Brevet FR2689679A1 — publié le 19931008

DISPOSITIF DE DEFLEXION DE8 FAISCEAUX D'ELECTRONS POUR TUBES A RAYONS CATKODIOUES AUTOCONVERGENT ET CORRIGE EN GEOXETRIE. La présente invention se rapporte à un dispositif de déflexion des faisceaux d'électrons issus d'un canon à électrons à trois faisceaux en ligne d'un tube à rayons cathodiques comportant une dalle écran sensiblement plane. Dans les tubes à rayons cathodiques utilisant un canon à électrons à trois faisceaux coplanaires correspondant aux trois couleurs primaires Rouge, Vert, Bleu, le dispositif de déflexion, encore appelé déviateur a pour fonction de dévier les faisceaux de façon à leur faire explorer toute la surface de l'écran du tube pour y générer les images et à assurer la convergence de ces faisceaux pendant toute l'exploration. Sous l'action des champs de déflexion horizontaux et verticaux uniformes, le volume balayé par les faisceaux d'électrons est une pyramide dont le sommet est confondu avec le centre de déflexion du dispositif de déflexion et dont l'intersection avec une surface écran d'important rayon de courbure détermine une figure présentant un défaut de géométrie appellé coussin. Cette déformation géométrique de l'image est d'autant plus forte que le rayon de courbure de l'écran du tube est important. Les déviateurs dits autoconvergents engendrent des champs magnétiques lignes et trames astigmates afin d'assurer la convergence des faisceaux électroniques à hauteur des perforations pratiquées dans le masque de sélection des couleurs, disposé à trés faible distance de l'écran du tube. Les lignes de force des champs magnétiques créés doivent être alors en coussin pour le champ ligne et en tonneau pour le champ trame Ces champs magnétiques modifient la géométrie NORD/SUD et EST/OUEST de l'image en exerçant en particulier, une compensation de la déformation NORD/SUD en coussin due à la planéité de l'écran. I1 est connu, pour corriger les déformations résiduelles de géométrie, d'utiliser des pièces métalliques s'étendant à l'avant du dispositif de déflexion comme dans le brevet Toshiba US4257023, ou une série d'aimants orientés disposés sur le dispositif de dé flexion ou à proximité de celui-ci, comme décrit dans la demande de brevet Videocolor FR8702370, ou d'inverser le sens de circulation du courant dans une partie du bobinage ligne comme dans le brevet FR2411486. Cependant, aucun de ces dispositif ne permet de controler la géométrie NORD/SUD de l'image sur toute la surface d'un écran sensiblement plan en préservant la convergence des faisceaux sur toute sa surface. Le but de la présente invention est de minimiser la déformation de géométrie NORD/SUD engendrée par un écran sensiblement plat tout en préservant la convergence des faisceaux d'électrons. Le dispositif de déflexion pour tube à rayons cathodiques à trois canons coplanaires, conforme à la présente invention, comprend une paire de bobines de déflexion horizontale et une paire de bobines de déflexion verticale, chaque bobine de déflexion horizontale étant caractérisée en ce que la distribution angulaire de la densité d'ampère-tours dans la dite bobine change de signe en au moins un point d'une zone limitée à la partie avant de cette bobine. L'invention sera mieux comprise à l'aide des figures ciaprés parmi lesquelles -La figure 1 montre une coupe, suivant un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal Z du tube située à l'avant du déviateur, coté écran, du volume pyramidal de déflexion ; y sont représentés les champs magnétiques horizontal et vertical ainsi que les forces s'exerçant sur les électrons qui formeront le coin supérieur droit de l'image. -La figure 2 est une vue en perspective d'une bobine ligne en forme de selle d'un dispositif de déflexion connu -La figure 3 est une vue en perspective d'une bobine ligne en forme de selle conforme à la présente invention. -La figure 4 est une vue en coupe suivant un