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PRODUCTION D'IMAGES COLOREES.
La présente invention a pour objet la production d'images co- lorées dans les sytèmes de télévision en couleurs et concerne en particu- lier des perfectionnements apportés aux tubes cathodiques objet du brevet principale destinés plus spécialement aux récepteurs de télévision en cou- ' leurs.
Plusieurs modèles de tubes ont été proposés déjà, en vue d'ob- tenir la restitution fidèle des couleurs sur un écran. Parmi ceux-ci., on peut citer le tube comportant plusieurs couches superposées de substances fluorescentes émettant différentes couleurs sous l'excitation d'un fais- ceau électronique dont l'intensité moyenne est commandée en fonction de la position de la couche qu'il doit exciter; le tube cathodique du brevet prin- cipal entre dans cette catégorieDans une réalisation de ce genre., les va- leurs de la haute tension nécessaires pour obtenir l'excitation des couches successives superposées, varient considérablement en fonction de la posi- tion de la couche considérée ; il faut donc disposer de sources d'alimenta- tion et de circuits de commande complexes.
Dans d'autres modèles de tubes, les différentes matières fluo- rescentes sont disposées en bandes adjacentes, ou constituent des séries de points disposés symétriquement, on balaie soit à l'aide d'un faisceau uni- que, que l'on dévie de façon appropriée pour qu'il excite les zones de l' écran donnant la couleur voulue, soit au moyen de plusieurs faisceaux as- sociés chacun à une couleur. Ces réalisations posent un grand nombre de pro- blèmes qui rendent difficiles l'obtention d'une bonne restitution des cou- leurs dans l'image finale.
Il est bien connu aussi d'effectuer la sélection des couleurs en disposant devant l'écran fluorescente à structure punctiforme, un cache perforé.
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La sélection des couleurs est assurée par la déflection synchrone du fais- ceau avant balayage, de façon à faire varier l'angle d'incidence du fais- ceau sur le cache. Le faisceau excite ainsi différents groupes de points sur l'écran fluorescent, correspondant aux images du cache données par des sources qui seraient disposées en des emplacements différents. Parmi les nombreux problèmes que présentent la construction et l'utilisation d'un tube de ce genre, on peut citer celui qui consiste à faire corres- pondre exactement les points des différentes matières fluorescentes avec les imagés des trous du cache ainsi obtenues. Le problème se complique du fait qu'avec des surfaces planes et parallèles, l'erreur de parallaxe doit être compensée par la forme du cache et la disposition des points fluorescents.
L'erreur de parallaxe provient de ce que le balayage n'est pas orthogonal. La dilatation thermique dans la gamme des températures ambiantes compromet aussi le fonctionnement du tube. En outre,, la brillan- ce de ce dernier est limitée, car la surface perforée du cache ne repré- sente théoriquement pas plus du tiers de la surface totale et., pratiquement, 10 à 15% seulement.
La présente invention propose une solution aux problèmes pré- cédemment exposés: elle consiste essentiellement à utiliser un cache perfo- ré, ainsi qu'il est mentionné plus haut, portant, sur les parties pleines, ,les taches de matières fluorescentes-donnant une émission lumineuse mono- chrome, lesdites taches étant déposées sur la face ne regardant pas le ca- non. Le fond de l'ampoule porte un revêtement transparent conducteur qui 'réfléchit les électrons, ayant traversé les ouvertures du cache, sur les 'taches de matières fluorescentes.
Selon une première variante de réalisation, ledit revêtement conducteur est associé à un second revêtement ayant un coefficient d'émis- sion secondaire élevé, et la sélection des taches est réalisée, ainsi qu' on l'a dit plus haut, par variation de l'angle d'incidence du faisceau sur le cache.
Selon une seconde variante de l'invention, le fond plat de l' ampoule porte uniquement un revêtement conducteur transparent servant d'é- lectrode réfléchissant les électrons ayant traversé le cache. Suivant la valeur de la différence de potentiel établie entre le cache et ladite élec- trode, le point d'impact des électrons réfléchis sur la face avant du cache varie.
L'on peut également combiner les deux moyens de commande du point d'impact du faisceau retombant sur la face avant du cache.
Les tubes réalisés selon la première variante de l'invention ne sont pas applicable uniquement à la télévision en couleur ; peuvent aussi servir dans un système de télévision en noir et blanc. En disposant de façon appropriée les ouvertures et les taches fluorescentes du cache, on obtient une brillance quatre fois plus élevée qu'avec un tube ordinaire, si la couche a un coefficient d'émission secondaire égal à 5.
Les tubes réalisés selon la deuxième variante de l'invention - ont sur les tubes déjà connus, les avantages suivants: ils utilisent une puissance moins importante, car les électrons frappent directement la sur- face que regarde l'observateur; ils comportent indiffé emment un ou plusieurs canons à électrons; ils reproduisent des images plus brillantes et plus fi- dèles, car, chaque point fluorescent étant excité individuellement, il n'y a pas de mélange de couleurs.
L'invention sera mieux comprise en se reportant à la descrip- tion suivante et aux figures qui l'accompagnent, données à titre d'exemples de réalisation non limitatifs.
- La figure 1 est une représentation schématique d'un tube ca- thodique correspondant à la première variante de l'invention.
- La figure 2 est une vue en coupe agrandie d'une partie de ce même tube.
- La figure 3 illustre une disposition des points fluorescents
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sur le cache, utilisé dans le tube de la figure 1.
- Les figures 4 & 5 représentent des fragments d'un tube catho- dique selon l'invention et illustrent certaines caractéristiques de son fonc- tionnement.
- La figure 6 représente une seconde disposition possible des différentes taches fluorescentes sur le cache.
- Les figures 7 à 10 inclus représentent schématiquement divers tubes cathodiques réalisés selon la seconde variante de l'invention.
- Les figures 11 & 12 montrent d'autres dispositions des taches fluorescentes sur le cache, utilisables dans les tubes des figures précédas - tes.
- La figure 13 illustre une partie du circuit cache-surface réfléchissante, utilisé dans les tubes des figures précédentes.
- La figure 14 est une courbe représentant les caractéristiques de fonctionnement du circuit de la figure 13.
