JP4240541B2 - 偏向ヨークと幾何歪み補正 - Google Patents

Description

本発明はビデオ表示装置のカラー陰極線管（ＣＲＴ）用の偏向ヨークに係る。特に、本発明は、ＣＲＴのスクリーン上に形成された画像の上下幾何歪みを補正する１対の鞍形偏向コイルを有する偏向ヨークに関する。
発明の背景
カラー画像を生成するＣＲＴは、一般的に、３本の同一平面上のビーム（Ｒ、Ｇ及びＢの電子ビーム）を放出する電子銃を含み、所与の原色の赤、緑及び青のルミネセンス若しくは蛍光材料をスクリーン上に励起する。偏向ヨークは陰極線管のネック部に取り付けられ、水平及び垂直偏向コイル又は巻線によって生成された偏向フィールドを生成する。強磁性体のリンク又はコアは、通常の方法で偏向コイルを取り巻く。
発生された３本のビームは、色のレンダリングに誤差が生じさせるコンバージェンス誤差とも称されるビームランディング誤差を回避するため、スクリーン上に集中することが要求される。集中させるため、自己コンバージェンスと称される非点収差偏向コイルを使用することは公知である。自己コンバージェンス偏向コイルの場合、水平偏向コイルにより発生された磁束の線によって描写された磁界の不均一性は、スクリーン付近の前而部に配置されたコイルの一部に略ピンクッション形を有する。
陰極線管の長軸に対し小さい角度で偏向ゾーンに侵入するＲ及びＢビームは中心のＧビームの偏向に対し補足的な偏向を受けるので、コマ誤差が発生する。水平偏向磁界に関して、コマは、コンバージェンス誤差補正のため使用される上記ピンクッション磁界の後ろ側で、樽形の水平偏向磁界をビーム入射領域若しくは偏向ヨークのゾーンに発生させることにより略補正される。
コマパラボラ歪みは、ラインがスクリーンの中央からからコーナーに追跡されると共に、赤色画像と青色画像の間の中間点に対する緑色画像の緩やかな水平方向のシフトによって画像の側方で垂直ラインに現される。このシフトが画像の外側若しくは側方に向かって生じるとき、コマパラボラ誤差は、通常、正方向の誤差と呼ばれ、画像の内側若しくは中央に向かって生じる場合に、負方向の誤差と呼ばれる。
ピンクション歪みと称される幾何歪みは、部分的に、スクリーン表面の非球面形状に起因して生ずる。画像の歪み、すなわち、画像の上部及び下部における上下の歪み、並びに、画像の側部における左右の歪みはスクリーンの曲率半径が増大すると共に強くなる。
スクリーンが、例えば、１．５Ｒ以上である１Ｒよりも大きい曲率半径を有する場合、分路若しくは永久磁石のような磁気補助器を利用することなく、幾何歪みのようなビームランディング誤差を解決することはより一層困難になる。例えば、図２に示された従来技術の偏向ヨークでは、上下幾何歪みを減少させるため永久磁石が偏向ヨークの前方に配置される。
一般的に、偏向磁界は、管の長軸方向に３個の連続した作用ゾーン、すなわち、電子銃に最も接近した背後若しくは後方ゾーンと、スクリーンに最も接近した中間ゾーン及び前方ゾーンに分割される。幾何誤差は前方ゾーン内の磁界を制御することにより補正される。コンバージェンス誤差は後方ゾーン及び中間ゾーンで補正され、前方ゾーンでは殆ど影響を受けない。
上下幾何歪みは、分路若しくは永久磁石のような磁気補助器を利用することなく、偏向コイルの巻線分布を制御することにより削減することが望ましい。分路若しくは永久磁石のような付加的な構成部品は、非常に高い水平周波数に関連して、特に、水平周波数が３２ｋＨｚ若しくは６４ｋＨｚ以上であるときにヨークに熱問題を生じるという欠点があるので、省略する方が望ましい。また、これらの付加的な構成部品は、幾何誤差、コマ誤差、コマパラボラ誤差若しくはコンバージェンス誤差のような誤差を悪化させるような形で生成されたヨークの変化を増大させる点が望ましくない。
