Brevet FR2757680A1 — publié le 19980626

UNITE DE DEVIATION POUR TUBE A RAYONS CATHODIQUES EN COULEURS COMPORTANT DES BOBINES DE DEVIATION EN FORME DE SELLE L'invention se rapporte à une unité de déviation pour tube à rayons cathodiques couleur, unité encore appelée déviateur et comportant une paire de bobines de déviation verticale et une paire de bobines de déviation horizontale en forme de selle dont la forme particuliére permet de minimiser simultanément les erreurs de coma, de géométrie et de convergence des faisceaux Un tube à rayons cathodiques destiné à générer des images en couleur comprend généralement un canon à électrons émettant trois faisceaux d'électrons coplanaire, chaque faisceau étant destinés à exciter sur l'écran du tube, un matériau luminescent d'une couleur primaire déterminée (rouge, verte et bleue) . Les faisceaux d'électrons balayent l'écran du tube sous l'influence des champs de déviation créés par les bobines de déviation horizontale et verticale du déviateur fixé sur le col du tube. Un anneau en matériau ferromagnétique entoure de maniére conventionnelle les bobines de déviation de maniére à concentrer les champs de déviation dans la zone appropriée. Les trois faisceaux générés par le canon à électrons, doivent en permanence converger sur l'écran du tube sous peine d'introduire une erreur dite de convergence faussant en particulier le rendu des couleurs. Afin de réaliser la convergence des trois faisceaux coplanaires, il est connu d'utiliser des champs de déviation astigmates dits autoconvergents; dans une bobine de déviation autoconvergente I'intensité du champ ou les lignes de flux engendrées par la bobine de déviation horizontale sont généralement en forme de coussin au niveau d'une portion de la bobine qui est plutôt située à l'avant de celle-ci du coté de l'écran du tube. Cela revient à introduire dans la répartition des spires constituant la bobine ligne un harmonique 3 de la densité d'ampèrestours très positif à l'avant de la bobine. Par ailleurs, sous l'action de champs de déviation horizontal et vertical uniformes, le volume balayé par les faisceaux d'électrons est une pyramide dont le sommet est confondu avec le centre de déflexion du déviateur et dont l'intersection avec une surface écran non sphérique présente un défaut de géométrie appelé 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 autoconvergents engendrent des champs de déviation astigmates permettant de modifier la géométrie Nord/Sud et Est/Ouest de l'image et exercent en particulier une compensation partielle de la déformation Nord/Sud en coussin. La coma est une aberration qui affecte les faisceaux latéraux issus d'un canon à électrons à trois faisceaux en ligne, indépendamment de l'astigmatisme des champs de déviation et de la courbure de la face écran du tube; ces faisceaux latéraux pénétrant dans la zone de déviation sous un angle faible visà-vis de l'axe du tube subissent une déviation supplémentaire à celle du faisceaux axial. La coma est généralement corrigée en modifiant la répartition des champs de déviation à l'entrée du faisceau dans le déviateur afin que la coma engendrée compense celle produite par la répartition du champ nécessaire pour obtenir l'astigmatisme voulu pour l'autoconvergence. Ainsi , en ce qui concerne le champ de déviation horizontale, le champ du déviateur est en forme de tonneau dans la partie arrière et en forme de coussin dans la partie avant. Des configurations de champs comme celle décrites ci-dessus peuvent faire apparaître des aberrations appelées paraboles de coma qui se manifeste sur une mire rectangulaire par un décalage croissant de l'image verte par rapport à l'image rouge/bleue au fur et à mesure que l'on s'approche des coins de la mire. Le réglage simultané, par une configuration particulière des conducteurs constituant les bobines de déviation, des erreurs de coma, de parabole de coma, de convergence et de géométrie, n'a pas été jusqu'à ce jour possible sans l'addition de composants