Sur la figure 1 on a représenté un tube cathodique utilisant l'émission secondaire pour reproduire des' images colorées. Le tube est cons- titué par une enveloppe 1 dont la face terminale 2 est sphérique et recou- verte intérieurement d'un revêtement conducteur transparent 17, puis d'une couche à émission secondaire 18. Face à 18, on dispose un cache métallique 3 convexe et concentrique à la paroi terminale 2. Le cache est perforé et ses parties pleines portent des taches de substances fluorescente sur la face regardant la couche 18; la structure du cache apparaît clairement sur la figure 3. Le cône de l'enveloppe est recouvert partiellement d'une revê- tement conducteur 10, constituant la seconde canode du tube.
Le col renfer- me le filament chauffant 6, la cathode 7connectée à la masse par le con- ducteur 15, l'électrode de commande 8 et l'anode de concentration, ou pre- mière anode 9.
Autour du col, on dispose une bobine de déviation 11 qui modi- fie l'angle d'incidence du faisceau sur le cache 3 en réponse aux composan- tes de synchronisation des couleurs reçues. Une fois cet angle réglé, le faisceau électronique est soumis, comme d'habitude, à l'action d'une bobi- ne de concentration 12 et d'un système déflecteur 13.
En fonctionnement, une tension unidirectionnelle élevée, fournie par une source 23, alimente les anodes 9 & 10. De préférence, le cache 3 est maintenu au même potentiel que l'anode 10, par l'intermédiaire du conducteur intérieur 14. Le revêtement conducteur 17 est porté, au moy- en du conducteur 19, à un potentiel positif inférieur à celui du cache, La cathode 7 étant par définition, au potentiel zéro.
La figure 2 représente une coupe à grande échelle de la face terminale 2 et du cache 3 du tube précédemment décrit. Le cache est percé de trous 16 et muni de taches fluorescentes 4 de différentes couleurs, ainsi qu'il apparaît sur la figure 3. La couche conductrice .17 est cons- tituée, par exemple, par une mince pellicule de chlorure d'étain pelliculaire ou de chlorure d'étain évaporée sur le fond en verre de l'ampoule. La couche 18 est constituée par une substance également transparente, ayant un coef- ficient d'émission secondaire compris entre 5 et 10; le dépôt peut se faire par évaporation de la sus btance, puis condensation sur la couche 17. La ma- tière choisie peut être, par exemple, de l'oxyde de magnésium, du fluorure de magnésium, de l'oxyde d'aluminium ou du fluorure de calcium.
La figure 3 représente une fraction du cache 3, tel qu'on l' utilise dans le tube précédemment décrit. Les trous 16 sont disposés (le façon à former des hexagones symétriques centrés, les trous adjacents étant équidistants. Chaque trou est entouré de trois taches fluorescentes 20, 21, 22 occupant des positions angulaires symétriques autour de son centre,.
Dans une réalisation particulière de l'invention, les trous ont 0,13 mm
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de diamètre et la distance entre les centres de deux trous adjacentes est de 0,48 mm ; les points colorés ont environ 0,19 mm de diamètre et le cen- tre de chacun est situé à 0,19 mm du centre du trou voisin.
Dans le tube de la figure 1, le centre du cache sphérique et de la paroi terminale est sur l'axe du système déflecteur 13. En fonction- nement, le cache est maintenu de préférence au potentiel élevé . -le la seconde anode 10, de l'ordre de 10. 000 V. La couche conduc- trice 17 est portée à un potentiel permettant une émission secondaire maxi- mum, c'est-à-dire entre 400 et 600 volts ordinairement. Les électrons pri- maires, issus de la cathode 7 et déviés par la bobine 11, pénètrent par les trous 16 du cache, sont ralentis par le champ retardateur uniforme (établi entre le cache 2 et la couche 18 et défini par les équations données ci- après) et viennent frapper 18 avec une vitesse moyenne de l'ordre de 500 volts.
Le champ établi entre les deux surfaces concentriques étant unifor- me, il en résilte un effet négligeable de déconcentration. De plus, ce champ est de sens tel qu'il accélère les électrons secondaires libérés par le faisceau primaire; de cette fagon, ceux-ci frappent le cache 3 avec une vi- tesse inférieure seulement de 500 volts à celle du faisceau initial. Il est à remarquer que la plupart des électrons secondaires ont des vitesses initiales, dirigées dans n'importe quel sens, très faibles; il y a donc peu de dispersion.
La sélection des couleurs s'effectue par la commande de l'an- gle d'incidence du faisceau primaire sur les trous 16. Comme le montre l' analyse géométrique, les électrons qui pénètrent dans le champ retardateur par les trous 16 doivent frapper la surface à émission secondaire en un point opposé au point fluorescent du cache à exciter. A cause du ralentis- sement des électrons dans la région comprise entre 3 et 18, le faisceau qui pénètre dans un trou 16 en faisant avec la surface du cache un angle différent de la normale, suit une trajectoire courbe qui fait un angle de reflexion égal à l'angle d'incidence.
Il en résulte qu'il n'est pas nécessaire de dévier beaucoup le faisceau pour obtenir la sélection des couleurs et, par conséquent, que la déflection du faisceau primaire ne demande qu'une puissance assez faible.
L'emploi de surfaces sphériques pour le cache'3 et la couche à émission secondaire 18 donne lieu à d'importants avantages, parmi lesquels on peut citer le fait que le faisceau électronique est ainsi dirigé, en moyenne, normalement à la surface de 3 et que tous les trous et tous les groupes de taches fluorescentes ont une géométrie, identique; cette cons- truction particulière simplifie aussi le problème du maintien d'une concen- tration uniforme des électrons sur toute la surface balayée et permet d' obtenir une déflection de balayage plus linéaire qu'avec des surfaces planes.
Selon une réalisation particulière de l'invention, le rayon de courbure de la paroi terminale, de 40 cm de diamètre, mesure 60 cm.
La figure 4 est un schéma permettant de comprendre le fonction- nement d'un tube cathodique selon la deuxième variante de réalisation de l'invention; (cf. fig. 7 & 8); il représente un canon à électron 24 proje- tant un faisceau 25 sur la face terminale transparente 2 du tube cathodi- que, et un cache 3, parallèle à la face terminale plane, disposé entre . celle-ci et le canon, et percé d'un trou 16 par lequel passe le faisceau 25. La face terminale 2 est, en outre, recouverte intérieurement de la couche conductrice 17.