図２の従来技術の偏向ヨークの場合、分離器は管の形状に従って主要部１６１により構成され、主要部には、分離器の実質的な長さに亘って偏向ヨークが取り付けられる。しかし、分離器のフロントエンド１６０は、Ｚ軸に垂直な平面内で管のファネル形外形から離れる。フロントエンド１６０の内面は水平偏向コイルのフロントエンド旋曲部を支えるため使用される。フロントエンド１６０の内側境界１６２の環状形状は、Ｚ軸に垂直な部品１６０と、管の円錐形状と適合するフレア形状を有する部品１６１との間に境界を形成する。分離器のフレア状フロントエンド１６０の壁面は、平坦であり、かつ、主軸Ｚ軸に垂直である。コイルの巻線工程中に、格納式ピンは、巻線にコーナーを形成するためＸＹ平面と垂直に挿入される。図２の従来技術のヨークの場合、ピンは、部品１６０と１６１との間で実質的に分離器のフロントエンド１６０の境界円１６２に配置される。
コイルの有効長さを増加するためフロントエンド１６０を利用することが望ましい。コイルの有効長さを増加することにより、水平偏向コイルの偏向中心は、垂直偏向コイルの偏向中心に対し容易にシフトされる。
本発明の特徴によれば、ピンによって生成された巻線内のコーナーは、境界円から隔てて配置される。このため、コイルの実質的な部分がフロントエンド１６０で拡張される利点がある。その結果として、コイルの有効長さは上下幾何歪みを減少させるような形で増加される。
発明の概要
本発明の特徴を具現化するビデオ表示偏向装置は、第１及び第２の偏向コイルを含む。分離器は、第１及び第２の偏向コイルを取り付けるために使用される。分離器は、陰極線管のネック部の形状と適合したファネル形の第１の部分と、スクリーン付近の分離器の前方部を形成する第２の部分とを有する。上記第１及び第２の部分のフレアの程度は実質的に異なる。第２の偏向コイルは、１対の側方部と、管の電子銃の近くにある後方端旋曲部と、スクリーンの近くにある前方端旋曲部とを形成する複数の巻線旋曲部を有する。０度乃至３０度の間で変化する放射状角度位置内の前方端旋曲部の少なくとも一部は、ラスター歪み補正を得るためスクリーンの方向に第２の偏向コイルの有効長さを拡張するような形低で境界から離れた分離器の第２の部分の上で支持される。
【図面の簡単な説明】
図１は、陰極線管に取り付けられた本発明による偏向ヨークを説明する図であり、
図２は、従来技術による偏向ヨークの正面方向展開図であり、
図３は、コイルの中間ゾーンに形成された本発明の装置による鞍形コイルの断面図であり、
図４ａ、４ｂ及び４ｃは、本発明の装置によるコイルの側面図及び平面図及び正面図であり、
図５ａ及び５ｂは、分離器に対し図４ａ、４ｂ及び４ｃの鞍形コイルの前方にある巻線ピンの位置を表わす図であり、
図６ａ及び６ｂは、本発明の装置によるコイルによって発生された水平方向磁界分布関数係数の変動と、ＸＹ平面の前方端旋曲部におけるコイル拡張の影響とを陰極線管の主軸Ｘ方向に表示したグラフである。
好ましい実施例の説明
図１に示されるように、自己コンバージェンス形カラー表示装置は、真空ガラスエンベロープ６と、表示スクリーン９を形成するエンベロープの両端の一方に配置された三原色ＲＧＢを表現するルミネセンス若しくは蛍光素子の配列とを有する陰極線管（ＣＲＴ）を含む。電子銃７は上記エンベロープのもう一方の端に配置される。電子銃７の組は、対応したルミネセンス色素子を励起するため、水平方向に揃えられた３本の電子ビーム１２を発生するように配置される。電子ビームは、陰極線管のネック部８に取り付けられた偏向ヨーク１の動作によってスクリーンの表面を掃引する。偏向ヨーク１は、セパレータ２を用いて隔離された一対の水平偏向コイル３及び一対の垂直偏向コイル４と、ビーム路の磁界を強めるために設けられた強磁性体５のコアとを含む。
