Brevet FR2498008A1 — publié le 19820716

"Dispositif permettant de reproduire des images à l'aide d'un tube à rayons cathodiques." L'invention concerne un dispositif permettant de repro- duire des images à l'aide d'un tube à rayons cathodiques comportant une enveloppe vidée d'air, dans laquelle sont disposés un écran d'image et un canon électronique servant à engendrer un faisceau d'électrons, ce tube à rayons catho- diques étant muni d'un système de bobines de déviation principales appliqué autour du tube afin de dévier le fais- ceau d'électrons dans deux directions perpendiculaires entre elles sur l'écran d'image. Un tel dispositif est connu de la demande de brevet français N0 2 395 593 déjà déposée par la Demanderesse et qui décrit un dispositif muni d'un tube à rayons cathodiques conçu pour des buts de télévision à projection. Des bobines de déviation appliquées aux tubes à rayons cathodiques provoquent assez souvent des aberrations élec- troniques optiques dans le faisceau d'électrons dévié. Les aberrations principales sont l'astigmatisme, la courbure de champs d'image et le coma, les aberrations dites du troisième ordre. Outre ces aberrations du troisième ordre, il se pro- duit assez souvent des défauts d'image du cinquième et du - septième ordre. Toutefois, ces défauts ne sont d'importance qu'aux valeurs élevées de la distance s entre le faisceau d'électrons et l'axe du système de bobines de déviation dans le champ de déviation et la tangente de l'angle de déviation y. Ces aberrations peuvent être corrigées par application synchrone des corrections dynamiques avec la déviation. C'est ainsi que l'astigmatisme est corrigé à l'aide d'au moins un quadripôle dynamique, la courbe de champ d'image à l'aide de focalisation dynamique et des défauts de coma à l'aide de champs hexapolaires, octapolaires et décapolaires dyna- miques. De l'article "A practical approach to the third-order theory of magnetic deflection and its application to the deflection of convergent electron beams", paru dans Digest of Technical Papers of the International symposium 1980 of the Society for Information Display, San Diego, Californie, qui est considéré comme inséré dans le présent mémoire, il ressort que, lorsque les champs de déviation horizontaux et verticaux sont des champs bipolaires pratiquement identiques présentant une longueur effective: 13 = L/2 (1) expression dans laquelle L représente la distance comprise entre le point de déviation du système de bobines de dévia- tion et l'écran d'image, il ne se produit plus d'astigmatisme du troisième ordre. De plus, on pose qu'il faut prendre la longueur effecti- ve légèrement supérieure à (1), étant donné les aberrations du cinquième ordre. La longueur effective 13 est déterminée par la longueur et la forme du champ magnétique et est défi- nie dans le document P.E. Kaus, RCA Rev. 17, 168, 1956 13 t X Hd dz H 2 dZ (2) Hd étant le champ magnétique engendré en fonction de l'en- droit Z sur l'axe du système de bobines de déviation. Toute- fois, dans les tubes à rayons cathodiques de petites lon- gueurs, il n'est pas possible de satisfaire à l'exigence com- me imposée dans (1), du fait que le système de bobines de déviation doit être disposé assez près de l'écran d'image. De plus, il est intéressant que l'endroit du point de dévia- tion soit plus ou moins tributaire des dimensions des bobi- nes et des formes de bobines. Ainsi, l'invention vise à 3C. indiquer un dispositif présentant un système de bobines de déviation permettant de choisir un point de déviation électronique optique virtuel. De plus, avec cette structure, l'invention vise à satis- faire à l'exigence comme donnée dans (1), même dans le cas de tubes de petites longueurs, de façon à obtenir une dévia- tion anastigmatique. Un dispositif mentionné dans le premier alinéa est ca- ractérisé en ce qu'autour du tube d'image est disposé en outre un second système de bobines de déviation, du côté de l'écran