Dans ce système, conformément à l'invention, la cathode du canon 24 est maintenue, ainsi qu'il a été dit plus haut, au potentiel de masse, ou potentiel zéro, le cache 3, à un potentiel V positif par rap- port à la cathode, et la face terminale 2, à un potentiel V intermédiai- re entre les potentiels de la cathode et du cache.
Dans ces conditions, il s'établit entre la face 2 et le cache 3 un champ uniforme (V -V) F= (Vo-Vc)/S (1)
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où S est la distance qui sépare 2 et 3; ce champ uniforme est un champ re- tardateur pour le faisceau électroniqueSi F est suffisamment intense, la trajectoire des électrons se recourbe entre 2 et 3;
le faisceau est réflé- chi et vient frapper le cache en un point distant de x du trou 16. On peut démontrer que l'équation de la trajectoire du faisceau électronique dans cette zone est égale à
EMI5.1
La longueur maximum dont le faisceau 25 pénètre dans ce champ retardateur est donnée prr
EMI5.2
Si la face terminale est considérée comme un réflecteurla tension réfléchis- sante V doit toujours être inférieure à V cos2 [alpha]pour empêcher le faisceau d'atteindre 2.
La distance x comprise entre le point où le faisceau pénètre dans le champ retardateur - c'est-à-dire le trou 16 - et le point où il re- vient frapper le cache est égale à
EMI5.3
De cette équation, il apparaît que x varie lorsqu'on modifiessoit l'angle d'incidence [alpha] du faisceau sur le cache, à son entrée dans le champ retardateur, soit la valeur du champ F par modification de la tension V ou de la tension Vo'soit la vitesse initiale du faisceau, en faisant varier Vo' L'équation (4) montre également que, si le rapport Vo/Vc reste constant, la distance x demeure constante., Il apparaît donc que, dans la me- sure où cette condition est assurée, un tube fonctionnant ainsi qu'il est re- présenté par la figure 4,
ne nécessite pas une source d'alimentation en tension unidirectionnelle qui soit maintenue constante avec une grande précision.
La figure 5 représente la partie utile d'un tube de télévision en couleur,fonctionnant ainsi qu'il vient d'être dit. Le fond en verre 2 est recouvert d'un dépôt conducteur 17, de chlorure d'étain, par exemple, ou, en variante, d'une grille métallique fine à:larges mailles. Cette surface conductrice est portée à la tension réfléchissante V Les trous 16 du cache 3 ont un diamètre h. Entre trous adjacents, on applique, par peinture ou tout autre procédé des séries de trois taches fluorescentes 20, 21, 22 donnant respectivement une émission rouge., verte ou bleue.. En réglant la tension réflé- chissante V on obtient l'excitation des taches de la couleur voulue.
Dans une réalisation particulière,, représentée sur les figures 5 & 6, le faisceau 25 se réfléchit sur un point à fluorescence verte, distant de (2+4n) h du trou par lequel il est entré dans la région où règne le champ retardateur. Le nom- bre des trous situés entre le point où le faisceau pénètre dans ladite région et le point où il frappe le cache 3 est donné par n dans la formule précédente.
Pour exciter la substance à fluorescence rouge 20, il faut diminuer légèrement la valeur V ;de mêmes pour exciter la substance à fluorescence bleue 22, il faut l'augmcenter, Ainsi,, le changement de valeur de Vpermet l'excitation appropriée des taches en l'une ou l'autre des matières fluorescentes.
Les points de 1-limage rouge correspondent aux déviations (1+4n) h et les points de l'image bleue, aux déviations (3+4n)'h. On montre donc que, si n est grand., la tension V doit, pour passer des points à fluorescence rouge aux points à flu- orescence bleue varier d'une valeur donnée par
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EMI6.1
Dans l'équation précédentes V est la tension de polarisation fixe appliquée au réflecteur 2 et v est la quantité dont a varié la tension du réflecteur à partir de cette valeur.
La distance S qui sépare la face terminale 2 du cache 3 est donnée aux termes des autres paramètres du tube par
EMI6.2
La capacité entre le réflecteur ou face terminale 2 et le ca-
EMI6.3
che 3 est donnée par D'\r OSin2,,( fd (7) -0.176 eV =v ) (1+2n)h où D est le diamètre de la face terminale et h le diamètre des trous du cache, tous deux exprimés en pouces.
D'après les équations (5) et (7), on peut voir l'avantage qu'il y a à ce que le tube illustré sur la figure 5 fonctionne suivant un mode corres- pondant à n élevé. On réduit ainsi la valeur de la tension de signal nécessai- re et l'on augmente en même temps la distance S, de telle sorte que la capaci- té C se trouve diminuée. La puissance requise pour le fonctionnement d'un tu- be de télévision en couleur selon l'invention est donc inférieure à celle que nécessitent les tubes de télévion en couleur connus. Selon une réalisation de l'invention, on a obtenu des résultats satisfaisants avec n=40 qui correspond à un déplacement x = 2,5 cm.
Les équations (6) et (7) montrent que, lorsque l'angle (Entend vers 90 ,la valeur de S croît rapidement et la capacité diminue. Toutefois., l'augmentation de la valeur de [alpha]se trouve limitée du fait que, lorsqu'elle approche 90 , la vitesse du faisceau diminue au sommet de sa trajectoire.
Si, en ce point, la vitesse devient très faible, le faisceau s'élargit par effet de charge d'espace., et, dans ces conditions, il y a impossibilité d'ob- tenir sur l'écran un spot suffisamment fin.
Comme il a été dit précédemment on peut utiliser le premier moyen décrit pour la sélection des couleurs, en maintenant constante la ten- sion réfléchissante Vet en faisant varier l'angle d'incidence [alpha] Dans ces conditions, l'angle OC exprimé en radians dont doit varier l'angle pour que le point d'impact du faisceau réfléchi passe d'un point rouge au point bleu du même groupe, est donne par :
EMI6.4
La valeur de S, donnée par Inéquation (6) s'applique aussi à ce mode de fonctionnement Ici encore,une petite déflection du faisceau est d'autant plus sensible que n est plus grand et (plus proche de 90 .