図４ａ、４ｂ及び４ｃは、夫々、本発明の一面による鞍形形状を備えた水平コイル若しくは巻線３の対の中の一方の対の側面図、平面図及び正面図である。各巻線旋曲は、導体ワイヤのループにより形成される。水平偏向コイル３の各対は、電子銃７付近で、長軸若しくはＸ軸方向に延在する図４ａ及び４ｂの後方端旋曲部１８を有する。前方端旋曲部２９は、表示スクリーン９の近くに配置され、Ｚ軸に対し略横切る向きでＺ軸から離れる方に湾曲する。コア５及び分離器２は、どちらも２個の別個の部品から組み立てられるよりも単一部品の形で製造される方が有利である。
図４ａ−４ｃに示された鞍形コイル３の前方端旋曲部２９の導体ワイヤは、Ｘ軸の一方側でＺ軸に沿って側方巻線部を形成するワイヤの束１２０、１２０’を用いて後方端旋曲部１９に接続され、Ｘ軸のもう一方側でワイヤの束１２１、１２１’によって後方端旋曲部１９に接続される。偏向コイル偏向磁界ビーム出口領域２３に存在する側方のワイヤの束１２０、１２０’及び１２１、１２１’の部分は、図４ａの前方空間２１、２１’及び２１”を形成する。前方空間２１、２１’及び２１”は、例えば、左右の歪みのようなスクリーンに形成された画像の幾何歪みを補正するように電流分布高調波に影響を与え、或いは、変更する。同様に、偏向コイル３の入口領域２５に設けられた側方のワイヤの束１２０、１２０’及び１２１、１２１’の一部は、後方空間２２及び２２’を生成する。空間２２及び２２’は、水平コマ誤差を補正するため選択された巻線分布を有する。各旋曲部１９及び２９は、側方のワイヤの束１２０’及び１２１’と共に主巻線窓１８を画成する。
図４ａ−４ｃに示された鞍形コイルは、電気絶縁体及び熱可塑性接着剤が被覆された小径の銅線が巻き付けられてもよい。巻き付けは、最終的な形状に本質的に従って鞍形コイルを巻き付け、巻き付け工程中に図４ａ−４ｃに示された空間２１、２１’、２１”、２２、２２’を取り込む巻き付け装置で行われる。これらの空間の形状及び配置は、上記空間を与えられた形状を制限する巻き付けヘッド内の格納式ピンにより決められる。各ピンは、ワイヤの方向を変えるため、ピンの周辺で対応した巻線コーナーを生ずる。
巻き付け後に、各鞍形コイルは型にはめられ、所望の機械的寸法を得るため加圧される。電流は熱可塑性接着剤を軟化するためワイヤの中を流れ、次に、熱可塑性接着剤はワイヤを互いに接着し、自立的な鞍形コイルを形成するため再冷却される。
端旋曲部２９の長軸Ｚ方向の領域は、コイル３のビーム出口ゾーン若しくは領域２３を画成する。窓１８の長軸Ｚ軸方向の領域は、中間ゾーン若しくは領域２４を画成し、一方の端で、側方のワイヤの束１２０’及び１２１’が接合するコーナー部１７のＺ軸座標から拡がる。窓１８のもう一方の端は、旋曲部２９によって画成される。後方端旋曲部１９を含む後方の背後の窓１８に在るコイルのゾーンは、ビーム入口領域若しくはゾーン２５と呼ばれる。
コマ誤差は、主として、後方若しくは入口ゾーン２５で補正される。左右歪み及び上下歪みのような幾何誤差は、主として出口ゾーン２３若しくはその近傍で補正される。コンバージェンス誤差は、出口ゾーン２３で殆ど影響をうけず、主として中間ゾーン２４及び入口ゾーン２５で補正される。
図３は、中間ゾーン２４内のＸＹ平面と平行な平面における鞍形ラインコイル３の断面図である。対称性を考慮して、コイルの半分の断面だけが描かれる。半分のコイルには、導体５０の束１２０、１２０’が含まれる。各導体の位置は放射状角度位置θによって識別される。グループ１２０の導体は、零度とθＬとの間に配置され、グループ１２０’の導体はθ１とθ２の間に配置される。
巻線の対称性を考慮することにより、コイルのアンペア巻数密度Ｎ（θ）のフーリエ級数展開は、以下の式のように表される。

磁界は以下の式で与えられる。
