Brevet FR2754636A1 — publié le 19980417

SYSTEME DE DEVIATION DE FAISCEAU D'ELECTRONS POUR TüBE A RAYONS CATHODIQUES MONOCHROME L'invention se rapporte å un dispositif destiné å corriger l'effet d'un champ de déviation astigmate sur la focalisation du faisceau d'électrons généré par le canon à électrons d'un tube å rayons cathodiques monochrome et au système de déviation du faisceau incorporant un tel dispositif. Dans un tube à rayons cathodiques le dispositif de déviation, encore appelé déviateur, a pour fonction de dévier îe faisceau électronique issu du canon à électrons, de façon à lui faire explorer toute la surface de l'écran du tube pour y générer les images désirées. II est connu que dans le cas où la surface de l'écran n'est pas sphérique, un champ de déviation uniforme engendre des défauts de géométrie de l'image d'autant plus importants que la surface du dit écran est plane. Pour corriger, totalement ou en partie ces défauts de géométrie, il est également connu de modifier les champs de déviation ligne et trame du déviateur afin de les rendre astigmates. Cependant, des champs de déviation astigmates ont pour effet d'agir sur la focalisation du faisceau d'électrons de telle façon que le point d'impact sur l'écran, encore appelé spot, ne soit plus circulaire mais subisse des distorsions (allongement suivant une direction, halo lumineux autour du spot central, ...). Ces distorsions sont particulièrement nuisibles å la définition de l'image et nécessitent d'etre corrigées pour toutes les applications professionnelles ou une haute résolution est exigée (station pour dessin assisté par ordinateur, moniteur pour imagerie médicale, ...). Les dispositifs de correction d'astigmatisme de l'état de la technique comportent des paires de bobines pouvant être enroulées autour de bagues en matériau ferromagnétique et disposées å l'arriere du déviateur, en panie ou totalement autour du canon b électrons. Ces dispositifs connaissent un nouvelle limitation due aux fréquences de balayage appliquées aux déviateurs, fréquences qui, dans les applications professionnelles, sont communément supérieures à 64KHz. En effet si le dispositif de correction d'astigmatisme est disposé à l'arrière du déviateur, autour des pièces métalliques du canon à électrons, ces pièces agissent, à haute fréquence, comme un obstacle vis-à-vis du champ magnétique engendré par ledit dispositif de correction. Cela a pour effet d'introduire un retard à l'établissement du champ magnétique de correction, se manifestant sur l'écran comme une erreur de phase rendant ladite correction inefficace. Par ailleurs, la solution consistant à rallonger le col du tube de manière à ce que le dispositif de correction d'astigmatisme ne se trouve pas audessus du canon à électrons est à exclure dans le cas de produits professionnels pour lesquels le marché exige que leur encombrement soit de plus en plus réduit. Afin d'apporter une solution à ces problèmes, le système de déviation selon l'invention comprend - un déviateur composé d'une paire de bobines de déviation horizontale moulées en forme de selle, d'une paire de bobines de déviation verticale, au moins une de ces deux paires créant un champ de déviation astigmate, d'un séparateur isolant l'une de l'autre les deux paires de bobines de déviation, une bague en matériau ferromagnétique concentrant les champs créés par les bobines de déviation, - un correcteur d'astigmatisme du champ de déviation astigmate comportant une pluralité de bobines d'axe radial disposées autour du col du tube de manière à générer des champs magnétiques agissant sur la forme du faisceau d'électrons, caractérisé en ce que le correcteur d'astigmatisme est disposé autour du col du tube au moins partiellement en regard de la partie arrière d'au moins une paire de bobines de déviation. Le correcteur d'astigmatisme peut être au moins partiellement disposé sous la partie arrière de la bague en matériau ferromagnétique, entre la partie arrière de cette bague et la partie arrière des bobines de déviation verticale. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description et des dessins ci-après parmi lesquels - les figures 1 A et 1 B comparent l'effet du balayage d'une face avant de tube à rayons cathodiques par un faisceau d'électrons dans le cas où ladite face avant est sensiblement plane, ceci afin de mettre en évidence les défauts de géométrie à corriger1 - la figure 2 est une représentation schématique d'un tube à rayons cathodiques équipé d'un dispositif de déviation électromagnétique et d'un correcteur d'astigmatisme selon l'état de la technique, - la figure 3 est vu de face, un exemple de réalisation d'un correcteur d'astigmatisme selon l'état de la technique - les figures 4A, 4A', 4B, 4B' montrent les effets de quadrupôles électromagnétiques sur la forme du faisceau d'électrons, - la figure 5 est une illustration d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention. - la figure 6 représente en coupe un système de déviation électromagnétique selon un mode de réalisation de l'invention Sous l'action de champs magnétiques de déviation horizontale et verticale uniformes, le volume balayé par le faisceau issu du canon à électrons d'un tube à rayons cathodiques monochrome est délimité par une surface pyramidale, surface ayant pour sommet le centre de déviation O du déviateur. La figure 1A montre l'intersection de la surface pyramidale 10 de sommet O engendrée par un faisceau d'électrons sous l'action des champs de déviation horizontale et verticale avec la face avant 9 du tube à rayons cathodiques, face avant présentant une surface sphérique dont le centre coïncide avec le centre de déviation O. Dans ce cas, les champs créés par les bobines de déviation horizontale et verticale sont uniformes. L'intersection délimite dans ce cas un rectangle curviligne ABCD. La figure I B montre l'intersection de la même surface pyramidale dans les mêmes conditions, avec une face avant 9 sensiblement plane. Cette intersection délimite une figure A'B'C'D' délimitée par deux hyperboles croisées engendrant de ce fait, par comparaison avec la figure idéale ABCD, un défaut de géométrie appelé "coussin", dont l'amplitude maximale est représentée par AH suivant l'axe vertical Y et par AL suivant l'axe horizontal X, H et L étant respectivement la hauteur et la largeur de l'écran visible. L'utilisation de champs de déviation non uniformes ou astigmates permet de compenser l'effet de planéité de la face avant ou de l'écran sur lequel va se former l'image. Ces champs non uniformes vont cependant modifier la focalisation du faisceau, focalisation opérée au niveau des étages terminaux du canon à électrons. La modification de la focalisation entraîne l'élargissement du spot sur l'écran suivant une direction privilégiée et"ou une déconcentration du faisceau faisant apparaître le spot avec un halo. A la figure 2, on a représenté schématiquement, la coupe du tube 6 d'axe principal Z équipé de son déviateur 1, suivant le plan de symétrie vertical. Le déviateur 1 est de type connu et possède un couple de bobines de déviation verticale 4 et un couple de bobines de déviation horizontale 3, au moins un couple de bobines engendrant un champ magnétique de déviation astigmate. Les couples de bobines sont isolées électriquement par un séparateur 2, généralement en matériau plastique rigide et sont coiffées par une bague en matériau ferromagnétique 5. Les bobines de déviation horizontales sont en forme de selle et sont réalisées par moulage à chaud, technologie simple à mettre en oeuvre et économique, permettant en outre d'introduire de façon simple des modifications de positionnement des brins des bobinages pour modifier la conformation du champ de déviation. Sur le col 8 du tube est disposé un correcteur d'astigmatisme 11 destiné à compenser les déformations du faisceau d'électrons 12 engendrées par l'astigmatisme du champ, de manière à ce que ledit faisceau forme une tache de forme circulaire de taille déterminée sur toute la surface de l'écran 9 du tube. Ce correcteur est placé à l'arrière du déviateur et de ce fait recouvre certaines pièces métalliques du canon à électrons 7. II est connu, comme le montrent les figures 2 et 3, d'utiliser des jeux de bobines formant quadrupôle pour corriger l'effet de l'astigmatisme des champs de déviation. Chaque quadrupôle magnétique peut corriger l'astigmatisme du champ dans une direction; pour corriger les effets en tout points de l'écran il est donc nécessaire de pouvoir réaliser une correction suivant les axes X et Y ainsi que suivant les diagonales ou bissectrices des angles formés par ces axes. Ces bobines, formant quadrupôles magnétiques, sont disposées autour du col du tube. Au moins deux jeux de bobines 20 et 21 sont nécessaires : un jeu de quatre bobines 20, formant successivement des pôles Nord et Sud, pour corriger les effets de l'astigmatisme selon les axes X et Y et une jeu de quatre bobines 21 formant également successivement des pôles Nord et Sud pour corriger les effets de l'astigmatisme selon les diagonales, les pôles des bobines des deux jeux étant décalés de 45" les uns par rapport aux autres. Les figures 4A, 4A', 4B, 4B' montre l'effet des quadrupôles 20 et 21 sur la section 30 du faisceau d'électrons. Suivant la polarité des courants I et I' circulant respectivement dans les bobines 21 et 20, le faisceau peut être déformé et allongé dans la