La figure 6 représente une des multiples dispositions possi- bles des trous 16 et des taches fluorescentes 20, 21, 22 sur le cache 3.
Le cache et la face terminale du tube sont courbes (comme il apparait sur la figure 1) ou planes (comme il apparaît sur les figures 4 & 5).
Sur la figure 7 on a représenté un tube cathodique réalisé selon l'invention. Les éléments identiques à ceux du tube de la figure 1 portent les mêmes numéros de référence. Il est constitué par une enveloppe 1 dont la face terminale 2 est transparente et ne porte aucun revêtement, et dont le col renferme les éléments connus à savoir le filament chauffant 6, la cathode 7, l'électrode de commande 8 et la première anode 9. La seconde anode est cons-
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tituée par le revêtement conducteur 10 recouvrant la paroi interne de l'am- poule; elle est connectée en 31 à un circuit extérieur. En variante la se- conde anode peut être constituée par une portion métallique de l'enveloppe 1.
L'axe longitudinal du col faits avec la face en verre 2, un angle différent de 90 . Entre le cache 3 et la face terminale, on dispose une électrode ré- fléchissante 30 qui joue le rôle du revêtement conducteur 17 illustré sur les figures 4 & 5. Entre le cache et la première anode, on place une bobine de' ' concentration 26 connue en soi, et, dans le cas d'un tube càthodique à déflec- tion électromagnétique, deux bobines de déviation horizontale et verticale 27 & 28.
Pour éliminer une distorsion qui peut se produire au cours du fonctionnement du tube décrit ci-dessus,. et qui est connue sous le nom de "distorsion en trapèze";, il est bon de corriger le courant fourni aux bobines déflectrices 27 & 28. Il est désirable aussi parfois de compenser les distor- sions se produisant vers la périphérie du tube, par suite de la modification de l'angle d'incidence du faisceau. On peut effectuer cette correction en variant,,, soit l'espacement des trous et des points fluorescents dans les dif- férentes régions du cache,soit la distance entre le cache et l'électrode réfléchissante .
Cette dernière solution est adoptée dans le cas du tube de la figure 7, où, comme on le voit, la distance entre 3 & 30 est plus grande en haut qu'en bas. Il faudrait de même augmenter cette distance dans un plan perpendiculaire au plan de figure. Ce mode de compensation conduit à une électrode réfléchissante courbe suivant deux directions, lorsque le cache est plan.
La figure 8 représente un tube cathodique à déflection et à foca- lisation électrostatiques. Dans le cas sont disposés une anode de concentra- tion 32 et une seconde anode 33, ou anode d'accélération; toutes deux influent sur le faisceau électronique avant son entrée dans la zone d'influence des plaques déflectrices horizontales et verticales 34 &, 35.
Dans ce tube, la distance qui sépare le cache de l'électrode réfléchissante 30 est constante; la distorsion mentionnée plus haut est compensée par des'circuits extérieurs- appro- priés 36.Pour compenser les variations de la déviation de faisceau sur les bords du cache,,, par rapport à celle obtenue au centre,,on peut utiliser le premier procédé ci- té ci-dessus, à savoirs varier 1?espacement des trous et des points fluorescents sur le cache 3;on peut aussi., en variante;, faire varier la tension de l'électrode réflé- chissante avec la position du faisceau, au cours du balayage.
Les tubes illustrés sur les figures 7 & 8 fonctionnent de là façon suivante pour reproduire une image en couleurs la composante video du signal de télévision est appliquée à 1?électrode de commande 8, qui module le faisceau électronique. Les composantes de synchronisation sont transmises aux systèmes déflecteurs - aux bobines 27, 28, dans le cas de la figure 7,aux plaques 34s35s dans le cas de la figure 8. En même temps.,, les signaux de syn- chronisation des couleurs sont délivrés à l'électrode réfléchissante 30, ou, en variante, au cache 3. Ainsi., le faisceau électronique., balayant la surface du cache, le traverse et se trouve réfléchi sous Inaction du champ retardateur établi entre 3 & 30.
Simultanément, la différence de potentiel entre ces deux électrodes varie en fonction des signaux de synchronisation de couleur reçus, afin que le faisceau vienne frapper le point à fluorescence de couleur voulue sur la surface de 3 regardant la face terminale 2. N'importe quel tube-peut ainsi reproduire une image colorée à partir d'un signal de télévision en cou- leur qui comprend, outre le signal video et les signaux de synchronisationdebalayage ligne et de balayage image, une composante de synchronisation des couleurs.
Les tubes réalisés ainsi qu'il vient d'être dit;, sont utilisables dans tous les systèmes de télévision en couleur. Dans le cas du système simultané, il faut changer les informations colorées reçues simultanéments en signaux de couleur que lon peut utiliser successivement pour alimenter le tube. Les si- gnaux contenant 1?information, et convertis en signaux séquentiels peuvent servir à commander l'intensité du faisceau, tandis qu'il balaie les différen- tes substances fluorescentes, pour reproduire fidèlement l'image colorée ou.,
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en variante, à commander le moment d'excitation de chaque différente matiè- re fluorescente.
La figure 9 représente un tube cathodique réalisé' selon l'in- vention, dans lequel on modifie l'angle d9incidence du faisceau sur le cache, pour choisir les points fluorescents à exciter. Ce tube est constitué par une enveloppe 1 et renferme trois canons à électrons 37, 38 & 39. Entre les élec- trodes de commande 8 de chaque canon et la paroi terminale 2 sont disposées une anode de concentration 40, une anode accélératrice 41 et un cache 3. La face interne de la paroi terminale 2 est recouverte d'une couche conductrice transparente 17 ou d'une fine grille métallique, également transparente. Au- tour du col du tube se trouve le système de déflection 42 constitué par les bobines déflectrices s horizontale et verticale.
Les deux anodes 40 & 41 sont percées d'ouvertures 43, 44 respectivement, alignées avec les ouvertures des électrodes de commande des trois canons.
