Brevet FR2504312A1 — publié le 19821022

"Dispositif reproducteur d'images " L'invention concerne un dispositif reproducteur d'ima- ges comportant un tube à rayons cathodiques muni d'une enve- loppe vidée d'air dans laquelle sont prévues, d'une façon centrée suivant l'axe électronique-optique, une cathode et plusieurs électrodes de lentille, qui constituent ensemble le canon électronique servant à engendrer un faisceau d'élec- trons, canon électronique qui est muni d'une lentille élec- tronique électrostatique accélératrice constituée par les dernières deux électrodes de lentille du côté de l'écran du canon électronique pour la focalisation du faisceau électro- nique sur un écran image, ce tube à rayons cathodiques étant entouré d'un système de bobines de déviation permettant de dévier le faisceau électronique sur l'écran d'image, système de bobines de déviation qui entoure la lentille électronique. Un tel dispositif reproducteur d'iiages est connu du brevet des EtatsUnis d'Amérique NO 2 151 777, qui propose de disposer la lentille électronique électrostatique pour la fo- *calisation du faisceau d'électrons sur l'écran image au moins partiellement dans le système de bobines de déviation, afin d'obtenir un dispositif de plus courte longueur Dans ce cas, le point de déviation du système de bobines de déviation se situe entre les deux faces principales de la lentille électro- nique électrostatique La situation des deux faces principa- les de la lentille électronique électrostatique peut facile- mel être déterminée à l'aide des tableaux dans "Electrostatic Lenses", E Hartin et F H Read, Elsevier Scientific Publishing Company, Amsterdam-Oxford New York 1976 On s'étendra ci- après sur cette situation. Toutefois, le système de bobines de déviation présente plusieurs aberrations optiques (électroniques, dont les plus importantes constituent l'astigmatisme et la courbure de champ d'image 'Par "courbure de champ d'image", il y a lieu d'entendre la non-coincidence du plan d'image principal avec -c 35 l'écran d'image Alors que l'astigmatisme peut être complète- ment compensé par le choix rigoureux de la conception de bo- bine de déviation, le rayon de courbure du plan image principal est pratiquement égal à Lk L + k k étant la longueur effective du champ de déviation des bobi- nes de déviation et L la distance comprise entre le point de déviation et l'écran image Ce point de déviation se situe sur l'axe électroniqueoptique du canon électronique et est le point d'intersection de l'axe avec un plan perpendiculaire audit axe à partir duquel semblent provenir les électrons dans le cas d'une déviation maximale du faisceau d'électrons, vu à partir de l'écran image On s'étendra par la suite plus en détail sur ce point de déviation sur l'axe. Il est possible de compenser la courbure de champ d'ima- ge à l'aide de focalisation dynamique L'intensité de la len- tille électronique pour la focalisation du faisceau d'élec- trons, lentille qui est appelée parfois "lentille de focali- sation", est ajustée en fonction de la déviation à laquelle le faisceau d'électrons est soumis à ce moment Ainsi, il est possible de faire en sorte que le plan d'image principal momentané coupe l'écran d'image à l'endroit o le faisceau d'électrons frappe l'écran image Toutefois, cette méthode de connexion nécessite un circuit additionnel dans le dispositif afin d'engendrer la tension de focalisation dynamique requise aux électrodes de la lentille de focalisation. L'invention vise à indiquer un dispositif reproducteur d'image sans focalisation dynamique, présentant un grand pou- voir de résolution et une faible courbure de champ d'image, comparativement aux tubes connus. Conformément à l'invention, un dispositif du genre men- tionné dans le premier alinéa est caractérisé en ce que le point de déviation du système de bobines de déviation coinci- de pratiquement avec le centre de la lentille électronique. Le centre de cette lentille est le point o la valeur de la deuxième dérivée des variations de potentiel en fonction de l'endroit sur l'axe est zéro. * L'invention est basée sur l'idée obtenue par voie empiri- que et théorique qu'une lentille électronique électrostatique accélératrice présenté toujours une courbure de champ d'image positive, le côté sphérique du plan image principal étant op- posé à l'écran image De plus, le champ de déviation engendré à l'aide des bobines de déviation présente une courbure de champ image positive Or, en faisant en sorte que le point de déviation et le centre