direction de X ou Y par les bobines 20 et dans la direction des diagonales D1 ou D2 par les bobines 21, ceci pour compenser les effets ultérieurs dus à l'astigmatisme d'au moins un des champs magnétiques de déviation, et cela en tout point de l'écran du tube. La figure 3 illustre un mode de réalisation d'un correcteur selon l'état de la technique. Les bobinages 20 et 21 du correcteur sont réalisés autour d'un anneau sensiblement cylindrique en matériau ferromagnétique 23, le jeu des quatre bobines de correction de l'astigmatisme axial X étant décalé de 45" par rapport au jeu de bobines de correction de l'astigmatisme diagonal. Le correcteur d'astigmatisme est alors disposé sur le col du tube, à l'arrière du déviateur comme indiqué sur la figure 2. Les courants alimentant les bobines du correcteur d'astigmatisme, sont habituellement de la même fréquence que les signaux de balayage appliqué sur les bobines de déviation horizontale. De manière conventionnelle le courant I' alimentant les bobines destinées à corriger l'astigmatisme axial est la somme pondérée de deux courants paraboliques, ayant pour fréquence, I'un la fréquence de balayage vertical, I'autre la fréquence de balayage horizontal. Le courant I est de manière également connue le résultat du produit pondéré de deux courants l'un en dent de scie de fréquence égale à la fréquence de balayage vertical, l'autre parabolique, de fréquence égale à la fréquence de balayage horizontal. Jusqu'à une fréquence de balayage horizontal de l'ordre de 64 KHz, il est possible de corriger par un tel dispositif, les défauts de forme du spot générés par l'astigmatisme du champ. On a remarqué qu'à des fréquences de balayage horizontal plus élevées, la correction devenait de moins en moins efficace au fur et à mesure que la fréquence du signal de correction augmentait. Ces problèmes seraient dus aux grilles métalliques du canon à électrons, qui agiraient comme obstacle aux champs magnétiques provenant du correcteur d'astigmatisme. L'effet en serait un retard dans l'établissement des dits champs, ce qui entraînerait une erreur de phase dans la correction. Le champ de correction vu à l'instant t par le faisceau d'électrons serait décalé de M par rapport au courant circulant dans un quadrupôle magnétique, ce retard M augmentant avec la fréquence du signal de correction. Or, les dispositifs d'affichage professionnels utilisant des tubes à rayons cathodiques, fonctionnent à des fréquences de balayage pouvant atteindre 200 KHz. A ces valeurs de fréquences, un dispositif conforme à l'état de la technique n'est pas utilisable, d'autant plus qu'alors les harmoniques de frequence 600khz interviennent dans le courant de correction. Par ailleurs, même s'il est possible de compenser le retard à l'établissement des champs de correction pour une fréquence de balayage horizontal déterminée, au moyen, par exemple de circuits électroniques, il devient presque impossible et en tout cas très onéreux d'utiliser ce type de compensation pour des dispositifs d'affichage fonctionnant en mode de balayage horizontal multi-fréquences. Dans un mode de réalisation préférentiel de l'invention, tel que le montre la figure 5, les deux jeux de bobines 20 et 21 sont réalisés par gravure sur un support flexible 40. La gravure des bobines est réalisée sur le support à plat, lequel est ensuite enroulé autour du col du tube pour former le correcteur d'astigmatisme 13. Chaque jeu de bobine peut être réalisé sur des supports flexibles différents ou de manière préférentielle sur un même support flexible; dans ce dernier cas, les bobines peuvent être gravées sur une seule face ou sur les deux faces du support flexible 40 . L'encombrement du dispositif est minimisé en réalisant la gravure de certaines bobines, par exemple d'un jeu de bobines formant quadrupôle, sur une face du support et la gravure des autres bobines du correcteur, par exemple de l'autre jeu de bobines formant quadrupôle, sur la face opposée; cette implantation offre l'avantage supplémentaire de ne pas avoir à positionner l'un des jeux par rapport à l'autre La réalisation de l'invention illustrée par la figure 5, montre la gravure d'un jeu de bobines formant quadrupôle magnétique sur une des faces du support 40 en matériau électriquement isolant, et la gravure de l'autre jeu de bobines formant quadrupôle magnétique sur la face opposée du support 40, le décalage entre les deux jeux de bobines est choisi de manière à ce que qu'une fois installé autour du col du tube, les deux jeux de bobines soient décalés de 45". Cette implantation a été rendue possible grâce à des connections 41 entre les bobines d'un même jeu, liaisons réalisées sur la face opposée à la face