Brevet FR2535522A1 — publié le 19840504

"Tube à rayons cathodiques " L'invention concerne un tube à rayons cathodiques compor- tant une enveloppe vidée d'air dans laquelle sont disposés des moyens servant à engendrer au moins un faisceau d'électrons et à former un noeud de focalisation du faisceau derière lequel sont prévues, vues dans la direction de propagation du faisceau d'électrons, successive- ment une lentille de préfocalisation accélératrice, munie d'une pre- mière électrode de lentille et d'une deuxième électrode de lentille, électrodes de lentille qui sont centrées sur un axe, et une lentille de focalisation principale munie d'au moins deux électrodes de len- tille, tube à rayons cathodiques qui est muni de moyens pour amener des tensions électriques aux électrodes de lentille. Un tel tube à rayons cathodiques peut être utilisé pour la reproduction d'images monochromatiques ou multicolores, comme par exemple des images de télévision Dans ce cas, le tube à rayons ca- thodiques est un tube image muni d'un écran image Un tel tube à rayons cathodiques peut cependant également être utilisé pour la prise de vues Dans ce cas, le tube à rayons cathodiques est un tube de caméra présentant une couche photosensible, par exemple photocon- ductrice. Les moyens servant à engendrer un faisceau d'électrons et à former un noeud de focalisation du faisceau sont en général formés par une triode constituée par une cathode, une grille de commande et une anode Toutefois, il est également possible de focaliser un fais- ceau d'électrons à l'aide d'un dispositif semiconducteur comme décrit dans la demande de brevet français mise à la disposition publique sous le no 2 461 350 et de le focaliser en un noeud de faisceau. Un tube à rayons cathodiques du genre mentionné dans le premier alinéa est connu de la demande de brevet français mise à la disposition publique sous le N O 2 423 o 57 Le tube à rayons cathodiques décrit comporte une cathode, une grille de commande, une première électrode de lentille (appelée G-2 dans cette demande de brevet) et une deuxième électrode de lentille (appelée G-3 dans cette demande de brevet) Cette cathode, cette grille de commande et la première électrode de lentille assurent la formation d'un faisceau d'électrons qui est focalisé à proximité de la première électrode de lentille en un noeud de faisceau Ce noeud de faisceau est représenté -2- sur l'écran image du tube à rayons cathodiques à l'aide d'au moins une lentille de focalisation Le spot représenté sur l'ecran image doit être de bonne qualité, ce qui veut dire que le spot doit présen- ter des dimensions faibles et être entouré aussi peu que possible d'un voile Selon ladite demande de brevet néerlandais no 7 902 868, un spot d' une meilleure qualité s'obtient par application d'une pre- mière électrode de lentille relativement épaisse et en faisant en sorte qu'un champ électrique plan intense se produise entre les pre- mière et seconde électrodes de lentille et/ou que la lentille de fo- calisation principale présente une plus grande distance d'objet que celle utilisée jusqu'à présent Selon cette demande de brevet, la préfocalisation du faisceau d'électrons est de préférence éliminée par la première lentille de focalisation accélératrice après le noeud de focalisation du faisceau ou au moins fortement réduite Néanmoins, lesdites améliorations n'aboutissent pas à un résultat optimal. L'invention vise ainsi à indiquer un tube à rayons cathodi- ques permettant d'améliorer la qualité du spot. Conformément à l'invention, un tube à rayons cathodiques du genre mentionné dans le premier alinéa est caractérisé en ce que le diamètre de l'ouverture dans la deuxième électrode de lentille est inférieur à deux fois le diamètre de l'ouverture de la première élec- trode de lentille et la distance effective S-eff comprise entre les première et deuxième électrodes de lentille, est inférieure à 1 mm, S-eff étant défini comme le minimum de la fonction V expression dans laquelle AS V est la différence en tension entre les deuxième et première électrodes de lentille et E(z) étant l'intensité de champ électrique entre les première et deuxième électrodes de len- tille sur l'axe en fonction de l'emplacement z sur l'axe. L'invention est basée sur l'idée qu'il faut créer, entre les première et deuxième électrodes de lentille, une allure de champ électrique telle qu'immédiatement après le noeud de faisceau, les bords marginaux du faisceau d'électrons engendré sont courbés plus vers l'intérieur de façon que ces rayons marginaux du faisceau d'é- lectrons ne soient plus des rayons marginaux lorsqu'ils pénètrent dans la lentille de localisation principale De ce fait, l'aberration sphérique de la lentille de localisation principale agit sur d'autres -3-. rayons que l'aberration sphérique que présente déjà le faisceau d'é- lectrons dans la lentille de préfocalisation Ainsi, l'aberration sphérique de tous les systèmes de canons électroniques est répartie sur plus de rayons du faisceau d'électrons, de sorte qu'une réduction de l'effet de l'aberration sphérique est obtenue dans le spot Ainsi, pour les mêmes courants de faisceau, le spot devient plus petit et est entouré de moins de voile que dans le cas des canons électroni- ques utilisés jusqu'à présent L'allure du champ électrique entre les première et deuxième électrodes de lentille est déterminée par la distance comprise entre ces électrodes, les dimensions des ouvertures dans ces électrodes et le potentiel de ces électrodes Dans la len- tille de préfocalisation, les bords marginaux sont courbés suffisam- ment vers l'intérieur lorsque le diamètre de l'ouverture dans la deuxième électrode de lentille est plus petit que deux fois le diamè- tre de l'ouverture dans la première électrode à lentille et la dis- tance effective S-eff entre les première et deuxième électrodes de lentille, est inférieure à 1 mm, comme il-a déjà été indiqué ci-des- sus Le champ électrique sur l'axe entre les deux électrodes de len- tille est déterminé par la dérivée première des variations de poten- tiel selon un emplacement z suivant l'axe, ainsi E(z) d V(z) d z Les variations de potentiel le long de l'axe pour des dimensions don- nées du canon et des potentiels appliqués aux électrodes peuvent être mesurées et/ou calculées La distance comprise entre les première et deuxième électrodes de lentille est de préférence inférieure à 0,8 mm La limite inférieure de cette distance est déterminée par le po- tentiel des électrodes et de la forme d'électrode, par exemple la présence ou non de bords vifs Cette distance ne peut pas être choi- sie trop petite, par exemple inférieure à 0,2 mm, du fait que cela risque d'entraîner des claquages électriques. De tubes à rayons cathodiques conformes à l'invention pré- sentant une très bonne qualité de spot s'obtiennent lorsque le diamè- tre de l'ouverture dans la première électrode de lentille est infé- rieur à 0,9 mm et le diamètre de l'ouverture dans la deuxième élec- trode de lentille est inférieur à 1,6 mm, ou lorsque le diamètre de l'ouverture dans la deuxième électrode de lentille est égal ou prati- quement égal au diamètre de l'ouverture dans la première électrode de -4lentille Lorsque la distance comprise entre les première et deuxième électrodes de lentille est égale ou pratiquement égale à 0,4 mm, le risque de claquage électrique est négligeable. La description ci-après, en se référant aux dessins an- nexés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien com- prendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente une coupe longitudinale horizontale d'un tube à rayons cathodiques conforme à l'invention, La figure 2 montre une coupe longitudinale de l'un des ca- nons électroniques s'appliquant au tube à rayons cathodiques selon la figure 1, Les figures 3 a-d montrent schématiquement une section lon- gitudinale de plusieurs canons électroniques et la figure 4 illustre l'allure de la fonction V/E (z) pour les canons électroniques re- présentés sur les figures 3 a à 3 d. Les figures 5 et 6 montrent des détails relatifs aux cas des figures 3 a et 3 c respectivement, avec plusieurs trajets d'élec- trons du faisceau et avec plusieurs lignes équipotentielles. Les figures Ta et 7 b montrent la répartition d'intensité mesurée dans un spot obtenu dans un tube à rayons cathodiques selon l'état de la technique et Les figures 8 a et 8 b montrent la répartition d'intensité mesurée dans un spot obtenu dans un tube à rayons cathodiques confor- me à l'invention. La figure 1 montre en coupe longitudinale un tube à rayons cathodiques servant à reproduire des images de télévision en cou- leurs, appelé ci-après tube image en couleurs Dans une enveloppe en verre 1, qui est composée d'une fenêtre image 2, d'un cône 3 et d'un col 4, est appliqué, dans le col, un système de canons électroniques 5, dont les trois canons électroniques 6, 7 et 8 engendrent trois faisceaux d'électrons 9, 10 et 11, dont les axes sont situés dans un plan (le plan du dessin) L'axe du canon électronique central 7 coin- cide avec l'axe du tube 12 La fenêtre image 2 est munie à l'inté- rieur d'un grand nombre de triplets de lignes luminescentes Chaque triplet comporte une ligne constituée par de la substance émettant une luminescence bleue, une ligne constituée par une substance émet- tant une luminescence verte et une ligne constituée par une substance émettant une luminescence rouge L'ensemble de tous les triplets 25355 "c 2 -5- constitue l'écran image 13 Les lignes luminescentes s'étendent per- pendiculairement au plan du dessin Devant l'écran image 13 est posi- tionné un masque d'ombre 14 dans lequel sont appliquées un très grand nombre d'ouvertures oblongues 15 que traversent les faisceaux d'élec- trons 9, 10 et 11 qui ne frappent chacun que les lignes luminescentes d'une seule couleur Les trois faisceaux d'électrons situés dans un 51 an sont déviés par le système de bobines de déviation 16 Le systè- me de canons électroniques 5 du tube image en couleurs est constitué par trois canons électroniques séparés 6, 7 et 8 Toutefois, il est également possible d'appliquer l'invention à un système de canons électroniques dit intégré comme le décrit par exemple ladite demande de brevet néerlandais N O 7 902 868, dans laquelle les canons électro- niques présentent plusieurs électrodes en commun L'invention peut également être appliquée aux tubes images en couleurs, dans lesquels sont appliqués des points luminescents au lieu de lignes luminescen- tes et également aux tubes d'image à rayons cathodiques monochromes et aux tubes de prise de vues. La figure 2 représente en coupe longitudinale l'un des ca- nons électroniques appliqués au tube à rayons cathodiques de la figu- re 1 Dans la grille de commande 20 se trouve une cathode 21, munie d'un élément chauffant 22 dans une tige cathodique 23, qui est munie d'une surface émissive appliquée en face de l'ouverture 24 dans la grille de commande 20 La cathode est suspendue de façon isolée dans la grille de commande L'anode qui constitue la première électrode de lentille 25, constitue également de concert avec la deuxième électro- de de lentille 26, pour le fonctionnement du tube image une lentille de préfocalisation Les électrodes de lentille 26 et 27 constituent ensemble la lentille de préfocalisation Il existe également des len- tilles de focalisation principales constituées par un plus grand nom- bre d'électrodes De plus, de telles lentilles de focalisation prin- cipales peuvent être appliquées à un tube à rayons cathodiques con- forme à l'invention. L'invention peut également être appliquée aux canons élec- troniques dans lesquels le faisceau est dévié près du noeud de foca- lisation du faisceau comme par exemple dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique no 4 291 251 ou encore aux canons électroniques dans les- quels le faisceau est dévié dans la lentille de focalisation princi- pale. -6- Les figures 3 a à 3 d représentent schématiquement un détail d'une section longitudinale de plusieurs canons électroniques, parmi lesquels le canon selon la figure 2 Les sections des électrodes ne sont représentées que d'un c 6 té de l'axe Z La position et les di- mensions de la cathode 30, de la grille de commande 31 et de la pre- mière électrode de lentille 32, qui constitue également l'anode, sont égales dans toutes les quatre figures 3 a à 3 d Les dimensions peuvent être lues sur les graduations appartenant à l'axe Z et à l'axe R Les tensions en volts appliquées aux diverses électrodes sont indiquées sur les figures 3 a à 3 d. La figure 3 a représente un détail d'une section d'un canon électronique o la deuxième électrode de lentille 33 est munie d'une ouverture 34 présentant d'un diamètre de 1,50 mm Le diamètre de l'ouverture 35 dans l'électrode 32 est de 0,65 mm La distance com- prise entre la première électrode de lentille 32 et la deuxième élec- trode de lentille 33 est de 0,8 mm Ce canon électronique correspond pratiquement au canon électronique décrit dans la demande de brevet néerlandais no 7 902 868 déjà citée. La figure 3 b représente un détail d'une section d'un canon électronique correspondant pratiquement au détail de la figure 3 a La différence réside dans le fait que le diamètre de l'ouverture 36 dans la deuxième électrode de lentille 37 est notablement plus petit et est de 0,65 mm. La figure 3 c représente également un détail d'une section d'un canon électronique o le diamètre de l'ouverture 38 dans la deuxième électrode de lentille 39 est aussi grand que le diamètre de l'ouverture 36 sur la figure 3 b mais la distance comprise entre la première électrode de lentille 32 et la deuxième électrode de lentil- le 39 n'est que de 0,4 mm. La figure 3 d représente un détail d'une section du canon électronique o une ouverture 41 d'un diamètre de 0,65 mm est ména- gée dans la deuxième électrode de lentille 40, mais la distance par rapport à la première électrode de lentille 32 de 1,5 mm. La figure 4 représente les fonctions, V/E(z) pour les situations selon les figures 3 a à 3 d, respectivement, par les courbes A à D Le minimum de chaque fonction représente une distance effecti- ve: S-eff Elle est tributaire des dimensions de l'électrode de len- tille et de la position de ces électrodes Or, en pratique il s'est 25355 A 2 -7- avéré que le diamètre de l'ouverture dans la deuxième électrode de lentille doit être inférieur à deux fois le diamètre de l'ouverture dans la première électrode de lentille et la distance effective S-eff doit être inférieure à lmm Dans ce cas, tout juste après le noeud de focalisation du faisceau les rayons marginaux du faisceau d'élec- trons sont plus courbés vers l'intérieur que les autres rayons Les lignes pointillées représentent la valeur de S-eff, la distance ef- fective pour la situation selon les figures 3 a à 3 d. La figure 5 représente à nouveau le détail selon la figure 3 a mais maintenant avec plusieurs rayons calculés 50 (trajets d'élec- trons) du faisceau d'électrons De plus,-elle représente plusieurs lignes équipotentielles 51. La figure 6 représente à nouveau le détail de la section longitudinale selon la figure 3 c avec plusieurs rayons calculés 60 (trajets d'électrons) du faisceau d'électrons et avec plusieurs li- gnes équipotentielles 61 La figure 5 aussi bien que la figure 6 re- présentent deux parties du faisceau d'électrons qui se raccordent bout à bout. Dans le canon électronique représenté sur la figure 6 un plus grand nombre de rayons marginaux sont courbés et ce, dans une plus grande mesure que dans le cas du le canon électronique de la figure 5. Les figures 7 a et 7 b représentent une répartition d'inten- sité mesurée dans un spot sur un écran image d'un canon électronique selon l'état de la technique, vu à partir de deux directions perpen- diculairesentre elles Les figures 8 a et 8 b représentent d'une façon analogue une répartition d'intensité mesurée dans un spot d'un canon électronique conforme à l'invention Une comparaison des figures 7 a et 8 a et des figures 7 b et 8 b révèle que la qualité du spot d'un ca- non électronique conforme à l'invention est notablement supérieure à celle d'un canon électronique selon l'état de la technique. -8- REVENDICATIONS: 1 Tube à rayons cathodiques comportant une enveloppe vidée d'air dans laquelle sont disposés-des moyens servant à engendrer au moins un faisceau d'électrons et à former un noeud de focalisation du faisceau derrière lequel sont prévues, vues dans la direction de pro- pagation du faisceau d'électrons, successivement une lentille de pré- focalisation accélératrice, munie d'une première électrode de lentil- le et d'une deuxième électrode de lentille, électrodes de lentille qui sont centrées sur un axe, et une lentille de focalisation princi- pale munie d'au moins deux électrodes de lentille, tube à rayons ca- thodiques qui est muni de moyens pour amener des tensions électriques aux électrodes de lentille, caractérisé en ce que le diamètre de l'ouverture dans la deuxième électrode de lentille est inférieur à deux Lois le diamètre de l'ouverture de la première électrode de len- tille et la distance effective S-eff comprise entre les première et deuxième électrodes de lentille, est inférieure à 1 mm, S-eff étant défini comme le minimum de la fonction AT expression dans laquelle A V est la différence de tension entre les deuxième et première électrodes de lentille et E(z) étant l'intensité de champ électrique entre les première et deuxième électrodes de len- tilie sur l'axe en fonction de l'emplacement z sur l'axe. 2 Tube à rayons cathodiques selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les moyens servant à engendrer le faisceau d'élec- trons comportent une cathode, une grille de commande et une anode cette dernière constituant simultanément la première électrode de lentille. 3 Tube à rayons cathodiques selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la distance comprise entre la deuxième électrode de lentille et la première électrode de lentille est infé- rieure à 0,8 mm. 4 Tube à rayons cathodiques selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le diamètre de l'ouverture dans la pre- mière électrode de lentille est inférieur à 0,9 mm et le diamètre de l'ouverture dans la deuxième électrode de lentille est inférieur à 1,6 mm. Tube à rayons cathodiques-selon l'une des revendications 1, -9- à 4, caractérisé en ce que le diamètre de l'ouverture dans la deuxiè- me électrode de lentille est pratiquement égal au diamètre de l'ou- verture dans la première électrode de lentille. 6 Tube à rayons cathodiques selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, caractérisé en ce que la distance comprise entre la première électrode de lentille et la deuxième électrode de lentille est pratiquement égale à 0,4 mm.