专利名称:电视摄象管装置的制作方法
本发明涉及一种电视摄象管装置，更具体地说，是电视摄象管的一种改进。在正常工作情况下，该装置产生层流电子束;必要时，可获得大的电子束电流。
在光导摄象管类的电视摄象管中，把对应于物体亮度的电荷图案形成到光电导层上，用电子枪发射来的电子束对光电导层进行扫描，以使形成图案的电荷相继放电，并把顺序放电的电流作为一个信号送到管外。在电子束的一个扫描周期中不能把按照物体形成的整个电荷量完全放掉。因此，当对一个运动物体进行摄象时，即使物体从管子的取景域消失后，在随后的电子束扫描周期中，也会有对应残余电荷的虚假信号产生，使之产生一个信号延迟，降低了图象的质量。
具体地说，在一个带有阻挡类光电导层的电视摄象管中，信号延迟主要是由于电容性信号延迟造成的，其时间常数由光电导层的静电电容与扫描电子束的束电阻之积决定。该束电阻等效于形成电子束的电子的速度分布，为了实现一个低的延迟特性，要求电子束有一个窄的电子速度分布。
如该领域的人们所知，从阴极发射的电子的速度分布服从于麦克斯韦分布，但当电子集中到一个电流密度增加了的窄束时，由于电子之间库仑力相互作用，将发生能量张弛现象，从而扩展了速度分布。这种现象叫作布尔(Boersh)效应，该领域的人们还知道速度分布的扩展率与J(Z)1/3近似成正比，这里J(Z)代表束轴上的电流密度。
因此，在想要取得低延迟性的电视摄象管中，必须尽量抑制射束电流密度的增加。为了这个目的，人们一直建议用二极管类的电子枪(例如，美国专利№3，894，261)，这里的第一栅极对着阴极，相对于阴极加一个正电压，以使从阴极发射的电子与管轴平行，从而产生一个层流电子束，在这种电子束中不形成任何大电流密度的最小交叉截面。然而，在这种用于产生层流电子束的二极管类电子枪中，射束电流量是与阴极发射的电流密度成正比的，因此，为了获得大的电子束电流，必须把阴极发射的电流密度增加到一个极值，因此，为了应用自动电子束最佳化设备(automatjc beam optimizer)(以后称为ABO)，这里就产生一个扩展射束电流量动态范围的困难，利用ABO可以根据物体的亮度来控制射束电流量。
本发明的目的是提供一种电视摄象管装置，它能消除用于产生层流电子束的二极类电子枪的缺点，并能扩展电子束电流量的动态范围，使ABO能很好工作，并获得低的延迟特性。
为了完成上述目的，根据本发明的电视摄象管装置包括一个电子枪，该电子枪含有一个阴极，用于发射电子束;第一栅极，有一个孔径，第二栅极，也有一个孔径。对第一栅极加一个相对于阴极的正电压，而对第二栅极加一个比第一栅极所加电压高的正电压，以便在第一栅极的孔径附近形成一个会聚电子透镜。该会聚电子透镜的强度是由第一栅极所加电压控制的，从而控制了通过第二栅极孔径的电子束电流量。更确切地说，在正常工作中，(在此中，对于高清晰度电视所用一英寸大小摄象管来说，把参考信号电流量设置为0.4μA到0.5μA，并把电子束电流设置为参考信号电流量的二到三倍)，对第一栅极加一个高电压，相对于阴极为几十伏，以便减弱第一栅极孔径附近的电子会聚透镜的会聚作用，使之产生一个电子轨道基本上与管轴平行的层流电子束。当物体的亮度增加时，则要求有大的电子束电流，则正常的操作转换为ABO操作(对于一英寸大小电视摄象管要求电流量为3μA到4μA)。在ABO操作中，对第一栅极所加的电压较低，于是在第一栅极孔径附近的会聚透镜的会聚作用得到加强，使电子会聚到最小交叉载面，从而获得了大的电子束电流。于是，本发明的电视摄象管装置的特征是逆转类操作，即当要求产生大电流时，与常规的技术相反，采用的是降低第一栅极所加电压的操作方式。
