Brevet FR2680933A1 — publié le 19930305

DISPOSITIF D'ASSERVISSEMENT DE LA TENSION DE BLOCAGE D'UN TUBE CATHODIQUE PAR MESURE DE LUMINANCE L'invention concerne les tubes à rayons cathodiques et, plus particulièrement, un dispositif pour modifier la tension de blocage d'un tube cathodique en fonction de la luminance mesurée sur l'écran du tube. Un tube à rayons cathodiques 10 (figure 1) comprend dans une enceinte sous vide il une cathode 12 comportant un filament chauffé 16 qui émet des électrons et une anode 13 qui est portée par l'intermédiaire d'une borne 19 à un potentiel positif élevé (HT) par rapport au potentiel VK de la cathode de manière à attirer les électrons vers une surface 14 qui constitue l'écran du tube cathodique. La paroi interne de l'écran est revêtue de luminophores qui s'illuminent lorsqu'ils reçoivent les électrons émis par la cathode, ce qui permet de faire apparaître des figures lumineuses sur la paroi externe de l'écran en déviant la trajectoire des électrons à l'aide notamment de champs magnétiques variables fournis par des bobines de déviation 15. Afin de mieux contrôler la trajectoire des électrons et de moduler l'intensité du faisceau d'électrons, les électrons émis par la cathode 12 traversent une structure constituée de trois électrodes ou grilles Gl, G 2 et G 3 qui sont portées à des potentiels appropriés à leur rôle C'est ainsi que la grille Gi, plus connue sous le nom de wehnelt, est disposée à proximité de la cathode et est à un potentiel négatif VG 1 par rapport à celle-ci de manière à pouvoir arrêter ou laisser passer les électrons en direction de l'écran La grille G 2, dite d'accélération, est placée à proximité de la grille Gi en direction de l'écran et est à un potentiel positif VG 2 par rapport à la cathode Enfin, la grille G 3, dite de focalisation, est placée avant les bobines de déviation 15 et est à un potentiel positif VG 3 par rapport à la cathode. Sur la figure 1, les potentiels des différentes électrodes sont obtenus schématiquement par des potentiomètres 17, 18, et 101 Le potentiomètre 17 est connecté entre une borne à + 100 volts par exemple et une borne reliée à la masse Le potentiomètre 18 est connecté entre la masse et la haute tension (HT) de 16 kilovolts par exemple Le potentiomètre 101 est connecté entre la masse et un potentiel de -200 volts. La cathode 12 est connectée à la borne de sortie du potentiomètre 17 et son potentiel VK peut donc varier de O à + 100 volts Le whenelt Gi est connecté à la borne de sortie du potentiomètre 101 et son potentiel VG 1 peut donc varier de O à -200 volts La grille accélératrice G 2 est connectée à une première borne de sortie du potentiomètre 18 et son potentiel VG 2 peut donc varier de 0 à quelques milliers de volts La grille de focalisation G 3 est connectée à une deuxième borne de sortie du potentiomètre 18 et son potentiel VG 3 peut donc atteindre plusieurs milliers de volts. On comprend que l'on peut moduler l'intensité du faisceau d'électrons et donc celle du point lumineux sur l'écran en modifiant la tension VKG 1 A cet effet, la grille Gi est polarisée à une tension Vco, dite de blocage, et une tension de modulation variable lui est appliquée pour obtenir un courant électronique de faisceau variable et donc une luminance variable du point lumineux sur l'écran. La tension de blocage Vco, plus connue sous le nom de "tension de cut-off", correspond à la différence de potentiels VKG 1 juste suffisante pour empêcher le passage des électrons en direction de l'écran. La figure 2 est un diagramme montrant la variation du courant de cathode Ik, qui correspond sensiblement à la luminance du point sur l'écran, en fonction de la tension VKG 1 entre la cathode et la grille Gi La courbe , qui est quasi-logarithmique, montre que le courant Ik est nul pour VKG 1 =Vco et qu'il atteint la valeur Iko pour VKG 1 = 0. Pour obtenir une caractéristique linéaire entre le signal appliqué à la grille Gi et la luminance sur l'écran, il est nécessaire, d'une part, de linéariser la courbe 20 et, d'autre part, de maintenir le tube cathodique à sa tension de blocage en l'absence d'un signal de modulation, ce maintien étant d'autant plus critique que le tube fonctionne à des valeurs faibles de la luminance, fonctionnement que l'on rencontre lorsque le tube cathodique est utilisé dans un environnement sombre. Pour garantir la stabilité de la luminance à faible niveau, il est nécessaire: de toujours polariser le tube à sa tension de blocage; de garder stable la tension VKG 2 entre la cathode et la grille accélératrice; de garder stable la puissance de chauffage de la cathode, c'est-à-dire de garantir une certaine précision et stabilité de la tension Vf qui est appliquée au filament de chauffage 16; de garder stable la différence de potentiels VKA entre la cathode et l'anode. Pour résoudre ces problèmes, il a été proposé de polariser le tube avec des tensions VKG 2, Vf et VKA aussi constantes que possible mais il est difficile de maintenir ces tensions avec une précision supérieure à 1 %. En outre, les caractéristiques du tube, notamment la tension de blocage, évoluent: pendant la stabilisation thermo-mécanique du canon à électrons, du démarrage, et en cours de vieillissement pendant la durée de vie du tube Il en résulte que les tensions de polarisation devraient être réajustées au cours du temps. Pour compenser ces dérives, il a été proposé des dispositifs d'asservissement de la tension de blocage du tube par mesure du courant de cathode Cet asservissement s'effectue à intervalles réguliers, par exemple pendant le retour trame de l'image, et sa valeur est mémorisée pendant la trame suivante. L'acquisition de la valeur d'asservissement s'effectue en deux étapes: une première étape pour appliquer sur la grille Gi une tension de surblocage (tension supérieure à la tension de blocage) et mesurer les courants de fuites de cathode Cette mesure est soustraite de la mesure réalisée lors de la deuxième étape et permet de s'affranchir des courants de fuites; une deuxième étape pour appliquer sur le tube une faible tension de modulation de valeur connue et asservir le potentiel VKG 1 de manière à mesurer un courant de cathode Ik qui est la somme des courants de fuites mesurés au cours de la première étape et d'un courant constant Iks correspondant à la valeur supposée qu'engendrerait la consigne de modulation appliquée. Un tel procédé est satisfaisant lorsque la dynamique de courant de cathode est comprise entre 10 microampères et 2 milliampères ce qui correspond à des courants Iks d'asservissement qui conviennent lorsque l'ambiance lumineuse minimale est une ambiance dite de "salon", ce qui est le cas des téléviseurs grand public. Lorsque le tube est disposé dans un environnement très sombre et/ou lorsqu'il est très sensible (rendement élevé des luminophores), l'asservissement doit être effectué à des courants de cathode très inférieurs au microampère, ce qui est difficilement réalisable à cause des valeurs des résistances d'isolement et des capacités parasites inter-électrodes. En outre, ce procédé de l'art antérieur ne tient pas compte de la variation de la sensibilité des luminophores, c'est-à-dire leur rendement lumineux, au cours du temps. Le but de la présente invention est donc de réaliser un dispositif d'asservissement de la tension de blocage d'un tube cathodique qui permet de fonctionner à très basse luminance tout en s'affranchissant du vieillissement et des dérives temporelles des caractéristiques du tube cathodique. L'invention concerne un dispositif d'asservissement de la tension de blocage d'un tube à rayons cathodiques dont l'écran présente au moins deux luminophores, caractérisé en ce qu'un premier luminophore recouvre une première zone opérationnelle du tube utilisée pour faire apparaître les images tandis qu'un deuxième luminophore recouvre une deuxième zone disposée à l'extérieur de la première, en ce qu'un capteur de luminance est disposée face à la deuxième zone pour mesurer la luminance de la surface associée de la deuxième zone, en ce que des moyens de balayage sont prévus pour diriger à certains instants choisis le faisceau électronique vers ladite surface associée au capteur et en ce que des moyens sont prévus pour modifier la tension de blocage du tube en fonction de la valeur de la mesure de luminance par rapport à une valeur souhaitée. D'autres buts, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un exemple particulier de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints dans lesquels: la figure 1 est un schéma d'un tube à rayons cathodiques auquel s'applique la présente invention; la figure 2 est un diagramme montrant la courbe de variation du courant de cathode du tube en fonction de la tension appliquée au wehnelt, la figure 3 est un schéma fonctionnel d'un dispositif d'asservissement automatique de la tension de blocage d'un tube à rayons cathodiques selon l'invention, les figures 4 a, 4 b et 4 c sont des diagrammes de signaux utilisés dans le dispositif de la figure 3, et la figure 5 est une vue de face de l'écran 14 d'un tube à rayons cathodiques montrant une position possible du luminophore pour la mesure de luminance selon l'invention. L'invention consiste à modifier le courant de cathode Ik en fonction de la mesure de la luminance d'un point de l'écran situé en dehors de la partie habituellement utilisée; de préférence, ce point de l'écran est réalisé avec un luminophore ayant des caractéristiques particulières. A cet effet, l'écran 14 comporte (figure 5), en plus d'une surface utile S réalisée avec les luminophores habituels, une zone SO réalisée avec un luminophore Lo ayant des caractéristiques adaptées à son rôle dans le dispositif selon l'invention Cette zone SO est située à la périphérie de l'écran et n'est normalement pas balayée par le faisceau électronique émis par la cathode pour réaliser une image opérationnelle. A cette zone SO est associé un capteur photoélectrique (figure 3), du type diode photoconductrice ou similaire, qui fournit un signal électrique représentatif de la luminance d'un point de la zone SO. Bien entendu, le capteur 30 peut être à proximité immédiate de la zone SO ou en être éloigné et, dans ce cas, lui être relié par une fibre optique 31 comme le montre la figure 3. Le signal électrique fourni par le capteur 30 est appliqué à un préamplificateur 32 dont le signal de sortie est appliqué à un circuit 73 qui élimine du signal la composante due au courant d'obscurité du capteur 30. A cet effet, le circuit 73 échantillonne la valeur du courant d'obscurité pendant une phase Po (figure 4 a) et cette valeur échantillonnée est mémorisée pendant le reste du temps pour être déduite du signal venant du préamplificateur 32. Le circuit 73 peut être réalisé de différentes manières et, notamment, selon le schéma indiqué à l'intérieur du rectangle 73 Il comprend un amplificateur 56 dont la boucle de contre-réaction est constituée d'un circuit échantillonneur-bloqueur et d'un circuit soustracteur 57 Le circuit échantillonneur-bloqueur comprend un premier amplificateur 75 dont une borne d'entrée est connectée à la borne de sortie de l'amplificateur 56 et dont l'autre borne d'entrée est connectée à une source de tension de référence REF La borne de sortie de ce premier amplificateur est connectée à une borne d'un condensateur mémoire C' par l'intermédiaire d'un interrupteur 74, l'autre borne étant connectée à la masse Un amplificateur 76 connecte le condensateur C' au circuit soustracteur 57 L'ouverture et la fermeture de l'interrupteur 74 sont commandées par le signal de phase Po (figure 4 a). Le signal de sortie du circuit 73 est appliqué à un échantillonneurbloqueur 33 pour être comparé,dans un comparateur amplificateur d'erreur 45, à une consigne de luminance Vc qui est ajustée à l'aide d'un diviseur de tension résistif connecté entre une source de tension REF et la masse et comportant une résistance RO et un potentiomètre PTO Cet échantillonneur-bloqueur 33 comprend, notamment, le comparateur amplificateur d'erreur 45 qui effectue cette comparaison et fournit sur sa borne de sortie, une tension de correction Vcor qui permettra, comme on le décrira plus loin, d'augmenter ou de diminuer la tension de blocage du tube pendant la phase P 2 d'échantillonnage (figure 4 c). Par la fermeture d'un interrupteur 44 pendant cette phase P 2, cette tension de correction Vcor est mémorisée dans un condensateur Cm pendant tout le reste du temps o l'interrupteur 44 reste ouvert. L'étage de sortie de l'échantillonneur-bloqueur 33 est constitué par un amplificateur 46 dont la borne de sortie 34 est à une tension v O qui est égale à la tension de charge du condensateur Cm en un point A (borne A). La tension VO est soustraite d'une tension Vv correspondant à un signal vidéo VDO dans un circuit soustracteur 35 dont la borne de sortie 36 est connectée à la cathode du tube cathodique 10 par l'intermédiaire d'un amplificateur 37. Le signal vidéo VDO est appliqué au circuit soustracteur par l'intermédiaire d'un circuit correcteur 38, plus connu sous le nom de circuit correcteur de gamma, qui a pour effet de linéariser la luminance de l'écran en fonction du signal de commande de luminance constitué par le signal vidéo VDO. En outre, selon l'invention, le courant vidéo VDO n'est pas appliqué en permanence au circuit correcteur de gamma par suite de l'interposition d'un commutateur à trois positions 39 qui permet de connecter le correcteur de gamma 38 et, par suite, le circuit soustracteur 35: soit au signal vidéo VDO en fonctionnement normal (position 1), soit à la masse, (position 3) soit à un circuit de référence 48 (position 2) pendant les phases d'asservissement. Ce circuit de référence 48 comprend un diviseur de tension résistif comportant des résistances R'O et R" 0, la résistance R'0 étant connectée à une tension de référence REF et la résistance R" O étant connectée à la masse. La commutation du commutateur 39 à la masse est obtenue par le signal de phase PO (figure 4 a) ou par un signal ST lors de la mise sous tension du tube à rayons cathodiques. La commutation du commutateur 39 vers la borne de sortie du circuit de référence 48 est obtenue par un signal de phase Pl (figure 4 b) Les signaux de phase PO et Pl sont cycliques et peuvent être, par exemple, synchronisés sur les signaux de balayage Le signal PO précède le signal Pl sans recouvrement. Au tube 10 et plus spécialement aux bobines de déviation sont associés de manière connue des amplificateurs de déviation, l'un référencé 40 pour le balayage suivant l'axe des abscisses X'X (figure 5) et l'autre 41 pour le balayage suivant l'axe des ordonnées Y'Y Ces amplificateurs 40 et 41 reçoivent d'un circuit de balayage 9, des signaux de balayage du type télévision ou cavalier mais reçoivent, en outre, selon l'invention, des signaux de positionnement du faisceau électronique pendant la durée du signal de phase Pl pour diriger ledit faisceau vers la zone SO de l'écran et, plus précisément, en face de l'extrémité de la fibre optique 31. A cet effet, la borne d'entrée de chaque amplificateur de déviation 40 et 41 est connectée respectivement à un commutateur 42 et 43 d'un circuit de commutation 8, commandé par le signal Pl, de manière à recevoir les signaux de balayage pendant la durée de la trame ou du tracé cavalier et à recevoir des signaux de référence pendant le retour de trame ou du temps prévu pour le test pendant le tracé cavalier, c'est-à-dire pendant la durée du signal Pl Sur la figure 3, ces signaux de référence sont matérialisés par un circuit diviseur résistif alimenté par la tension de référence REF et comportant les résistances Rx et R'x pour la déviation XIX et les résistances Ry et R'y pour la déviation Y'Y. La mesure de la luminance de la zone So de l'écran est effectuée par l'échantillonneur-bloqueur 33 pendant une partie de la durée du signal Pi A cet effet, l'interrupteur 44 de l'échantillonneur- bloqueur 33 est commandé par le signal P 2 (figure 4 c) qui apparait pendant Pi Comme le montre la figure 3, ce signal P 2 commande la charge du condensateur Cm par l'intermédiaire de l'interrupteur 44 disposé entre le comparateur 45 et la borne A du condensateur Cm dont l'autre borne est connectée à la masse La tension de charge du condensateur Cm est appliquée au soustracteur comme décrit ci-dessus. Par ailleurs, la borne A du condensateur C est connectée à une source 102 par un interrupteur 49 commandé par le signal ST de manière à charger le condensateur Cm à une tension déterminée à la mise sous tension du tube 12 et à obtenir un blocage maximum du tube. Le signal ST ainsi que les signaux PO, Pl et P 2 sont il fournis par le circuit du balayage 9. Pour faire varier le seuil de luminance, le signal fourni par le capteur 30 est comparé, comme décrit précédemment, à une valeur de consigne Vc dans l'amplificateur d'erreur 45; cette valeur de consigne est obtenue par le circuit diviseur résistif connecté entre la tension de référence REF et la masse et comportant la résistance RO et le potentiomètre PTO. Cette valeur Vc est ajustable par l'utilisateur pour régler la luminance de fond de l'écran. Le fonctionnement du tube est alors le suivant en supposant que le tube est en fonctionnement normal. Cycliquement, par exemple à chaque retour de trame, le signal Po bascule le commutateur 39 à la masse et permet au circuit 73 d'échantillonner le courant d'obscurité du capteur 30 pendant que le courant de faisceau est quasi nul et que le faisceau n'est pas positionné sur la zone SO, c'est-à-dire sur le capteur 30 Le circuit 73 retranchera cette valeur à la mesure d'asservissement qui sera faite par la suite. Ensuite, le signal Pl commande les commutateurs 42 et 43 pour que le faisceau électronique excite le point de la zone So situé en face de l'extrémité de la fibre 31; il commande également le commutateur 39 pour que le soustracteur 35 soit connecté, à travers le correcteur de gamma 38 à la source 48 de tension de référence (position 2). Si la luminance, qui est mesurée par le capteur 30, est supérieure à la valeur de consigne Vc, le condensateur Cm se décharge par exemple pendant la durée du signal P 2 et la tension du point A diminue; ceci a pour effet, par l'intermédiaire de l'amplificateur 46 et du soustracteur , de diminuer le courant de cathode Ik et donc d'augmenter la différence de potentiels VKG 1, ce qui a pour effet de diminuer le courant électronique du tube et donc la luminance du tube. On comprend que l'effet inverse est obtenu lorsque la luminance qui est mesurée par le capteur 30 est inférieure à la valeur de consigne Vc. Lors de la mise sous tension du tube, il est important que le tube soit bloqué au maximum et il en résulte que, selon le fonctionnement décrit ci-dessus, la tension du point A doit être minimale: c'est le rôle de la source 102 qui peut être nulle ou négative et qui à la mise sous tension, est connectée au point A par la fermeture de l'interrupteur 49 grâce au signal ST. Pour la même raison, le signal ST commande le commutateur 39 pour connecter le correcteur de gamma 38 à la masse (position 3). Le luminophore Lo de la zone SO est choisi selon les critères suivants: sa longueur d'onde doit être telle que tout rayonnement parasite visible vers la surface opérationnelle du tube est évité; de préférence, elle sera dans le domaine de l'infrarouge; son temps de montée à 99 % doit être aussi court que possible pour que la durée de la phase de mesure de la luminance soit la plus courte possible; un temps de montée de l'ordre de quelques microsecondes est acceptable dans le cas d'une mesure pendant le retour de trame; son rendement énergétique doit être le plus élevé possible de manière à asservir le système au plus près de la tension de blocage. Par ailleurs, le capteur de luminance 30 doit présenter les caractéristiques suivantes: sa sensibilité doit être maximale pour la longueur d'onde du luminophore Lo; sa surface doit être suffisamment grande pour augmenter l'énergie reçue et faciliter le problème de son positionnement; sa capacité parasite doit être suffisamment faible pour que la bande passante du système de détection permette d'effectuer la mesure rapidement. L'invention a été décrite en prévoyant une mesure de luminance de la zone SO pendant le retour de trame mais il est clair que d'autres instants peuvent être choisis selon les applications du dispositif d'asservissement selon l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 1 Dispositif d'asservissement de la tension de blocage d'un tube à rayons cathodiques ( 10) dont l'écran présente au moins deux luminophores, caractérisé en ce qu'un premier luminophore recouvre une première zone opérationnelle (S) du tube utilisée pour faire apparaitre les images tandis qu'un deuxième luminophore (Lo) recouvre une deuxième zone (SO) disposée à l'extérieur de la première, en ce qu'un capteur de luminance ( 30) est disposée face à la deuxième zone pour mesurer la luminance de la surface associée de la deuxième zone (SO), en ce que des moyens de balayage ( 8, 9) sont prévus pour diriger à certains instants choisis le faisceau électronique vers ladite surface associée au capteur ( 30) et en ce que des moyens sont prévus pour modifier la tension de blocage du tube en fonction de la valeur de la mesure de luminance par rapport à une valeur souhaitée. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour modifier la tension de blocage du tube comprennent des moyens ( 45, RO, PO) pour comparer la valeur de mesure de luminance à une valeur souhaitée, des moyens ( 33) pour échantillonner aux instants choisis le signal résultant de la comparaison et des moyens pour fournir, pendant l'intervalle de temps entre deux instants choisis, un signal de modification de la tension de blocage du tube de manière que la valeur de mesure de luminance soit égale à la valeur souhaitée. 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens d'échantillonnage ( 33) comprennent un circuit échantillonneur- bloqueur (Cm, 44, 45, 46) qui est commandé par un signal (P 2) apparaissant auxdits instants choisis et qui fournit un signal variant en fonction du résultat de la comparaison, ledit signal étant appliqué soit à la cathode, soit au wehnelt du tube. 4 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 3, caractérisé en ce que les instants choisis correspondent aux retours de trame du balayage du tube. 5 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 4, caractérisé en ce que le deuxième luminophore Lo a une longueur d'onde dans le domaine de l'invisible. 6 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 5, caractérisé en ce que le deuxième luminophore Lo présente un temps de montée à 99 % de l'ordre de quelques microsecondes. 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 6, caractérisé en ce que le capteur de luminance comprend une fibre optique ( 31) dont une extrémité est disposée devant la deuxième zone (SO) tandis que l'autre extrémité est associée à une cellule photoélectrique 30.