additionnels tels que des pièces métalliques disposées de façon à modifier localement les champs de déviation en vue de régler les erreurs de coma , ou des aimants permanents pour régler les défauts de géométrie. Ces composants additionnels sont onéreux et peuvent induire soit des problèmes d'échauffement liés à la fréquence d'utilisation, particulièrement lorsqu'il s'agit de modifier le champ de déviation horizontal puisque la tendance actuelle impose d'augmenter la dite fréquence à 32kHZ voire 64KHZ et plus, soit des dispersions de performance des déviateurs Par ailleurs ces problèmes de géométrie de l'image, de coma et de convergence sont liés à la planéité de l'écran et augmentent avec le rayon de courbure dudit écran. Les tubes à rayons cathodiques en couleurs conventionnels fabriqués il y a quelques années et utilisant un écran de forme sphérique présentent généralement un rayon de courbure dit 1R. Lorsque l'écran présente un rayon de courbure relativement important supérieur à 1R, comme 1,5 R ou plus par exemple il devient de plus en plus difficile de régler les problèmes cités précédemment uniquement grâce à des champs appropriés générés par les bobines de déviation. II est d'usage de diviser le système de déviation en trois zones d'action successives le long de l'axe principal du tube: la zone arrière la plus proche du canon à électrons influence plus particulièrement l'erreur de coma , la zone intermédiaire agit plus particulièrement sur l'astigmatisme du champ de déviation et donc sur 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 du tube. Le brevet US5077533 divulgue une structure de bobine de déviation horizontale comportant dans sa partie coté écran une bobine de correction engendrant un champ de déviation opposé au champ de déviation principal. Cette structure de bobine offre uniquement une correction de la géométrie Nord/Sud de l'image. Dans le brevet US5418422, la forme particulière en coin d'une partie du bobinage arrière de la bobine ligne est particulièrement adaptée à minimiser les erreurs de coma et de géométrie dans le cas ou ces bobines sont conçues pour des tubes dont le rapport largeur/hauteur de l'écran est supérieur à 4/3. Il n'est pas divulgué de structure également adaptée au format standard 4/3 et permettant de minimiser également les erreurs de convergence. Dans le brevet US5121028 il est décrit une bobine ligne avec une fenêtre libre de conducteur pratiquée dans le milieu de la zone intermédiaire de la bobine, cette fenêtre en modifiant localement le quatrième harmonique de la décomposition en série du champ horizontal permet de minimiser les défauts de convergence pouvant se produire le long de lignes verticales en des points situés entre les bords horizontaux de l'image et l'axe horizontal X de l'écran. Ce document ne décrit pas un positionnement spécifique de la dite fenêtre particulièrement adapté pour permettre une action de correction à la fois sur les erreurs de coma, de géométrie N/S et de convergence. Le but de la présente invention est de permettre par une disposition particulière des fils de bobinage des bobines de déviation horizontale de générer des champs de déviation n'imposant plus l'utilisation de correcteurs additionnels pour minimiser jusqu'à un niveau acceptable les erreurs de coma, de géométrie N/S et de convergence. Pour cela, L'unité de déviation électromagnétique pour tube à rayons cathodiques couleur selon l'invention comprend une paire de bobines de déviation trame et une paire de bobines de déviation ligne en forme de selle; chaque bobine de déviation ligne présentant un chignon arrière couché du coté du coté du canon à électron et un chignon avant relevé du coté de l'écran et une fenêtre dans la zone intermédiaire située entre ces derniers, le chignon du coté du canon étant subdivisé en au moins deux groupes de conducteurs de telle manière que les dits groupes soient séparés les uns des autres sur au moins une partie de leur circonférence pour créer au moins une fenêtre contenue dans le chignon arrière et caractérisé en ce qu'au moins une fenêtre libre de conducteur est pratiquée dans l'arrière de la zone intermédiaire de chacun des deux faisceaux latéraux de conducteurs reliant le chignon avant au chignon arrière. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des dessins parmi lesquels: - la figure 1 représente un tube à rayons cathodiques équipé d'un déviateur selon l'invention - la figure 2 représente vu de face, en éclaté, un déviateur selon l'état de la technique - les figures 3a et 3b illustrent un exemple de réalisation d'une bobine de déviation horizontale selon l'invention vue de profil et de dessus - les figures 4a, 4b, 4c représentent l'évolution le long de l'axe principal Z du tube des coefficients de la fonction de distribution du champ de déviation horizontal généré par une bobine selon l'invention et l'influence des fenêtres pratiquées dans la partie arrière de la dite bobine Comme illustré par la figure 1, un dispositif d'affichage couleur autoconvergent comprend un tube à rayons cathodiques muni d'une enveloppe en verre sous vide 6 et un réseau d'éléments luminescents représentant différentes couleurs disposés à l'une des extrémités de l'enveloppe formant un écran d'affichage 9 et un ensemble de canons à électrons 7 disposés à une deuxième extrémité de l'enveloppe. L'ensemble de canons à électrons est disposé de façon à produire trois faisceaux électroniques 12 alignés horizontalement afin d'exciter respectivement l'un des différents éléments luminescents en couleur. Les faisceaux d'électrons balaient toute la surface de l'écran grâce à un système de déviation 1, ou déviateur, déposé sur le col 8 du tube comprenant une paire de bobines de déviation horizontale 3 , une paire de bobines de déviation verticale 4, isolées l'une de l'autre par un séparateur 2 et un noyau en matériau ferromagnétique 5 destiné à concentrer le champ à l'endroit ou il est prévu d'agir. Dans le cadre de l'invention, la paire de bobines de déviation horizontale du déviateur 1 présente une portion 19 appelée chignon d'extrémité arrière, voisine au canon à électrons 7, et s'étendant préférentiellement dans une direction parallèle à l'axe Z. Une deuxième portion 29 appelée chignon d'extrémité avant de la bobine en selle 10 est voisine de l'écran d'affichage 9, et elle est incurvée en s'éloignant de l'axe Z dans une direction généralement transversale à celui-ci. Avec un tel type de bobine en selle, le noyau 5 et le séparateur 2 peuvent avantageusement être réalisés sous la forme d'une seule pièce plutôt que d'être assemblés à partir de deux pièces serrées ou collées ensemble. Les figures 3a, 3b illustrent respectivement des vues de côté et de dessus de l'une des paires de bobines en selle 3 mettant en oeuvre un aspect de l'invention. Chaque tour d'enroulement est formé par une boucle de fil conducteur ayant généralement la forme d'une selle. Le chignon d'extrémité avant 29 de la bobine en selle 3 des figures 3a-3b sont reliés au chignon d'extrémité arrière 19 par des faisceaux de conducteurs latéraux 120,120' d'un coté et 121, 121' de l'autre. Les sections des éléments latéraux 120, 120' et 121, 121' situés dans la région de sortie du champ magnétique de déviation de la bobine de déviation 3 sont enroulées d'une façon bien connue afin de produire des espaces frontaux dans la bobine (21, 21', 21".. ). Les espaces frontaux affectent ou modifient les harmoniques de la distribution du courant de façon à corriger, par exemple, les distorsions géométriques de l'image formée sur l'écran telles que la distorsion nord-sud. De même, les sections des éléments latéraux 120, 120' et 121,121' situés dans la région d'entrée de la bobine de déviation 3, sont enroulées d'un façon bien connue de façon à produire des espaces arrières 22 et 22' dans la bobine. Les espaces 22 et 22' modifient les harmoniques de la distribution du courant de façon à corriger les erreurs de coma horizontales. Les chignons 19 et 29 ainsi