專利名稱:電視攝象管裝置的制作方法
本發(fā)明涉及一種電視攝象管裝置，更具體地說(shuō)，是電視攝象管的一種改進(jìn)。在正常工作情況下，該裝置產(chǎn)生層流電子束;必要時(shí)，可獲得大的電子束電流。
在光導(dǎo)攝象管類的電視攝象管中，把對(duì)應(yīng)于物體亮度的電荷圖案形成到光電導(dǎo)層上，用電子槍發(fā)射來(lái)的電子束對(duì)光電導(dǎo)層進(jìn)行掃描，以使形成圖案的電荷相繼放電，并把順序放電的電流作為一個(gè)信號(hào)送到管外。在電子束的一個(gè)掃描周期中不能把按照物體形成的整個(gè)電荷量完全放掉。因此，當(dāng)對(duì)一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行攝象時(shí)，即使物體從管子的取景域消失后，在隨后的電子束掃描周期中，也會(huì)有對(duì)應(yīng)殘余電荷的虛假信號(hào)產(chǎn)生，使之產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)延遲，降低了圖象的質(zhì)量。
具體地說(shuō)，在一個(gè)帶有阻擋類光電導(dǎo)層的電視攝象管中，信號(hào)延遲主要是由于電容性信號(hào)延遲造成的，其時(shí)間常數(shù)由光電導(dǎo)層的靜電電容與掃描電子束的束電阻之積決定。該束電阻等效于形成電子束的電子的速度分布，為了實(shí)現(xiàn)一個(gè)低的延遲特性，要求電子束有一個(gè)窄的電子速度分布。
如該領(lǐng)域的人們所知，從陰極發(fā)射的電子的速度分布服從于麥克斯韋分布，但當(dāng)電子集中到一個(gè)電流密度增加了的窄束時(shí)，由于電子之間庫(kù)侖力相互作用，將發(fā)生能量張弛現(xiàn)象，從而擴(kuò)展了速度分布。這種現(xiàn)象叫作布爾(Boersh)效應(yīng)，該領(lǐng)域的人們還知道速度分布的擴(kuò)展率與J(Z)1/3近似成正比，這里J(Z)代表束軸上的電流密度。
因此，在想要取得低延遲性的電視攝象管中，必須盡量抑制射束電流密度的增加。為了這個(gè)目的，人們一直建議用二極管類的電子槍(例如，美國(guó)專利№3，894，261)，這里的第一柵極對(duì)著陰極，相對(duì)于陰極加一個(gè)正電壓，以使從陰極發(fā)射的電子與管軸平行，從而產(chǎn)生一個(gè)層流電子束，在這種電子束中不形成任何大電流密度的最小交叉截面。然而，在這種用于產(chǎn)生層流電子束的二極管類電子槍中，射束電流量是與陰極發(fā)射的電流密度成正比的，因此，為了獲得大的電子束電流，必須把陰極發(fā)射的電流密度增加到一個(gè)極值，因此，為了應(yīng)用自動(dòng)電子束最佳化設(shè)備(automatjc beam optimizer)(以后稱為ABO)，這里就產(chǎn)生一個(gè)擴(kuò)展射束電流量動(dòng)態(tài)范圍的困難，利用ABO可以根據(jù)物體的亮度來(lái)控制射束電流量。
本發(fā)明的目的是提供一種電視攝象管裝置，它能消除用于產(chǎn)生層流電子束的二極類電子槍的缺點(diǎn)，并能擴(kuò)展電子束電流量的動(dòng)態(tài)范圍，使ABO能很好工作，并獲得低的延遲特性。
為了完成上述目的，根據(jù)本發(fā)明的電視攝象管裝置包括一個(gè)電子槍，該電子槍含有一個(gè)陰極，用于發(fā)射電子束;第一柵極，有一個(gè)孔徑，第二柵極，也有一個(gè)孔徑。對(duì)第一柵極加一個(gè)相對(duì)于陰極的正電壓，而對(duì)第二柵極加一個(gè)比第一柵極所加電壓高的正電壓，以便在第一柵極的孔徑附近形成一個(gè)會(huì)聚電子透鏡。該會(huì)聚電子透鏡的強(qiáng)度是由第一柵極所加電壓控制的，從而控制了通過(guò)第二柵極孔徑的電子束電流量。更確切地說(shuō)，在正常工作中，(在此中，對(duì)于高清晰度電視所用一英寸大小攝象管來(lái)說(shuō)，把參考信號(hào)電流量設(shè)置為0.4μA到0.5μA，并把電子束電流設(shè)置為參考信號(hào)電流量的二到三倍)，對(duì)第一柵極加一個(gè)高電壓，相對(duì)于陰極為幾十伏，以便減弱第一柵極孔徑附近的電子會(huì)聚透鏡的會(huì)聚作用，使之產(chǎn)生一個(gè)電子軌道基本上與管軸平行的層流電子束。當(dāng)物體的亮度增加時(shí)，則要求有大的電子束電流，則正常的操作轉(zhuǎn)換為ABO操作(對(duì)于一英寸大小電視攝象管要求電流量為3μA到4μA)。在ABO操作中，對(duì)第一柵極所加的電壓較低，于是在第一柵極孔徑附近的會(huì)聚透鏡的會(huì)聚作用得到加強(qiáng)，使電子會(huì)聚到最小交叉載面，從而獲得了大的電子束電流。于是，本發(fā)明的電視攝象管裝置的特征是逆轉(zhuǎn)類操作，即當(dāng)要求產(chǎn)生大電流時(shí)，與常規(guī)的技術(shù)相反，采用的是降低第一柵極所加電壓的操作方式。
在這種方式中，根據(jù)本發(fā)明，在正常工作期間，增加第一柵極的電壓，以便在正常操作時(shí)產(chǎn)生層流電子束，在此期間把電子束電流設(shè)置為參考信號(hào)電流的幾倍;在要求大電子束電流的ABO操作中，在較低陰極加載的情況下，通過(guò)逆轉(zhuǎn)操作來(lái)降低第一柵極的電壓，從而使之有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)電視攝象管裝置的壽命、陰極可靠性、清晰度和信號(hào)延遲抑制等方面的改進(jìn)。
圖1表示應(yīng)用本發(fā)明的一個(gè)電視攝象管裝置的大略結(jié)構(gòu);
圖2和圖3是擴(kuò)大的局部截面圖，表示用在本發(fā)明的電視攝象管裝置中的電子槍的一些基本部分;
圖4是把本發(fā)明的實(shí)施方案所得的電子束特性與常規(guī)裝置得到的電子束特性進(jìn)行比較的圖解表示;
圖5表示本發(fā)明的電子束發(fā)散角特性的一個(gè)例子;
圖6表示根據(jù)本發(fā)明的電子軌道的一些例子;圖7是一個(gè)放大的局部截面圖，表示常規(guī)二極類電子槍的基本部分。
現(xiàn)在將參考附圖舉例描述本發(fā)明。
如圖1所示，應(yīng)用本發(fā)明的一種光導(dǎo)攝象管裝置包括陰極1、燈絲2、第一柵極3、第二柵極4、第三柵極5、具有網(wǎng)狀的第四柵極6、和以光電導(dǎo)層形成的靶7。把這些部件容納在真空腔8里。該裝置還包括聚焦線圈9、偏轉(zhuǎn)線圈10和校正線圈11。通過(guò)第一柵極3和第二柵極4構(gòu)成的電子槍，使陰極發(fā)射的電子束12形成一個(gè)窄束，通過(guò)聚焦線圈9所形成的磁透鏡把窄電子束聚焦到光電導(dǎo)層靶7上，并用偏轉(zhuǎn)線圈10所產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)其進(jìn)行掃描。經(jīng)過(guò)安裝在真空腔8一端的管腳13，把電壓從外部加到各個(gè)電極。這里我們將通過(guò)參考電磁聚焦和電磁偏轉(zhuǎn)攝象管裝置來(lái)描述本發(fā)明，這僅僅是為了說(shuō)明的目的，實(shí)際上可應(yīng)用任何種類的電子束聚焦和偏轉(zhuǎn)方式，具體地說(shuō)可以是電磁聚焦和靜電偏轉(zhuǎn)攝象管裝置;靜電聚焦和電磁偏轉(zhuǎn)攝象管裝置;以及靜電聚焦和靜電偏轉(zhuǎn)攝象管裝置。
在圖2和圖3的局部截面圖中表示了用于本發(fā)明的二極型電子槍的基本部分。在第一柵極3中構(gòu)成的孔徑23用于限制從陰極1發(fā)射的電子束的直徑。第二柵極4有一個(gè)再進(jìn)入凹腔24。在第二柵極4中構(gòu)成的孔徑34用于控制行進(jìn)到隨后的聚焦系統(tǒng)的電子束的直徑、發(fā)射角和電流量。
最好把能夠產(chǎn)生大發(fā)射電流密度的鋇注入陰極用作陰極1?？梢酝ㄟ^(guò)把BaO、CaO和Al2O3的混合物(混合比為4∶1∶1)注入到一個(gè)多孔的鎢片中，并把注入過(guò)的鎢片焊到由鉭等制作的套筒的上端來(lái)制備這種陰極。為了進(jìn)一步增進(jìn)電子發(fā)射特性，最好把經(jīng)上述處理的鎢片表面涂上元素Ir或Os等。注入過(guò)的陰極可以工作在900°到1100°高溫(亮度溫度)。由于第一柵極3的位置正對(duì)著工作在高溫狀態(tài)的陰極1，并接受大的入射電流，所以最好用鉭等高熔點(diǎn)材料制造。
把相對(duì)于陰極的100到300V的電壓EC2加到第二柵極4。對(duì)第一柵極3所加的是對(duì)應(yīng)于物體亮度的ABO工作的信號(hào)電壓，把它疊加在標(biāo)準(zhǔn)直流電壓上。通過(guò)改變結(jié)果的和電壓EC1，可以變化在第一柵極3的孔23附近的電子透鏡作用，以便選擇地產(chǎn)生層流電子束120或交叉電子束121。
在圖3中標(biāo)出了圖2所示的電子槍的電極的尺寸。在圖3的圖解中，陰極1和第一柵極3之間的距離是l1，第一柵極3和第二柵極4之間的距離是l2，第一柵極3的厚度是t1，第二柵極4的有效厚度是t2，第二柵極上形成的孔34部分的厚度是t3，孔23的直徑是d1，在第二柵極中孔34的直徑是d3。
現(xiàn)在假設(shè)加到第二柵極4上的電壓EC2是300V孔24的直徑d3是10μm，距離l1是0.1mm。然后可以看出，按照上面規(guī)定的這些值，對(duì)圖7所示常規(guī)電子槍的第一柵極15加大約30V的電壓，而對(duì)第二柵極16加300V的電壓，可得到0.8μA(參考信號(hào)電流0.4μA的兩倍)的電子束電流。另外，假設(shè)第一柵極3的厚度t1是0.1mm，第二柵極4的有效厚度t2是0.5mm，第二柵極4的孔部分的厚度是0.03mm，距離l2是0.2mm，孔23的直徑d1是0.3mm，而再進(jìn)入凹腔24的直徑d2對(duì)于第一實(shí)施方案是0.3mm。
對(duì)于本發(fā)明的裝置所用的電子槍的尺寸決不限于上述的一些例子，這些只是更可取的例子，距離l1的范圍從0.05mm到0.15mm孔徑34的直徑d3范圍從0.008mm到0.015mm，孔徑23的直徑d1的范圍從0.1mm到0.5mm。
圖4以圖解的方式表示了在第一和第二實(shí)施方案以及前面列舉的常規(guī)例子中，所產(chǎn)生的通過(guò)第二柵極4的孔徑34電子束電流IB和在陰極中心的發(fā)射電流密度(稱為陰極負(fù)載)ρc，對(duì)于第一柵極電壓Ec1的變化特性。這里所產(chǎn)生的電子束電流IB大約是實(shí)際攝象操作中所用射束電流量的四倍。之所以需要產(chǎn)生這樣大的射束電流量是因?yàn)閳D1所示的網(wǎng)電極6具有大約50%的可透率。而且圖1所示的光電導(dǎo)層靶7也只有50%的電子束利用率。因此，對(duì)于參考信號(hào)電流量為0.4μA而言，在正常操作情況下，為了從中抽出0.8μA電子束電流(二倍于標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)電流)，估計(jì)0.8×4＝3.2μA的射束電流IB，是完全必要的;而在ABO操作中，為了能從中抽出4μA(標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)電流的十倍)4×4＝16μA的電子束電流IB也是完全必要的。
在圖4中，實(shí)線代表所產(chǎn)生的電子束電流IB，而虛線代表陰極加載ρc。
圖7的常規(guī)例子中，含有一個(gè)陰極1、第一柵極15和第二柵極16。當(dāng)陰極1和第一柵極15之間的距離是l1，對(duì)第一柵極15所加的電壓是EC1時(shí)，則陰極的加載ρc′，可用對(duì)于平板電極規(guī)定的蔡爾德公式(Child-Langmuir)表示如下ρc=2.34×106·EC132l21]]>因此，當(dāng)?shù)谝粬艠O15中的孔徑14的直徑是d4時(shí)，所產(chǎn)生的電子束電流Ⅰ′B為I′B＝ρc′· (π)/4 ·d24由上可知，在常規(guī)的例子中，ρc′∞E3/2C1]]>，I′BE3/2C1]]>兩關(guān)系成立。所產(chǎn)生的電子束電流I′B的增加直接地導(dǎo)致了陰極加載ρ′c的增加。為了得到圖4中的結(jié)果，常規(guī)例子的尺寸值為陰極1和第一柵極15之間的距離l1是0.1mm;在第一柵極15中孔徑14的直徑d4是10μm。為了得到32μA的生成電子束電流，把大約30V的電壓EC1加到第一柵極15，伴隨著4A/Cm2的陰極加載ρ′C中的增加。圖4中的特性清晰地示出了常規(guī)的例子用以要求大量電子束電流的ABO操作時(shí)具有的困難。
與此相反，圖2和圖3里所示的第一和第二實(shí)施方案，在電壓EC1大約為15V的情況下都能產(chǎn)生其峰值大于20μA的電子束電流IB1和IB2，而此對(duì)于ABO操作是足夠的。首先以第一實(shí)施方案為例，為了得到3.2μA的電子束電流IB1，可以把第一柵極的電壓EC1設(shè)置為大約30V。在這種情況下，陰極加載ρ′c1大約為2.5A/Cm2，并產(chǎn)生了層流電子束。然后，通過(guò)逆轉(zhuǎn)操作把第一柵極電壓EC1置到17V，以形成一個(gè)交叉電子束，該電子束等效于提供大約16μA的電子束電流IB1，使之能夠進(jìn)行ABO操作。在這種情況下，陰極加載ρc1減少到1.5A/Cm2，大約為正常操作中陰極加載ρc1之半，因此，即使在ABO操作情況下也能很好地避免陰極發(fā)射壽命的降低。
在第一實(shí)施方案中(d2＝0.5mm)，圖5表示電子束發(fā)射特性，圖6表示電子軌道。
如圖5所示，通過(guò)第二柵極4的孔34的電子束發(fā)散角(它亦受熱運(yùn)動(dòng)速度的影響)隨著第一柵極電壓EC1的變化，在EC1大約為40V時(shí)，得到大約1°發(fā)散角的層流電子束。這個(gè)1°的發(fā)射角相當(dāng)于僅受熱運(yùn)動(dòng)速度影響時(shí)的電子束發(fā)散角，從陰極表面發(fā)射的初速為零的電子束成為圖6A所示的主要電子軌道基本上與軸平行的層流電子束。從圖5還可以看出，當(dāng)EC1為大約15V時(shí)，則該電子束變?yōu)橐粋€(gè)大約7°發(fā)散角的發(fā)散電子束。
當(dāng)對(duì)第一柵極所加的電壓EC1為40V，15V和5V時(shí)，所得的對(duì)應(yīng)電子軌道分別如圖6A，圖6B和圖6C所示。在圖6中，通過(guò)參考號(hào)12來(lái)代表電子束的主要軌道，用號(hào)數(shù)15表示等位線。如圖6A所示，在EC1＝40V時(shí)，形成了電子軌道基本上平行于管軸的層流電子束。如圖6B所示，在EC1＝15V時(shí)，在第二柵極的孔徑34附近形成一個(gè)最小交叉截面。在EC1＝5V時(shí)，如圖6C所示，最小交叉截面形成在第二柵極的再進(jìn)入凹腔24之內(nèi)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的上述實(shí)施方案，第一柵極電壓與常規(guī)的技術(shù)相反是逆向操作，減少陰極發(fā)射電流密度(陰極加載)，使得保證ABO操作所必要的大電子束電流能夠穩(wěn)定地產(chǎn)生。然而，在正常操作中，第一柵極保持為高壓，使之產(chǎn)生一個(gè)可有效獲得低延遲和高分辯特性的層流電子束。另外，由于可以抑制從鋇注入陰極的鋇蒸發(fā)，所以可以抑制孔的有效直徑變化，避免產(chǎn)生電子束電流量的減少。
權(quán)利要求
1.一種電視攝象管裝置，其特征在于包括一個(gè)用于發(fā)射電子的陰極；緊跟著所述陰極的第一柵極，該第一柵極具有一個(gè)第一孔徑，并且被加上一個(gè)相對(duì)于陰極的正電壓；緊接著所述第一柵極的第二柵極，該第二柵極具有一個(gè)小孔第一孔徑的第二孔徑，并且被加上一個(gè)相對(duì)于所述陰極的正電壓，該電壓高于第一柵極所加電壓；用于減小對(duì)第一柵極所加正電壓的裝置，以此來(lái)增加通過(guò)所述第二孔徑的電子量。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的電視攝象管裝置，其中所述的陰極是一種被注入的陰極。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1的電視攝象管裝置，其中對(duì)第一柵極所加正電壓的最大值為50V。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1的電視攝象管裝置，其中陰極與第一柵極之間的距離是0.05到0.15mm，第一孔徑的直徑是0.1到0.5mm，第二孔徑的直徑是0.008到0.015mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1的電視攝象管裝置，其中所述的用于增加第二孔徑電子流量的裝置包括一個(gè)自動(dòng)電子束最佳選擇器。
6.根據(jù)權(quán)利要求
2的電視攝象管裝置，其中所述的第一柵極是由高熔點(diǎn)材料制造的。
7.一種電視攝象管裝置，其特征在于包括一個(gè)用于發(fā)射電子的陰極;緊接著所述陰極的第一柵極，該第一柵極具有一個(gè)第一孔徑，并且加上一個(gè)相對(duì)于陰極的正電壓;緊接著所述第一柵極的第二柵極，該第二柵極具有一個(gè)小于第一孔徑的第二孔徑，并且加上一個(gè)相對(duì)于陰極的正電壓，該電壓高于對(duì)第一柵極所加電壓;用于控制對(duì)第一柵極所加正電壓的裝置，它在兩個(gè)電壓之間進(jìn)行控制，一個(gè)電壓是使通過(guò)所述第一孔徑后的電子形成為層流電子束的電壓，另一個(gè)是把所述電子形成為交叉電子束的電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7的電視攝象管裝置，其中所述的陰極是被注入的陰極。
9.根據(jù)權(quán)利要求
7的電視攝象管裝置，其中對(duì)第一柵極所加的正電壓的最大值為50V。
10.根據(jù)權(quán)利要求
7的電視攝象管裝置，其中陰極與第一柵極之間的距離是0.05到0.15mm，所述第一孔徑的直徑是0.1到0.5mm，所述第二孔徑的直徑是0.008到0.015mm。
11.根據(jù)權(quán)利要求
7的電視攝象管裝置，其中所述的控制裝置包括一個(gè)ABO。
12.根據(jù)權(quán)利要求
8的電視攝象管裝置，其中所述的第一柵極是由高熔點(diǎn)材料制造的。
專利摘要
在電視攝象機(jī)中應(yīng)用的一種攝象管裝置，包括 一個(gè)電子槍，在該電子槍中包括一個(gè)陰極，用于發(fā) 射電子束；第一和第二柵極，每個(gè)都具有控制電子束 直徑的孔徑，第二柵極的孔徑比第一柵極的小得多。 給第一柵極加一個(gè)相對(duì)于陰極的正電壓，而給第二 柵極所加的相對(duì)于陰極的正電壓高于對(duì)第一柵極所 加電壓。對(duì)第一柵極所加正電壓的數(shù)值要使通過(guò)第 一柵極孔徑的電子束形成層流束。當(dāng)物體的亮度增 加時(shí)，把加在第一柵極上的正電壓減小，以增加通過(guò) 第二柵極孔徑的電子束量。
文檔編號(hào)H01J31/26GK85105902SQ85105902
公開(kāi)日1987年5月6日 申請(qǐng)日期1985年8月3日
發(fā)明者丸山優(yōu)德, 森谷雅道, 加藤真一, 福島正和, 野中育光, 小楠干早 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所, 日本放送協(xié)會(huì)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan