本发明涉及用于彩色图象显示器的阴极射线管，更具体地讲，本发明涉及向荧光屏发射三电子束的一字排列式电子枪组件中构成静电透镜或电子透镜的多个电极单元的电子束通孔形状的改进。 通常，一字排列式电子枪组件装设有一个主电子透镜，其结构如日本公开专利JP-A-58103752（相应的美国专利是1986年4月8日公开的，转让给本发明的受让人的第4，581，560号专利说明书）中所描述的结构。
图1a、1b和1c是参考文献中所描述的一字排列式电子枪组件的结构示意图，图1a是沿竖直方向的纵剖面视图。图1b是沿图1a中1b-1b线水平方向上地横剖面视图。图1c是沿图1a中1c-1c线水平方向的横剖面视图。
图1a中，标号41是产生三个电子束的阴极，42是限制由阴极41发射的电子束的直径的第一栅极G1;43是第二栅极G2，用以加速来自第一栅极（G1）42的电子束;44是用来加速并会聚来自第二栅极（G2）43的电子束的圆筒形第三栅极G3，它有一个基本呈椭圆形横截面的通孔栅板46设置在第三栅板44（G3）圆筒的内壁上，另一个栅板47设置在第四栅极45（G4）圆筒的内壁上。
设有栅板46的第三栅极44（G3）和设置有栅板47的第四栅极45一起构成主电子透镜，在第三栅极G3和第四栅极G4的栅板46和47上分别形成三个基本上呈椭圆形的电子束通孔，分别表示于图1b和图1c，这三个基本呈椭圆形的电子束通孔，其纵长方向的直径（大直径）是相等的。
具有这种结构的一字排列式电子枪按如下方式工作：
由热子（未示出）加热的三个阴极41发射出的热电子在加于第二栅极43（G2）的正电压的作用下附于第一栅极42（G2），并形成三个电子束。这三个电子束穿过第一栅极42（G1）的电子束通孔后，再穿过第二栅极43（G2）的电子束通孔，而后进入由栅极44和45组成的主电子透镜，同时由加在第三、四栅极44和45（G3、G4）上的正电压加速。大约5-10KV的低电压加在第三栅极G3的圆筒44和它的栅板46上，而大约20-30KV的高电压加于第四栅极G4的圆筒45及其栅板47。这样，电子第三栅极44（G3）和第四栅极45（G4）之间的电位差的存在，而在44（G3）和45（G4）间产生出静电场，在这个静电场的作用下，进入静电透镜的三个电子束的轨迹发生弯曲，最后被会聚起来，按照这种方法，在荧光屏（未示出）上形成一个会聚点，并在屏上形成电子束光点。
在上述普通的一字排列式电子枪组件中，第三、四栅极G3和G4的圆筒44和45一般都有基本呈椭圆形横截面的孔道，使用具有这种其本上呈椭圆横截面圆筒的第三、四栅极G3、G4（44、45）的话，其大直径（横向直径或图上水平方向的直径）。远大于小直径（纵向或图上垂直方向的直径）。因此，如果电子束通孔开在这种电极44、45的栅板上，那么三个电子束在垂直方向和水平方向上的聚焦效果就不同，而且荧光屏上的光点形状在水平方向上是扩大的。
为解决这个问题，习惯的作法是把第三、四栅极G3、G4的栅板46、47上设置的电子束通孔的形状设计成基本上呈椭圆形，如参考文献中所描述的一字排列式电子枪。具体讲，是把通孔形状作成为在垂直方向上纵向拉长的椭圆形，这和电极G3、G4的圆筒44、45的孔道截面形状正好相反。
按照这种结构，在栅极G3、G4的栅板46、47上的椭圆电子束通孔处，由于孔道的椭圆截面而在水平方向上使之趋于发散的三个电子束水平方向的聚焦就比垂直方向的聚焦更强。相应地，通过主电子透镜后的三个电子束的截面变得更圆，而且大大地抑制了荧光屏上的光点在水平方向扩张的趋势。
在采用一字排列式电子枪组件的设备中，如彩色电视机，终端设备的监视器等，从能源经济性考虑，为了把电子束的偏转功率降至最小，并且降低设备能耗，而把电子枪组件所处的一字排列彩色阴极射线管壳的管颈作得越来越小，这确实限制了上述的栅板上电子束通孔垂直方向尺寸的增加以便形成垂直拉长的椭圆形，因此，上述参考文献中的电子束的横截面还是不可能令人满意的。实际上，终端设备的监视器要求高清晰度图象质量，如果一字排列式电子枪用在监视器用的彩色阴极射线管中，由于荧光屏上光点形状在水平方向上的扩张，对这种彩色阴射线管的分辨率要求更高。