de la lentille de focalisation se situent tout près l'un de l'autre ou qu'ils coïncident, il se produit une déviation du faisceau d'électrons dans la direction de propagation du faisceau d'électrons, vu essen- tiellement dans la deuxième moitié de la lentille de focali- sation - Vu dans la direction de propagation du faisceau d'élec- trons, la lentille accélératrice peut être considérée comme. une lentille positive suivie d'une lentille négative Du fait qu'une lentille négative présente une courbure de champ image négative et-une lentille positive une courbure de champ image positive, alors que dans la lentille positive le faisceau d'électrons s'étend pratiquement suivant l'axe de la lentille et, dans la lentille négative,, il se déplace à plus grande distance de l'axe par suite de la'déviation, la contribution totale de la lentille à la courbure de champ image est néga- tive Cette contribution négative à la courbure de champ ima- ge compense partiellement la courbure de champ image positive du champ de déviation De plus, on obtient l'effet avantageux suivant Du fait que la lentille de focalisation est moins éloignée de l'écran image que dans les tubes o la lentille de focalisation est prévue devant les bobines de déviation, l'angle d'ouverture de faisceau sur l'écran image est plus grand pour un diamètre de faisceau électronique invariable dans la lentille de focalisation et, par conséquent, des aber- rations égales et pour une charge cathodique donnée, de sorte qu'une plus petite tache électronique est réalisée sur l'écran image, ce qui implique un meilleur pouvoir de résolution. Du fait que les électrodes de la lentille de focalisation se situent dans le champ des bobines de déviation, elles sont de préférence réalisées comme des électrodes à paroi mince sur la paroi intérieure de 1 'enveloppe, afin de supprimer auant que possible la formation de courants de Foucault dans le ma- tériau des électrodes La suppression des courants de Foucault s'obtient également par l'application de fentes dans des électrodes métalliques. L'invention peut avantageusement être appliquée à tous les dispositifs reproducteurs d'images munis de tubes à rayons cathodiques présentant un seul faisceau d'électrons et une déviation magnétique, comme les tubes de télévision monochro- mes, certains tubes de télévision en couleur (chromatrons et pénétrons), mais surtout aux dispositifs reproducteurs d'images de télévision du genre projection. La description ci-après, en se référant aux dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 montre en coupe un dispositif reproducteur d'images conforme à l'invention, la figure 2 illustre plus en détail le point de dévia- tion, les figures 3 a à 3 d illustrent plus en détail-schéma- tiquement l'invention et la figuré 4 montre en coupe un autre exemple de-réa- lisation d'un dispositif reproducteur d'images conforme à l'invention. Le dispositif représenté sur la figure 1 comporte un tube à rayons cathodiques constitué entré autres par une enve- loppe en verre 1 qui est constituée par une fenêtre d'image 2, une partie conique 3 et un col 4 Dans ce col, sont dispo- sées plusieurs électrodes 8, 9, 10 et 11, qui constituent, ensemble avec la cathode 7, le canon électronique 12 L'axe électronique-optique 6 du canon électronique constitue simul- tanément l'axe de l'enveloppe Le faisceau d'électrons est successivement formé et accéléré par la cathode et les élec- trodes 8, 9, 10 et Il Les électrodes 10 et 11 constituent la lentille de focalisation', qui assure la focalisation du fais- ceau sur l'écran image 14 déposé sur la face intérieure de la fenêtre d'image 2 Des tensions couramment appliquées sont par exemple: cathode 7 50 V électrode 8 O V électrode 9 500 V électrode 10 7 k V électrode 11 30 k V. D'une façon générale, le potentiel de la seconde élec- trode de lentille ( 11) est supérieur d'un facteur 2 à 10 à celui de la première électrode de lentille ( 10) de la lentil- le de focalisation Un système de bobines de déviation 5 per-, 1 o met de dévier le faisceau d'électrons 13 de l'axe 6 sur l'é- cran image 14 L'écran image 14 est constitué par une couche luminescente recouverte d'un film mince en aluminium, qui est connecté avec 1 'électrode 11 par l'intermédiaire-du re- couvrement conducteur 15 appliqué sur la paroi intérieure de la partie conique Conformément à l'invention, le point de déviation P du système de bobines de déviation 5 doit essen- tiellement coïncider avec le centre de la lentille de focali- sation constitué par les électrodes 10 et 11 afin d'obtenir une compensation de la-courbure de champ image du système de bobines de déviation La signification du point de déviation et la nécessité de cet endroit spécial sont illustrés à l'aide des figures 2 et 3 a à d La figure 2 explique plus en détail le terme point de déviation Le trajet des électrons dans le champ magnétique présentant une longueur k est dévié de la façon indiquée sur le dessin Pour plus de clarté, on admet que ce champ est homogène Sur la figure, le champ magnétique est perpendiculaire au plan du dessin et orienté de façon à s'écarter dudit plan du dessin Au début du champ est représenté un système de coordonnées Les électrons se déplaçant dans la direction z acquièrent une composante de vitesse dans la direction y sous l'effet de la force exercée et vont parcourir un trajet courbé, et dans le cas d'un champ magnétique homogène un trajet circulaire Les électrons quit- tent le champ suivant une tangente audit trajet Cette tangen- te forme un angle maximal T avec l'axe électronique-optique, appelé angle de déviation Le point d'intersection de cette tangente avec l'axe est appelé "point de déviation P" A par- tir de la figure, il est facile à déterminer, d'une façon simple, la distance comprise entre le point P et le centre du champ magnétique homogène. Celle-ci est: k 1 cos ( 2) 2 ( 1 + cosf Pour de petits angles de déviation, P et M coïncident, alors que dans le cas de grands angles de déviation P est décalé dans une faible mesure vers l'écran image C'est ainsi que pour Tf= 450, déviation maximale dans un tibe image de 9 Q 0, le déplacement de P = 0,086 k. Evidemment, le faisceau électronique présente un diamè- tre déterminé C'est pour cette raison qu'il est possible de parler d'un plan de déviation Ce plan de déviation s'obtient par détermination du plan d'intersection du faisceau d'élec- trons non dévié avec le faisceau d'électrons dévié au maximum, prolongé en arrière Le point d'intersection de ce plan de déviation avec l'axe est le point de déviation La situation du point de déviation de la plupart des unités de bobines de déviation disponibles dans le commerce est rigoureusement connue La-situation de ce point de déviation peut également être déterminée,de façon précise, par prolongation du trajet central (axe) du faisceau d'électrons dévié jusqu'à l'axe du tube et détermination du point d'intersection. La figure 3 a représente schématiquement une lentille de focalisation d'un canon électronique Deux électrodes mé- talliques cylindriques 10 et 11 présentent respectivementles potentiels O O et 01 et des diamètres D 1 et D 2 Les lignes cour- bées représentent les lignes d'intersection des plans équipo- tentiels entre les électrodes avec le plan du dessin Chaque plan équipotentiel représente un plan à indice de réfraction égal Le centre de la lentille est le point A, c'est-à-dire le point o la deuxième dérivée des variations de potentiel en fonction de l'endroit sur l'axe est zéro (Voir la figure 3 c). Les distances focales f 1 et f 2 sont respectivement les dis- tances comprises entre le foyer F 1 et le premier plan princi- pal H 1 et la distance comprise entre le foyer F 2 et le deuxiè- me plan principal H 2 Les foyers F 1 et F 2 sont éloignés res- pectivement de distances F'1 et F'2 du centre A La distance comprise entre le centre A et le premier plan principal est donc F' fi Des tableaux figurant dans lesdits "Electron Lenses", il ressort que même pour des rapports de potentiel extrêmes et des rapports de diamètre extrêmes D 2/D 1, le pre- mier plan principal H 1 est éloigné d'une distance d'au moins 0,6 x D 1 du centre A Voir les tableaux A 1 11, A 11 23 et A 1.27). La figure 3 b représente schématiquement les variations de potentiel en unités arbitraires en fonction de la distance dans la direction z. La figure 3 c représente les variations de la deuxième dé- rivée des variations de potentiel 0 " en fonction de l'endroit sur l'axe z. Un système électronique-optique qui est compensé pour l'astigmatisme, représente une courbure de champ d'image qui, d'une façon optique analogue, est appelée courbure de Petzval et qui est caractérisée pour une lentille électronique élec- trostatique par un rayon de courbure y p par - y j tf O "/ dz ( 3) zo 0 et z étant respectivement le potentiel et la coordonnée suivant l'axe e la lentille électronique et les indices O et 1 indiquent la valeur à l'endroit de l'objet de l'image. La figure 3 d représente les variations de l'intégrant. Il en ressort qu'une lentille électrostatique présente tou- jours une courbure de champ image positive (l'intégrale est positive) Toutefois, le faisceau d'électrons est essentielle- ment dévié à partir du point C de l'axe, seule la partie si- tuée à droite de ce point contribue au rayon de courbure et la lentille de focalisation fournit une contribution négative à la courbure de champ image Les surfaces hachurées situées à droite et à gauche du centre présentent des superficies égales, de sorte qu'à droite, à partir de C jusqu'au centre A, la valeur négative de l'intégrale, augmente continuellement. A droite de A, la valeur négative de l'intégrale diminue à zéro Cette contribution négative, qui est maximale au centre A, compense suivant les besoins, la courbure de champ d'image positive du champ de déviation. On a constaté que le point e est éloigné d'une distance d'au maximum 0,4 D 1 du centre A pour un rapport de tension O,/ 00 de 2 Du fait que le premier plan principal H 1 est éloigné du centre A d'une distance d'au minimum 0,6 D 1, le point de déviation dans un dispositif conforme à l'invention ne se situe donc jamais entre les plans principaux H 1 et H 2 Pour un plus grand rapport de tension, le point C se situe plus près du centre A. Dans un dispositif conforme à l'invention, il s'avère que la tache électronique acquiert moins de défocalisation par suite de la courbure de champ image De plus, la tache élec- tronique est plus petite sur l'écran image après déviation que dans le cas de tubes comparables non conformes à l'invention. Du fait que les électrodes de la lentille de focalisation se situent dans le système de bobines de déviation et, par con- séquent, dans un champ magnétique fortement alternant, il faut prendre des dispositions pour supprimer des courants de Foucault Cela est réalisé lorsque les électrodes sont munies d'un grand nombre de fentes, de sorte que la surface dans laquelle peuvent se produire les courants est limitée Ces fentes n'influent ni sur le potentiel dans l'électrode et, par conséquent, ni sur la focalisation. Toutefois, comme le montre la figure 4, il est également possible de composer la lentille de focalisation à partir d'électrodes à mince paroi 20 et 21 L'électrode à paroi mince est formée par l'extrémité du recouvrement conducteur 15. Pour la signification des autres chiffres de référence, voir la description correspondante à la figure 1. Le point de déviation P est trouvé par prolongation du trajet droit du faisceau d'électrons 13 à partir de l'écran image 14 et détermination du point d'intersection P avec l'axe 6 Conformément à l'invention, ce point de déviation doit coïncider pratiquement avec le centre de la lentille de foca- lisation formée par les électrodes à paroi mince 20 et 21. REVENDICATIONS 1. Dispositif reproducteur d'images comportant un tube à rayons cathodiques muni d'une enveloppe vidée d'air (l)dans laquelle sont prévues, d'une façon centrée suivant l'axe élec- tronique optique ( 6), une cathode ( 7) et plusieurs électrodes de lentille, qui constituent ensemble le canon électronique ( 12) servant à engendrer un faisceau d'électrons, canon élec- tronique ( 12) qui est muni d 'une lentille électronique élec- trostatique accélératrice constituée par les dernières deux électrodes de lentille du côté de l'écran du canon électroni- que pour la focalisation du faisceau électronique sur un écran image ( 14) ce tube à rayons cathodique étant entouré d'un système de bobines de déviation ( 5) permettant de dévier le faisceau électronique sur l'écran image, système de bobines de déviation qui entoure la lentille électronique; caractérisé en ce que le point de déviation du système de bobines de dé- * viation (P) coïncide essentiellement avec le centre de la lentille électronique. 2. Dispositif reproducteur d'image selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que les dernières deux électrodes de lentille ( 20, 21), qui constituent ensemble la lentille électronique, sont des électrodes à paroi mince appliquées sur la paroi intérieure de l'enveloppe. 3. Dispositif reproducteur d'image selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce;que les dernières deux électrodes de lentille ( 10, 11) qui constituent ensemble la lentille électronique sont munies de plusieurs fentes servant à limi- ter les courants de Foucault dans le matériau cdes électrodes. 4. Dispositif reproducteur d'image selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif reproducteur d'images est un dispositif de télévision à projection.