plan perpendiculaire à l'axe principal Z du tube, de la partie avant d'une bobine en selle conforme à la présente invention. -La figure 5 illustre la variation angulaire entre 0 et 90" des fonctions cos e, cos 3e, cos 5e..., de la fonction de distribution de la densité d'ampère-tours dans une bobine de déflexion -La figure 6- représente les résultats des mesures d'amplitude de champs magnétiques le long de l'axe Z créés par une bobine ligne conforme à la présente invention. -La figure 7 montre l'influence sur l'harmonique 2 du champ magnétique d'une structure de bobine conforme à l'invention. -La figure 8 montre l'influence sur l'harmonique 4 du champ magnétique d'une structure de bobine conforme à la présente invention. -Les figures 9 et 10 illustrent des variantes de la présente invention. I1 est d'usage de diviser le système de déviation en trois zones d'action successives le long de l'axe Z ; la zone arrière, la plus proche du canon à électrons, influence plus particulièrement la coma ou différence de taille de l'image verte par rapport aux images bleu et rouge; la zone milieu du déviateur agit plus particulièrement sur l'astigmatisme ou la convergence des faisceaux d'électrons rouge et bleu ; enfin la zone avant, située la plus prés de l'écran du tube agit sur la géométrie de l'image qui va se former sur l'écran. La figure 1 montre l'action des lignes de force des champs magnétiques de déflexion horizontal 1, suivant la direction de l'axe X et vertival 2 , suivant la disrection de l'axe Y, sur la géométrie de l'image. Sur la figure sont représentés en A le faisceau d'électrons correspondant au coin supérieur droit de l'image et en 3 et 4 les faisceaux d'électrons correspondants aux bords de l'image. En décomposant les champs magnétiques et les forces qu'ils créent sur les faisceaux d'électrons, on remarque que ces forces (FVy et FHx), issues des formes en coussin du champ ligne et en tonneau du champ trame, ont tendance à tirer sur le point A de manière à corriger la déformation de coussin horizontale (NORD/SUD) et à amplifier la déformation de coussin vertical. Pour que le champ de déflexion ligne ait une répartition en forme de coussin il faut que la répartition des spires de la bobine ligne soit telle que la décomposition en série de Fourier de la distribution angulaire de la densité d'ampère-tours dans la bobine fasse apparaitre un pourcentage d'harmonique 3 non négligeable par rapport au fondamental. I1 est connu que pour augmenter le pourcentage d'harmonique 3, les conducteurs de fil de la bobine 21, visibles sur la figure 2, s'étendant dans la direction de l'axe principal Z doivent être tassés le plus prés possible du plan XZ. Comme le montrent la figure 2 représentant une bobine ligne 21 en forme de selle vue en perspective et la figure 4 représentant une bobine de ce type vue en coupe dans un plan perpendiculaire à l'axe Z, les conducteurs latéraux 23 de la bobine 21 répondant au critère recherché sont contenus dans une ouverture angulaire Ol la plus faible possible. S'il est possible de réaliser la convergence des faisceaux par une telle répartition, corriger la géométrie NORD/SUD pour un tube possédant un écran de faible courbure, voire totalement plan est alors impossible, des limitations physiques dues à l'encombrement des fils ne permettent pas d'atteindre les valeurs de t désirées pour obtenir un taux d'harmonique 3 convenable. En particulier , il est impossible d'obtenir un coefficient d'harmonique 3 proche ou supérieur à celui du fondamental. De plus, il est connu que cette structure de bobine introduit un pourcentage important d'harmonique 5, responsable de la dêconvergence des faisceaux d'électrons dans les coins de l'écran. Le brevet français FR2411486 décrit une bobine, représentée à la figure 2, dans laquelle on inverse le sens du courant dans une partie 20 (en pointillé sur la figure) du bobinage 21. Cette structure permet d'augmenter la part d'harmonique 3 mais provoque aussi la surconvergence des faisceaux d'électrons si cette part est trés importante comme c'est le cas lorsqu'il s'agit de corriger la géométrie d'un écran de fort rayon de courbure; de plus, les spires 20 diminuent le rapport L/R entre la valeur de l'inductance de la bobine 21 et sa résistance ce qui a pour conséquence d'augmenter la puissance fournie nécessaire au balayage de l'écran. Le dispositif de la figure 3 décrit un mode de réalisation de la présente invention; la bobine de déflexion ligne est constituée d'un bobinage en deux parties -un bobinage de déflexion principal s'étendant sur la longueur du déviateur suivant l'axe Z et dont les conducteurs latéraux sont tassés le plus prés possible du plan XZ -un bobinage de déflexion auxiliaire disposé dans la partie avant de la bobine principale et alimenté de façon à engendrer un champ de sens opposé au sens du champ créé par le bobinage principal. La figure 4 est une vue en coupe suivant un plan perpendiculaire à l'axe Z principal du tube de la partie avant d'une bobine en selle conforme à l'invention. Compte tenu de la symétrie suivant l'axe Y seule la coupe d'une demie-bobine est représentée. Cette demie-bobine comprend une première partie constituant une bobine principale 21, dont les conducteurs 23 sont alimentés de façon à ce que le courant qui la traverse circule dans un certain sens 30 et une deuxieme partie 22,constituant une bobine auxilaire située à l'avant du déviateur, alimentée de façon à ce que le courant, dans les conducteurs 24 y circule dans un sens 31, inverse au précédent. Les conducteurs 24 sont disposés de telle façon qu'ils occupent une ouverture angulaire (#1 #2 ) et sont distribués autour d'un angle moyen , de part et d'autre duquel se trouve un nombre de conducteurs 24 sensiblement égal. On comprendra mieux le principe de l'invention en écrivant les équations qui régissent la déflexion magnétique. Du fait des symétries des enroulements du déviateur, la décomposition en série de Fourier de la densité d'ampère-tours N(e) d'une bobine s'écrit N(e) = A1.COS(e)+A3 .COS(3e) +A5.COS(5e) +...+AK.COS(B)+ ... Le champ magnétique créé prend l'expression: H=A1/R +(A3/R3 > .(X2 ,y2) +(A5/R5)-(X4 -6.X2.Y2+Y4) + ou R est le rayon du circuit magnétique en ferrite qui recouvre les bobines de déviation afin de concentrer les champs pour améliorer le rendement en énergie du dispositif de déviation et A1/R représente le champ fondamental, (A3/R3).(X2 -Y2) l'harmonique 2 du champ, (A5/R5).(X4 -6.X2.Y2+Y4) l'harmonique 4 de ce champ etc... Ainsi, un terme A3 positif correspond à un harmonique 2 de champ positif et induit des lignes de force de champ en coussin. Dans ce contexte, la figure 5 représente en fonction de e, les termes COS(e), COS(3e), COS(5e)... pour e compris entre 0 et 90". Pour N(e) positif, comme dans le cas de la bobine principale, le terme A3 est positif si les conducteurs constituant le bobinage sont disposés entre e=0 " et e=30", valeurs pour lesquelles COS(3e) est positif. Pour avoir un trés fort taux d'harmonique 3 créé par le bobinage principal, les conducteurs le constituant seront de manière préférentielle disposés entre 0 et 20 valeurs pour lesquelles COS(3e) reste supérieur à 0.5 I1 est possible d'augmenter la proportion d'harmonique 3 en inversant le sens du courant dans le bobinage auxiliaire;N(e) devient négatif et A3 demeure positif si COS(3e) est négatif; il est donc possible d'introduire de cette façon de l'harmonique 3 positif en bobinant des conducteurs en sens inverse dans une position angulaire comprise entre 30 et 90". On choisi de préférence, une position angulaire moyenne s des conducteurs 24, au moins dans la partie avant de la bobine 22, entre 55" et 65" afin que cette bobine ait une influence maximum dans cette région sur l'harmonique 3 car dans cette zone, COS(3e) est trés proche de -1. La situation angulaire des conducteurs de la bobine principale, entre 0 et 20 , introduit un pourcentage important d'harmonique 5 de la densité d'ampère-tours qu'il est possible de compenser par le même bobinage auxiliaire en plaçant les conducteurs 24 dans une zone où N(e).COS(5e) est négatif (afin de se soustraire à l'harmonique 5 introduit par la bobine principale) ce qui, pour N(e) négatif peut être réalisé en disposant la majorité des conducteurs 24 dans une position angulaire comprise entre 54 et 90". De la même façon il est possible de compenser l'influence des harmoniques supérieurs introduits par le bobinage principal par une disposition adhéquate des conducteurs 24. Enfin, s'il est nécessaire, il est possible d'ajuster le pourcentage des différents harmoniques par rapport au fondamental en faisant varier, en fonction de la position le long de l'axe Z, la position angulaire moyenne g et/ou l'ouverture angulaire (e1 - e2) des conducteurs 24. En particulier, pour obtenir une action moins importante du bobinage 22 sur le taux d'harmonique 3 dans la partie la plus éloignée de l'écran, cela pour éviter de surconverger les faisceaux d'électrons, la position angulaire moyenne g augmente au fur et à mesure que l'on s'éloigne de l'écran. Cette structure de bobine permet en outre, de limiter à des valeurs acceptables la diminution du rapport L/R de la bobine de déflexion horizontale car dans ce cas les conducteurs 24 occupent une surface plus réduite que les conducteurs 20 de l'état de la technique. Dans un mode de réalisation de l'invention, destinée à équiper un tube fabriqué par la société ZENITH, d'écran plat d'environ 40cm de diagonale, le bobinage auxiliaire est disposée dans le tiers avant du bobinage principal. Le bobinage 21 s'étend en Z sur une longueur d'environ 90mm et comporte 32 spires alors que le bobinage 22 s'détend le long de Z sur une longueur de 20mm et comporte 14 spires. Les deux bobinages sont disposés en série , de telle manière que le courant dans le bobinage auxiliaire circule en sens inverse du courant dans le bobinage principal. La disposition en série des deux bobinages n'est pas limitative, le bobinage 22 pouvant être alimenté de façon évidente par une seconde source extérieure.Les conducteurs 24 sont disposés autour d'une position angulaire g comprise entre 58" et 71", croissante au fur et à mesure que l'on s'éloigne de la partie du bobinage la plus proche de l'écran du tube, les conducteurs 24 étant bobinés entre 54 et 80". Le dispositif de déflexion étant divisé en trois zones, la zone avant 47, la plus proche de l'écran du tube , la zone médiane 46 et la zone arrière 45, les figures 6, 7, 8 représentent, le long de l'axe Z, les modifications de l'amplitude du champ ligne du déviateur 43 introduites par la bobine auxiliaire positionnée en 44 dans la partie avant 47 du bobinage principal, c'est-à-dire au plus prés de l'écran du tube.L' amplitude de l'harmonique 3 est à peu prés doublée, de 51 sans la bobine 22 à 41 aprés addition de cette bobine; ainsi l'amplitude obtenue 41 de l'harmonique 3 se retrouve supérieure à celle du fondamental 40 d'environ 12%. En outre, Dans la zone d'action 44 du bobinage auxiliaire, l'amplitude de l'harmonique 5 est réduite de 52 à 42, améliorant de ce fait la convergence des faisceaux dans les coins de l'écran. Dans un mode de réalisation avantageux, certains des conducteurs 23 du bobinage principal 21 situés dans la partie médiane 46 du déviateur sont décalés vers l'intérieur de la bobine 21 sur une longueur 48. Les figures 9.1 et 9.2 illustrent ce mode de réalisation en montrant une bobine ligne dans laquelle l'ensemble des conducteurs sont décalés vers l'intérieur de la bobine. Dans une coupe suivant un plan perpendiculaire à Z passant par la zone 48, ce décalage est représenté par l'angle or Ce décalage permet de diminuer localement, dans la zone 46, l'importance de l'harmonique 3 de la distribution angulaire de la densité d'ampère-tours dans le bobinage, dont une valeur excessive pourrait entrainer une déconvergence des faisceaux d'électrons, mais qu'il est nécessaire d'avoir en zone 47 pour pouvoir obtenir une correction efficace de la déformation en coussin. Adapté au tube ZENITH d'écran plat de 40cm de diagonale les conducteurs de la bobine 21 du déviateur équipant ce tube sont décalés d'un angle égal à environ 10 dans la zone médiane 46. Dans un autre mode de réalisation , représenté à la figure 10, la bobine 22 créant un champ magnétique venant s'opposer à celui de la bobine principale 21, est constituée de conducteurs de la bobine principale, bobinés de telle façon qu'ils ouvrent une fenètre 35 dans la couronne 36 du bobinage principal, fenètre s'étendant vers l'intérieur de la bobine 21; de ce fait le courant circule en sens inverse 30 et 31 dans les deux parties de bobinage 21 et 22. REVENDICATIONS 1-Dispositif de déflexion pour tube à rayons cathodiques à trois canons coplanaires, comprennant une paire de bobines de dé flexion horizontale et une paire de bobines de déflexion verticale, chaque bobine de déflexion horizontale étant caractérisée en ce que la distribution angulaire de la densité d'ampère-tours dans la dite bobine change de signe en au moins un point d'une zone limitée à la partie avant de cette bobine. 2-Dispositif de déflexion selon la revendication 1 caractérisé en ce que, dans la partie avant de chacune des bobines de la paire de bobines de déflexion horizontale , l'amplitude de l'harmonique de rang trois de la décomposition en série de Fourier de la distribution angulaire de la densité d'ampère-tours est sensiblement égale ou supérieure à celle du fondamental. 3-Dispositif de déflexion selon les revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la paire de bobines de déflexion horizontale est constituée de deux bobines comportant chacune deux parties de bobinage: -un bobinage de déflexion principal s'étendant sur la longueur du dispositif de déflexion -un bobinage de déflexion auxiliaire disposé dans la partie avant de la bobine principale et alimenté de façon à engendrer un champ magnétique opposé au champ de cette bobine principale 4- Dispositif de déflexion selon la revendication 3 caractérisé en ce que les conducteurs du bobinage auxiliaire sont, au moins dans la partie avant de ce bobinage, latéralement disposés autour d'un angle moyen choisi entre 55 et 65 . 5- Dispositif de déflexion selon la revendication 3 caractérisé en ce que les conducteurs du bobinage auxiliaire sont latéralement disposés autour d'un angle moyen dont la valeur varie en fonction de la position des conducteurs selon l'axe principal du tube 6-Dispositif de déflexion selon la revendication 5 caractérisé en ce que la valeur de l'angle moyen autour duquel sont disposés les conducteurs du bobinage auxiliaire augmente au fur et à mesure que l'on s'éloigne de la partie avant de ce bobinage 7-Dispositif de déflexion selon l'une quelconque des revendications 3 à 6 caractérisé en ce que la majorité des conducteurs du bobinage auxiliaire sont latéralement disposés dans une position angulaire comprise entre 54 et 90" 8-Dispositif de déflexion selon l'une des revendications 3 à 7 caractérisé en ce que les conducteurs du bobinage principal et du bobinage auxiliaire sont disposés en série 9-Dispositif de déflexion selon l'une quelconque des revendications 3 à 8 caractérisée en ce que les conducteurs de la bobine auxiliaire sont constitués par une partie des conducteurs de la bobine principale 10-Dispositif de déflexion selon l'une quelconque des revendications 3 à 9 caractérisé en ce qu'une partie des conducteurs du bobinage principal, située dans la partie médiane de ce bobinage, est décalée vers l'intérieur du bobinage ll-Tube à rayons cathodiques caractérisé en ce qu'il est équipé d'un dispositif de déflexion conforme à l'une quelconque des revendications précédentes.