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Die Erfindung bezieht sich auf eine Bildröhre mit einem
Elektronenstrahlerzeugungssystem, einer Längsachse, einem Wiedergabeschirm und einer
elektromagnetischen Ablenkeinheit, wobei die elektromagnetische Ablenkeinheit ein Horizontal-
Ablenkspulensystem und ein Vertikal-Ablenkspulensystem aufweist mit zwei einander
- gegenüberliegenden Vertikal-Ablenkspulen, wobei gegenüber der Längsachse jede
Vertikal-Ablenkspule eine auf der Seite des Strahlerzeugungssystems liegende Keule und
gegenüber derselben eine auf der Seite des Wiedergabeschirms liegende stehende Keule
mit einem Fenster zwischen denselben aufweist.
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Eine derartige Wiedergaberöhre ist beispielsweise aus EP-A-0.366.196
bekannt.
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Bei monochromen Bildröhren ist das Elektronenstrahlerzeugungssystem
dazu eingerichtet, nur einen Elektronenstrahl zu erzeugen, während bei beispielsweise
Farbbildröhren vom "In-Line-Typ" das Elektronenstrahlerzeugungssystem dazu
eingerichtet ist, drei koplanare Elektronenstrahlen zu erzeugen, die am Bildschirm
konvergieren.
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Die elektromagnetische Ablenkeinheit zum Ablenken von
Elektronenstrahlen wird dazu benutzt, die Elektronenstrahlen in zwei orthogonalen Richtungen von
ihrer normalen nicht-abgelenkten geraden Bahn abzulenken, so daß die Strahlen
selektierte Punkte des Bildschirms treffen um darauf visuelle Anzeigen schaffen zu
können. Dadurch, daß die magnetischen Ablenkfelder auf geeignete Weise geändert
werden, können die Elektronenstrahlen nach oben order nach unten und nach links oder
nach rechts über den (vertikal angeordneten) Bildschirm bewegt werden. Dadurch, daß
gleichzeitig die Intensität der Strahlen geändert wird, kann eine visuelle Darstellung von
Information oder ein Bild am Bildschirm wiedergegeben werden. Die am Halsteil der
Bildröhre befestigte Ablenkeinheit umfaßt um die Elektronenstrahlen in zwei quer zu
einander stehenden Richtungen ablenken zu können, zwei Ablenkspulensysteme; ein
Horizontal-Ablenkspulensystem, dem im Betrieb ein horizontal-frequentes Signal
zugeführt wird, und ein Vertikal-Ablenkspulensystem, dem im Betrieb ein vertikal-
frequentes Signal zugeführt wird. Jedes System enthält zwei Spulen, die an einander
gegenüberliegenden Stellen gegenüber der Röhrenachse angeordnet sind.
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Ein ringförmiger Kern aus magnetisierbarem Material, der, wenn die
Ablenkspulensysteme beide vom Satteltyp sind, um die Ablenkspulensysteme
herumliegt, wird meistens dazu verwendet, die Ablenkfelder zu konzentrieren und die
Flußdichte in dem Ablenkbereich zu vergrößern.
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Damit bestimmte Anforderungen in bezug auf die Bildqualität erfüllt
werden, müssen den (dynamischen) magnetischen Dipol-Ablenkfeldern oft
Magnetfeldanteile höherer Ordnung zugefügt werden. Auf diese Weise machen beispielsweise die
immer strenger werdenden Anforderungen in bezug auf die Konvergenz bei drei "In-
Line"-Farbfernsehsystemen außer einem starken negativen magnetischen Sechspolanteil
in dem Mittenbereich des Ablenkfeldes ein starker positiver magnetischer Sechspolanteil
auf der Elektronenstrahlerzeugungssystemseite des Vertikal-Ablenkfeldes notwendig.
Der starke positive Sechspolanteil ist notwendig zur Bildkomakorrektur (der Effekt eines
positiven Sechspolanteils auf das Dipol-Ablenkfeld ist eine kissenförmige
Bildverzeichnung). Bei einem selbstkonvergierenden "In-Line"-Farbsystem mit Grün als
Mittenstrahl und Rot und Blau als Außenstrahlen wird unter Bildkoma verstanden: eine
vertikale Verschiebung der roten und blauen Strahlen gegenüber dem grünen Strahl.
Werden keine Maßnahmen zur Komakorrektur getroffen, so werden das Rot und das
Blau stärker abgelenkt als das Grün. Bei einem kissenförmigen Ablenkfeld auf der
Straherzeugungssystemseite erfahren das Rot und das Blau ein schwächeres Ablenkfeld
als das Grün. Rot und blau werden dabei weniger stark abgelenkt.
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Ein kissenförmiges Bild wird erzeugt, wenn die Fensteröffnungen der
zwei Spulen eines Ablenkspulensystems groß sind, ein tonnenförmiges Bild, wenn die
Fensteröffnungen klein sind. Für ein selbstkonvergierendes System muß das Vertikal-
Ablenkfeld in dem Mittenbereich eine tonnenförmige Verzeichnung aufweisen (die
einzelnen Vertikal-Ablenkspulen müssen also eine kleine Fensteröffnung haben), auf der
Strahlerzeugungsseite eine kissenförmige Verzeichnung (große Fensteröffnung) und auf
der Wiedergabeschirmseite eine homogene, eine stärkere kissenförmige oder weniger
starke kissenförmige Verzeichnung, je nachdem wieviel Ost-West-Vertikal-Verzeichnung
man erlaubt. Ähnliche Feldverzeichnungen sind auch für monochrome Bildröhre/-
Ablenkeinheit-Systeme von Bedeutung, die ein hohes Auflösungsvermögen aufweisen
sollen.
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Bisher war es nicht möglich, unter Anwendung der üblichen
Wickelverfahren Ablenkspulen mit einer so stark schwankenden Fensteröffnung wie für die
genannten Anwendungsbereiche erwünscht, herzustellen. Zwar sind mehrere
Kompremißlösungen bekannt um das Problem weniger groß zu machen. So reicht auf der
Strahlerzeugungsseite ein weniger großes Fenster als im wesentlichen notwendig ist
dadurch, daß mit Hilfe in das Vertikal-Ablenkfeld vorgesehener Platten aus
weichmagnetischem metallischem Material die Kissenverzeichnung des Vertikal-Ablenkfeldes an
dieser Stelle verstärkt wird und in dem Mittenbereich ein weniger enges Fenster und
zwar dadurch, daß mit Platten aus weichmagnetischem metallischem Material die
Tonnenverzeichnung verstärkt wird. Die Verwendung von Metallplatten in dem
Ablenkfeld ist jedoch unerwünscht, wenn die Bildröhre/Ablenkeinheit bei höheren
Frequenzen (EVTV, HDTV) betrieben werden muß. Die von Wirbelströmen in den
Metallplatten erzeugte Energie kann nämlich nicht auf einfache Weise abgeführt
werden, wodurch die Temperatur der Ablenkspule(n) unzulässig hoch werden kann.
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Der Artikel von A.A. Seino Sluiterman: "Fifth-order trilemma in
deflection yoke design", "Proceedings of the Society for Information Display (SID)" 28
(1987) Nr. 1, Seiten 9-13, beschreibt eine Ablenkeinheit vom Typ, wie dieser in dem
einleitenden Teil dieser Patentanmeldung beschrieben worden ist. Die rückwärtigen
Enden der Spulen sind in zwei Teile aufgeteilt. Mit diesem Typ von Ablenkeinheit sind
mehrere Entwürfe mit gleichwertiger Leistung dritter Ordnung aber mit anderer
Trilemma fünfter Ordnung möglich.
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Es ist nun eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit zu schaffen um
die erforderlichen Bildfeldmodulationen ohne Verwendung weichmagnetischer
Metallplatten und ohne extreme Änderung der Fensteröffnung zu verwirklichen.
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Eine Bildröhre der eingangs beschriebenen Art weist dazu nach der
Erfindung das Kennzeichen auf, daß jede Vertikal-Ablenkspule eine liegende
elektronenstrahlerzeugungssystemseitige Keule und eine aufrecht stehende bildschirmseitige Keule
hat und daß die erzeugungssystemseitige Keule nacheinander um mindestens eine erste
und eine zweite Windungenhilfseinheit in Richtung des Erzeugungsystems erweitert
worden ist, wobei jede Windungenhilfseinheit zwei auf beiden Seiten der Röhre
vorgesehene längliche Leitergruppen umfaßt, die auf der
Elektronenstrahlerzeugungssystemseite durch eine in der Ebene der länglichen Leitergruppen überquerende
Verbindungsgruppe verbunden sind, wobei die erste Hilfseinheit innerhalb der zweiten
liegt und im Falle von mehr als zwei Hilfseinheiten die zweite Hilfseinheit innerhalb der
dritten liegt usw., und daß die Hilfseinheiten über wenigstens einen Teil des Umfangs
voneinander getrennt sind.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß Vorablenkung und
Sechspolstärke unabhängig voneinander sollten eingestellt werden können um die in z-
Richtung beispielsweise für Selbstkonvergenz) erforderlichen Änderungen in der
Verteilung des Bildablenkfeldes ("Bildablenkfeldmodulationen") verwirklichen zu
können und daß eine Spule vom Semi-Satteltyp mit einer Anzahl hintereinander
liegender Windungenhilfseinheiten mit je einer überquerenden Verbindungsgruppe dies
auf genaue Weise ermöglicht. Bei derartigen Spulen ist die Verwendung
weichmagnetischer Metallplatten und/oder stark variierenden Fensteröffnungen nicht notwendig.
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Ablenkspulen vom Semi-Satteltyp sind selbsttragende Spulen, die eine
Anzahl Leiter aufweisen, die derart gewickelt sind, daß sie längliche erste und zweite
Seitengruppen bilden, die durch eine stehende bogenförmige vordere Keule und eine
liegende bogenförmige hintere Keule verbunden sind. Die hintere
(erzeugungssystemseitige) Keule liegt gleichsam "flach", d.h. daß die Leiter derselben in der sich parallel zu
der Röhrenhülle erstreckenden Ebene der Seitengruppen liegen.
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Vorzugsweise liegt die Verbindungsgruppe der ersten Hilfseinheit in einer
Ebene quer zu der Längsröhrenachse. Damit wird erreicht, daß das Vertikal-Dipolfeld
auf der Erzeugungssystemseite einen steileren Verlauf hat als bei herkömmlichen
Bildablenkspulen. Durch diese Art von Modulation des Dipolfeldes lassen sich
vertikal- und anisotrope Astigmatismusfehler günstig beeinflussen unter Beibehaltung oder sogar
unter Verstärkung des für Komakorrektur erforderlichen positiven Sechspolanteils.
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Wenn die Verbindungsgruppe der zweiten Windungenhilfseinheit ebenfalls
in einer Ebene quer zu der Längsröhrenachse liegt, wird erreicht, daß die Form des
Dipols und des Sechspols als f(z) äußerst genau eingestellt werden kann. Als
Veränderlichen
hat man dabei die Anzahl Leiter in den Leitergruppen bzw. Verbindungsgruppen
und die z-Lage der Stelle der Verbindungsgruppen. Dadurch lassen sich die
Konvergenzfehler (Astigmatismus und Koma) und N-S-Vertikal-Fehler weitgehend gleichzeitig
minimieren.
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Ein besonderer Vorteil wird erreicht, wenn die Verbindungsgruppe der am
weitesten von der erzeugungssystemseitigen Keule entfernten Hilfseinheit einen
zentralen Teil hat, der näher bei dem Wiedergabeschirm liegt als die daran grenzenden
Teile. Auf diese Weise werden an dem erzeugungssystemseitigen Ende der betreffenden
Windungenhilfseinheit gleichsam zwei schleifenförmige Segmente gebildet, wodurch bei
Erregung ein relativ stärkerer positiver Sechspolanteil erzeugt wird. Man kann nun
sogar gleichzeitig Bildkoma, Bildastigmatismus, Kreuzung an den Ecken und N-S-
Vertikal-Geometrie minimieren.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt,
und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
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Figur 1 einen schematischen Schnitt (gemäß der y-z-Ebene) durch eine
Eiektronenstrahlröhre mit einer darauf angeordneten Ablenkeinheit,
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Figur 2 eine Draufsicht des erzeugungssystemseitigen Teils einer für die
Erfindung charakteristischen Vertikal-Ablenkspule,
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Figur 3, 4 und 5 je eine schaubildliche Ansicht einer anderen
Ausführungsform nur einer Spule eines erfindungsgemäßen Bildablenkspulensystems für
eine Bildröhre,
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Figur 6 und 7 ein Diagramm zur Darstellung der Dipolfeldstärke und der
Sechspolfeldstärke am Ende einer herkömmlichen Ablenkspule,
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Figur 8 und 9 ein Diagramm zur Darstellung der Dipolfeldstärke und der
Sechspolfeldstärke bei einem Ende einer Vertikal-Ablenkspule vom Typ nach Figur 3.
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Figur 1 zeigt im Schnitt eine Bildröhre 1 mit einer von einem schmalen
Halsteil 2, in dem ein Elektronenstrahlerzeugungsystem 3 vorgesehen ist, zu einem
weiten kelchförmigen Teil 4, der mit einem Bildschirm 5 versehen ist, verlaufenden
Hülle 6. Auf der Röhre ist an dem Übergang zwischen dem schmalen und dem weiten
Teil eine elektromagnetische Ablenkeinheit 7 angeordnet. Diese Ablenkeinheit 7 enthält
einen Träger 8 aus isolierendem Material mit einem vorderen Ende 9 und einem
hinteren Ende 10. Zwischen diesen Enden 9 und 10 befindet sich auf der Innenseite des
Trägers 8 ein Ablenkspulensystem 11, 11' zum Erzeugen eines (horizontalen)
Ablenkfeldes zur Ablenkung in der horizontalen Richtung der von dem
Elektronenstrahlerzeugungssystem 3 erzeugten Elektronenstrahlen und auf der Außenseite des Trägers 8
ein Spulensystem 12, 12' zum Erzeugen eines (vertikalen) Ablenkfeldes zur Ablenkung
in vertikaler Richtung von mit dem Elektronenstrahlerzeugungssystem 3 erzeugten
Elektronenstrahlen. Die Ablenkspulensysteme 11, 11' und 12, 12' sind von einem
Ringkern 14 aus magnetisierbarem Material umgeben. Die einzelnen Spulen 12, 12' des
Bildablenkspulensystems sind, ebenso wie in diesem Fall, die Spulen 11, 11' des
Horizontal-Ablenkspulensystems vom Satteltyp mit "flachen" hinteren Endgruppen (=
Semi-Satteltyp).
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Figur 2 zeigt eine Draufsicht des erzeugungssystemseitigen Endes der
Vertikal-Ablenkspule 12 der Konstruktion nach Figur 1. Man sieht, daß die liegende
Keule 15, die innerhalb des gestrichelten Kreises liegt, eine Verbindungsgruppe 23
aufweist, die elektronenstrahlerzeugungssystemseitig an das Fenster 25 grenzt und drei
Windungenhilfseinheiten 16, 17 und 18, die je zwei auf beiden Seiten der Röhre
liegende längliche Leitergruppen 19, 19', ... usw. umfassen sowie eine in der Ebene
der länglichen Leitergruppen liegende Verbindungsgruppe 20, 21 und 22. Die
Hilfseinheit 16 liegt innerhalb der Hilfseinheit 17 und die Hilfseinheit 17 liegt innerhalb der
Hilfseinheit 18. Es läßt sich sagen, daß die Spule 12 mit einer Anzahl Hanteln versehen
ist. Eine Hantel ist eine Windungenhilfseinheit mit zwei insbesondere parallel zu der
länglichen Röhrenachse liegenden länglichen Leitergruppen und einer in der Ebene der
länglichen Leitergruppen an einer vorbestimmten Achsenstelle (z-Stelle) überquerenden
Verbindungsgruppe. Durch diese Konstruktion entstehen eine Anzahl Hilfsspulen, mit
denen sich fast jedes Feldentwurf verwirklichen lassen kann. Insbesondere bedeutet
dies, daß eines der wichtigsten Spulenprobleme, und zwar das Trilemma-Problem, auf
wirksame Weise (durch eine spezielle Verteilung der Drähte der Vertikal-Ablenkspule
an dem erzeugungssystemseitigen Ende) gelöst werden kann.
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Figur 3 zeigt eine schaubildliche Ansicht einer (Vertikal)Ablenkspule 32
vom Semi-Satteltyp mit einer liegenden Keule 35 und einer stehenden Keule 36 und mit
an dem erzeugungssystemseitigen (schmalen) Ende an zwei verschiedenen länglichen
Stellen überquerenden Leiterverbindungsgruppen 33 und 34 (sogenannten "Zwei-
Stufenhantel").
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Figur 4 zeigt eine schaubildliche Ansicht einer (Vertikal)Ablenkspule 42
vom Semi-Satteltyp mit an dem erzeugungssystemseitigen (schmalen) Ende an drei
verschiedenen Stellen überquerenden Leitergruppen 43, 44 und 45
("Drei-Stufenhantel").
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Die untenstehenden Phänomene lassen sich mit derartigen
Hantelkonstruktionen beeinflussen: Selbstkonvergenz, Bildastigmatismus, Bildkoma, Nord-Süd-
Raster und in geringerem Maße anistrope Konvergenzeffekte (Kreuzung an den Ecken).
Selbstkonvergenz:
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Selbstkonvergenz Läßt sich in bestimmten Fällen dadurch verwirklichen, daß der
Vertkal-Ablenkpunkt gegenüber dem Horizontal-Ablenkpunkt verschoben wird. Mit
einer Hantelkonstruktion läßt sich die Lage des Vertikal-Ablenkpunktes genau einstellen.
Vertikal-Astigmatismus:
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Der Vertikal-astigmatismus wird mit dem Ausmaß an Vorablenkung in der Nähe des
engen Endes des Halsfensters 25 (Figur 2) und mit der Drahtverteilung an dieser Stelle
gesteuert. Hier sind also die Dipolbeiträge der Hanteln wichtig. Nicht nur der Wert der
Vorablenkung ist wichtig, sondern auch die Neigung der Leiterbündel 24, 24' (Figur 2)
an der Stelle, wo sie ihre Richtung umkehren. Ein zweiter Parameter zur Korrektur des
Vertikal-Astigmatismus ist die Z-Lage und die Breite des engen Endes des Fensters 25.
Vertikal-Koma:
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Die Größe des Vertikal-Komafehlers wird durch Einstellung der Sechspolstärke
geregelt. Dies kann verschiedenartig erfolgen. Dadurch, daß die Vertikal-Spulenfelder
niederfrequent (50-100 Hz) sind, ist es möglich, bereits über dem Erzeugungssystem
eine Kraft auf die Bündel auszuüben. Je nachdem kann zu dem Sechspol der Dipol
hinzugefügt werden. Dies läßt sich dadurch verwirklichen, daß eine Hantelkonstruktion
mit einer Einbeulung 53 (Figur 5) versehen wird. Diese Einbeulung bildet gleichsam
zwei zusätzliche Stromschleifen (kleine Spulen) auf der Erzeugungssystemseite der
Ablenkspule 52, wodurch der positive Sechspolanteil gegenüber dem Dipolanteil
verstärkt wird. Das Dipol/Sechspolverhältnis läßt sich also einstellen und damit lassen
sich Komafehler minimieren. Manchmal ist es möglich, dem Effekt der Einbeulung
durch eine Drei-Stufenhantel (Figur 4) anzunähern. Damit wird gemeint, daß drei
Windungenhilfseinheiten hintereinander verwendet werden. Damit kann auch ein
möglichst starker Sechspol ohne zuviel Dipol erzeugt werden. Die zweite Hilfseinheit
56 wird vorzugsweise nahe bei der liegenden Keule 55 (Figur 5) angebracht; damit wird
ein doppelter Effekt erzielt und zwar ein Teil der Drähte wird in einem größeren
Winkel liegen und die Schlußdrähte, die zunächst die letzten Drähte der liegenden Keule
55 waren, überqueren gerade. Durch die beiden Aktionen wird der Sechspol positiver
bei etwa gleicher Dipolstärke. Vergleiche beispielsweise Figur 7, welche die
Sechspolfeldstärke H&sub6; längs der z-Achse auf der Erzeugungssystemseite einer herkömmlichen
Vertikal-Ablenkspule zeigt, mit Figur 9, welche die Sechspolstärke H&sub6; längs der z-
Achse auf der Erzeugungsseite einer Vertikal-Ablenkspule von dem Typ nach Figur 3
zeigt.
Nord-Süd-Rasterverzeichnung:
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Hier spielt die Dipolverteilung eine Rolle und diese kann mit Hilfe der
Hantelkonstruktion beeinflußt werden. Vergleiche beispielsweise Figur 6, welche die
Dipolfeldstärke H&sub2; längs der z-Achse auf dem erzeugungssystemseitigen Ende einer
herkömmlichen Vertikal-Ablenkspule zeigt, mit Figur 8, welche die Dipolfeldstärke H&sub2; längs der
z-Achse auf dem erzeugungssystemseitigen Ende einer Ablenkspule vom Typ nach Figur
3 zeigt. Brauchbare Dipolbeiträge werden insbesondere erhalten, wenn die
Windungenhilfseinheiten im wesentlichen rechteckige Fenster definieren (60, 61 in Figur 3; 62,
63, 64 in Figur 4; 65, 66 in Figur 5).
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Die erfindungsgemäße Konstruktion einer erzeugungssystemseitigen Keule mit einer
feinen Verteilung von Verbindungsgruppen, von der ein wichtiger Aspekt ist, daß in den
Verbindungsgruppen der Strom immer in derselben Richtung fließt, schafft die
Möglichkeit einer wesentlichen Beeinflussung der Selbstkonvergenzbedingung, des isotropen
Bildkomas, des Bildastigmatismus und des Nord-Süd-Rasters sowie einer geringfügigen
Beeinflussung anisotroper Fehler und Ost-West-Raster.
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Von den obengenannten vier stark zu beeinflussenden Fehlern können
mindestens drei gleichzeitig mit der Hantelkonstruktion durchaus nachgeregelt werden.
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Mit einer Mehrstufenhantel können beispielsweise bei einer Verlagerung
von 5 Drähten Effekte von 0,5 mm verwirklicht werden. Die Erfindung bietet daher ein
kräftiges Mittel beim Entwerfen der Spulen, weil auf einfache Weise durch Änderung
der Hantelkonstruktion wesentliche Effekte herbeigeführt werden können.