦至另侧一点Ⅰ上，其中主透镜与点光源0间物距P会加大，而主透镜与聚焦点Ⅰ间像距q会减小，此时，如依据下列电子枪放大效应的原理公式计算，其放大率M为M =qpVoVa]]>其中p、q分别为物距和像距，Vo为聚焦电压，Va为阳极电压。
由(1)式可知，若物距p增大而像距q减小时，在聚焦电压Vo和阳极电压Va不变情况下，其放大率M会减小，从而使聚焦后的电子束变小，令屏幕的解像度提高，图象更趋细致。
B)本发明中的主透镜，虽然也是由聚焦电极G3及阳极G4所形成，但由于其阳极G4是处于一极为开阔的空间，故所形成的电子主透镜直径将远比传统电子枪的主透镜大，又由于透镜的球面像差是与透镜直径成反比的，因此其球面像差系数Cs将因此而远比传统电子枪小，此时，由球面像差所产生的电子束的散焦直径ds的公式为ds＝Csθ3(2)其中θ为电子束的入射角。
由(2)式可知，本发明同时可大幅减少电子束在主透镜中因球面像差所产生的散焦作用，令图像的解析度更加提高。
C)在本发明中，主透镜位置向荧光屏方向延伸，除使像距q减小外，并将使该透镜的电场区大幅向屏幕方向延伸，因此，可大幅减少如传统显像管中所存在的无电场电子漂流区。而在传统显像管中，此种无电场电子漂流区中，因没有聚焦电场约制，电荷间的相互排斥作用(又称为空间电荷作用)易使射向荧光屏的电子束在行经该区域时向外扩散，从而增加了电子束直径，使其解析度降低。
由于本发明使主透镜的聚焦电场向屏幕方向延伸，并大幅减少空间电荷的自由排斥距离，故可减小其相互排斥作用，从而增加了电子束的解析能力，此在用较大电流情况下，效果将更为显著，且极具有重要性。
由上述三种因素的综合效应可知，在相同的阳极电压且相同的电流条件下，本发明将可使其电子束的直径较传统电子枪所产生者减小25%至35%。
Ⅱ.增加偏转灵敏度，以减少偏转时所需功率A)一般传统的显像管，如前所述，其聚焦和偏转作用为一种连续事件，故当电子束进入偏转磁场区时，电子束均已完成聚焦，且其电子的功能均已加速至阳极电压，因此利用磁场对电子束偏转时，其偏转能力是与电子动能的电压的平方根成反比的。
但在本发明的显像管中，由于电子束进入偏转磁场区时，其电子束仍处于未完成被电场聚焦的状态，换言之，其电子所具有的功能仍远小于阳极电压，故其偏转灵敏度较高，且其上偏转轭所需的功率亦可因此而大辐降低。
B)前项所述可增加偏转灵敏度的效果，可借助图4a、4b及4c所示予以说明。
请参阅图4a，该图示出一个光学透镜DFL，在该透镜左右两侧各有一个光学焦点F1及F2，若不计透镜的球面像差效果，一个位在光学焦点F1左侧的点光源0所发射的光，会被透镜DFL聚焦至焦点F2右侧外的一点Ⅰ上。
又，参阅图4b所示，该图示出一个相同的光学透镜DFL，但其点光源0正位于该透镜左侧焦点F1上，依据光学原理可知，所有经过透镜的光线，由透镜右侧出来后均成为平行光。
另，参阅图4c所示，该图示出一个相同的光学透镜DFL，当其点光源0位于透镜左侧焦点F1的内侧(靠近透镜)时，依据光学原理可知，所有透过透镜的光线的反向延伸线，会在透镜左侧光轴的VL点上形成一虚像。
此时，由图4c所示可知，位于透镜焦点内侧的光源，在经过透镜后，其折射角会因透镜的作用而增加，本发明则利用此一原理，将主透镜DFL左侧焦点放在偏转中心的外方(靠近阴极方向)，使被偏转的电子束可因图4c所示原理而增加偏转灵敏度。
由A)和B)所述的综合效果看，在同样的偏转距离条件下，依本发明的方案，将可节省约30%至40%的偏转功率。
Ⅲ.不利于偏转电子透镜的状况及其补正措施A)偏转作用对电子束离轴散焦的影响及其补正方法在本发明中，由于主透镜和偏转磁场区重叠，当电子束经磁场偏转时，将会在透镜DFL中产生离轴聚焦，如图5a中A、B或C三种情形。这种离轴聚焦，会使电子束产生一种向显像管中心轴方向拖尾的慧星式散焦像点，如图5b中所示的散焦像点Pa、Pb或Pc。