d'image du système de bobines de déviation p incipa- les, ce second système comportant des bobines de post-dévia- tion qui provoquent une post-déviation du faisceau d'élec- trons opposée à la déviation provoquée par le système de bobines de déviation principales, et cette post-déviation étant en synchronisme avec et plus faible que la déviation provoquée par le système de bobines de déviation principales. Le brevet des Etsts-Unis d'Amérique no 2 728 027 décrit un dispositif présentant deux systèmes de bobines de dévia- tion fonctionnant en synchronisme et de façon opposée mais le système de bobines de déviation de ce dispositif, qui est situé du côté du canon électronique, provoque une pré- déviation du faisceau d'électrons notablement plus faible que la déviation du système de bobines de déviation principales et qui sert à l'obtention d'un plus grand angle de déviation. Dans un dispositif conforme à l'invention, le point d'intersection du trajet prolongé en arrière du faisceau d'électrons dévié au maximum avec le trajet du faisceau d'électrons non dévié peut être considéré comme le point de déviation virtuel de la combinaison du système de bobines de déviation principales et du système de bobines de post-dé- viation. Le choix de l'intensité de la post-déviation permet de choisir l'endroit de ce point de déviation virtuel plus ou moins fonction de la forme et des dimensions du système de bobines de déviation. Une première forme de réalisation de l'invention est caractérisée en ce que le point d'intersection du trajet pro- longé en arrière du faisceau d'électrons dévié au maximum avec le trajet du faisceau d'électrons non dévié se situe à une distance L de l'écran d'image, L étant essentielle- ment égal à 21, et 1 étant la longueur effective (selon la susdite définition) du champ de déviation magnétique to- tal des deux systèmes de bobines de déviation mesurés suivant le trajet du faisceau d'électrons non dévié. Dans ce cas, l'application de l'invention satisfait, dans une plus ou moins grande mesure, à l'exigence comme décrite dans (1) et l'astigmatisme du troisième ordre et celui du cinquième ordre sont notablement réduits comme il sera démontré ci- après à l'aide d'un exemple de réalisation. Une deuxième forme de réalisation préférentielle de l'invention est caractérisée en ce que les bobines de dévia- tion et les bobines de post-déviation assurant une déviation en sens opposé sont montées en série. L'invention convient notamment aux tubes d'image de télévision à projection du fait que ceux-ci sont assez courts. La description ci-après, en se référant aux dessins anne- xés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente une vue d'un tube à rayons ca- thodiques conforme à l'invention. La figure 2 représente schématiquement un quadrant d'un système de bobines de déviation principales et de post-dé- viation. La figure 3 montre l'intensité du champ magnétique en- gendré par une telle bobine de déviation principale et une telle bobine de post-déviation en fonction de l'endroit sur l'axe. La figure 4 illustre l'influence exercée par ce champ magnétique sur le faisceau d'électrons et les-figures 5 et 6 illustrent plus en détail la déter- mination des coefficients d'aberration. Le tube à rayons cathodiques conforme à l'invention et représenté sur la figure 1 comporte une enveloppe vidée d'air 1 dans laquelle est disposé un canon électronique 2, cette enveloppe est fermée par une fenêtre, qui constitue simultanément l'écran d'image 3 et qui est constituée par un monocristal activé d'un côté. Un tel tube à rayons catho- diques comportant un écran d'image monocristallin pour des buts de projection est déjà décrit dans ladite demande de brevet français No 2 395 593 déjà citée et qui peut être considérée comme insérée dans le présent mémoire. Le tube est entouré d'une paire de bobines de déviation principales 4 et d'une paire de bobines de post-déviation 5, qui assurent la déviation