sur laquelle sont gravées les bobines du dit jeu. La continuité électrique est alors assurée par des connections traversant l'épaisseur du support flexible 40, par exemple les connections 42 pour les bobines 21, connections sous forme, par exemple de trous métallisés. Le support 40 comporte en outre une languette transversale 50 permettant la connection des bobines 20 et 21 à leur alimentation respective. Une fois les bobines gravées, le support flexible, vu son très faible encombrement en volume, peut être enroulé et inséré sous la partie arrière du déviateur 1, soit directement sur le col du tube 8, soit sur le séparateur 2, soit encore sur la partie arrière des bobines de déviation verticale, entre ces bobines et la bague en matériau ferromagnétique 5 comme illustré par la figure 6. Cette dernière disposition offre un double avantage: -elle garantit la meilleure sensibilité du correcteur d'astigmatisme, c'est- à -dire le maximum d'effet sur le faisceau électronique pour un courant de correction donné, cela du fait de sa proximité avec la bague en matériau ferromagnétique concentrant le champ créé par un jeu de bobines 20 ou 21 -elle permet au correcteur d'être suffisamment éloigné des bobines de déviation horizontales pour éviter de créer des amorçages entre ces bobines sur lesquelles sont appliqués des pics de tension élevés , de l'ordre du millier de volts lors du retour ligne, et le correcteur d'astigmatisme alimenté sous faible tension. L'exemple précédent n'est pas limitatif. Dans un autre mode de réalisation non représenté, le correcteur d'astigmatisme est réalisée à l'aide de deux jeux de bobines plates faites de fils isolés, les deux jeux étant disposés l'un au dessus de l'autre, de façon à ce que les axes de bobines soient décalés d'un jeu à l'autre de 45 . Un support cylindrique mince, flexible ou rigide, peut être disposé entre les deux jeux de bobines de manière à former avec les bobines de correction un ensemble mécanique, les bobines pouvant être positionnées et fixées sur le support par exemple à l'aide de colle. REVENDICATIONS R1 - Système de déviation du faisceau d'électrons issu d'un canon à électrons équipant un tube à rayons cathodiques monochrome, système comprenant: - un déviateur composé d'une paire de bobines de déviation horizontale moulées en forme de selle, d'une paire de bobines de déviation verticale, au moins une de ces deux paires créant un champ de déviation astigmate, d'un séparateur isolant l'une de l'autre les deux paires de bobines de déviation, une bague en matériau ferromagnétique concentrant les champs créés par les bobines de déviation, - un correcteur d'astigmatisme du champ de déviation astigmate comportant une pluralité de bobines d'axe radial disposées autour du col du tube de manière à générer des champs magnétiques agissant sur la forme du faisceau d'électrons, caractérisé en ce que le correcteur d'astigmatisme est disposé autour du col du tube au moins partiellement en regard de la partie arrière d'au moins une paire de bobines de déviation. R2 - Système de déviation selon la revendication précédente caractérisé en ce que le correcteur d'astigmatisme est au moins partiellement disposé sous la partie arrière de la bague en matériau ferromagnétique R3 - Système de déviation selon la revendication précédente caractérisé en ce que le correcteur d'astigmatisme est disposé entre la partie arrière de la bague en matériau ferromagnétique et la partie arrière des bobines de déviation verticale R4 - Système de déviation selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le correcteur d'astigmatisme comporte deux jeux de bobines formant chacune un quadrupôle magnétique caractérisé en ce que les axes des bobines des deux jeux sont décalés radialement de 45" R6 - Système de déviation selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les bobines du correcteur d'astigmatisme sont gravées sur un support flexible R7 - Système de déviation selon la revendication précédente caractérisé en ce que les bobines du correcteur d'astigmatisme sont gravées sur les deux faces du même support flexible R8 - Système de déviation selon les revendications R4 et R7 caractérisé en ce que les bobines d'un même jeu sont gravées sur la même face du support flexible. R9 - Système de déviation selon la revendication précédente caractérisé en ce que des liaisons électriques entre les bobines d'un même jeu sont gravées sur la face du support flexible opposée à celle sur laquelle sont gravées les bobines du dit jeu R10 - Système de déviation selon l'une au moins des revendications précédente caractérisé en ce que la fréquence du signal appliqué aux bobines de déviation horizontale est supérieur à 64 Khz