que les faisceaux latéraux de conducteurs 120' et 121' définissent une fenêtre principale 18. En prenant comme référence le sens de circulation des électrons constituant les trois faisceaux issus du canon 7, la zone sur laquelle s'étend la fenêtre 18 est appelée région intermédiaire 24 , la zone sur laquelle s'épanouissent les conducteurs constituant le chignon avant est appelée région de sortie 23, la zone de la bobine située à l'arrière de la fenêtre 18, constituant le chignon avant est appelée région d'entrée 25. Les erreurs de coma sont corrigées dans la région d'entrée 25 de la bobine 3. Les erreurs de convergence sont corrigées dans la région intermédiaire 24, entre les régions de sortie et d'entrée. Les erreurs géométriques au niveau des bords extrêmes de l'écran d'affichage sont corrigées dans la région de sortie 23. Une bobine en selle telle qu'elle est décrite ci-dessus peut enroulée avec un fil en cuivre de faibles dimensions, le fil étant recouvert d'un isolant électrique et d'une colle thermodurcissable. L'enroulement s'effectue dans une bobineuse qui enroule la bobine en selle essentiellement selon sa forme définitive et qui introduit les espaces 21, 21', 21" 22, 22' des figures 3a-3b pendant le processus d'enroulement. Les formes et les emplacements de ces espaces sont déterminés par des pions rétractables dans la tête d'enroulement qui limitent les formes que peuvent prendre ces espaces. Après l'enroulement, chaque bobine en selle est retenue dans un gabarit et une pression lui est appliquée afin d'obtenir les dimensions mécaniques requises. Un courant passe au travers du fil afin de ramollir la colle thermodurcissable, laquelle est ensuite refroidie afin de coller les fils entre eux et de former une bobine en selle autoporteuse. Jusqu'à présent, ces ouvertures ne permettaient de contrôler les paramètres relatifs aux erreurs de coma, de convergence et de géométrie pour les amener à des valeurs suffisamment faibles pour être acceptables. Comme illustré par la figure 2, des aimants permanents 240, 241, 242 devaient être positionnés à l'avant du déviateur pour parfaire la géométrie de l'image, d'autres aimants 142 et des conformateurs de champ 243 devaient être insérés entre les bobines de déviation horizontales et verticales pour modifier localement le champs pour parfaire le réglage des erreurs résiduelles de coma et de convergence. L'invention, grâce à l'espace 26 pratiqué dans le faisceau de conducteurs 120 et 121, à l'arrière de la zone intermédiaire introduit un paramètre de contrôle qui agit à la fois sur l'erreur de coma, de géométrie nord/sud, et de convergence et permet ainsi en collaboration avec au moins un espace créé plus en avant dans les faisceaux 120 et 121 , dans la partie avant ou médiane de la région intermédiaire 24, et au moins un espace créé dans la région 25 de contrôler la modulation de l'intensité du champ de déviation le long de l'axe principal Z avec suffisamment de précision pour éviter l'utilisation de conformateurs locaux de champ additionnels. Dans un mode de réalisation préférentiel d'un déviateur selon l'invention, destiné à équiper un tube de type A68SF dont la dalle écran est asphèrique avec des bords horizontaux de rayon de courbure de l'ordre de 3,5 R la bobine de déviation horizontale, de longueur totale suivant Z égale à 81 mm, possède une zone avant 23 constitué par le chignon avant 29 de longueur 7mm selon l'axe Z, une zone intermédiaire 24, de longueur 52 mm et dans laquelle s'étend la fenêtre principale 18 et le chignon arrière 19 qui s'étend sur une longueur selon Z de 22 mm; les conducteurs à l'arrière de la bobines sont bobinés de telle façon qu'ils constituent plusieurs faisceaux ou groupes localement séparés les uns des autres, ce qui ouvre dans le bobinage plusieurs fenêtres libres de conducteurs. Dans la zone 25 du chignon arrière, en examinant une bobine selon son plan de symétrie YZ, deux fenêtres 22 et 22' sont crées par l'insertion de pions en 40 et 41 pendant