为了满足这个提高分辨率的要求，可以考虑进一步减小水平方向直径，以提高电极G3的栅板上的电子束通孔的垂直方向直径与水平方向直径的比值，然而，电极的这种构成又将带来别的问题，即电子束会碰撞在电极G3的栅板上。实际上，中心电子束碰到电极G3的栅板上，会在构成主电子透镜的电极3（具有聚束功能）上产生不希望的电流，从而引起该电极电位不需要的波动，这可能使聚焦发生令人不满意的变化，会引起荧光屏上图象模糊和闪烁，而降低了图象质量。
进一步讲，电子束碰撞电极G3的栅板可能会引起电极发热，这是不希望的，而且会导致电极变形或烧毁，这就降低了阴极射线管的可靠性。
本发明的目的是提供一种一字排列式电子枪组件，它使电子束每个方向的聚焦效果基本上是一致的，而且可以使该电子枪组件电极单元的电位稳定。
本发明的另一个目的是提供装设有这种电子枪组件的彩色阴极射线管。
按照本发明的一个方案，一字排列式电子枪组件包括产生三个电子束的阴极单元、低电位圆筒电极单元以及相对于电子束流向排在后面的高电位圆筒电极单元，每个电极单元有非圆形的伸长横截面，其横截面垂直方向的直径比水平方向的直径小，所说的水平方向垂直地横过所说的垂直方向，并且是电子束排列的方向，其中每个电极单元包括圆筒和设置在圆筒内壁上的栅板，并且在该栅板上至少有一个三电子束的中心电子束的非圆形通孔，两个电极单元构成电子透镜，而且两个电极单元的栅板的中心电子束通孔在垂直方向上的直径是不相同的。
低电位测电极单元的非圆形中心电子束通孔垂直方向的直径下称“前者”与高电位侧电极单元的栅板的非圆形中心电子束通孔垂直方向的直径下称“后者”之间的相互关系产生下述作用。
（a）“前者”大于“后者”
这种情况下具有电子束会聚功能的低电位侧电极单元的栅板的非圆形电子束通孔在垂直方向上的直径大于具有电子束发散功能的高电位侧电极单元的栅板的非圆形电子束通孔在垂直方向上的直径，因此，电子透镜的发散侧在垂直方向上的曲率半径变得大于会聚侧在垂直方向上的曲率半径，致使电子透镜在垂直方向上的发散特性被加强。当中心电子束入射到这种电子透镜时，垂直方向上电子束的会聚作用就比现有技术结构的电子透镜的会聚作用弱，如果使用具有上述普通结构电子透镜，用普通电子透镜由中心电子束得到的光点形状在水平方向上扩张，那么，在垂直方向上的会聚作用和水平方向上的会聚作用可以一致，并使由中心电子束得到的光点形状被校正到基本上呈圆形。
（b）“前者”比“后者”短
这种情况下，具有电子束发散功能的高电位侧电极单元的栅板的非圆形电子束通孔垂直方向上的直径大于具有电子束会聚或聚焦功能的低电位侧电极单元栅板的非圆形电子束通孔垂直方向的直径，因此，聚焦侧电子透镜的垂直方向曲率半径变得大于发散侧电子透镜的垂直方向的曲率半径，致使垂直方向上电子透镜的聚焦性能加强，当中心电子束射入电子透镜时，垂直方向上电子束的聚焦作用高于现有技术结构电子透镜的聚焦作用，如果使用这种电子透镜，由于使用现有技术结构的电子透镜由中心电子束得到的光点形状在垂直方向上扩大，垂直方向和水平方向上的聚焦作用可以一致，由中心电子束得到的光点形状按照情况（a）中所述的同样方法可以被校正到基本呈圆形。
