Brevet FR2409595A1 — publié le 19790615

La présente invention est relative à des tubes à rayons cathodiques utilisant des colliers de déviation magnétique, et elle vise plus particulière- ment des tubes-images pour la télévision en couleur, ainsi que les canons électrons destinés à ces tubes. Cette invention est prévue plus particulièrement pour s'appliquer à des tubes-images pour la télévision en couleur du type à masque d'ombre, comportant un écran de phosphore en couleurs du type "en ligne", qui est excité par un canon à électrons produisant trois faisceaux électroniques coplanaires. On trouvera décrit, dans- le brevet américain n 3 772 554, un mode de réalisé sation d'un canon électronique plus particulièrement destiné à de tels tubes, Aux fins d'illustration, la présente invention sera décrite en référence à tel canon. Cependant, il demeure bien entendu que cette invention peut être appliquée à tout autre type de canons à électrons pour d'autres types de tubes à rayons cathodiques. Un des défauts rencontrés dans le fonctionnement des tubes . rayons cathodiques est celui appelé "tache lumineuse". Ce terme est utilise pour ex- primer la condition qui se produit lorsque le faisceau électronique, au lieu de présenter une limite de section droite définie avec précision, présente une partie de coeur, ou partie principale, de haute densité, et une partie périphe- rique ayant une densité sensiblement inférieure. I1 en résulte, sur l'écran, un spot de faisceau électronique qui n'est pas focalisé, et qui produit, par consé- quent, des images présentant une faible définition. Cette tache lumineuse du spot du faisceau électronique peut Titre attribuée à un certain nombre de causes. Par exemple, le champ de collier utilisé pour balayer le faisceau électronique sur l'écran peut entre non uniforme, et distordre la forme de la section droite du faisceau. Par ailleurs, les ou:erB tures des électrodes de focalisation peuvent ne pas être rondes, ce qui provoque des aberrations de lentille, se traduisant par une distortion du spot du faisceau. Enfin, il peut arriver que les ouvertures d'électrodes, dans la région de for- mation de faisceau du canon, ne soient pas alignées, ce qui peut également produire des distortions du spot du faisceau. La demanderesse a découvert que la tache lumineuse pouvait égale ment résulter de la déviation du faisceau électronique en dehors de l'axe de la lentille de focalisation, par suite des champs magnétiques de dispersion, cette déviation étant telle que le faisceau électronique traverse une partie périphérique de la lentille, dans laquelle les lignes de champ électrostatique sont fortement incurvées, ce qui produit des distortions dans le spot du faisceau, sur un côté seulement de ce dernier. La demanderesse a en outre découvert que de tels champs magnétiques se produisent souvent en tant que partie de frange postérieure du champ de déviation principal du collier de déviation. Ceci se vérifie notamment dans le cas de colliers de déviation comportant des enroulements en forme de tores qui, de façon inhérente, engendrent un champ de franges plus étalé que, par exemple, celui obtenu par des enroulements de colliers du type " selve". Un canon à électrons selon la présente invention comporte une pluralité d'électrodes pour réaliser une lentille électrostatique de focalisation, l'une des électrodes comportant une partie constituée d'un matériau magnétique afin de servir d'écran au faisceau électronique qui traverse la lentille, en provenance du champ de franges du collier de déviation. Selon un mode de réalisation préféré, le canon à électrons est du type bi-potentiel, et il comprend une cathode, une grille de commande, une grille d'écran, une première électrode d'accélération, et une seconde électrode d'accélération. La lentille de focalisation principale est prévue entre la première et la seconde électrode d'accélération. La première électrode d'accélération a sa moitié postérieure, adjacente à la grille d'écran, constituée d'un matériau magnétique, et sa moitié frontale réalisée en un matériau non magnétique. D'autres caractéristiques et avantages de 1 a présente invention ressortiront de la description donnée ci-après, en référence aux dessins