Ｈ＝Ａ１／Ｒ＋（Ａ３／Ｒ３）・（Ｘ２−Ｙ２）
＋（Ａ５／Ｒ５）・（Ｘ４−６Ｘ２・Ｙ２＋Ｙ４）＋．．．
（ＥＱ３）
式中、Ｒは偏向コイルを取り巻くフェライトコアの磁気回路の半径を表す。項Ａ１／Ｒは、磁界分布関数の零次の係数若しくは基本磁界成分を表し、項（Ａ３／Ｒ３）・（Ｘ２−Ｙ２）は、座標Ｘ及びＹの点での磁界分布関数の２次係数を表し、巻線分布の第３高調波に関係する。項（Ａ５／Ｒ５）・（Ｘ４−６Ｘ２・Ｙ２＋Ｙ４）はこの磁界の４次係数若しくは第５高調波を表し、以下、同様である。
正の項Ａ３は、ピンクッション形の磁界を生成する軸上の正の磁界の２次係数に対応する。電流が全ての導体ワイヤ内で同じ向きに循環する場合に、Ｎ（θ）は一般的に正であり、項Ａ３はワイヤがθ＝零度からθ＝３０度の範囲に配置されているとき正である。予め決められた角度範囲にワイヤを配置することにより、磁界の重要な正の２次係数を、全体的に正の磁界の正の４次係数と共に局部的に導入することが可能である。
インライン式銃から到来する電子ビームの集中を保ため、ライン偏向磁界の２次の係数を図４ａ及び４ｂの中間ゾーン２４内で正にすることが知られている。
この目的のため、側方の束１２０の大多数のワイヤは、中間ゾーン２４の少なくとも一部分において、０度乃至３０度の放射状角度位置に保たれる。しかし、ビームの集中は、強いコマパラボラ誤差を導入するので、コマパラボラ誤差は以下に説明するように補正されるべきである。
コマ誤差は、空間２２、２２’を、端旋曲部１９が設けられたゾーン２５に導入することにより補正される。ゾーン２４及び２５の両方に通ずる付加的な空間２６は、コマ及びコマパラボラの残留誤差の調節を行う。かくして、コンバージェンス及びコマ誤差は、図４ａ、４ｂ及び４ｃに示されるようなコイル構造によって許容可能な値まで低減され、ここで、コマ誤差は空間２２、２２’、２７によって調節され、ビームのコンバージェンスは空間２６及び２１”によって調節される。
前方端旋曲部２９付近の中間領域の前方部内のワイヤの束の配置は、スクリーン上に生成された画像の上下幾何歪みの低減に寄与する。図４ａの束１５０、１５１、１５２は、一体として、大多数のコイルワイヤを収容し、ＸＹ平面に０度乃至３０度の放射状角度位置に配置される。
図１に示されるように、分離器は、分離器の実質的な長さに亘って偏向ヨークが取り付けられる管の形状に適合するファネル状主要部１６１により構成される。その上、分離器のフロントエンド１６０は、管のファネル状外形から遠ざかるように垂直な平面ＸＹに延在するＺ軸に垂直な平面を形成する。フロントエンド１６０の内面は、水平偏向コイルのフロントエンド旋曲部２９を支持するため使用される。フロントエンド１６０の内周若しくは境界１６２の環状形状は、Ｚ軸と直交した部分１６０と、管ファネルの円錐形状に適合するフレア形状を有する部分１６１との間に境界を形成する。内側境界１６２は、分離器の半分毎に半円形状を有する。コイルの巻き付け工程中に、格納式ピンは、側方部の束が端旋曲部２９に接続されるゾーンでＸＹ平面と垂直に挿入される。
本発明の特徴を実施するため、ピンによって生成された巻線のコーナーは、図４ｃのフロントエンド１６０の境界半円１６２及び分離器の主要部１６１から離されて配置される。残留上下幾何誤差は、端旋曲部２９の内周を境界半円１６２から遠ざけて配置することにより許容可能な値まで低減される。上記の通り、境界半円１６２は、分離器の主要部１６１とフロントエンド１６０を分離する。
ピンをフロントエンド１６０に境界半円１６２から遠ざけて配置することにより生成された巻線のコーナーの位置のシフトは、動作ゾーン内で、水平偏向磁界の有効長さを管のフロントエンドの方に拡張し、このタイプの磁界によって生成された画像の上下幾何誤差の更なる補正を行う点で有利である。
また、ピンをフロントエンド１６０の上に境界半円１６２から遠ざけて配置することにより生成された巻線のコーナーの位置のシフトは、水平偏向中心と垂直偏向中心の間の差を増大する。ｔｈｅ ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ（ＳＩＤ）ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，１９９５に発表されたＮ．Ａｚｚｉによる論文：“Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｎｏｒｔｈ−Ｓｏｕｔｈ ｐｉｎ−ｃｏｍａｆｒｅｅ １０８ ｄｅｇｒｅｅ ｓｅｌｆ−ｃｏｎｖｅｒｇｉｎｇ ｙｏｋｅ ｆｏｒ ＣＲＴｓ ｗｉｔｈ ｓｕｐｅｒ ｆｌａｔ ｆａｃｅ ｐｌａｔｅ”に記載されているように、偏向中心間の距離が増加すると、画像の上下幾何形状をより良く制御できるようになる。
本発明の好ましい実施モードにおいて、偏向ヨークは、水平エッジの曲率半径が３．５Ｒのオーダーである非球面タイプのスクリーンを有するＡ６８ＳＦ型の管に取り付けられる。分離器は、端旋曲部２９を支持する表面を形成する環状リングの形のフロントエンド１６０を有する。フロントエンド１６０は平坦であり、ＸＹ平面と平行する。フロントエンド旋曲部２９はＺ軸と垂直方向に延在し、これにより、Ｚ軸方向の偏向ヨークのサイズが短く保たれる利点が得られる。また、巻き付け中に、格納式ピンは型の表面と垂直に挿入されるので、巻線が容易に成型できるようになり、巻き付け中に巻線のより優れた保持力が得られる。
図５ａは、分離器に対する位置１６５、１６６及び１６７の前方ピンの位置を示す正面図である。図５ｂは、位置１６５の前方ピンの放射状位置を示す半径方向断面図である。図５ａの位置１６５、１６６及び１６７のピンは、ワイヤの束１５０、１５１及び１５２が作成されるように巻き付け工程中に挿入される。各ピンは、ピント接触する領域内の巻線に対応した巻線コーナーを生成する。束１５０はワイヤの総数の５７％を収容し、束１５１及び１５２は、夫々、１１％及び２６％を収容する。これらのピンは、夫々、１０度、２０度及び３０度に一致する角度でＸＹ平面内の放射状の環状位置に配置される。ピンは、リング１６０上で境界半円１６２に対し移動若しくはシフトされる。境界半円１６２は、本質的に半径が５４．５ｍｍに一致する円である。ピンの位置、すなわち、巻線コーナーの位置は、ピンの円形断面の中心から各ピンに対し同じ距離ずつ境界半円１６２から離される。この距離はΔ＝４ｍｍの値に一致する。したがって、各巻線コーナーは境界半円１６２から離される。
１本のピンだけを１０度シフトする、１本のピンだけを２０度シフトする、１本のピンだけを３０度シフトする、並びに、２本のピンを同時にシフトするなどのように種々の組合せが考えられる。約３０度の位置にある位置１６７のピンをシフトすることは、画像の水平エッジに関して外側上下幾何誤差の制御に対し最高感度を与える。Ａ６８ＳＦ型の管の偏向ヨークの場合、位置１６７のピンの位置の４ｍｍのシフトは、それ自体で、０％の基準条件に対し、−１．１１％の外側上下ピンクッション歪みを生じさせる点が有利である。基準条件は、位置１６５乃至１６７のピンがシフトされず、エッジ若しくは境界半円１６２に存在するときに得られる。外側上下ピンクッション歪みの改良は、コンバージェンスパラメータを悪化させることなく得られる点が有利である。−１％の歪みは、スクリーン上にピンクッション形のパターンを生じさせるので望ましい。−１％のピンクッション形のパターンは、幾何歪みの無いような画像の高さの５倍の距離だけスクリーンから離れている視聴者に認識される。