按照本发明的另一个方案，一字排列式电子枪组件有产生一个中心电子束和两个侧面电子束的阴极单元以及第一、第二电极单元，电极单元分别加有第一和第二工作电压，并且电子束可以穿过两个电极单元。相对电子束的流向，第二电极单元处在第一电极单元的下流方位置，第一和第二电极单元的每一个都有非圆形伸长横截面的圆筒和连接在圆筒内壁的栅板，该栅板把三个电子束通孔沿平行于圆筒横截面长轴方向并排限定在圆筒之内。每个栅板上至少有一个为中心电子束设置的电子束通孔。第二电压高于第一电压，以使第一和第二电极单元共同形成主静电透镜，该透镜具有第一电极单元使电子束会聚的第一功能与第二电极单元使电子束发散的第二功能的复合功能，沿基本垂直于一个电极单元圆筒的非圆形伸长的横截面纵长方向测出的第一和第二电极单元之一的栅板上的孔径不同于另一个电极单元的栅板的孔径，这种孔径的差别使得在电极圆筒的非圆形伸长横截面的纵长方向的垂直方向的第一和第二功能之一比另一功能加强。
附图简要说明
图1a～1c是表示普通一字排列式电子枪的主电子透镜部分的例子的结构剖面视图。
图2是表示装有按照本发明实施例的一字排列式电子枪组件的彩色阴极射张管的结构示意图。
图3a-3d是按照本发明实施例的一字排列式电子枪组件的主电子透镜的结构剖视图。
图4a-4c是按照本发明另一实施例的一字排列式电子枪组件的主电子透镜部分的剖视图。
图5a-5c是按照本发明再一个实施例的一字排列式电子枪组件的主电子透镜部分的结构剖视图。
图6是电子束通孔与具有本发明实施例的一字排列式电子枪组件的阴极射线管的荧光屏上的电子束光点的变形之间的关系曲线。
最佳实施例的描述：
图2是包括本发明实施例的一字排列式电子枪组件的阴极射线管的结构原理图。
图2中，1表示玻壳面板、2是玻壳锥体、3是管颈、4是荧光屏、5是阴罩、6是磁屏、7是偏转线圈、8是纯度调节磁铁、9是中心电子束静态会聚调节磁铁、10是侧边电子束静态会聚调节磁铁、11是一字排列式电子枪组件。BC和BS分别代表中心电子束和侧边电子束。
这种阴极射线管的会聚调整（静态会聚）是首先调节两个侧边电子束的聚焦，然后使中心电子束的会聚点与侧边电子束的会聚点相一致。
如果必要的话，在玻壳面板1的外表面上沉积一层或多层含SnO2In2O3等的薄膜，用来防止反射和玻壳带电，在玻壳锥体和管颈2，3的内表面沉积一层由石墨等制成的内导电膜（图中未示出）。除石墨之外，导电膜要加上二氧化钛，以便抑制弧光放电和限制导电膜的电阻值。这个导电膜把高压端（未示出）连接到电子枪组件11上。
图3a表示构成本发明实施例的一字排列电子枪组件的电子透镜的电极单元结构/方案的垂直纵向剖视图。图3b是沿图3a的Ⅲb-Ⅲb线剖切的电极单元21的孔道的水平方向剖视图。图3C是沿图3a的Ⅲc-Ⅲc线剖切的电极单元22的孔道的水平方向剖视图。图3d是表示形成电子透镜的电极单元21、22内的等位线分布的工作说明视图。
在图3a-3d中，21是第三栅板G3，它包括具有孔道的非圆形伸长横截面即椭圆横截面的圆筒21A;22是第四栅极G4，它包括具有孔道的非圆形伸长横截面通孔，即基本为椭圆横截面的圆筒22A;21B是装设在圆筒21A内壁上的栅板;22B是装设在圆筒22A内壁上的栅板;25是栅板21B的中心电子束通孔;26是栅板22B的中心电子束通孔;27和28是栅板21B的两侧边电子束通孔;29和30是栅板22B上设置的凹缺边沿，它们和圆筒22A的内壁组合界定出侧边电子束通孔，例如所述的凹缺边沿是缺口部分。另件41～43都是与图1a中所示的对应部分类似的另件。
第四栅极22（G4）的位置相对电子束流向处在第三栅极21（G3）的下流侧，而第三栅G3和第四栅G4的基本呈椭圆形的孔道的长轴的方向与图的水平方向相一致，从大约5KV到大约10KV的低电压经电压源终端接头Ec3加在第三栅极21（G3）上，大约从20KV到30KV的高电压经电压源端接头Eb加在第四栅极22（G4）上，第三栅极21（G3）、第四栅极22（G4）、电极21内的栅板21B和电极22内栅板22B构成电子透镜。栅板21B的中心电子束通孔25和栅板22B的中心电子束通孔基本上呈椭圆形，并且它们的长轴方向与圆的垂直方向一致。更具体的说，栅板21B的中心电子束通孔25的竖直尺寸d1和栅板22B的中心电子束通孔26的竖直尺寸d0满足关系d1＞d0。栅板21B的侧边电子束通孔27和28是由沿纵轴切开的一个半椭圆与一个同样直径的半圆拼接而成的。所说的电子束通孔缺口部分29、30是椭圆沿垂直方向切去一半而形成的。加在第二栅板43（G2）和第一栅板42（G1）的电压分别是经电压源端接头Ec2和Ec1提供的。分别为大约500V～600V和0V。
按照上述结构，由阴极单元41发射的中心电子束穿过第一栅极42（G1）和第二栅极43（G2）射入到第三栅极21（G3），本例中第四栅极22（G4）的栅板22B的椭圆形中心电子束通孔26的垂直尺寸d0小于电子透镜中的第三栅极21（G3）之内的栅板21B的中心电子束通孔25的垂直尺寸d1。更详细说，电子透镜中的等位线表示在图3d中，等位线的分布不同于图1a中等位线的分布，发散侧电子透镜在垂直方向上的曲率半径小于会聚侧的曲率半径。换句话说，就是电极22在垂直方向上的电子束发散功能远远强于电极21在垂直方向上的会聚或聚焦功能，并且作用于中心电子束的垂直方向上的聚焦功能弱。
图6表示第四栅极22（G4）上的中心电子束通孔26的垂直方向直径d0和荧光屏上电子束光点的变形（垂直方向直径/水平方向直径）的关系。其中电极21（G3）的中心电子束通孔25的垂直方向直径d1等于5.8mm，使用的是图3a～3d中所示的电子枪组件。
从图6可以看出，当d0＝5.2mm即d0/d1＝0.897时，束光点是良好的圆形。根据本发明人的试验，当电子束光点的变形远大于1.2时，电子束的光点在垂直方向上将被拉长，致使电子束在垂直方向方向的聚焦效果（垂直分辨率）将被降低，另一方面，当电子束光点变形值小于0.8时，电子束光点将在水平方向上被拉长，致使电子束在水平方向上的聚焦效果（水平分辨率）将被降低。所以d0/d1应取为0.81＜d0/d1＜0.98
从电子枪组件实际制造的观点来看，最好是把电子束光点的变形值定为1.0～1.1范围之内。这时，d0/d1将是0.85≤d0/d1≤0.90如果电子束光点的变形超出这个范围，那么在荧光屏的周围部分可能发生晕圈，而且在整个荧光屏上的聚焦可能不均匀。虽然可以采用动态聚焦电路进行校正，但多少总会降低使用这种电子枪组件的彩色显象管的图象质量。
参照图3所作的上述描述，可以适用于具有其他尺寸的电子束通孔的电子枪组件。
因此，在具有现有技术结构的电子透镜的一字排列式电子枪组件中，如果把本实施例的主电子透镜用于由中心电子束形成的光点形状可能在水平方向上拉长的情况下，那么垂直方向上的聚焦效果可以做得基本上等于水平方向上的聚焦效果，并且由中心电子束形成的光点形状可以被校正为基本上呈圆形。
图4a是本发明另一个实施例的一字排列式电子枪组件构成电子透镜的电极的结构/方案的垂直纵向剖视图，图4b是沿图4a中Ⅳb-Ⅳb线剖切的水平剖视图，该图表示沿水平方向看的电极21的孔道的横截面。图4C表示沿图4a上Ⅳc-Ⅳc线剖切的沿水平方向看的孔道的横截面的结构剖视图。
图4b中，31和32表示凹缺的边沿部分，如切掉的缺口部分，这个凹缺部边沿和圆筒121A的内壁共同限定包括圆筒121A在内的第三栅极G3（121）的栅板121B的侧边电子束通孔，与图3a～3d中相同的结构件使用同样的标号表示。符号E表示电子束运动的方向，阴极单元第一栅极G1和第二栅极G2都从图中省略了。
栅板121B的侧边电子束通孔缺口部分31，32是在垂直方向上切开的半个椭圆形，其切制方法和包括圆筒22B在内第四栅极22（G4）的栅板22B的电子束通孔缺口部分是一样的。
如果把这个实施例与图3a-3d表示的前个实施例相比较，前一个实施例中的第三栅极G3的栅板21B的侧边电子束通孔是由垂直剖开的半个椭圆与同直径的半圆拼接而成的。而在本实施例中，缺口部分31、32是由沿长轴方向切成的半椭圆形成。而缺口部分31、32与圆筒121A的内壁共同界定侧边电子束通孔，其余的结构是相同的。
本实施例中电子透镜对中心电子束的作用和上一个实施例中电子透镜对中心电子束的作用是相同的，因此，这里省略了进一步的详细说明。
图5a是本发明另外一个实施例的一字排列式电子枪组件形成电子透镜的电极单元的结构方案的垂直纵向部视图。图5b是沿图5a的Ⅴb-Ⅴb线剖切的孔道的横截面结构剖视图。图5C是沿图5a的Ⅴc-Ⅴc线剖切的孔道横截面结构剖视图。
在图5c中，33和34是包括圆筒222A在内的第四栅极222（G4）的栅板222B的电子束通孔，与图3a～3d中相同的其他另件使用同样的标号表示。符号E代表电子束运动方向，阴极、第一栅极G1和第二栅极G2在图中都省略了。
栅板222B的侧边电子束通孔33，34是在垂直方向上切开的半个椭圆和同直径的半圆拼接而成的，按照同样的方法形成包括圆筒21A在内的电极21（G3）的栅板21B的侧边电子束通孔27、28。
在第一个实施例中，缺口边沿部分限定了第四栅极G4（22）的栅板22B的侧边电子束通孔，缺口边沿部分是由沿垂直方向切掉一半的半椭圆形成的切口29、30，本实施例与第一实施例不同，前者是用沿长轴方向切开的半椭圆切口和同直径的半圆切口拼接而成的，而其他结构相同。
本实施例中电子透镜对中心电子束的作用和第一实施例的电子透镜对中心电子束的作用也是相同的，因此，在此也省略了更详细地描述。
按照上述的三个实施例，由于采用基本呈椭圆形横截面的圆筒形的，在长轴方向上排列三个电子束的第三栅极（G3）21、121、21和第四栅极（G4）22，22，222，防止了中心电子束在荧光屏上光点形状在水平方向上的扩大，而且，不必再为增大栅板21B、121B、21B的中心电子束通孔的垂直方向直径对水平方向直径的比而减小第三栅极G3的这些栅板上中心电子束通孔的水平方向的直径，这就可以防止电子束碰撞到第三栅极G3的栅极21B、121B、21B。例如，用图3a和3c所示尺寸的电极单元构成的一字排列式电子枪组件的阴极射线管，可以发现，当第三栅极（G3）21的中心电子束通孔25的水平方向直径小于4.0mm时中心电子束就会碰到第三栅极G3的栅板21B上。然而，按照所述的实施例，第三栅极（G3）21的中心电子束通孔的水平方向直径是2.12×2＝4.24mm，这就达到了预期的聚焦效果，而且不需要把这个直径减小到4.0mm或更小，如上面参考图6所述的那样。
上面给出的每个实施例都是涉及射入电子透镜的中心电子束在水平方向上扩张的情况，如果由于前级电极单元，如第一栅极G1和第二栅极G2的设计和结构使射入电子透镜的中心电子束在垂直方向扩大的话，按照与前面实施例相同的方法也可以防止中心电子束在荧光屏上形成的光点形状的扩张，这时第三栅极G3的栅板21B、121B、21B的中心电子束通孔25垂直方向直径d1和第四栅极G4的栅板22B、22B、222B的中心电子束通孔的垂直方向直径d0要满足d1＜d0的关系。
虽然前述的实施例的电子束通孔的形状是椭圆形，按照本发明，也可以采用其他形状，如两个半圆接在两条平行线的两端构成的形状。电子束通孔其他形状的例子是：垂直伸长的非旋转对称形，如垂直伸长的扁圆形、矩形、六角形等。
虽然电子束通孔的长轴处在垂直方向上，有时电子束通孔的长轴处在水平方向上也是适用的，这取决于栅板G3、G4的栅板安排的位置或这些电极的孔道的形状。
如上所述，设置在构成电子透镜的低电位侧和高电位侧的电极的栅板上的非圆形中心电子束通孔分别具有不同的长轴尺寸，相应地，中心电子束垂直方向的聚焦效果可以在电子透镜中得到适当的校正，且可以使其基本上等于水平方向上的聚焦效果，这就使中心电子束在荧光屏上形成的光点形状基本上呈圆形。
此外，由于中心电子束在荧光屏上的光点形状变得基本上呈圆形，这就消除了中心电子束的象散现象，而且可以改善图象的分辨度。