annexés, qui en illustrent un exemple de réalisation non limitatif. Sur les dessins - la Figure 1 est une vue en plan, partiellement en coupe axiale, d'un tube-image en couleurs a masque d'ombre, muni d'un dispositif selon 1 linvention; - la Figure 2 est une vue en bout frontale du tube de la Figure 1, montrant la forme rectangulaire de ce tube - la Figure 3 est une coupe axiale du canon à électrons représenté en traits interrompus sur la Figure 1 - la Figure 4 est une coupe axiale du canon à électrons selon la ligne 4-4 de la Figure 3 ; et, - la Figure 5 est une coupe axiale de la première électrode d'accélération du canon à électrons montrant les trajectoires de faisceaux théoriques permettant de bien faire comprendre l'invention. La Figure 1 est une vue partielle d'un tube-image couleurs rectangulaire, par exemple du type "17 V - 90 " comprenant une enveloppe de verre 1 comportant un panneau frontal rectangulaire 3 et un col tubulaire 5, ces deux parties étant reliées par une partie rectangulaire 7. Le panneau 3 comprend un panneau frontal d'observation 9, et un bord périphérique ou paroi latérale 11, qui est scellé à la partie conique 7, ainsi qu'on peut le voir à la Figure 2. Un écran de mosaïques de phosphore tricolore 13 est supporté par la surface interne du panneau frontal 9. L'écran est, de préférence, du type dit "en ligne", avec les lignes de phosphore s'étendant sensiblement parallèlement au petit axe Y-Y du tube (cet axe étant perpendiculaire au plan de la Figure 1). Un masque d'ombre 15 ou électrode de sélection de couleurs, muni d'une pluralité d'ouvertures, est monté de façon amovible à l'aide de moyens classiques, dans une position espacée de façon déterminée par rapport à l'écran 13. Un canon à électrons en ligne du type bi-potentiel perfectionné 19, représenté schématiquement par des traits interrompus à la Figure 1, est monté axialement à l'intérieur du col 5, de façon à engendrer trois faisceaux électroniques 20, qui sont dirigés selon des trajectoires convergentes, coplanaires, au travers du masque, vers l'écran 13. Le tube électronique représenté à la Figure 1 a été conçu de façon à être utilisé avec un collier de déviation magnétique extérieur, tel que le collier 21, qui a été représenté schématiquement entourant le col 5 et la partie conique 7 au voisinage de leur jonction. Le collier 21 soumet les trois faisceaux 20 à des flux magnétiques vertical et horizontal, afin de balayer les faisceaux horizontalement et verticalement, selon une trame rectangulaire, sur l'écran 13. Le plan initial de déviation (pour la déviation 0) a été représenté par le trait P-P à la Figure 1, sensiblement au milieu du collier 21. Ce collier 21 est, de préférence, un colller auto-convergent, comportant une paire de bobines de déviation verticale, du type tore, et une paire de bobines de déviation horizontale, du type selle. En raison de l'existence des champs de franges, la zone de déviation du tube s'étend axialement à partir du collier 21 dans la région du canon 19. Etant donné que des bobines en forme de tore produisent des champs de franges relativement importants, le champ de déviation verticale est particulièrement fort dans la région du canon. Pour simplifier le dessin, on n'a pas représenté, à la Figure 1, la courbure actuelle des faisceaux déviés 20, dans la zone de déviation. Le canon en ligne 19 est conçu et réalisé de façon à engendrer trois faisceaux coplanaires équi-espacés, qui sont dirigés selon des trajectoires initialement parallèles vers un plan de convergence C-C, et ensuite le long de trajectoires convergentes, au travers du plan de déviation, vers l'écran 13. On a représenté, aux Figures 3 et 4, les détails du canon à électrons perfectionné 19. Ce canon comporte deux tiges de support en verre 23, sur lesquelles sont montées alignées les différentes électrodes. Ces électrodes comprennent trois cathodes coplanaires 25 équi-espacées, une pour chacun des faisceaux, et des électrodes perforées comprenant une électrode de grille de commande 27, une électrode de grille d'écran 29, une première électrode de focalisation et d'accélération 31, une seconde électrode d'accélération et de focalisation 33, et une coupe écran 35, tous ces éléments étant espacés