位置１６５乃至１６７の３本のピンに対し４ｍｍの放射状位置シフトが選択される場合、この構造を制限することなく、コイルの製造が簡単化される。必要に応じて、より細かい上下幾何形状制御は、前方ピンをエッジ境界半円１６２に対し異なる量でシフトすることにより、スクリーンのサイズ及び平坦さの関数として選択される。
このような構造によって、−１．０６％の外側ピンクッション歪みと、スクリーンの水平エッジと中心との間の半分の距離で測定された−０．４０％の内側ピンクッション歪みとが発生する。これらの値は、内側及び外側上下幾何歪みはピンクッション形の形状を保つので、補助磁界成型器を利用することなく許容可能である。外側ピンクッション形状の理想的な値は−１％のオーダーであり、内側ピンクッション形状の理想的な値は、−０．４％乃至−０．８％のオーダーである。
図６には、水平偏向磁界の磁界分布関数の零次及び高次係数の変動が示されている。特に、図６には、零次及び２次係数Ｈ０及びＨ２の作用ゾーンの前方に向かうわずかなシフトが示されている。図６の曲線から計算された以下の値は、前方へのシフトを表す。

二つの構造の間の値の差は小さいと思われるかもしれないが、望ましい幾何補正を行うために十分な大きさがある。偏向中心に対する装置の感度は、管のフェースプレートが平坦になると共に重要さが増す。
本発明は上記の例に限定されるべきではない。図示されない実施モードによれば、フレア状フロントエンドは、フレアがＺ軸に垂直ではなく、管の前方に傾けられ、例えば、円錐台形状を有する回転体の内壁を含む。この装置は、ピンの外側へのシフトによって発生された影響を増加させることが可能であり、同様に、コンバージェンス及びコマのような他のパラメータへの影響を増加し、残留幾何誤差制御を上記のパラメータから独立させる。
同様に、ピンの本数、すなわち、０乃至３０度の放射状の開口に形成されたワイヤ束の数は、スクリーンの寸法に依存し、３より大きい場合も小さい場合もある。
最後に、残留幾何誤差を制御する原理は、左右幾何形状を制御するためにも同様に使用することが可能であり、垂直偏向コイルの設計にも使用され得る。

Claims (2)

1. 陰極線管の表示スクリーンの第１の軸の方向に電子ビームを走査させるため偏向磁界を生成する垂直偏向コイルと、
   上記陰極線管の上記表示スクリーンの第２の軸の方向に上記電子ビームを走査させるため偏向磁界を生成する鞍形の水平偏向コイルと、
   上記垂直偏向コイルと上記水平偏向コイルとを取り付ける分離器と、
   上記垂直偏向コイル及び上記水平偏向コイルと協働し、永久磁石を含まない偏向ヨークを形成する透磁性コアとを含み、
   上記分離器は、上記陰極線管のネックの形状に適合したファネル状の第１の部分と、上記スクリーンの近くに上記分離器の前方部を形成する、Ｚ軸と直交する第２の部分とを有し、
   上記第１の部分及び上記第２の部分は、実質的に異なるフレアの程度を有し、上記水平偏向コイルは、１対の側方部と、上記スクリーンの近くの前方端旋曲部とを形成する複数の巻線旋曲部を含み、巻線コーナーが水平軸から０度乃至３０度の放射状角度範囲内で上記１対の側方部の中の一方の側方部と上記前方端旋曲部との間に形成され、
   上記巻線コーナーは、上記第１の部分と上記第２の部分の間の境界から遠ざけて上記分離器の上記第２の部分に配置され、
   上記水平偏向コイルは上記分離器の外側のユニットとして形成され、形成された後に上記偏向ヨークを形成するため上記分離器と組み付けられる、
   ビデオ表示偏向装置。
2. 上記水平偏向コイルは上記巻線コーナーを生成する格納式ピンを用いて巻線装置内で形成される、
   請求項１記載のビデオ表示偏向装置。

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