Brevet FR2551263A1 — publié le 19850301

La présente invention concerne les tubes à rayons cathodiques, et elle s'applique plus spécialement, dans des conditions appropriées, à un tube capteur d'images du type mise au point électrostatique-déviation électrostatique par exemple. Les tubes capteurs d'images du type mise au point magnétique-déviation magnétique ou du type mise au point électrostatiquedéviation magnétique sont bien connus dans la technique. Généralement, avec ces tubes capteurs d'images, il est possible d'obtenir de bonnes caractéristiques lorsque la longueur du tube est 1 P grande Toutefois, si le tube capteur d'images est utilisé dans une caméra vidéo de petite taille par exemple, la longueur du tube est de préférence courte, car la caméra vidéo peut être fabriquée de manière compacte dans son ensemble. Lorsque le tube capteur d'images est utilisé dans 15 une caméra vidéo de petite taille, la consommation électrique est de préférence faible. Eu égard aux circonstances ci-dessus mentionnées, un but de l'invention est de proposer un tube à rayons cathodiques qui est compact et de poids léger et qui possède une faible consom20 mation électrique et de bonnes caractéristiques. Pour réaliser le but ci-dessus, le tube à rayons cathodiques selon l'invention comprend une ampoule, un canon à électrons comportant un dispositif de limitation d'ouverture du faisceau, une première électrode, une deuxième électrode, une troisième électrode, une électrode en forme de grille et une cible, les première, deuxième et troisième électrodes constituant un système de lentilles électrostatiques servant à focaliser le faisceau électronique, la deuxième électrode étant une électrode de déviation à configurations du type flèche ou zigzag servant à 30 dévier le faisceau électronique o,si l'on représente pari la distance existant entre le dispositif de limitation d'ouverture du faisceau et l'électrode en forme de grille, on donne à la longueur de la deuxième électrode une valeur de ( 1/3 1 1/l Ox) à ( 1/3 + 1/10 o), et on donne à la distance existant entre le 35 dispositif de limitation d'ouverture du faisceau et le centre de la deuxième électrode une valeur de ( 1/21 1/3) à 1/2 t. 255 1 263 La description suivante, concue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: la figure 1 est une vue en coupe d'un tube à rayons cathodiques constituant un mode de réalisation de l'invention; la figure 2 est une vue agrandie des électrodes G 3, G 4, G 5 de la figure 1; la figure 3 est un schéma représentant la surface équipotentielle des lentilles électrostatiques formées par le tube à rayons cathodiques dans le mode de réalisation; la figure 4 est un graphe montrant la relation existant entre les aberrations et la longueur de l'électrode de 15 déviation; la figure 5 est un graphe montrant la relation existant entre le grossissement et la longueur de l'électrode de déviation; la figure 6 est un graphe montrant la relation 20 existant entre l'écart au foyer et la longueur de l'électrode de déviation; la figure 7 est un graphe montrant la relation existant entre les aberrations et la position de l'électrode de déviation; la figure 8 est un graphe montrant la relation existant entre le grossissement et la positionde l'électrode de déviation; la figure 9 est un graphe montrant la relation existant entre l'écart au foyer et la position de l'électrode de 30 déviation; les figures 1 OA et 10 B sont des diagrammes illustrant l'effet des lentilles de l'invention; la figure 11 est un graphe montrant la relation existant entre les aberrations et la longueur du tube; et la figure 12 est une vue en coupe d'une partie principale d'un autre mode de réalisation-de l'invention. On va maintenant décrire, en relation avec la figure 1, un mode de réalisation de l'invention Celui-ci est un exemple d'application de l'invention à un tube capteur d'images du type mise au point électrostatique-déviation électrostatique (type S-S). Sur la figure 1, le numéro de référence 1 désigne une ampoule de verre, le numéro 2 une plaque faciale, le numéro 3 un écran constituant un cible (écran photoconducteur), le numéro 4 de l'indium servant à assurer l'étanchéité à froid, -et le numéro 5 une bague métallique Le numéro 6 désigne une électrode en forme de tige servant à prélever le signal, l'électrode traversant la plaque faciale 2 et étant en contact avec l'écran cible 3 G 6 désigne une électrode en forme de grille montée sur un support en grille 7. L'électrode en forme de grille G 6 est connectée via le support en 15 grille 7 et l'indium 4 à la bague métallique 5 Une tension prescrite EG 6 est appliquée à l'électrode en forme de grille G 6 via la bague métallique 5. Sur la figure 1, K, G 1 et G 2 désignent respectivement une cathode, une première électrode de grille et une deuxième 20 électrode de grille, constituant toutes ensemble un canon à électrons Le numéro 8 désigne une perle de verre servant à la fixation de ces électrodes LA désigne un dispositif de limitation d'ouverture du faisceau. Sur la figure 1, G 3, G 4 et G 5 désignent respective25 ment une troisième électrode de grille, une quatrième électrode de grille et une cinquième électrode de grille, correspondant à la première, à la deuxième et à la troisième électrode de l'invention. Ces électrodes sont faites selon un procédé tel que l'on fait évaporer ou on plaque un métal, comme le chrome ou l'aluminium, sur 30 la face interne de l'ampoule de verre 1, après quoi on forme des configurations voulues par découpage laser ou photo-incision Dans l'invention, un système d'électrodes de mise au point est constitué par les électrodes G 3, G 4 et G 5, l'électrode G 4 servant en outre d'électrode de déviation. L'électrode G 5 est connectée à une couche conductrice formée à la surface d'une bague de céramique 11-qui est placée de manière étanche par frittage (référence 9) à une extrémité de l'ampoule de verre 1 La couche conductrice 10 est formée par frittage d'une pâte d'argent par exemple Une tension prescrite EG 5 est appliquée à l'électrode G 5 via la bague de céramique 11. Sur la figure 1, les électrodes G 3, G 4 et G 5 sont formées de la manière présentée sur la vue agrandie de la figure 2. Ainsi, l'électrode G 4 est faite de configurations o quatre électrodes H+ , H_, V+ et V sont isolées et entrelacées et sont alternativement disposées (configurations en forme de flèche ou 10 de zigzag) Des fils conducteurs 12 H+, 12 H, 12 V+ et 12 V venant des électrodes H+, H_, V+ et V sont également formés sur la face intérieure de l'ampoule de verre 1 en même temps que sont formées les électrodes Les fils conducteurs 12 H+, 12 H, 12 V+ et 12 V sont isolés vis-à-vis de l'électrode G 3 et croisent le trajet de celle-ci. 15 Sur la figure 2, SL désigne une fente servant à empêcher que l'électrode G 3 ne s'échauffe lorsque les électrodes G 1 et G 2 sont chauffées depuis l'extérieur du tube en vue de l'établissement du vide. Sur la figure 1, le numéro 13 désigne un ressort de contact dont une extrémité est connectée à une tige 14, l'autre 20 extrémité du ressort 13 étant en contact avec les fils conducteurs 12 H+, 12 H_, 12 V+ et 12 V Le ressort et la tige sont associés à chacun des fils conducteurs 12 H+, 12 H, 12 V+ et 12 V Les électrodes H+ et H destinées à constituer l'électrode G 4 reçoivent une tension de déviation horizontale, qui varie à partir de la tension centrale 25 EG 4 prescrite Les électrodes V+ et V reçoivent également une tension de déviation verticale, qui varie à partir de la tension centrale EG 4 prescrite. De plus, sur la figure 1, le numéro 15 désigne un ressort de contact dont une extrémité est connectée à une tige 16, 30 l'autre extrémité du ressort 15 étant connectée à l'électrode G 3. Une tension voulue EG 3 est appliquée à l'électrode G 3 via la tige 16 et le ressort 15. On donne à la tension EG 3 de l'électrode G 3 une valeur par exemple comprise entre 0,6 EG 5 et 1,5 EG 5, relativement 35 à la tension EG 5 de l'électrode G 5 On donne à la tension EG 6 de l'électrode G 6 une valeur suffisante pour éliminer l'erreur d'arrivée, tandis qu'on donne à la tension EG 4 de l'électrode G 4 une valeur permettant d'optimiser la mise au point Dans ce cas, les caractéristiques ne varient pas notablement avec les différences de tension. Sur la figure 3, la ligne en trait interrompu représente la surface équipotentielle des lentilles électrostatiques formées par les électrodes G 3 à G 6, et la mise au point du faisceau électronique Bm est effectuée par les lentilles électrostatiques. La lentille électrostatique formée entre les électrodes G 5 et G 6 corrige l'erreur d'arrivée La déviation du faisceau électronique B m est effectuée par le champ électrique de déviation E de l'électrode G 4. Les paramètres permettant de déterminer les caractéristiques du type S-S sont la longueur x de l'électrode G 4 (soit la longueur de l'électrode de déviation), la distance y du dispositif 15 LA de limitation d'ouverture du faisceau au centre de l'électrode G 4 (position de l'électrode-de déviation),et la distancetdu dispositif LA de limitation d'ouverture du faisceau à l'électrode enforme de grille G 6 (longueur du tube). Les figures 4, 5 et 6 montrent la relation existant 20 entre la longueur x de l'électrode de déviation et respectivement, les aberrations, le grossissement et l'écart au foyer pour un tube capteur d'images de 2/3 pouces (soit un diamètre du tube O = 17 mm), o t vaut 3,5 0, y vaut 1/2 Y, l'angle de divergence est égal à arctg 1/50, EG 3 et EG 5 valent tous deux 500 V, EG 4 est déterminé 2 G 5 de façon à optimiser la mise au point, et EG 6 est déterminé de façon que l'erreur d'arrivée soit comprise dans l'intervalle + 0,2/100 radian pendant la déviation à 4,4 mm. La figure 4 montre les aberrations existant lorsque la distance de déviation est 4,4 mmn La figure 6 montre l'écart au 30 foyer lorsque la distance de déviation vaut 4,4 mm dans la direction horizontale, et la ligne entrait plein montre la déviation dans la direction verticale tandis que la ligne en trait interrompu montre celle existant dans la direction horizontale Dans ce cas, l'écart par rapport à l'écran cible est présenté sous forme d'un pourcentage 35 de la longueur t du tube (en valeur positive sur le côté antérieur de l'écran cible, et en valeur négative sur son c 6 té postérieur). On voit sur la figure 4 que les aberrations augmentent rapidement si la longueur x de l'électrode de déviation atteint ( 1/3 + 1/10 oi) ou plus Si la longueur de l'électrode de déviation devient trop courte, la tension de déviation doit être élevée, ce 5 qui accroît la consommation électrique Ainsi, la longueur x sera de préférence plus grande que ( 1/3 t 1/10 On voit sur la figure 5 que le grossissement varie à peine avec la longueur x de l'électrode de déviation On voit en outre sur la figure 6 que l'écart au foyer est petit si la longueur x de l'électrode de déviation est compris 10 entre ( 1/3), 1/10 l) et ( 1/31 t+ 1/10 2. La description précédente montre que la longueur x de l'électrode de déviation varie dans l'intervalle de ( 1/3 1/10 t) à ( 1/3 j + 1/10) Par conséquent, sur la figure 1, la longueur x de l'électrode G 4 reçoit une valeur de ( 1/31 t 1/10 O à ( 1/31 + 1/10). 15 Les figures 7, 8 et 9 montrent la relation existant entre la position y de l'électrode de déviation et, respectivement, les aberrations, le grossissement et l'écart au foyer, tandis que x = 1/31 et que les autres conditions sont telles que ci-dessus. La figure 7 montre les aberrations existant lorsque 20 la distance de déviation vaut 4,4 mm La figure 9 montre l'écart au point de convergence lorsque la distance de déviation vaut 4,4 mm dans la direction horizontale. On voit sur la figure 7 que plus la position y de l'électrode de déviation est grande, plus les aberrations sont im25 portantes Inversement, on voit sur la figure 8 que plus la position y est petite, p 1 u S le grossissement est important En résumé, on déduit des figures 7 et 8 que, si la position y de l'électrode de déviation est comprise entre ( 1/2 1/3 t) et 1/2, les aberrations et le grossissement ne sont pas notablement importants, 30 mais sont satisfaisants du point de vue pratique Dans ce cas, si le grossissement est élevé,'l'ouverture LA limitant le faisceau peut diminuer pour réaliser la compensation On déduit en outre de la figure 9 que l'écart au foyer est petit et la position y de l'électrode de déviation est comprise entre ( 1/2 1/3 t et 1/2 t 35 De ce qui précède, on déduit que la position y de l'électrode de déviation sera de préférence comprise entre ( 1/2 t 1/3 ) et 1/2 L Par conséquent, sur la figure 1, on fait en sorte que la position y de l'électrode G 4 soit comprise entre ( 1/2 1/3) et 1/2 t. Dans le type S-S représenté sur la figure 1, on peut raccourcir la longueur du tube sans produire aucun défaut par com5 paraison à d'autres. Dans le type mise au point électrostatique-déviation magnétique (type S-M) et le type mise au point magnétique-déviation magnétique (type M-M) par exemple, la déviation est effectuée par le champ magnétique Si un électron est dévié par un champ magnétique, O 10 l'énergie cinétique de l'électron ne varie pas, mais sa composante de vitesse suivant la direction axiale diminue pendant la déviation, ce qui conduit à une courbure du champ de l'image, de sorte qu'un défaut de mise au point se produit dans la partie périphérique de l'écran formant la cible On corrige ordinairement le défaut de mise 15 au point par une focalisation dynamique, mais, si la longueur du tube est courte, l'angle de déviation augmente, de même que la courbure du champ d'image, si bien que la correction est rendue d'autant plus nécessaire Dans la déviation magnétique, le centre de déviation varie enfonction de l'amplitude de déviation et, si 20 la longueur du tube est courte, l'angle de déviation augmente, de même que la variation du centre de déviation Si, dans cet état, on corrige l'erreur d'arrivée par une lentille de collimation, la caractéristique de l'angle d'arrivée se détériore. De plus, dans le type S-M et le type M-M, la puis25 sance électrique de déviation est approximativement proportionnelle à 1/(longueur du tube)2 et, par conséquent, si la longueur du tube est courte, la consommation électrique nécessaire à la déviation augmente de façon fort importante. Au contraire, dans le type mise au point magnétique30 déviation électrostatique (type M-S) et le type mise au point électrostatiquedéviation électrostatique (type S-S), la déviation est réalisée par un champ électrique et, par conséquent, si la longueur du tube est courte, la difficulté ci-dessus indiquée n'apparaît pas, comme c'était le cas avec la déviation magnétique. De plus, dans le type M-M et le type M-S, la puissance électrique nécessaire à la mise au point est proportionnelle à 1/longueur du tube)2 et, par conséquent, si la longueur du tube est courte, la consommation électrique nécessaire pour la mise au point augmente de façon fort importante. Par conséquent, ce n'est que pour le seul type S-S que la longueur du tube peut être raccourcie sans que ceci produise en principe aucune difficulté La demanderesse a étudié plus avant le type S-S et, 10 en résultat, elle est arrivée à la conclusion que, à moins que la longueur du tube ne soit raccourcie jusqu'à un certain point, les caractéristiques se détériorent. Ceci va être expliqué en relation avec les figures 10 A et l OB. Si la longueur du tubel est grande, lorsque le faisceau électronique B entre dans la lentille électrostatique reprém sentée sur la figure 10 A, le diamètre du faisceau est augmenté de l'angle de divergence 7, et, par conséquent, les aberrations du faisceau électronique au niveau de la mise au point sur l'écran 20 cible augmentent en fonction des aberrations de la lentille Pour améliorer cette situation, il faut faire entrer le faisceau électronique B dans la lentille électrostatique avant qu'il ait beaucoup m divergé Par exemple, on diminue la distance y de la manière présentée sur la figure l OB Toutefois, dans ce cas, le centre de la lentille 25 électrostatique se déplace jusqu'à côté du dispositif LA de limitation d'ouverture du faisceau et le grossissement devient important (par exemple 2,0 ou plus), si bien que le diamètre du dispositif LA de limitation d'ouverture du faisceau doit être diminué, ceci n'étant pas préférable du point de vue de la fabrication. Au contraire, si la longueur du tube t est courte, le faisceau électronique B entre dans la lentille électrostatique m avant d'avoir beaucoup divergé, si bien que les aberrations sont supprimées. Toutefois, si l'on donne au tube une longueur, trop 35 courte, puisque l'angle de déviation devient grand, l'erreur d'arrivée doit être corrigée par augmentation de l'amplitude de collimation. Par conséquent, dans le type S-S, à moins que la longueur du tube ne soit raccourcie jusqu'à un certain point, les caractéristiques se détériorent. La figure 11 montre les caractéristiques d'aber5 ration apparaissant lorsque l'on fait varier la longueur 1 du tube pour des valeurs prescrites de x et y du tube capteur d'images de 2/3 pouces (soit un diamètre O du tube de 17 mm), o l'angle de divergence est égal à arctg 1/50, EG 3 et EG 5 valent tous deux 500 V, EG 4 est déterminé de façon à optimiser la mise au point et 10 EG 6 est déterminé de façon que l'erreur d'arrivée soit comprise dans l'intervalle de + 0,2/100 radian pendant la déviation à 4,4 mm. Sur la figure 11, la ligne A en trait continu, la ligne B en trait interrompu, la ligne C pointillée et la ligne D doublement pointillée présentent respectivement les caractéristiques 15 d'aberration pour les valeurs suivantes: x = 1/3 t 1/10 t, y = 1/2 t 1/lot; x = 1/3 X + 1/10, y = 1/2 1/l Ot; x = 1/3 1/10 lt, y = 1/2; et x = 1/31 + 1/10 o, y = 1/21. On voit sur la figure 11 que la longueur S du tube peut de préférence être comprise entre 20 et 40 pour le type S-S. 20 Au contraire du type S- S tel que ci-dessus décrit, le type M-M existant en pratique présente une valeur de t qui est égale à 40 ou plus, et le type S-M présente une valeur de t qui est comprise entre 40 et 50 Le type M-S peut avoir une valeur de égale à 30, mais on ne peut alors ignorer la puissance consommée pour la 25 mise au point Par conséquent, pour minimiser la consommation électrique sans détériorer les caractéristiques, on peut raccourcir la longueur du tube de la manière la plus importante en adoptant le type S-S. On a fabriqué, à titre d'essai,le tube capteur 30 d'images de 2/3 pouces (diamètre du tube O = 17 mm) sous la forme suivante:t = 2,80, x'= 1/2, y = 1/2 1/10 o, les tensions appliquées aux électrodes G 1 et G 2 étant 6 V et 320 V respectivement, la tension de l'écran cible 3 étant 50 V, EG 3 = EG 5 = 400 V, EG 4 = -20 V + 65 V, EG 6 = 960 V Avec ce tube, la réponse en ampli35 tude au centre (pour 400 lignes de télévision) devient égale à 50 %, la réponse en amplitude sur la partie périphérique (à 400 lignes de télévision) devient égale à 30 %, l'angle d'arrivée (sur la surface entière) devient 0,5/100 radian ou moins, la linéarité de déviation (pendant la déviation à 4,4 mm) devient égale à 0,3 %. Par conséquent, ce tube possède des caractéristiques équivalentes à cellesdu type champ de mélange existant (type M-F). Par conséquent, avec une structure de type S-S telle que présentée sur la figure 1, on peut raccourcir la longueurt du tube, tandis que la bobine de déviation et la bobine de mise au point ne sont pas nécessaires, le tube à rayons cathodiques ainsi obtenu étant compact et d'un poids léger De plus, puisque la déviation et la mise au point s'effectuent électrostatiquement, il n'y a qu'une faible consommation électrique Puisque la longueur x et la position y de l'électrode G 4 sont fixées à des valeurs 15 optimales, on peut obtenir de bonnes caractéristiques. Dans le mode de réalisation présenté sur la figure 1, on fait adhérer du métal sous forme de certaines configurations à la surface interne de l'ampoule de verre de façon à former les électrodes Par conséquent, le diamètre de la lentille de collima20 tion peut être rendu approximativement-égal au diamètre interne de l'ampoule de verre Si l'on raccourcit la longueur du tube, l'angle de déviation augmente, de sorte qu'il faut renforcer la lentille de collimation Toutefois, puisque le diamètre de la lentille de collimation peut être rendu aussi grand que cidessus indiqué, même si la lentille de collimation est renforcée, les aberrations n'augmentent pas et la caractéristique d'angle d'arrivée ne se détériore pas. Pour appliquer la tension à l'électrode G 5, comme cela est représenté dans un autre mode de réalisation sur la figure 12, 30 on peut appliquer de manière étanche par frittage (référence 17) une bague de céramique 18 dont la surface est revêtue d'une couche conductrice, par exemple une pâte d'argent ou un matériau analogue, à mi-distance de l'ampoule de verre 1 en regard de l'électrode G 5, la tension étant appliquée via la bague de céramique 18 Bien que ceci ne soit pas indiqué sur la figure 12, il est possible de percer 255 1 263 un trou dans l'ampoule de verre 1 en regard de l'électrode G 5 et de souder une broche métallique ou d'installer une fritte conductrice de façon à appliquer la tension à l'électrode G 5 via la broche métallique ou la fritte conductrice. Alors que les électrodes G 3 à G 5 sont collées à la face interne de l'ampoule de verre 1 dans le mode de réalisation, l'invention peut s'appliquer également à des électrodes faites sous forme de plaques métalliques par exemple. Alors que les modes de réalisation concernent le 10 tube à rayons cathodiques de 2/3 pouces ( 17 mm), l'invention peut s'appliquer aussi bien à n'importe quelle dimension. Alors que les modes de réalisation ci-dessus décrivent l'application de l'invention au tube capteur d'images du tupe S-S, l'invention ne s'y limite pas, mais peut être appliquée également à des tubes à rayons cathodiques tels que tube de stockage, tube convertisseur de balayage, etc. Selon l'invention ci-dessus décrite, puisque le tube à rayons cathodiques est constitué suivant le type S-S, il est possible de raccourcir la longueur t du tube etde plus, la 20 bobine de déviation et la bobine de mise au point ne sont pas nécessaires, si bien que le tube à rayons cathodiques ainsi obtenu est compact et d'un poids léger De plus, puisque la déviation et la mise au point s'effectuent électrostatiquement, il ne faut prévoir qu'une faible consommation électrique Puisque la longueur 25 et la position de l'électrode G 4 sont fixées à des valeurs optimales, de bonnes caractéristiques peuvent être obtenues. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir des dispositifs dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, 30 diverses autres variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Tube à rayons cathodiques caractérisé en ce qu'il comprend une ampoule ( 1), un canon à électrons (K, G 1, G 2) possédant un dispositif (LA) de limitation d'ouverture du faisceau, une première électrode (G 3), une deuxième électrode (G 4), une troi5 sième électrode (G 5), une électrode en forme de grille (G 6), et une cible ( 3), lesdites première, deuxième et troisième électrodes constituant un système de lentilles électrostatiques permettant de faire la mise au point du faisceau électronique, ladite deuxième électrode (G 4) étant une électrode de déviation à configuration 10 du type flèche ou zigzag permettant de faire dévier le faisceau électronique, o, si la distance dudit dispositif de limitation d'ouverture du faisceau à ladite électrode en forme de grille est t on donne à ladite deuxième électrode une longueur comprise entre ( 1/31, 1/10 X) et ( 1/34 + 1/10 t), et on donne à la distance formée 15 entre ledit dispositif de limitation d'ouverture du faisceau et le centre de ladite deuxième électrode une valeur comprise entre ( 1/2 X 1/31) et 1/2 >. 2 Tube à rayons cahtodiques selon la revendication 1, caractérisé en ce que la longueur t est comprise entre 20 et 40, 20 O étant le diamètre de la première, de la deuxième et de la troisième électrode.