le bobinage. Le pion en 40 maintien un faisceaux de conducteur 43, représentant environ 11% du nombre de conducteurs représentant la bobine, et est disposé à 75 mm de l'avant de la bobine, dans une position angulaire dans le plan XY correspondant à 16 Le pion en 41 maintien le faisceau 44, représentant 27% du nombre de conducteurs de la bobine, et est disposé à 70 mm de l'avant de la bobine dans une position angulaire dans le plan XY égale à 55 . En maintenant les conducteurs dans des position précises les pions permettent de modifier localement les harmoniques du champ et en particulier d'amener l'erreur de coma à une valeur suffisamment faible pour être corrigé par ailleurs. Les figures 4a et 4b illustrent l'influence des fenêtres 22 et 22' sur le fondamental et les harmoniques du champ de déviation horizontal. Cette influence se fait sentir essentiellement dans la partie arrière de la bobine sans influencer le fondamental ou l'harmonique 2 à l'avant du déviateur. Suivant la taille du tube la planéité de l'écran il peut être suffisant de créer une seule fenêtre dans la zone 24 pour minimiser l'erreur de coma. De même l'une des fenêtres peut s'ouvrir sur la fenêtre symétrique selon le plan YZ comme c'est le cas dans l'exemple de réalisation décrit s'agissant de la fenêtre 22'. Selon une caractéristique de l'invention une fenêtre 26 est ouverte dans l'arrière de la zone intermédiaire par l'insertion durant le bobinage d'un pion 42, situé selon Z à 56 mm de l'avant de la bobine, dans une position proche de la limite arrière 17 de la fenêtre principale 18 (située selon Z à une distance de 59 mm de l'avant de la bobine), et selon une position angulaire dans le plan XY égale à 33 La fenêtre créé s'étend selon l'axe Z entre 47 mm et 62 mm de l'avant de la bobine de déviation. Le pion en 42 divise le groupe de conducteurs latéraux de telle façon que le faisceau 45 représente environ 49% du nombre total des dits conducteurs. La figure 4c illustre l'influence de la fenêtre 26 sur le fondamental et les harmoniques du champ de déviation horizontal . On voit en particulier que son influence s'étend à la fois sur l'avant et l'arrière de la bobine; elle modifie en particulier à l'avant de la zone intermédiaire l'amplitude et la longueur selon Z sur laquelle s'applique un harmonique 2 positif du champ, ce qui a pour conséquence d'agir sur la convergence des faisceaux et la géométrie de l'image. Le tableau suivant, montre les effets sur les erreurs de géométrie , de coma et de convergence de l'introduction de la fenêtre 26, partant d'une origine où, selon l'état de la technique, la coma était corrigée grâce aux fenêtres 22 et 22' et la convergence des faisceaux grâce au fenêtres 21, 21' et 21". Sur ce tableau sont représentés les erreurs de coma (horizontalement et verticalement) et de convergence mesurées en neuf points conventionnellement représentatifs d'un quart de l'écran d'un tube à rayons cathodiques. Les erreurs de géométrie Nord/Sud sont mesurées relativement aux bords horizontaux de l'image (géométrie Nord/Sud externe) et à mi distance entre l'un des bords et le centre de l'écran (géométrie Nord/Sud interne). COMA VERTICAL COMA HORIZON. CONVERGENCE GEOMETRIE N/S 0,06 -0,07 -0,1 ----- 0,71 1,89 0,42 0,41 1,22 Ext: -0,11% Sans fenêtre 26 0,11 0,06 0,11 0,77 2,45 0,19 0,89 4,24 ------ ----- ----- 0,8 2,72 ----- 0,97 5,74 Int: -0,25% 0,01 -0,09 -0,1 ----- 0,03 0,11 0,4 0,19 0,49 Ext: -0,39% Avec fenêtre 26 0,1 0,06 -0,1 ----- -0 0,01 0,17 0,28 0,65 ----- ----- ----- -0 0,12 0,14 0,93 Int: - 0 54% On peut lire sur le tableau que l'erreur de coma vertical, déjà faible, n'est pas modifiée par la fenêtre 26; par contre aussi bien l'erreur de coma horizontal et l'erreur de convergence sont fortement diminuées en particulier sur les bords verticaux de l'image. La géométrie Nord/Sud de l'image est également améliorée les valeurs à atteindre étant de l'ordre de -1%, correspondant à une visualisation sans défaut de géométrie apparent à une distance