Le tube de la figure 9 fonctionne de la façon suivante : les différentes composantes monochromes de l'image sont séparées à l'aide des circuits connus en soi (non représentés), puis appliquées individuellement à l'électrode de commande du canon correspondant. Suivant le type du signal re- cu, ces trois composantes sont délivrées simultanément ou successivement. En tout cas, un champ retardateur uniforme s'établit entre le cache 3 et la sur- face réfléchissante 17 sous l'action de potentiels unidirectionnels appropriés que l'on applique à ces deux éléments par l'intermédiaire des conducteurs 14 & 19. Si le cache 3 a une structure analogue à celle représentée sur la figu- re 6, les trois canons sont, de préférence, disposés parallèlement à l'axe du tube.
La figure 10 représente une variante de réalisation d'un tube cathodique selon l'invention.. ayant un seul canon, où l'excitation des diffé- rentes matières fluorescentes est commandée par la variation de l'angle d'in- cidence du faisceau sur le cache. Le tube renferme une cathode 7, une électro- de de commande 45, une première et une seconde anode, 46 & 47. Une bobine de déviation 11, analogue à celle du tube de la figure 1, est adjacente extérieu- rement à l'anode 47, à laquelle elle transmet des impulsions de courant telles que l'angle d'incidence du faisceau varie suivant la couleur à reproduire.
Les déviations du faisceau s'effectuent ainsi qu9il a été dit dans la descrip- tion de la figure 1. La face terminale 2 et le cache 3 ont même courbure et l'on établit entre eux un champ uniforme retardateur. Le tube de la figure 10 fonctionne avec n'importe quel type de signal, qu'il vienne d'un système sé- quentiel par points,par lignes, ou par images.
La figure 11 représente un fragment de la structure d'un cache utilisable dans les tubes qui fonctionnent par variation de l'angle d'inciden- ce du faisceau. Les différents points fluorescents bleusverts et rouges sont disposés symétriquement par rapport aux trous 16; de la sorte, une simple va- riation de l'angle d'incidence du faisceau sur le cache donne la couleur dési- rée.
La figure 12 représente une variante de disposition des taches fluorescentes sur le cache. Les différentes substances fluorescentes constituent des bandes adjacentes horizontales ou verticales, et les trous sont alignés dans le même sens, entre chaque groupe de trois bandes. Le cache est, de préférence, en métal et les trous s'obtiennent par attaque chimique, découpage ou poinçon- nage d'ouvertures rectangulaires 48 séparées par des bandes étroites 49. Dans les différentes structures du cache, illustrées sur les figures 6, 11 et 12, les points fluorescents sont reproduits suivant des dessins identiques autour de chaque trou.
La figure 13 représente une partie d'un circuit d'alimentation des électrodes 3 & 17 qui supprime la nécessité d'un réglage. La tension uni- directionnelle Vest appliquée au cache 3 par l'intermédiaire du revêtement conducteur 10 du tube de la figure 7, ou., en variante, de la portion métallique de l'enveloppe. La tension V est appliquée aux bornes d'une résistance jouant le rôle de diviseur de tension 50, dont le curseur 51 est connecté au conduc-
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teur 19.Ce dernier est relié aussi à une source 53 de tension de synchroni- sation des couleurs par l'intermédiaire du condensateur 52.
En fonctionnement, la tension de la source 53 varie,mais le rapport de la tension unidirectionnelle Vc/Vc reste constant; de la sortes la distance x dont est dévié le faisceau electronique, (qui ne dépend que du rapport pré- cité) demeure constante.
La figure 14 illustre un type d'onde de tension délivrée à un ensemble particulier, cache-électrode réfléchissante.La courbe 54 représente la tension unidirectionnelle constante fournie à 1?électrode 3, ou cache, tandis que la courbe 55 montre la tension délivrée à 1?électrode réfléchissan- te.
Pour obtenir un fonctionnement satisfaisante la variation de la tension V due aux signaux de synchronisation des couleurs, doit représenter un très faible pourcentage de la tension totale appliquée à l'électrode réfléchis- sante.
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PRODUCTION OF COLORFUL IMAGES.
The object of the present invention is the production of colored images in color television systems and relates in particular to improvements made to the cathode ray tubes which are the subject of the main patent intended more especially for color television receivers.
Several tube models have already been proposed, with a view to obtaining faithful reproduction of colors on a screen. Among these, we can cite the tube comprising several superimposed layers of fluorescent substances emitting different colors under the excitation of an electron beam whose average intensity is controlled as a function of the position of the layer it must excite; the cathode ray tube of the main patent falls into this category. In an embodiment of this kind, the values of the high voltage necessary to obtain the excitation of the successive superimposed layers, vary considerably according to the position of the layer. considered; it is therefore necessary to have available power sources and complex control circuits.
In other models of tubes, the different fluorescent materials are arranged in adjacent bands, or constitute a series of points arranged symmetrically, one scans either with the aid of a single beam, which one deflects from suitable way so that it excites the areas of the screen giving the desired color, or by means of several beams each associated with a color. These embodiments pose a large number of problems which make it difficult to obtain a good reproduction of the colors in the final image.
It is also well known to carry out the selection of colors by placing a perforated cover in front of the fluorescent screen with a punctiform structure.
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Color selection is ensured by the synchronous deflection of the beam before scanning, so as to vary the angle of incidence of the beam on the cover. The beam thus excites different groups of points on the fluorescent screen, corresponding to the cache images given by sources which would be arranged in different locations. Among the many problems with the construction and use of such a tube is that of making the dots of the different fluorescent materials exactly match the images of the mask holes thus obtained. The problem is further complicated by the fact that with flat and parallel surfaces, the parallax error must be compensated for by the shape of the mask and the arrangement of the fluorescent dots.
The parallax error is that the scan is not orthogonal. Thermal expansion in the range of ambient temperatures also compromises the operation of the tube. In addition, the gloss of the latter is limited, since the perforated surface of the mask does not represent theoretically more than a third of the total surface and, in practice, only 10 to 15%.
The present invention proposes a solution to the problems previously exposed: it essentially consists in using a perforated cover, as mentioned above, bearing, on the solid parts, the spots of fluorescent materials giving an emission. luminous monochromatic, said spots being deposited on the face not looking at the cannon. The bottom of the bulb has a transparent conductive coating which reflects electrons, having passed through the apertures of the cover, onto the spots of fluorescent material.
According to a first variant embodiment, said conductive coating is associated with a second coating having a high secondary emission coefficient, and the selection of the spots is carried out, as stated above, by varying the l. angle of incidence of the beam on the cover.