但是，这种离轴散焦可借在电子枪中加装两组偏心极孔区予以补正。如图6a及6b所示，一组是水平偏心极孔区(由G3E、G3D及G3C等三个极片组成)，另一组是垂直偏心极孔区(由G3C、G3B及G3A等三个极片组成)。极片G3A、G3C及G3E为具有同心极孔70的极片，连接在一固定的聚焦电压VF上;而极片G3D为具有水平偏心极孔71的极片，该极片连接在一个动态电压Vdyn-h(t)上，该动态电压与水平扫描磁场同步改变(包括其频率及幅度，均与水平扫描磁场同步，唯一不同之处，是在当扫描点跨越水平的中点后，它和相邻电极的相对压差须改变方向，由正至负或负至正，视设计而定);G3B为具有垂直偏心极孔72的极片，该极片连接在一个动态电压Vdyn-v(t)上，该动态电压则与垂直扫描磁场同步改变(包括其频率及幅度，均与垂直扫描磁场同步，唯一不同之处，是在当扫描点跨越垂直的中点后，它和相邻电压的相对压差须改变方向，由正至负或由负至正，视设计而定)。
请参阅图7所示，为Vdyn-h(t)与时间关系的示意图。当电子束由屏幕左端开始扫描时，其电压值为V1，通过水平扫描中心点时，其电压值V2＝0，当电子束通过水平扫描中心而向扫描屏幕右端点扫描时，其相对压差须改变方向，在扫描至屏幕右端点时，其电压值变为V3。该动态电压Vdyn-h(t)由V1变为V3所需时间恰等于一个水平扫描周期t1，其中t1＝t2-t1＝t3-t2。于是，当再进行下一条水平线扫描时，该动态电压Vdyn-h(t)又重新由V1变为V3，如此周而复始，提供水平偏心极孔区所需的电压。
另，参阅图8所示，该图主要用以说明本发明针对前述偏轴散焦所作的补偿方法。其中，图8a示出在没有偏转磁场时，电子束经透镜DFL中心聚焦，在屏幕上形成无散焦的圆形像点P;图8b则显示，若电子束被偏转磁场偏折而向主透镜DFL上方，则在聚焦过程中，将产生向显像管中心轴方向拖尾的慧星式散焦，并显现为屏幕上的像点P′;又，参阅图8c所示，如果在主透镜后方(靠近阴极处)加一偏心极孔区，而该偏心极孔的轴心位于主透镜轴心的上方，则在如图8b所示的电子束被偏转情况下，若偏心极的电压较相邻极片为负，则形成一正透镜PL，该正透镜对通过的电子束将产生向上的散焦作用，如果其间的电压差被调整至一合适值时，此向上的散焦作用，恰可补偿由主透镜DFL所产生的向下散焦作用，因而使电子束在偏转后，仍能在屏幕上形成一圆形像点P，如图8c所示。
又，如图8d所示，若电子束被偏转磁场偏折而向主透镜DFL下方，则在聚焦过程中，经主透镜所产生的向显像管中心轴方向拖尾的慧星式散焦会往上(永远指向轴心)，在此情况下，偏心极的电压须较相邻极片为正，以形成一负透镜NL，对通过的电子束产生向下的散焦作用，正好补偿由主透镜所产生的向上散焦作用，使电子束能在屏幕上形成一圆形像点P，如图8d所示。
由上述可知，本发明借助在电子枪中加装两组偏心极孔区，如图6a及6b所示，令水平偏心极孔区的极片G3D上所连接的动态电压Vdyn-h(t)，及垂直偏心极孔区的极片G3B上所连接的动态电压Vdyn-v(t)分别随水平扫描磁场与垂直扫描磁场同步改变，使电子束被偏转磁场作用而作水平及/或垂直偏折时，能同步控制动态电压的大小，从而在偏心极孔区中形成电子正透镜及/或负透镜，适当补偿所产生的慧星式散焦像点，使电子束在屏幕上仍能以正确位置形成一正常的圆形像点。
B)在不同电流情况下，最佳聚焦电压差距太大本发明的主透镜直径因较一般传统主透镜为大，故在电流强度变动情况下，由于不同电流对主透镜的入射角度不同(通常大电流时，入射角度较大，小电流时，入射角度较小)，当聚焦电压的设定是针对大电流时，则在小电流时将会变成过聚焦，从而形成小电流的聚焦落点偏大。
本发明为补正这一缺陷，借减小屏极G2与聚焦电极G3间的距离，以将电子形成区的透镜强度增加，使之在小电流时产生两次交叉，以使小电流对主透镜的入射角增加，从而改正小电流时聚焦不良现象。