dans l'ordre indiqué le long des tiges de verre 23. Chaque cathode 25 comprend un manchon de cathode 37, fermé, à son extrémité antérieure, par un couvercle 39 dont l'une des extrémités est recouverte d'un revetement 41 en un matériau émettant des électrons, cette cathode 25 comprenant en outre un tube support de cathode 43, Les tubes 43 sont supportés par les tiges 23, par l'intermédiaire de quatre étriers 45 et 47. Chaque cathode 25 est indirectement chauffée par une bobine de chauffage 49, positionnée à l'intérieur du manchon 37, et qui comporte des pieds 51 soudés à des étriers de chauffage 53 et 55, montés sur les tiges 23 par l'intermédiaire de goujons 57. Les électrodes de grille de commande 27 et de grille d'écran 29 sont réalisées sous la forme de deux plaques planes étroitement espacées, et comportant trois paires de petites ouvertures alignées 59, centrées avec les revetements de cathode 41, afin de créer trois faisceaux coplanaires équiespacés le long de trajectoires, comprenant une trajectoire centrale 20a et deux trajectoires extérieures 20b, dirigées vers l'écran 1 3. De préférence, les trajectoires 20a et 20b sont à l'origine sensiblement parallèles, la trajectoire du milieu 20a coïncidant avec l'axe A-A. La première électrode de focalisation et d'accélération 31 comprend un élément creux muni d'ouvertures alignées à ses extrémités opposées, et des premier et second éléments en forme de coupe 61 et 63, respectivement, raccordés l'un à l'autre à leurs extrémités ouvertes. Le premier élément en forme de coupe 61 comporte trois ouvertures de taille moyenne 65, près de l'électrode de grille 29, et alignées respectivement avec les trois trajectoires de faisceaux 20a et 20b, ainsi qu'on peut le voir à la Figure 4. Le second élément en forme de coupe 63 comporte trois grandes ouvertures 67, également alignées avec les trois trajectoires de faisceaux.Ainsi qu'on le décrira plus loin en détail, Le premier élément en forme de coupe 61 est constitue d'un mu- tériau magnétique, et il est disposé sensiblement en position de non-recouvre- ment par rapport au second élément en forme de coupe 63, lequel est constitué d'un matériau non magnétique. La seconde électrode de focalisation et d'accélération 33 est égale ment en forme de coupe, et elle comprend une partie formant plaque de bac 69, positionnée à proximité de l'électrode 31, et une paroi latérale ou retord 71 s'étendant vers l'avant, vers l'écran du tube. La partie de base 69 conçu porte trois ouvertures 73, qui, de préférence, sont légèrement plus grandes que les ouvertures adjacentes 67 de l'électrode 31.L'ouverture médiane 73a est alignée avec l'ouverture médiane adjacente 67a (et la trajectoire de ais- sceau médiane 20a), afin d'obtenir un champ électronique de focalisation de fais- ceau sensiblement symétrique entre les ouvertures 67a et 73a, lorsque les électrodes 31 et 33 sont excitées par des tensions différentes.Les deux ouver- tures extérieures 73b sont légèrement décalées vers l'extérieur par rapport aux ouvertures extérieures correspondantes 67b, de façon à obtenir un champ électrique asymétrique entre chaque paire d'ouvertures extérieures lorsque les électrodes 31 et-33 sont excitées, afin de focaliser lindividuellement chaque faisceau extérieur 20b, près de l'écran, et également de dévier chaque faisceau vers le faisceau médian, vers un point de convergence commun a--ec ie fais- ceau médian près de l'écran. Les ouvertures de focalisation 67 et 73 sont réalisées aussi imper tantes que possible, afin de réduire à un minimum l'aberration sphérique, et elles sont disposees aussi près l'une de l'autre que possible, afin d'obtenir un petit espacement voulu entre les trajectoires de faisceaux. I1 en résulte une interaction des parties de franges des champs adjacents, produisant une cer taine distortion astigmatique des champs de focalisation, ce qui se traduit par une certaine ellipticité des spots de faisceaux focalisés, normalement circulaires, sur l'écran. Dans un canon en ligne à trois faisceaux, cette distortion est plus grande pour le faisceau médian que pour les deux faisceaux extérieurs, étant donné que les deux côtés du champ de faisceau médian sont affectés.Afin de compenser cet effet et de réduire à un minimum la distortion elliptique des spots de faisceaux1 la paroi 39, ou au moins la surface de cette dernière en regard de l'électrode 31, est incurvée de façon concave sensiblement cylindrique vers l'électrode 31, dans une direction perpendiculaire au plan des trois faisceaux, ainsi qu'on peut le voir en 79 à la Figure 3.De préférence, cette courbure est plus grande pour la trajectoire de faisceau médian que pour les trajectoires de faisceaux extérieurs Ainsi, la paroi 69 peut être munie d'une configuration en forme de tonneau, la courbure 79 venant aboutir sur les bords extérieurs des ouvertures externes 3b La coupe écran 35 comprend une partie de base 81 fixée à l'extré- mité ouverte du rebord 71 de l'électrode 33, et une paroi tubulaire 83 entourant les trois trajectoires de faisceaux 20. La partie de base 81 comporte une ouverture de faisceau médian importante 85, et deux petites ouvertures de faisceaux extérieurs 87 alignées respectivement avec les trois trajectoires initiales 20a et 20b. Afin de compenser la dist-ortion, pour laquelle les dimensions des trames balayées sur l'écran par le collier de déviation magnétique externe sont différentes pour les faisceaux médian et extérieurs du canon à trois faisceaux, en raison de l'excentricité des faisceaux extérieurs dans le champ de collier, le canon à électrons est pourvu de deux anneaux écrans 89 à haute perméabilité magnétique (réalisés par exemple à partir d'un alliage à 52 7' de nickel et 48 % de fer, alliage connu sous le nom de métal 52) qui sont fixés à la base 81 de telle façon que chaque anneau entoure concentriquement l'une des ouvertures extérieures 87. Ces écrans magliétiques 89 by-passent une petite partie des champs de déviation de franges dans la trajectoire des faisceaux extérieurs, ce qui entraîne une légère réduction des trames balayées par les faisceaux extérieurs ssur l'écran. On peut realiser une autre correction pour cette distortion coma en montant deux petits disques 91 de matériau magnétique (par exemple du type indiqué plus haut) de chaque côté de la trajectoire de faisceau médiane 20a. Ces disques 91 renforcent le flux magnétique sur le faisceau médian transversalement au plan des trois faisceaux, et diminuent le flux dans ce plan. Chacune des électrodes 27, 29, 31 et 33 est montée sur les deux tiges de verre 23, par l'intermédiaire de leurs bords noyés dans le verre. Les deux tiges 23 s'étendent vers l'avant, au-delà de la partie de montage de l'électrode 33, ainsi qu'on peut le voir sur la Figure 3. Afin de protéger les extrémités exposées 93 de la tige de verre 23 à l'encontre des faisceaux électroniques, la coupe-écran 35 est pourvue d'évidements s'étendant vers l'intérieur 95, dans lesquels sont positionnées les extrémités de la tige 93 Le canon à électrons 19 est monté dans le col 5, à une extrémité, par l'intermédiaire de conducteurs (non représentés) allant des diverses électrodes aux bornes de culot 97. De l'autre côté, ce canon 19 est monté à l'aide de pièces d'écarte- ment classiques en métal (non représentées) qui connectent l'électrode finale 33 au revêtement conducteur classique disposé sur la paroi interne de la partie conique 7 du tube. La Figure 5 représente la première électrode-de focalisation et d'accélération 31, ainsi qu 'un tracé s:chématique des lignes équi-potentielles de la lentille de focalisation 101, qui existent lors du fonctionnement normal du tube 1. Ainsi qu'on l'a représenté, le champ de lentilles de focalisation plonge dans l'ouverture 67, et les lignes équi-potentielles traversent la trajectoire de faisceau 20a perpendiculairement à cette dernière, et elles s'incurvent ensuite fortement, si bien que les axes des lignes équi-potentielles ont des pentes importantes. Lors du fonctionnement normal du tube, le flux de déviation verticale provenant du collier 21 est pourvu de franges, vers l'arrière, dans la région de la première électrode d'accélération et de focalisation 31. Si cette électrode 31 est réalisée en un matériau non magnétique de façon à ne pas shunter le flux magnétique, comme c'etait le cas avec les canons à électrons de la terhnique antérieure, le flux provoque une déviation en dehors de l'axe du faisceau électronique traversant