在这种方式中，根据本发明，在正常工作期间，增加第一栅极的电压，以便在正常操作时产生层流电子束，在此期间把电子束电流设置为参考信号电流的几倍;在要求大电子束电流的ABO操作中，在较低阴极加载的情况下，通过逆转操作来降低第一栅极的电压，从而使之有利于实现对电视摄象管装置的寿命、阴极可靠性、清晰度和信号延迟抑制等方面的改进。
图1表示应用本发明的一个电视摄象管装置的大略结构;
图2和图3是扩大的局部截面图，表示用在本发明的电视摄象管装置中的电子枪的一些基本部分;
图4是把本发明的实施方案所得的电子束特性与常规装置得到的电子束特性进行比较的图解表示;
图5表示本发明的电子束发散角特性的一个例子;
图6表示根据本发明的电子轨道的一些例子;图7是一个放大的局部截面图，表示常规二极类电子枪的基本部分。
现在将参考附图举例描述本发明。
如图1所示，应用本发明的一种光导摄象管装置包括阴极1、灯丝2、第一栅极3、第二栅极4、第三栅极5、具有网状的第四栅极6、和以光电导层形成的靶7。把这些部件容纳在真空腔8里。该装置还包括聚焦线圈9、偏转线圈10和校正线圈11。通过第一栅极3和第二栅极4构成的电子枪，使阴极发射的电子束12形成一个窄束，通过聚焦线圈9所形成的磁透镜把窄电子束聚焦到光电导层靶7上，并用偏转线圈10所产生的磁场对其进行扫描。经过安装在真空腔8一端的管脚13，把电压从外部加到各个电极。这里我们将通过参考电磁聚焦和电磁偏转摄象管装置来描述本发明，这仅仅是为了说明的目的，实际上可应用任何种类的电子束聚焦和偏转方式，具体地说可以是电磁聚焦和静电偏转摄象管装置;静电聚焦和电磁偏转摄象管装置;以及静电聚焦和静电偏转摄象管装置。
在图2和图3的局部截面图中表示了用于本发明的二极型电子枪的基本部分。在第一栅极3中构成的孔径23用于限制从阴极1发射的电子束的直径。第二栅极4有一个再进入凹腔24。在第二栅极4中构成的孔径34用于控制行进到随后的聚焦系统的电子束的直径、发射角和电流量。
最好把能够产生大发射电流密度的钡注入阴极用作阴极1。可以通过把BaO、CaO和Al2O3的混合物(混合比为4∶1∶1)注入到一个多孔的钨片中，并把注入过的钨片焊到由钽等制作的套筒的上端来制备这种阴极。为了进一步增进电子发射特性，最好把经上述处理的钨片表面涂上元素Ir或Os等。注入过的阴极可以工作在900°到1100°高温(亮度温度)。由于第一栅极3的位置正对着工作在高温状态的阴极1，并接受大的入射电流，所以最好用钽等高熔点材料制造。
把相对于阴极的100到300V的电压EC2加到第二栅极4。对第一栅极3所加的是对应于物体亮度的ABO工作的信号电压，把它叠加在标准直流电压上。通过改变结果的和电压EC1，可以变化在第一栅极3的孔23附近的电子透镜作用，以便选择地产生层流电子束120或交叉电子束121。
在图3中标出了图2所示的电子枪的电极的尺寸。在图3的图解中，阴极1和第一栅极3之间的距离是l1，第一栅极3和第二栅极4之间的距离是l2，第一栅极3的厚度是t1，第二栅极4的有效厚度是t2，第二栅极上形成的孔34部分的厚度是t3，孔23的直径是d1，在第二栅极中孔34的直径是d3。
现在假设加到第二栅极4上的电压EC2是300V孔24的直径d3是10μm，距离l1是0.1mm。然后可以看出，按照上面规定的这些值，对图7所示常规电子枪的第一栅极15加大约30V的电压，而对第二栅极16加300V的电压，可得到0.8μA(参考信号电流0.4μA的两倍)的电子束电流。另外，假设第一栅极3的厚度t1是0.1mm，第二栅极4的有效厚度t2是0.5mm，第二栅极4的孔部分的厚度是0.03mm，距离l2是0.2mm，孔23的直径d1是0.3mm，而再进入凹腔24的直径d2对于第一实施方案是0.3mm。