horizontale du faisceau d'électrons engendré dans le canon électronique 2. Le second système de bobines de déviation principales et de bobines de post-déviation, qui est tourné de 900 par rapport au premier système et qui assu- re la déviation verticale d'une façon analogue, n'est pas représenté sur la figure pour la clarté du dessin. Derrière l'écran d'image 3 est disposé un système de lentilles 6 à l'aide duquel l'image très claire de l'écran d'image 3 est projetée sur un écran de projection. Après la description de la figure 4, on s'étendra sur la forme et les dimensions des bobines de déviations principales et des bobines de post- déviation. La figure 2 représente schématiquement un quadrant d'u- ne bobine de déviation principale 4 et d'une bobine de post- déviation 5, ces bobines assurant la déviation verticale. L'axe 7 des bobines de déviation coïncide essentiellement avec l'axe de tube. L'axe Y 8 et l'axe X 9 s'étendent res- pectivement dans la direction verticale et dans la direction horizontale et sont perpendiculaires à l'axe Z 7. Pour une longueur totale donnée Z1 + Z2 et un nombre donné de spires, il subsiste, comme il ressort de cette figure, toujours trois degrés de liberté, qui sont indiqués comme les angles Y' et ne de déviation principale 4 et de la bobine de post-dévia- tion 5 et le rapport Z2/Zl qui constitue une mesure pour l'intensité relative du champ de post-déviation. La figure 3 représente le champ magnétique Hd engendré par une telle bobine de déviation principale et une bobine de post-déviation en fonction de l'endroit Z sur l'axe 7. Le point Zs indique la position de l'écran d'image. Les points et 11 sont les points à intensité de champ maximale, dans la bobine de déviation principale et la bobine de post- déviation, en valeur absolue, est plus faible et en outre opposé au champ de la bobine de déviation principale. L'allure du champ dans un dispositif conforme à l'invention comme représenté sur la figure 3 influe sur le faisceau d'électrons 13 engendré par les canons électroniques comme représenté sur la figure 4. Ce faisceau d'électrons entre dans le champ du côté gauche de la figure. Par suite du champ de la bobine de déviation principale 4, le faisceau d'électrons 13 subit une première déviation. Le faisceau d'électrons dévié 13 semble sortir du point 10' qui, en pratique, coïncide essentiellement avec le point 10. Par suite du champ de la bobine de post- déviation, le faisceau d'électrons subit ensuite une deuxième déviation à la hau- teur du point 11 sur l'axe Z. Du fait que le champ de la bo- bine de post-déviation est plus faible que et opposé à celui de la bobine de déviation principale, il en résulte une déviation partielle en sens inverse du faisceau d'électrons 13. Il est évident que la sensibilité de déviation de systè- me en est réduite légèrement. Le faisceau d'électrons 13, qui est dévié par le système de bobines de déviation princi- pales et le système de bobines de post-déviation semble sor- tir d'un point de déviation virtuel 12, vu à partir de l'é- cran d'image. L'invention est basée sur l'idée que, bien que ce point de déviation 12 soit virtuel, c'est néammoins la distance L V(L virtuel) comprise entre ce point de déviation et l'écran d'image (Zs) et non la distance LR (L réel), qui détermine, ensemble avec l'intensité hexapolaire, la grandeur des aberrations du troisième ordre de système. L'invention sera expliquée ci-après en détail à l'aide d'un exemple de réalisation. Un dispositif comme décrit à l'aide des figures 1 et 2 comportait des bobines de déviation présentant les paramètres figurant au tableau ci-après déviation horizontale déviation verticale d = 32 mm d9 = 34 mm déviation post-déviation déviation post-déviatio principale principale Z1 = 28,6 mm Z2 = 14,6 mm Zl = 28,6 mm Z2 = 14,6 mm = 781 0 = 770 '2 = 690 d étant le diamètre moyen des bobines de déviation princi- pales et des bobines de post-déviation et, L1 et T2 étant les équivalents de 't1 et '2 pour le champ de déviation horizontal. Lorsque l'écran d'image est éloigné de 55 mm du début de l'unité de bobines de déviation, ces dimensions et la forme des bobines de déviation donnent un spot (circu- laire) anastigmatique sur pratiquement tout l'écran d'image. Ainsi, même dans le cas de très petites distances comprises entre le point de déviation 12 et l'écran d'image, l'inven- tion permet de concevoir des bobines de déviation anastigma- tiques, ce qui peut également être démontré de façon théori- que. A cet effet, il faut d'abord définir plusieurs termes. La figure 5 représente un système de coordonnées dont l'axe Z coïncide avec l'axe de symétrie du système de dévia- tion à décrire et dont le plan XY est situé dans le plan de l'écran d'image. La déviation horizontale s'effectue dans la direction X et la déviation verticale dans la direction Y. Un trajet d'électrons arbitraire peut être défini par son point d'intersection (x,y) avec le plan XY et par les angles (x',y') que fait le trajet à l'endroit de l'écran avec l'axe Z. Comme il ressort de la figure 6, un courant i traversant x la bobine de déviation principale et la bobine de post-dévia- tion provoque une déviation du trajet du faisceau d'élec- trons, de sorte que le point d'intersection du trajet cen-- tral avec l'écran d'image est maintenant (XsI Y s). La dévia- tion horizontale peut être considérée comme composée d'une partie X proportionnelle à ix, la déviation idéale ou selon Gauss, et deux contributions d'aberration AX et bYH. La XH déviation verticale est composée de façon analogue d'une par- tie Y proportionnelle à i et de deux contributions d'aber- Y ration XVet & Y. Dans le cas d'un faisceau d'électrons présentant des coordonnées initiales (x,y), qui sont déviées dans la direction horizontale du point 20 vers le point 21 sur l'écran d'image 3, le nouveau point d'intersection 21 avec l'écran d'image est (x + X +dXH, Y + 4YH). Lorsque le faisceau d'électrons est dévié dans la direction verticale, le nouveau point d'intersection 22 présente les coordonnées: (x + Axv, y + Y + YV) D'une façon générale, la déviation dans la direction diagonale vers le point 23 aboutit à un nombre additionnel d'aberrations, de sorte qu'il s'applique pour les coordon- nées: (x + X+LX x + X Y+Xv+ Y +yXD, y+ Y + YHD) Les indices H, V et D signifient "horizontal', "vertical" et "diagonal". Dans le cas de déviation horizontale, il se produit plusieurs coefficients de défaut. AX = A30 X3 + (A304X2x' + A309X x) + défauts de + H0 342 392 iSYH (A305X2y' + A310X y) + défauts de + D'une façon analogue, la déviation verticale fournit AXv (B305 Y2x' + B y2x) + défauts de + V 3 352 310 2 à Y =B 301 Y + (B304 yy + B309Y y) + défauts de + A V B301''' alors que dans le cas de déviation horizontale et verticale simultanées apparaissent les termes suivants: XD (A302 + B303) XY2 + (A306 + B306) XYy' + (B311 + A312) XYy +... D 302 + A 2Y + (A306 + B306)z' + (A311 + B312) D (302 Y303(306 30631 32 ,'Yx + ... Les termes présentant A301 A302 et A303 fournissent, ensemble avec leurs équivalents B301 B302 et B303, la dis- torsion qui se produit. Les défauts communs, définis par les coefficients A307 A308 et A313, ne sont pas décrits ici. L'astigmatisme du troisième ordre est complètement déterminé par le système de coefficients A304 A 305 A306 A309 à A312 et leurs équivalents B pour la bobine de déviation verticale. L'importance relative des coefficients A304 A305 et A d'une part, et A309 A310 A311 et A312 d'autre part, est déterminée par la structure du faisceau d'électrons. Dans o5 la plupart des cas et surtout dans la plupart des tubes à rayons électroniques destinés à la télévision à projection, un faisceau large est focalisé sur un petit spot: les angles x' et y' sont grands, comparativement au rapport entre les dimensions de spot (x, y) et la distance L comprise entre le point de déviation et l'écran. Ainsi a-t-on négligé ci-après les