de l'écran égale à cinq fois la hauteur de l'image. Suivant l'amplitude absolue et relative des erreurs à minimiser on peut faire varier soit le pourcentage relatif de conducteurs que le pion 42 maintien au dessous d'une certaine position angulaire dans le plan XY , soit la position selon Z du dit pion , soit la position angulaire du même pion. II s'en suivra que la fenêtre 26 pourra avoir une surface plus ou moins importante, et éventuellement s'étendre , comme s'est le cas dans l'exemple de réalisation relatif à la bobine du tube A68SF, dans la partie arrière 25 de la dite bobine. Dans un mode de réalisation alternatif non représenté, deux fenêtres sont réalisées dans les conducteurs latéraux, situées selon l'axe Z dans la zone proche de l'extrémité 17 de la fenêtre principale 18, ces deux fenêtres s'entendant partiellement à la fois dans la zone 24 et dans la zone 25. En positionnant les pions réalisant ces fenêtres lors du bobinage dans des positions angulaires différentes, il est possible de créer des groupes de conducteurs dont le nombre de conducteurs peut varier en valeur relative ce qui permet de moduler l'effet créé sur le champ et obtenir une action plus fine sur le fondamental et les harmoniques du champ de déviation afin de minimiser les erreurs de coma, de géométrie et de convergence. Les exemples de réalisation décrits précédemment ne sont pas limitatif, I'insertion durant le bobinage d'un pion situé à l'arrière de la zone intermédiaire d'une bobine permet de créer une fenêtre, pouvant s'ouvrir à la fois dans cette zone intermédiaire et dans la zone arrière et peut donc s'appliquer pour modifier le champ de déviation vertical afin de minimiser des erreurs résiduelles de convergence, coma et géométrie. REVENDICATIONS R1 - Unité de déviation électromagnétique pour tube à rayons cathodiques couleur comprenant une paire de bobines de déviation trame et une paire de bobines de déviation ligne, au moins une de ces deux paires de bobines étant en forme de selle; chaque bobine de déviation en forme de selle présentant un chignon arrière couché du coté du canon à électron et un chignon avant relevé du coté de l'écran, présentant une fenêtre dans la zone intermédiaire située entre ces dits chignons, le chignon du coté du canon étant subdivisé en au moins deux groupes de conducteurs de telle manière que les dits groupes soient séparés les uns des autres sur au moins une partie de leur circonférence pour créer au moins une fenêtre contenue dans le chignon arrière et caractérisé en ce qu'au moins une fenêtre libre de conducteur est pratiquée dans l'arrière de la zone intermédiaire de chacun des deux faisceaux latéraux de conducteurs reliant le chignon avant au chignon arrière. R2. Unité de déviation électromagnétique selon la revendication 1 caractérisée en ce que la fenêtre libre de conducteur s'étend également en partie dans la zone arrière de la bobine de déviation. R3 Unité de déviation selon la revendication précédente caractérisé en ce que la surface de la fenêtre libre de conducteur s'étend majoritairement dans la zone intermédiaire de la bobine de déviation. R4 Unité de déviation selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les bobines en forme de selle sont les bobines de déviation horizontale. R5 Unité de déviation selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que chacune des deux parties symétriques du chignon arrière comporte deux fenêtres libres de conducteurs. R6 Unité de déviation selon la revendication précédente caractérisée en ce que les trois fenêtres crées dans le chignon arrière et la zone intermédiaire arrière sont réalisées , pendant la fabrication de la bobine, par l'insertion de trois pions dont les position angulaires suivant des plans radiaux sont telles que l'angle correspondant au pion intermédiaire est supérieur aux angles correspondant aux pions d'extrémité. R7 Tube à rayons cathodiques équipé d'une unité de déviation conforme à l'une quelconque des revendications précédentes