对于本发明的装置所用的电子枪的尺寸决不限于上述的一些例子，这些只是更可取的例子，距离l1的范围从0.05mm到0.15mm孔径34的直径d3范围从0.008mm到0.015mm，孔径23的直径d1的范围从0.1mm到0.5mm。
图4以图解的方式表示了在第一和第二实施方案以及前面列举的常规例子中，所产生的通过第二栅极4的孔径34电子束电流IB和在阴极中心的发射电流密度(称为阴极负载)ρc，对于第一栅极电压Ec1的变化特性。这里所产生的电子束电流IB大约是实际摄象操作中所用射束电流量的四倍。之所以需要产生这样大的射束电流量是因为图1所示的网电极6具有大约50%的可透率。而且图1所示的光电导层靶7也只有50%的电子束利用率。因此，对于参考信号电流量为0.4μA而言，在正常操作情况下，为了从中抽出0.8μA电子束电流(二倍于标准信号电流)，估计0.8×4＝3.2μA的射束电流IB，是完全必要的;而在ABO操作中，为了能从中抽出4μA(标准信号电流的十倍)4×4＝16μA的电子束电流IB也是完全必要的。
在图4中，实线代表所产生的电子束电流IB，而虚线代表阴极加载ρc。
图7的常规例子中，含有一个阴极1、第一栅极15和第二栅极16。当阴极1和第一栅极15之间的距离是l1，对第一栅极15所加的电压是EC1时，则阴极的加载ρc′，可用对于平板电极规定的蔡尔德公式(Child-Langmuir)表示如下ρc=2.34×106·EC132l21]]>因此，当第一栅极15中的孔径14的直径是d4时，所产生的电子束电流Ⅰ′B为I′B＝ρc′· (π)/4 ·d24由上可知，在常规的例子中，ρc′∞E3/2C1]]>，I′BE3/2C1]]>两关系成立。所产生的电子束电流I′B的增加直接地导致了阴极加载ρ′c的增加。为了得到图4中的结果，常规例子的尺寸值为阴极1和第一栅极15之间的距离l1是0.1mm;在第一栅极15中孔径14的直径d4是10μm。为了得到32μA的生成电子束电流，把大约30V的电压EC1加到第一栅极15，伴随着4A/Cm2的阴极加载ρ′C中的增加。图4中的特性清晰地示出了常规的例子用以要求大量电子束电流的ABO操作时具有的困难。
与此相反，图2和图3里所示的第一和第二实施方案，在电压EC1大约为15V的情况下都能产生其峰值大于20μA的电子束电流IB1和IB2，而此对于ABO操作是足够的。首先以第一实施方案为例，为了得到3.2μA的电子束电流IB1，可以把第一栅极的电压EC1设置为大约30V。在这种情况下，阴极加载ρ′c1大约为2.5A/Cm2，并产生了层流电子束。然后，通过逆转操作把第一栅极电压EC1置到17V，以形成一个交叉电子束，该电子束等效于提供大约16μA的电子束电流IB1，使之能够进行ABO操作。在这种情况下，阴极加载ρc1减少到1.5A/Cm2，大约为正常操作中阴极加载ρc1之半，因此，即使在ABO操作情况下也能很好地避免阴极发射寿命的降低。
在第一实施方案中(d2＝0.5mm)，图5表示电子束发射特性，图6表示电子轨道。
如图5所示，通过第二栅极4的孔34的电子束发散角(它亦受热运动速度的影响)随着第一栅极电压EC1的变化，在EC1大约为40V时，得到大约1°发散角的层流电子束。这个1°的发射角相当于仅受热运动速度影响时的电子束发散角，从阴极表面发射的初速为零的电子束成为图6A所示的主要电子轨道基本上与轴平行的层流电子束。从图5还可以看出，当EC1为大约15V时，则该电子束变为一个大约7°发散角的发散电子束。
当对第一栅极所加的电压EC1为40V，15V和5V时，所得的对应电子轨道分别如图6A，图6B和图6C所示。在图6中，通过参考号12来代表电子束的主要轨道，用号数15表示等位线。如图6A所示，在EC1＝40V时，形成了电子轨道基本上平行于管轴的层流电子束。如图6B所示，在EC1＝15V时，在第二栅极的孔径34附近形成一个最小交叉截面。在EC1＝5V时，如图6C所示，最小交叉截面形成在第二栅极的再进入凹腔24之内。
如上所述，根据本发明的上述实施方案，第一栅极电压与常规的技术相反是逆向操作，减少阴极发射电流密度(阴极加载)，使得保证ABO操作所必要的大电子束电流能够稳定地产生。然而，在正常操作中，第一栅极保持为高压，使之产生一个可有效获得低延迟和高分辩特性的层流电子束。另外，由于可以抑制从钡注入阴极的钡蒸发，所以可以抑制孔的有效直径变化，避免产生电子束电流量的减少。
权利要求
1.一种电视摄象管装置，其特征在于包括一个用于发射电子的阴极；紧跟着所述阴极的第一栅极，该第一栅极具有一个第一孔径，并且被加上一个相对于阴极的正电压；紧接着所述第一栅极的第二栅极，该第二栅极具有一个小孔第一孔径的第二孔径，并且被加上一个相对于所述阴极的正电压，该电压高于第一栅极所加电压；用于减小对第一栅极所加正电压的装置，以此来增加通过所述第二孔径的电子量。
2.根据权利要求
1的电视摄象管装置，其中所述的阴极是一种被注入的阴极。
3.根据权利要求
1的电视摄象管装置，其中对第一栅极所加正电压的最大值为50V。
4.根据权利要求
1的电视摄象管装置，其中阴极与第一栅极之间的距离是0.05到0.15mm，第一孔径的直径是0.1到0.5mm，第二孔径的直径是0.008到0.015mm。
5.根据权利要求
1的电视摄象管装置，其中所述的用于增加第二孔径电子流量的装置包括一个自动电子束最佳选择器。
6.根据权利要求
2的电视摄象管装置，其中所述的第一栅极是由高熔点材料制造的。
7.一种电视摄象管装置，其特征在于包括一个用于发射电子的阴极;紧接着所述阴极的第一栅极，该第一栅极具有一个第一孔径，并且加上一个相对于阴极的正电压;紧接着所述第一栅极的第二栅极，该第二栅极具有一个小于第一孔径的第二孔径，并且加上一个相对于阴极的正电压，该电压高于对第一栅极所加电压;用于控制对第一栅极所加正电压的装置，它在两个电压之间进行控制，一个电压是使通过所述第一孔径后的电子形成为层流电子束的电压，另一个是把所述电子形成为交叉电子束的电压。
8.根据权利要求
7的电视摄象管装置，其中所述的阴极是被注入的阴极。
9.根据权利要求
7的电视摄象管装置，其中对第一栅极所加的正电压的最大值为50V。
10.根据权利要求
7的电视摄象管装置，其中阴极与第一栅极之间的距离是0.05到0.15mm，所述第一孔径的直径是0.1到0.5mm，所述第二孔径的直径是0.008到0.015mm。
11.根据权利要求
7的电视摄象管装置，其中所述的控制装置包括一个ABO。
12.根据权利要求
8的电视摄象管装置，其中所述的第一栅极是由高熔点材料制造的。
专利摘要
在电视摄象机中应用的一种摄象管装置，包括 一个电子枪，在该电子枪中包括一个阴极，用于发 射电子束；第一和第二栅极，每个都具有控制电子束 直径的孔径，第二栅极的孔径比第一栅极的小得多。 给第一栅极加一个相对于阴极的正电压，而给第二 栅极所加的相对于阴极的正电压高于对第一栅极所 加电压。对第一栅极所加正电压的数值要使通过第 一栅极孔径的电子束形成层流束。当物体的亮度增 加时，把加在第一栅极上的正电压减小，以增加通过 第二栅极孔径的电子束量。
文档编号H01J31/26GK85105902SQ85105902
公开日1987年5月6日 申请日期1985年8月3日
发明者丸山优德, 森谷雅道, 加藤真一, 福岛正和, 野中育光, 小楠干早 申请人:株式会社日立制作所, 日本放送协会导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan