本发明涉及具有一字排列式电子枪的彩色显象管，更准确地说，涉及用单透镜作为主聚焦透镜、并具有用于提供动态象散校正的装置的一字排列式电子枪。 单透镜（又称鞍形透镜或单电位透镜）是一种静电透镜，它由三个电极，即中间电极、前电极和后电极构成。中间电极或者连接到地电位，或者连接到较低电位。其他两个电极连接到较高电位，通常连接到阳极电位。与双电位透镜的聚焦相比，单透镜的聚焦稍不尖锐，但是，单透镜具有不需要为聚焦电极提供第二高电压的优点。单透镜电子枪已经大批量地用于彩色显象管中，例如，用于G·E·公司的轻便型彩色显象管（G·E·Portacolor），美国无线电公司（RCA）的15NP22以及Sony的栅条彩色显象管（Sony Trinitron）中。RCA 15NP22具有“品”字形电子枪，而G·E·Portacolor和Sony Trinitron使用一字排列式电子枪。RCA和G·E·的电子枪在各电子束通道上具有作为所述三个电极的各单独地筒形电极。Sony电子枪具有作为所述三电极的大尺寸筒形电极，三束电子束穿过该电极，并且各电子轨迹在单透镜的中心处彼此相交。
使彩色显象管的成本高于黑白显象管的因素之一是：在彩色显象管中，需要附加的X射线防护装置。因为在彩色显管中需要较高的阳极电压，所以，这种附加的防护装置是必需的。例如，荧光屏对角线为23cm至33cm的中等尺寸的彩色显象管通常工作在22KV高压，而相同尺寸的黑白显象管工作在15KV高压。工作电压方面的这种差别对显象管玻壳的玻璃组分提出了显著不同的要求。
需要发展一种能够工作在较低阳极电压，从而允许简化管子结构以及接收机电路的中等尺寸的彩色显象管。本发明提供了这种改进的管子。
本发明的改进的彩色显象管包含一种电子枪，后者用于产生三束一字排列式电子束（一束中心束和两束侧位束），并使它们沿着初始的共面路径射向管子荧光屏。该电子枪包含若干彼此隔开的电极，这些电极构成用于使所述电子束聚焦的主聚焦透镜。所述改进包括由四个电极在每个电子束通道上构成单透镜。第一单透镜电极包括具有三个一字排列式小孔的第一部分，这三个小孔从具有单一大孔的第二部分缩进，所有三束电子束都穿过所述单一大孔。第二单透镜电极包括具有三个一字排列式小孔的第一部分，这三个小孔从具有单一大孔的第二部分缩进，所有三束电子都从所述单一大孔缩进。第一单透镜电极的第二部分面向第二单透镜电极的第二部分。第三单透镜电极包括具有三个一字排列式小孔的第一部分，这三个小孔从具有单一大孔的第二部分缩进，所有三束电子束都穿过所述单一大孔。第四单透镜电极包括具有三个一字排列式小孔的第一部分，这三个小孔从具有单一大孔的第二部分缩进，所有三束电子束都穿过所述单一大孔。第三单透镜电极的第二部分面向第四单透镜电极的第二部分。第二单透镜电极的第一部分面向第三单透镜电极的第一部分，并且，这两部分包含用于在每束电子束的通道上、在它们之间形成四极透镜的结构。
在各附图中：
图1是实施本发明的荫罩型彩色显象管的部分轴向剖面的平面图。
图2和图3分别是图1中用虚线表示的电子枪的轴向剖面侧视和顶视图。
图4是沿图3的4-4线所取的电子枪电极的剖面图。
图5是沿图3的5-5线所取的电子枪电极的剖面图。
图6是沿图3的6-6线所取的电子枪电极的剖面图。
图7和8分别是表示荧光屏的中心和角落处电子束光点尺寸与束功率关系的曲线图。
图1示出一种具有玻壳11的矩形彩色显象管10，玻壳11包包括由矩形玻锥16连接在一起的矩形荧光屏面板12和管颈14。面板12包括观看面板18和周边凸缘或侧壁20，后者经由熔接焊缝21密封到玻锥16上。嵌花式三色荧光屏22设置在面板18的内表面上。所述荧光屏最好是一种条形屏，它具有沿着基本上垂直于管子高频光栅行扫描的方向（垂直于图1平面）而延伸的荧光条。另一方面，所述荧光屏也可以是一种点屏。用一种通用的方法把多孔的选色电极，即荫罩板24，可拆卸地安装在与荧光屏22相距预定距离的位置上。图1中用虚线简略地表示的、改进的一字排列式电子枪26同心地安装在管颈14中，以产生三束电子束28，并使它们沿着共面的会聚路径穿过荫罩板24而射到荧光屏22上。
图1的管子颈定采用外部磁偏转系统，例如，安装在玻锥-管颈连接处附近的偏转线圈30。当偏转线圈30受到激励时，它就使三束电子束28受到磁场的作用，该磁场使各电子束在荧光屏上水平地和垂直地扫描，以构成一个矩形光栅。图1中用P-P线表示在偏转线圈30的大约中部的起始偏转平面（零偏转平面）。由于边缘场的作用，管子的偏转区从偏转线圈30轴向延伸到电子枪26的区域中。为简化起见，图1中未示出偏转区域中偏转电子束路径的实际曲度。
图2，3，4，5和6中示出电子枪26的细节。电子枪26包括三个等间距的共面阴板32（每束电子束一个），控制栅极34（G1）栅极36（G2），第一单透镜电极38（G3），第二单透镜电极40（G4），第三单透镜电极42（G4′）以及第四单透镜电极44（G5），各电极按所述顺序定距配置，并且固定在两根支撑杆上（未示出）。
各阴极32，G1电极34，G2电极36以及G3电极38的面向G2电极36的一端，构成电子枪26的束形成区。G3电极38的另一端，G4电极40，G4′电极42以及G5电极44，构成电子枪26的主聚焦透镜部分。所述主聚焦透镜是单电位型的，通常称为单透镜。在该电子枪中，G3电极38与G5电极44是电连接的，后者又连接到阳极电位。G4电极40或者接地，或者连接到低于阳极的电位。G4′电极42工作在接近G4电极40上所加电位的已调制的电位上。
每个阴极32包括在前端用阴极帽48封闭的阴极筒46，阴极帽48含有由电子发射材料构成的端面涂层50。各阴极32都是间热式的，由安装在阴极筒46中适当位置上的热子线圈加热。控制栅极34和帘栅极36是两个靠近而隔开的平板电极，它们分别具有三对各自对中的小孔65和67，这三对小孔分别与各阴极涂层50对中，以激发三束等间隔的、共面的、向荧光屏22伸展的电子束28。各电子束的起始路径最好是基本上相互平行的，同时，中间电子束路径与中心轴A-A重合。
G3电极38是包含4个部分的第一单透镜电极。第一单透镜电极38的第一部分52是平板，其中含有三个一字排列的小孔54，同时，各小孔周围有突出部分55。第一部分52相对于第一单透镜电极38的第二部分56向里缩入。第二部分56是杯形的，其开口端与所述第一部分连接，而在杯子底部有单一大孔58，所有三束电子束28都穿过该单一大孔。电极38的第三部分60是与第一部分52连接的筒形段。电极38的第四部分62也是杯形的，其开口端与所述第三部分连接，而其底部有三个一字排列的小孔64。
G4电极40是包含两个主要部分的第二单透镜电极。第二单透镜电极40的第一部分66是平板部分，其中有三个一字排列的小孔68。第一部分66相对于第二单透镜电极40的第二部分69向里缩入。第二部分69可以直接连接到第一部分66，或者，如图2和3中所示那样，经由开口的中间平板70而连接到第一部分66。第二部69是杯形的，其开口端与中间部分70连接而在杯子底部有单一大孔71，所有三束电子束都穿过该单一大孔。
G4′电极42是包含两个主要部分的第三单透镜电极。第三单透镜电极42的第一部分72是平板部分，其中有三个一字排列的小孔74。第一部分72相对于第三单透镜电镜电极42的第二部分76向里缩入。第二部分76可以直接连接第一部分72，或者，如图2和3中所示，经由开孔的中间板78而连接到第一部分72。第二部分76是杯形的，其开口端与中间部分78连接，而在杯子底部有单一大孔80，所有三束电子束都穿过该大孔。
G5电极44是包含两部分的第四单透镜电极。第四单透镜电极44的第一部分82是平板部分，其中有三个一字排列的小孔，各小孔的周围有突出部分86。该第一部分82相对于第四单透镜电极44的第二部分88向里缩入。第二部分88是杯形的，在其开口端与第一部分82连接，而在杯子的底部有单一大孔90，所有三束电子束都穿过该大孔。
图4中示出G5电极44的第二部分88中的大孔90的形状。大孔90在垂直方向上的尺寸是这样的：在各侧位电子束通道处的尺寸大于中心电子束通道处的尺寸。这种形状称为“狗骨”形或“杠铃”形。G3电极的第二部分56中的大孔58具有类似于大孔90的形状。
图5中示出G4′电极42的第二部分76中的大孔80的形状。大孔80在每个电子通道处具有相同的垂直方向上的宽度，同时，具有圆形的端部。这种形状称为“跑道”形。G4电极40的第二部分69中的大孔71具有类似于大孔80的形状。
G4电极40的第一部分66面向G4′电极42的第一部分72。从G4电极第一部分66中的每个小孔68的周围伸出已分成两段92和94的突出部分。从G4′电极第一部分72中的每个小孔74的周围也伸出已分成两段96和98的突出部分。如图6中所示，突出段92、94与突出段96、98相互交错。当在G4电极40和G4′电极42上加上不同电压时，这些突出段就在每个电子束通道上建立四极透镜。通过把己调制的差动电压适当地加到或者G4电极40，或者G4′电极42上，就有可能利用由突出段92、94、96和98建立的四极透镜，为各电子束提供象散校正，用以补偿或者在电子枪中，或者在偏转系统中所产生的象散。
制造一种具有单透镜电子枪的13V90型（荧光屏对角线为33cm，最大偏转角90°）的彩色显象管。表Ⅰ中给出电子枪26的具体尺寸。
表Ⅰ
项目 英寸 毫米
G1电极34的厚度 0.004 0.102
G1和G2小孔直径 0.025
G1至G2间距 0.010 0.254
G2电极36的厚度 0.012 0.305
G2至G3间距 0.120 3.048
G3电极38的长度 0.775 19.685
G3小孔64直径 0.060
G3至G4间距 0.050 1.270
G4和G4′电极（40和
42）的长度 0.390 9.906
表Ⅰ（续）
项目 英寸 毫米
G4′至G5间距 0.050 1.270
G5电极44的长度 0.160 4.064
孔71和80的长度 0.720 18.288
孔71和80的宽度 0.335 8.509
孔55、68、74和 0.160 4.064
84的直径
孔55、68、74和 0.200 5.080
84的中心距
G3，G4，G4′和G50.020 0.508
中突出部分的长度
孔58和90的长度 0.683 17.348
孔58和90的最大宽度 0.290 7.366
孔58和90的最小宽度 0.279 7.087
把新型的管子与具有双电位电子枪的商品13V90型彩色显象管作比较。测量了两种管子荧光屏中心和角落处的电子束光点尺寸。测试结果示于图7和8的曲线图中。对于商品管，在22kV（其正常工作电压）和15Kv电压下进行数据测量，以证实该管子在高电压和低电压下的不同性能。然后，对具有单透镜电子枪的新型管子进行数据测量。首先，使新型管子以15KV的阳极电压工作。以15KV阳极电压工作的新型管子的性能介于以15KV和22KV阳极电压工作的商品管的性能之间。提高新型管子的阳极电压直至新型管子的性能基本上与工作在22KV阳极电压的商品管的性能相同为止。当新型管子以17KV阳极电压工作时，达到了上述基本上相同的性能。