Brevet FR2726939A1 — publié le 19960515

TUBE A RAYONS CATHODIQUES DE TYPE DELTA AUTO-CONVERGENT POUR TÉLÉVISION COULEUR La présente invention a pour objet un tube à rayons cathodiques de type Delta auto-convergent pour télévision couleur. Il peut convenir à tous les types d'écrans couleurs à faisceaux électroniques, qu'ils soient destinés aux postes de télévision courants, aux moniteurs informatiques ou aux moniteurs vidéo professionnels. Le premier tube de télévision en couleurs employé depuis les débuts commerciaux de la télévision (années 50 aux U.S.A.) est le tube trichrome "Delta (également appelé "Shadow Mask" ou tube à masque d'ombre à l'époque). Ce tube avait été présenté par la société américaine R.C.A. dès 1950. Dans ce tube, les trois couleurs primaires rouge, vert et bleu étaient reproduites grâce à trois canons à électrons disposés en triangle (d'où le nom de tube "Delta") excitant des luminophores disposés sur la dalle avant du tube qui s'illuminaient respectivement en rouge, en vert et en bleu. En retrait de la dalle était disposé sur le trajet des faisceaux d'électrons un masque perforé de trous circulaires (masque d'ombres ou "shadow mask") destiné à masquer les faisceaux lors du balayage de l'image provoqué par des bobines de déflexion horizontale et verticale, et à éviter ainsi qu'un faisceau affecté à l'une des trois couleurs primaires excite les luminophores des deux autres couleurs. Ce tube présentait un défaut majeur: en raison de la distance séparant l'origine physique des trois faisceaux, les trois images primaires reproduites ne se superposaient exactement qu'au centre de l'écran et présentaient partout ailleurs des défauts de convergence. Afin de corriger ces défauts on disposait en plus des bobines de déflexion image horizontale et verticale trois bobines en triangle excitant les trois canons primaires indépendamment et permettant de rattraper ces erreurs de convergence. Une quatrième bobine, appelée "bobine de correction latérale du bleu" était souvent ajoutée pour affiner la correction. Ces quatre bobines étaient alimentées par des courants électriques de forme complexe générés à partir des courants de dé flexion ligne et trame par des circuits électroniques appelés circuits de convergence. De nombreux réglages (une quarantaine en moyenne), plus ou moins indépendants, permettaient de faire converger les trois images primaires en tous points de l'écran. Ces réglages, effectués visuellement par des opérateurs à la fabrication, entraînaient un surcoût non négligeable du prix des téléviseurs couleur de l'époque. Les fabricants ont cherché à minimiser ce surcoût, et une première approche des tubes employés est apparue en 1974 dans le tube "Uniline": les trois canons ne sont plus disposés en triangle mais en ligne horizontale. De ce fait, les problèmes de convergence dans le sens vertical (appelé nord-sud) n'existent plus, et un bobinage de convergence unique appelé "quadripôle" alimenté par un courant unique obtenu assez simplement permet de faire coincider dans le sens horizontal les images générées par les canons latéraux et le canon central (convergence "est-ouest"). Le masque d'ombre n'est plus percé de trous circulaires mais de trous oblongs et les luminophores ne sont plus des points de couleur mais des bandes verticales.Les réglages de convergence et de pureté (non mélange des trois couleurs primaires) sont assurés par quelques ajustages électriques (de 5 à 10) et quatre bagues aimantées à quatre ou à six pôles créant des champs magnétiques destinés à prépositionner les faisceaux d'électrons. L'ultime aboutissement du tube cathodique couleur est le tube auto-convergent à canons en ligne qui est un perfectionnement du tube "Uniline" connu du grand public sous le nom de tube "P.I.L." (Précision In Line). Dans ce tube, la bobine de convergence quadripôle est supprimée, seules subsistent les bagues aimantées à quatre et six pôles de préréglage. Dans un tel tube, la convergence est assurée dans le sens nord-sud mais dans le sens est-ouest les faisceaux convergent en retrait de l'écran à proximité des bords de celui-ci, et l'impact des trois faisceaux n'a pas lieu en un point unique. On y remédie au moyen d'un bobinage non linéaire de la bobine de dé flexion horizontale créant un champ magnétique différent suivant la position des faisceaux électroniques dans le sens horizontal (est-ouest). Le champ magnétique augmente lorsqu'on s'approche des bords latéraux de l'écran en déviant plus fortement le faisceau extérieur, et plus faiblement le faisceau intérieur, par rapport au faisceau central.Un calcul judicieux et une fabrication rigoureuse peremettent de faire coincider les trois faisceaux en tous points d'une ligne horizontale, donc en tous points de l'écran. Si les tubes autoconvergents constituent un progrès économiques considérable, ils représentent par contre une perte de finesse d'image importante par rapport aux anciens tubes "Delta": une comparaison d'image et de mire entre un téléviseur type Delta de 1973 (Philips TVC 5 par exemple) et un appareil actuel est sans appel. Cela est dû au fait que les luminophores alignés offrent une surface de triplet élémentaire rougevert-bleu plus importante qu'un triplet "Delta" où chaque couleur est la voisine des deux autres. L'amélioration obtenue en diminuant les surfaces des luminophores et les diamètres des faisceaux électroniques implique des fabrications coûteuses réservées à ce jour aux tubes de moniteurs informatiques ou de moniteurs vidéo professionnels. Par ailleurs, les bobines de déflexion horizontales et verticales sont alimentées par des générateurs de signaux mettant en oeuvre des puissances relativement importantes La bobine de déflexion verticale (50 demiimages par seconde) est alimentée par un courant en dent de scie à la fréquence de 50 Hz permettant un balayage progressif de l'image du haut vers le bas et une remontée relativement rapide du spot. Un courant en dent de scie similaire ou courant de dé flexion verticale est nécessaire pour balayer dans le sens Est-Ouest l'image et créer ainsi le "lignage". En standard européen, le nombre de lignes est de 625 pour 25 images/secondes (en fait 312,5 lignes pour 50 demi-images/seconde : balayage entrelacé) ce qui donne comme fréquence des courants de balayage ligne 625 x 25 = 15 625 Hz. A cette fréquence élevée, le phénomène de self induction est très marqué, et les courants en dent de scie sont générés par des créneaux de tension (voir figure 5). C'est la self-induction de la bobine de balayage qui va transformer ces créneaux de tension en courants en dent de scie. Les valeurs des tensions, et donc des courants, mises en oeuvre sont considérables: plusieurs centaines de volts. Les champs magnétiques nécessaires à la déviation des faisceaux électroniques sont importants et les puissances électriques nécessaires aux déflexions horizontales et verticales sont donc assez conséquentes. Les phénomènes de self induction vus plus haut agravent le phénomène. La future télévision à haute définition, avec un nombre de lignes voisin de 1200, donc avec une fréquence de balayage ligne beaucoup plus élevée qu'aujourd'hui accentuera le problème de gaspillage d'énergie dans les bobines de déflexion, et compliquera les circuits électroniques de commande de ces bobines. Le dispositif selon la présente invention a pour objectif de remédier à cet état de choses. Il permet en effet de réaliser avec un coût de fabrication compétitif des écrans cathodiques couleurs à définition élevée et à consommation réduite d'énergie électrique. I1 est constitué d'un écran couleur consistant en un tube à rayons cathodiques avec canons à électrons et luminophores disposés en triangles et comportant des bobines de déflexion horizontale et verticale à champ magnétique non linéaire assurant automatiquement la convergence des faisceaux électroniques aussi bien dans le sens vertical que dans le sens horizontal, l'alimentation des bobines de déflexion étant effectuée par une tension sinusoïdale obtenue grâce à un circuit résonnant et une mémoire numérique d'image. Sur les dessins schématiques annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif d'une des formes de réalisation de l'objet de l'invention: les figures 1 et 2 montrent la disposition des luminophores et des faisceaux électroniques, respectivement dans un tube "Delta" et dans un tube "Uniline" ou P.I.L. la figure 3 représente schématiquement un enroulement non linéaire de bobine de dé flexion autoconvergente, la figure 4 figurant le champ magnétique correspondant, la figure 5 (citée plus haut) montre l'allure des courbes de tension et de courant aux bornes des bobines de déflexion habituelles, et la figure 6 est schéma de montage dans un circuit résonnant d'une bobine de déflexion. Sur la figure 1, on peut voir en partie haute un triplet de luminophores rouge 1, vert 2 et bleu 3 d'un tube à vide trichrome de type "Delta", vus de l'intérieur de celui-ci et, en partie basse, une coupe horizontale partielle montrant la dalle avant 4 le masque 5, et les trois faisceaux électroniques 6, 7, 8. Les trois canons à électons produisant ces faisceaux sont eux-mêmes disposés en triangle dans le col du tube (non représenté). La figure 2 illustre dans les mêmes conditions la disposition des luminophores rouge 1' vert 2' eut bleu 3', ainsi que des faisceaux électroniques 6, 7, 8 d'un tube de type "Uniline" ou P.I.L. Dans ce cas, les canons à électrons sont tous situés dans un même plan horizontal. A ce jour, l'autoconvergence n'est appliquée que dans le sens horizontal (est-ouest), la convergence verticale (nord-sud) étant automatique dans les tubes actuels (de type P.I.L.), du fait de l'alignement des trois faisceaux 6, 7, 8. Un des objets de la présente invention est la réalisation d'un tube écran "Delta" autoconvergent, dans lequel les trois canons électroniques (donc les trois faisceaux) sont disposés en triangle, et où l'autoconvergence horizontale est réalisée par un bobinage 9 non linéaire de la bobine de déflexion horizontale, comme dans les tubes de type autoconvergents P.I.L., l'autoconvergence verticale étant obtenue par une bobine de dé flexion verticale créant un champ magnétique non linéaire appliquant le même principe. Cette particularité permet de réaliser d'une façon économique un tube image couleur plus précis que les tubes actuels, en n'augmentant pas les tolérances de fabrication, mais en rapprochant géométriquement les trois faisceaux électroniques 6, 7, 8 et les luminophores 1, 2, 3 par une disposition en "Delta". Dans les premiers temps, où la maîtrise de ces deux autoconvergences sera peut-être difficile et longue à acquérir, les constructeurs pourront s'aider de une ou deux bobines de convergence dynamiques telles que le quadripôle du tube "Uniline". Un second objet de la présente invention est de diminuer la puissance nécessaire à l'alimentation des bobines de déflexion 10. L'énergie nécessaire pour dévier physiquement les faisceaux électroniques est très faible (la masse d'un électron est négligeable par rapport à la masse du noyau d'un atome). L'énergie considérable fournie aux bobines de déflexion est purement et simplement perdue par effet joule dans ces mêmes bobines et également dans les circuits électroniques dont le rendement n'est pas idéal. Certains constructeurs (Philips par exemple) proposent sur le marché des appareils équipés d'une mémoire dynamique d'image (R.A.M.) dans laquelle on enregistre l'image à chaque trame (une demi-image tous les 1/50 ème de seconde) et où l'on vient relire l'information à une vitesse double (100 Hz) afin d'éliminer le scintillement de l'image du simultanément au balayage entrelacé et à la faible fréquence de trame. On comprend donc qu'il est tout à fait possible d'enregistrer une image numérisée dans une mémoire à un certain rythme, et de la relire à un rythme différent. La seule contrainte technologique est de synchroniser les rythmes d'enregistrement et de lecture, par exemple en début d'image. Pour diminuer les tensions et les puissances mises en jeu la présente invention propose de faire résonner ces bobines de déflexion 10 dans un circuit résonnant parallèle (ou "circuit bouchon") accordé à la fréquence de balayage, comportant un condensateur 11 en parallèle avec la bobine. L'alimentation du circuit résonnant pourra se faire par une prise intermédiaire 12 sur le bobinage 9 afin de diminuer les tensions d'alimentation du circuit. Le circuit oscillateur 13 engendrant les résonances sera bien sûr synchronisé aux rythmes de balayage d'image par le signal de synchronisation 14 de ligne ou de trame. La résonance obtenue est bien évidemment une forme d'onde sinusoïdale, que l'on pourra synchroniser, et générera donc des balayages sinusoïdaux. L'emploi d'une mémoire numérique d'image 15 (RAM) s'impose donc, avec une relecture sinusoïdale des informations. La vitesse de balayage étant différente suivant la position du spot sur l'écran, l'intensité lumineuse du spot sera modulée en conséquence au cours du balayage afin d'obtenir une luminosité uniforme sur tout l'écran. Ce paramètre de modulation d'intensité lumineuse pourra avantageusement être enregistré dans une mémoire morte 16 (ROM) adressée en parallèle de la mémoire d'image. Le positionnement des divers éléments constitutifs donne à l'objet de l'invention un maximum d'effets utiles qui n'avaient pas été, à ce jour, obtenus par des dispositifs similaires. REVENDICATIONS 10. Tube à rayons cathodiques de type Delta auto-convergent pour télévision couleur, destiné à tous les types d'écrans couleurs à faisceaux électroniques, tels que postes de télévision courants, moniteurs informatiques ou moniteurs vidéo professionnels, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un tube écran à vide trichrome dont les canons à électrons et les luminophores (6, 7, 8) sont disposés en triangles (type "Delta"), et comportant des bobines de déflexion (10) non seulement horizontale mais également verticale à champ magnétique non linéaire, aptes à assurer automatiquement la convergence des faisceaux électroniques (1, 2, 3) aussi bien dans le sens vertical que dans le sens horizontal, lesdites bobines de déflexion étant chacune alimentées par une tension sinusoïdale obtenue grâce à un circuit résonnant (9, 11) accordé à la fréquence de balayage et à un circuit oscillateur (13) synchronisé aux rythmes de balayage d'image par le signal de synchronisation (14) de ligne ou de trame. 20. Tube à rayons cathodiques selon la revendication 1, se caractérisant par le fait que le circuit résonnant est alimenté par une prise intermédiaire (12) sur le bobinage (9) de manière à diminuer la tension d'alimentation. 30. Tube à rayons cathodiques selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que les bobines de déflexion (10) horizontale et verticale comportent un bobinage (9) créant un champ magnétique non linéaire du type utilisé dans les tubes à canons disposés en ligne horizontale (tubes "P.I.L"). 40. Tube à rayons cathodiques selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que le circuit résonnant est associé à une mémoire numérique d'image (15) dans laquelle l'image est enregistrée à chaque trame, les informations stockées étant restituées grâce à une relecture sinusoïdale. 5 . Tube à rayons cathodiques selon la revendication 4, se caractérisant par le fait qu'il comporte une mémoire morte (16), adressée en parallèle de la mémoire numérique d'image (15), et dans laquelle est enregistré un paramètre permettant de moduler l'intensité lumineuse du spot au cours du balayage de façon à obtenir une luminosité uniforme sur tout l'écran.