According to a second variant of the invention, the flat bottom of the bulb carries only a transparent conductive coating serving as an electrode reflecting the electrons which have passed through the mask. Depending on the value of the potential difference established between the shield and said electrode, the point of impact of the electrons reflected on the front face of the shield varies.
It is also possible to combine the two means of controlling the point of impact of the beam falling on the front face of the cover.
The tubes produced according to the first variant of the invention are not applicable only to color television; can also be used in a black and white television system. By properly arranging the apertures and fluorescent spots of the cover, one obtains a brightness four times higher than with an ordinary tube, if the layer has a secondary emission coefficient equal to 5.
The tubes produced according to the second variant of the invention - have the following advantages over the tubes already known: they use less power, since the electrons strike directly the surface which the observer is looking at; they either include one or more electron guns; they reproduce brighter and more faithful images because, each fluorescent point being individually excited, there is no mixing of colors.
The invention will be better understood by referring to the following description and to the figures which accompany it, given by way of non-limiting exemplary embodiments.
- Figure 1 is a schematic representation of a cathode tube corresponding to the first variant of the invention.
- Figure 2 is an enlarged sectional view of part of the same tube.
- Figure 3 illustrates an arrangement of fluorescent dots
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on the cover, used in the tube of figure 1.
- Figures 4 & 5 show fragments of a cathode ray tube according to the invention and illustrate certain characteristics of its operation.
- Figure 6 shows a second possible arrangement of the various fluorescent spots on the cover.
- Figures 7 to 10 inclusive schematically represent various cathode ray tubes produced according to the second variant of the invention.
- Figures 11 & 12 show other arrangements of fluorescent spots on the cover, usable in the tubes of the previous figures.
- Figure 13 illustrates part of the reflective surface cover circuit, used in the tubes of the previous figures.
- Figure 14 is a curve showing the operating characteristics of the circuit of Figure 13.
In Figure 1 there is shown a cathode ray tube using the secondary emission to reproduce colored images. The tube is made up of a casing 1, the end face 2 of which is spherical and covered on the inside with a transparent conductive coating 17, then with a secondary emission layer 18. Facing 18, a metal cover 3 is placed. convex and concentric with the end wall 2. The cover is perforated and its solid parts bear spots of fluorescent substances on the face looking at the layer 18; the structure of the cover appears clearly in FIG. 3. The cone of the casing is partially covered with a conductive coating 10, constituting the second canode of the tube.
The neck contains the heating filament 6, the cathode 7connected to earth by the conductor 15, the control electrode 8 and the concentration anode, or first anode 9.
Around the neck, there is a deflection coil 11 which modifies the angle of incidence of the beam on the cover 3 in response to the synchronization components of the colors received. Once this angle has been set, the electron beam is subjected, as usual, to the action of a concentration coil 12 and a deflector system 13.
In operation, a high unidirectional voltage, supplied by a source 23, supplies the anodes 9 & 10. Preferably, the cover 3 is maintained at the same potential as the anode 10, via the internal conductor 14. The conductive coating 17 is brought, by means of the conductor 19, to a positive potential lower than that of the cover, the cathode 7 being by definition at zero potential.
FIG. 2 represents a cross-section on a large scale of the end face 2 and of the cover 3 of the tube described above. The cover is pierced with holes 16 and provided with fluorescent spots 4 of different colors, as shown in FIG. 3. The conductive layer .17 is formed, for example, by a thin film of tin chloride film. or tin chloride evaporated on the glass bottom of the ampoule. Layer 18 consists of a substance which is also transparent, having a secondary emission coefficient of between 5 and 10; the deposition can be done by evaporation of the substrate, then condensation on the layer 17. The material chosen can be, for example, magnesium oxide, magnesium fluoride, aluminum oxide or calcium fluoride.
FIG. 3 represents a fraction of the cover 3, as used in the tube previously described. The holes 16 are arranged so as to form symmetrical centered hexagons, the adjacent holes being equidistant. Each hole is surrounded by three fluorescent spots 20, 21, 22 occupying symmetrical angular positions around its center.
In a particular embodiment of the invention, the holes have 0.13 mm
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in diameter and the distance between the centers of two adjacent holes is 0.48 mm; the colored dots are about 0.19 mm in diameter and the center of each is located 0.19 mm from the center of the neighboring hole.
In the tube of FIG. 1, the center of the spherical cover and of the end wall is on the axis of the deflector system 13. In operation, the cover is preferably maintained at high potential. the second anode 10, of the order of 10,000 V. The conductive layer 17 is brought to a potential allowing maximum secondary emission, that is to say between 400 and 600 volts ordinarily. The primary electrons, coming from the cathode 7 and deflected by the coil 11, penetrate through the holes 16 of the cache, are slowed down by the uniform retarding field (established between the cache 2 and the layer 18 and defined by the equations given below. - after) and strike 18 with an average speed of around 500 volts.
The field established between the two concentric surfaces being uniform, there is a negligible effect of deconcentration. In addition, this field has a meaning such that it accelerates the secondary electrons released by the primary beam; in this way, they strike the cover 3 with a speed only 500 volts lower than that of the initial beam. It should be noted that most of the secondary electrons have initial speeds, directed in any direction, very low; there is therefore little dispersion.
The selection of colors is carried out by controlling the angle of incidence of the primary beam on holes 16. As shown by geometric analysis, the electrons which enter the retarding field through holes 16 must hit the field. secondary emission surface at a point opposite the fluorescent point of the mask to be excited. Because of the slowing down of the electrons in the region between 3 and 18, the beam which enters a hole 16 making with the surface of the mask an angle different from the normal, follows a curved path which makes an equal angle of reflection. at the angle of incidence.
As a result, it is not necessary to deflect the beam much to achieve color selection and therefore the deflection of the primary beam requires only a fairly low power.
The use of spherical surfaces for the cover '3 and the secondary emission layer 18 gives rise to important advantages, among which we can mention the fact that the electron beam is thus directed, on average, normally to the surface of 3. and that all the holes and all the groups of fluorescent spots have identical geometry; this particular construction also simplifies the problem of maintaining a uniform concentration of electrons over the entire scanned area and allows for a more linear scan deflection than with flat surfaces.
According to a particular embodiment of the invention, the radius of curvature of the end wall, 40 cm in diameter, measures 60 cm.