l'électrode 31, Ceci a été représenté schématiquement sur le dessin par la trajectoire de faisceau théorique exagérée 103, Ainsi que représentée, la trajectoire 103 commence à sortir de la trajectoire de faisceau désirée 20a, lorsqu'elle pénètre dans l'électrode 31, et elle suit ensuite un trajet incurvé, selon une déviation, allant toujours en augmentant, de .la trajec toire axiale 20a. Si le premier élément en forme de coupe 61 de l'électrode 31 est constitué d'un matériau magnétique, comme décrit ici, le flux de franges provenant du collier de déviation 21 sera shunté autour de la trajectoire de faisceaux, ce qui protège ce faisceau, à l'intérieur de la première coupe 61, à 11 encontre du flux. I1 en résulte que la trajectoire de faisceau électronique se prolonge le long de sa direction axiale prévue 20a, au travers de toute la région du premier élément en forme de coupe 61, et elle commence à s'écarter de la trajectoire prévue, le long de la trajectoire représentée schématiquement en 105, seulement dans la région du second élément en forme de coupe 63. Etant donné que les trajectoires de faisceaux déviées 103 et 105 ont sensiblement des formes d'arc de cercle, la valeur de la déviation totale, pour le temps que met le faisceau à atteindre ltouverture 63, sera plus importante dans le cas du faisceau 103 que dans le cas du faisceau 105. Par conséquent, en réalisant l'élément en forme de coupe 61 en matériau magnétique, on réduit sensiblement la déviation qui se produirait autrement, en raison de l'existence du champ de franges provenant du collier 21. Bien que l'on puisse obtenir une élimination complète d'une déviation de trajectoire dans ltélectrode 31 en réalisant les deux éléments 61 et 63 en matériau magnétique, cette façon de procéder entraine une perte indésirable de sensibilité de déviation, en shuntant de façon non nécessaire et trop importante le champ de déviation. La demanderesse a découvert que le fait de ne réaque liser en matériau magnétique/le premier élément en forme de coupe n'entraDne qu'une perte de seulement 2 % environ de la force totale du champ de déviation provenant du collier 21, alors que le fait de réaliser également le second élément en forme de coupe 63 en matériau magnétique augmenterait cette perte d'une quantité excessive et indésirable.En conséquence, étant donné que la déviation de faisceaux indésirables n'est pas une fonction linéaire du facteur de protection, on obtient des conditions optimales lorsque seul, le premier élément en forme de coupe 61 est réalisé en un matériau magnétique. Bien que, dans ce qui précède, on ait décrit l'invention en référence à un canon à électrons dans lequel le premier élément en forme de coupe 61 d'une première électrode de focalisation et d'accélération 31 en deux éléments est constitué d'un matériau magnétique, on peut obtenir des résultats équivalents à l'aide d'une électrode 31, constituée totalement d'un matériau non màgné- tique, et en prévoyant un manchon ou une pièce séparée (non représentée) en matériau magnétique, qui est disposée à l'intérieur du premier élément en forme de coupe 61 ou autour de ce dernier. La référence faite ici à une électrode constituée d'un matériau magnétique entend également couvrir la structure équivalente, du point de vue fonctionnel, d'une électrode non magnétique à laquelle a été fixée une partie magnétique. De même, bien que l'on ait représenté les deux éléments 61 et 63 en forme de coupe, avec des longueurs axiales égales, ceci ne constitue pas une caractéristique essentielle de l'invention. La caractéristique critique du dispositif selon cette invention réside en ce que la partie postérieure seulement de l'électrode 31 doit être magnétique, et qu'il n'est pas nécessaire que l'élecw trode soit totalement magnétique.Il en résulte que les deux parties en forme de coupe 61 et 63 de l'électrode selon l'invention ne doivent pas etre telles qu'elles se recouvrent axialement, afin de rendre la totalité de ltélectrode, ou une partie de celle-ci, magnétique le long de la trajectoire de faisceau. Selon un mode de réalisation préféré de cette invention, les deux parties en forme de coupe 61 et 63 ne se recouvrent pas du tout, ainsi qu'on peut le voir sur les