另外，参阅图9所示，该图为本发明偏转电子透镜显像管系统的另一具体实施例的剖面示意图。其中偏转透镜的聚焦电极G3亦为借助将导电涂料涂在显像管内壁上而形成，且该聚焦电极G3的涂料与阳极G4的涂料间，另涂一层高阻抗的涂料54，以作为两者间的绝缘阻隔物，并由该高阻抗涂料的上下周缘来界定主透镜两电极的位置关系。图2中所示本发明的前一实施例，其阳极G4是由导电涂料及高阻抗涂料54来界定的，聚焦电极G3则为一圆筒形的金属电极，故两者是不同的。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，本发明的范围并不是局限于此，熟悉本领域技术的人士，依据本发明所揭露的技术内容，可轻易作等效变化，但均应不脱离本发明的保护范畴。
权利要求
1.一种显像管的偏转电子透镜系统，包括显像管的锥状玻壳、显像管的玻璃屏幕、玻璃管颈、偏转轭及电子枪等，其中电子枪由阴极、控制极、屏极、聚焦电极及阳极等构成，其特征在于，所述阳极为在显像管的位于玻璃管颈与玻璃屏幕间的内壁适当位置处涂布导电的涂料构成，且所述聚焦电极和阳极间的中点位于玻璃管颈外壁所设的偏转轭所产生的偏转磁场区域中，使所述电子枪形成的主透镜的静电场聚焦区和偏转轭的偏转磁场区在空间上占用相同的空间，且相互重叠，以使电子束在被静电场聚焦及被偏转磁场偏折时，其聚焦及偏转作用在同一空间内发生，且于同一时间内完成。
2.如权利要求1所述的显像管的偏转电子透镜系统，其特征在于，所述主透镜位于聚焦电极侧的焦点设在偏转中心外方，即靠近阴极的方向，使被偏转的电子束可因此增加其偏转灵敏度。
3.如权利要求1或2所述的显像管的偏转电子透镜系统，其特征在于，所述电子枪中加装有两组偏心极孔区，一组为由几个极片组成的水平偏心极孔区，另一组为由几个极片组成的垂直偏心极孔区，在该水平偏心极孔区与垂直偏心极孔区的这些极片中，一部分为具有同心极孔的极片，连接在一固定的聚焦电压上，该水平偏心极孔区中具有水平偏心极孔的极片及该垂直偏心极孔区中具有垂直偏心极孔的极片则分别连接在一动态电压上。
4.如权利要求3所述的显像管的偏转电子透镜系统，其特征在于，所述动态电压随水平及垂直扫描磁场作同步改变，并被调整为较相邻极片为正或负，以形成一负透镜或正透镜，使之对通过的电子束产生的散焦与由主透镜所产生的散焦在方向上正好相反，以补偿由主透镜所产生的散焦作用，使电子束能在屏幕上形成一圆形像点。
5.如权利要求3或4所述的显像管的偏转电子透镜系统，其特征在于，所述动态电压的频率及幅度，均随水平及垂直扫描磁场作同步改变，且在当扫描点跨越屏幕的中点后，其相对压差改变方向。
6.如权利要求3所述的显像管的偏转电子透镜系统，其特征在于，所述偏心极孔区中具有同心极孔的极片与具有偏心极孔的极片沿该阴级射线管的中心轴向呈交错排列。
7.如权利要求3或6所述的显像管的偏转电子透镜系统，其特征在于，所述偏心极孔区共用具有同心极孔的极片，使这些具有同心极孔的极片与偏心极孔区中具有偏心极孔的极片沿阴级射线管的中心轴向呈交错排列。
8.如权利要求1、2、4或6所述的显像管的偏转电子透镜系统，其特征在于，所述聚焦电极由在显像管位于玻璃管颈内壁适当位置处涂布的导电涂料构成。
9.如权利要求8所述的显像管的偏转电子透镜系统，其特征在于，所述聚焦电极与阳极间涂布有一层高阻抗涂料，以作为两者间的绝缘阻隔物。
全文摘要
一种针对显像管电子枪的主聚焦透镜及其扫描系统的设计，主要是将显像管电子枪的静电主透镜区和偏转轭的磁性偏转磁场区在空间上重叠，再利用两组动态偏心补偿透镜，补正其因电子束轨迹偏心所造成的散焦像差，由于这种偏转电子透镜是将显像管的主透镜沿轴向往屏幕方向大幅前移，使主透镜的口径增大，故可使主透镜的聚焦性能大幅提高，同时，这种偏转电子透镜亦可增加整个显像管系统的偏转效率，减少因偏转所消耗的能量。
文档编号H01J29/56GK1112284SQ94103868
公开日1995年11月22日 申请日期1994年5月14日 优先权日1994年5月14日
发明者陈兴耀 申请人:中华映管股份有限公司