FIG. 4 is a diagram making it possible to understand the operation of a cathode ray tube according to the second variant embodiment of the invention; (see fig. 7 &8); it shows an electron gun 24 projecting a beam 25 onto the transparent end face 2 of the cathode ray tube, and a cover 3, parallel to the flat end face, disposed between. the latter and the barrel, and pierced with a hole 16 through which passes the beam 25. The end face 2 is, moreover, covered internally with the conductive layer 17.
In this system, in accordance with the invention, the cathode of the gun 24 is maintained, as was said above, at the ground potential, or zero potential, the mask 3, at a potential V positive with respect to at the cathode, and the end face 2, at a potential V intermediate between the potentials of the cathode and of the mask.
Under these conditions, a uniform field (V -V) F = (Vo-Vc) / S (1) is established between face 2 and mask 3
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where S is the distance between 2 and 3; this uniform field is a retarding field for the electron beam. If F is sufficiently intense, the trajectory of the electrons curves between 2 and 3;
the beam is reflected and hits the mask at a point x distant from hole 16. It can be shown that the equation of the trajectory of the electron beam in this zone is equal to
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The maximum length of which the beam 25 penetrates in this delay field is given prr
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If the end face is considered a reflector, the reflective voltage V must always be less than V cos2 [alpha] to prevent the beam from reaching 2.
The distance x between the point where the beam enters the retarding field - that is to say the hole 16 - and the point where it hits the cover again is equal to
EMI5.3
From this equation, it appears that x varies when one modifies either the angle of incidence [alpha] of the beam on the mask, on its entry into the retarding field, or the value of the field F by modification of the voltage V or of the voltage Vo is the initial speed of the beam, by varying Vo 'Equation (4) also shows that, if the ratio Vo / Vc remains constant, the distance x remains constant., It therefore appears that, in the me - sure where this condition is ensured, a tube functioning as shown in figure 4,
does not require a unidirectional voltage supply source which is kept constant with high precision.
Figure 5 shows the useful part of a color television tube, operating as just said. The glass bottom 2 is covered with a conductive deposit 17, of tin chloride, for example, or, as a variant, with a fine metal grid with: large meshes. This conductive surface is brought to the reflecting voltage V The holes 16 of the cover 3 have a diameter h. Between adjacent holes, is applied, by painting or any other process, series of three fluorescent spots 20, 21, 22 giving respectively a red, green or blue emission. By adjusting the reflective voltage V the excitation of the rays is obtained. spots of the desired color.
In a particular embodiment, represented in FIGS. 5 & 6, the beam 25 is reflected on a point with green fluorescence, distant (2 + 4n) h from the hole through which it entered the region where the retarding field prevails. The number of holes situated between the point where the beam penetrates into said region and the point where it hits the mask 3 is given by n in the preceding formula.
To excite the red fluorescent substance 20, it is necessary to decrease the value V slightly; similarly to excite the blue fluorescent substance 22, it is necessary to increase it. Thus, the change of value of V allows the appropriate excitation of the spots in either fluorescent material.
The points of 1-red image correspond to deviations (1 + 4n) h and the points of the blue image correspond to deviations (3 + 4n) 'h. We therefore show that, if n is large., The voltage V must, in order to pass from the points with red fluorescence to the points with blue fluorescence, vary by a value given by
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In the previous equation V is the fixed bias voltage applied to reflector 2 and v is the amount by which the reflector voltage has changed from this value.
The distance S which separates the end face 2 from the cover 3 is given under the terms of the other parameters of the tube by
EMI6.2
The capacitance between the reflector or end face 2 and the
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che 3 is given by D '\ r OSin2 ,, (fd (7) -0.176 eV = v) (1 + 2n) h where D is the diameter of the end face and h the diameter of the holes in the cover, both expressed in inches.
From equations (5) and (7), it can be seen the advantage that the tube illustrated in Fig. 5 operates in a high n mode. This reduces the value of the required signal voltage and at the same time increases the distance S, so that the capacitance C is reduced. The power required for the operation of a color television tube according to the invention is therefore less than that required by known color television tubes. According to one embodiment of the invention, satisfactory results have been obtained with n = 40 which corresponds to a displacement x = 2.5 cm.
Equations (6) and (7) show that, when the angle (hears around 90, the value of S increases rapidly and the capacitance decreases. However, the increase in the value of [alpha] is limited because that as it approaches 90, the speed of the beam decreases at the top of its path.
If, at this point, the speed becomes very low, the beam widens by the effect of space charge., And, under these conditions, it is impossible to obtain a sufficiently fine spot on the screen.
As has been said previously, the first means described can be used for the selection of colors, by keeping the reflecting voltage V and constant by varying the angle of incidence [alpha] Under these conditions, the angle OC expressed in radians the angle of which must vary for the point of impact of the reflected beam to change from a red point to the blue point of the same group, is given by:
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The value of S, given by Inequation (6) also applies to this operating mode Here again, a small deflection of the beam is all the more sensitive as n is larger and (closer to 90.
FIG. 6 represents one of the multiple possible arrangements of the holes 16 and of the fluorescent spots 20, 21, 22 on the cover 3.
The cover and the end face of the tube are curved (as it appears in figure 1) or flat (as it appears in figures 4 & 5).
FIG. 7 shows a cathode ray tube produced according to the invention. The elements identical to those of the tube of Figure 1 bear the same reference numbers. It consists of an envelope 1, the end face 2 of which is transparent and bears no coating, and whose neck contains the known elements, namely the heating filament 6, the cathode 7, the control electrode 8 and the first anode 9 The second anode is made
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titué by the conductive coating 10 covering the internal wall of the bulb; it is connected at 31 to an external circuit. As a variant, the second anode can be constituted by a metallic portion of the casing 1.
The longitudinal axis of the neck made with the glass face 2, an angle other than 90. Between the cover 3 and the end face, there is a reflective electrode 30 which acts as the conductive coating 17 illustrated in Figures 4 & 5. Between the cover and the first anode, a concentration coil 26 is placed. known per se, and, in the case of an electromagnetic deflection thermal tube, two horizontal and vertical deflection coils 27 & 28.