coefficients A309 à A312 et B309 B B312. La bobine de déviation anastigmatique doit répondre aux exigences pour chaque déviation, horizontale, verticale et diagonale: il faut que le spot reste circulaire, de façon à permettre une correction de la courbure de champ d'image par focalisation dynamique. Pour assurer la circularité du spot dans le cas d'une déviation horizontale d'un faisceau conique à symétrie de révolution, il faut satisfaire à A =A 304 305 Même dans le cas d'une déviation verticale, il faut que le spot reste circulaire et qu'il réponde donc à B304 B305 Finalement, le spot doit rester circulaire même dans le cas d'une déviation diagonale, de sorte qu'il faut imposer la troisième exigence, c'est-à-dire que le coefficient A306 de la déviation horizontale soit opposé à son équiva- lent B306 de la bobine de déviation verticale. L'exemple de réalisation donné part de bobines rectan- gulaires enroulées sur une surface cylindrique (voir la fi- gure 1). Lorsque le rapport Z2/Z1 est choisi égal pour les bobines de déviation horizontales et verticales, il subsiste toujours cinq dimensions pouvant être choisies librement, notamment les angles d'ouverture t 1 et ' 2 du système de déviation verticale, et leurs équivalents ' 1 et b 2 pour le système de déviation horizontale, et le rapport Z2/Zl1 Du fait que pour l'anastigmatisme, il suffit de satisfaire à trois conditions notamment 304 - A305 B304 - B305 = A306 + B306, deux des six coefficients coma peuvent être rendus zéro. Les dimensions de l'exemple de réalisation donné fournissent les coefficients d'aberration suivants: A301 = 30.8 (m 2) B31 = 33.0(m 2) 301 -2301 - A302 = 35-8 (m 2) B302 = 34.8 (m-2) 302 -2302 - A303 = 1.5 (m2) B303 = 0.6 (m-) A304 = 14.4 (m) B304 = 13.3 (m-1) 304 1304 -l A305 = 14-4 (m 1) B305 =13.3 (m) A306 = 2.5 (m) B306 = 2.5 (m-1) 306 306 307 = 0.9 (-) B307 = 0.9 -) A 00 308 = 0.0 (-) B308 =(- Dans cet exemple on a choisi de rendre A308 et B308 égaux à zéro. L'invention permet donc de concevoir des bobi- nes de déviation anastigmatiques, même dans le cas de très petites distances entre le point de déviation et l'écran d'image. REVENDICATIONS 1.- Dispositif permettant de reproduire des images à l'aide d'un tube à rayons cathodiques comportant une envelop- pe vidéo d'air (1) dans laquelle est disposé un écran d'image (3) et un canon électronique (2) servant à engendrer un fais- ceau d'électrons (13), ce tube à rayons cathodiques étant muni d'un système de bobines de déviation principales (4) appliqué autour du tube pour la déviation du faisceau d'élec- trons dans deux directions perpendiculaires entre elles sur l'écran d'image, caractérisé en ce qu'autour du_ tube d'ima- ge est disposé en outre un second système de bobines de dé- viation, du côté de l'écran d'image du système de bobines de déviation principales, ce second système comportant des bobines de post-déviation (5) qui provoquent une post-dévia- tion du faisceau d'électrons opposée à la déviation provoquée par le système de bobines de déviation principales et cette post-déviation étant en synchronisme avec et plus faible que la déviation provoquée par le système de bobines de déviation principales. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le point d'intersection (12) du trajet prolongé en arrière du faisceau d'électrons dévié au maximum (13) avec le trajet du faisceau d'électrons non dévié se situe à une distance (L) de l'écran d'image, (L) étant essentielle- ment égal à 21, et 1 étant la longueur effective du champ de déviation magnétique total des systèmes de bobines de déviation, mesuré suivant le trajet du faisceau d'électrons non dévié. 3.- Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les bobines de déviation et les bobines de postdéviation assurant une déviation en sens opposé sont montées en série. 4.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le tube à rayons cathodiques est un tube d'images de télévision à projection.