dessins. Dans l'exemple de réalisation représenté sur les dessins annexés, le canon à électrons 19 peut comporter, comme dimensions typiques, celles qui ont été indiquées dans le tableau mentionne ci-après. Cependant, il demeure bien entendu, que ces dimensions ne sont pas critiques pour la mise en oeuvre de l'invention. Dans certaines conceptions de canons à électrons destinés à remplacer le canon 19, la première électrode de focalisation et d1accélé- ration est réalisée de façon à etre plus grande que celle représentée. En réalité, une telle électrode présente un problème plus sérieux de taches lumineuses résultant de la présence du flux de franges provenant du collier de déviation 21 agissant sur le faisceau, sur une grande partie de sa trajectoire. Bien entendu, cette invention n'est pas limitée aux exemples de realisation et de mise en oeuvre décrits ci-dessus, mais elle en englobe toutes les variantes. Dans le tableau 1 ci-apPès, on a indiqué des exemples de dimensions pour les pièces constituant le canon à électrons 19. Dans le tableau 2, on a donné des exemples de valeurs des tensions de fonctionnement, Tableau 1 Dimensions (mm) - Ouverture 65 ................................... 1, .524 - Ouverture 67 ................................... 4,064 - Ouverture 73 ................................... 4,369 - Longueur axiale de l'électrode 31 .................. 10,77 - Largeur de l'électrode 31 ......................... 20,066 - Hauteur de l'électrode 31 ......................... 9,652 - Distance entre les électrodes 31 et 33 .............. 1,524 - Distance entre les faisceaux électroniques .......... 5,080 - Rayon R1 ........................................ 203,20 - Rayon R2 ....................................... 57,912 Tableau 2 Tensions de fonctionnement (volts) . Cathode 25 .............................. 0 à 100+ - Electrode 27 ............................. O - Electrode 29 ............................. 370 - Electrode 31............................. 4800 - Electrode 33 ............................ 25000 REVENDICATIONS 1 - Canon électronique conçu pour être incorporé dans un tube à rayons cathodiques prévu pour fonctionner avec un collier de déviation magnétique qui produit un champ de déviation magnétique dont la limite ou la frange se situe dans la région dudit canon, ce canon comprenant une pluralité d'électrodes pourvues d'ouvertures alignées au travers desquelles passe un faisceau d'électrons provenant dudit canon, l'une de ces électrodes comprenant un élément creux muni d'ouvertures alignées aux extrémités opposées, au travers desquelles passe ledit faisceau électronique, cet élément creux comprenant une première partie tubulaire plus éloignée du dit écran, et une seconde partie tubulaire plus proche dudit écran, ce canon électronique étant caractérisé en outre en ce que ladite première partie (61) est constituée d'un matériau magnétique, et ladite seconde partie(63)est constituée d'un matériau non magnétique, de telle manière que ledit faisceau d'électrons soit protégé du champ magnétique de franges à l'intérieur de ladite première partie, mais non à l'intérieur de ladite seconde partie. 2 - Canon à électrons selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites première et seconde parties ne se recouvrent sensiblement pas;. 3 - Canon à électrons selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites première et seconde parties ont des longueurs sensiblement égales le long de la trajectoire (20, 20a, 20b) dudit faisceau électronique. 4 - Canon à électrons selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit canon à électrons (19) comprend, dans l'ordre indiqué ci-après : une cathode (25), une grille de commande (27), une grille écran (29), une première électrode d'accélération et de focalisation (31), et une seconde électrode d'accélération et de focalisation (33), et en ce que l'électrode creuse constitue ladite première électrode d' accélération et de focalisation. 5 - Canon à électrons selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit canon-est du type bi-potentiel, conçu de façon à ce que sa lentille principale soit positionnée entre les extrémités adjacentes des première et seconde électrodes d'accélération et de focalisation.