To eliminate distortion which may occur during operation of the tube described above ,. and which is known as "trapezoidal distortion"; it is good to correct the current supplied to the deflector coils 27 & 28. It is also sometimes desirable to compensate for the distortions occurring towards the periphery of the tube, by following the modification of the angle of incidence of the beam. This correction can be made by varying either the spacing of the holes and fluorescent dots in the different regions of the mask, or the distance between the mask and the reflecting electrode.
This last solution is adopted in the case of the tube of FIG. 7, where, as can be seen, the distance between 3 & 30 is greater at the top than at the bottom. It would also be necessary to increase this distance in a plane perpendicular to the plane of the figure. This compensation mode results in a reflecting electrode curved in two directions, when the cover is plane.
Figure 8 shows an electrostatic deflection and focusing cathode ray tube. In the case are arranged a concentration anode 32 and a second anode 33, or acceleration anode; both influence the electron beam before it enters the zone of influence of the horizontal and vertical deflector plates 34 &, 35.
In this tube, the distance which separates the cover from the reflecting electrode 30 is constant; the aforementioned distortion is compensated for by appropriate external circuits 36. To compensate for variations in the beam deviation at the edges of the mask ,,, compared to that obtained at the center ,, the first method can be used above, viz. vary the spacing of the holes and fluorescent dots on the cover 3; alternatively, it is also possible to vary the voltage of the reflective electrode with the position of the beam, during the scan.
The tubes illustrated in Figures 7 & 8 function in the following way to reproduce a color image where the video component of the television signal is applied to the control electrode 8, which modulates the electron beam. The synchronization components are transmitted to the deflector systems - to the coils 27, 28, in the case of figure 7, to the plates 34s35s in the case of figure 8. At the same time, the color synchronization signals are delivered to the reflecting electrode 30, or, in a variant, to the cover 3. Thus., the electron beam., scanning the surface of the cover, passes through it and is reflected under Inaction of the retarding field established between 3 & 30.
At the same time, the potential difference between these two electrodes varies depending on the color synchronization signals received, so that the beam hits the fluorescent spot of the desired color on the surface of 3 looking at the end face 2. Any tube can thus reproduce a colored image from a color television signal which comprises, in addition to the video signal and the line scan synchronization and image scan signals, a color synchronization component.
The tubes produced as described above can be used in all color television systems. In the case of the simultaneous system, it is necessary to change the colored information received simultaneously into color signals which can be used successively to feed the tube. The signals containing the information, and converted into sequential signals, can be used to control the intensity of the beam, as it scans the different fluorescent substances, to faithfully reproduce the colored image or.
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alternatively, controlling the moment of excitation of each different fluorescent material.
FIG. 9 shows a cathode ray tube made according to the invention, in which the angle of incidence of the beam on the mask is modified in order to choose the fluorescent points to be excited. This tube consists of a casing 1 and contains three electron guns 37, 38 & 39. Between the control electrodes 8 of each gun and the end wall 2 are arranged a concentration anode 40, an accelerator anode 41 and a cover 3. The internal face of the end wall 2 is covered with a transparent conductive layer 17 or with a thin metal grid, also transparent. Around the neck of the tube is the deflection system 42 consisting of the horizontal and vertical deflector coils.
The two anodes 40 & 41 are pierced with openings 43, 44 respectively, aligned with the openings of the control electrodes of the three guns.
The tube of FIG. 9 operates as follows: the various monochrome components of the image are separated using circuits known per se (not shown), then applied individually to the control electrode of the corresponding gun. Depending on the type of signal received, these three components are delivered simultaneously or successively. In any case, a uniform retarding field is established between the cover 3 and the reflecting surface 17 under the action of appropriate unidirectional potentials which are applied to these two elements via the conductors 14 & 19. If the cover 3 has a structure similar to that shown in FIG. 6, the three barrels are preferably arranged parallel to the axis of the tube.
FIG. 10 shows an alternative embodiment of a cathode ray tube according to the invention having a single gun, where the excitation of the different fluorescent materials is controlled by the variation of the angle of incidence of the beam. on the cache. The tube contains a cathode 7, a control electrode 45, a first and a second anode, 46 & 47. A deflection coil 11, similar to that of the tube of FIG. 1, is externally adjacent to the tube. anode 47, to which it transmits current pulses such that the angle of incidence of the beam varies according to the color to be reproduced.
The deflections of the beam are effected as has been said in the description of FIG. 1. The end face 2 and the cover 3 have the same curvature and a uniform retarding field is established between them. The tube of Figure 10 works with any type of signal, whether it comes from a dot, line, or frame sequential system.
Figure 11 shows a fragment of the structure of a cover usable in tubes which operate by varying the angle of incidence of the beam. The various blue-green and red fluorescent dots are arranged symmetrically with respect to the holes 16; in this way, a simple variation of the angle of incidence of the beam on the mask gives the desired color.
FIG. 12 represents an alternative arrangement of the fluorescent spots on the cover. The different fluorescent substances form adjacent horizontal or vertical bands, and the holes are aligned in the same direction, between each group of three bands. The cover is preferably made of metal and the holes are obtained by etching, cutting or punching rectangular openings 48 separated by narrow strips 49. In the different structures of the cover, illustrated in Figures 6, 11 and 12, the fluorescent dots are reproduced in identical patterns around each hole.
Figure 13 shows part of a circuit for feeding electrodes 3 & 17 which eliminates the need for adjustment. The unidirectional voltage Vest applied to the cover 3 through the conductive coating 10 of the tube of Figure 7, or, alternatively, the metal portion of the casing. The voltage V is applied across a resistor playing the role of voltage divider 50, the cursor 51 of which is connected to the conduc-
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The latter is also connected to a source 53 of color synchronization voltage via capacitor 52.
In operation, the voltage of the source 53 varies, but the ratio of the unidirectional voltage Vc / Vc remains constant; of this kind, the distance x from which the electronic beam is deflected (which depends only on the aforementioned ratio) remains constant.
Figure 14 illustrates one type of voltage wave delivered to a particular reflective electrode cover. Curve 54 represents the constant unidirectional voltage supplied to electrode 3, or cover, while curve 55 shows the voltage supplied to. 1 reflective electrode.
To obtain satisfactory operation, the variation in voltage V due to the color synchronization signals must represent a very small percentage of the total voltage applied to the reflecting electrode.