Brevet FR2683386A1 — publié le 19930507

i DISPOSITIF DE FOCALISATION MAGNETIQUE POUR TUBE A RAYONS CATHODIOUES La présente invention se rapporte à un tube à rayons cathodiques comportant un canon à électrons et un dispositif de focalisation magnétique du faisceau d'électrons issus de ce canon. Les unités de focalisation magnétiques sont habituellement destinées à équiper des tubes à rayons cathodiques de haute résolution: elles permettent grâce à la création d'un champ magnétique coaxial au faisceau d'électrons issu du canon de rendre l'impact de ce faisceau sur l'écran du tube aussi petit que désiré. De tels tubes sont utilisés par exemple dans le domaine de la télévision par projection ou des dispositifs d'affichage professionnels à haute résolution La lentille de focalisation créée par le dispositif de focalisation magnétique peut être réalisée soit à l'aide d'aimant permanent soit à l'aide d'un bobinage circulaire enfermé dans un circuit magnétique comportant un entrefer et dans lequel circule un courant continu éventuellement ajustable. Il arrive qu'on soit obligé d'adjoindre à la bobine de focalisation principale une bobine de focalisation dynamique afin de focaliser avec la même précision le faisceau d'électrons sur toute la surface de l'écran du tube; dans ce cas, le champ créé par la bobine de focalisation dynamique vient moduler le champ de la bobine de focalisation principale en fonction de la position du point d'impact du faisceau sur l'écran La fréquence du courant à l'intérieur de la bobine auxiliaire est la même que la fréquence de balayage ligne de l'écran ce qui entraine différents problèmes lors de leur utilisation à des fréquences de balayage importantes, de l'ordre ou supérieures à 16 KHZ: -couplage électrique important entre la bobine principale statique et la bobine dynamique -courant induit, par la bobine de focalisation dynamique, important dans la carcasse du circuit magnétique contenant la bobine de focalisation statique, d'o une perte d'énergie -apparition de phénomène de trainage magnétique, d au temps d'établissement du champ dans le circuit magnétique, devenant critique aux fréquences de balayage élevées. action du champ dynamique sur le faisceau d'électrons de plus en plus faible à mesure que la fréquence de balayage augmente L'objet de la présente invention est un dispositif de focalisation magnétique pour tube à rayons cathodiques comportant une bobine de focalisation dynamique travaillant à des fréquences de balayage ligne de l'ordre ou supérieure à 16 KHZ et pour lequel les défauts de trainage magnétique, de couplage entre bobine statique et bobine dynamique, de pertes électriques et magnétiques n'atteignent pas des valeurs critiques Le dispositif de focalisation conforme à l'invention est constitué d'une bobine de focalisation statique parcourue par un courant continu et d'une bobine de focalisation dynamique parcourue par un courant variable périodique, dispositif caractérisé en ce que la carcasse est constituée de pièces de perméabilité magnétiques différentes. L'invention sera mieux comprise à l'aide des figures ci- aprés parmi lesquelles: -la figure 1 est une vue en perspective,en partie éclatée, d'un tube à rayons cathodiques incorporant un système de focalisation magnétique conforme à l'invention -les figures 2 a et 2 b représentent des coupes longitudinales suivant l'axe principal Z du tube, de dispositifs de focalisation magnétiques connus -les figures 3 a et 3 b montrent les profils le long de l'axe Z des champs de focalisation créés par les dispositifs des figures 2 et 2 b - les figures 4 a et 4 b sont des représentations en coupe longitudinale suivant l'axe Z de dispositifs de focalisation magnétique conformes à l'invention -la figure 5 est une vue en perspective, en partie éclatée, du dispositif de la figure 4 a -la figure 6 représente les variations des composantes réelle et imaginaire de la perméabilité complexe du ferrite pressée à chaud en fonction de la fréquence d'utilisation La distance focale f d'une lentille de focalisation magnétique est donnée par l'expression suivante dans laquelle H(z) est le champ magnétique crée le long de l'axe principal Z du tube et k un coefficient dépendant de la configuration géométrique du système. (l/f)=k H 2 (z)dz Dans le cas o le champ H(z) est modulé par un champ variable dans le temps, dit dynamique, l'expression précédente devient: too ( 1/f)=k (H(z) + h(z))2 dz ou encore: tc 00 ( 1/f)=k H 2 (z)dz + 2 H(z)h(z)dz + hz(z)dz Par principe, on désire obtenir la modulation du champ H(z) avec un champ dynamique h(z) le plus faible possible afin d'économiser au mieux l'énergie Dans ce cadre, si h" H et h le long de l'axe Z seront confondues. La figure 1 montre un tube cathodique 1 comportant un dispositif de déviation 2 du faisceau électronique 5 issu du canon à électrons 4 et destiné à ce que l'impact 6 du faisceau 5 sur l'écran 7 du tube explore la totalité de sa surface; ce tube comporte en outre un dispositif de focalisation magnétique 3 des faisceaux d'électrons, dispositif placé sur le col 8 du tube, entre le déviateur 2 et le canon 4. Dans le mode de réalisation du dispositif de focalisation 3, décrit dans l'état de le technique et illustré par les figures 2 a et 3 a, la bobine statique 11, placée sur le col 8 du tube 1 est enfermée dans une carcasse 10 ouverte sur un entrefer 13, au niveau duquel apparait le champ statique H Pour optimiser l'action du champ h créé par la bobine 12 de focalisation dynamique, celle-ci est placée au niveau de l'entrefer afin que les champs h et H agissent au même endroit sur l'axe Z La carcasse 10 est généralement réalisée en fer doux matériau présentant un faible champ rémanant caractéristique essentielle pour obtenir une action identique de la lentille magnétique créée par le champ H à chaque mise en service du système de focalisation Cependant le dispositif de la figure 2 a présente les limitations suivantes: -le champ h créé par la bobine dynamique 12 se referme dans le circuit magnétique 10; il se produit alors un couplage électrique entre les bobines il et 12 modifiant en particulier l'amplitude dans le temps du champ H -les courants induits par cette bobine dans le circuit 10 en fer doux deviennent importants d'o des pertes en énergie prohibitives du fait de la faible résistivité du fer doux, de l'ordre de 10 micro Ohm*cm; on estime à ce propos que pour avoir des pertes électriques négligeables, une résistivité d'au moins 1 Ohm*cm serait souhaitable. Dans une autre réalisation appartenant à l'état de la technique, illustrée par les figures 2 b et 3 b, la bobine de focalisation dynamique 12 est décalée par rapport à l'entrefer 13, les zones d'action des champs H et h le long de l'axe Z ont une faible partie commune Une pièce en mu-métal 14,de quelques dizièmes de millimètre d'épaisseur, isole magnétiquement la bobine 12 de la carcasse 10 en fer doux ce qui permet d'avoir un très faible couplage entre les bobine il et 12 Cependant la position de la bobine 12 fait que son action sur le champ H est moins sensible que dans le cas décrit par la figure 2 a: il faut donc pour obtenir une modulation de H équivalente augmenter la valeur du courant dans 12 imposant de fournir une énergie élevée inacceptable dans un fonctionnement en haute fréquence; de plus, de par la faible résistivité du mumétal ( de l'ordre de 50 microohm*cm) les pertes par courants de Foucault sont encore trés importantes on a remarqué également que les dispositifs connus connaissaient un problème de trainage magnétique engendré par le décalage temporel entre le courant circulant dans 12 et le champ créé par ce courant, problème provoquant une assymétrie de focalisation entre les points extrêmes d'une même ligne; ce décalage est provoqué par le mauvais comportement dynamique des matériaux dans lesquel se referme le champ h le fer doux dans un cas, le mu-métal dans l'autre Ainsi dans le dispositif décrit par la figure 2 b, le temps que met le champ à s'établir à 99,9 % de la valeur qu'il devrait avoir est de l'ordre de 20 microsecondes. Le dispositif de la figure 4 a décrit un mode de réalisation de la présente invention pour lequel les champs H de la bobine de focalisation statique Il et h de la bobine de focalisation dynamique 12 ont des zones d'action décalées, suivant l'axe principal Z du tube, les deux bobines étant disposées de façon à ce que la zone d'action du champ h soit majoritairement comprise dans la zone d'action du champ H Pour cela la bobine 12 est disposée prés de l'entrefer 13 réalisé par l'interruption du circuit magnétique que constitue la carcasse de forme sensiblement torique entourant la bobine 11 Cette configuration a été rendue possible et efficace par la réalisation de la carcasse en deux parties, 20 et 21, dont les matériaux constitutifs ont des perméabilités magnétiques différentes en particulier à des fréquences égales ou supérieures à 16 K Hz. La perméabilité d'un matériau est généralement constante jusqu'à une certaine fréquence à partir de laquelle se font sentir les effets de peau Afin de représenter le comportement en fréquence de ce matériau on a l'habitude de traiter sa perméabilité magnétique comme comme une fonction complexe s'exprimant alors sous la forme: Ig = 14 'i IL o g I est une fonction de la fréquence caractérisant la magnétisation du matériau et glu une autre fonction de la fréquence caractérisant les pertes magnétiques à l'intérieur de ce matériau. L'expérience a montrée que le choix du fer doux pour réaliser la partie 21 de la carcasse et du ferrite pour la réalisation de la partie 20 donnait d'excellents résultats Les deux parties 20 et 21 sont disposées de part et d'autre de l'entrefer, la pièce 20 en ferrite ayant ici,pour des raisons de facilités de fabrication et d'assemblage, une forme en couronne constituant une paroi de la carcasse entourant la bobine 11, perpendiculaire à l'axe Z du tube La bobine 12 est disposée à la fois au plus prés du col du tube, pour une action optimum sur le faisceau d'électrons avec le minimum de courant, et sous la pièce en ferrite: de cette façon le champ magnétique créé par la bobine 12 se referme presque exclusivement dans le ferrite 20 et non pas dans le circuit en fer doux Il en résulte un couplage électrique très faible entre les bobines I 1 et L'analyse du comportement en fréquence du ferrite, illustré par la figure 7, montre qu'il présente une perméabilité dont le terme réel Me reste élevé ( autour de 2000) jusqu'à des fréquences de l'ordre du mégahertz, alors que sa valeur imaginairep", responsable des pertes magnétiques reste faible jusqu'à des fréquences proches de 200 K Hz; de plus, les phénomènes de trainage magnétiques sont dans ce cas très faibles car le temps que met le champ à s'établir à 99,9 % de la valeur qu'il devrait avoir est de l'ordre de la microseconde Enfin, les pertes dues au courant induit dans le ferrite restent faibles, la résistivité du ferrite se situant autour de Ohm*cm. Le ferrite utilisée pour la réalisation de la pièce 20 est fabriquée par la société LCC-Cie Européenne de Composants Electroniques et référencée sous le numéro T 22. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, illustré par la figure 4 b, la pièce en ferrite constitue la paroi de la carcasse magnétique entourant la bobine statique I 1 et située au plus prés du col du tube 8; cette pièce est alors en forme de tube cylindrique dont l'axe transversal est confondu avec l'axe principal Z du tube La bobine 12 est, comme dans le cas précédent, située sous la pièce en ferrite, à la fois au plus prés du col du tube 8 et du bord de l'entrefer 13. REVENDICATIONS -1 Dispositif de focalisation magnétique situé autour du col d'un tube à rayons cathodiques constitué: -d'une bobine parcourue par un courant continu,dite statique, enfermée dans une carcasse magnétique ouverte par un entrefer dans sa partie radialement la plus proche du col -d'une bobine parcourue par un courant variable de façon périodique et située entre la bobine statique et le col du tube caractérisé en ce que la carcasse est constituée de pièces de perméabilités magnétiques différentes. -2 Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les pièces de perméabilités magnétiques différentes sont situées de part et d'autre de l'entrefer. -3 Dispositif suivant la revendication X caractérisé en ce que la bobine de focalisation parcourue par un courant variable et périodique est disposée à proximité de l'entrefer de la carcasse magnétique enfermant la bobine statique. -4 Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le champ magnétique créé par la bobine parcourue par un courant variable utilise comme circuit magnétique la partie de la carcasse constituée du matériau dont la composante imaginaire de la perméabilité magnétique est la plus faible -5 Dispositif suivant la revendications 4 caractérisé en ce que la partie de la carcasse constituée du matériau dont la composante imaginaire de la perméabilité magnétique est la plus faible est en forme de couronne centrée sur l'axe Z du tube et contenue dans un plan perpendiculaire à cet axe. -6 Dispositif suivant la revendication 4 caractérisé en ce que la partie de la carcasse constituée du matériau dont la composante imaginaire de la perméabilité magnétique est la plus faible est en forme de tube cylindrique dont l'axe transversal est confondu avec l'axe Z du tube -7 Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les matériaux constituant la carcasse magnétique sont du fer doux et du ferrite -8 Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le matériau dont la composante imaginaire de la perméabilité magnétique est la plus faible a une résistivité d'au moins 1 Ohm cm 9 Dispositif de focalisation magnétique situé autour du col d'un tube à rayons cathodiques constitué: -d'une bobine parcourue par un courant continudite statique, enfermée dans une carcasse magnétique ouverte par un entrefer dans sa partie radialement la plus proche du col -d'une bobine, dite dynamique, parcourue par un courant variable de période égale ou supérieure à 16 KHZ il et située entre la bobine statique et le col du tube caractérisé en ce que la zone dfaction du champ créé par la bobine de focalisation dynamique, suivant l'axe principal Z du tube, est décalée par rapport à la zone d'action du champ créé par la bobine statique tout en restant majoritairement comprise dans cette dernière zone d'action. -10 Tube à rayons cathodiques caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de focalisation magnétique conforme à l'une quelconque des revendications précédentes.